Способ отвода тепла от мощных эри, электронных узлов, блоков и модулей и устройство для его осуществления



Способ отвода тепла от мощных эри, электронных узлов, блоков и модулей и устройство для его осуществления
Способ отвода тепла от мощных эри, электронных узлов, блоков и модулей и устройство для его осуществления
Способ отвода тепла от мощных эри, электронных узлов, блоков и модулей и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2584143:

Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" (АО "НПЦ "Полюс") (RU)

Изобретение предназначено для осуществления направленного регулируемого отвода тепла в радиоэлектронной и электротехнической аппаратуре и поддержания минимальной рабочей температуры теплонагруженных элементов - мощных ЭРИ, узлов, блоков и модулей, что приводит к значительному увеличению их сроков эксплуатации. Технический результат - создание регулируемого по отводу тепловой энергии устройства отвода тепла, содержащего термоэлектрические модули требуемых габаритов и мощности, соединенные нагреваемыми сторонами припоем или приклейкой на высокотеплопроводный клей с двух сторон с Т-образной гипертеплопроводящей системой и охлаждаемыми сторонами с двумя плоскими гипертеплопроводящими системами. На внешние стороны плоских гипертеплопроводящих систем устанавливаются мощные ЭРИ, узлы, блоки и модули для обеспечения теплоотвода и термопары, обеспечивающие регулирование отвода теплового потока за счет электрической обратной связи между термопарами и источниками питания термоэлектрических модулей. Устройство отвода тепла устанавливается и фиксируется на термоплите. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к приборостроению и радиоэлектронике и может быть использовано для отвода тепла от силовой электронной аппаратуры, в том числе для комплексов автоматики и стабилизации.

Известен способ отвода тепла тепловыми трубками от ЭРИ, электронных узлов, блоков и модулей аппаратуры методом перемещения жидкостей с высокой теплоемкостью [2]. К недостаткам относятся громоздкость и массивность конструкции, необходимость применения электрических насосов, шумовые эффекты.

Известен способ отвода тепла с применением гипертеплопроводящей системы (ГПТС) от узлов электронной аппаратуры движением жидкостей в нанопористых структурах. [1, 3, 4]. К недостаткам относятся предельная удельная отводящая мощность (не более 10 Вт/см2), вследствие чего происходит потеря работоспособности ГПТС, а также невозможность обеспечения температуры РЭА ниже температуры термоплиты.

Известен способ отвода тепла с применением приборов Пельтье - термоэлектрических модулей (ТЭМ), методом термоэлектрического охлаждения ЭРИ [5, 7], обеспечивающего снижение рабочей температуры мощных ЭРИ, электронных узлов, модулей и блоков. К недостаткам относятся зависимость температуры рабочей поверхности от эффективности отвода тепла обратной стороны ТЭМ, неравномерность загрузки элементов ТЭМ при меньших габаритных размерах ЭРИ, возникновение обратного теплового потока в случае недостаточного отвода тепла.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание высокоэффективного способа отвода тепла от мощных ЭРИ, электронных узлов, модулей и блоков за счет уменьшения их рабочей температуры ниже температуры термоплиты с помощью устройства теплоотвода, состоящего из металлизированных ТЭМ, соединенных пайкой или приклеиванием с гипертеплопроводящими системами (ГПТ) плоского и Т-образного типа (ГПТС). Указанный технический результат достигается направленным движением тепловых потоков от мощных ЭРИ, электронных узлов, модулей и блоков на термоплиту через устройство отвода тепла. Трансформаторный эффект перераспределения тепловых потоков от локальных теплонагруженных элементов позволяет максимально и эффективно использовать поверхности теплопередающих узлов (ГПТ, ТЭМ и ГПТС). Наличие диэлектрических керамических пластин ТЭМ обеспечивает гальваническую развязку электронных изделий от ГПТ, термоплиты и основания электронного прибора. Соединение плоских ГПТ со всей рабочей поверхностью ТЭМ обеспечивает полную и равномерную загрузку кристаллов ТЭМ.

На фигуре 1 показаны: 1 - термоплита; 2 - ГПТС Т-образного типа; 3 - ГПТ плоского типа; 4 - ТЭМ; 5 - силовая сборка; 6 - керамический держатель; 7 - ТЭМ; 8 - мощные ЭРИ; 9 - штанги.

На ГПТС Т-образного типа (фиг. 1, поз. 2) с двух сторон устанавливаются через ТЭМ (фиг. 1, поз. 4, 7) два ГПТ плоского типа (фиг. 1, поз. 3) методом пайки или приклеивания высокотеплопроводным клеем (λ=50-70 Вт/м °С) [6], на которые в дальнейшем крепятся мощные ЭРИ, электронные узлы, модули и блоки (фиг. 1, поз. 5, 8). ТЭМ паяются (клеятся) нагреваемыми сторонами на центральный ГПТС Т-образного типа и охлаждаемыми сторонами на внешние плоские ГПТ. Мощные ЭРИ, электронные узлы, модули и блоки паяются низкотемпературными припоями (или клеятся) на внешние стороны плоских ГПТ. Одновременно на внешних сторонах ГПТ крепятся термопары (фиг. 1, поз. 10), потенциалы от которых через блоки управления (фиг. 1, поз. 11) регулируют необходимое напряжение питания ТЭМ, что обеспечивает оптимальный теплоотвод в различных режимах функционирования РЭА. Устройство отвода тепла крепится посредством керамического держателя (фиг. 1, поз. 6) штангами (фиг. 1, поз. 9) к термоплите (фиг. 1, поз. 1).

Устройство работает следующим образом. Тепловой поток от ЭРИ (5 и 8) через тепловой контакт передается на ГПТ (3). ТЭМ (4 и 7) выполняют двойную функцию: во-первых, они обеспечивают электрическую изоляцию ЭРИ от центральной ГТПС, а во-вторых, они осуществляют охлаждение ЭРИ за счет протекающих через ТЭМ электрических токов. При этом ТЭМ выделяют дополнительную тепловую мощность, которая также должна отводиться через центральный ГТПС (2). Характеристики и режим работы ТЭМ подбираются так, чтобы, несмотря на выделение дополнительной тепловой мощности, температура ЭРИ понижалась, т.е. чтобы не было обратного теплового потока.

Т-образный ГТПС отводит суммарный тепловой поток от ЭРИ и ТЭП на поверхность термоплиты. При этом градиент температуры вдоль ГТП возрастает незначительно из-за чрезвычайно высокой ее эффективной теплопроводности (λ=10000-20000 Вт/м град.). При возрастании передаваемой в боковые ГПТ тепловой мощности перепад температуры на тепловом контакте «ГТПС - ТЭМ - ГПТ» увеличивается незначительно в силу того, что ГТПС по сравнению с ЭРИ имеет с ТЭМ и ГПТ значительно большую площадь теплового контакта и тем самым выполняет роль трансформатора теплового потока. Наличие обратной связи через термопары (10) с блоками управления ТЭМ (11) обеспечивает оптимальное использование ТЭМ и поддержание заданной рабочей температуры РЭА.

Данный способ и устройство отвода тепла обеспечивают по сравнению с имеющимися способами и устройствами:

- снижение рабочей температуры мощных ЭРИ, электронных узлов, модулей и блоков даже ниже температуры термоплиты;

- выравнивание температуры мощных ЭРИ, электронных узлов, модулей и блоков по всей их поверхности, присоединенной к ГПТ;

- регулирование рабочей температуры мощных ЭРИ, электронных узлов, модулей и блоков;

- уменьшение габаритов и веса;

- минимальную потребляемую электрическую мощность;

- применение низковольтных источников питания;

- возможность встраивания в традиционные модульные электронные конструкции;

- отсутствие движущихся деталей и шумов;

- повышение ресурса эксплуатации аппаратуры.

Осуществляется направленное движение тепловых потоков через устройство отвода тепла - последовательно от мощных ЭРИ, электронных узлов, блоков или модулей (фиг. 1, поз. 5 и 8) через ГПТ (фиг. 1, поз. 3), ТЭМ (фиг. 1, поз. 4 и 7) РЕ-127-10-08, и ГПТС Т-образного типа (фиг. 1, поз 2) УФАИ.774113ТУ на термоплиту.

В устройстве отвода тепла могут применяться ТЭМ различных габаритов и мощности с металлизированными и неметаллизированными рабочими поверхностями, а также ГПТС Т-образного типа различных размеров и мощности (50-100 Вт), что определяет отводимую мощность и способ монтажа.

На фиг. 2 показана зависимость температуры транзисторной сборки, установленной на устройстве отвода тепла от тока питания ТЭМ. На графике видно, что температура транзисторной сборки Ттс (минус 10°С) значительно меньше, чем на термоплите (плюс 25°С) при токе питания ТЭМ, равном 4 А.

По совокупности признаков предлагаемое устройство и способ обладают элементами новизны.

Литература

1. Вычислительное моделирование процессов теплообмена в системах терморегулирования космических аппаратов. Васильев Е.Н., Деревянко В.А., Нестеров Д.А., Косенко В.Е., Чеботарев В.Е. Вычислительные технологии. 2009. Т. 14. №6. С. 19-28.

2. Прогнозирование теплового режима бортовой радиоэлектронной аппаратуры. Алексеев В.А., Чукин В.Ф., Шишанов А.В. (ФГУП «НИИ точных приборов»).

3. Гипертеплопроводящие пористые структуры в блоках радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов. В.А. Деревянко, А.В. Макуха, Д.А. Нестеров.

4. Гипертеплопроводящая система ГПТС УФАИ.774113ТУ. Технические условия.

5. ТЭМ ТУ25-2477/00066-2001-01. Теплоэлектрические модули. Технические условия.

6. Клей ТОК-101 ТУ 6365-001-07543077-2012. Технические условия.

7. Патент РФ №2385516. Электронное устройство с охлаждающим эффектом (Абрамов В., Агафонов Д., Драбкин И), опубл. 27.03.2010 г.

1. Способ отвода тепла от мощных ЭРИ, электронных узлов, блоков и модулей устройством отвода тепла, отличающийся тем, что отвод тепла осуществляют охлаждением теплонагруженных элементов радиоэлектронной аппаратуры ниже температуры термоплиты и исключением обратного теплового потока от составных частей устройства отвода тепла за счет создаваемого отрицательного градиента температур от теплонагруженных элементов последовательно через плоские гипертеплопроводящие системы, термоэлектрические модули и Т-образную гипертеплопроводящую систему на термоплиту.

2. Устройство отвода тепла, выполненное как единый конструкционный узел и состоящее из устанавливаемой на термоплиту Т-образной гипертеплопроводящей системы (ГПТС), с двух сторон которой закреплены методом пайки или приклеивания нагреваемыми сторонами термоэлектрические модули (ТЭМ), на охлаждаемые стороны которых установлены методами пайки или приклеивания плоские гипертеплопроводящие системы (ГПТ), на которых крепятся методом пайки или приклеивания мощные ЭРИ, электронные узлы, блоки и модули и термопары, электрически соединенные с блоком обратной связи и обеспечивающие оптимальный теплоотвод в различных режимах функционирования РЭА.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение касается охлаждения электронного устройства, содержащего электронный отсек, образованный корпусом и, по меньшей мере, одной электронной платой, вставленной в корпус.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при охлаждении электронного и микроэлектронного оборудования. Способ охлаждения электронного и микроэлектронного оборудования реализуется за счет использования конденсатора пара в качестве пленкоформирователя, обеспечивающего формирование тонких безволновых пленок жидкости высокой равномерности и качества.

Изобретение относится к устройствам охлаждения и может быть использовано в электросиловых элементах с высоким тепловыделением. Технический результат - повышение эффективности устройства путем интенсификации теплообмена, повышения надежности устройства.

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано в конструкциях устройств для контроля параметров процесса литья. С целью гарантии безаварийного функционирования входящей в устройство электронной системы (4) она размещена в модуле (3), который может быть прикреплен к металлургическому сосуду, задвижке его замка, его запорному устройству или механизму замены литниковой трубки.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных источниках вторичного электропитания в качестве способа отвода тепла от обмоток в планарном индуктивном элементе (ПИЭ).

Изобретение относится к шумоподавляющему корпусу для электронного оборудования и способу его изготовления. Технический результат - снижение шума с одновременным улучшением теплообмена оборудования - достигается тем, что корпус для подавления шума, создаваемого внутри него, содержит конструкцию, задающую внутреннюю камеру, имеющую вентиляционные отверстия для входа и выхода охлаждающего воздуха.

Изобретение относится к устройствам для переноса тепла, созданного в электронном устройстве. Техническим результатом является повышение эффективности отвода тепла от электронного устройства.

Группа изобретений относится к базовым элементам светотехнических безламповых устройств на основе светодиодов и к способам изготовления таких элементов. Технический результат - повышение эффективности отвода тепла от светодиодов, увеличение устойчивости блока к ударным и вибрационным нагрузкам, надежность работы при разогреве до высоких температур, уменьшение энергоемкости и материалоемкости производства, исключение экологически вредных отходов и испарений, присущих классической толстопленочной технологии.

Изобретение относится к области радиоаппаратостроения и может использоваться при конструировании корпусов радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат - повышение эффективности охлаждения корпуса и модулей радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение имеет отношение в общем к силовой электронике, а более конкретно, к усовершенствованному охлаждению для силовой электроники. Заявленный теплоотвод (60, 70) для охлаждения по меньшей мере одного корпуса (20) электронного устройства включает нижнюю крышку (12), верхнюю крышку (14) и тело (16), сформированные по меньшей мере из одного теплопроводящего материала.

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.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой преобразовательной технике, и может использоваться в статистических преобразователях электрической энергии, в агрегатах на основе силовых полупроводниковых приборов и модулей.

Изобретение относится к электронной технике. Процесс изготовления многокристальных трехмерных ИС методом вертикальной сборки с применением технологии TSV включает в себя формирование в кристаллах на кремниевой пластине сквозных медных проводников с выступами над лицевой или тыльной стороной утоненных пластин.

Изобретение относится к электротехническим средствам обеспечения рабочих характеристик интегральных схем (ИС) в защищенной бортовой аппаратуре, в частности, микропроцессоров и микроконтроллеров, путем термостабилизации поверхности корпуса ИС.

Изобретение относится к охлаждающему устройству, использующему искусственные струи. Технический результат - улучшение активного охлаждения посредством принудительной конвекции.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для поддержания и регулирования температуры. Изобретение позволяет повысить быстродействие регулирования температуры при сохранении устойчивости микронагревателя к термоудару, его надежностных и ресурсных характеристик.

Группа изобретений относится к охлаждающему блоку мощного полупроводникового устройства (100). Блок содержит теплоотвод с активным охлаждением (102) и контроллер (208; 300), контроллер (208; 300) выполнен с возможностью регулирования эффективности охлаждения теплоотвода (102) в зависимости от температуры полупроводникового перехода, проводящего большой ток, содержащегося в мощном полупроводниковом устройстве (100), причем контроллер (208; 300) выполнен с возможностью приема сигнала температуры, определяющего фактически измеренное значение температуры полупроводникового перехода, проводящего большой ток, при этом контроллер (208; 300) содержит модуль выбора, выполненный с возможностью выбора между режимом управления с обратной связью и режимом управления с упреждением для регулирования эффективности охлаждения.

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к регулировке температурных режимов теплонагруженных устройств, и может быть использовано в твердотельной и вакуумной электронике, в авиационном двигателестроении, а также других областях техники.

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 области электроники и электротехники и может быть использовано для обеспечения эффективного отвода тепла от тепловыделяющих компонентов, размещенных преимущественно на единой плате, выполненной, например, в виде металлического листа или металлической печатной платы. Технический результат - повышение эффективности отвода тепла. Достигается тем, что устройство содержит металлическую плату, выполненную с возможностью крепления на ней тепловыделяющих компонентов. Причем в металлической плате выполнено по крайней мере одно сквозное отверстие, образующее канал для отвода тепла в пространство над металлической платой. При этом по крайней мере одно сквозное отверстие снабжено трубчатой вентиляционной вставкой, выполненной в нижней части по размерам сквозного отверстия в виде сопла для забора теплого воздуха, а в верхней части выполнено по высоте не ниже высоты размещенных возле нее тепловыделяющих компонентов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх