Устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов



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

 


Владельцы патента RU 2586620:

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

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.

 

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.

Известно устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов, установленных в электронном модуле [RU 2350055, Н05K 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. Медные пластины рассеивают 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, направленной 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.

К известным относится и устройство охлаждения и отвода тепла от компонентов электронных систем [RU 117056, U1, Н05K 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 пластиной, форма которой не согласована с формой печатной платы с компонентами электронных систем, что ухудшает процесс передачи тепла от компонентов электронных систем.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов, размещенных на печатной плате [RU 138222, U1, G12B 15/06, H01L 23/36, H05K 7/20, 10.03.2014], содержащее пластину из высокотеплопроводных материалов, которая закреплена на фронтальной стороне печатной платы с размещенными на ней электронными компонентами, и со стороны, обращенной к размещенным на печатной плате электронным компонентам, выполнена в виде реплики печатной платы с размещенными на ней электронными компонентами, а с обратной стороны выполнена в форме охлаждающего радиатора.

В этом устройстве тепловая энергия, выделяемая тепловыделяющими компонентами, установленными на плате, принимается пластиной, форма которой согласована с формой платы с тепловыделяющими компонентами, что улучшает процесс передачи тепла от тепловыделяющих компонентов в окружающую среду.

Однако недостатком наиболее близкого технического решения является недостаточная эффективность охлаждения и отвода тепла от тепловыделяющих компонентов, так как тепловая энергия, выделяемая тепловыделяющими компонентами, установленными на плате, нагревает ее, и при наиболее распространенной горизонтальной ориентации платы нагретый воздух с ее нижней поверхности, прежде чем контактировать с воздухом на верхней стороне платы и, тем самым, охлаждаться, движется вдоль нижней поверхности платы, что снижает эффективность охлаждения платы и соответственно тепловыделяющих компонентов. Этот недостаток особенно сильно проявляется при использовании в качестве платы металлических листов или металлических печатных плат.

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, содержащем металлическую плату, выполненную с возможностью крепления на ней тепловыделяющих компонентов, согласно изобретению 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.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в верхней части трубчатой вентиляционной вставки, которой снабжено по крайней мере одно сквозное отверстие в металлической плате, установлен радиатор, выполненный с развернутой поверхностью и посадочным отверстием с возможностью крепления на трубчатой вентиляционной вставке.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что по крайней мере одно сквозное отверстие в металлической плате выполнено круглым.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что верхняя сторона металлической платы снабжена закрепленной на ней пластиной из высокотеплопроводного материала, имеющей с внутренней стороны вогнутый профиль в виде реплики верхней стороны металлической платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами, а с обратной стороны выполненной в форме охлаждающего радиатора, при этом в пластине из высокотеплопроводного материала выполнено по крайней мере одно сквозное отверстие, размещенное над по крайней мере одним сквозным отверстием в металлической плате и соединенное с ним трубчатой вентиляционной вставкой.

На чертежах представлено:

на фиг. 1 - устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов;

на фиг. 2 - устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов, размещенных на металлической плате, с пластиной из высокотеплопроводного материала (пример с размещенными тепловыделяющими компонентами на верхней стороне металлической платы и приподнятой (для наглядности) пластиной из высокотеплопроводного материала).

Устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов содержит металлическую плату 1, выполненную с возможностью крепления на ней тепловыделяющих компонентов 2.

В устройстве в металлической плате 1 выполнено по крайней мере одно сквозное отверстие 3 в плате, образующее канал для отвода тепла в пространство над металлической платой 1.

При этом по крайней мере одно сквозное отверстие 3 в плате снабжено трубчатой вентиляционной вставкой 4, выполненной в нижней части по размерам сквозного отверстия 3 в плате в виде сопла 5 для забора теплого воздуха, а в верхней части выполненной по высоте h не ниже высоты размещенных возле нее тепловыделяющих компонентов 2.

В верхней части трубчатой вентиляционной вставки 4, которой снабжено по крайней мере одно сквозное отверстие 3 в плате, установлен радиатор 6, выполненный с развернутой поверхностью 7 и посадочным отверстием с возможностью крепления на трубчатой вентиляционной вставке 4.

Сквозные отверстия 3 в металлической плате 1 выполнены преимущественно круглыми.

Возможен вариант (фиг. 2), когда верхняя сторона металлической платы 1 снабжена закрепленной на ней пластиной 8 из высокотеплопроводного материала, имеющей с внутренней стороны вогнутый профиль в виде реплики верхней стороны металлической платы 1 с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами, а с обратной стороны выполненной в форме охлаждающего радиатора, при этом в пластине 8 из высокотеплопроводного материала выполнено по крайней мере одно сквозное отверстие 9 в пластине, размещенное над по крайней мере одним сквозным отверстием 3 в металлической плате 1 и соединенное с ним трубчатой вентиляционной вставкой 4.

Работает устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов следующим образом.

Наиболее распространенным вариантом размещения металлических плат 1 с тепловыделяющими компонентами 3 является их горизонтальная установка.

Ускорить теплообмен в такой конструкции можно за счет организации сквозного (транзитного) охлаждения, т.е. отвода нагретого воздуха с нижней стороны металлической платы 1 не в ее обход, а другим, более коротким, путем через сквозные отверстия 3 в плате.

Сквозные отверстия 3 в металлической плате 1 выполняются преимущественно круглыми, а в них могут быть закреплены трубчатые вентиляционные вставки 4, которые в верхней части выполнены по высоте не ниже высоты размещенных возле них тепловыделяющих компонентов 2.

Конкретное место расположения сквозных отверстий 3 в металлической плате 1 и соответствующих им трубчатых вентиляционных вставок 4 зависит от конкретной топологии устройства, смонтированного на ней. Сквозные отверстия 3 не должны пересекать, нарушать (влиять) работу коммутирующих элементов (печатных дорожек). Сквозные отверстия 3 могут иметь произвольную форму, но предпочтительнее должны имеет форму окружности, что технологичнее для их выполнения и не усложняет процесс протекания через них воздушных потоков. Сквозные отверстия 3 должны быть по возможности равномерно расположены по металлической плате 1 и их суммарная площадь должна находиться в пределах от 0,05 до 0,5 величины площади металлической платы, поскольку при меньшем количестве отверстий эффект от их применения будет незначительным, а большее число отверстий может нарушить прочность и надежность металлической платы 1.

Более сложный вариант устройства (фиг. 2) отличатся тем, что фронтальная сторона металлической платы 1 снабжена закрепленной на ней пластиной 8 из высокотеплопроводного материала (не менее 2 Вт/(м·К), имеющей вогнутый профиль в виде реплики фронтальной стороны металлической платы 1 с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами 2, а с обратной стороны выполнена в форме охлаждающего радиатора, при этом в пластине 8 из высокотеплопроводного материала выполнены сквозные отверстия 9 в пластине, каждое из которых выполнено вдоль общей вертикальной оси с соответствующим сквозным отверстием 3 в плате 1. Сквозные отверстия 3 в плате и сквозные отверстия 9 в пластине выполнены преимущественно вдоль единой вертикальной оси, проходящей через их центры, и снабжены трубчатой вентиляционной вставкой 4. Функция пластины 8 из высокотеплопроводного материала - выравнивание температурных полей по плоскости металлической платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами 2 за счет механизма теплопроводности материала, из которой она изготовлена, и увеличение поверхности теплообмена (теплорассеяния) с воздухом с противоположной стороны, выполненной в виде охлаждающего радиатора. Трубчатая вентиляционная вставка 4 в этом случае исключает поступление теплого воздуха в пространство между тепловыделяющими компонентами 2 и пластиной 8 и направляет его транзитом в пространство над пластиной 8.

Таким образом, благодаря выполнению отверстий в металлической пластине, а также применению различных модификаций устройства с использованием трубчатых вентиляционных вставок и пластин из высокотеплопроводного материала с отверстиями достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении эффективности теплоотвода.

1. Устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов, содержащее металлическую плату, выполненную с возможностью крепления на ней тепловыделяющих компонентов, отличающееся тем, что 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.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в верхней части трубчатой вентиляционной вставки, которой снабжено, по крайней мере, одно сквозное отверстие в металлической плате, установлен радиатор, выполненный с развернутой поверхностью и посадочным отверстием с возможностью крепления на трубчатой вентиляционной вставке.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по крайней мере, одно сквозное отверстие в металлической плате выполнено круглым.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, верхняя сторона металлической платы снабжена закрепленной на ней пластиной из высокотеплопроводного материала, имеющей с внутренней стороны вогнутый профиль в виде реплики верхней стороны металлической платы с размещенными на ней тепловыделяющими компонентами, а с обратной стороны выполненной в форме охлаждающего радиатора, при этом, в пластине из высокотеплопроводного материала выполнено, по крайней мере, одно сквозное отверстие, размещенное над, по крайней мере, одним сквозным отверстием в металлической плате и соединенное с ним трубчатой вентиляционной вставкой.



 

Похожие патенты:

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.

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

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

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 системам охлаждения и теплоотвода, в частности к устройствам для охлаждения компьютерных процессоров. Техническим результатом является повышение эффективности системы охлаждения. Тонкопленочное термоэлектрическое устройство со сбалансированными электрофизическими параметрами p- и n-полупроводниковых ветвей выполнено в виде термоэлектрического устройства, причем полупроводниковые ветви p- и n- типа изготавливаются в виде параллелепипедов с различными геометрическими размерами, а сам термомодуль изготовлен в виде тонкой пленки на обратной стороне кристалла компьютерного процессора для интенсификации процесса теплопереноса через подложку на теплоотвод, в результате чего джоулевые тепловыделения становятся практически несущественными, а также достигается идентичность сопротивлений полупроводниковых ветвей. 1 ил.
Наверх