RU2651428C2 - Electronic modules protection device - Google Patents

Electronic modules protection device Download PDF

Info

Publication number
RU2651428C2
RU2651428C2 RU2016100817A RU2016100817A RU2651428C2 RU 2651428 C2 RU2651428 C2 RU 2651428C2 RU 2016100817 A RU2016100817 A RU 2016100817A RU 2016100817 A RU2016100817 A RU 2016100817A RU 2651428 C2 RU2651428 C2 RU 2651428C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
protection
temperature
electronic
thermal protection
active
Prior art date
Application number
RU2016100817A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016100817A (en
Inventor
Сергей Николаевич Андреев
Андрей Викторович Муллахметов
Владимир Федорович Давыдов
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн Радиоэлектронные Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Концерн Радиоэлектронные Технологии" filed Critical Акционерное общество "Концерн Радиоэлектронные Технологии"
Priority to RU2016100817A priority Critical patent/RU2651428C2/en
Publication of RU2016100817A publication Critical patent/RU2016100817A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2651428C2 publication Critical patent/RU2651428C2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/293—Organic, e.g. plastic
    • H01L23/296—Organo-silicon compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3157—Partial encapsulation or coating
    • H01L23/3192—Multilayer coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • H01L23/4275—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes by melting or evaporation of solids
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/02—Details
    • H05K5/0213—Venting apertures; Constructional details thereof

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: electronic modules protection device provides the protection of electronic components from the thermal overloads by a combination of design protection layers, embedded in each other. The device is a system of protective shells, with placed between them the materials of passive-semiactive and active thermal protection. The composite materials of the thermal protection in the range of temperatures values of the effecting heat flow, decompose the contained therein thermoactive substances with occluded water and carbon dioxide vapor release, which helps to active heat absorption at reaction of water molecules work up and the phase transition of water into the vapor condition.
EFFECT: increase of the allowable temperature retention time and improving the protection of electronic modules from thermal overloads.
1 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к устройству защиты электронных модулей (элементов) от тепловых и механических перегрузок в условиях аварийных ситуаций.The claimed invention relates to a device for protecting electronic modules (elements) from thermal and mechanical overloads in emergency situations.

Для эффективной защиты от тепловых перегрузок и удержания температуры модуля памяти на уровне не выше 150°С (302°F) используют композиционные материалы, обладающие способностью тормозить (приостанавливать) продвижение теплового фронта внутрь устройства. Основу таких материалов составляет термоактивное вещество, в объеме которого при тепловом воздействии протекают эндотермические (поглощающие тепло) процессы, например фазовые переходы вещества, плавление или кипение. Например, теплозащитный композитный материал-покрытие по патенту РФ №2142596 (МПК6 F16L 59/02, C09K 5/06, В32В 3/26, приоритет от 1998.11.30) предназначен для защиты различных объектов от мощных тепловых воздействий (нежелательного перегрева, пламени, короткого замыкания, различных излучений и т.д.), в результате которых может иметь место пожар или выход из строя приборов, оборудования и т.п. и состоит из пористой матрицы с открытыми порами и помещенного в эти поры гигроскопичного вещества. В качестве пористой матрицы используют неорганические оксиды, углеродные сорбенты, полимеры, природные сорбенты, пористые металлы, пористые композиты или их смеси с открытыми порами размером 5-100 нм, а в качестве гигроскопичного вещества в поры помещают неорганические соли, их смеси или их растворы с содержанием влаги более 6 молекул воды на каждый ион металла при температуре окружающей среды от -10 до +50°С, давлении 700-1500 кПа и влажности воздуха более 15%. В качестве неорганических солей используют галогениды, нитраты, сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов. Материал может быть спрессован или включен в другую матрицу со связующим. В системах теплоснабжения и кондиционирования используют теплоаккумулирующий материал по патенту РФ №2042695 (МПК6 С09K 5/06, приоритет от 1990.06.15), состоящий из гексагидрата хлорида кальция СаСl26Н2O, распределенного в пористой матрице из силикагеля с размерами пор 10 100 нм. Получение теплоаккумулирующего материала осуществляют путем пропитки матрицы раствором хлорида кальция 30-40%-ной концентрации по влагоемкости силикагеля с последующей сушкой при температуре 200-250°С в течение 10-20 мин и гидратацией на влажном воздухе 60-100 отн. в течение 8-10 ч.For effective protection against thermal overloads and keeping the temperature of the memory module at a level not higher than 150 ° C (302 ° F), composite materials are used that have the ability to inhibit (stop) the advancement of the thermal front into the device. The basis of such materials is a thermosetting substance, in the volume of which endothermic (heat-absorbing) processes occur, for example, phase transitions of a substance, melting, or boiling when exposed to heat. For example, the heat-protective composite coating material according to the patent of the Russian Federation No. 2142596 (IPC 6 F16L 59/02, C09K 5/06, B32B 3/26, priority 1998.11.30) is intended to protect various objects from powerful thermal effects (undesirable overheating, flame , short circuit, various emissions, etc.), as a result of which there may be a fire or failure of devices, equipment, etc. and consists of a porous matrix with open pores and a hygroscopic substance placed in these pores. Inorganic oxides, carbon sorbents, polymers, natural sorbents, porous metals, porous composites or mixtures with open pores of 5-100 nm in size are used as a porous matrix, and inorganic salts, their mixtures or their solutions with a moisture content of more than 6 water molecules per metal ion at an ambient temperature of -10 to + 50 ° C, a pressure of 700-1500 kPa and an air humidity of more than 15%. As inorganic salts, halides, nitrates, sulfates of alkali and alkaline earth metals are used. The material may be compressed or incorporated into another matrix with a binder. Heat supply and conditioning systems use heat storage material according to RF patent No. 2042695 (IPC 6 C09K 5/06, priority 1990.06.15), consisting of calcium chloride hexahydrate CaCl26H2O distributed in a porous silica gel matrix with pore sizes of 10 100 nm. Obtaining heat-accumulating material is carried out by impregnating the matrix with a solution of calcium chloride of 30-40% concentration on the moisture capacity of silica gel, followed by drying at a temperature of 200-250 ° C for 10-20 minutes and hydration in moist air 60-100 Rel. within 8-10 hours

Известно термоактивное вещество (патент US №4694119, Н05K 5/04, 1987), содержащее амидную ваксу с температурой плавления несколько ниже температуры, предельно допустимой для защищаемого накопителя информации. При этом способ защиты от высокой температуры и тепловых потоков, возникающих при аварии, состоит в том, что поступающее снаружи через защитные оболочки тепло приводит к плавлению ваксы, а температура накопителя сохраняется на приемлемом уровне до тех пор, пока плавление не закончится.A thermoactive substance is known (US patent No. 4694119, H05K 5/04, 1987) containing an amide wax with a melting point slightly lower than the temperature that is maximum permissible for a protected information storage device. In this case, the method of protection against high temperature and heat fluxes that occur during an accident is that the heat supplied from the outside through the protective shells causes the wax to melt, and the storage temperature remains at an acceptable level until the melting is complete.

Известна также синтетическая вакса с повышенной теплотой плавления, что позволяет увеличить время тепловой защиты (патент US №4944401, В65D 81/02, 1990).Also known is a synthetic wax with increased heat of fusion, which allows to increase the time of thermal protection (US patent No. 4944401, B65D 81/02, 1990).

Известны аварийно-эксплуатационные системы сбора и регистрации полетной информации КАРАТ (Проспект ОКБ "АВИААВТОМАТИКА" ОАО "Прибор": Курск, 2000 - 2 стр.), в которых обеспечиваются прием, обработка информации, поступающей по цифровым и аналоговым линиям связи от бортовых систем, самолетного переговорного устройства, ее регистрация на твердотельный накопитель и сохранение в случае летного происшествия в экстремальных температурных условиях: до 1100°С - в течение 60 минут, при температуре 260°С - в течение 10 часов.Known emergency operational systems for collecting and recording flight information KARAT (Prospect Design Bureau "Aviaavtomatika" JSC "Instrument": Kursk, 2000 - 2 pages), which provide reception, processing of information received via digital and analog communication lines from on-board systems, aircraft intercom, its registration on a solid-state drive and storage in the event of a flight accident in extreme temperature conditions: up to 1100 ° C - for 60 minutes, at a temperature of 260 ° C - for 10 hours.

Недостатком вышеописанных устройств является то, что для термостатирования электронных модулей памяти используют вещество с температурой плавления несколько ниже, чем предельно допустимая температура хранения для электронных компонентов в соответствии с их техническими характеристиками. При этом удельная теплота плавления предлагаемых вакс относительно невелика и составляет не более 300 Дж/г, а следовательно время удержания температуры электронного модуля на допустимом уровне - невысоко (при одинаковом объеме защиты).A disadvantage of the above devices is that for thermostating of electronic memory modules, a substance with a melting point is used slightly lower than the maximum allowable storage temperature for electronic components in accordance with their technical characteristics. In this case, the specific heat of fusion of the proposed waxes is relatively small and amounts to no more than 300 J / g, and therefore the retention time of the temperature of the electronic module at an acceptable level is low (with the same amount of protection).

Указанные устройства не обеспечивают отвод выделяющейся в электронной схеме теплоты при высокой температуре среды, что делает невозможным работу бортового регистратора в процессе аварии и после нее. Кроме того, защиту от ударов и повышенного давления в устройстве обеспечивают теплозащитные материалы и корпус, которые при пожаре разлагаются. Если же устройства попадут в среду с повышенным давлением или испытают сильный удар уже после воздействия пожара, то электронные схемы могут оказаться недостаточно защищенными. Все перечисленные факторы отрицательно влияют на надежность и эффективность тепловой и механической защиты электронных модулей внутри известного устройства.These devices do not provide the heat released in the electronic circuit at high ambient temperatures, which makes it impossible for the on-board recorder to work during the accident and after it. In addition, protection against shock and high pressure in the device is provided by heat-protective materials and the body, which decompose in case of fire. If the devices fall into an environment with high pressure or experience a strong blow after a fire, the electronic circuits may not be sufficiently protected. All of these factors adversely affect the reliability and efficiency of thermal and mechanical protection of electronic modules inside a known device.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для изоляции электронных блоков от ударного и теплового воздействия окружающей среды, содержащее наружную металлическую оболочку (корпус), окружающую защищаемое электронное устройство. Между внутренней поверхностью корпуса и электронным устройством последовательно размещены теплоизолирующий слой, слой воскоподобного материала с высокой теплотой плавления, испытывающий фазовое превращение, и слой упругого резиноподобного материала, амортизирующего механические удары, со всех сторон охватывающий плату с электронными элементами. При нагреве воскоподобный материал плавится, поглощая избыточную теплоту. От расплавленной массы материала электронные элементы отделены герметично покрывающим их слоем резиноподобного материала, который получают в процессе сборки устройства. Для этого полость вокруг электронного устройства заполняют этим материалом в гелеобразном состоянии, а затем подвергают его вулканизации (патент США №5438162, H01L 23/28, опубл. 01.08.95 г.). В указанном устройстве теплоизолирующий слой выполнен составным из двух частей, плотно прилегающих друг к другу, на внутренней стороне каждой из которых имеется углубление. В образовавшейся при этом полости размещается заранее сформированный слой воскоподобного материала, также состоящий из двух частей и выполненный из синтетических органических восков амидного типа или твердого раствора пентаэритритола. Температура возгорания одного из таких предлагаемых для использования материалов под торговым названием Acrawax НМ23 составляет 277°С, а температура его плавления - 140°С. У другого материала (Acrawax С) температура возгорания 271°С, температура плавления - 120°С. Для пентаэритритола температура плавления составляет 258-260°С, а температура фазового перехода в твердом состоянии - 184-185°С. Учитывая, что упругий слой, размещенный внутри полости в слое воскоподобного материала, согласно изобретению, выполнен из силиконовой резины и имеет теплопроводность, сходную с теплопроводностью воскоподобного материала, очевидно, что температура вокруг защищаемого электронного устройства не может быть ниже 120°С, что превышает предельно допустимую рабочую температуру большинства электронных регистраторов данных (около 100-110°С). Указанное устройство тем более не может обеспечить нормальный тепловой режим электронных компонентов при наличии в них значительных внутренних выделений теплоты во время внешнего аварийного температурного воздействия, так как внутренний слой амортизирующего материала герметично охватывает электронное устройство и тем самым препятствует поглощению его тепловыделений плавящимся веществом. Указанное устройство не обеспечивает также и надежной защиты электронных плат от ударных и проникающих воздействий, в особенности после и во время пожара, так как прочностные свойства металлического корпуса ухудшаются при воздействии на него высоких температур. Например, конструкции, изготовленные из недорогих титановых сплавов, как в известном устройстве, существенно не изменяют своих прочностных свойств лишь до достижения ими температуры 500-600°С, а при 800°С их прочность уменьшается в 1,5-2 раза по сравнению с прочностью при 20°С. В то же время температура наружной поверхности устройства при пожаре достигает практически 800-1000°С. Кроме того, в известном устройстве при выходе из строя отдельного элемента электронного устройства необходимо производить замену всей платы целиком, поскольку она покрыта сверху цельным слоем амортизирующего материала, снять который (отшелушить, как следует из описания) без нарушения целостности электронных микросхем и контактных связей между ними представляется весьма затруднительным, что существенно снижает ремонтопригодность всего устройства.Closest to the technical nature of the claimed is a device for isolating electronic components from shock and thermal effects of the environment, containing an outer metal shell (housing) surrounding the protected electronic device. Between the inner surface of the housing and the electronic device, a heat-insulating layer, a layer of wax-like material with high heat of fusion, experiencing a phase transformation, and a layer of elastic rubber-like material that absorbs mechanical shocks, covering the circuit board with electronic elements from all sides, are sequentially placed. When heated, the wax-like material melts, absorbing excess heat. Electronic elements are separated from the molten mass of material by a hermetically sealed layer of rubber-like material, which is obtained during the assembly of the device. To do this, the cavity around the electronic device is filled with this material in a gel state, and then subjected to vulcanization (US patent No. 5438162, H01L 23/28, publ. 01.08.95,). In the specified device, the heat-insulating layer is made up of two parts, tightly adjacent to each other, on the inside of each of which there is a recess. A pre-formed layer of wax-like material, also consisting of two parts and made of synthetic organic amide-type waxes or pentaerythritol solid solution, is placed in the cavity formed in this cavity. The ignition temperature of one of such materials proposed for use under the trade name Acrawax HM23 is 277 ° C, and its melting temperature is 140 ° C. Another material (Acrawax C) has an ignition temperature of 271 ° C and a melting point of 120 ° C. For pentaerythritol, the melting point is 258-260 ° C, and the phase transition temperature in the solid state is 184-185 ° C. Considering that the elastic layer placed inside the cavity in the layer of wax-like material according to the invention is made of silicone rubber and has a thermal conductivity similar to the thermal conductivity of the wax-like material, it is obvious that the temperature around the protected electronic device cannot be lower than 120 ° C, which exceeds the maximum allowable working temperature of most electronic data loggers (about 100-110 ° C). This device is all the more unable to ensure the normal thermal regime of electronic components if they have significant internal heat emissions during an external emergency temperature effect, since the inner layer of the cushioning material hermetically seals the electronic device and thereby prevents the absorption of its heat by the melting substance. The specified device also does not provide reliable protection of electronic circuit boards from shock and penetrating influences, especially after and during a fire, since the strength properties of a metal case deteriorate when exposed to high temperatures. For example, structures made of inexpensive titanium alloys, as in the known device, do not significantly change their strength properties until they reach a temperature of 500-600 ° C, and at 800 ° C their strength decreases by 1.5-2 times compared to strength at 20 ° C. At the same time, the temperature of the outer surface of the device during a fire reaches almost 800-1000 ° C. In addition, in the known device, when a separate element of the electronic device fails, it is necessary to replace the entire board as a whole, since it is covered on top with a whole layer of shock-absorbing material, which must be removed (exfoliate, as follows from the description) without violating the integrity of electronic circuits and contact connections between them It seems very difficult, which significantly reduces the maintainability of the entire device.

Изобретение решает задачу повышения эффективности и надежности тепловой защиты электронных модулей при аварийных воздействиях различного характера за счет снижения максимальной температуры внутри защитного корпуса при работе в аварийных условиях и обеспечения отвода внутренних тепловыделений накопителя информации при работе в нормальных условиях, а также повышения ремонтопригодности устройства в целом.The invention solves the problem of increasing the efficiency and reliability of thermal protection of electronic modules during accidental influences of various kinds by reducing the maximum temperature inside the protective case during emergency operation and by providing internal heat dissipation of the information storage device under normal conditions, as well as improving the maintainability of the device as a whole.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение времени удержания допустимой температуры и, как следствие, повышение эффективности защиты электронных модулей от тепловых перегрузок.The problem to which the invention is directed is to increase the retention time of the permissible temperature and, as a result, increase the efficiency of protection of electronic modules from thermal overloads.

Поставленная задача решается следующим образом. Изобретение предусматривает предохранение электронных компонентов от тепловых перегрузок путем комбинации конструктивных слоев защиты, вложенных друг в друга. Устройство представляет собой систему защитных оболочек с размещенными между ними материалами пассивно-полуактивной и активной тепловой защиты, позволяющую технологично производить сборку, разборку и ремонт защищаемых блоков. Композиционные материалы тепловой защиты в интервале значений температур воздействующего теплового потока разлагают содержащиеся в них термоактивные вещества с выделением паров сорбированной воды и углекислого газа, что способствует активному поглощению тепла при реакции выделения молекул воды и фазового перехода воды в парообразное состояние. Предлагаемое решение позволяет получить теплоту дегидратации кристаллов углекислой соли, содержащейся в общей матрице тепловой защиты до 2200 Дж/г, что позволяет увеличить продолжительность теплозащитного действия (время удержания допустимой температуры). Заявляемое изобретение обеспечивает свободный объем общей пористой матрицы всех деталей в диапазоне температур от минус 60°С до 85°С для сохранения 40% относительной влажности воздуха в герметичном корпусе. Детали предварительно отпрессовывают из термоактивных материалов с открытыми порами до 10 мкм, гидрофобной поверхностью и заданной плотностью. Геометрические параметры деталей не изменяются в диапазоне температур от -60°С до +85°С.The problem is solved as follows. The invention provides for the protection of electronic components from thermal overloads by a combination of structural protection layers embedded in each other. The device is a system of protective shells with passive semi-active and active thermal protection materials placed between them, which allows technologically assembling, disassembling and repairing the protected units. Composite materials of thermal protection in the temperature range of the acting heat flux decompose the thermosetting substances contained in them with the release of sorbed water and carbon dioxide vapors, which contributes to the active absorption of heat during the reaction of the release of water molecules and the phase transition of water to a vapor state. The proposed solution allows to obtain the heat of dehydration of carbon dioxide crystals contained in the overall thermal protection matrix up to 2200 J / g, which allows to increase the duration of the heat-shielding effect (retention time of the permissible temperature). The claimed invention provides a free volume of the total porous matrix of all parts in the temperature range from minus 60 ° C to 85 ° C to maintain 40% relative humidity in an airtight housing. Parts are pre-pressed from thermoactive materials with open pores up to 10 microns, hydrophobic surface and predetermined density. The geometric parameters of the parts do not change in the temperature range from -60 ° C to + 85 ° C.

На фиг. 1 представлены устройство и среда защиты электронного модуля от тепловых и механических перегрузок. Конструктивный слой защиты I включает внешний кожух 1, слой огнезащитного состава 2 и корпус защищенного блока 3. В слое защиты I, при воздействии факторов авиационного происшествия происходит разрушение внешнего алюминиевого корпуса 1 в результате воздействия сдавливания, прокола штырем и последующее его плавление (700°С). От воздействия механических факторов защищает корпус защищенного блока 3, изготавливаемый из закаленной стали, имеющий цилиндрическую геометрическую форму для дополнительной прочности. Огнезащитный вспенивающийся состав СГК-2 при воздействии высокой температуры интенсивно окисляется и выделяет в полости А, В, С, D темную сажу, препятствующую прохождению теплового потока.In FIG. 1 shows the device and the environment for protecting the electronic module from thermal and mechanical overloads. The structural layer of protection I includes an external casing 1, a layer of flame retardant composition 2 and the housing of the protected unit 3. In the protection layer I, when exposed to factors of the accident, the external aluminum case 1 is destroyed as a result of compression, puncture with a pin and its subsequent melting (700 ° С ) From the influence of mechanical factors protects the housing of the protected unit 3, made of hardened steel, having a cylindrical geometric shape for added strength. When exposed to high temperature, the fire-retardant foaming composition SGK-2 intensively oxidizes and releases dark soot in cavities A, B, C, D, which prevents the passage of heat flow.

Конструктивный слой защиты II включает слой пассивно-полуактивной тепловой защиты 4 и слой активной тепловой защиты 5. Пассивно-полуактивная тепловая защита представляет собой формируемый термоактивный материал, состоящий из смеси волокон минеральной ваты, углекислых солей разной энергоемкости и связующих компонентов, в качестве связующих компонентов применяют фенолформальдегидные смолы. Слой пассивно-полуактивной тепловой защиты содержит в массе (общей матрице) тепловой защиты углекислые соли MgCO3 и LiCO3, имеющие большую энергоемкость реакций выделения углекислого газа. Плавление кристаллов карбоната магния MgCO3 происходит при температуре 350°С с теплоемкостью 1263 Дж/г, а кристаллов карбоната лития LiCO3, при температуре 735°С с теплоемкостью 3062 Дж/г. Под воздействием температуры 1100°С в течение 1 часа ресурс по выделению углекислого газа полностью исчезает и материал тепловой защиты становится пассивным с невысоким коэффициентом теплопроводности, под воздействием температуры 260°С в течение 10 часов теплозащитные свойства термоактивного вещества изменяются незначительно. Таким образом слой пассивно-полуактивной тепловой защиты осуществляет стабилизацию температуры теплового потока на уровне (700-750)°С и одновременно понижает мощность теплового потока.Structural protection layer II includes a passive-semi-active thermal protection layer 4 and an active thermal protection layer 5. Passive-semi-active thermal protection is a thermoactive material formed, consisting of a mixture of mineral wool fibers, carbonic salts of different energy intensity and binder components; phenol formaldehyde resins. The passive semi-active thermal protection layer contains in the mass (common matrix) of thermal protection carbonic salts MgCO 3 and LiCO 3 having a high energy intensity of carbon dioxide evolution reactions. Crystals of magnesium carbonate MgCO 3 are melted at a temperature of 350 ° C with a heat capacity of 1263 J / g, and crystals of lithium carbonate LiCO 3 at a temperature of 735 ° C with a heat capacity of 3062 J / g. Under the influence of a temperature of 1100 ° C for 1 hour, the carbon dioxide emission resource completely disappears and the thermal protection material becomes passive with a low coefficient of thermal conductivity, under the influence of a temperature of 260 ° C for 10 hours the heat-shielding properties of the thermoactive substance change insignificantly. Thus, the passive semi-active thermal protection layer stabilizes the temperature of the heat flux at the level of (700-750) ° С and at the same time lowers the heat flux power.

Активная тепловая защита 5 представляет собой формируемый термоактивный материал, состоящий из кристаллогидрата сульфата магния и связующих компонентов, в качестве связующих компонентов применяют полимерные материалы. Дегидратация кристаллов сульфата магния, гидрата MgSO4*7H2O происходит при температуре 150°С с выделением шести молекул воды (43,8% к общей молекулярной массе). Пары сорбированной воды пропитывают пористую массу активной и пассивно-полуактивной теплозащиты, теплоемкость дегидратации и фазового перехода воды в парообразное состояние превышает 2200 Дж/г. За время пребывания защищенного блока в огневой среде (фиг. 2) температура внутри корпуса электронного модуля не превышает (110-120)°С.Active thermal protection 5 is a thermoactive material formed, consisting of magnesium sulfate crystalline hydrate and binders; polymer materials are used as binders. The dehydration of crystals of magnesium sulfate, hydrate MgSO 4 * 7H 2 O occurs at a temperature of 150 ° C with the release of six water molecules (43.8% of the total molecular weight). Vapor of sorbed water impregnates the porous mass of active and passive semi-active heat protection, the specific heat of dehydration and phase transition of water to a vapor state exceeds 2200 J / g. During the stay of the protected unit in a fire environment (Fig. 2), the temperature inside the housing of the electronic module does not exceed (110-120) ° C.

Конструктивный слой защиты III включает корпус электронного модуля 6, электронные компоненты 8 залитые компаундом 7. Корпус электронного модуля 6 имеет герметичную конструкцию и изготавливается из титана. Корпус обеспечивает защиту электронных компонентов от разрушения при воздействии динамического удара, глубоководного давления и агрессивных жидкостей, при этом компаунд, в котором находятся электронные компоненты, обеспечивает демпфирование ударной волны и дополнительную герметизацию электронных модулей.The structural layer of protection III includes the housing of the electronic module 6, the electronic components 8 are encapsulated with the compound 7. The housing of the electronic module 6 has a sealed structure and is made of titanium. The case provides protection of electronic components from destruction under the influence of dynamic shock, deep-sea pressure and aggressive liquids, while the compound in which the electronic components are located provides shock-wave damping and additional sealing of electronic modules.

Промышленная применимость устройства подтверждается проведением испытаний макетного образца блока ЗБН (блок защищенного накопителя) в соответствии с требованиями международного стандарта TSO-С124 и ОСТ 1 01080-95. По результатам испытаний установлено, что температура на электронных компонентах модуля памяти блока ЗБН за время проведения испытаний соответствует требованиям по сохранности информации, разрушения электронных компонентов при воздействии механических факторов не происходит. Изобретение позволяет создавать малогабаритные конструкции накопителей информации со сниженными массо-весовыми характеристиками.The industrial applicability of the device is confirmed by testing a prototype block ZBN (block protected drive) in accordance with the requirements of the international standard TSO-C124 and OST 1 01080-95. According to the test results, it was found that the temperature on the electronic components of the memory module of the ZBN block during the testing period meets the requirements for the preservation of information, the destruction of electronic components under the influence of mechanical factors does not occur. The invention allows to create small-sized designs of information storage devices with reduced mass and weight characteristics.

Claims (1)

Устройство защиты электронных модулей, содержащее внешний кожух, слой огнезащитного состава СГК-2, покрывающий корпус защищенного блока, пассивно-полуактивную тепловую защиту, вложенную в корпус защищенного блока, слой активной тепловой защиты, вложенный в пассивно-полуактивную тепловую защиту, внутренний корпус электронного модуля, вложенный в активную тепловую защиту, электронные компоненты, залитые компаундом, отличающееся тем, что дополнительно содержит комбинацию последовательно вложенных друг в друга слоев механической защиты, слоев активной и пассивной тепловой защиты, представляющих собой композиционные материалы, состоящие из смеси волокон кремний-органической минеральной ваты, углекислой, кислой солей, кристаллогидрата и связующих компонентов, которые в интервале значений температур воздействующего теплового потока (260-1100)°C, разлагают содержащееся в них термоактивное вещество с выделением паров сорбированной воды и углекислого газа, и обеспечивают тем самым стабилизацию температуры внутри модуля на уровне (110-120)°C; причем корпус защищенного блока из закаленной стали или титана, своей цилиндрической геометрической формой обеспечивает дополнительную механическую прочность и защиту внутренних слоев от разрушения при воздействии проникающего удара штырем и воздействия статического нагружения; слой пассивно-полуактивной тепловой защиты, состоящий из кремний-органического материала (минеральной ваты) с добавлением углекислых солей MgCO3 и LiCO3 , обеспечивающий защиту внутренних слоев от воздействия высокотемпературных внешних тепловых потоков за счет низкой теплопроводности и эндотермических химических реакций внедренных углекислых солей; слой активной тепловой защиты, состоящий из композитного материала, включающего кристаллогидрат MgSO4*7H2O и полимерные связующие компоненты, обеспечивающий защиту внутренних слоев от воздействия высокотемпературных внешних тепловых потоков за счет эндотермических реакций разложения кристаллогидратов и испарения выделенной воды и как следствие стабилизации температуры внутреннего контейнера на уровне (110-120)°C; при этом внутренний корпус электронного модуля герметичной конструкции, изготовленный из титана, обеспечивает защиту электронных модулей от разрушения при воздействии динамического удара, глубоководного давления и агрессивных жидкостей, а пространство контейнера с электронными модулями залито компаундом, обеспечивающим демпфирование ударной волны и дополнительную герметизацию электронных модулей.An electronic module protection device comprising an external casing, SGK-2 flame retardant layer covering the enclosure of the protected unit, passive semi-active thermal protection embedded in the enclosure of the protected unit, active thermal protection layer embedded in the passive semi-active thermal protection, internal electronic module housing embedded in active thermal protection, electronic components flooded with a compound, characterized in that it further comprises a combination of layers of mechanical protection successively nested in each other, layers of active and passive thermal protection, which are composite materials consisting of a mixture of fibers of silicon-organic mineral wool, carbon dioxide, acid salts, crystalline hydrate and binders, which decompose contained in the temperature range of the acting heat flux (260-1100) ° C they contain a thermoactive substance with the release of sorbed water and carbon dioxide vapors, and thereby provide stabilization of the temperature inside the module at the level of (110-120) ° C; moreover, the housing of the protected block of hardened steel or titanium, with its cylindrical geometric shape, provides additional mechanical strength and protection of the inner layers from destruction when exposed to penetrating by a pin and the effects of static loading; a passive-semi-active thermal protection layer consisting of silicon-organic material (mineral wool) with the addition of carbonic salts MgCO 3 and LiCO 3 , which protects the inner layers from the effects of high-temperature external heat fluxes due to low thermal conductivity and endothermic chemical reactions of embedded carbon salts; active thermal protection layer, consisting of a composite material, including MgSO 4 * 7H 2 O crystalline hydrate and polymer binder components, which protects the inner layers from the effects of high-temperature external heat fluxes due to endothermic decomposition of crystalline hydrates and evaporation of the separated water and, as a result, stabilization of the temperature of the inner container at the level of (110-120) ° C; in this case, the internal housing of the electronic module of a sealed design made of titanium provides protection of electronic modules from damage due to dynamic shock, deep-sea pressure and aggressive liquids, and the space of the container with electronic modules is flooded with a compound that provides shock wave damping and additional sealing of electronic modules.
RU2016100817A 2016-01-12 2016-01-12 Electronic modules protection device RU2651428C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016100817A RU2651428C2 (en) 2016-01-12 2016-01-12 Electronic modules protection device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016100817A RU2651428C2 (en) 2016-01-12 2016-01-12 Electronic modules protection device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016100817A RU2016100817A (en) 2017-07-17
RU2651428C2 true RU2651428C2 (en) 2018-04-19

Family

ID=59497141

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016100817A RU2651428C2 (en) 2016-01-12 2016-01-12 Electronic modules protection device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2651428C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3813030A4 (en) * 2019-08-19 2021-07-28 Crsc Research & Design Institute Group Co., Ltd. Vehicle-mounted black box protector
EP3965537A1 (en) * 2020-09-08 2022-03-09 HENSOLDT Sensors GmbH Crash protected memory unit

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2666964C1 (en) * 2017-11-16 2018-09-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") Method for protecting electronic blocks from inertial shock and vibration impacts

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4944401A (en) * 1989-09-28 1990-07-31 Sundstrand Data Control, Inc. Crash survivable enclosure for flight recorder
US5438162A (en) * 1992-09-10 1995-08-01 Alliedsignal Inc. Method and apparatus for isolating electronic boards from shock and thermal environments
US5932839A (en) * 1997-11-04 1999-08-03 Ren; Jane Method for dissipating heat away from a heat sensitive device using bicarbonate compositions
DE202005011394U1 (en) * 2005-07-17 2005-11-24 Smart Reflow Gmbh Temporary protection for electronic equipment subjected to high temperatures, e.g. data logger, includes casing, insulation and melting substance
RU2275763C1 (en) * 2004-08-31 2006-04-27 Открытое акционерное общество "Прибор" Method and device for thermal protection of electronic modules
RU2473982C1 (en) * 2011-10-27 2013-01-27 Валентин Николаевич Хабаров Heat shield for electronic memory module
EP2688376A2 (en) * 2012-07-18 2014-01-22 Honeywell International Inc. Systems and methods for a protective casing

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4944401A (en) * 1989-09-28 1990-07-31 Sundstrand Data Control, Inc. Crash survivable enclosure for flight recorder
US5438162A (en) * 1992-09-10 1995-08-01 Alliedsignal Inc. Method and apparatus for isolating electronic boards from shock and thermal environments
US5932839A (en) * 1997-11-04 1999-08-03 Ren; Jane Method for dissipating heat away from a heat sensitive device using bicarbonate compositions
RU2275763C1 (en) * 2004-08-31 2006-04-27 Открытое акционерное общество "Прибор" Method and device for thermal protection of electronic modules
DE202005011394U1 (en) * 2005-07-17 2005-11-24 Smart Reflow Gmbh Temporary protection for electronic equipment subjected to high temperatures, e.g. data logger, includes casing, insulation and melting substance
RU2473982C1 (en) * 2011-10-27 2013-01-27 Валентин Николаевич Хабаров Heat shield for electronic memory module
EP2688376A2 (en) * 2012-07-18 2014-01-22 Honeywell International Inc. Systems and methods for a protective casing

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3813030A4 (en) * 2019-08-19 2021-07-28 Crsc Research & Design Institute Group Co., Ltd. Vehicle-mounted black box protector
EP3965537A1 (en) * 2020-09-08 2022-03-09 HENSOLDT Sensors GmbH Crash protected memory unit

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016100817A (en) 2017-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2651428C2 (en) Electronic modules protection device
US4632865A (en) Multi-layer intumescent-ablator endothermic fire retardant compositions
US6261475B1 (en) Heat absorbing temperature control devices and methods
US9136558B2 (en) Impact resistant battery
JPH0924899A (en) Heat-insulating and shock-resistant type data recorder assembly
WO2014114149A1 (en) Method for improving fire prevention performance of vehicle-carried data recording device, and protective device
US9505550B2 (en) Systems and methods for a protective casing
WO1999023860A9 (en) Method for dissipating heat away from a heat sensitive device using bicarbonate compositions
KR20210089335A (en) Fire suppression patch for vehicle
CN112216313B (en) Data disaster recovery storage device and carrier
CZ321099A3 (en) Heat accumulating and transferring apparatus
US6793844B2 (en) Heat absorbing temperature control devices and method
CN112071339A (en) Data disaster recovery storage device and carrier
RU2220076C1 (en) Device for protection of data recorder memory circuits in emergency
RU57053U1 (en) DEVICE FOR THERMAL PROTECTION OF ELECTRONIC MODULES IN EMERGENCY CONDITIONS
RU2420046C1 (en) Method for thermal shielding electronic modules and device for implementing said method
WO2020248787A1 (en) Data disaster recovery storage device and carrier
RU2473982C1 (en) Heat shield for electronic memory module
RU2324258C2 (en) Thermal protection device to protect electronic modules in emergency conditions
RU2269166C1 (en) Device for thermal and mechanical protection of object
RU2269167C1 (en) Protective device for microelectronic object
RU2269165C1 (en) Onboard protective device
RU2269168C1 (en) Protective device
RU2007120292A (en) METHOD FOR PROTECTING MEMORY MODULES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2323557C1 (en) Method and device for thermal protection of electronic modules

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190113

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190924

HE4A Notice of change of address of a patent owner

Effective date: 20200526