NO174410B - Pakkeoppbygging for elektroniske kretser - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse gjelder oppbygningen av en pakke for elektroniske kretskort og mer bestemt en oppbygning som vil sette slike kort istand til å tåle meget høye akselerasjoner (fra 100.000 g og oppover) utøvet i en hvilken som helst retning i forhold til planet for kretskortet og særlig de akselerasjoner som utøves perpendikulært på kretskortets plan.

En stadig økende mengde arbeid utføres i omgivelser som er under meget høy akselerasjon for eksempel i området ved 100.000 g. Idag er en av de mest fremtredende tekniske fordringer å kunne komme frem til oppbygning av en pakke for elektronikk, innbefattende vanlige trykte kretskort, keramiske kort eller deres ekvivalenter, der pakken vil beskytte kretskortet mot mekanisk skade på grunn av den høye dynamiske påkjenning som oppstår ved det høye akselera-sjonsnivå. Det er oppstått et behov for en pakningsutførelse som kan omslutte og beskytte kretskort som blir utsatt for akselerasjoner på mer enn 100.000 g.

Fra WO-A-87/06091 er det kjent en kortenhet tilpasset til å utsettes for krefter over 100.000 g, idet enheten innbefatter flere kretskort og keramikkavstandsholdekort, og hvor kretskortene er anbrakt på en side med flere elektriske komponenter. Avstandskortet tilliggende den belagte overflaten til kretskortet innbefatter utskjæringsåpninger som viser størrelse og sted for de elektriske komponentene slik at respektive kretskort og avstandsholdekort passer sammen i tilpasset kontakt. Hvert av de belagte kretskortene er tilpasset med det korresponderende avstandskort. Kortene er anordnet i fluidfylte kammere og en rørformet konstruksjon anvendes for å fylle kamrene ved å slippe fluid gjennom rørstruktureri og gjennom porter. Portene er anordnet i rørstrukturen og ikke i den plane delen.

Foreliggende oppfinnelse som angår pakkeoppbygning for elektroniske kretser beregnet på å tåle meget høy akselerasjon av den art som angitt i innledningen til krav 1 er karakterisert ved de trekk som fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

Oppfinnelsen angår således et hus for understøttelse av en flerhet av kretsbærende plane anordninger (som trykte kretskort) i avstand fra hverandre slik at det dannes rom mellom sammenstilte kort. Hvert rom er fylt med et stort sett ikke sammentrykkbart fluid. Fluidet i et kammer kan flyte over i et tilstøtende kammer (for eksempel på grunn av varmeutvidelse), men bare med en meget liten hastighet som bestemmes av størrelsen på en fluidumpassasje som finnes i den plane kretsbærende anordning. Hvert kammer er fullstendig fylt med fluid, slik at det ikke finnes noen tomrom eller luftrom.

Tegningens eneste figur viser et lengdesnitt gjennom oppbygningen av pakken ifølge oppfinnelsen, som er istand til å tåle høye g verdier.

Pakkeutførelsen 10 ifølge oppfinnelsen omfatter et utvendig hus som med fordel kan være av sylindrisk form og ha en lengdeakse 12 som kan rettes inn med og falle sammen med lengdeaksen for en rakett (ikke vist) som pakkeoppbygningen 10 kan være montert i. Huset 15 har langsgående sidevegger 20 og stive endeveggdeler 25 som vist i snitt på figuren. Huset kan være av støpt aluminium eller annet egnet stivt materiale. Sideveggene 20 er forsynt med passende midler som vist ved 30 for anbringelse og understøttelse i det indre av huset 12 av en eller flere plane deler 35 som bærer elektroniske kretser. Slike plane deler 35 kan ha form av et trykt kretskort, et keramisk kort eller andre egnede midler som passer for denne spesielle anvendelse. De plane deler 35 kan med fordel ha samme form som tverrsnittet av huset 15 som, som vist på figuren, er sirkulær. På overflaten av den plane del 35 kan det være anbragt elektroniske pakker 40, 42, 44. Slike pakker kan være separate kretskomponenter så som motstander eller kondensatorer eller overflatemonterte integrerte kretspakker eller overflatemonterte halvleder-enheter som er "bundet til og koblet direkte sammen med den plane del 35. Videre kan den plane del 35 være en enkel halvlederskive med elektroniske kretser anbragt på passende måte etter fremgangsmåter som er velkjente, og overflaten eller overflatene av skiven. Det fremkommer dermed mellom den øvre endevegg 25 og den øvre plane del 35 et første kammer 50. Mellom de to plane deler 35 fremkommer det et ytterligere kammer 52 og et tredje kammer 54 er dannet mellom den nedre plane del 35 og endeveggen 25 i bunnen. Hvert av kamrene 50, 52 og 54 er fylt med et så godt som ikke sammentrykkbart fluid 60 som for eksempel "FLUORINERT"

(varemerke) elektroniske fluider som markedsføres av Com-mercial Chemicals Division of 3M Company, St. Paul,

Minnesota, 55144. Hvert kammer er fullstendig fylt slik at det ikke blir tilbake åpninger eller luftrom. Hvis de elektroniske pakker 40, 42 eller 44 selv er pakker med ufylte tomrom (d.v.s. ikke fylt med fluid) må de åpnes og tomrommene fylles med fluid. Kamrene og de plane deler er slik formet og montert at fluid i et kammer holdes i dette kammer og ikke står i forbindelse med fluid i noe annet kammer, bortsett fra gjennom meget små dyser som vist ved 70, 72. Dysene er meget små slik at fluid i ett kammer kan flyte over i et tilstø-tende kammer bare med en meget lav hastighet. Hastigheten er tilstrekkelig høy til at fluid kan komme inn i eller forlate kamrene for å utligne varmeutvidelse av fluidet. Den resulterende volumutligning opptas av et reservoar 78 som står i forbindelse med et av kamrene gjennom en forbindel-sesledning 76 og en dyse 74. Dysen 74 er tilsvarende dimensjonert for å tillate bare meget små strømnings-hastigheter for fluidet. Fluidets strømningshastigheter gjennom dysene beholdes meget lave slik at når oppbygningen blir utsatt for meget høy akselerasjon, kan fluidet ikke tvinges hurtig ut av kammeret på grunn av den tilbøyelighet de plane deler 35 har til å bøye seg. Hvis man tillot for meget fluid å forlate et kammer for hurtig, ville de plane deler kunne bøye seg i en slik grad at det ville oppstå skade. Selv om hensikten med pakkens oppbygning er at den skal tåle meget høye g verdier, skal det påpekes at den høye g belastning vil være av meget kort varighet. Ved på denne måte å begrense f luidstrømmen fra et kammer til et annet gjennom dysene 70 og 72 til meget lave verdier, vil den fluidmengde som overføres mellom kamrene under varigheten av den meget høye g belastning være meget liten og util-strekkelig til å føre til skade på de plane deler 35, mens hastigheten er tilstrekkelig til å oppta varmeutvidelse av fluidet. Oppbygningen 10 kan bli utsatt for utskytnings-forhold som frembringer en akselerasjon av en verdi på 100.000 g eller mer som antydet med pilen 100. Simulerings-analyser viser at belastningen på den plane del 35 som oppstår på grunn av akselerasjonen som er angitt med pilen 105, temmelig nær blir balansert av den reaktive belastning (angitt med pilen 110) som skapes av fluidet på den annen side av den plane del 35 (Archimedes prinsipp). Oppdriften av den plane del 35 i fluidet 60 vil alltid skape en kraft eller en belastning i motsatt retning av den kraft akselerasjonen setter opp som vist med pilen 105 og vil dermed ytterligere søke å balansere belastningene på de to sider av den plane del.

Ved å velge et fluid med den rette densitet (eller ved å justere dens densitet ved å tilsette passende mikrokuler med høy densitet til fluidet) og ved å justere densiteten av de plane kretsbærende deler, kan deres effektive densiteter tilpasses hverandre. De plane deler 35 kunne da ha en nøytral oppdrift. Med nøytral oppdrift er den hastighet hvormed fluid kan forflytte seg fra et kammer til et annet ikke så kritisk. Siden delen 35 og fluidet har samme densitet, vil fluidet ikke søke å flyte fra et kammer til et annet under høy akselerasjon. Dermed kan dysene 70, 72 lages større, d.v.s. tilstrekkelig store til å tillate støtstrømmer og høyere fyllehastigheter.

Hvis systemet 10 blir utsatt for høye tverrstilte g belast-ninger (d.v.s. akselerasjon perpendikulært på pilen 100 og parallelt med planet for de plane deler 35) gjelder de samme prinsipper og de søker å begrense de krefter som ellers ville søke å skjære av pakkene 40, 42, 44 fra deres fester. Eksperimenter er blitt utført på en tynn filmskive omtrent 5 cm i diameter anbragt i et hus som også er omtrent 5 cm i diameter og med sidevegger med en høyde på 6,35 mm. Skiven hadde komponenter montert på overflaten. En oppbygning ble utsatt for en akselerasjon på 16.000 g rettet perpendikulært på skivens plan. Skiven og dens komponenter overlevde uten påviselige skader. På grunnlag av resultatene fra eksperimentene og utledninger fra simuleringer, er det vist at et slikt system som foreliggende oppfinnelse kan tåle meget høye akselerasjoner på mer enn 100.000 g. Resultatene fra eksperimentene viser også at bedre resultater kan oppnås med fluider som har større densitet.

Det er beskrevet en pakkeoppbygning til beskyttelse av elektroniske kretser mot skader ved forhold som oppstår under høy akselerasjon. Det skal påpekes at forskjellige endringer og modifikasjoner på pakkeoppbygningen kan gjøres av en fagmann på området uten å avvike fra oppfinnelsens ramme som bare er begrenset av de følgende krav.

Claims (3)

1. Pakkeoppbygning for elektroniske kretser, beregnet på å tåle meget høy akselerasjon, innbefattende et ytre hus (15) innbefattende stive sidevegger (20) og stive endevegger (25), minst en plan del (35) for understøttelse av elektroniske kretser (40, 42, 44 ) og utformet for montering i huset slik at dettes indre deles i minst to kammere (50, 52, 54), der hvert av kamrene er helt fylt med et hovedsakelig inkompressibelt fluid (60), karakterisert ved at i den plane delen er anordnet en liten dyse for å tillate en begrenset fluidstrøm fra det ene kammeret til det andre som reaksjon på fluidets termiske utvidelse.

2 . Pakkeoppbygning ifølge krav 1, karakterisert ved at fluidets densitet er justert til å tilveiebringe nøytral oppdrift for den plane del med elektroniske kretser.

3. Oppbygning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter et reservoar (78) som står i forbindelse med minst et fluidfylt kammer (50) gjennom en dyse (74) med samme størrelse som dysen (72) i den plane del.