Электронное устройство с охлаждением через распределитель с жидким металлом



Электронное устройство с охлаждением через распределитель с жидким металлом
Электронное устройство с охлаждением через распределитель с жидким металлом
Электронное устройство с охлаждением через распределитель с жидким металлом
Электронное устройство с охлаждением через распределитель с жидким металлом
Электронное устройство с охлаждением через распределитель с жидким металлом
Электронное устройство с охлаждением через распределитель с жидким металлом
Электронное устройство с охлаждением через распределитель с жидким металлом
Электронное устройство с охлаждением через распределитель с жидким металлом
Электронное устройство с охлаждением через распределитель с жидким металлом
Электронное устройство с охлаждением через распределитель с жидким металлом

 


Владельцы патента RU 2604572:

САНТР НАСЬОНАЛЬ ДЕ ЛЯ РЕШЕРШ СЬЯНТИФИК (FR)
ЛАБИНАЛЬ ПАУЭР СИСТЕМЗ (FR)
ЭНСТИТЮ ПОЛИТЕКНИК ДЕ ГРЕНОБЛЬ (FR)

Объектом изобретения является электронное устройство с охлаждением источника рассеяния тепла через распределитель с жидким металлом, причем это устройство содержит, по меньшей мере, один источник рассеяния тепла (32), содержащий, по меньшей мере, один электронный компонент, по меньшей мере, один распределитель (30), в котором выполнен, по меньшей мере, один канал циркуляции жидкого металла, образующий контур, проходящий под источником тепла (32), по меньшей мере, один теплоотвод (33) и, по меньшей мере, один электромагнитный насос (31) для приведения в движение жидкого металла в упомянутом, по меньшей мере, одном канале таким образом, чтобы жидкий металл поглощал тепло, рассеиваемое источником рассеяния тепла и переносил это тепло для его удаления через теплоотвод. В электронном устройстве каждый распределитель содержит, по меньшей мере, две пластины из электроизоляционного материала, расположенные с двух сторон от, по меньшей мере, одной планки из деформирующегося материала. Изобретение обеспечивает циркуляцию жидкого металла в распределителе, выполненном в виде набора из нескольких пластин, химически совместимых с галлием. 14 з.п. ф-лы, 18 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к электронному устройству, например к полупроводниковому электронному устройству с охлаждением через распределитель с жидким металлом.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области термического контроля электронных компонентов, например полупроводниковых компонентов. Как показано на фиг. 1, электронный компонент может быть расположен на устройстве охлаждения через посредство металлической пластины толщиной в несколько миллиметров. Эта пластина предназначена для расширения излучаемого теплового потока и для увеличения проходного сечения этого теплового потока с точки зрения устройства охлаждения. Поскольку температурные градиенты обратно пропорциональны площади теплообмена, за счет этого существенно улучшается термический контроль. В дальнейшем для обозначения такой пластины будет использован термин «распределитель». На фиг. 1 показан источник 10 рассеяния тепла, например, электронный компонент или совокупность компонентов в корпусе, расположенный на распределителе 11, который обеспечивает расширение потока до его попадания на устройство 12 охлаждения (стрелками показано направление плотности теплового потока ϕ). Такой распределитель имеет оптимальную толщину: ниже этого значения расширение оказывается недостаточным, что снижает характеристики устройства охлаждения. Выше этого значения его термическое сопротивление становится слишком большим. Для обеспечения своей эффективности распределитель должен быть хорошим проводником тепла, например, из меди. Однако медь является тяжелой, поэтому часто используют алюминий. Кроме того, теплопроводность меди является ограниченной (400 Вт·м-1·К-1). Таким образом, значительное увеличение площади распределителя не приводит к уменьшению общего термического сопротивления, так как тепловой поток не доходит до краев распределителя.

Следовательно, для улучшения общего термического контроля следует применять материалы, имеющие более значительную эквивалентную теплопроводность. Одним из решений является использование материалов с очень хорошей теплопроводностью, таких как материалы с наполнителем из частиц с высокой теплопроводностью (алмаз, углерод, …). Однако в настоящее время такие материалы не освоены в достаточной степени, чтобы их можно было внедрять в оборудование при стоимости и характеристиках (надежность, способность к механической обработке, проводимость, масса), совместимых с промышленными масштабами. Другим известным решением является использование теплопроводов. Как показано на фиг. 2, теплопровод 15 содержит замкнутую камеру 16, внутренние стенки которой покрыты капиллярной сетью 17, насыщенной жидкостью 18. Как правило, он состоит из трех частей, называемых испарителем 20, конденсатором 21 и адиабатической зоной 22. На уровне испарителя 20 жидкость 18 превращается в пар 23 и проходит в конденсатор 21. После конденсации жидкость возвращается в испаритель через капиллярную сеть 17, которая в теплопроводе играет роль двигателя. При соответствующей капиллярной сети теплопровод 15 может работать во всех положениях и, следовательно, без учета гравитации. Принцип теплопровода представляет интерес, поскольку он обеспечивает очень низкую разность температуры между зоной испарения 20 (горячий источник) и зоной конденсации 21 (холодный источник). Теплопровод выполняет функцию «термического короткого замыкания». Поскольку паровая зона теплопроводов является зоной с очень высокой эквивалентной теплопроводностью, их можно использовать в качестве распределителей. На фиг. 3 представлена работа такого теплопровода 27, применяемого в качестве расширителя тепла. При этом говорят о расширителе тепла или о “vapour chamber”. Принцип работы является таким же, как и у классических теплопроводов, но пути текучей среды отличаются, так как горячий источник 25 (испаритель) находится на первой стороне теплопровода, а холодный источник 26 (конденсатор) использует всю площадь второй стороны.

Решения типа двухфазной текучей среды (теплопровод, “vapour chamber”) имеют ограничения. Например, в авиации среди наиболее строгих ограничений можно указать выбор текучей среды, стойкость при ускорениях, эффективность при очень высоких значениях плотности. Используемая текучая среда должна быть совместимой с требованиями в области авиации (пожаробезопасность, европейский регламент REACH, …). Кроме того, эффективность этих решений во многом зависит от характеристик холодного источника и используемой двухфазной текучей среды.

В настоящее время существуют примеры контуров охлаждения для электронных систем, в которых применяют проводящие текучие среды (расплавленные соли или жидкие металлы), приводимые в движение электромагнитными насосами типа магнитогидродинамических насосов постоянного тока (DC). Так, в контуре охлаждения, описанном в документе, указанном в конце описания под ссылкой [1], для охлаждения электронного компонента используют кондукционный магнитогидродинамический насос (MHD DC) для проводящей текучей среды типа GaIn (галлий-индий). Насос создает давление порядка 25 кПа при расходе 0,14 л/мин-1, тогда как магнитное поле, применяемое в насосе, имеет значение 0,9 Тл. Эта система может охлаждать тепловой поток плотностью более 200 Вт·см-2. В таком контуре:

- Точка плавления галлия-индия превышает 0°С, что создает проблему работы при окружающей температуре ниже температуры плавления. Поскольку холодный источник находится далеко от электронного компонента, может оказаться невозможным запустить устройство до перегрева компонента.

- Питание электромагнитного насоса (сильный ток/низкое напряжение) является сложным и отличается низким КПД.

- Такой контур, работающий на расплавленной соли или на жидком металле, имеет хорошие термические характеристики. Однако он имеет очень ограниченную область применения, так как проводящие текучие среды являются очень дорогими (1000 евро за кг), а некоторые из жидких металлов, такие как галлий или сплавы галлия, имеют плотность, в шесть раз превышающую плотность воды.

В ссылочном документе [2] описан распределитель, в котором жидкий металл, например галлий или сплав галлия, такой как галлий-индий-олово, циркулирует в выполненных в нем каналах под одним или несколькими полупроводниковыми компонентами. Этот жидкий металл поглощает тепло под полупроводниковым(и) компонентом(ами) и распределяет это тепло по всей остальной площади. Этот жидкий металл приводится в движение при помощи кондукционного магнитогидродинамического насоса, встроенного в распределитель. Покрытие из защитного материала обеспечивает изоляцию между стенками канала и жидким металлом, чтобы избегать между ними химического взаимодействия. Такой распределитель имеет следующие недостатки: он требует наличия химического покрытия (“coating”) для изоляции стенок канала от жидкого металла. Кроме того, не предусмотрено никакого средства против расширения галлия при его затвердевании; такое расширение может привести к повреждению распределителя.

Изобретение призвано устранить эти недостатки и предложить циркуляцию жидкого металла в распределителе, выполненном в виде набора из нескольких пластин, химически совместимых с галлием, при этом жидкий металл поглощает тепло под источником тепла при небольших повышениях температуры и распределяет это тепло по всей остальной площади распределителя, при этом выполненный на нижней стороне распределителя теплоотвод позволяет удалять тепло из жидкого металла.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объектом изобретения является электронное устройство с охлаждением источника рассеяния тепла посредством распределителя с жидким металлом, причем это устройство, содержащее, по меньшей мере, один источник рассеяния тепла, содержащий, по меньшей мере, один электронный компонент, по меньшей мере, один распределитель, в котором выполнен, по меньшей мере, один канал циркуляции жидкого металла, образующий контур, проходящий под источником рассеяния тепла, по меньшей мере, один теплоотвод и, по меньшей мере, один электромагнитный насос для приведения в движение жидкого металла в упомянутом, по меньшей мере, одном канале таким образом, чтобы жидкий металл поглощал тепло, рассеиваемое источником рассеяния тепла и переносил это тепло для его удаления через теплоотвод, отличается тем, что каждый распределитель содержит, по меньшей мере, две пластины из электроизоляционного материала, расположенные с двух сторон от, по меньшей мере, одной планки из деформирующегося материала, вокруг которой выполнен канал циркуляции жидкого металла.

Предпочтительно упомянутый, по меньшей мере, один электронный компонент может быть полупроводниковым компонентом. Жидкий металл можно выбирать из: галлий, индий, висмут, олово, сплавы, содержащие галлий, и/или индий, и/или олово, сплав натрий-калий. Предпочтительно каждую планку из деформирующегося материала выполняют из пеноматериала с закрытыми ячейками, из пеноматериала с открытыми ячейками с герметичным покрытием или из массивного или полого деформирующегося пластика. Электроды выполнены из молибдена, из вольфрама, из нержавеющей стали или из меди с защитным покрытием (“coating”). Это последнее решение позволяет уменьшить общее падение напряжения, то есть снижение КПД электромагнитного насоса. Теплоотвод является ребристым теплоотводом, связанным или нет с вентилятором или охладителем с принудительной жидкостной конвекцией. Каждый электромагнитный насос может быть кондукционным магнитогидродинамическим насосом (MHD DC). Он может быть встроен между двумя пластинами из электроизоляционного материала распределителя. Эти пластины из электроизоляционного материала могут быть выполнены из керамики, из AIN, из Al2O3, из Si3N4 или из SiC.

Предпочтительно распределитель содержит ребра внутри упомянутого, по меньшей мере, одного канала циркуляции жидкого металла для увеличения площади теплообмена с жидким металлом.

Предпочтительно устройство в соответствии с изобретением содержит узел «электромагнитный насос + набор из нескольких полупроводниковых компонентов/распределитель с жидким металлом/теплоотвод».

Предпочтительно между распределителем с жидким металлом и теплоотводом расположен теплопровод.

Предпочтительно в первом варианте выполнения устройство в соответствии с изобретением содержит:

- первую магнитную цепь, содержащую, по меньшей мере, одну планку из магнитного материала и постоянный магнит,

- первую рамку из полимера,

- первую пластину из электроизоляционного материала, на которой расположены полупроводниковые компоненты,

- планку из деформирующегося материала,

- три электрода, один из которых расположен на деформирующемся материале,

- прокладку из полимера со средствами крепления,

- вторую пластину из электроизоляционного материала,

- вторую рамку из полимера,

- вторую магнитную цепь,

- теплоотвод,

при этом вокруг планки из деформирующегося материала выполнен канал циркуляции жидкого металла.

Предпочтительно во втором варианте выполнения устройство в соответствии с изобретением содержит:

- две первые магнитные цепи,

- рамку из полимера,

- первую пластину из керамики, на которой расположены полупроводниковые компоненты,

- планку из деформирующегося материала,

- электроды, один из которых расположен на деформирующемся материале,

- прокладку из полимера со средствами крепления,

- вторую пластину из керамики,

- две вторые магнитные цепи,

- ребристый теплоотвод,

при этом вокруг планки из деформирующегося материала выполнен канал циркуляции жидкого металла.

Предпочтительно в третьем варианте выполнения устройство в соответствии с изобретением содержит:

- первый ребристый теплоотвод,

- первую рамку из полимера,

- первые магнитные цепи,

- первую пластину из керамики, на которой расположены полупроводниковые компоненты,

- первые электроды,

- три первые планки из деформирующегося материала,

- первую прокладку из полимера со средствами крепления,

- вторую пластину из керамики,

- вторую прокладку из полимера со средствами крепления,

- вторые электроды,

- три вторые планки из деформирующегося материала,

- третью пластину из керамики,

- вторые магнитные цепи,

- вторую рамку из полимера,

- второй ребристый теплоотвод,

при этом вокруг первых планок из деформирующегося материала выполнен первый канал циркуляции жидкого металла, и вокруг вторых планок из деформирующегося материала выполнен второй канал циркуляции жидкого металла.

Устройство в соответствии с изобретением имеет следующие преимущества:

- Высокая проводимость распределителя позволяет удалять тепловой поток гораздо большей плотности, чем при применении теплопроводов. Значения плотности могут достигать кВт/см2.

- Компактность распределителя позволяет использовать очень малый объем жидкого металла (несколько миллилитров). Она позволяет также удерживать источник рассеяния тепла близко ко всему объему жидкости и обеспечивает ее полное расплавление. При этом после затвердевания возможен повторный запуск.

- Можно добиваться плавления, чтобы использовать изменение фазы с целью замедления повышения температуры электронного(ых) компонента(ов). Можно предусмотреть использование сплавов с более высокой температурой плавления, не содержащих галлия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 иллюстрирует принцип работы устройства охлаждения типа распределителя.

Фиг. 2 иллюстрирует принцип работы теплопровода.

Фиг. 3 иллюстрирует принцип работы теплопровода, используемого в качестве расширителя тепла.

Фиг. 4 - устройство в соответствии с изобретением.

Фиг. 5 иллюстрирует принцип работы электромагнитного насоса, применяемого в устройстве, показанном на фиг. 4.

Фиг. 6А и 6В - первый вариант выполнения устройства в соответствии с изобретением, соответственно вид в разборе и вид в перспективе.

Фиг. 7 схематично иллюстрирует работу электромагнитного насоса, применяемого в заявленном устройстве, показанном на фиг. 6А и 6В.

Фиг. 8А и 8В - второй вариант выполнения устройства в соответствии с изобретением, соответственно вид в разборе и вид в перспективе.

Фиг. 9А и 9В - третий вариант выполнения устройства в соответствии с изобретением, соответственно вид в разборе и вид в перспективе.

Фиг. 11 - сравнительные характеристики распределителя с жидким металлом в соответствии с изобретением, показанного на фиг. 10А, и распределителя из меди, показанного на фиг. 10В.

Фиг. 12А-12В - версия выполнения устройства в соответствии с изобретением.

Фиг. 13 - другая версия выполнения устройства в соответствии с изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧАСТНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

Как показано на фиг. 4, устройство в соответствии с изобретением содержит следующие элементы:

- источник рассеяния тепла 32, который содержит, по меньшей мере, один электронный компонент, например полупроводниковый компонент,

- распределитель 30 с жидким металлом, представляющий собой гидравлическую часть, предназначенную для удаления тепла под источником рассеяния тепла, и выполненный в виде двух пластин из электроизоляционного материала, например из керамики, расположенных с двух сторон от деформирующегося материала, вокруг которого выполнен канал циркуляции жидкого металла,

- электромагнитный насос 31, приводящий в движение жидкий металл,

- теплоотвод 33.

Источник рассеяния тепла 32 расположен на верхней стороне распределителя 30. Теплоотвод 33 расположен на нижней стороне распределителя 30. Стрелкой 34 показана циркуляция жидкого металла, по меньшей мере, в одном канале, в котором можно добавить ребра для увеличения площади теплообмена. Позицией 35 показан вход жидкого металла, а позицией 36 - выход жидкого металла.

Устройство в соответствии с изобретением приводит в движение жидкий металл, который является текучей средой-теплоносителем, в теплопроводящей подложке. Этот жидкий металл поглощает тепло под электронными компонентами 32 с небольшим повышением температуры и распределяет это тепло по всей остальной площади подложки. Жидкие металлы, такие как сплавы галлия, или расплавленные соли, такие как натрий-калий, имеют отличные физические свойства. Так, галлий, который обладает теплопроводностью, близкой к 28 Вт·м-1·К-1, то есть со значением, в сорок раз превышающим теплопроводность воды, позволяет получать очень большие значения коэффициентов конвекционного теплообмена и, следовательно, обеспечивает очень сильное рассеяние с точки зрения плотности теплового потока. Кроме больших значений теплопроводности, жидкие металлы являются хорошими электрическими проводниками, что делает возможным использование электромагнитных или магнитогидродинамических насосов 31, как показано на фиг. 5 и 7, в которых комбинированное применение магнитного поля (магнитная индукция В) и электрического тока I приводит к появлению силы Лапласа F, приводящей в движение жидкий металл.

Изобретение обеспечивает циркуляцию жидкого металла внутри распределителя, выполненного в виде набора, по меньшей мере, из двух пластин из электроизоляционного материала, химически совместимого с галлием, и планки из деформирующегося материала, которая служит для поглощения расширения галлия во время его работы. Электромагнитный насос, который служит для приведения в движение жидкого металла, можно встроить между двумя пластинами. Этот жидкий металл поглощает тепло под источником тепла с небольшим повышением температуры и распределяет это тепло по всей остальной площади распределителя. Теплоотвод, который служит для удаления тепла в жидком металле, расположен на поверхности распределителя.

На фиг. 6А и 6В представлен первый вариант выполнения заявленного устройства, содержащий два электромагнитных насоса, каждый из которых содержит первую и вторую электромагнитные цепи, генерирующие магнитное поле, и электроды, по которым проходит электрический ток.

На фиг. 6А показаны:

- первая магнитная цепь 40, содержащая по меньшей мере, одну планку 41 из магнитного материала и постоянный магнит 42,

- первая рамка 43 из полимера,

- первая пластина 44 из электроизоляционного материала, на которой находятся полупроводниковые компоненты 52,

- планка 47 из деформирующего материала,

- три электрода 45, один из которых находится на деформирующемся материале,

- прокладка 46 из полимера со средствами крепления 46',

- вторая пластина 48 из электроизоляционного материала,

- вторая рамка 49 из полимера,

- вторая магнитная цепь 50,

- теплоотвод 51,

при этом вокруг планки 52 из деформирующегося материала выполнен канал циркуляции жидкого металла.

В предпочтительном примере выполнения устройство в соответствии с изобретением имеет следующие характеристики.

Жидкий металл можно выбирать из: галлий, индий, висмут, олово, сплавы, содержащие галлий, и/или индий, и/или олово, сплав натрий-калий.

В рамках изобретения полимер предназначен для обеспечения герметичности распределителя, а также механической прочности набора, при этом рамки выполняют роль корпуса для заявленного устройства. Этот полимер может быть смолой. Во время соединения различных элементов, показанных на фиг. 6А, полимер полимерных рамок 43, 46 и 49 является мягким. Затем он затвердевает по время высыхания.

Планки из деформирующегося материала можно выполнять из вспененного тефлона, из пеноматериала с закрытыми ячейками, из пеноматериала с открытыми ячейками с герметичным покрытием или из массивного или полого деформирующегося пластика.

Предпочтительно обе пластины из электроизоляционного материала можно выполнить из керамики, из AIN, из Al2O3, из Si3N4 или из SiC, то есть из материалов, соответствующих трем следующим требованиям: химической совместимости с галлием, электрической изоляции и хорошей теплопроводности.

Материалом электродов, который должен быть электропроводящим и совместимым с галлием, может быть молибден, вольфрам, нержавеющая сталь или медь с защитным покрытием.

Постоянные магниты, которые служат для создания магнитного поля в канале, можно выполнить из NdFeB.

Теплоотвод может быть ребристым теплоотводом, связанным или нет с вентилятором, охладителем с принудительной жидкостной конвекцией.

На фиг. 7 представлена работа электромагнитного насоса. Он содержит первую магнитную цепь 40, вторую магнитную цепь 50 и два электрода 45, при этом вокруг планки 52 из деформирующегося материала выполнен канал циркуляции жидкого металла. Стрелкой 58 показано направление электрического тока, проходящего через электроды. Стрелками 56 и 57 показано направление магнитной индукции В между двумя магнитными цепями 40 и 50. Стрелки 55 показывают направление получаемого перемещения жидкого металла, согласно принципу, который был описан выше со ссылками на фиг. 5.

На фиг. 8А и 8В представлен второй вариант выполнения заявленного устройства, который соответствует силовой модели с четырьмя электромагнитными насосами.

На фиг. 8А показаны:

- две первые магнитные цепи 60 и 61,

- рамка 62 из полимера,

- первая пластина 63 из керамики, на которой расположены электронные схемы 64 или несколько электронных компонентов 65,

- планка 68 из деформирующегося материала,

- электроды 66, 66', 69, 69' и электроды 67, расположенные на деформирующемся материале 68,

- прокладка 70 из полимера со средствами крепления 70',

- вторая пластина 71 из керамики,

- две вторые магнитные цепи 72 и 73,

- ребристый теплоотвод 74,

при этом вокруг планки 68 из деформирующегося материала выполнен канал циркуляции жидкого металла.

На фиг. 9А и 9В представлен третий вариант выполнения заявленного устройства, который соответствует модели с двумя расположенными друг над другом каналами циркуляции жидкого металла.

На фиг. 9А показаны:

- первый ребристый теплоотвод 80,

- первая рамка 81 из полимера,

- первые магнитные цепи 82,

- первая пластина 83 из керамики, на которой расположены полупроводниковые компоненты 84,

- первые электроды 85,

- три первые планки 94 из деформирующегося материала,

- первая прокладка 86 из полимера со средствами крепления 87,

- вторая пластина 88 из керамики,

- вторая прокладка 90 из полимера со средствами крепления 91,

- вторые электроды 92,

- три вторые планки 93 из деформирующегося материала,

- третья пластина 95 из керамики,

- вторые магнитные цепи 96,

- вторая рамка 97 из полимера,

- второй ребристый теплоотвод 98,

при этом вокруг первых планок 92 из деформирующегося материала выполнен первый канал циркуляции жидкого металла, и вокруг вторых планок 93 из деформирующегося материала выполнен второй канал циркуляции жидкого металла.

Чтобы показать преимущество описанного выше распределителя, можно сравнить его характеристики с характеристиками массивного медного блока такого же объема. Значение коэффициента теплообмена на поверхности, противоположной электронному компоненту, является одинаковым в обоих типах распределителей: h=20000 Вт·м-2·К-1. На фиг. 10А показан распределитель 30 с жидким металлом в соответствии с изобретением (см. фиг. 4), а на фиг. 10В - распределитель в виде медного блока. В этом последнем случае источник рассеяния тепла 105 находится в центре распределителя 106, так как эта конфигурация позволяет добиться наименьшего термического сопротивления. На фиг. 11 показано изменение термического сопротивления Rth этих двух типов распределителей в зависимости от расхода жидкого металла. Термическое сопротивление массивного распределителя из меди является постоянным и имеет значение 0,16 К·Вт-1, тогда как термическое сопротивление распределителя с жидким металлом при расходе 1,5 л/мин равно 0,09 К·Вт-1, что соответствует уменьшению на 45%.

ВЕРСИИ ВЫПОЛНЕНИЯ

Изобретение можно применять в различных областях, таких как микроэлектроника, в частности для охлаждения микропроцессоров, в силовой электронике для охлаждения полупроводниковых компонентом, в оптоэлектронике для охлаждения электролюминесцентных диодов или при производстве солнечной энергии для концентрированных фотогальванических элементов.

На фиг. 12А и 12В представлена версия выполнения устройства в соответствии с изобретением с использованием наборов из нескольких смонтированных вертикально узлов «полупроводниковые компоненты (силовой модуль 3D) 101/распределитель 102 с жидким металлом/теплоотвод 103», каждый из которых связан с электромагнитным насосом 100.

В другой версии выполнения, показанной на фиг. 13, между распределителем 111 с жидким металлом и теплоотводом 112 можно добавить теплопровод 110 для гомогенизации температуры распределителя и для повышения его производительности. В этом случае изменение фазы жидкого металла внутри распределителя происходит гораздо лучше. Кроме того, расположение распределителя 111 с жидким металлом между источником 113 рассеяния, который является полупроводниковым компонентом, и теплопроводом позволяет уменьшить плотность тепла со стороны теплопровода и раздвинуть рабочие пределы (в частности, предел капиллярности и предел кипения).

В версии выполнения распределитель содержит ребра внутри канала циркуляции жидкого металла для увеличения площади теплообмена с жидким металлом, как показано, например, на фиг. 10А и 10В.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Miner, A. & Ghoshal, U., 2004. Cooling of high-power-density microdevices using liquid metal coolants. Applied Physic Letters, 85(3), 506.

2. US 2009/0279257.

1. Электронное устройство с охлаждением источника рассеяния тепла посредством распределителя с жидким металлом, причем это устройство содержит, по меньшей мере, один источник рассеяния тепла (32), содержащий, по меньшей мере, один электронный компонент, по меньшей мере, один распределитель (30), в котором выполнен, по меньшей мере, один канал циркуляции жидкого металла, образующий контур, проходящий под источником рассеяния тепла (32), по меньшей мере, один теплоотвод (33) и, по меньшей мере, один электромагнитный насос (31) для приведения в движение жидкого металла в упомянутом, по меньшей мере, одном канале таким образом, чтобы жидкий металл поглощал тепло, рассеиваемое источником рассеяния тепла и переносил это тепло для его удаления через теплоотвод, отличающееся тем, что каждый распределитель содержит, по меньшей мере, две пластины из электроизоляционного материала, расположенные с двух сторон от, по меньшей мере, одной планки из деформирующегося материала, вокруг которой выполнен канал циркуляции жидкого металла.

2. Устройство по п. 1, в котором упомянутый, по меньшей мере, один электронный компонент является полупроводниковым компонентом.

3. Устройство по п. 1, в котором жидкий металл выбирают из: галлий, индий, висмут, олово, сплавы, содержащие галлий, и/или индий, и/или олово, сплав натрий-калий.

4. Устройство по п. 1, в котором каждую планку из деформирующегося материала выполняют из вспененного тефлона, из пеноматериала с закрытыми ячейками, из пеноматериала с открытыми ячейками с герметичным покрытием или из массивного или полого деформирующегося пластика.

5. Устройство по п. 1, в котором теплоотвод является ребристым теплоотводом, связанным или нет с вентилятором или охладителем с принудительной жидкостной конвекцией.

6. Устройство по п. 1, в котором каждый электромагнитный насос является кондукционным магнитогидродинамическим насосом.

7. Устройство по п. 1, в котором пластины из электроизоляционного материала выполнены из керамики, из AIN, из Al2O3, из Si3N4 или из SiC.

8. Устройство по п. 1, в котором каждый электромагнитный насос встроен между двумя пластинами из электроизоляционного материала распределителя.

9. Устройство по п. 1, в котором распределитель содержит ребра внутри упомянутого, по меньшей мере, канала циркуляции жидкого металла для увеличения площади теплообмена с жидким металлом.

10. Устройство по п. 2, содержащее узел «электромагнитный насос (100) + набор из нескольких полупроводниковых компонентов (101)/распределитель (102) с жидким металлом/теплоотвод (103)».

11. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором между распределителем (111) с жидким металлом и теплоотводом (112) расположен теплопровод (110).

12. Устройство по п. 1, содержащее:
- первую магнитную цепь (40), содержащую, по меньшей мере, одну планку (41) из магнитного материала и постоянный магнит (42),
- первую рамку (43) из полимера,
- первую пластину (44) из электроизоляционного материала, на которой расположены полупроводниковые компоненты (52),
- планку (47) из деформирующегося материала,
- три электрода (45), один из которых расположен на планке из деформирующегося материала,
- прокладку (46) из полимера со средствами крепления (46'),
- вторую пластину (48) из электроизоляционного материала,
- вторую рамку (49) из полимера,
- вторую магнитную цепь (50),
- теплоотвод (51),
при этом вокруг планки из деформирующегося материала выполнен канал циркуляции жидкого металла.

13. Устройство по п. 1, содержащее:
- две первые магнитные цепи (60 и 61),
- рамку (62) из полимера,
- первую пластину (63) из керамики, на которой расположены полупроводниковые компоненты (65),
- планку (68) из деформирующегося материала,
- электроды (66, 66', 69, 69'), из которых один электрод (67) расположен на деформирующемся материале (68),
- прокладку (70) из полимера со средствами крепления (70'),
- вторую пластину (71) из керамики,
- две вторые магнитные цепи (72 и 73),
- ребристый теплоотвод (74),
при этом вокруг планки из деформирующегося материала выполнен канал циркуляции жидкого металла.

14. Устройство по п. 1, содержащее:
- первый ребристый теплоотвод (80),
- первую рамку (81) из полимера,
- первые магнитные цепи (82),
- первую пластину (83) из керамики, на которой расположены полупроводниковые компоненты (84),
- первые электроды (85),
- три первые планки (94) из деформирующегося материала,
- первую прокладку (86) из полимера со средствами крепления (87),
- вторую пластину (88) из керамики,
- вторую прокладку (90) из полимера со средствами крепления (91),
- вторые электроды (92),
- три вторые планки (93) из деформирующегося материала,
- третью пластину (95) из керамики,
- вторые магнитные цепи (96),
- вторую рамку (97) из полимера,
- второй ребристый теплоотвод (98),
при этом вокруг первых планок из деформирующегося материала выполнен первый канал циркуляции жидкого металла, и вокруг вторых планок из деформирующегося материала выполнен второй канал циркуляции жидкого металла.

15. Устройство по любому из пп. 12, 13 или 14, в котором электроды выполнены из молибдена, из вольфрама, из нержавеющей стали или из меди с защитным покрытием.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиоэлектроники, может быть использовано, например, при конструировании многоканальных блоков систем радиосвязи или радиолокационных устройств.

Изобретение может применяться для охлаждения группы тепловыделяющих элементов, размещенных на печатной плате. Технический результат - обеспечение эффективного отвода тепла при минимизации объемов конструкции, отсутствии необходимости использования внутри устройства принудительной циркуляции воздуха, обеспечение электромагнитного экранирования печатной платы с установленными электронными компонентами при ограничениях по толщине устройства.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для обеспечения эффективного отвода тепла тепловыделяющих объектов, например от электронных компонентов, установленных на единой печатной плате в электронном модуле.

Изобретение относится к области электротехники. Модуль силовой выпрямительный является унифицированным устройством и предназначен для создания широкого класса выпрямительных агрегатов и комплексов.

Изобретение относится к области охлаждающих устройств, в частности к области охлаждающих устройств для помещений и оборудования. Технический результат - обеспечение бесперебойного охлаждения, в частности, компьютерного оборудования для обеспечения бесперебойной обработки данных и целостности вычислительного оборудования и серверов в случаях сбоя питания.

Изобретение относится к технологиям производства электронной аппаратуры, в частности к терминалу беспроводной связи. Техническим результатом является снижение температуры поверхности корпуса модуля терминала беспроводной связи.

Изобретение относится к способам охлаждения электронного оборудования и, в частности, к охлаждению теплонапряженных компонентов постоянно работающих электронных приборов, включая компьютеры.

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, в частности к устройствам для охлаждения компьютерных процессоров. Техническим результатом является повышение эффективности системы охлаждения.

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.

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 относится к системам охлаждения и термостатирования с жидким теплоносителем. Технический результат - повышение энергетической эффективности системы жидкостного охлаждения силового полупроводникового прибора за счет исключения необходимости использования внешнего водоподъемного устройства для подачи охлаждающей среды через тепловоспринимающий элемент системы.

Изобретение относится к области освещения, в частности к светодиодным лампам с жидкостным охлаждением. Достигаемый технический результат - создание светодиодной лампы с жидкостным охлаждением, обладающей хорошими теплоотводящими свойствами и простой конструкцией.

Изобретение относится к силовой электронике, а более конкретно к современному охлаждению силовой электроники. Технический результат - улучшение тепловых характеристик и компоновки блоков силовых преобразователей, в которых используются устройства в плоских корпусах.

Изобретение относится к модулю выпрямителя тока. Технический результат - создание модуля выпрямителя тока, система шин которого может охлаждаться простыми средствами без дополнительной трассировки и увеличения веса устройства в целом.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании эффективных систем охлаждения модулей мощных светодиодов. Технический результат - обеспечение высокоэффективного отвода тепла от расположенных на поверхности модуля полупроводниковых светодиодов при минимальном значении сопротивления теплопередачи.

Изобретение относится к модулю полупроводникового преобразователя электроэнергии. Технический результат - создание модуля полупроводникового преобразователя электроэнергии с охлаждаемой ошиновкой (8) по меньшей мере двух модулей (2, 4) силовых полупроводниковых приборов, который можно нагружать электрически сильнее по сравнению со стандартным модулем полупроводникового преобразователя электроэнергии, при этом может выдерживаться допустимая температура для изоляционного слоя (32) и материала ламинирования ошиновки (8).

Изобретение относится к средствам охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, в частности, установленной на летательных аппаратах. .

Пассивная система охлаждения радиоэлементов электронных блоков относится к радиоэлектронике, в частности к устройствам, рассеивающим тепло от нагруженных источников нагрева электронных блоков и СВЧ модулей, эксплуатирующихся в полевых условиях, расположенных на вращающихся областях конструкции и подвергающихся различным климатическим воздействиям. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности конструкции системы охлаждения, способной стабильно работать в автономном режиме, в любом векторном направлении, повышение ресурса работы электронных блоков, обеспечение стабильности отвода тепла и поддержания их температуры в требуемых пределах при одновременном снижении массогабаритных характеристик за счет уменьшения стыковочных механических соединений. Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем тепловыделяющие радиоэлементы, поверхности которых через тепловые интерфейсы сопряжены с зонами испарения тепловых труб, от которых тепловая энергия переносится в зону конденсации, обеспечен непосредственный контакт источника нагрева (радиоэлемента) с тепловыми трубами, которые выведены за пределы корпуса электронного блока и спаяны с пластинами радиатора, жестко связанными между собой ограничителями, при этом система охлаждения имеет минимальное количество механических стыковок узлов и работает в любом векторном положении. 3 ил.
Наверх