RU2671004C1

RU2671004C1 - Radio electronic unit

Info

Publication number: RU2671004C1
Application number: RU2017124295A
Authority: RU
Inventors: Илья Юрьевич Шумских; Алексей Владимирович Костин; Сергей Александрович Маньшин; Тимофей Юрьевич Бусарев; Владимир Александрович Степанов
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2018-10-29

Abstract

FIELD: radio equipment; electronics.SUBSTANCE: invention relates to the structures of on-board and ground-based radio-electronic apparatus and equipment. Result is achieved by the fact that in the radio-electronic unit containing a base, a set of printed circuit boards that are connected in parallel to each other into the package, in which each printed circuit board is mounted in a frame of heat and electrically conductive material, mounted with their ends on the base, a heat-conducting gasket is provided between the base and the frames in the form of a minimum of two outer layers of foil, between which there is a layer of heat-conducting paste or only in the form of a heat-conducting paste, the radio-electronic unit being installed on the heat-removing surface through the heat-conducting paste. At the same time, the frames interact with each other by means of grooves and protrusions that are formed along the perimeter of the end face of each frame and form a labyrinth connection when they are joined. Moreover, the side frames are provided with covers which, with the outer surfaces of the frame of the unit, have a current-conductive coating and are joined by straps by means of a threaded connection, and one of the frames is connected to the base of the unit by means of an electrically conductive bridge.EFFECT: increase in the efficiency of the electronic unit by ensuring reliability through the improvement in heat transfer and removal of electrostatic charge.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники (радиоэлектроники), а более конкретно к конструкциям бортовой и наземной радиоэлектронной аппаратуры и оборудования и может быть использовано, например, при конструировании бортовых аналоговых и цифровых устройств с источниками питания, предназначенных для эксплуатации в составе космических аппаратов, в том числе работающих в условиях вакуума, например, в составе систем терморегулирования и систем трансляции команд и распределения питания, а также в составе подвижных и стационарных средств в приемо-передающей аппаратуре и других комплектациях.The invention relates to the field of electrical engineering (electronics), and more particularly to the design of on-board and ground-based electronic equipment and equipment and can be used, for example, in the design of on-board analog and digital devices with power sources intended for use as part of spacecraft, including working in a vacuum, for example, as part of thermal control systems and command translation and power distribution systems, as well as in moving and stationary environments STV in transceiver equipment and other trim levels.

Известен радиоэлектронный блок, содержащий печатные платы с контактными площадками, закрепленные на теплоотводящих рамках с установленными на них межплатными разъемами, соединенные в пакет, и поверхность для кондуктивного отвода тепла (патент RU №2231236).Known electronic block containing printed circuit boards with pads, mounted on a heat sink with installed on-board connectors, connected in a package, and a surface for conductive heat dissipation (patent RU No. 2231236).

Известен радиоэлектронный блок, содержащий корпус и функциональные ячейки, представляющие собой теплоотводящие основания с приклеенными к ним печатными платами с электрорадиоэлементами, при этом каждое теплоотводящее основание выполнено с верхним, нижним и боковыми теплостоками, а стенки корпуса образованы плотно прижатыми друг к другу и скрепленными между собой торцевыми поверхностями одноименных теплостоков соседних ячеек (патент RU №2322776).Known electronic block containing a housing and functional cells, representing a heat sink base with glued to them printed circuit boards with electrical elements, each heat sink base is made with upper, lower and side heat sinks, and the walls of the housing are formed tightly pressed against each other and fastened together end surfaces of the same heat sinks of neighboring cells (patent RU No. 2323277).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному техническому решению является радиоэлектронный блок, содержащий основание, набор печатных плат, механически параллельно соединенных между собой в пакет и электрически соединенных между собой по плоскостям их сопряжения с помощью разъемных соединителей, в корпусах которых расположены штыри и гнезда контактов, пересекающих плоскость платы каждый в отдельном электропроводящем отверстии платы, а корпуса соединителей опираются на одну из сторон печатной платы, причем печатная плата установлена в рамку из тепло и электропроводящего материала, опираясь на нее по периметру, и закреплена в рамке посредством крепежных элементов и стыковочных элементов в виде втулки, посадочной части резьбовой части и штыря-ловителя, при этом во втулке выполнено гнездо под штырь-ловитель смежной печатной платы, посадочная часть установлена в металлизированное электронепроводящее отверстие печатной платы по посадке, резьбовая часть установлена в бобышку рамки, и каждая рамка установлена торцом на основании и закреплена на нем посредством крепежных элементов (патент RU №2367124 - прототип).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed technical solution is a radio electronic unit containing a base, a set of printed circuit boards mechanically connected in parallel to each other in a package and electrically connected to each other along the planes of their interface using detachable connectors, in the cases of which there are pins and sockets of contacts intersecting the plane of the board each in a separate conductive hole of the board, and the housing of the connectors are supported on one side of the printed boards, and the printed circuit board is installed in the frame of heat and electrically conductive material, resting on it around the perimeter, and fixed in the frame by means of fasteners and connecting elements in the form of a sleeve, a fitting part of the threaded part and a catcher pin, while a socket for pin-catcher of the adjacent printed circuit board, the mounting part is installed in the metallized electrically conductive hole of the mounting PCB, the threaded part is installed in the boss of the frame, and each frame is installed with an end face on the base fixed thereon by means of fastening elements (patent RU №2367124 - prototype).

Недостатком известного, а также вышеописанных технических решений, является то, что при изготовлении теплопроводящих рамок и основания, на которое они устанавливаются, имеется неплоскостность сопрягаемых поверхностей, из-за которой образуются пустоты в сборке, повышающие тепловое сопротивление между теплопроводящими рамками и основанием (установочной поверхностью). Данное тепловое сопротивление значительно ухудшает отвод тепла от теплопроводящих рамок, что приводит к перегреву электрорадиоэлементов установленных в них и, как следствие, снижает срок эксплуатации радиоэлектронного блока, а также надежность в целом. Вторым недостатков известного изобретения является незначительная его защита от воздействия внешнего электромагнитного поля. Данный недостаток может привести во время длительной эксплуатации к накоплению значительного электростатического заряда на внешних поверхностях каждой рамки из-за не обеспечения его достаточного стекания с рамки на рамку и как следствие на основание прибора, либо установочную поверхность и с прибора в целом, что может привести к значительным наводкам и даже к выходу из строя прибора.A disadvantage of the known, as well as the above technical solutions, is that in the manufacture of heat-conducting frames and the base on which they are installed, there is a non-flatness of the mating surfaces, due to which voids in the assembly are formed, which increase the thermal resistance between the heat-conducting frames and the base (mounting surface ) This thermal resistance significantly worsens the heat removal from the heat-conducting frames, which leads to overheating of the radio-electronic elements installed in them and, as a result, reduces the life of the electronic unit, as well as reliability in general. The second disadvantage of the known invention is its slight protection against exposure to an external electromagnetic field. This drawback can lead to the accumulation of a significant electrostatic charge on the external surfaces of each frame during long-term operation due to the failure to ensure sufficient runoff from the frame to the frame and, as a result, to the base of the device, or to the mounting surface and from the device as a whole, which can lead to significant interference and even failure of the device.

Задачей заявленного технического решения является повышение эффективности его работы за счет обеспечения надежности посредством улучшения теплообмена и отвода электростатического заряда.The objective of the claimed technical solution is to increase the efficiency of its work by ensuring reliability by improving heat transfer and removal of electrostatic charge.

Поставленная задача решается тем, что в радиоэлектронном блоке, содержащим основание, набор печатных плат, механически параллельно соединенных между собой в пакет, в котором каждая печатная плата установлена в рамку из тепло и электропроводящего материала, и каждая рамка установлена торцом на основании и жестко закреплена на нем, согласно изобретению, между основанием и рамками размещена теплопроводящая прокладка, которая выполнена в виде минимум двух внешних слоев из фольги между которыми расположен слой из теплопроводной пасты или только в виде теплопроводной пасты, причем радиоэлектронный блок установлен на теплоотводящую поверхность через теплопроводную пасту, при этом рамки взаимодействуют между собой посредством пазов и выступов, которые выполнены по периметру торцевой поверхности каждой рамки с одной ее стороны пазами, а с другой выступами, образующие при их стыковке лабиринтное соединение, причем боковые рамки снабжены крышками, которые с внешними поверхностями рамок блока имеют токопроводящее покрытие и объединены планками посредством резьбового соединения, а одна из рамок соединена с основанием блока посредством электропроводящей перемычки.The problem is solved in that in a radio electronic unit containing a base, a set of printed circuit boards mechanically connected in parallel to each other in a package in which each printed circuit board is mounted in a frame of heat and conductive material, and each frame is installed with an end on the base and is rigidly fixed to According to the invention, a heat-conducting gasket is placed between the base and the frames, which is made in the form of at least two outer layers of foil, between which there is a layer of heat-conducting paste or t only in the form of a heat-conducting paste, and the electronic block is mounted on the heat-removing surface through the heat-conducting paste, while the frames interact with each other by means of grooves and protrusions, which are made along the perimeter of the end surface of each frame on its one side with grooves, and on the other with protrusions, forming the labyrinth connection to the docking, and the side frames are provided with covers, which are conductively coated with the outer surfaces of the block frames and are joined by strips by means of a threaded connection Nia, and one block of frames connected to a base by electroconductive bridges.

На фиг. 1 представлен общий вид радиоэлектронного блока; На фиг. 2 вид А с местным разрезом; На фиг. 3 представлен вид Б с фиг. 2.In FIG. 1 shows a General view of the electronic unit; In FIG. 2 view A with a local section; In FIG. 3 is a view B of FIG. 2.

Заявленный радиоэлектронный блок содержит рамки 1 из тепло и электропроводящего материала, с закрепленными к ним (например, приклеенными любым способом, в том числе методом прессования) печатными платами 2. На каждой печатной плате 2 смонтированы электрорадиоэлементы 3. Рамки 1 жестко установлены торцом на основании 4 через теплопроводящую прокладку 5, выполненную в виде минимум двух внешних слоев из фольги 6, между которыми расположен слой из теплопроводной пасты 7 (кремний-органической 131-179) или только в виде теплопроводной пасты (на чертеже не показано). При этом стенки радиоэлектронного блока образованы стенками прижатых друг к другу торцевыми поверхностями рамок 1, и на торцевых поверхностях каждой рамки 1 выполнены по периметру с одной ее стороны пазы 8 и с другой выступы 9, а боковые рамки 1 закрываются крышкой 10. При прижатии друг к другу торцевых поверхностей рамок 1 обеспечивается лабиринтное соединение, исключающее прямое проникновение электростатического заряда внутрь радиоэлектронного блока. Дополнительно внешние поверхности рамок 1 и крышек 10 имеют токопроводящее покрытие, и каждая рамка 1 и крышки 10 соединены между собой по внешним поверхностям планками 11, а одна из рамок 1 соединена с основанием 4 радиоэлектронного блока посредством электропроводящей перемычки 12.The claimed electronic block contains frames 1 made of heat and conductive material, with printed circuit boards 2 fixed to them (for example, glued in any way, including by pressing method). Radio electronic elements 3 are mounted on each printed circuit board 2. Frame 1 is rigidly mounted with an end face on the base 4 through a heat-conducting gasket 5, made in the form of at least two outer layers of foil 6, between which there is a layer of heat-conducting paste 7 (organic silicon 131-179) or only in the form of heat-conducting paste (in the drawing not shown). In this case, the walls of the electronic block are formed by the walls of the frames 1 pressed against each other by the ends, and on the end surfaces of each frame 1, grooves 8 are made along the perimeter on one side thereof and projections 9 on the other side, and the side frames 1 are closed by a cover 10. When pressed against each other the other end surfaces of the frames 1 provides a labyrinth connection, eliminating the direct penetration of electrostatic charge into the electronic unit. Additionally, the outer surfaces of the frames 1 and the covers 10 are conductive coated, and each frame 1 and the covers 10 are connected to each other on the outer surfaces by the straps 11, and one of the frames 1 is connected to the base 4 of the electronic unit via an electrically conductive jumper 12.

Радиоэлектронный блок может быть установлен на теплоотводящую поверхность 13, которой может служить, например, установочная поверхность космического аппарата, или другая поверхность, причем установка производится через теплопроводную пасту 14, например, кремний-органическую 131-179. Тепло от работающего блока может передаваться на теплоотводящую поверхность 13 и в окружающую среду.The electronic unit may be mounted on a heat sink surface 13, which may be, for example, a mounting surface of a spacecraft, or another surface, the installation being made through a heat-conducting paste 14, for example, silicon-organic 131-179. Heat from the operating unit can be transferred to the heat sink surface 13 and to the environment.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При включении радиоэлектронного блока мощность, рассеиваемая электрорадиоэлементами 3, передается через печатные платы 2, на рамки 1. По рамкам 1 тепловая энергия передается на основание 4 посредством теплопроводящей прокладки 5. Прокладка 5 представляет собой минимум два внешних слоя из фольги 6, между которыми расположен слой из теплопроводной пасты 7 или только слой из теплопроводной пасты. При установке рамок 1 на основание 4 теплопроводящая прокладка 5 деформируется по форме сопрягаемых поверхностей, которые всегда будут иметь неплоскостность. Далее тепловая энергия передается от основания 4 на теплоотводящую поверхность 13 через теплопроводную пасту 14 или в окружающую среду. При этом наличие пазов 8 и выступов 9 образует лабиринтное соединение, исключающее прямое проникновение электростатического заряда внутрь радиоэлектронного блока. Дополнительно внешние поверхности рамок 1 и крышек 10 имеют токопроводящее покрытие, а каждая рамка 1 и крышки 10 соединены между собой по внешним поверхностям планкам 11, осуществляющими в совокупности с токопроводящим покрытием необходимое стекание электростатического заряда с внешних поверхностей радиоэлектронного блока с обеспечением оптимального теплового режима его работы, тем самым повышая его помехоустойчивость и надежность в целом. Далее необходимое стекание электростатического заряда с внешних поверхностей радиоэлектронного блока на его основание 4 осуществляется через электропроводящую перемычку 12. С основания 4 заряд стекает на теплоотводящую поверхность 13 или другую установочную поверхность.When the electronic unit is turned on, the power dissipated by the electronic components 3 is transmitted through the printed circuit boards 2 to the frames 1. Through the frames 1, the thermal energy is transmitted to the base 4 by means of a heat-conducting gasket 5. The gasket 5 is a minimum of two outer layers of foil 6, between which there is a layer from heat-conducting paste 7 or only a layer of heat-conducting paste. When installing the frames 1 on the base 4, the heat-conducting gasket 5 is deformed in the form of mating surfaces, which will always have a non-flatness. Next, thermal energy is transferred from the base 4 to the heat sink surface 13 through the heat-conducting paste 14 or into the environment. In this case, the presence of grooves 8 and protrusions 9 forms a labyrinth compound, eliminating the direct penetration of electrostatic charge into the radio-electronic unit. Additionally, the outer surfaces of the frames 1 and the covers 10 are conductive coated, and each frame 1 and the covers 10 are interconnected on the outer surfaces of the strips 11, which together with the conductive coating carry out the necessary draining of electrostatic charge from the outer surfaces of the radio electronic unit to ensure optimal thermal operation , thereby increasing its noise immunity and reliability in general. Next, the necessary draining of the electrostatic charge from the outer surfaces of the electronic unit to its base 4 is carried out through the conductive jumper 12. From the base 4, the charge flows to the heat sink surface 13 or other mounting surface.

Заявленное техническое решение позволит повысить эффективность работы радиоэлектронного блока за счет обеспечения его надежности посредством улучшения теплообмена и отвода электростатического заряда.The claimed technical solution will improve the efficiency of the electronic unit by ensuring its reliability by improving heat transfer and removal of electrostatic charge.

Claims

An electronic block containing a base, a set of printed circuit boards mechanically connected in parallel to each other in a package, each printed circuit board is installed in a frame of heat and electrically conductive material, and each frame is installed end to end on the base and is rigidly fixed to it, characterized in that between the base and the frames contain a heat-conducting gasket, which is made in the form of at least two outer layers of foil, between which there is a layer of heat-conducting paste or only in the form of a heat-conducting paste, and the dioelectronic unit is mounted on the heat sink surface through the heat-conducting paste, while the frames interact with each other by means of grooves and protrusions, which are made along the perimeter of the end surface of each frame with grooves on one side and protrusions on the other, forming a labyrinth connection, and the side ones the frames are provided with covers, which are conductively coated with the outer surfaces of the block frames and are joined by strips by means of a threaded connection, and one of the frames is connected to the base block by electroconductive bridges.