Устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов



Устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов
Устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов
Устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов

 


Владельцы патента RU 2546963:

Сакуненко Юрий Иванович (RU)
Кондратенко Владимир Степанович (RU)

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано для обеспечения эффективного отвода тепла от печатных плат с размещенными на них электронными компонентами. Технический результат - повышение эффективности отвода тепла. Достигается тем, что в устройстве, содержащем две пластины из высокотеплопроводных материалов, первая пластина закреплена на печатной плате с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами. При этом первая пластина закреплена на фронтальной стороне печатной платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами и со стороны, обращенной к размещенным на печатной плате тепловыделяющим компонентам, выполнена в виде реплики фронтальной стороны печатной платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами, а вторая пластина из высокотеплопроводных материалов закреплена на обратной стороне печатной платы. 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области электроники и может быть использована для обеспечения эффективного отвода тепла от печатных плат с размещенными на них электронными компонентами.

Известно устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов, установленных в электронном модуле [RU 2350055, H05K 7/20, 20.03.2009], в котором в качестве теплоотвода применены изогнутые медные пластины, имеющие три участка, установленные в разных плоскостях модуля так, что первые участки медных пластин установлены на базовую плоскость и могут использоваться как присоединительные выводы, вторые участки медных пластин присоединены к металлизированным плоскостям подложки, третьи участки медных пластин припаяны к основаниям тепловыделяющих приборов. Форма и толщина медных пластин выбираются исходя из требований к жесткости конструкции, плотности тока, протекающего через приборы, максимально допустимого теплового сопротивления теплоотвода, рассеивающих избыточное тепло непосредственно и/или с помощью прижима дополнительных радиаторных элементов.

Недостатком устройства является относительно низкая эффективность отвода тепла.

Известно также устройство для охлаждения полупроводниковых элементов на печатной плате [RU 128766, U1, G12B 15/06, 27.05.2013], состоящее из корпуса, имеющего верхнюю крышку и нижнюю крышку, полупроводниковых элементов, печатной платы, при этом на одном краю корпуса на верхней крышке расположен П-образный паз с выпуклостью на внутренней поверхности, направленный в нижний паз на нижней крышке, причем печатная плата и нижняя крышка взаимодействуют через теплопроводную прокладку, а над полупроводниковыми элементами, расположенными над печатной платой, расположена теплопроводная резина, которая взаимодействует с верхней крышкой, причем на втором конце корпуса крышки соединены винтовой парой и «замком» из системы паз на торце верхней и выступ на торце нижней крышки, а над полупроводниковыми элементами на верхней и нижней крышках имеются ребра радиаторов охлаждения.

Недостатком устройства также является относительно низкая эффективность отвода тепла.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является устройство охлаждения и отвода тепла от компонентов электронных систем [RU 117056, U1, H05K 7/20, 10.06.2012], состоящее из принимающего и отводящего тепло элементов от электронных компонентов и конструкции теплостока, установленных на печатной плате электронной системы, причем принимающий и отводящий тепло элементы выполнены в виде двух пластин из высокотеплопроводных материалов, одна из которых закреплена на корпусе электронного компонента, а другая - на конструкции теплостока, при этом пластины соединены между собой посредством гибких высокотеплопроводных звеньев для обеспечения степени подвижности во всех направлениях.

Недостатком описанной выше конструкции устройства является недостаточная эффективность охлаждения и отвода тепла от компонентов электронных систем потому, что тепловая энергия, выделяемая компонентами электронных систем, установленных на печатной плате, принимается только одной из пластин, форма которой не согласована с формой печатной платы с компонентами электронных систем, и отводится в теплосток к другой пластине, которая соединена с первой посредством гибких высокотеплопроводных звеньев.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности теплоотвода.

Требуемый технический результат заключается в повышении эффективности теплоотвода.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройстве для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов, размещенных на печатной плате, содержащем две пластины из высокотеплопроводных материалов, первая из которых закреплена на печатной плате с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами, согласно изобретению первая пластина закреплена на фронтальной стороне печатной платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами и со стороны, обращенной к размещенным на печатной плате тепловыделяющим компонентам, выполнена в виде реплики фронтальной стороны печатной платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами, при этом вторая пластина из высокотеплопроводных материалов закреплена на обратной стороне печатной платы.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что вторая пластина из высокотеплопроводных материалов со стороны, прилегающей к поверхности обратной стороны печатной платы, выполнена в виде реплики обратной стороны печатной платы.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в первой и/или второй пластинах из высокотеплопроводных материалов выполнены сквозные технологические отверстия или для разъемов, и/или для креплений, и/или для элементов вывода электромагнитного излучения.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что стороны первой и/или второй пластин из высокотеплопроводных материалов, противоположные сторонам, обращенным к печатной плате, выполнены в виде охлаждающих радиаторов.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что сквозные технологические отверстия для элементов вывода электромагнитного излучения выполнены коническими с углами раствора, соответствующими требуемым углам излучения соответствующих источников электромагнитного излучения.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что сквозные технологические отверстия для вывода электромагнитного излучения содержат фокусирующую оптику.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что сквозные технологические отверстия для элементов вывода электромагнитного излучения содержат отражающее покрытие.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве высокотеплопроводных материалов для пластин используют или металлы, и/или теплопроводные пластмассы, и/или теплопроводные керамики с коэффициентом теплопроводности 1-1000 Вт/м·К.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что поверхности первой и/или второй пластины со стороны печатной платы покрыты слоем высокотеплопроводной пасты с коэффициентом теплопроводности 1-200 Вт/м·К.

Предложенное устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов поясняется чертежом:

на фиг.1 - пример монтажа первой и второй пластин из высокотеплопроводных материалов на фронтальную сторону печатной платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами и ее обратную сторону, соответственно;

на фиг. 2 - пример выполнения устройства для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов с частичным покрытием пластиной из высокотеплопроводного материала обратной стороны печатной платы;

на фиг.3 - пример выполнения устройства для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов при выполнении в пластине из высокотеплопроводного материала сквозных отверстий для вывода электромагнитного излучения.

На чертеже представлены: печатная плата 1 с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами 2, первая пластина 3 из высокотеплопроводных материалов, предназначенная для закрепления на фронтальной стороне печатной платы 1 с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами 2. Первая пластина 3 из высокотеплопроводных материалов со стороны, обращенной к размещенным на печатной плате тепловыделяющими компонентам 2, выполнена в виде реплики (объемного отпечатка) фронтальной стороны печатной платы 1 с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами. При этом с обратной стороны первая пластина 3 из высокотеплопроводных материалов выполнена в форме охлаждающего радиатора, образованного элементами охлаждения 4 первой пластины, а вторая пластина 5 из высокотеплопроводных материалов, выполненная в форме охлаждающего радиатора, образованного элементами охлаждения 6 второй пластины, закреплена на обратной стороне печатной платы 1. При этом вторая пластина 5 из высокотеплопроводных материалов, выполненная в форме охлаждающего радиатора и закрепленная на обратной стороне печатной платы 1, со стороны, обращенной к печатной плате 1, может быть выполнена в виде реплики (объемного отпечатка) обратной стороны печатной платы. Первая 3 и вторая 5 пластины из высокотеплопроводных материалов могут иметь как технологические отверстия, так и сквозные отверстия и элементы 7, предназначенные для специального назначения, например для вывода излучения светодиодов, креплений, разъемов и т.п.

Сквозные технологические отверстия для элементов вывода электромагнитного излучения могут быть выполнены коническими с углами раствора, соответствующими требуемым углам излучения соответствующих источников электромагнитного излучения, и содержать фокусирующую оптику. Сквозные технологические отверстия для элементов вывода электромагнитного излучения могут содержать отражающее покрытие. В качестве высокотеплопроводных материалов для пластин используют или металлы, и/или теплопроводные пластмассы, и/или теплопроводные керамики с коэффициентом теплопроводности 1-1000 Вт/м·К. Поверхности первой и/или второй пластины со стороны печатной платы могут быть покрыты слоем высокотеплопроводной пасты с коэффициентом теплопроводности 1-200 Вт/м·К.

Работает устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов следующим образом.

Первая 3 и вторая 5 пластины выполнены из материала (металл, керамика, теплопроводящая пластмасса и т.п. с коэффициентом теплопроводности не меньше 1-1000 Вт/м·К). Первая 3 и вторая 5 пластины из высокотеплопроводных материалов со стороны, обращенной к печатной плате, выполнены в виде реплики (объемного отпечатка) соответствующих сторон печатной платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами 2, а противоположные их стороны, как правило, выполнены в виде охлаждающего радиатора, например, в форме цилиндров, пластин, конусов и т.д. для увеличения площади теплоотвода.

Функция, в частности, первой пластины 3 из высокотеплопроводных материалов - выравнивание температурных полей по плоскости печатной платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами 2 за счет механизма теплопроводности материала, из которого она изготовлена, и увеличение поверхности теплообмена (теплорассеяния) с воздухом с противоположной стороны, выполненной в виде охлаждающего радиатора.

Аналогичным образом может быть выполнена вторая пластина 5 из высокотеплопроводных материалов. Однако в распространенных случаях обратная сторона печатной платы 1 является плоской, что упрощает конструкцию второй пластины 5.

В зависимости он конструктивного исполнения и функционального назначения устройства в пластинах могут быть предусмотрены сквозные отверстия для разъемов, креплений и элементов вывода специфических видов электромагнитного излучения (например, лазерного, оптического от светодиодов (позиция 7 на фиг.2), инфракрасного и т.п.), а покрытие фронтальной и обратной сторон печатной платы 1 пластинами из высокотеплопроводных материалов может быть частичным.

Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства путем введения дополнительного арсенала технических средств (в частности, тем, что первая пластина закреплена на фронтальной стороне печатной платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами и со стороны, обращенной к размещенным на печатной плате тепловыделяющим компонентам, выполнена в виде реплики фронтальной стороны печатной платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами, при этом вторая пластина из высокотеплопроводных материалов закреплена на обратной стороне печатной платы) достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении эффективности теплоотвода, поскольку теплоотвод осуществляется с обеих сторон печатной платы через пластины, которые непосредственно соприкасаются как с самой печатной платой, так и тепловыделяющими компонентами, которые на ней размещены.

Кроме того, при одинаковых теплорассеивающих характеристиках предложенное конструктивное решение обеспечивает заметно меньшие массогабаритные размеры по отношению к традиционным радиаторам из алюминиевых сплавов. В таблице приведены результаты сравнения удельных массогабаритных характеристик прожекторных LED типовых конструкций на основе алюминия и конструкций с фронтальным охлаждением из теплорассеивающего пластика.

Торговая марка, материал корпуса, тип оптической системы (ОС) М Масса, g V Объем, cm3 LED, Р wt, S(Lm) Tmax, °C Удельные массогабаритные характеристики, (на 1 люмен, ватт)
М/Р, g/wt V/P, cm3/wt m/lm,
g/Lm
V/lm, cm3/Lm
«Рынок-2013», алюминий, рассеивающая ОС 280 454 NB, 10wt
900 Lm
50 28 45 0,28 0,5
«ШТУРМАН-LED», ТРП ТЕПЛО-СТОК, фокусирующая ОС, угол 60 град 55 55 CREE 10wt 1100 Lm 49 5,5 5,5 0,05 0,05

Как следует из таблицы, светильники, сконструированные на основе предложенных принципов фронтального охлаждения светодиодов и изготовленные из современных теплорассеивающих композитов, в сравнении с типичными алюминиевыми светильниками при одинаковых светотехнических характеристиках имеют в 5 раз меньшую массу и в 8 раз меньшие габариты.

1. Устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов, содержащее две пластины из высокотеплопроводных материалов, первая из которых закреплена на печатной плате с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами, отличающееся тем, что первая пластина закреплена на фронтальной стороне печатной платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами и со стороны, обращенной к размещенным на печатной плате тепловыделяющим компонентам, выполнена в виде реплики фронтальной стороны печатной платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами, при этом вторая пластина из высокотеплопроводных материалов закреплена на обратной стороне печатной платы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вторая пластина из высокотеплопроводных материалов со стороны, прилегающей к поверхности обратной стороны печатной платы, выполнена в виде реплики обратной стороны печатной платы.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в первой и/или второй пластинах из высокотеплопроводных материалов выполнены сквозные технологические отверстия или для разъемов и/или для креплений, и/или для элементов вывода электромагнитного излучения.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что стороны первой и/или второй пластин из высокотеплопроводных материалов, противоположные сторонам, обращенным к печатной плате, выполнены в виде охлаждающих радиаторов.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что сквозные технологические отверстия для элементов вывода электромагнитного излучения выполнены коническими с углами раствора, соответствующими требуемым углам излучения соответствующих источников электромагнитного излучения.

6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что сквозные технологические отверстия для элементов вывода электромагнитного излучения содержат фокусирующую оптику.

7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что сквозные технологические отверстия для элементов вывода электромагнитного излучения содержат отражающее покрытие.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве высокотеплопроводных материалов для пластин используют или металлы, и/или теплопроводные пластмассы, и/или теплопроводные керамики с коэффициентом теплопроводности 1ч1000 Вт/м·К.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поверхности первой и/или второй пластины со стороны печатной платы покрыты слоем высокотеплопроводной пасты с коэффициентом теплопроводности 1ч200 Вт/м·К.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к охлаждению тепловыделяющих элементов электронной аппаратуры. Технический результат - обеспечение высокоэффективного отвода тепла при минимальном значении сопротивления теплопередачи от каждого из собранных в модуль полупроводниковых светодиодов.

Изобретение относится к области радиоаппаратостроения и может использоваться при конструировании корпусов радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат - упрощение конструкции вентиляционного блока за счет снижения трудоемкости изготовления вентиляционной панели при повышенной эффективности экранирования, а также упрощение способа изготовления вентиляционных пластин.

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компонентов электронной аппаратуры. Технический результат - повышение энергоэффективности системы охлаждения.

Изобретение относится к системе (1) для кондиционирования воздуха внутреннего пространства центра (2) обработки данных, оснащенного электронным оборудованием (3). Технический результат - обеспечение во внутреннем пространстве центра обработки данных наиболее подходящих значений температуры и относительной влажности для его корректной работы в широком диапазоне географических областей с различным климатом.

Изобретение предназначено для воздушной фильтрации. Фильтр для устройства охлаждения кожуха содержит опорную конструкцию, выполненную с возможностью установки в корпусе, прокладку, герметично зацепляющуюся с опорной конструкцией и выполненную с возможностью зацепления с корпусом, фильтрующий материал, опирающийся на опорную конструкцию.

Изобретение предназначено для воздушной фильтрации. Телекоммуникационная станция включает телекоммуникационные электронные компоненты, устройство охлаждения, включающее корпус, внутри которого находятся телекоммуникационные электронные компоненты, В корпусе имеется воздушное впускное отверстие для получения воздуха из внешней среды и фильтрующий элемент, выполненный с возможностью фильтрации воздуха, проходящего через воздушное впускное отверстие.

Изобретение относится к электронному модулю, прежде всего для ручной машины. Технический результат - обеспечение возможности полного и защищенного размещения, соответственно полной и защищенной установки печатной платы в корпусной детали электронного модуля, обеспечение компактной конструкции, оптимального и эффективного охлаждения электронного модуля.

Изобретение относится к системам отвода тепла от компьютерного оборудования, смонтированного внутри серверных или монтажных шкафов, в частности к конденсационному шкафу.

Изобретение относится к конструкции корпуса электронной аппаратуры, а именно малогабаритного бортового электронного блока управления, сбора и обработки данных с высоким энергопотреблением, предназначенного для ответственных применений в жестких условиях эксплуатации, в том числе на орбитальных космических аппаратах и орбитальных космических станциях.

Изобретение относится к системам охлаждения Центров хранения и обработки данных. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и предназначено для отвода тепла от теплонагруженных элементов электронной радиоаппаратуры в герметичных и негерметичных отсеках на борту летательных аппаратов, работающих в жестких климатических условиях, и в условиях воздействия вибрационных и ударных нагрузок.

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компьютерного процессора. Технический результат - получение сверхнизких температур в процессе охлаждения и теплоотвода.

Изобретение относится к электронному блоку с корпусом, прежде всего для применения в электроприборах. Технический результат - разработка электронного блока с усовершенствованным корпусом, который был бы компактным, обеспечивал бы достаточный отвод тепла, имел бы простую конструкцию и был бы в достаточной степени защищен от влияния внешних факторов.

Изобретение относится к устройству для рассеяния тепла для выделяющего тепло электрического компонента. Технический результат - обеспечение экономически эффективного устройства, обеспечивающего эффективное рассеяние тепла, а также облегчение монтажа/демонтажа и предотвращение деформации, вызываемой различиями в коэффициенте теплового расширения.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к электронным блокам, работающим в условиях действия повышенных радиационных и тепловых нагрузок. .

Изобретение относится к радиоэлектронной аппаратуре, в частности к конструкции корпуса изделия, используемого в радиоэлектронной промышленности. .

Изобретение относится к средствам защиты микроэлектронного оборудования от внешних разрушающих факторов, таких как высокотемпературные огневые воздействия, ударные перегрузки, статические давления, а также от длительного воздействия повышенной температуры, и может быть использовано при создании защищенных бортовых накопителей полетной информации для самолетов и вертолетов, а также защищенных накопителей информации для других транспортных средств.

Изобретение относится к устройствам для отвода тепла от электронных компонентов. .

Изобретение относится к области космической техники и радиотехники, в частности к устройствам, где используются элементы, работающие в режиме повторного выделения тепловой мощности.

Изобретение относится к электротехнике, к радиоэлектронной аппаратуре, в частности к устройствам ее охлаждения. .

Изобретение относится к металлокерамической связанной подложке и, в частности, к объединенной подложке с жидкостным охлаждением, и к способу ее изготовления. Технический результат - уменьшение затрат на материалы и изготовление, и уменьшение изгиба (деформации формы), повышение прочности и теплоизлучающей производительности. Достигается тем, что объединенная подложка 1 с жидкостным охлаждением, в которой металлическая монтажная плата 15, изготовленная из алюминия или сплава алюминия, соединена с одной поверхностью керамической подложки 10, одна поверхность пластинчатой металлической базовой пластины 20, изготовленной из алюминия или сплава алюминия, соединена с другой поверхностью керамической подложки 10, и радиатор 30 жидкостного типа охлаждения, состоящий из экструзионного материала, соединен с другой поверхностью металлической базовой пластины 20, в которой отношение между толщиной t1 металлической монтажной платы 15 и толщиной t2 металлической базовой пластины 20 удовлетворяет t2/t1≥2, где толщина t1 металлической монтажной платы 15 составляет от 0,4 до 3 мм, а толщина t2 металлической базовой пластины 20 составляет от 0,8 до 6 мм. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 21 ил., 3 табл., 5 пр.
Наверх