Усилительный блок
Изобретение может быть использовано при изготовлении радиоэлектронных устройств (РЭУ). Усилительный блок (УБ) содержит, по меньшей мере, одну печатную плату (ПП), на которой установлен, по меньшей мере, один мощный полупроводниковый элемент (МПЭ), содержащий теплоотводящее основание (ТО), по меньшей мере, один кристалл, расположенный на ТО, и выводы для передачи высокочастотного сигнала, электрически соединенные с плоскими проводниками, расположенными на поверхности ПП, с образованием согласованных участков передачи сигнала, и теплоотводящую опору, на которой установлено ТО. В теплоотводящей опоре выполнено глухое отверстие, в котором ТО закреплено посредством слоя теплопроводящего материала, полностью заполняющего зазор между дном отверстия и дном ТО и, по меньшей мере, частично заполняющего зазор между стенками отверстия и стенками ТО. ПП имеет толщину, позволяющую осуществить ее упругую деформацию. Стороны ПП, соответствующие выводам для передачи высокочастотного сигнала, выходят за пределы теплоотводящей опоры. Технический результат - обеспечение возможности интенсивного отведения тепла от МПЭ, а также возможности эксплуатации РЭУ, в состав которого входит УБ, в широком температурном диапазоне. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.
Заявленное изобретение относится к области радиоэлектронной техники и может быть использовано при изготовлении радиоэлектронных устройств.
В настоящее время известны усилительные блоки, содержащие печатную плату, на которой установлен, по меньшей мере, один мощный полупроводниковый элемент, содержащий теплоотводящее основание, по меньшей мере, один кристалл, расположенный на теплоотводящем основании, и выводы для передачи высокочастотного сигнала, электрически соединенные с плоскими проводниками, расположенными на поверхности печатной платы, с образованием согласованных участков передачи сигнала, и теплоотводящую опору, на поверхности которой установлено теплоотводящее основание (см. Семейкин И. и др. Мощные усилительные паллеты для модулей АФАР // Современная электроника, №2, 2010, стр. 18-19).
Подобный усилительный блок принят за ближайший аналог к заявленному усилительному блоку.
Недостаток известного блока состоит в том, что не обеспечивается достаточно интенсивное отведение тепла от мощного полупроводникового элемента через площадь контакта теплоотводящего основания с теплоотводящей опорой, ограниченную дном теплоотводящего основания, а также компенсация напряжений, возникающих в результате температурных деформаций из-за разницы коэффициентов линейного расширения материалов печатной платы, теплоотводящей опоры, теплоотводящего основания и выводов для передачи высокочастотного сигнала.
Задачей заявленного изобретения является создание усилительного блока, лишенного указанных недостатков.
В результате достигается технический результат, заключающийся в возможности интенсивного отведения тепла от мощного полупроводникового элемента, что повышает надежность и долговечность усилительного блока в целом, а также в возможности эксплуатации радиоэлектронного устройства, в состав которого входит усилительный блок, в широком температурном диапазоне, в том числе при резких перепадах температур.
Конкретно, указанный технический результат достигается посредством создания усилительного блока, содержащего, по меньшей мере, одну печатную плату, на которой установлен, по меньшей мере, один мощный полупроводниковый элемент, содержащий теплоотводящее основание, по меньшей мере, один кристалл, расположенный на теплоотводящем основании, и выводы для передачи высокочастотного сигнала, электрически соединенные с плоскими проводниками, расположенными на поверхности печатной платы, с образованием согласованных участков передачи сигнала, и теплоотводящую опору, на которой установлено теплоотводящее основание, в котором в теплоотводящей опоре выполнено глухое отверстие, в котором теплоотводящее основание закреплено посредством слоя теплопроводящего материала, полностью заполняющего зазор между дном отверстия и дном теплоотводящего основания и, по меньшей мере, частично заполняющего зазор между стенками отверстия и стенками теплоотводящего основания, при этом печатная плата имеет толщину, позволяющую осуществить ее упругую деформацию, а стороны печатной платы, соответствующие выводам для передачи высокочастотного сигнала, выходят за пределы теплоотводящей опоры.
Согласно частному варианту выполнения поверхности теплоотводящей опоры, соответствующие выводам для передачи высокочастотного сигнала, расположены под углом к основанию теплоотводящей опоры.
Согласно еще одному частному варианту выполнения в качестве теплопроводящего материала использован припой.
Согласно еще одному частному варианту выполнения, по меньшей мере, один мощный полупроводниковый элемент содержит корпус, связанный с теплоотводящим основанием, в котором расположен, по меньшей мере, один кристалл.
Выполнение в теплоотводящей опоре глухого отверстия, в котором теплоотводящее основание закреплено посредством слоя теплопроводящего материала, полностью заполняющего зазор между дном отверстия и дном теплоотводящего основания и, по меньшей мере, частично заполняющего зазор между стенками отверстия и стенками теплоотводящего основания, обеспечивает увеличенную площадь контакта теплоотводящего основания с теплоотводящей опорой и, соответственно, возможность интенсивного отведения тепла от мощного полупроводникового элемента, что повышает надежность и долговечность усилительного блока в целом.
Использование печатной платы, имеющей толщину, позволяющую осуществить ее упругую деформацию, со сторонами, соответствующими выводам для передачи высокочастотного сигнала, выходящими за пределы теплоотводящей опоры, обеспечивает компенсацию напряжений, возникающих в результате температурных деформаций.
Использование теплоотводящей опоры с поверхностями, соответствующими выводам для передачи высокочастотного сигнала, расположенными под углом к основанию теплоотводящей опоры, дополнительно позволяет обеспечить возможность электрического соединения выводов для передачи высокочастотного сигнала с плоскими проводниками, расположенными на поверхности печатной платы (и их концевых частей с концевыми частями соответствующих проводников несущей печатной платы радиоэлектронного устройства) в случае применения мощного полупроводникового элемента с основанием, толщина которого больше, чем толщина теплоотводящей опоры, или равна ей.
На фиг. 1 показан общий вид одного из частных вариантов заявленного усилительного блока (вид сверху).
На фиг. 2 показан общий вид одного из частных вариантов заявленного усилительного блока (разрез А-А).
На фиг. 3а показан частный случай мощного полупроводникового элемента (вид спереди).
На фиг. 3b показан частный случай мощного полупроводникового элемента (вид сбоку).
На фиг. 3с показан частный случай мощного полупроводникового элемента (вид сверху).
На фиг. 3d показан частный случай мощного полупроводникового элемента (поперечный разрез Б-Б).
На фиг. 4 показано теплоотводящее основание, установленное на теплоотводящей опоре, согласно частному варианту выполнения.
На фиг. 5 показан усилительный блок, согласно частному варианту выполнения смонтированный в радиоэлектронное устройство (вид сверху).
На фиг. 6 показан усилительный блок, согласно частному варианту выполнения смонтированный в радиоэлектронное устройство (разрез В-В).
На фиг. 7 показан общий вид другого частного варианта заявленного усилительного блока (вид сверху).
Усилительный блок, показанный на фиг. 1 и 2, содержит печатную плату 1, на которой установлен мощный полупроводниковый элемент 2 (например, показанный на фиг. 3a-3d транзистор), содержащий корпус 3, теплоотводящее основание 4, связанное с корпусом 3, кристалл 5, расположенный в корпусе 3 на теплоотводящем основании 4, и выводы 6а и 6b для передачи высокочастотного сигнала, электрически соединенные с плоскими проводниками 7а и 7b, расположенными на поверхности печатной платы 1, с образованием согласованных участков передачи сигнала, и теплоотводящую опору 8.
Как показано на фиг. 4, теплоотводящее основание 4 в зонах, максимально близких к кристаллу 5, электрически и механически соединено с заземляющей поверхностью 9 печатной платы 1, противоположной поверхности, на которой расположены плоские проводники 7а и 7b. Данное соединение осуществлено при помощи металлических уголков 10а и 10b, имеющих ширину, не меньшую, чем ширина выводов 6а и 6b, и паяных или сварных соединений 11а и 11b. В печатной плате 1 имеется отверстие (условно не показано), позволяющее осуществить данное соединение. Возможно использование двух и более печатных плат, например 1а и 1b (см. фиг. 7).
В теплоотводящей опоре 8 выполнено глухое отверстие, в котором теплоотводящее основание 4 закреплено посредством слоя теплопроводящего материала 11с (например, припоя ПОС-61), полностью заполняющего зазор между дном отверстия и дном теплоотводящего основания 4 и частично заполняющего зазор между стенками отверстия и стенками теплоотводящего основания 4.
Выводы 6а и 6b для передачи высокочастотного сигнала электрически соединены с плоскими проводниками 7а и 7b, например, при помощи паяных или сварных соединений 12а и 12b.
Плоские проводники 6а и 6b выполняют функцию трансформаторов импедансов, в результате чего образуются согласованные участки передачи сигнала. Согласование обеспечивают также при помощи дополнительных согласующих элементов (в частности, конденсаторов 13), расположенных на поверхности печатной платы 1.
Печатная плата 1 имеет толщину, позволяющую осуществить ее упругую деформацию. Стороны печатной платы 1, соответствующие выводам 6а и 6b для передачи высокочастотного сигнала, выходят за пределы теплоотводящей опоры 8.
Теплоотводящая опора 8, показанная на фиг.4, выполнена с поверхностями, соответствующими выводам 6а и 6b для передачи высокочастотного сигнала, расположенными под углом к основанию теплоотводящей опоры 8.
Монтаж заявленного усилительного блока в радиоэлектронное устройство осуществляют следующим образом.
Устанавливают теплоотводящую опору 8 на поверхность теплоотводящей структуры 14 (в частности, на внутреннюю поверхность металлического корпуса радиоэлектронного устройства) и закрепляют, например, при помощи винтов 15.
Соединяют плату 1 с несущей платой 16 радиоэлектронного устройства. В частности, осуществляют электрическое соединение концевых частей 17а и 17b плоских высокочастотных проводников 7а и 7b и концевых частей 18а и 18b низкочастотных проводников печатной платы 1 с концевыми частями соответствующих проводников несущей печатной платы 16 посредством паяных или сварных соединений.
1. Усилительный блок, содержащий, по меньшей мере, одну печатную плату, на которой установлен, по меньшей мере, один мощный полупроводниковый элемент, содержащий теплоотводящее основание, по меньшей мере, один кристалл, расположенный на теплоотводящем основании, и выводы для передачи высокочастотного сигнала, электрически соединенные с плоскими проводниками, расположенными на поверхности печатной платы, с образованием согласованных участков передачи сигнала, и теплоотводящую опору, на которой установлено теплоотводящее основание, отличающийся тем, что в теплоотводящей опоре выполнено глухое отверстие, в котором теплоотводящее основание закреплено посредством слоя теплопроводящего материала, полностью заполняющего зазор между дном отверстия и дном теплоотводящего основания и, по меньшей мере, частично заполняющего зазор между стенками отверстия и стенками теплоотводящего основания, при этом печатная плата имеет толщину, позволяющую осуществить ее упругую деформацию, а стороны печатной платы, соответствующие выводам для передачи высокочастотного сигнала, выходят за пределы теплоотводящей опоры.
2. Усилительный блок по п. 1, отличающийся тем, что поверхности теплоотводящей опоры, соответствующие выводам для передачи высокочастотного сигнала, расположены под углом к основанию теплоотводящей опоры.
3. Усилительный блок по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве теплопроводящего материала использован припой.
4. Усилительный блок по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один мощный полупроводниковый элемент содержит корпус, связанный с теплоотводящим основанием, в котором расположен, по меньшей мере, один кристалл.
