RU215075U1

RU215075U1 - Modular electronic device

Info

Publication number: RU215075U1
Application number: RU2022111547U
Authority: RU
Inventors: Алексей Валентинович Клоков
Original assignee: Акционерное общество "Информационная внедренческая компания"
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2022-11-28

Abstract

Полезная модель относится к аппаратостроению в области электроники и может быть использована для обеспечения требуемых тепловых режимов элементов электронной аппаратуры, в частности в модульных электронных устройствах. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности модульного электронного устройства, предназначенного для работы в условиях широкого диапазона температур, что достигается за счет организации отвода тепла. Технический результат достигается тем, что в модульном электронном устройстве, включающем корпус с передней и задней крышками, центральную часть, образующую верхнюю, нижнюю и боковые стенки, установленные в корпусе внутренние компоненты с электронными модулями, расположенные на теплоотводящих элементах центральная часть корпуса выполнена методом литья экструзией металла с высокой теплопроводностью с возможностью крепления на четырех внутренних сторонах стенок внутренних компонентов. При этом внутренние стороны стенок центральной части корпуса выполнены с парами отстоящих друг от друга на одинаковом расстоянии продольных пазов с размещенными в них повторяющими в поперечном сечении форму паза, перемещаемыми вдоль паза и снабженными резьбовыми отверстиями вставками. Теплоотводящие элементы электронных модулей выполнены с расположенными по их периметру двумя парами отверстий, расстояние между которыми в паре равно расстоянию между парой пазов на внутренних сторонах стенок центральной части корпуса. Отверстия теплоотводящих элементов электронных модулей выполнены с возможностью размещения крепежных средств, проходящих в прорези пазов на внутренних сторонах стенок центральной части корпуса с обеспечением соединения с резьбовыми отверстиями подвижных вставок, а на части внешней стороны боковых и верхней стенок центральной части корпуса выполнены наружные ребра охлаждения корпуса. 3 ил.

The utility model relates to apparatus engineering in the field of electronics and can be used to provide the required thermal conditions for electronic equipment elements, in particular in modular electronic devices. The technical result is an increase in the operational reliability of a modular electronic device designed to operate in a wide temperature range, which is achieved by organizing heat removal. The technical result is achieved by the fact that in a modular electronic device, including a housing with front and rear covers, a central part forming the top, bottom and side walls, internal components with electronic modules installed in the housing, located on heat-removing elements, the central part of the housing is made by extrusion casting metal with high thermal conductivity with the possibility of fastening on the four inner sides of the walls of internal components. In this case, the inner sides of the walls of the central part of the housing are made with pairs of longitudinal grooves spaced at the same distance from each other with inserts repeating the shape of the groove in cross section, moving along the groove and provided with threaded holes. The heat-removing elements of the electronic modules are made with two pairs of holes located along their perimeter, the distance between which in the pair is equal to the distance between the pair of grooves on the inner sides of the walls of the central part of the case. The holes of the heat-removing elements of the electronic modules are made with the possibility of placing fasteners passing through the slots on the inner sides of the walls of the central part of the housing to ensure connection with the threaded holes of the movable inserts, and on the part of the outer side of the side and upper walls of the central part of the housing there are external ribs for cooling the housing. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к аппаратостроению в области электроники и может быть использована для обеспечения требуемых тепловых режимов элементов электронной аппаратуры, в частности в модульных электронных устройствах, обладающих герметичным корпусом и предназначенных для работы в условиях широкого диапазона температур.The utility model relates to apparatus engineering in the field of electronics and can be used to provide the required thermal conditions for elements of electronic equipment, in particular in modular electronic devices with a sealed housing and designed to operate in a wide temperature range.

Уровень техникиState of the art

В патенте RU 87632 описан «Корпус электронного устройства», выполненный в виде прямой призмы с основанием в виде восьмиугольника, где попарно противоположные нижние и верхние грани являются плоскими, на внешней стороне которых имеются продольные монтажно-крепежные пазы, а на внешней стороне боковых граней имеется ряд продольных ребер. А в патенте RU 2451436 описан «Способ и устройство отвода тепла» в аналогичном корпусе.Patent RU 87632 describes an "Electronic Device Case" made in the form of a straight prism with an octagon-shaped base, where pairwise opposite lower and upper faces are flat, on the outer side of which there are longitudinal mounting and mounting grooves, and on the outer side of the side faces there are a series of longitudinal ribs. And in the patent RU 2451436 described "Method and device for heat removal" in a similar case.

Способ и устройство отвода тепла от тепловыделяющего элемента, помещенного в металлический контейнер, выполняющий роль радиатора, описанный в патентах RU 2451436 и RU 87632 реализуется с помощью сжимаемых теплопроводящих материалов, обеспечивающих частичную передачу тепловой энергии от элемента к теплоотводу внутри корпуса и присоединенному непосредственно к корпусу. Генерирующий тепло компонент закрепляют на корпусе через посредство опоры из эластичного материала. Для этого к генерирующему тепло компоненту присоединяют первый теплоотвод. Противолежащую закреплению поверхность генерирующего тепло компонента и/или соединенного с ним первого теплоотвода покрывают покрытием из упругого теплопроводящего синтетического материала, контактирующего по меньшей мере частично со вторым теплоотводом. Опору выполняют из эластичного материала, а покрытие из упругого теплопроводного синтетического материала. При сборке эластичный материал опоры и упругий теплопроводный синтетический материал покрытия подвергают предварительному сжатию. В собранном виде генерирующий тепло компонент оказывается между противоположно расположенными предварительно сжатыми упругими элементами, благодаря которым обеспечивается его устойчивый контакт со вторым теплоотводом.The method and device for removing heat from a fuel element placed in a metal container acting as a radiator, described in patents RU 2451436 and RU 87632, is implemented using compressible heat-conducting materials that provide partial transfer of thermal energy from the element to the heat sink inside the housing and attached directly to the housing. The heat generating component is fixed to the housing via a support of elastic material. To do this, a first heat sink is attached to the heat generating component. The surface opposite to the fixing of the heat-generating component and/or the first heat sink connected to it is covered with a coating of an elastic heat-conducting synthetic material that contacts at least partially with the second heat sink. The support is made of an elastic material, and the coating is made of an elastic heat-conducting synthetic material. During assembly, the elastic material of the support and the elastic heat-conducting synthetic material of the cover are subjected to pre-compression. When assembled, the heat-generating component is located between oppositely located pre-compressed elastic elements, due to which its stable contact with the second heat sink is ensured.

Недостатком такого подхода является наличие промежуточного протяженного внутреннего теплоотвода ограниченного сечения между корпусом и тепловыделяющими элементами. Кроме того, упругие теплопроводящие синтетические материалы имеют невысокую теплопроводность по сравнению с металлами, снижая эффективность теплоотвода. В конструкции корпуса электронного устройства, описанного в патенте RU 87632, используются продольные ребра для крепления или фиксации внутренних электронных модулей, что не позволяет электронные модули прижимать к стенкам этого корпуса непосредственно тепловыделяющими элементами и не дает наиболее эффективно использовать теплоотдачу корпуса электронного устройства.The disadvantage of this approach is the presence of an intermediate extended internal heat sink of limited cross section between the housing and the fuel elements. In addition, elastic heat-conducting synthetic materials have low thermal conductivity compared to metals, reducing the efficiency of heat removal. In the design of the housing of the electronic device described in patent RU 87632, longitudinal ribs are used to fasten or fix internal electronic modules, which does not allow the electronic modules to be pressed against the walls of this housing directly by fuel elements and does not allow the most efficient use of the heat transfer of the electronic device housing.

Известен также патент RU 2374792 «Радиоэлектронный блок и способ его охлаждения», где герметичный радиоэлектронный блок, содержащий металлический корпус, внутри которого расположены радиоэлементы, причем с внешней стороны корпуса имеется покрытие из теплопроводящего материала, отличается тем, что теплонагруженные радиоэлементы размещены с внешней стороны корпуса, а не теплонагруженные элементы располагают внутри корпуса, причем упомянутое покрытие обладает большей теплопроводностью, чем металлический корпус, и имеет анизотропную теплопроводность. Охлаждение радиоэлектронного блока происходит одновременно с теплопередачей по внешнему покрытию корпуса и рассеиванием тепла всей наружной поверхностью радиоэлектронного блока в окружающее пространство.Also known is patent RU 2374792 "Radio-electronic unit and method for its cooling", where a sealed radio-electronic unit containing a metal case, inside which radio elements are located, and on the outer side of the case there is a coating of heat-conducting material, characterized in that heat-loaded radio elements are placed on the outer side of the case , rather than heat-loaded elements, are located inside the case, and the mentioned coating has a higher thermal conductivity than the metal case, and has an anisotropic thermal conductivity. Cooling of the radio-electronic unit occurs simultaneously with heat transfer along the outer coating of the housing and heat dissipation by the entire outer surface of the radio-electronic unit into the surrounding space.

Недостатком такого подхода является часто невозможность отделения тепловыделяющих элементов от плат, являющихся стандартным изделием, что препятствует их применению в такой конструкции. Например, самый тепловыделяющий элемент процессорной платы - центральный процессор невозможно отделить от самого модуля и вынести на внешнюю сторону корпуса.The disadvantage of this approach is often the impossibility of separating fuel elements from boards that are a standard product, which prevents their use in such a design. For example, the most heat-generating element of the processor board - the central processor - cannot be separated from the module itself and brought to the outer side of the case.

Известен также патент RU 2713486 «Система кондуктивного теплоотвода от электронных модулей стекового форм-фактора для корпусных изделий электроники», где система содержит корпус, оснащенный установленными на его двух внутренних противоположных стенках алюминиевыми деталями с ребрами, образующими систему пазов, и по меньшей мере одну медную теплоотводящую пластину. Модуль изделия с установленной теплоотводящей пластиной соединен с остальными модулями в стек. Стек модулей установлен в корпус изделия только за счет фиксации краев теплоотводящей пластины на одном из модулей замками враспор в пазах корпуса. Теплоотвод на корпус осуществляется за счет плотного прилегания краев теплоотводящей пластины к боковым стенкам корпуса. Плотное прилегание обеспечено фиксацией пластины в пазах корпуса замками, которые установлены на краях каждой теплоотводящей пластины. Теплоотвод от модуля на пластину происходит за счет прилегания пластины к тепловыделяющим элементам модуля или к промежуточному радиатору охлаждения. Тепло отбирается пластиной и перераспределяется по всей ее площади от модуля на боковые стенки корпуса по всей площади контакта двух краев пластины и корпуса в пазу.Patent RU 2713486 "System of conductive heat removal from electronic modules of a stacked form factor for packaged electronics products" is also known, where the system contains a housing equipped with aluminum parts installed on its two inner opposite walls with ribs forming a system of grooves, and at least one copper heat sink plate. The product module with the installed heat sink plate is connected to the other modules in a stack. The stack of modules is installed in the product case only by fixing the edges of the heat-removing plate on one of the modules with locks against each other in the slots of the case. Heat removal to the case is carried out due to the tight fit of the edges of the heat-removing plate to the side walls of the case. A tight fit is ensured by fixing the plate in the grooves of the case with locks that are installed on the edges of each heat-removing plate. Heat removal from the module to the plate occurs due to the plate adhering to the fuel elements of the module or to the intermediate cooling radiator. Heat is taken away by the plate and redistributed over its entire area from the module to the side walls of the housing over the entire contact area of the two edges of the plate and the housing in the groove.

Недостатком такого подхода является то, что с корпусом контактируют только края теплоотводящих пластин, имея ограниченную площадь контакта, определяемую глубиной паза. Вследствие того, что большая часть теплоотводящей пластины имеет большую открытую поверхность внутри корпуса, имеет место высокое тепловое излучение внутрь корпуса и одновременно ограниченная передача тепла боковым стенкам.The disadvantage of this approach is that only the edges of the heat sink plates are in contact with the case, having a limited contact area determined by the depth of the groove. Due to the fact that most of the heat sink has a large open area inside the housing, there is a high thermal radiation into the housing and at the same time limited heat transfer to the side walls.

Задачей предлагаемого технического решения является устранение описанных недостатков и создание электронного устройства, в котором благодаря повышению эффективности использования тепловых характеристик корпуса электронного устройства при обеспечении его оптимального конструктивного решения максимально используются его теплоотводящие и рассеивающие тепло компоненты. Техническим результатом предложенного устройства является повышение эксплуатационной надежности модульного электронного устройства, предназначенного для работы в условиях широкого диапазона температур, что достигается за счет предлагаемой организации отвода тепла. Областью применения полезной модели является электронная аппаратура модульного типа для использования, например, в движущихся объектах, устанавливаемая в стеллажи, в частности, на борту летательных аппаратов, наземных транспортных средств и др. Как известно наиболее распространенным способом отвода тепла от электронных компонентов является его кондуктивный отвод и конвекция через радиаторные элементы. В качестве таковых может использоваться корпус электронного устройства.The objective of the proposed technical solution is to eliminate the described shortcomings and create an electronic device in which, due to the increase in the efficiency of using the thermal characteristics of the housing of the electronic device, while ensuring its optimal design solution, its heat-removing and heat-dissipating components are used to the maximum. The technical result of the proposed device is to increase the operational reliability of a modular electronic device designed to operate in a wide temperature range, which is achieved through the proposed organization of heat removal. The scope of the utility model is electronic equipment of a modular type for use, for example, in moving objects, installed in racks, in particular, on board aircraft, land vehicles, etc. As you know, the most common way to remove heat from electronic components is its conductive removal and convection through radiator elements. As such, the housing of the electronic device can be used.

В настоящем техническом решении теплонагруженные электронные компоненты размещены так, чтобы максимально использовать в качестве радиаторов площади корпуса электронного устройства. Для этого электронные модули своими теплонагруженными компонентами устанавливают так, чтобы обеспечить их непосредственное примыкание к как можно большей площади корпуса.In this technical solution, heat-loaded electronic components are placed so as to maximize the use of the area of the electronic device case as radiators. To do this, the electronic modules are installed with their heat-loaded components in such a way as to ensure their direct contact with the largest possible area of the housing.

Предлагается модульное электронное устройство, включающее корпус с передней и задней крышками, центральной частью, образующей верхнюю, нижнюю и боковые стенки, установленные в корпусе внутренние компоненты, с электронными модулями, расположенными на теплоотводящих элементах.A modular electronic device is proposed, including a housing with front and rear covers, a central part forming the top, bottom and side walls, internal components installed in the housing, with electronic modules located on heat-removing elements.

Центральная часть корпуса выполнена методом литья экструзией металла с высокой теплопроводностью с возможностью крепления внутренних компонентов на четырех внутренних сторонах стенок. Для этого на внутренних сторонах стенок центральной части корпуса выполнены попарно отстоящие друг от друга на одинаковом расстоянии продольные пазы, в которых размещены повторяющие в поперечном сечении форму паза и имеющие резьбовые отверстия вставки, выполненные с возможностью перемещения вдоль паза.The central part of the body is made by extrusion casting of metal with high thermal conductivity, with the possibility of attaching internal components on the four inner sides of the walls. To do this, on the inner sides of the walls of the central part of the body, longitudinal grooves are made in pairs spaced apart from each other at the same distance, in which inserts repeating the shape of the groove in cross section and having threaded holes are placed, made with the possibility of moving along the groove.

Теплоотводящие элементы электронных модулей имеют расположенные по их периметру две пары отверстий, расстояние между которыми в паре равно расстоянию между парой пазов на внутренних сторонах стенок центральной части корпуса.Heat-removing elements of electronic modules have two pairs of holes located along their perimeter, the distance between which in a pair is equal to the distance between a pair of grooves on the inner sides of the walls of the central part of the housing.

Отверстия теплоотводящих элементов электронных модулей выполнены с возможностью размещения крепежных средств, проходящих в прорези пазов на внутренних сторонах стенок центральной части корпуса посредством соединения с резьбовыми отверстиями подвижных вставок.Holes of heat-removing elements of electronic modules are made with the possibility of accommodating fasteners passing through the slots on the inner sides of the walls of the central part of the body by connecting with the threaded holes of the movable inserts.

Соединение крепежных средств теплоотводящих элементов электронных модулей со вставками обеспечивает их плотное примыкание к стенке корпуса, благодаря чему достигается максимальный отвод излучаемого ими тепла. The connection of fasteners of heat-removing elements of electronic modules with inserts ensures their tight adjacency to the housing wall, due to which the maximum removal of heat emitted by them is achieved.

Для увеличения площади охлаждения на части внешней стороны боковых и верхней стенок центральной части корпуса выполнены наружные ребра охлаждения.To increase the cooling area, external cooling ribs are made on the part of the outer side of the side and upper walls of the central part of the housing.

Далее полезная модель более наглядно поясняется с помощью рисунков, на которых:Further, the utility model is more clearly explained with the help of figures, in which:

рис. 1 - общий вид корпуса;rice. 1 - general view of the body;

рис. 2 - центральная часть корпуса;rice. 2 - the central part of the body;

рис. 3 - внутренняя полость центральной части корпуса с парами пазов и установленным на одной из пар электронным модулем с теплоотводящим элементом.rice. 3 - internal cavity of the central part of the housing with pairs of grooves and an electronic module with a heat sink element installed on one of the pairs.

На рис. 1 показан общий вид модульного электронного устройства, центральная часть 4 корпуса которого, в соответствии с поставленной задачей, выполнена методом литья экструзией металла с высокой теплопроводностью, способного надежно удерживать на его внутренних стенках внутренние компоненты.On fig. 1 shows a general view of a modular electronic device, the central body part 4 of which, in accordance with the task, is made by extrusion casting of a metal with high thermal conductivity, capable of reliably holding internal components on its inner walls.

Как показано на рис. 3, в соответствии с настоящим вариантом выполнения полезной модели входящие во внутренние компоненты теплонагруженные электронные модули 9 и/или соединенные с ними теплоотводящие элементы 10 закрепляют на стенках корпуса.As shown in fig. 3, in accordance with the present embodiment of the utility model, the heat-loaded electronic modules 9 included in the internal components and/or the heat sink elements 10 connected thereto are fixed to the walls of the case.

Для решения поставленной задачи максимально использовать площадь корпуса, электронные модули и/или теплоотводящие компоненты могут крепиться на любых стенках 13 (рис. 3) центральной части корпуса. Для обеспечения крепления на внутренних сторонах стенок выполнены расположенные попарно продольные пазы 7 (рис. 2 и 3), к которым крепят электронные модули 9 (рис. 3) и/или теплоотводящие компоненты 10 (рис. 3).To solve this problem, to maximize the use of the housing area, electronic modules and/or heat-removing components can be mounted on any walls 13 (Fig. 3) of the central part of the housing. To ensure fastening on the inner sides of the walls, longitudinal grooves 7 located in pairs (Fig. 2 and 3) are made, to which electronic modules 9 (Fig. 3) and/or heat-removing components 10 (Fig. 3) are attached.

Во избежание крепления непосредственно к материалу стенки посредством отверстий в стенках, каждый паз 7 снабжен повторяющими форму паза и имеющими резьбовые отверстия вставками 14 (рис. 3), которые выполнены с возможностью перемещения по пазу 7 (рис. 2). Каждый из теплоотводящих элементов электронных модулей обладает по меньшей мере двумя парами отверстий 12 (рис. 3) с крепежными средствами, в данном варианте исполнения - винтами 11 (рис. 3), проходящими в прорези пазов. Расстояние между отверстиями 12 соответствует расстоянию между центрами пазов.In order to avoid fastening directly to the wall material through holes in the walls, each groove 7 is equipped with inserts 14 repeating the shape of the groove and having threaded holes (Fig. 3), which are movable along the groove 7 (Fig. 2). Each of the heat-removing elements of electronic modules has at least two pairs of holes 12 (Fig. 3) with fasteners, in this embodiment, screws 11 (Fig. 3) passing through the slots. The distance between the holes 12 corresponds to the distance between the centers of the grooves.

К выбранному на пазу 7 месту установки теплоотводящих компонентов 10 электронных модулей 9 подводят подвижные вставки 14 так, чтобы имеющиеся в них резьбовые отверстия совпадали с отверстиями 12 теплоотводящих компонентов 10 электронных модулей 9 с тем, чтобы крепежные средства 11 могли быть легко соединены со вставками 14. Предложенное размещение теплонагруженных элементов 9,10 возможно практически в любых местах непосредственно на всей внутренней поверхности корпуса 13, где образованы пазы 7, и позволяет получить максимальное использование материала корпуса для отвода и рассеивания выделяемого ими тепла.Movable inserts 14 are brought to the place of installation of heat-removing components 10 of electronic modules 9 selected on groove 7 so that the threaded holes in them coincide with the holes 12 of heat-removing components 10 of electronic modules 9 so that fasteners 11 can be easily connected to inserts 14. The proposed placement of heat-loaded elements 9,10 is possible in almost any place directly on the entire inner surface of the housing 13, where the grooves 7 are formed, and allows you to get the maximum use of the housing material for the removal and dissipation of the heat generated by them.

Настоящее модульное электронное устройство с универсальным корпусом и с простой в изготовлении и эксплуатационно надежной организацией отвода тепла с помощью размещения теплонагруженных компонентов на теплоотводящих элементах и их максимально близкого примыкания к рассеивающему тепло корпусу обеспечивает возможность использования тепловых характеристик всего корпуса электронного устройства для отвода тепла от теплонагруженных электронных модулей, что в целом повышает эффективность необходимого охлаждения.This modular electronic device with a universal package and with an easy-to-manufacture and operationally reliable organization of heat removal by placing heat-loaded components on heat-sinking elements and adjoining them as close as possible to the heat-dissipating package ensures that the thermal characteristics of the entire electronic device package can be used to remove heat from heat-loaded electronic devices. modules, which generally increases the efficiency of the required cooling.

Перечень элементов устройства:List of device elements:

1 - передняя крышка корпуса;1 - front case cover;

2 - задняя крышка корпуса;2 - rear case cover;

3 - винты крепления крышки корпуса;3 - screws for fastening the housing cover;

4 - центральная часть корпуса с поверхностями для отвода тепла электронными модулями;4 - the central part of the case with surfaces for heat removal by electronic modules;

5 - опора корпуса электронного устройства;5 - support for the housing of the electronic device;

6 - наружные ребра охлаждения корпуса;6 - external ribs for cooling the housing;

7 - внутренний паз для крепления внутренних компонентов;7 - internal groove for mounting internal components;

8 - внешний паз крепления опоры;8 - external groove for fastening the support;

9 - электронный модуль;9 - electronic module;

10 - теплоотводящий элемент электронного модуля;10 - heat sink element of the electronic module;

11 - винт крепления электронного модуля и/или его теплоотводящего элемента;11 - screw for fastening the electronic module and/or its heat-removing element;

12 - крепежное отверстие в теплоотводящем элементе;12 - mounting hole in the heat sink element;

13 - поверхности для отвода тепла электронными модулями 14- вставка с резьбовым отверстием;13 - surfaces for heat removal by electronic modules; 14 - insert with a threaded hole;

15 - винт крепления опоры.15 - support fastening screw.

Claims

A modular electronic device, including a housing with front and rear covers, a central part forming the top, bottom and side walls, internal components installed in the housing, with electronic modules located on heat-removing elements, while the central part of the housing is made by casting metal extrusion with high thermal conductivity with the possibility of fastening on the four inner sides of the walls of the internal components, while the inner sides of the walls of the central part of the body are made with pairs of longitudinal grooves spaced at the same distance from each other with placed in them repeating the shape of the groove in cross section, moving along the groove and equipped with threaded holes inserts, heat-removing elements of electronic modules are made with two pairs of holes located along their perimeter, the distance between which in a pair is equal to the distance between a pair of grooves on the inner sides of the walls of the central part of the case, the holes are heat-removing their elements of electronic modules are made with the possibility of placing fasteners passing in the slots of the grooves on the inner sides of the walls of the central part of the housing to ensure connection with the threaded holes of the movable inserts, and on the part of the outer side of the side and upper walls of the central part of the housing there are external cooling fins of the housing.