RU85285U1

RU85285U1 - DEVICE FOR REMOVING HEAT FROM THE PCB

Info

Publication number: RU85285U1
Application number: RU2009108293/22U
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Полутов; Татьяна Калиниковна Софронова; Сергей Юрьевич Гольман; Максим Александрович Краснов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА")
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2009-07-27

Abstract

1. Устройство для отвода тепла с печатной платы, содержащее металлическое основание с расположенными на нем теплонагруженными элементами и отверстием для крепления к корпусу, отличающееся тем, что основание имеет отбортовки, фиксирующие печатную плату на корпусе, при этом на основание нанесено покрытие, обеспечивающее последующую пайку, а между металлическим основанием и корпусом расположен электроизоляционный теплопроводный материал. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве материала для металлического основания использован теплопроводный металл.1. A device for removing heat from a printed circuit board, containing a metal base with heat-loaded elements located on it and an opening for attachment to the housing, characterized in that the base has flanges fixing the printed circuit board on the housing, while the base is coated to provide subsequent soldering and between the metal base and the body is an insulating heat-conducting material. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that a heat-conducting metal is used as the material for the metal base.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности, авиационному приборостроению, и служит для отвода тепла от печатной платы с теплонагруженными радиоэлементами, являясь при этом токоведущим элементом электрической цепи, а также фиксатором печатных плат с теплонагруженными радиоэлементами к корпусу прибора, блока и т.п.The utility model relates to the field of radio engineering, in particular, aircraft instrumentation, and is used to remove heat from a printed circuit board with heat-loaded radio elements, while being a current-carrying element of the electrical circuit, as well as a latch of printed circuit boards with heat-loaded radio elements to the body of the device, unit, etc. .

Известны классические решения отведения тепла от радиоэлементов через предусмотренную конструкцией элемента площадку, которая фиксируется на радиаторе стандартным винтом, например, элементы в корпусе семейства «ТО-220». Однако, в этом случае также необходимо дополнительно решить задачу фиксации печатной платы введением на ней дополнительного отверстия в непосредственной близости от элемента, так как связь печатной платы с элементом остается гибкой и обеспечивается только выводами элемента (FISER ELECTRONIK, f.cool 2004, D-20149 Hamburg, стр.116; ПЛАТАН, 2006, стр.83). Введение дополнительного отверстия, как правило, сопровождается увеличением размеров печатной платы.Classical solutions are known for removing heat from radioelements through a platform provided for by the design of the element, which is fixed on the radiator with a standard screw, for example, elements in the TO-220 family case. However, in this case it is also necessary to additionally solve the problem of fixing the printed circuit board by introducing an additional hole on it in the immediate vicinity of the element, since the connection of the printed circuit board with the element remains flexible and is provided only by the terminals of the element (FISER ELECTRONIK, f.cool 2004, D-20149 Hamburg, p. 116; PLATAN, 2006, p. 83). The introduction of an additional hole is usually accompanied by an increase in the size of the printed circuit board.

Известно устройство близкое к предлагаемому (заявка Японии №JP2003298262, Н05К 7/20, опубл. 17.10. 2003), в котором печатная плата с двух сторон имеет металлизированные площадки, соединенные через металлизированные отверстия. Причем с одной стороны платы на металлизированной площадке установлен теплонагруженный элемент, а с другой стороны платы контактная площадка соединена с радиатором.A device is known that is close to the one proposed (Japanese application No. JP2003298262, H05K 7/20, publ. 17.10. 2003), in which the printed circuit board on both sides has metallized pads connected through metallized holes. Moreover, on one side of the board on the metallized site a heat-loaded element is installed, and on the other side of the board, the contact area is connected to the radiator.

Недостатком этого устройства является то, что при отведении тепла через контактные площадки и металлизированные отверстия от теплонагруженных радиоэлементов очень сильно нагреваются печатные проводники и сама печатная плата в области расположения этих радиоэлементов, что может привести к отслоению проводников. Фиксация же печатной платы выполняется дополнительными средствами, требующими дополнительной площади, а значит, увеличивающими размеры печатной платы.The disadvantage of this device is that when heat is removed through the contact pads and metallized holes from the heat-loaded radio elements, the printed conductors and the printed circuit board themselves become very hot in the area where these radio elements are located, which can lead to delamination of the conductors. The fixation of the printed circuit board is performed by additional means that require additional space, and therefore, increasing the size of the printed circuit board.

Наиболее близким техническим решением является устройство отвода тепла от печатной платы (патент РФ на полезную модель №53097, Н05К 7/12, опубл. 27.04.2006), которое содержит радиатор, контактные площадки для теплонагруженных радиоэлементов, отверстия для фиксации последних на устройстве и резьбовые отверстия для фиксации самого устройства на печатной плате. Тепло от теплонагруженных элементов рассеивается продольными ребрами радиатора благодаря естественной конвекции.The closest technical solution is a device for removing heat from a printed circuit board (RF patent for utility model No. 53097, H05K 7/12, publ. 04/27/2006), which contains a radiator, pads for heat-loaded radioelements, holes for fixing the latter on the device and threaded holes for fixing the device itself on the circuit board. Heat from heat-loaded elements is dissipated by the longitudinal fins of the radiator due to natural convection.

Недостатком данной конструкции является то, что при плотном монтаже в устройствах с ограниченными объемами недостаточно места для объемных конструкций радиаторов, которые к тому же занимают достаточно большое место на самой печатной плате. Также указанный прототип предназначен для рассеивания тепла в окружающее пространство и не может эффективно использоваться внутри замкнутого пространства.The disadvantage of this design is that with tight installation in devices with limited volumes, there is not enough space for volumetric designs of radiators, which also occupy a fairly large place on the printed circuit board itself. Also, the specified prototype is designed to dissipate heat into the surrounding space and cannot be effectively used inside a confined space.

Техническим результатом полезной модели является эффективный отвод тепла от печатной платы и рассеивание его в замкнутое пространство корпуса прибора, а также уменьшение массо-габаритных размеров печатной платы. Дополнительным результатом является повышение надежности и увеличение срока службы печатной платы.The technical result of the utility model is the effective heat removal from the printed circuit board and its dissipation into the enclosed space of the device body, as well as the reduction in the mass-overall dimensions of the printed circuit board. An additional result is increased reliability and longer PCB life.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг.1 устройство с теплонагруженными радиоэлементами, расположенными в выборке на периферии платы, общий вид в изометрии.In Fig.1 a device with heat-loaded radio elements located in a sample on the periphery of the board, a General view in isometric.

На фиг.2 устройство с теплонагруженными радиоэлементами, расположенными в выборке на периферии платы, вид спереди.Figure 2 is a front view of a device with heat-loaded radio elements located in a sample on the periphery of the board.

На фиг.3 устройство с теплонагруженными радиоэлементами, расположенными в выборке на поверхности средней части платы, общий вид в изометрии.In Fig.3 a device with heat-loaded radio elements located in a sample on the surface of the middle part of the board, a General view in isometric view.

Устройство представляет собой основание - пластину 1 (Фиг.1), выполненную за одно целое с S-образными отбортовками 2 из металла, характеризующегося высокой теплопроводностью (например, латунь, бронза). Форма S-образных отбортовок 2 повторяет форму контактных площадок 3 печатной платы 4. На всю поверхность пластины 1 нанесено покрытие, обеспечивающее последующую пайку (например О-Ви, О3, Н-О-Ви, ПСр, Впр, Ag-Pd и т.п.).The device is a base plate 1 (Figure 1), made in one piece with S-shaped flanges 2 of metal, characterized by high thermal conductivity (for example, brass, bronze). The shape of the S-shaped flanges 2 repeats the shape of the contact pads 3 of the printed circuit board 4. A coating is provided on the entire surface of the plate 1 to provide subsequent soldering (for example, O-Vi, O3, N-O-Vi, PSR, Vpr, Ag-Pd, etc. P.).

При установке пластины 1 на печатную плату 4 формируется единый электрический проводник пластины с контактными площадками 3 печатной платы 4. При прикладывании прижимающего усилия к пластине 1 со стороны установки радиоэлементов 5, благодаря S-образным отбортовкам 2 обеспечивается плотное прижатие печатной платы 4 к корпусу-радиатору 6 (Фиг.2).When installing the plate 1 on the printed circuit board 4, a single electrical conductor of the plate is formed with the pads 3 of the printed circuit 4. When applying a pressing force to the plate 1 from the installation side of the radio elements 5, due to the S-shaped flanges 2, the printed circuit board 4 is pressed tightly against the radiator case 6 (FIG. 2).

Благодаря такой конструкции появляется возможность более эффективного использования поверхности печатной платы: устройство одновременно является электрическим проводником, контактной площадкой для теплонагруженных радиоэлементов 5 с функцией теплоотвода и служит для фиксации печатной платы 4 к корпусу-радиатору 6 через отверстие 7 крепежными элементами 8 (например, винт с шайбой).Thanks to this design, it becomes possible to more efficiently use the surface of the printed circuit board: the device is simultaneously an electrical conductor, a contact pad for heat-loaded radio elements 5 with a heat sink function and serves to fix the printed circuit board 4 to the radiator case 6 through the hole 7 with fasteners 8 (for example, a screw with washer).

Электрический контакт отбортовок 2 с контактными площадками 3 осуществляется пайкой. При этом для обеспечения электрической изоляции и сохранения качественного теплоотвода между металлической пластиной 1 и корпусом-радиатором 6 проложен электроизоляционный теплопроводный материал.The electrical contact of the flanges 2 with the contact pads 3 is carried out by soldering. At the same time, to ensure electrical insulation and maintain high-quality heat sink between the metal plate 1 and the casing-radiator 6, an insulating heat-conducting material is laid.

Металлическая пластина 1 с теплонагруженными радиоэлементами 5 установлена в отверстие 7 печатной платы 4 под теплонагруженным радиоэлементом, который может располагаться как на периферии печатной платы (Фиг.1, 2), так и в средней ее части (Фиг.3). Теплонагруженный радиоэлемент 5 устанавливается на металлическую пластину 1, оставляя отверстие 7 для фиксации свободным.A metal plate 1 with heat-loaded radio elements 5 is installed in the hole 7 of the printed circuit board 4 under the heat-loaded radio element, which can be located both on the periphery of the printed circuit board (Fig.1, 2), and in its middle part (Fig.3). The heat-loaded radio element 5 is mounted on the metal plate 1, leaving the hole 7 for fixing free.

Устройство может быть изготовлено штамповкой или фрезерованием листа латуни или бронзы с последующим нанесением покрытия, обеспечивающего последующую пайку, или припоя.The device can be made by stamping or milling a sheet of brass or bronze, followed by coating, providing subsequent soldering, or solder.

Очевидно, что на теплоотвод могут устанавливаться несколько теплонагруженных элементов.Obviously, several heat-loaded elements can be installed on the heat sink.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

При прохождении электрического сигнала через теплонагруженный радиоэлемент 5 последний сильно нагревается, что при работе в условиях повышенной температуры (+70°С) может привести к отказу радиоэлемента. Тепловой поток от теплонагруженного радиоэлемента 5 движется к металлической пластине 1, в теле которой он разделяется на два направления: сквозь металлическую пластину 1 к корпусу-радиатору 6 и по телу металлической пластины 1 ортогонально первому направлению. За счет малой толщины металлической пластины 1 и большой площади соприкосновения ее с корпусом 6 основной поток тепла от теплонагруженных элементов 5 увлекается корпусом-радиатором 6, обеспечивающим рассеивание тепла во внешнее пространство. Тепловой поток, движущийся в направлении контактных площадок 3, меньше - пропорционально сечению металлической пластины 1, что обеспечивает их минимальный нагрев.When an electric signal passes through a heat-loaded radio element 5, the latter heats up very much, which, when operating at elevated temperatures (+ 70 ° C), can lead to a failure of the radio element. The heat flux from the heat-loaded radio element 5 moves to the metal plate 1, in the body of which it is divided into two directions: through the metal plate 1 to the heat sink 6 and along the body of the metal plate 1 orthogonal to the first direction. Due to the small thickness of the metal plate 1 and its large area of contact with the casing 6, the main heat flow from the heat-loaded elements 5 is carried away by the casing-radiator 6, which provides heat dissipation into the external space. The heat flux moving in the direction of the contact pads 3 is less - proportional to the cross section of the metal plate 1, which ensures their minimum heating.

Таким образом, предложенная конструкция позволяет эффективно отводить тепло, не перегревая печатную плату и теплонагруженные элементы, что положительно сказывается на сроке их службы, и обеспечивает более эффективное использование поверхности печатной платы за счет совмещения в единой конструкции свойств проводника, теплоотвода и фиксатора, что положительно сказывается на массо-габаритных характеристиках печатной платы.Thus, the proposed design allows you to effectively remove heat without overheating the printed circuit board and heat-loaded elements, which positively affects their service life, and provides more efficient use of the surface of the printed circuit board by combining the properties of the conductor, heat sink and retainer in a single design, which positively affects on the mass-dimensional characteristics of the printed circuit board.

Лабораторные исследования показали возросшие надежность и срок службы печатной платы за счет установки в ее отверстия заявленного устройства из более прочного, чем у печатной платы, теплопроводного материала.Laboratory studies have shown increased reliability and durability of the printed circuit board due to the installation of the claimed device from its more durable, heat-conducting material than the printed circuit board in its openings.

Таким образом, заявленное техническое решение является промышленно осуществимым и обладает новизной. При этом достигается заявленный технический результат.Thus, the claimed technical solution is industrially feasible and has novelty. This achieves the claimed technical result.

Claims

1. A device for removing heat from a printed circuit board, containing a metal base with heat-loaded elements located on it and an opening for attachment to the housing, characterized in that the base has flanges fixing the printed circuit board on the housing, while the base is coated to provide subsequent soldering and between the metal base and the body is an insulating heat-conducting material.

2. The device according to claim 1, characterized in that a heat-conducting metal is used as the material for the metal base.