RU2755530C1 - Трехмерный электронный модуль с высокой плотностью размещения компонентов - Google Patents
Трехмерный электронный модуль с высокой плотностью размещения компонентов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755530C1 RU2755530C1 RU2020136760A RU2020136760A RU2755530C1 RU 2755530 C1 RU2755530 C1 RU 2755530C1 RU 2020136760 A RU2020136760 A RU 2020136760A RU 2020136760 A RU2020136760 A RU 2020136760A RU 2755530 C1 RU2755530 C1 RU 2755530C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spiral structure
- printed circuit
- circuit board
- components
- electronic module
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/05—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
- H05K1/056—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate the metal substrate being covered by an organic insulating layer
-
- 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
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
- H05K1/0203—Cooling of mounted components
- H05K1/0209—External configuration of printed circuit board adapted for heat dissipation, e.g. lay-out of conductors, coatings
-
- 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
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0277—Bendability or stretchability details
- H05K1/028—Bending or folding regions of flexible printed circuits
-
- 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
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
- H05K1/189—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components characterised by the use of a flexible or folded printed circuit
-
- 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
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/005—Constructional details common to different types of electric apparatus arrangements of circuit components without supporting structure
-
- 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
- H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
- H05K9/0073—Shielding materials
- H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
- H05K9/0084—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding comprising a single continuous metallic layer on an electrically insulating supporting structure, e.g. metal foil, film, plating coating, electro-deposition, vapour-deposition
-
- 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
- H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
- H05K2201/05—Flexible printed circuits [FPCs]
- H05K2201/056—Folded around rigid support or component
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Structure Of Printed Boards (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии изготовления электронных устройств с поверхностным расположением компонентов и может быть использовано в авионике, телекоммуникации, светотехнике, других областях и быть конфигурировано как источник питания, преобразователь, датчики и т.д. Технический результат - повышение плотности установки компонентов, улучшение теплообмена и электромагнитной защиты. Результат достигается тем, что устройство содержит гибкую печатную плату на алюминиевой основе с установленными компонентами, согнутую в непрерывную спиральную структуру, имеющую плоские участки, расположенные друг над другом, и сгибы. При этом алюминиевая основа гибкой печатной платы внешнего витка спиральной структуры формирует замкнутый контур корпуса трехмерного электронного модуля, выполняющего функцию электромагнитного экрана и теплообменной поверхности. На одном из плоских участков внешнего витка гибкой печатной платы установлены теплоизлучающие компоненты, определяющие высоту трехмерного электронного модуля и количество плоских участков спиральной структуры с установленными на них компонентами во внутреннем объеме корпуса трехмерного электронного модуля. При этом между витками спиральной структуры размещен электроизолирующий слой в виде спирали, обеспечивающий возможность прилегания витков друг к другу, а внутренний объем корпуса залит теплопроводным изолирующим компаундом. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к технологии изготовления электронных устройств с поверхностным расположением компонентов и может быть использовано в авионике, телекоммуникации, светотехнике, других областях и быть конфигурированы как источник питания, преобразователь, датчики и т.д.
Уровень техники
Мощные электронные устройства, например, источники питания, драйверы светодиодов и другие устройства в большей части собираются на печатных платах из FR4 и заключаются в общий корпус, как правило, из алюминия, при этом для компонентов, выделяющих тепло, приходится предусматривать специальные алюминиевые радиаторы для рассеивания тепла, далее вся конструкция заливается теплопроводным электроизоляционным материалом, который дополнительно рассеивает тепло внутри алюминиевого корпуса. Поскольку этот материал имеет коэффициент теплопроводности в 1 Вт/к.м., и толщина заливки компонентов до корпуса достаточно большая, эффективность этой заливки невысокая и градиенты перепада температур между поверхностью корпуса и элементами, выделяющими тепло, достаточно высоки (т.е. элемент горячий, а корпус еле теплый). В то же время основное рассеивание тепла от изделия производится с поверхности, соприкасающейся с окружающим воздухом, и чем больше эта поверхность, и чем больше разница температур между поверхностью изделия и окружающим воздухом, тем выше эффективность охлаждения изделия с помощью конвекции. Если температура внешней поверхности изделия приближается к 60°С, то кроме конвекции идет охлаждение изделия за счет излучения с его поверхности. То есть для эффективного охлаждения следует располагать нагревающиеся компоненты непосредственно на наружной поверхности изделия, которая изготовлена из материала с высоким температурным коэффициентом, например, из алюминия (температурный коэффициент от 150 до 220 Вт/к.м в зависимости от марки).
Конструкторы обычно стараются сделать изделия возможно меньших габаритов и применяют многослойные платы, однако, объемная плотность установки компонентов невысока ввиду их различных габаритов, что ведет к большему расходу дорогостоящего заливочного материала ввиду наличия пустот, а объемная плотность не превышает 30…40% общего объема корпуса изделия, а иногда и гораздо меньше. При этом компоненты, излучающие тепло, находятся внутри корпуса в некотором отдалении от его наружных стенок, что затрудняет снижение температур этих компонентов, а повышение температуры резко снижает надежность изделия (считается, что превышение температуры на 10°С приводит к снижению долговечности в 2 раза). Особенно повышенная температура влияет на долговечность электролитических конденсаторов. Самое эффективное решение - это установить все компоненты изделия на алюминиевую плату, которая одновременно является корпусом изделия, такое решение раскрыто в патенте РФ 2688581, МПК H01L 25/04, опубликованного 21.05.2019, автор Соколов Ю.Б. На плоской алюминиевой печатной плате устанавливаются все компоненты изделия, а затем алюминиевая печатная плата сгибается таким образом, что все компоненты оказываются внутри объема прямоугольного параллелепипеда, грани которого образованы отогнутыми частями печатной платы.
Однако, для изделий, у которых много электронных SMT компонентов, плотность установки будет невысокой, поскольку крупные элементы будут определять размеры изделия (трансформаторы, конденсаторы большой емкости), а тонкие компоненты, даже расположенные на 4 внутренних сторонах корпуса не заполнят внутреннее пространство, а возможно, что и площадь платы мала для разводки более сложных схем.
Техническим результатом заявленного решения является повышение плотности установки компонентов, улучшение теплообмена и электромагнитной защиты
Техническое решение
В рамках настоящего патента предлагается решение, при котором плотность установки компонентов в объеме корпуса можно повысить до 80…95% и при этом градиент температуры в корпусе не будет превышать нескольких градусов. На рис. 1 приведен вариант конфигурации изделия на изогнутой алюминиевой печатной плате (flexible РСВ), позволяющей получить максимальную плотность компонентов в изделии.
В случае, когда все компоненты являются SMT, то сначала на плоской гибкой алюминиевой печатной плате устанавливаются все компоненты, а потом металлическая основа печатной платы сгибается в виде непрерывной спиральной структуры, при этом металлическая основа внешнего витка упомянутой печатной платы формирует замкнутый контур корпуса (снаружи только алюминий, а все компоненты оказываются внутри), выполняющий функцию корпуса, электромагнитного экрана и теплообменной поверхности. После заливки компаундом образуется монолитное изделие, имеющее примерно одинаковую температуру по всему объему.
Количество «слоев» печатной платы (количество параллельных участков одной печатной платы) и конфигурация выбираются исходя из размеров электронных компонентов таким образом, чтобы минимизировать количество пустых мест в объеме изделия. При этом чтобы изделие не перегревалось, должно выполняться условие:
Это значит, что увеличению плотности имеется предел, который в том числе зависит от мощности изделия и его к.п.д. Так, если мощность изделия 100 Вт, к.п.д. 0,9, то должна рассеиваться мощность Р=10 Вт, а наружная площадь изделия примерно 100 см2 (К примеру, наружные размеры 10×5×2 см без боковых крышек).
При соблюдении этого условия при температуре окружающей среды 20°С, температура корпуса будет 45…60°С, в зависимости от реальной поверхности (шероховатости поверхности корпуса). Для улучшения отдачи тепла подходит даже окраска корпуса электростатическим методом (происходит увеличение шероховатости поверхности). Играет роль также размещение основных теплоизлучающих компонентов на внутренней поверхности внешнего витка корпуса.
Гибкие платы сохраняют проводники на сгибах при радиусе сгиба не менее 2,5 мм при сгибах медным слоем вовнутрь. Естественно, на сгибе и на расстоянии 2…3 мм от него, компоненты не устанавливаются. На каждом витке платы следует, по возможности, устанавливать компоненты примерно одинаковой высоты для повышения плотности. Между витками следует разместить электроизолирующий слой, имеющий пробивное напряжение не менее 1 кВт, например, положить тонкую пленку (40…100 мкм) для исключения замыканий и пробоя, тогда витки спиральной структуры могут примыкать друг к другу, обеспечивая максимальную плотность.
В любом случае, высоту изделия определяет самый высокий компонент, а количество витков спиральной структуры подбирается под эту высоту, не забывая соблюдать соотношение (1) для наружной поверхности изделия.
При проектировании изделия сначала расставляют на поверхности платы крупные (высокие) компоненты в одной зоне, а потом определяют под эту высоту количество витков спиральной структуры печатной платы с учетом высоты компонентов. Если все-таки необходимо установить в каком-то слое более высокий компонент, чем другие, то это можно сделать, вырезая соответствующие отверстия в расположенном над ним витке платы.
На рис. 1 показано заявленное устройство в разрезе.
На рис. 2 показано объемное изображение устройства без торцевых крышек.
На рис. 1 представлен вариант заявленного устройства, состоящего из одной гибкой алюминиевой платы 1, на которой установлены высокие компоненты 2, например, электролитические конденсаторы, разъемы и т.д. (это 1 виток спиральной структуры), и электронные компоненты 3, сформированные в 4 витка, между которыми везде проложен электроизолирующий слой, например, в виде пленки 4 с высоким пробойным напряжением. С двух открытых сторон конструкция закрывается крышками (не показаны), и потом заливается внутри теплопроводным изолирующим компаундом.
Заявленное устройство может быть реализовано на универсальном технологическом оборудовании.
Claims (5)
1. Устройство трехмерного электронного модуля с высокой плотностью размещения компонентов, содержащее гибкую печатную плату на алюминиевой основе с установленными компонентами, согнутую в непрерывную спиральную структуру, имеющую плоские участки, расположенные друг над другом, и сгибы, при этом алюминиевая основа гибкой печатной платы внешнего витка спиральной структуры формирует замкнутый контур корпуса трехмерного электронного модуля, выполняющего функцию электромагнитного экрана и теплообменной поверхности, на одном из плоских участков внешнего витка гибкой печатной платы установлены теплоизлучающие компоненты, определяющие высоту трехмерного электронного модуля и количество плоских участков спиральной структуры с установленными на них компонентами во внутреннем объеме корпуса трехмерного электронного модуля, при этом между витками спиральной структуры размещен электроизолирующий слой в виде спирали, обеспечивающий возможность прилегания витков друг к другу, а внутренний объем корпуса залит теплопроводным изолирующим компаундом.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроизолирующий слой содержит электроизолирующую пленку, имеющую пробивное напряжение не менее 1 кВ.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что радиус участка сгиба выбран из выражения R ≥ 2,5 мм.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что противолежащие плоские участки витков спиральной структуры расположены на расстоянии, определяемом высотой смонтированных на них компонентов.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что плоский участок спиральной структуры гибкой печатной платы имеет сквозное отверстие для размещения негабаритной части компонента, смонтированного на поверхности противолежащего плоского участка спиральной структуры гибкой печатной платы.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020136760A RU2755530C1 (ru) | 2020-11-10 | 2020-11-10 | Трехмерный электронный модуль с высокой плотностью размещения компонентов |
PL131484U PL131484U1 (pl) | 2020-11-10 | 2021-11-08 | Moduł elektroniczny 3D o dużej gęstości |
DE212021000504.7U DE212021000504U1 (de) | 2020-11-10 | 2021-11-08 | 3D-Elektronikmodul mit hoher Dichte |
PCT/RU2021/000487 WO2022103300A1 (ru) | 2020-11-10 | 2021-11-08 | Трехмерный электронный модуль с высокой плотностью размещения компонентов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020136760A RU2755530C1 (ru) | 2020-11-10 | 2020-11-10 | Трехмерный электронный модуль с высокой плотностью размещения компонентов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2755530C1 true RU2755530C1 (ru) | 2021-09-17 |
Family
ID=77745529
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020136760A RU2755530C1 (ru) | 2020-11-10 | 2020-11-10 | Трехмерный электронный модуль с высокой плотностью размещения компонентов |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE212021000504U1 (ru) |
PL (1) | PL131484U1 (ru) |
RU (1) | RU2755530C1 (ru) |
WO (1) | WO2022103300A1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050180120A1 (en) * | 2004-02-13 | 2005-08-18 | Levi Robert W. | Compact navigation device assembly |
US9410665B2 (en) * | 2012-07-16 | 2016-08-09 | The Sloan Company, Inc. | Flexible ribbon LED module |
RU2657092C1 (ru) * | 2017-05-25 | 2018-06-08 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроприборов-технология" (ЗАО "НИИМП-Т") | Способ изготовления трехмерного многокристального модуля на гибкой плате |
RU2688581C1 (ru) * | 2018-06-18 | 2019-05-21 | Юрий Борисович Соколов | Способ изготовления трехмерного электронного модуля с высокой плотностью размещения компонентов и устройство |
-
2020
- 2020-11-10 RU RU2020136760A patent/RU2755530C1/ru active
-
2021
- 2021-11-08 DE DE212021000504.7U patent/DE212021000504U1/de active Active
- 2021-11-08 PL PL131484U patent/PL131484U1/pl unknown
- 2021-11-08 WO PCT/RU2021/000487 patent/WO2022103300A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050180120A1 (en) * | 2004-02-13 | 2005-08-18 | Levi Robert W. | Compact navigation device assembly |
US9410665B2 (en) * | 2012-07-16 | 2016-08-09 | The Sloan Company, Inc. | Flexible ribbon LED module |
RU2657092C1 (ru) * | 2017-05-25 | 2018-06-08 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроприборов-технология" (ЗАО "НИИМП-Т") | Способ изготовления трехмерного многокристального модуля на гибкой плате |
RU2688581C1 (ru) * | 2018-06-18 | 2019-05-21 | Юрий Борисович Соколов | Способ изготовления трехмерного электронного модуля с высокой плотностью размещения компонентов и устройство |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2022103300A1 (ru) | 2022-05-19 |
DE212021000504U1 (de) | 2023-07-26 |
PL131484U1 (pl) | 2023-12-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5973923A (en) | Packaging power converters | |
US6212076B1 (en) | Enhanced heat-dissipating printed circuit board package | |
US8619428B2 (en) | Electronic package structure | |
JP2018186143A (ja) | 回路基板モジュール、電子装置 | |
US20040246683A1 (en) | Electrical circuit arrangement comprised of a number of electrically interconnected circuit components | |
WO2020059240A1 (ja) | 電子制御装置 | |
KR101008772B1 (ko) | 집적 회로 장치, 전자 회로 지지 기판 및 집적 회로와 히트싱크의 열적 접속 방법 | |
JP4437860B2 (ja) | 配線ブロックの収納構造 | |
KR20070092432A (ko) | 금속코어를 구비한 인쇄회로기판 | |
RU2755530C1 (ru) | Трехмерный электронный модуль с высокой плотностью размещения компонентов | |
JP2003188565A (ja) | 表面実装用電子部品の放熱構造 | |
JP2014165227A (ja) | 電子制御装置 | |
JP2008211043A (ja) | 電子機器 | |
US11778773B2 (en) | Choke structure with water cooling | |
JPH02290098A (ja) | インバータ装置 | |
JPH07106721A (ja) | プリント回路板及びその放熱方法 | |
JP2001359280A (ja) | 電源装置 | |
US11342734B2 (en) | Circuit assembly and electrical junction box | |
JP2000114758A (ja) | 電源装置 | |
RU152503U1 (ru) | Система пассивного отвода тепла от электронного компонента | |
JP7062473B2 (ja) | アンテナモジュール | |
JP2006308623A (ja) | プラズマディスプレイ装置 | |
WO2022004400A1 (ja) | 電気機器 | |
JP2006514429A (ja) | 電子器具用の放熱装置 | |
JP2017054860A (ja) | 電子装置 |