трехмерный электронный модуль

Формула изобретения

Трехмерный электронный модуль, содержащий стандартные корпусированные компоненты и/или микроплаты с бескорпусными активными и пассивными компонентами, внешнюю систему теплоотвода и внешние выводы, причем корпусированные компоненты и указанные микроплаты имеют двухстороннее расположение выводов и находятся между параллельно размещенными печатными коммутационными платами с металлизированными отверстиями, между параллельно размещенными печатными коммутационными платами торцевыми поверхностями к ним расположена соединительная плата, имеющая электрическое и механическое соединение с печатными коммутационными платами, отличающийся тем, что на печатной коммутационной плате и на соединительной плате сформирован трехмерный электрический соединитель, при этом трехмерные электрические соединители коммутационных плат и соединительных плат соединены между собой с образованием кубической и/или трубчатой трехмерной ячейки, образующей из множества трехмерных ячеек трехмерную разъемную электрическую связь, внешняя система теплоотвода активных элементов обеспечивается трубчатой трехмерной ячейкой, снабженной коаксиально расположенными теплоотводящими трубами, где активные элементы имеют тепловой контакт со стенками трубы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в комплексе бортового оборудования летательных аппаратов при компоновке модулей, содержащих большое количество электрических связей для их объединения, для решения задач создания надежного трехмерного электронного модуля путем повышения универсальности конструкции и плотности размещения модулей, эффективности теплоотвода при сохранении высокой ремонтопригодности.

Известно техническое решение - трехмерный гибкий электронный модуль (Патент РФ № 2119276, Н05К 3/36, опубл. 20.09.1998), состоящий из бескорпусных электронных компонентов, корпусных электронных компонентов и микроплат с бескорпусными активными и пассивными электронными компонентами. В состав модуля могут входить различные датчики и системы приемопередатчика. Бескорпусные электронные компоненты, корпусные электронные компоненты и микроплаты помимо внутренних связей соединены электрически между собой гибкими гофрированными коммутационными платами, имеющими переменное сечение. Каждый тепловыделяющий компонент снабжен теплоотводом, имеющим тепловой контакт с внешней гибкой оболочкой модуля. Недостатком этого технического решения является недостаточная электрическая целостность конструкции и неизбежность коротких замыканий, что сказывается на надежности трехмерного электронного модуля. Неравномерное размещение компонентов снижает плотность компоновки всего устройства. Так как каждый тепловыделяющий компонент снабжен теплоотводом, имеющим тепловой контакт с оболочкой, то длина отвода тепла достаточно большая, что уменьшает эффективность теплотвода. Применение гибких коммутационных плат не обеспечивает универсальности и ремонтопригодности устройства из-за недостаточного распространения технологии изготовления гибких плат и низкой механической жесткости, что снижает надежность трехмерного электронного модуля в целом.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является трехмерный электронный модуль (Патент РФ №2176134, Н05К 7/02, опубл. 20.11.2001), содержащий стандартные корпусированные компоненты и/или микроплаты с бескорпусными активными и пассивными компонентами, внешнюю систему теплоотвода и внешние выводы, причем корпусированные компоненты и указанные микроплаты имеют двухстороннее расположение выводов и находятся между параллельно размещенными печатными коммутационными платами с металлизированными отверстиями, между параллельно размещенными печатными коммутационными платами торцевыми поверхностями к ним расположена соединительная плата, имеющая электрическое и механическое соединение с печатными коммутационными платами, введенная теплоотводящая гребенка частично охватывает корпус корпусированного компонента или основание указанной микроплаты и содержит, по меньшей мере, один выступ или плоскость, имеющие тепловой контакт с внешней системой теплоотвода, при этом корпус корпусированного компонента и основание указанной микроплаты выполнены из теплопроводящего материала. Недостатком прототипа является неразъемность соединения печатных коммутационных плат с соединительными платами и, следовательно, низкая универсальность и ремонтопригодность модуля. Следующие недостатки - низкая эффективность теплоотвода во внешнюю среду, являющаяся следствием увеличения длины пути отвода тепла, а также низкая плотность размещения модулей и невысокая надежность самого устройства.

Техническим результатом изобретения является создание надежного трехмерного электронного модуля, что достигается посредством повышения универсальности конструкции, более плотного размещение модулей с обеспечением высокой ремонтопригодности, повышения эффективности теплоотвода.

Технический результат достигается тем, что трехмерный электронный модуль, содержащий стандартные корпусированные компоненты и/или микроплаты с бескорпусными активными и пассивными компонентами, внешнюю систему теплоотвода и внешние выводы, причем корпусированные компоненты и указанные микроплаты имеют двухстороннее расположение выводов и находятся между параллельно размещенными печатными коммутационными платами с металлизированными отверстиями, между параллельно размещенными печатными коммутационными платами, торцевыми поверхностями к ним расположена соединительная плата, имеющая электрическое и механическое соединение с печатными коммутационными платами, на печатной коммутационной плате и на соединительной плате сформирован трехмерный электрический соединитель, при этом трехмерные электрические соединители коммутационных плат и соединительных плат соединены между собой с образованием кубической и/или трубчатой трехмерной ячейки, образующей из множества трехмерных ячеек трехмерную разъемную электрическую связь, внешняя система теплоотвода активных элементов обеспечивается трубчатой трехмерной ячейкой, снабженной коаксиально расположенными теплоотводящими трубами, где активные элементы имеют тепловой контакт со стенками трубы.

Сущность изобретения заключается в том, в предложенном трехмерном электронном модуле соединение коммутационной платы и соединительной платы разъемное, что позволяет достичь высокой универсальности и ремонтопригодности устройства. Модуль содержит стандартные корпусированные компоненты и/или микроплаты с бескорпусными активными и пассивными компонентами, причем корпусированные компоненты и указанные микроплаты имеют двухстороннее расположение выводов и находятся между параллельно размещенными печатными коммутационными платами с металлизированными отверстиями. Между параллельно размещенными печатными коммутационными платами торцевыми поверхностями к ним расположена соединительная плата, которая имеет с ними электрическое и механическое соединение, на печатной коммутационной плате и на соединительной плате сформирован трехмерный электрический соединитель, причем трехмерные электрические соединители коммутационных плат и соединительных плат соединены между собой с образованием кубической и/или трубчатой трехмерной ячейки, причем множество трехмерных ячеек образует трехмерную разъемную электрическую связь. Такое конструктивное решение позволяет увеличить плотность размещения модулей в устройстве. Трехмерный электронный соединитель имеет, по сравнению с прототипом, уменьшенную длину теплоотвода, в котором внешняя система теплоотвода активных элементов обеспечивается тем, что трубчатая трехмерная ячейка снабжена коаксиально расположенными теплоотводящими трубами, где активные элементы имеют тепловой контакт со стенками трубы, что и обеспечивает высокий теплоотвод и надежность устройства в целом.

Изобретение поясняется чертежами, где:

фиг.1 - коммутационная плата в изометрии;

фиг.2 - пространственное расположение соединителей в изометрии (печатная плата условно не показана);

фиг.3 - соединительная плата в изометрии;

фиг.4 - кубический трехмерный модуль в изометрии;

фиг.5 - соединение первой платы со второй платой;

фиг.6 - соединение третьей платы со второй платой;

фиг.7 - соединение четвертой платы с первой и третьей платами;

фиг.8 - соединение пятой платы с первой и третьей платами;

фиг.9 - соединение шестой платы с первой и третьей платами;

фиг.10 - соединение первой кубической ячейки со второй кубической ячейкой;

фиг.11 - соединение первой и второй кубических ячеек с третьей и четвертой кубическими ячейками;

фиг.12 - соединение первой, второй, третьей, четвертой кубических ячеек с пятой, шестой, седьмой, восьмой кубическими ячейками;

фиг.13 - первая трубчатая трехмерная ячейка;

фиг.14 - соединение первой трубчатой ячейки со второй трубчатой ячейкой;

фиг.15 - соединение первой, второй трубчатых ячеек с третьей, четвертой трубчатыми ячейками;

фиг.16 - соединение первой, второй, третьей, четвертой трубчатых ячеек с пятой, шестой, седьмой, восьмой трубчатыми ячейками;

фиг.17 - трехмерный электронный трубчатый модуль с местным увеличенным видом (корпус условно не показан);

фиг.18 - общий вид трехмерного трубчатого модуля в изометрии;

фиг.19 - поперечный разрез трехмерного трубчатого модуля с местным увеличенным видом.

На чертежах приведены следующие обозначения:

1 - трехмерный электронный модуль;

2 - стандартные корпусированные элементы;

3 - микроплаты;

4 - бескорпусные активные компоненты (тепловыделяющие элементы);

5 - бескорпусные пассивные компоненты;

6 - внешняя система теплоотвода;

7 - внешние выводы;

8 - печатная коммутационная плата;

8-1 - первая плата в ячейке - плата коммутационная;

8-3 - третья плата в ячейке - плата коммутационная;

9 - металлизированные отверстия;

10 - торцевая поверхность соединительной платы;

11 - соединительная плата;

11-2- вторая плата в ячейке - плата соединительная;

11-4- четвертая плата в ячейке - плата соединительная;

11-5 - пятая плата в ячейке - плата соединительная;

11-6 - шестая плата в ячейке - плата соединительная;

12 - электрическое и механическое соединение платы соединительной с платой коммутационной;

13 - трехмерный электрический соединитель;

14 - многослойная плата;

15 - конструктивно целостный соединитель;

16 - гнезда конструктивно целостного соединителя;

17 - вилка конструктивно целостного соединителя;

18 - первый соединитель коммутационной платы;

19 - один из слоев многослойной платы;

20 - второй соединитель коммутационной платы;

21 - третий соединитель коммутационной платы;

22 - четвертый соединитель коммутационной платы;

23 - пятый соединитель коммутационной платы;

24 - шестой соединитель коммутационной платы;

25 - плоскость коммутационной платы;

26 - торцевая поверхность коммутационной платы;

27 - электрическая связь между электрическими соединителями внутри коммутационной и внутри соединительной платы;

28 - трехмерный электрический соединитель, сформированный на соединительной плате;

29 - двухсторонняя плата;

30 - электрический соединитель на соединительной плате;

31 - противоположные стороны платы;

32 - плоскость соединительной платы;

33 - кубическая трехмерная ячейка;

33-1 - первая кубическая трехмерная ячейка;

33-2 - вторая кубическая трехмерная ячейка;

33-3 - третья кубическая трехмерная ячейка;

33-4 - четвертая кубическая трехмерная ячейка;

33-5 - пятая кубическая трехмерная ячейка;

33-6 - шестая кубическая трехмерная ячейка;

33-7 - седьмая кубическая трехмерная ячейка;

33-8 - восьмая кубическая трехмерная ячейка;

34 - трубчатая трехмерная ячейка;

34-1 - первая трубчатая трехмерная ячейка;

34-2 - вторая трубчатая трехмерная ячейка;

34-3 - третья трубчатая трехмерная ячейка;

34-4 - четвертая трубчатая трехмерная ячейка;

35 - множество трехмерных ячеек;

36 - электрическая связь множества трехмерных ячеек;

37 - коаксиальное расположение теплоотводящей трубы;

38 - теплоотводящая труба;

39 - тепловой контакт со стенками теплоотводящей трубы;

40 - стенки теплоотводящей трубы;

41 - Г-образная конструкция;

42 - С-образная конструкция;

43 - трубообразная конструкция;

44 - чашеобразная конструкция;

45 - корпус кубической трехмерной ячейки;

46 - теплоотводящая труба.

Трехмерный электронный модуль 1 (фиг.4, 16-19) содержит стандартные корпусированные компоненты 2 (фиг.1, 3, 4) и микроплаты 3 с бескорпусными активными 4 (фиг.1, 3, 4, 17) и пассивными компонентами 5 (фиг.1, 3, 4). Модуль 1 (фиг.4, 16-19) содержит внешнюю систему теплоотвода 6 (фиг.19) и внешние выводы 7, причем корпусированные компоненты 2 (фиг.1, 3, 4) и указанные микроплаты 3 имеют двухстороннее расположение выводов и находятся между параллельно размещенными печатными коммутационными платами 8 (фиг.1, 4) с металлизированными отверстиями 9 (фиг.3). Между параллельно размещенными печатными коммутационными платами 8 (фиг.1, 4) торцевыми поверхностями 10 (фиг.3) к ним расположена соединительная плата 11 (фиг.3, 4), имеющая электрическое и механическое соединение 12 (фиг.5-9) с печатными коммутационными платами 8 (фиг.1, 4). На печатной коммутационной плате 8 сформирован трехмерный электрический соединитель 13, состоящий из многослойной платы 14 (фиг.1) и конструктивно целостного соединителя 15 (фиг.1, 2, 4), расположенного в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Причем конструктивно целостный соединитель 15, расположенный на коммутационной плате 8, (фиг.1, 4) состоит из электрически и механически взаимосвязанных частей гнезда 16 (фиг.1, 2) и вилки 17. На коммутационной плате 8 (фиг.1, 4) один соединитель 18 (фиг.1, 2) сформирован в одном из слоев 19 (фиг.1) многослойной платы 14, второй 20 (фиг.1, 2) - перпендикулярно первому соединителю 18 также сформирован в одном из слоев 19 (фиг.1) многослойной платы 14, причем электрические соединители 15 (фиг.1, 2, 4) пересекаются на разных слоях 19 (фиг.1) платы 8 (фиг.1, 4). Третий 21 (фиг.1, 2), четвертый 22, пятый 23, шестой 24 соединители на коммутационной плате 8 (фиг.1, 4) расположены перпендикулярно к плоскости 25 (фиг.1) платы 8 (фиг.1, 4) коммутационной и расположены в четырех местах симметрично, гнезда 16 (фиг.1, 2) - с одной стороны, а вилки 17 - с другой стороны. Первый 18 и второй 20 соединители на коммутационной плате 8 (фиг.1, 4) расположены так, что с одного торца 26 (фиг.1) платы 8 (фиг.1, 4) сформировано гнездо 16 (фиг.1, 2) электрического соединителя 15 (фиг.1, 2,4), с другого торца 26 (фиг.1) - вилка 17 (фиг.1, 2). Электрическая связь 27 (фиг.2) между электрическими соединителями 15 (фиг.1, 2, 4) внутри коммутационной платы 8 (фиг.1, 4) осуществляется в зависимости от схемотехнических решений. На двухсторонней 29 (фиг.3) соединительной плате 11 (фиг.3, 4) сформирован трехмерный электрический соединитель 28 (фиг.3), где установлены два соединителя 30 в металлизированные отверстия 9 по противоположным сторонам 31 платы 27 (фиг.2) соединительной перпендикулярно к плоскости 32 (фиг.3) платы 11 (фиг.3, 4), где с одной стороны установлено гнездо 16 (фиг.1, 2) конструктивно целостного соединителя 15 (фиг.1, 2, 4), а с другой стороны - вилка 17 (фиг.1, 2). Электрическая связь между электрическими соединителями 15 (фиг.1, 2, 4) внутри соединительной платы 11 (фиг.3, 4) осуществляется в зависимости от схемотехнических решений. Трехмерные электрические соединители 13 (фиг.1, 4) соединены с трехмерными электрическим соединителем 28 (фиг.3) с образованием кубической 33 (фиг.4, 9) и/или трубчатой 34 (фиг.13, 16, 17) трехмерной ячейки, образующей из множества трехмерных ячеек 35 (фиг.4) трехмерную разъемную электрическую связь 36 (фиг.10, 11). Внешняя система теплоотвода 6 (фиг.19) активных элементов 4 (фиг.1, 3, 4, 17) обеспечивается тем, что трубчатая 34 (фиг.13, 16, 17) трехмерная ячейка снабжена коаксиально 37 (фиг.19) расположенными теплоотводящими трубами 38, где активные элементы имеют тепловой контакт 39 со стенками 40 теплоотводящей трубы 38.

Сборка трехмерного электронного модуля 1 (фиг.4, 16-19) производится в следующей последовательности:

- сборка коммутационных плат 8 (фиг.1,4) с формированием трехмерного электрического соединителя 13 с установкой соединителей 15 (фиг.1, 2, 4) на разных слоях 19 (фиг.1) и перпендикулярно к плоскости 25 платы 8 (фиг.1,4) в трех направлениях с установкой стандартных корпусированных компонентов 2 (фиг.1, 3, 4) и/или микроплат 3 с бескорпусными активными 4 (фиг.1, 3, 4, 17) и пассивными 5 (фиг.1, 3, 4) компонентами в зависимости от схемотехнических решений;

- сборка соединительной платы 11 (фиг.3, 4) с формированием одномерного электрического соединителя 28 (фиг.3) с установкой соединителей 15 (фиг.1, 2, 4) в двух противоположных торцевых сторонах 26 (фиг.1) перпендикулярно к плоскости 32 (фиг.3) плат с установкой стандартных корпусированных компонентов 2 (фиг.1, 3, 4) и/или микроплат 3 с бескорпусными активными 4 (фиг.1, 3, 4, 17) и пассивными 5 (фиг.1, 3, 4) компонентами в зависимости от схемотехнических решений;

- сборка трехмерного кубического электронного модуля 1 (фиг.4, 16-19). Плата 11-2 (фиг.5-9, 13) соединительная устанавливается к плате 8-1 коммутационной с образованием Г-образной конструкции 41 (фиг.5). К плате 11-2 (фиг.5-9, 13) соединительной устанавливается коммутационная плата 8-3 (фиг.6-9, 13) с образованием С-образной конструкции 42 (фиг.6). К плате 8-1 (фиг.5-9, 13) коммутационной и к плате 8-3 (фиг.6-9, 13) коммутационной устанавливается плата 11-5 (фиг.8, 9) соединительная в виде трубообразной конструкции 43 (фиг.7, 16, 17) с образованием трубчатой ячейки 34 (фиг.13, 16, 17). К плате 8-1 (фиг.5-9, 13) коммутационной и к плате 8-3 (фиг.6-9, 13) коммутационной устанавливается плата 11-5 (фиг.8, 9) соединительная с образованием чашеобразной конструкции 44 (фиг.8). К плате 8-1 (фиг.5-9, 13) коммутационной и к плате 8-3 (фиг.6-9, 13) коммутационной устанавливается плата 11-6 (фиг.9) соединительная с образованием конструкции кубической ячейки 33 (фиг.4, 9) функционально законченного узла. Кубическая ячейка 33-1 (фиг.10-12) соединяется со следующей кубической ячейкой 33-2. Две кубические ячейки 33-1, 33-2 соединяются с двумя следующими кубическими ячейками 33-3 (фиг.11, 12), 33-4. Четыре кубические ячейки 33-1 (фиг.10-12), 33-2, 33-3 (фиг.11, 12), 33-4 соединяются с четырьмя следующими кубическими ячейками 33-5 (фиг.12), 33-6, 33-7, 33-8.

При необходимости теплоотвода применяются трубчатые электронные ячейки 34 (фиг.13, 16, 17). Производится сборка трехмерной трубчатой электронной ячейки 34 по аналогии с кубической электронной ячейкой 33 (фиг.4, 9) (первые три соединения).

- сборка двух трехмерных трубчатых электронных ячеек 34-1 (фиг.14, 15), 34-2, а затем сборка четырех трехмерных трубчатых электронных ячеек 34-1, 34-2, 34-3 (фиг.15), 34-4.

- сборка трехмерного трубчатого электронного модуля 1 (фиг.4, 16-19) без корпуса и сборка трехмерного трубчатого электронного модуля 1 с корпусом 45 (фиг.18, 19) и с теплоотводящей трубой 46.

Вышеизложенное конструктивное решение позволяет, во-первых, более плотно разместить модули, во-вторых, обеспечить его высокую ремонтопригодность, в-третьих, повысить эффективность теплоотвода, в-четвертых, повысить универсальность конструкции и получить надежный трехмерный электронный модуль.

Таким образом, из рассмотренного следует, что заявляемое изобретение промышленно применимо и решает поставленную техническую задачу.