Процессорный модуль

 

Предложен процессорный модуль, относящийся к области радиоэлектроники, в частности, к системам цифровой обработки информации, работающим в особо жестких условиях эксплуатации, т.е. в широком диапазоне температур, высоких влажности и запыленности, высоких требованиях к виброустойчивости, вибро- и ударопрочности.

Процессорный модуль содержит печатную плату с электронными элементами, разъемами внешних связей и теплоотводящие узлы с клиновыми прижимами. Предлагаемый процессорный модуль отличается тем, что на плате установлен экран-радиатор, выполненный конструктивно как единая теплопроводящая деталь, включающая в себя экранирующую теплопроводящую пластину, внутреннее ребро жесткости, верхнюю теплоотводящую планку и боковые ребра с установленными на них теплоотводящими узлами с клиновыми прижимами. Экран-радиатор крепится на печатной плате в нескольких точках через верхнюю теплоотводящую планку, ребро жесткости и боковые ребра. Верхняя (наружная) поверхность боковых ребер имеет непосредственный тепловой контакт с установленными на ней теплоотводящими узлами с клиновыми прижимами. Внутренняя поверхность экранирующей теплопроводной пластины имеет тепловой контакт с тепловыделяющими электронными элементами, например, через прокладки из теплопроводящей резины, а сама пластина имеет форму, соответствующую конфигурации электронных элементов. Ребро жесткости и верхняя теплоотводящая планка обеспечивают прочность конструкции модуля и способствуют выравниванию температурного градиента в пределах платы. Верхняя теплоотводящая планка служит также для установки на ней типовых элементов извлечения модуля из аппаратуры.

Выполнение экрана-радиатора конструктивно в виде единой теплопроводной детали, включающей в себя экранирующую теплопроводную пластину, внутреннее ребро жесткости, верхнюю теплоотводящую планку и боковые ребра для установки на них теплоотводящих узлов упрощает пути отвода тепла от тепловыделяющих электронных элементов на теплоотводящие детали конструкции модуля. Это позволяет применять в модуле более мощные электронные элементу для повышения его производительности в вычислительной системе, увеличивает отвод тепла от модуля, повышает надежность его работы и технологичность изготовления модуля в серийном производстве за счет сокращения числа конструктивных деталей, например, путем изготовления экрана-радиатора на станке с числовым программным управлением или литьем.

Предлагаемый процессорный модуль относится к области радиоэлектроники, в частности, к системам цифровой обработки информации, работающим в особо жестких условиях эксплуатации, т.е. в широком диапазоне температур, высоких влажности и запыленности, высоких требованиях к виброустойчивости, вибро- и ударопрочности.

Известны процессорные модули, выполненные в конструктиве «Евромеханика 6U» с кондуктивным отводом тепла и используемые для в жестких условий эксплуатации, например, процессорный модуль PENTXM2-R фирмы «Kontron», процессорный модуль VR12 фирмы «GE». Наиболее близким к предлагаемому модулю по сущности и выполняемым функциям является выпускаемый серийно процессорный модуль - ячейка 5П2ИК01 ЕСБИ.466535.014 [1] предприятия ОАО «Лантан». Этот модуль предназначен для аппаратуры цифровой обработки сигналов и информации, работает в особо сложных условиях эксплуатации, он принят за прототип и показан на фиг. 1

Модуль содержит печатную плату, на которой установлены электронные элементы, разъемы внешних связей, теплоотводящие узлы с клиновыми прижимами, теплоотводящий экран, теплоотводящая верхняя планка и ребро жесткости.

Однако, известный процессорный модуль имеет недостатки:

1 - тепло, выделяемое электронными элементами, отводится на теплоотводящие узлы с клиновыми прижимами и теплоотводящую верхнюю планку только за счет многозвенного теплового контакта между собой отдельных деталей, узлов и компонентов. Это приводит к увеличению теплового сопротивления на пути отвода тепла и, в конечном итоге, к росту теплового перегрева электронных элементов, установленных на печатной плате. В результате в модуле нельзя применить более мощные электронные элементы для повышения производительности модуля в составе вычислительной системы;

2 - недостаточный отвод тепла от тепловыделяющих элементов снижает допустимое тепловыделение в них и приводит к локальным перегревам в печатной плате и в установленных на ней элементах, что снижает надежность работы модуля в особо жестких условиях эксплуатации;3 - наличие в модуле нескольких деталей, используемых для отвода тепла, ухудшает технологичность изготовления модуля в серийном производстве.

Сущность предлагаемого процессорного модуля заключается в том, что он содержит печатную плату с электронными элементами, разъемы внешних связей и теплоотводящие узлы с клиновыми прижимами. Предлагаемый процессорный модуль отличается тем, что на печатной плате установлен экран-радиатор, выполненный конструктивно как единая теплопроводная деталь, которая включает в себя экранирующую теплопроводную пластину, внутреннее ребро жесткости, верхнюю теплоотводящую планку и боковые ребра для установки на них теплоотводящих узлов с клиновыми прижимами. Экран-радиатор крепится на печатной плате через верхнюю теплоотводящую планку, ребро жесткости и боковые ребра. Верхняя (наружная) поверхность боковых ребер имеет непосредственный тепловой контакт с установленными на ней теплоотводящими узлами с клиновыми прижимами. Внутренняя поверхность экранирующей теплопроводной пластины имеет тепловой контакт с тепловыделяющими электронными элементами, например, через прокладки из теплопроводящей резины. Ребро жесткости и верхняя теплоотводящая планка обеспечивают прочность конструкции модуля и способствует выравниванию температурного градиента в пределах платы. Верхняя теплоотводящая планка служит также для установки на ней типовых элементов извлечения модуля из аппаратуры.

Выполнение экрана-радиатора конструктивно в виде единой теплопроводной детали, включающей в себя экранирующую теплопроводную пластину, внутреннее ребро жесткости, верхнюю теплоотводящую планку и боковые ребра для установки на них теплоотводящих узлов с клиновыми прижимами упрощает пути отвода тепла от тепловыделяющих электронных элементов на теплоотводящие детали конструкции модуля. Это позволяет:

- применять в модуле более мощные электронные элементы для повышения его производительности в составе цифровой вычислительной системы;

- увеличить отвод тепла от модуля не менее, чем на 15%, что повысит надежность работы модуля в особо жестких условиях эксплуатации;

- повысить технологичность изготовления модуля в серийном производстве за счет сокращения числа конструктивных деталей, например, путем изготовления экрана-радиатора на станке с числовым программным управлением или литьем.

Сущность предлагаемого процессорного модуля поясняется чертежом на фиг. 2.

Предлагаемый процессорный модуль содержит печатную плату 1, на которой установлены разъемы 2 внешних связей модуля и электронные элементы 3. На печатной плате 1 крепится теплопроводный экран-радиатор 4, включающий в себя экранирующую теплопроводную пластину 5, верхнюю теплоотводящую планку 6, ребро жесткости 7 и боковые ребра 8, на которых крепятся теплоотводящие узлы 9 с клиновыми прижимами. Для улучшения отвода тепла экранирующая теплопроводная пластина 5 имеет форму, соответствующую конфигурации электронных элементов 3, обладающих большим тепловыделением, и ее внутренняя поверхность имеет тепловой контакт с наружной поверхностью таких элементов, например, через прокладки из теплопроводящей резины 10. Экран-радиатор 4 крепится к печатной плате 1 в нескольких точках через верхнюю теплоотводящую планку 6, ребро жесткости 7 и боковые ребра 8. Это улучшает теплоотвод от тепловыделяющих электронных элементов 3, обеспечивает выравнивание теплового градиента в пределах поверхности печатной платы 1 и создает механическую жесткость конструкции процессорного модуля. Верхняя теплоотводящая планка служит также для установки на ней типовых элементов 11 для извлечения модуля из аппаратуры.

Разъемы 2 внешних связей, электронные компоненты 3 вместе с проводящим рисунком печатной платы 1 обеспечивают функциональные параметры модуля как процессорного элемента в системе цифровой обработки сигналов и информации с использованием шины VME. Нижняя поверхность электронных элементов 3 и места их пайки на печатной плате 1 обеспечивают дополнительный отвод тепла на металлизированные слои печатной платы 1, а от нее на экран-радиатор 4 через места его крепления к печатной плате 1. В результате образуются надежные пути отвода тепла от тепловыделяющих электронных элементов 3 через теплоотводящие узлы 9 и верхнюю теплоотводящую планку 6 на наружные стенки аппаратуры, в которую устанавливают процессорный модуль.

Введение в состав процессорного модуля теплопроводного экрана-радиатора 4, включающего в себя как единое целое элементы 5-8 позволяет использовать его в аппаратуре с кондуктивным отводом тепла для системы цифровой обработки сигналов и информации в изделиях, работающих на ходу в полевых условиях, т.е. в жестких условиях эксплуатации. Кроме того, такое устройство позволяет увеличить надежность работы модуля за счет снижения величины температурного перегрева электронных элементов модуля по отношению к температуре окружающей среды. По сравнению с прототипом величина температурного перегрева уменьшилась на 6 °С. Это позволяет применить в процессорном модуле современные более мощные высокопроизводительные электронные элементы, что значительно улучшает функциональные параметры модуля как составной части системы цифровой обработки сигналов и информации.

Предлагаемый процессорный модуль был изготовлен в ОАО «Лантан» и прошел проверку в опытном образце аппаратуры и испытания в климатических камерах и на установках механических испытаний. Проверка и испытания показали положительные результаты, и модуль рекомендован к серийному изготовлению.

Источники информации, использованные при оформлении заявки:

[1] Ячейка 5П2ИК01 ЕСБИ.466535.014 (см. www.lantan-npf.ru/pak.htm)

1. Процессорный модуль, содержащий печатную плату с электронными элементами и разъемами внешних связей модуля, теплоотводящие узлы с клиновыми прижимами, отличающийся тем, что в нем на печатной плате установлен теплопроводный экран-радиатор, выполненный в виде единой детали, включающей в себя экранирующую теплопроводную пластину, верхнюю теплоотводящую планку, внутреннее ребро жесткости и боковые ребра с установленными на них теплоотводящими узлами с клиновыми прижимами.

2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что теплопроводный экран-радиатор имеет тепловой контакт с электронными элементами.

3. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что теплопроводный экран-радиатор крепится на печатной плате через верхнюю теплоотводящую планку, внутреннее ребро жесткости и боковые ребра.

4. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что экранирующая теплопроводная пластина имеет форму, которая соответствует конфигурации электронных элементов.

РИСУНКИ



 

Наверх