Электронная плата и летательный аппарат с такой электронной платой
Изобретение относится к электронной плате, которая предназначена, например, для интегрирования в бортовом оборудовании летательного аппарата. Технический результат - создание электронной платы, надежной, но обладающей улучшенными характеристиками в плане рассеяния тепла. Смещение изолирующих участков одного слоя относительно другого позволяет «приблизить» рабочий проводящий участок одного из двух слоев к периферийному участку другого слоя. Изолирующие участки, являющиеся плохими проводниками тепла, больше не накладываются друг на друга; таким образом, эффект теплового барьера, связанный с наслоением в одной и той же зоне этих изолирующих участков, существенно снижен. Технический результат достигается тем, что электронная плата содержит, по меньшей мере, два наложенных друг на друга проводящих слоя (2') с расположенным между двумя проводящими слоями (2') изолирующим слоем (3'), причем каждый из двух проводящих слоев (2') содержит рабочий проводящий участок (7'), между проводящими участками (6', 7') размещен изолирующий участок (8'), причем изолирующий участок (8') первого из двух слоев (2') смещен относительно изолирующего участка (8') второго из слоев (2'). Летательный аппарат содержит шасси (10'), в котором расположена, по меньшей мере, одна электронная плата. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к электронной плате, которая предназначена, например, для интегрирования в бортовом оборудовании летательного аппарата.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время известны электронные платы, схематически изображенные на фиг.1, содержащие, по меньшей мере, два наложенных проводящих слоя 2, которые отделены друг от друга изолирующими слоями 3.
Каждый проводящий слой 2 содержит, по меньшей мере, один периферийный проводящий участок 6 и рабочий центральный проводящий участок 7, электрически соединенный с электронными элементами 4, 5 и отделенный от участка 6 изолирующим участком 8, размеры и материал которого подобраны таким образом, чтобы они обеспечивали удовлетворительную электроизоляцию между участками 6 и 7.
Материал и размеры слоев 3 также подбираются таким образом, чтобы обеспечивать удовлетворительную электроизоляцию между слоями 2.
На данных платах изолирующие участки 8 накладываются друг на друга и имеют участок 11 промежуточного изолирующего слоя 3, который размещается между двумя соседними участками 8.
Краткое изложение сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание электронной платы такого же типа, надежной, но обладающей улучшенными характеристиками в плане рассеяния тепла.
Для решения поставленной задачи согласно изобретению предложена электронная плата, содержащая, по меньшей мере, два наложенных друг на друга проводящих слоя и изолирующий слой, размещенный между двумя проводящими слоями, причем каждый из двух проводящих слоев имеет рабочий проводящий участок и проводящий участок, расположенный на периферии рабочего проводящего участка, и изолирующий участок, размещенный между проводящими участками, характеризующаяся тем, что изолирующий участок первого из двух слоев смещен относительно изолирующего участка второго из двух слоев таким образом, что часть рабочего проводящего участка первого из двух слоев располагается справа от части изолирующего участка второго из двух слоев, а часть периферийного участка второго из двух слоев располагается справа от части изолирующего участка первого из двух слоев.
Смещение изолирующих участков одного слоя относительно другого позволяет, таким образом, «приблизить» рабочий проводящий участок одного из двух слоев (к которому электрически подсоединены электронные компоненты, являющиеся источниками тепла, когда они работают) к периферийному участку другого слоя. Изолирующие участки, являющиеся плохими проводниками тепла, больше не накладываются друг на друга; таким образом, эффект теплового барьера, связанный с наслоением в одной и той же зоне этих изолирующих участков, как это имеет место в вышеупомянутых платах в соответствии с известным уровнем техники, существенно снижен, поскольку смещение этих участков одного слоя относительно другого позволяет уменьшить расстояние, отделяющее два проводящих участка (также являющихся хорошими проводниками тепла), которые располагаются на двух различных слоях и друг против друга относительно изолирующих участков, таким образом, что передача тепла путем теплопроводимости может осуществляться между этими участками от одного слоя к другому.
Тепло для рассеяния, поступающее от электронных компонентов и передаваемое рабочими проводящими участками, может, таким образом, более эффективно отводиться в направлении соседних слоев.
Таким образом, плата, согласно предлагаемому изобретению, позволяет отвечать двум требованиям, которые в то же время являются противоположными, а именно добиться хорошей гальванической развязки и сохранить при этом способность удовлетворительного теплового рассеяния.
Такое расположение обеспечивает, таким образом, улучшенное тепловое рассеяние, избегая при этом риска перегревания, что способствует повышению надежности работы электронного оборудования, в частности, в случае, когда оно располагается в герметичном корпусе, причем тепловое рассеяние осуществляется в этом случае в основном путем теплопроводности.
Предпочтительно в интересах простоты и удобства как в процессе производства, так и для практического применения изолирующие участки упомянутых двух слоев имеют одинаковые размеры.
Предпочтительно упомянутое смещение, по существу, равно расстоянию, отделяющему проводящие участки одного и того же слоя.
Таким образом, плата, согласно предлагаемому изобретению, оптимизирована таким образом, что она облегчает тепловое рассеяние путем сокращения расстояния между двумя проводящими участками двух соседних слоев, расположенных друг против друга относительно изолирующих участков, обеспечивая при этом достаточную гальваническую развязку; причем эти слои размещены как можно ближе друг к другу, но без наложения с целью исключения риска емкостной связи между проводящими слоями, рискуя повредить гальваническую развязку.
Согласно другим предпочтительным отличительным признакам:
- плата содержит, по меньшей мере, три проводящих слоя, изолирующие участки которых смещены поочередно то в одном направлении, то в противоположном направлении, от одного слоя к другому;
- упомянутые изолирующие участки выполнены из эпоксидной смолы;
- изолирующие слои выполнены из изолирующего материала на основе стекловолокна;
- ширина изолирующего участка больше толщины изолирующего слоя;
- соотношение между шириной изолирующего участка и толщиной одного изолирующего слоя больше пяти; и/или
- для каждого слоя рабочий участок предназначен для электрического соединения с электронными элементами.
Вторым аспектом настоящего изобретения является летательный аппарат, содержащий корпус, в котором расположена, по меньшей мере, одна плата, которая была представлена выше.
Предпочтительно:
- корпус является герметичным корпусом и/или
- по меньшей мере, один периферийный участок каждой электронной платы, размещенной в корпусе, электрически соединен с шасси летательного аппарата.
Краткое описание чертежей
Изложение сути изобретения теперь будет сопровождаться детальным описанием примера практической реализации, приводимого в качестве иллюстрации, не имеющей ограничительного характера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 схематически изображает электронную плату в разрезе в соответствии с известным уровнем техники;
фиг.2 схематически изображает электронную плату в разрезе, согласно настоящему изобретению.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Электронная плата 1', согласно предлагаемому изобретению, изображенная на фиг.2, содержит подложку платы (не показана), на которой размещено множество проводящих слоев 2' (медных), между которыми вставлены слои 3', имеющие толщину d и выполненные из изолирующего материала на основе стеклоткани (например, из материала, известного под наименованием «FR4»).
В представленном примере плата 1' размещена вместе с другими платами такого же типа в герметичном корпусе 10', который включает в себя шкаф с электронной аппаратурой летательного аппарата.
Каждый проводящий слой 2' содержит периферийный проводящий участок 6' и рабочий центральный проводящий участок 7', причем участок 7' отделен от участка 6' изолирующим участком 8', выполненным из эпоксидной смолы.
На участке 7' верхнего проводящего слоя крепятся электронные элементы 4' и 5', причем они электрически соединены с этим участком или нижними участками 7' посредством переходных отверстий (не показаны).
Периферийный участок 6' электрически соединен с шасси оборудования или летательного аппарата, причем, что касается участка 7', то он изолирован от шасси участком 8' таким образом, что эта электронная плата образует текущее оборудование, причем часть, удерживающая активные элементы 4' и 5', изолирована от шасси.
Изолирующие участки 8' имеют определенную ширину D, обеспечивающую удовлетворительную гальваническую развязку между участками 6' и 7' одного и того же слоя 2', в частности в том случае, когда это устройство будет применяться на больших высотах, что является случаем бортового оборудования в области авиации.
В представленном примере для обеспечения изоляции в 1600В между участками 6' и 7' одного и того же слоя 2' ширина D равна 800 μм.
Что касается расстояния d, то оно подбирается для обеспечения удовлетворительной изоляции между двумя соседними слоями 2', сохраняя при этом минимальные габаритные размеры. Такое расстояние меньше, чем расстояние D, поскольку используемый в данном случае материал FR4 обладает большей изоляционной способностью, чем эпоксидная смола. В представленном примере расстояние d равно 80 μм, а соотношение D/d, таким образом, равно 10.
Получаемое в данном случае изолирующее напряжение плата/шасси равно 500В.
Таким образом, такое расположение позволяет добиться хорошей гальванической развязки, а также получить хорошие характеристики с точки зрения электромагнитной совместимости.
В электронной плате, согласно предлагаемому изобретению, изолирующие участки 8' смещены один относительно другого на расстояние, равное их ширине D, в направлении, которое чередуется при переходе от одного проводящего слоя к другому, образуя структуру в виде гребенки, как это показано на фиг.2.
Таким образом, часть рабочего проводящего участка 7' верхнего слоя 2' располагается справа от изолирующего участка 8' слоя 2', который располагается непосредственно под ним, причем часть периферийного участка 6' этого слоя расположена справа от изолирующего участка 8' верхнего слоя.
Такое смещение от слоя к слою приводит к тому, что каждый изолирующий участок 8' расположен справа от части проводящего участка 6' или 7' слоев 2', которые являются непосредственно соседними; причем эти части проводящих участков в свою очередь расположены справа от изолирующего участка 8' следующего противоположного соседнего слоя 2' и так далее.
Таким образом, участок 6' слоя 2' расположен ближе к участкам 7' соседних слоев 2', причем минимальное расстояние, отделяющее этот участок 6' от участков 7' соседних слоев, равно толщине d слоя 3', как показано на фиг.2 двойной стрелкой 9'.
Таким образом, смещение участков 8' между слоями равно расстоянию, разделяющему участки 6' и 7' одного и того же слоя, таким образом, что два участка 6' и 7' находятся ближе всего друг к другу, но не накладываются друг на друга, чтобы способствовать тепловому рассеянию, избегая при этом явлений (вредных для гальванической развязки) емкостных связей между участками 6' и 7' различных слоев.
Расстояние d значительно меньше расстояния D, тепловая проводимость существенно лучше. Действительно, тепло будет легко отводиться от одного слоя к другому и для перехода от одного участка 7' одного слоя к участку 6' соседних слоев, причем минимальное расстояние изолирующего материала (плохой проводник тепла) для прохождения в этом случае уменьшается до значения d (позиция 9') против расстояния, равного значению D в соответствии с известным уровнем техники (т.е. расстояния, разделяющего два участка 6, 7 одного и того же слоя).
Таким образом, в плате в соответствии с известным уровнем техники отвод тепла осуществляется в основном в плоскости слоев (как это показано на фиг.1, горизонтально) ввиду сильной тепловой изоляции, обусловленной наслоением участков 8, в то время как в плате, согласно предлагаемому изобретению, смещение участков 8' позволяет производить отвод тепла поперек плоскости слоев (т.е. вертикально, как это показано на фиг.2).
Отвод тепла может, таким образом, осуществляться значительно легче от одного слоя к другому для поддержания этой платы в допустимых температурных условиях с целью обеспечения нормальной работы электронных элементов.
Такие платы используются, в частности, во вспомогательных вычислительных устройствах летательных аппаратов, где для обеспечения одинаковой гальванической развязки тепловое сопротивление контура платы в два раза меньше при применении структуры в виде гребенки (фиг.2), чем при применении изолированной структуры, выполненной обычным способом (фиг.1).
Кроме того, такое расположение в виде гребенки не приводит к дополнительным производственным расходам по сравнению с платой с печатной схемой. Таким образом, оно остается, в частности, экономичным и практичным при применении.
В соответствии с другим вариантом воплощения (не показан) смещение между двумя изолирующими участками 8' двух соседних слоев меньше ширины D, в результате чего только одна часть изолирующих участков располагается справа от одной части соответствующих проводящих участков.
Также в соответствии с другим вариантом (не показан) смещение изолирующих участков производится не в переменном направлении от одного слоя к другому, а всегда в одном и том же направлении, и/или смещение между двумя изолирующими участками двух соседних слоев больше ширины D.
Также в соответствии с еще одним вариантом (не показан) изолирующие участки имеют размеры, которые меняются от одного слоя к другому.
В зависимости от требований возможны другие варианты, и в связи с этим следует напомнить, что предлагаемое изобретение не ограничивается примерами, которые были представлены и описаны.
1. Электронная плата, содержащая, по меньшей мере, два наложенных друг на друга проводящих слоя (2') и размещенный между упомянутыми двумя проводящими слоями (2') электрически изолирующий слой (3'), причем каждый из двух проводящих слоев (2') содержит рабочий проводящий участок (7') и проводящий участок (6'), расположенный на периферии рабочего проводящего участка (7'), при этом между упомянутыми проводящими участками (6', 7') размещен изолирующий участок (8'), отличающаяся тем, что изолирующий участок (8') первого из двух слоев (2') смещен относительно изолирующего участка (8') второго из двух слоев (2') таким образом, что часть рабочего проводящего участка (7') первого из двух слоев (2') расположена справа от части изолирующего участка (8') второго из двух слоев (2'), при этом часть периферийного участка (6') второго из двух слоев (2') расположена справа от части изолирующего участка (8') первого из двух слоев (2').
2. Плата по п.1, отличающаяся тем, что изолирующие участки (8') двух слоев имеют одинаковые размеры.
3. Плата по п.1, отличающаяся тем, что смещение, по существу, равно расстоянию (D), разделяющему проводящие участки (6', 7') одного слоя (2').
4. Плата по п.2, отличающаяся тем, что смещение, по существу, равно расстоянию (D), разделяющему проводящие участки (6', 7') одного слоя (2').
5. Плата по п.1, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, три проводящих слоя (2'), изолирующие участки (8') которых смещены попеременно, то в одном направлении, то в противоположном направлении от одного слоя к другому.
6. Плата по п.2, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, три проводящих слоя (2'), изолирующие участки (8') которых смещены попеременно, то в одном направлении, то в противоположном направлении от одного слоя к другому.
7. Плата по п.3, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, три проводящих слоя (2'), изолирующие участки (8') которых смещены попеременно, то в одном направлении, то в противоположном направлении от одного слоя к другому.
8. Плата по п.4, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, три проводящих слоя (2'), изолирующие участки (8') которых смещены попеременно, то в одном направлении, то в противоположном направлении от одного слоя к другому.
9. Плата по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что изолирующие участки (8') выполнены из эпоксидной смолы.
10. Плата по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что изолирующие слои (3') выполнены из изолирующего материала на основе стекловолокна.
11. Плата по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что ширина (D) изолирующего участка (8') больше толщины (d) изолирующего слоя (3').
12. Плата по п.11, отличающаяся тем, что отношение ширины (D) изолирующего участка (8') к толщине (d) изолирующего слоя (3') больше пяти.
13. Плата по п.11, отличающаяся тем, что для каждого слоя (2') рабочий участок (7') предназначен для электрического соединения с электронными компонентами (4', 5').
14. Плата по п.12, отличающаяся тем, что для каждого слоя (2') рабочий участок (7') предназначен для электрического соединения с электронными компонентами (4', 5').
15. Плата по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что для каждого слоя (2') рабочий участок (7') предназначен для электрического соединения с электронными компонентами (4', 5').
16. Летательный аппарат содержащий корпус (10'), в котором расположена, по меньшей мере, одна плата по любому из пп.1-15.
17. Летательный аппарат по п.16, отличающийся тем, что корпус (10') является герметичным корпусом.
18. Летательный аппарат по любому из пп.16 или 17, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один периферийный участок (6') каждой электронной платы, расположенной в корпусе (10'), электрически соединен с шасси летательного аппарата.
