WO2017188860A1 - Матричный электронный модуль (варианты) - Google Patents

Матричный электронный модуль (варианты) Download PDF

Info

Publication number
WO2017188860A1
WO2017188860A1 PCT/RU2017/000395 RU2017000395W WO2017188860A1 WO 2017188860 A1 WO2017188860 A1 WO 2017188860A1 RU 2017000395 W RU2017000395 W RU 2017000395W WO 2017188860 A1 WO2017188860 A1 WO 2017188860A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnets
conductive
boards
module
module according
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000395
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Валентин Сергеевич ЧУЙКО
Original Assignee
Валентин Сергеевич ЧУЙКО
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 Валентин Сергеевич ЧУЙКО filed Critical Валентин Сергеевич ЧУЙКО
Publication of WO2017188860A1 publication Critical patent/WO2017188860A1/ru

Links

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
    • H05K1/14—Structural association of two or more 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
    • H05K1/181—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components

Definitions

  • the technical field to which the invention relates The invention relates.
  • the invention relates to electrical engineering and can be used to create blocks of various electronic equipment. State of the art
  • Known three-dimensional electronic module (patent RU 2335821, IPC: H01L25 / 00, H05K7 / 20, publ. 10/10/2008), containing two parallel patch boards with housed housing and electronic components and / or microcircuits connected to each other by connecting circuit boards with the formation of a "tube" or cubic cell module, having the ability to connect with similar modules to form a three-dimensional three-dimensional structure (assembly, matrix).
  • the electrical connection of the boards inside the module and the modules to each other is provided by three-dimensional electrical connectors formed inside the patch boards, the contacts of which are brought out on each side around the board perimeter.
  • the mentioned solution is characterized by high maintainability and provides ample opportunities for spatial design, however, it has a number of significant drawbacks. Firstly, the low reliability of the design, due to the fact that the mechanical connection of the boards and modules is carried out only due to electrical connectors. Secondly, low packing density, which leads to significant dimensions of the created equipment. Thirdly, the issue of fixing the assembly in the housing has not been resolved in this design.
  • package is used hereinafter in its meaning “stack, stop”, in which the printed circuit boards are oriented by planes parallel to each other, placed by a “shelf”, one above the other, if you do not take into account the subsequent orientation of the package.
  • the printed circuit boards contain electronic components and electrical connectors, one of which is used to connect with the mating part, placed on the chassis backplane. Opposite located relative to the aforementioned connector, the ends of the boards are connected by a front panel made with connectors for external connections.
  • the modules are installed in the guides of the housing and are fixed with screws through the holes on the front panel.
  • This design of the module is simple to manufacture, characterized by high maintainability and can be used to create spatial assemblies, however, in this case, the development of a special (individual) supporting structure for placement and connection of the modules will be required.
  • Another disadvantage of this solution is the high probability of mechanical damage to the protruding outward contacts of the module connector during installation or transportation, as well as damage by static electricity to sensitive electronic components electrically connected to them.
  • Known electronic module (see patent DE 2920578, IPC: H05K7 / 14, publ. 04/12/1980), containing a set of printed circuit boards, electrically connected by means of interconnect pairs and mechanically pulled together by means of fastening rods passed through coaxial holes circuit boards. Step differences in the diameters of the rods create stops for the boards and provide a fixed distance between them.
  • the head of the rod placed in the reciprocal recess of the base or cover of the housing, provides a fixed position of the assembly in the housing after connecting the cover and base to each other.
  • the mentioned solution provides high packing density and reliable connection of boards, however, it does not allow creating branched spatial assemblies and can only be used to form packages of boards.
  • the electronic unit contains a set of functional cells - modules.
  • Each module consists of two switching printed circuit boards with electronic components and electrical connectors placed on them. Boards are mechanically connected between each other in a package by means of connecting elements placed between the boards at the corners of the module - corner posts made with threaded holes for fasteners.
  • each module is installed in a separate cell of the housing, the design of which determines the spatial structure of the block. Outside the housing, the ability to connect modules is not provided.
  • the present invention is based on the solution of the problem of creating a universal simple quick-detachable module that provides a high packing density of electronic components and allows you to create various bulk assemblies based on it, independent of the supporting structures.
  • the connecting elements made in the form of conductive permanent magnets with axial magnetization, connected by ends to switching boards and made with faces on the side surface for interaction with the faces of the magnets of the attached modules.
  • the elements are made in the form of conductive permanent magnets with axial magnetization, connected at one end to one of utatsionnyh boards and cooperating with the free end piece of a magnetic material mounted on the second circuit board, wherein on the lateral surface of each conductive magnet faces are formed to communicate with the faces of magnets attached modules.
  • Conductive magnets - magnets with the property of electrical conductivity are provided.
  • Magnetic materials - substances with pronounced magnetic properties ferromagnets, mainly iron and its alloys.
  • conductive magnets in the proposed design additionally provide the possibility of mechanical connection of modules between each other, and can also act as electrical connectors of boards and modules.
  • magnets To form an assembly, it is enough just to bring together correctly oriented modules together and magnets will “pull” the modules to each other. At the same time, the magnets themselves will “tell” the correct orientation: if the modules are not oriented correctly, the magnetic fields will repel each other, indicating incorrect assembly. Moreover, magnets not only provide quick connection and disconnection of modules, but also perform the functions of guide elements, ensuring the correct positioning of the mating parts of the electrical connectors of the modules. This is explained by the fact that when other parameters are equal (the strength of the interacting magnets, the area of the contacting poles), the strongest interaction between the magnets is carried out along the shortest path when the magnets are precisely placed relative to each other, i.e. magnets orient themselves.
  • the proposed design provides the ability to connect to one module up to six modules simultaneously, on either side, which allows the formation of spatial assemblies of various shapes and dimensions.
  • Spatial assemblies are created on the basis of the matrix principle, and the direction of matrix “growth” can be specified in any way, for example, based on the shape of the available housing in order to maximize the use of its volume.
  • the magnets Due to the property of the electrical conductivity of the magnets, in addition to the mechanical connection of the boards and modules, they can additionally perform the functions of electrical connectors, in particular, they can be used to transfer power between the boards and between the modules. This helps to simplify the organization of power supply of the modules, the emergence of the possibility of redundancy, due to the fact that in the proposed design, power can be supplied from any of the six sides of the module.
  • the proposed design of the module can be used in electronic equipment with a "hot standby", in which the replacement of the modules is performed without turning off the power.
  • the high connection speed of the modules under power allows to reduce the time of transients that occur during non-simultaneous or incorrect connection of the power poles, which positively affects the reliability of the modules.
  • the electronic module according to the first embodiment is characterized by the following features:
  • - conductive magnets are made of two parts (in other words, detachable in the transverse plane);
  • the electronic module according to the second embodiment is characterized by the following features:
  • FIG. 1 general view of the electronic module according to 1 embodiment, isometry
  • FIG. 2 is a view A from FIG. 1, two examples of fixing magnets are shown: by means of an adhesive layer (a) and by a pressing method (c);
  • FIG. 5 is a cross-section aa of FIG. 4; in FIG. 6 is a cross-section BB of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a section CC of FIG. 5;
  • FIG. 8 shows an example of an electronic module with composite conductive magnets, isometry
  • FIG. 9 is a view B of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a general view of an electronic module according to option 2, isometry
  • FIG. 11 is a view C of FIG. 10;
  • FIG. 12 - shows the connection between the module boards
  • FIG. 13 - illustrates the process of spatial assembly of modules
  • Fig - shows a fragment of the assembly of modules in 1 embodiment
  • Fig - shows a fragment of the assembly of modules according to option 2.
  • the electronic module (Fig. 1, 2) contains switching boards 1 and 2 (hereinafter
  • Boards 1 and 2 are connected to each other in a package by means of modules placed between the boards at the corners of the module connecting elements made in the form of conductive permanent magnets 5 with axial magnetization and faces 6 on the side surface.
  • the faces 6 of the magnets 5 are preferably located in the same plane with the end faces of the boards 1 and 2, or may slightly extend beyond them, which makes it possible to obtain good reliable contact with the faces of the magnets of the connected modules.
  • the area of the faces 6 of the magnets 5 determines the area of contact and the strength of interaction of the magnets. The larger the area of contact, the greater the attractive force of the magnets, and hence the higher the reliability of the mechanical connection of the modules.
  • patch boards As patch boards (see Fig. 3), mainly equal-sized rigid plates with a system of printed conductors located on the surface and / or in the volume of the dielectric base and interconnected in accordance with a circuit diagram, i.e. two-layer and multi-layer printed circuit boards.
  • the boards made metallized holes 7 for installing electronic components and electrical connectors and angular metallized holes 8 for placement and electrical connection with conductive magnets.
  • the diagonally opposite openings 8 are interconnected by an onboard electrical wiring (conventionally shown by a dashed line) for the convenience of organizing power supply to the module.
  • an onboard electrical wiring conventionally shown by a dashed line
  • Conductive magnets 5 are connected to boards 1 and 2 by means of an adhesive layer (see Fig. 2a), or they are pressed into through metallized holes 8 of boards 1 and 2 (see Fig. 2c), while the metallization of holes 8 is connected to conductive magnets 5 for the ability to transfer power from board to board and between modules.
  • conductive magnets 5 are placed in each corner of the module. However, in some cases, for example, for extreme assembly modules, only two connecting magnets placed in diagonally opposite corners of the module may be sufficient.
  • magnetic materials such as iron or steel, also have electrical conductivity, so everything will be valid with regard to the possibility of using connecting elements for the electrical connection of boards and modules.
  • magnets 5 The simplest form of execution of magnets 5 is the shape in the form of a rectangular parallelepiped or close to it, which is due to the commonly used form of switching printed circuit boards. It is possible to use rod (cylindrical) and other forms of magnets, provided that there are faces on their lateral surface - flat sections.
  • magnets 5 are shown with a complex shape, including end portions 10 intended to be pressed into the holes 8 of the boards. At the end portions 10, radial protrusions 1 1 are formed, which provide a pressing-in density and good electrical contact between the conductive magnet 5 and the metallization of the hole 8. On the middle part of the magnet forming a distance stop between the boards 1 and 2, faces 6 are formed for interaction with the magnets of other modules. For the possibility of fixing the modules, for example to the housing, in the conductive magnets 5 can be made through threaded holes 12 and 13.
  • the design of the electronic modules is non-separable and in case of a malfunction, its full replacement will be required.
  • each of the parts of the magnet (5 'and 5 ") is fixed at one end to the corresponding board (1, 2), while connecting the boards, the parts (5 ' and 5 " ) interact with each other with a second, free end, after connecting, forming a magnet that is fully consistent in its properties with the "solid" magnet shown in the first example (Fig.1-2).
  • a similar collapsible design is an electronic module made in accordance with the second embodiment of the invention (see Fig. 10-1 1).
  • the conductive magnets 5 are fixed with only one end thereof, for example, to the board 1 and interact with the free end with a magnetic material part 14 mounted on the board 2.
  • the detachable design of the electronic module provides access to the electronic components inside it, allowing you to repair and replace any of the components in the event of a malfunction.
  • Electronic components 3 and electrical connectors 4 are placed, if possible, on one side of the board (1, 2), which, after assembly of the module, ensures their location in the interior of the module, between the boards, which means high security.
  • the proposed design does not exclude the possibility of placing electronic components and electrical connectors on the outer sides of the boards.
  • electrical connectors can be used pin connectors, connectors with spring contacts and other types of connectors.
  • An additional advantage of such a connection is to ensure the symmetry of the module, allowing you to connect modules to it from either side.
  • the contacts of the electrical connectors in the proposed design are not subject to mechanical stress, since the latter are perceived by magnets.
  • the proposed module is a unified unit that allows you to create three-dimensional three-dimensional designs of electronic equipment of various sizes on its basis.
  • Such an assembly is built on the principle of a matrix, which can be two- or three-dimensional. Up to six modules can be connected to one module at a time, on either side.
  • An assembly can have various geometric shapes: flat in the form of a line, square, rectangle, or volumetric: in the form of a cube, parallelepiped, or combined, consisting of flat and three-dimensional figures.
  • each module is assigned a program address that is interconnected with the spatial coordinates of the module, through which the program accesses this module, thereby providing the ability to route information flows.
  • the modules are interconnected in the necessary combination.
  • the number, relative position and sequence of connection of the modules is determined on the basis of the tasks implemented by this set (assembly) and the shape of the case in which this assembly should be placed.
  • the forces of mutual attraction of the opposite poles of the magnets act, providing a “mechanical” connection of the modules (see Figs. 14, 15).
  • the magnetic connection of the modules is simple and quick to assemble and dismantle. Magnets provide accurate positioning of boards and modules when connected.
  • conductive magnets 5 to transfer power between the boards and between the modules can significantly simplify the power supply circuit of the assembly as a whole.
  • power can be supplied from any of the six sides of the module, which makes it possible to create backup power, which contributes to the high reliability of electronic equipment.
  • Modern electronic components are little susceptible to excessive heating and do not need intensive heat removal.
  • the proposed design provides for the possibility of strengthening the heat sink. So modules requiring intensive heat removal can be installed around the perimeter of a three-dimensional assembly, at the extreme modules. Radiators and / or fans can be placed on the outer sides of the boards of the edge modules, which are almost completely free. You can install the radiator and / or fan in the adhesive way, by fixing with fasteners through the holes of the 8 boards, as well as by simply magnetizing to the magnets 5 of the module, when radiator made of magnetic material.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Combinations Of Printed Boards (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании блоков различной радиоэлектронной аппаратуры. Матричный электронный модуль, содержит коммутационные платы с размещенными на них электронными компонентами и электрическими соединителями. Платы соединены между собой в пакет посредством размещенных по углам модуля токопроводящих постоянных магнитов с осевой намагниченностью, выполненных с гранями на боковой поверхности для взаимодействия с гранями магнитов присоединяемых модулей. Согласно одному варианту, магниты обоими концами соединены с коммутационными платами. Согласно второму варианту магниты соединены одним концом с одной из коммутационных плат и взаимодействуют свободным концом с деталью из магнитного материала, закрепленной на второй коммутационной плате. Изобретение обеспечивает возможность создания объемных пространственных сборок, не зависящих от несущих конструкций с высокой плотностью упаковки радиоэлектронных компонентов, простоту и высокую производительность монтажных работ, возможность выполнения замены модулей «по горячему» и позволяет упростить электропитание модулей.

Description

Матричный электронный модуль (варианты)
Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании блоков различной радиоэлектронной аппаратуры. Уровень техники
Известен трехмерный электронный модуль (патент RU 2335821, МПК: H01L25/00, Н05К7/20, опубл. 10.10.2008), содержащий две параллельные коммутационные платы с размещенными на них корпусированными и бескорпусными электронными компонентами и/или микросхемами, соединенные между собой посредством соединительных плат с образованием «трубной» или кубической ячейки-модуля, имеющего возможность соединения с аналогичными модулями с образованием объемной трехмерной конструкции (сборки, матрицы). Электрическое соединение плат внутри модуля и модулей между собой обеспечивают сформированные внутри коммутационных плат трехмерные электрические соединители, контакты которых выведены на каждую сторону по периметру платы.
Упомянутое решение характеризуется высокой ремонтопригодностью и обеспечивает широкие возможности пространственного конструирования, однако при этом имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, невысокую надежность конструкции, обусловленную тем, что механическое соединение плат и модулей выполняется только за счет электрических соединителей. Во-вторых, низкую плотность упаковки, что ведет к существенным габаритам создаваемой аппаратуры. В-третьих, в этой конструкции не решен вопрос закрепления сборки в корпусе.
Известен радиоэлектронный блок, содержащий совокупность размещенных в ряд модулей, установленных в общем корпусе (патент RU 50070 U1, МПК: Н05К5/00, опубл. 10.12.2005). Каждый модуль образован парой печатных плат, соединенных между собой в пакет посредством дистанционных упоров - стоек.
Термин «пакет» здесь и далее используется в своем значении «стопка, стопа», в которой печатные платы ориентированы плоскостями параллельно друг другу, размещены «этажеркой», одна над другой, если не учитывать последующую ориентацию пакета.
На печатных платах размещены электронные компоненты и электрические разъемы, один из которых служит для соединения с ответной частью, размещенной на объединительной плате корпуса. Противоположно расположенные, относительно упомянутого разъема, торцы плат соединены лицевой панелью, выполненной с разъемами для внешних подключений. Модули устанавливаются в направляющих корпуса и закрепляются винтами через отверстия на лицевой панели.
Такая конструкция модуля проста в изготовлении, характеризуется высокой ремонтопригодностью и может быть использована для создания пространственных сборок, однако в этом случае потребуется разработка специальной (индивидуальной) несущей конструкции для размещения и соединения модулей.
Другим недостатком упомянутого решения является высокая вероятность механического повреждения выступающих наружу контактов разъема модуля в процессе его монтажа или транспортировки, а также повреждения статическим электричеством чувствительных электронных компонентов, электрически соединенных с ними.
Известен электронный модуль (см. патент DE 2920578, МПК: Н05К7/14, опубл. 04.12.1980), содержащий набор печатных плат, электрически соединенных посредством межплатных соединительных пар и механически стянутых между собой в пакет посредством крепежных стержневых элементов, пропущенных через соосные отверстия плат. Ступенчатые перепады диаметров стержней создают упоры для плат и обеспечивают фиксированное расстояние между ними. Головка стержня, размещаемая в ответной выемке основания или крышки корпуса, обеспечивает фиксированное положение сборки в корпусе после соединения крышки и основания между собой.
Упомянутое решение обеспечивает высокую плотность упаковки и надежность соединения плат, однако оно не позволяет создавать разветвленные пространственные сборки и может быть использовано только для формирования пакетов плат.
В качестве наиболее близкого, по наличию сходных существенных признаков, аналога для всех вариантов заявляемого изобретения выбрана конструкция модуля, раскрытая в патенте RU 2498544, МПК: Н05К7/20, опубл. 10.1 1.2013.
Согласно упомянутому патенту, радиоэлектронный блок содержит совокупность функциональных ячеек - модулей. Каждый модуль состоит из двух коммутационных печатных плат с размещенными на них радиоэлектронными компонентами и электрическими соединителями. Платы механически соединены между собой в пакет посредством размещенных между платами по углам модуля соединительных элементов - угловых стоек, выполненных с резьбовыми отверстиями для крепежных элементов.
В упомянутом аналоге каждый модуль установлен в отдельной ячейке корпуса, конструкция которого определяет пространственную структуру блока. Вне корпуса возможность соединения модулей не предусмотрена.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания универсального простого быстросъемного модуля, обеспечивающего высокую плотность упаковки радиоэлектронных компонентов и позволяющего создавать на его базе различные объемные сборки, не зависящие от несущих конструкций.
Раскрытие изобретения
Все варианты предлагаемого технического решения обеспечивают достижение следующих технических результатов:
- возможность создания на базе модуля объемных пространственных сборок, не зависящих от несущих конструкций и характеризующихся высокой плотностью упаковки радиоэлектронных компонентов,
- простоту и высокую производительность монтажных работ,
- возможность выполнения замены модулей «по горячему», т.е. без отключения питания, что особенно востребовано в различных компьютерных системах обработки информации,
- упрощение организации электропитания модулей, появление возможности его резервирования.
Упомянутые технические результаты достигаются благодаря тому, что в матричном электронном модуле, содержащем коммутационные платы с размещенными на них электронными компонентами и электрическими соединителями, механически соединенные между собой в пакет посредством размещенных между платами по углам модуля соединительных элементов, согласно первому варианту заявляемого изобретения, соединительные элементы выполнены в виде токопроводящих постоянных магнитов с осевой намагниченностью, соединенных концами с коммутационными платами и выполненных с гранями на боковой поверхности для взаимодействия с гранями магнитов присоединяемых модулей. Упомянутые технические результаты достигаются также благодаря тому, что в матричном электронном модуле, содержащем коммутационные платы с размещенными на них электронными компонентами и электрическими соединителями, механически соединенные между собой в пакет посредством размещенных между платами по углам модуля соединительных элементов, согласно второму варианту заявляемого изобретения, соединительные элементы выполнены в виде токопроводящих постоянных магнитов с осевой намагниченностью, соединенных одним концом с одной из коммутационных плат и взаимодействующих свободным концом с деталью из магнитного материала, закрепленной на второй коммутационной плате, при этом на боковой поверхности каждого токопроводящего магнита сформированы грани для взаимодействия с гранями магнитов присоединяемых модулей.
Токопроводящие магниты - магниты, обладающие свойством электропроводности.
Магнитные материалы - вещества с ярко выраженными магнитными свойствами, ферромагнетики, преимущественно железо и его сплавы.
В отличие от обычных стоек или стержней, служащих только для механического соединения коммутационных плат в известных аналогах, токопроводящие магниты в предлагаемой конструкции дополнительно обеспечивают возможность механического соединения между собой модулей, а также могут выступать в качестве электрических соединителей плат и модулей.
Возможность простого и быстрого присоединения к модулю аналогичных электронных модулей обеспечивается за счет использования сил взаимного притяжения между разноименными полюсами постоянных магнитов, размещенных по углам модуля и имеющих площадки (грани) на боковой поверхности, выполненные с возможностью контакта с такими же площадками (гранями) магнитов размещаемых рядом модулей.
Для образования сборки достаточно просто сблизить правильно сориентированные модули между собой и магниты «притянут» модули друг к другу. При этом магниты сами «подскажут» правильность ориентации: при неправильной ориентации модулей магнитные поля будут отталкиваться друг от друга, показывая неправильность сборки. Более того, магниты не только обеспечивают быстроту соединения и разъединения модулей, но и выполняют функции направляющих элементов, обеспечивая правильное позиционирование ответных частей электрических разъемов модулей. Это объясняется тем, что при равенстве прочих параметров (силе взаимодействующих магнитов, площади контактирующих полюсов) наиболее сильное взаимодействие между магнитами осуществляется по кратчайшему пути, когда магниты точно размещены друг относительно друга, т.е. магниты сами себя ориентируют.
Для преодоления сил взаимного притяжения магнитов при разъединении модулей потребуется только приложить соответствующее усилие.
Предлагаемая конструкция обеспечивает возможность присоединения к одному модулю до шести модулей одновременно, с любой стороны, что позволяет формировать пространственные сборки самых разных форм и размерности.
Пространственные сборки создаются по принципу матрицы, при этом направление «роста» матрицы может задаваться любое, например, исходя из формы имеющегося в наличии корпуса, с целью максимального использования его объема.
Благодаря свойству электропроводности магнитов, помимо механического соединения плат и модулей, они могут дополнительно выполнять функции электрических соединителей, в частности, могут быть использованы для передачи электропитания между платами и между модулями. Это способствует упрощению организации питания модулей, появлению возможности его резервировании, благодаря тому, что в предлагаемой конструкции подача питания может быть осуществлена с любой из шести сторон модуля.
Вместо организации питания возможно использование упомянутого функционала для обеспечения экранирования модуля.
Предлагаемая конструкция модуля может быть использована в электронной аппаратуре с «горячим резервом», в которой замена модулей производится без отключения электропитания. Высокая скорость соединения модулей, находящихся под питанием, позволяет сократить время переходных процессов, возникающих при неодновременном или неправильном соединении полюсов питания, что положительно сказывается на надежности модулей.
Независимо от некоторых конструктивных отличий в исполнении и закреплении токопроводящих магнитов, все предлагаемые варианты электронного модуля, в собранном виде, обеспечивают достижение всех вышеупомянутых технических результатов.
В предпочтительных частных случаях реализации электронный модуль по первому варианту исполнения характеризуется следующими признаками:
- токопроводящие магниты размещены в каждом углу модуля;
- токопроводящие магниты установлены в двух диагонально противолежащих углах модуля, при этом в двух других диагонально противолежащих углах модуля установлены соединительные детали аналогичной магнитам формы, выполненные из магнитного материала;
- токопроводящие магниты соединены с коммутационными платами посредством клеевого слоя;
- токопроводящие магниты выполнены составными из двух частей (иначе говоря - разъемными в поперечной плоскости);
- по углам плат в зонах размещения токопроводящих магнитов выполнены сквозные металлизированные отверстия, при этом металлизация отверстий электрически соединена с соответствующим токопроводящим магнитом;
- металлизированные отверстия, расположенные диагонально противоположно, электрически соединены между собой внутриплатной разводкой;
- концы токопроводящих магнитов запрессованы в металлизированных отверстиях плат;
- на боковой поверхности запрессовываемого конца токопроводящего магнита сформированы радиальные выступы;
- токопроводящие магниты выполнены со сквозными отверстиями для крепежных элементов;
- в зонах размещения токопроводящих магнитов с внешней стороны коммутационной платы закреплены токопроводящие пластины.
В предпочтительных частных случаях реализации электронный модуль по второму варианту исполнения характеризуется следующими признаками:
- токопроводящие магниты и детали из магнитного материала соединены с платами посредством клеевого слоя;
- по углам плат в зонах размещения токопроводящих магнитов и деталей из магнитного материала выполнены сквозные металлизированные отверстия, при этом металлизация отверстий электрически соединена с магнитом или упомянутой деталью, соответственно; - металлизированные отверстия, расположенные диагонально, электрически соединены между собой внутриплатной разводкой;
- концы токопроводящих магнитов запрессованы в металлизированных отверстиях плат;
- боковой поверхности запрессовываемого конца токопроводящего магнита сформированы радиальные выступы.
- в токопроводящих магнитах и деталях из магнитного материала выполнены сквозные отверстия для крепежных элементов;
в зонах размещения токопроводящих магнитов с внешней стороны коммутационной платы закреплены токопроводящие пластины.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется приведенными ниже примерами осуществления и чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - общий вид электронного модуля по 1 варианту, изометрия;
на фиг. 2 - вид А с фиг.1, показано два примера закрепления магнитов: посредством клеевого слоя (а) и методом запрессовки (в);
на фиг. 3 - коммутационная плата;
на фиг. 4 - частный случай исполнения токопроводящего магнита, изометрия;
на фиг. 5 - сечение А-А с фиг.4; на фиг. 6 -сечение В-В с фиг.5;
на фиг. 7 -сечение С-С с фиг.5;
на фиг. 8 - показан пример выполнения электронного модуля с составными токопроводящими магнитами, изометрия;
на фиг. 9 - вид В с фиг.8;
на фиг. 10 - общий вид электронного модуля по 2 варианту, изометрия;
на фиг. 11 - вид С с фиг.10;
на фиг. 12 - показано соединение плат модуля между собой;
на фиг. 13 - иллюстрирован процесс пространственной сборки модулей;
на фиг.14 - показан фрагмент сборки модулей по 1 варианту;
на фиг.15 - показан фрагмент сборки модулей по 2 варианту.
Осуществление изобретения
Электронный модуль (фиг. 1 , 2) содержит коммутационные платы 1 и 2 (далее
-платы) с размещенными на них электронными компонентами 3 (показаны схематично) и электрическими соединителями 4. Платы 1 и 2 соединены между собой в пакет посредством размещенных между платами по углам модуля соединительных элементов, выполненных в виде токопроводящих постоянных магнитов 5 с осевой намагниченностью и гранями 6 на боковой поверхности.
Грани 6 магнитов 5 предпочтительно расположены в одной плоскости с торцевыми гранями плат 1 и 2, либо могут немного выступать за их пределы, что обеспечивает возможность получения хорошего надежного контакта с гранями магнитов присоединяемых модулей. Площадь граней 6 магнитов 5 определяет площадь соприкосновения и силу взаимодействия магнитов. Чем больше площадь соприкосновения, тем больше сила притяжения магнитов, а значит и выше надежность механического соединения модулей.
В качестве коммутационных плат (см. фиг. 3) используют, преимущественно, равновеликие жесткие пластины с системой печатных проводников, расположенных на поверхности и/или в объеме диэлектрического основания и соединенных между собой в соответствии с принципиальной электрической схемой, т.е. двухслойные и многослойные печатные платы. В платах выполнены металлизированные отверстия 7 для установки радиоэлектронных компонентов и электрических разъемов и угловые металлизированные отверстия 8 для размещения и электрического соединения с токопроводящими магнитами.
Диагонально противоположно расположенные отверстия 8 соединены между собой внутриплатной электрической разводкой (условно показана пунктирной линией) для удобства организации электропитания модуля. В зонах отверстий 8 (в зонах размещения магнитов) на внешней стороне платы могут быть закреплены токопроводящие пластины 9.
Токопроводящие магниты 5 соединяют с платами 1 и 2 посредством клеевого слоя (см. фиг. 2а), либо - запрессовывают в сквозных металлизированных отверстиях 8 плат 1 и 2 (см. фиг. 2в), при этом металлизацию отверстий 8 соединяют с токопроводящими магнитами 5 для возможности передачи питания с платы на плату и между модулями.
В большинстве случаев токопроводящие магниты 5 размещают в каждом углу модуля. Однако в некоторых случаях, например, для крайних модулей сборки, может быть достаточно только два соединительных магнита, размещенных в диагонально противоположных углах модуля.
Возможным также является использование двух токопроводящих магнитов, размещенных в двух диагонально противолежащих углах модуля в совокупности с установкой в двух других диагонально противолежащих углах модуля - соединительных деталей аналогичной магнитам формы, выполненных из магнитного материала.
Как известно магнит притягивает к себе не только магниты, но и предметы из магнитных материалов, поэтому в этом случае также будут действовать магнитные силы притяжения, а значит, будет обеспечиваться механическое соединение соседних модулей за счет взаимного притяжения между токопроводящими магнитами и деталями из магнитного материала.
При этом магнитные материалы, например железо или сталь, также обладают электропроводностью, поэтому действительным будет все, что касается возможности использования соединительных элементов для электрического соединения плат и модулей.
Наиболее простой формой исполнения магнитов 5 является форма в виде прямоугольного параллелепипеда или близкая к ней, что обусловлено обычно используемой формой коммутационных печатных плат. При этом возможно использование стержневых (цилиндрических) и иных форм магнитов, при условии наличия на их боковой поверхности граней - плоских участков.
На фиг. 4 - 7 показаны магниты 5 со сложной формой, включающей концевые участки 10, предназначенные для запрессовки в отверстиях 8 плат. На концевых участках 10 сформированы радиальные выступы 1 1 , обеспечивающие плотность запрессовки и хороший электрический контакт между токопроводящим магнитом 5 и металлизацией отверстия 8. На средней части магнита , образующей дистанционный упор между платами 1 и 2, сформированы грани 6 для взаимодействия с магнитами других модулей. Для возможности закрепления модулей, например к корпусу, в токопроводящих магнитах 5 могут быть выполнены сквозные резьбовые отверстия 12 и 13.
Во всех вышеприведенных примерах реализации конструкция электронных модулей является неразборной и в случае возникновения неполадок потребуется его полная замена.
Для упрощения обслуживания и повышения ремонтопригодности модуля более целесообразным является выполнение токопроводящих магнитов составными из двух частей (см. фиг. 8, 9). В этом случае каждую из частей магнита (5' и 5") закрепляют одним концом к соответствующей плате (1, 2), при этом при соединении плат части (5' и 5 ") взаимодействуют между собой вторым, свободным концом, образуя после соединения магнит, полностью соответствующий по своим свойствам «цельному» магниту, приведенному в первом примере (фиг.1-2).
Подобную разборную конструкцию представляет собой и электронный модуль, выполненный согласно второму варианту изобретения (см. фиг. 10-1 1). В этом случае токопроводящие магниты 5 закреплены только одним своим концом, например, к плате 1 и взаимодействуют свободным концом с деталью 14 из магнитного материала, закрепленной на плате 2.
В обоих случаях обеспечивается простое и быстроразъемное соединение коммутационных плат 1 и 2 между собой (см. фиг.12). При сближении плат 1 и 2 части 5 ' и 5 " магнита (или магнит 5 и деталь 14 из магнитного материала) притягиваются одна к другой с силой, соответствующей силе магнитов, и надежно соединяют части модуля.
В собранном виде, когда части 5' и 5 " (или магнит 5 и деталь 14) притянуты друг к другу, образуется «единый» магнит, на одном конце которого (у одной платы) формируется положительный полюс, а на другом - отрицательный. При этом «составной» магнит работает точно так же, как и цельный магнит в приведенных выше примерах.
Разъемная конструкция электронного модуля обеспечивает доступ к электронным компонентам внутри него, позволяя производить ремонт и замены любого из компонентов в случае возникновения неисправности.
Для всех приведенных примеров сборку и использование электронного модуля осуществляют одинаковым образом.
Электронные компоненты 3 и электрические соединители 4 размещают, по возможности, на одной стороне платы (1 , 2), что после сборки модуля обеспечивает их расположение во внутреннем пространстве модуля, между платами, а значит высокую защищенность. Однако предлагаемая конструкция не исключает возможности размещения электронных компонентов и электрических соединителей на внешних сторонах плат.
В качестве электрических соединителей могут быть использованы штыревые разъемы, разъемы с пружинными контактами и другие типы соединителей.
В качестве разъемов для внешних подключений модуля предпочтительно использование прямоугольных разъемов с гнездовыми контактами, которые размещают по периметру модуля. Благодаря использованию розеток, как для входных, так и для выходных цепей, в конструкции исключены выступающие по периметру модуля контакты разъемов, что позволяет уменьшить риск повреждения статическим электричеством чувствительных электронных компонентов. Для соединения соседних модулей в этом случае используют штыревые переходники 15 (см. фиг.13).
Дополнительным преимуществом такого соединения является обеспечение симметричности модуля, позволяющей подключать к нему модули с любой стороны.
Возможно также использование для соединения модулей стандартных разъемов типа вилка-розетка, при этом вилку размещают внутри модуля, между плат, а розетку - так, что она выступает за край коммутационной платы. При соединении модулей внешняя часть розетки будет располагаться в пространстве между платами, образуя при этом минимальный зазор между модулями.
Контакты электрических разъемов в предлагаемой конструкции не подвержены механическим нагрузкам, т. к. последние воспринимаются магнитами.
Предлагаемый модуль, по любому из предлагаемых вариантов, представляет собой унифицированную единицу, позволяющую создавать на его базе объемные трехмерные конструкции радиоэлектронной аппаратуры, различной размерности.
Подобная сборка строится по принципу матрицы, которая может быть двух- или трехмерной. К одному модулю можно присоединить одновременно до шести модулей, с любой стороны.
Сборка может иметь различные геометрические формы: плоскую в виде линии, квадрата, прямоугольника, или объемную: в виде куба, параллелепипеда, или комбинированную, состоящую из плоских и объемных фигур.
При любой реализации необходимо точно знать взаимное расположение модулей (их координаты) в общей матрице для правильной конфигурации, программирования и возможности последующего обслуживания блока.
При проектировании блока каждому модулю назначается программный адрес, взаимосвязанный с пространственными координатами модуля, с помощью которого происходит программное обращение к данному модулю, тем самым обеспечивается возможность маршрутизации информационных потоков.
Собранные, каждый в соответствии с заданной схемой, модули соединяют между собой в необходимой комбинации. Количество, взаимное расположение и последовательность соединения модулей определяется, исходя из реализуемой данным набором (сборкой) задачи и формы корпуса, в котором эта сборка должна быть размещена. При сближении модулей действуют силы взаимного притяжения разноименных полюсов магнитов, обеспечивая «механическую» связь модулей (см. фиг.14, 15).
Магнитное соединение модулей отличается простотой и быстротой сборки и демонтажа. Магниты обеспечивают точность позиционирования плат и модулей при соединении.
Использование токопроводящих магнитов 5 для передачи питания между платами и между модулями позволяет существенно упростить схему питания сборки в целом.
В предлагаемой конструкции подача питания может быть осуществлена с любой из шести сторон модуля, что обеспечивает возможность создания резервного питания, что способствует высокой надежности работы электронной аппаратуры.
Современные радиоэлектронные компоненты мало подвержены избыточному нагреву и не нуждаются в интенсивном теплосъеме. При этом в предлагаемой конструкции предусмотрены возможности усиления теплоотвода. Так модули, требующие интенсивного отвода тепла, могут устанавливаться по периметру трехмерной сборки, на крайних модулях. Радиаторы и/или вентиляторы могут быть размещены на внешних сторонах плат крайних модулей, практически полностью свободных.Установить радиатор и/или вентилятор можно клеевым способом, путем закрепления крепежными элементами через отверстия 8 плат, а также путем простого примагничивания к магнитам 5 модуля, при выполнении радиатора из магнитного материала.
Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается приведенными примерами конкретного осуществления.

Claims

Формула изобретения
1. Матричный электронный модуль, содержащий коммутационные платы с размещенными на них электронными компонентами и электрическими соединителями, механически соединенные между собой в пакет посредством размещенных между платами по углам модуля соединительных элементов, отличающийся тем, что соединительные элементы выполнены в виде токопроводящих постоянных магнитов с осевой намагниченностью, соединенных концами с коммутационными платами и выполненных с гранями на боковой поверхности для взаимодействия с гранями магнитов присоединяемых модулей.
2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие магниты размещены в каждом углу модуля.
3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие магниты установлены в двух диагонально противолежащих углах модуля, при этом в двух других диагонально противолежащих углах модуля установлены соединительные детали аналогичной магнитам формы, выполненные из магнитного материала.
4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие магниты соединены с коммутационными платами посредством клеевого слоя.
5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие магниты выполнены составными из двух частей.
6. Модуль по п.1, отличающийся тем, что по углам плат в зонах размещения токопроводящих магнитов выполнены сквозные металлизированные отверстия, при этом металлизация отверстий электрически соединена с соответствующим токопроводящим магнитом.
7. Модуль по п. 6, отличающийся тем, что металлизированные отверстия, расположенные диагонально противоположно, электрически соединены между собой внутриплатной разводкой.
8. Модуль по п. 6, отличающийся тем, что концы токопроводящих магнитов запрессованы в металлизированных отверстиях плат.
9. Модуль по п. 8, отличающийся тем, что на боковой поверхности запрессовываемого конца токопроводящего магнита сформированы радиальные выступы.
10. Модуль по п. 6, отличающийся тем, что токопроводящие магниты выполнены со сквозными отверстиями для крепежных элементов.
11. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что в зонах размещения токопроводящих магнитов с внешней стороны коммутационной платы закреплены токопроводящие пластины.
12. Матричный электронный модуль, содержащий коммутационные платы с размещенными на них электронными компонентами и электрическими соединителями, механически соединенные между собой в пакет посредством размещенных между платами по углам модуля соединительных элементов, отличающийся тем, что соединительные элементы выполнены в виде токопроводящих постоянных магнитов с осевой намагниченностью, соединенных одним концом с одной из коммутационных плат и взаимодействующих свободным концом с деталью из магнитного материала, закрепленной на второй коммутационной плате, при этом на боковой поверхности каждого токопроводящего магнита сформированы грани для взаимодействия с гранями магнитов присоединяемых модулей.
13. Модуль по п.12, отличающийся тем, что токопроводящие магниты и детали из магнитного материала соединены с платами посредством клеевого слоя.
14. Модуль по п.12, отличающийся тем, что по углам плат в зонах размещения токопроводящих магнитов и деталей из магнитного материала выполнены сквозные металлизированные отверстия, при этом металлизация отверстий электрически соединена с магнитом или упомянутой деталью, соответственно.
15. Модуль по п. 14, отличающийся тем, что металлизированные отверстия, расположенные диагонально, электрически соединены между собой внутриплатной разводкой.
16. Модуль по п. 14, отличающийся тем, что концы токопроводящих магнитов запрессованы в металлизированных отверстиях плат.
17. Модуль по п. 16, отличающийся тем, что на боковой поверхности запрессовываемого конца токопроводящего магнита сформированы радиальные выступы.
18. Модуль по п. 14, отличающийся тем, что в токопроводящих магнитах и деталях из магнитного материала выполнены сквозные отверстия для крепежных элементов.
19. Модуль по п. 12, отличающийся тем, что в зонах размещения токопроводящих магнитов с внешней стороны коммутационной платы закреплены токопроводящие пластины.
PCT/RU2017/000395 2016-04-25 2017-06-09 Матричный электронный модуль (варианты) WO2017188860A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116125 2016-04-25
RU2016116125A RU2631122C1 (ru) 2016-04-25 2016-04-25 Матричный электронный модуль (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017188860A1 true WO2017188860A1 (ru) 2017-11-02

Family

ID=59894071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000395 WO2017188860A1 (ru) 2016-04-25 2017-06-09 Матричный электронный модуль (варианты)

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2631122C1 (ru)
WO (1) WO2017188860A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230389175A1 (en) * 2022-05-27 2023-11-30 Microsoft Technology Licensing, Llc Electronic Prototyping

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2920578A1 (de) * 1979-05-21 1980-12-04 Siemens Ag Leiterplattenanordnung
RU50070U1 (ru) * 2005-06-30 2005-12-10 Сухолитко Валентин Афанасьевич Радиоэлектронный блок
RU2335821C1 (ru) * 2007-01-09 2008-10-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") Трехмерный электронный модуль
US20120218211A1 (en) * 2011-02-28 2012-08-30 B-Squares Electrics LLC Electronic module, control module, and electronic module set
RU2498544C2 (ru) * 2010-10-18 2013-11-10 Открытое акционерное общество "Сатурн" Радиоэлектронный блок

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2920578A1 (de) * 1979-05-21 1980-12-04 Siemens Ag Leiterplattenanordnung
RU50070U1 (ru) * 2005-06-30 2005-12-10 Сухолитко Валентин Афанасьевич Радиоэлектронный блок
RU2335821C1 (ru) * 2007-01-09 2008-10-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") Трехмерный электронный модуль
RU2498544C2 (ru) * 2010-10-18 2013-11-10 Открытое акционерное общество "Сатурн" Радиоэлектронный блок
US20120218211A1 (en) * 2011-02-28 2012-08-30 B-Squares Electrics LLC Electronic module, control module, and electronic module set

Also Published As

Publication number Publication date
RU2631122C1 (ru) 2017-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11362470B2 (en) Combination outlet and power distribution unit incorporating the same
US3475657A (en) Mounting of electronic components on baseboard or panel
CN106647969A (zh) 服务器
EP2525632A1 (en) Systems for circuit board heat transfer and method of assembling same
US9281616B2 (en) Connector
WO2008009097A1 (en) Anchoring member to facilitate fastening daughter boards to a mother board
TW201334299A (zh) 蓄電裝置
US20140003010A1 (en) Power supply assembly of server
WO2014121592A1 (zh) 电子设备、电子系统及其电路板互联架构
US20130017699A1 (en) Power supply device and power supply system
EP2892309A1 (en) Electric device for electric vehicle
JPS5840899A (ja) プリント回路板の可転性端末ラツク
RU2631122C1 (ru) Матричный электронный модуль (варианты)
US9904329B2 (en) Power supply and circuit module for data processing system
US20070279842A1 (en) Electrical connection box
EP3451807A1 (en) Alignment device for orthogonal engagement of line cards and fabric cards in a server
CN216381932U (zh) 一种串联式风扇组
US10512188B2 (en) Line, arrangement and server insert
CN215409344U (zh) 一种便于安装的模块化磁吸风扇
US9510476B2 (en) Standardization of server module in high-density server
US9867303B1 (en) Modular circuit device
CN220646267U (zh) 一种模块化组合风扇
KR200441153Y1 (ko) 인쇄회로기판 연결장치
US20240141899A1 (en) Axial pump with split printed circuit board assembly (pca)
CN109219282A (zh) 电子装置壳体

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17790003

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17790003

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1