Способ тепловой защиты электронных модулей


 


Владельцы патента RU 2610715:

Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" (RU)

Изобретение относится к средствам защиты микроэлектронного оборудования от внешних разрушающих факторов, таких как длительные высокотемпературные воздействия. Технический результат - создание способа эффективного теплопоглощения тепла от электронного модуля путем повышения удельной теплопоглощающей способности тепловой защиты. Достигается тем, что поглощение тепла осуществляют с помощью состава и структуры теплозащиты, состоящей из двух видов композиционной смеси: первый вид - высокопористый материал (85-90% открытых пор) порошково-волокнистой структуры на основе аморфного кремнезема в виде мелкодисперсных частиц и нановолокон. Затем вышеуказанную смесь запрессовывают в заранее изготовленную оснастку. Второй вид композиционной смеси получают путем перемешивания мелкодисперсного полимерного материала и минерального наполнителя. В качестве внешнего слоя по отношению к защищаемому модулю располагают первый вид композиционной смеси, являющийся барьером для потока тепла, а внутренним теплопоглощающим слоем является второй вид композиционной смеси, внутри которой располагается защищаемый объект, оба вида прессованных композиционных смесей находятся в непосредственном контакте, практически без воздушной прослойки между ними.

 

Изобретение относится к средствам защиты микроэлектронного оборудования от внешних разрушающих факторов, таких как длительные высокотемпературные воздействия, и может быть использовано при создании защищенных бортовых накопителей полетной информации для самолетов и вертолетов, а также защищенных накопителей информации для других транспортных средств: тепловозов, судов, автомобилей.

Известно устройство, основанное на создании вокруг сохраняемого микроэлектронного объекта защитной слоистой оболочки, предохраняющей его от воздействия внешних тепловых и механических разрушающих факторов (см. патент РФ №2162189, F16L 59/02, G12B 17/06, B64C 1/38, B64G 1/58, 2001 г.).

В этом устройстве защитная оболочка сохраняемого объекта сформирована из нескольких последовательно расположенных слоев: наружного ударожаропрочного слоя, изготовленного из жаростойких металлов, промежуточного теплозащитного слоя, выполненного из огнеупорного сухого пористо-волокнистого материала, и внутреннего теплозащитного слоя, сформированного из пористого водосодержащего материала, заключенного между теплоотражающими прокладками, изготовленными из металлизированной полимерной пленки.

Наружный слой защитной оболочки обеспечивает защиту сохраняемого объекта от внешних разрушающих механических и огневых воздействий за счет ударожаропрочности материала слоя. Промежуточный теплозащитный слой обеспечивает пассивную теплозащиту сохраняемого объекта за счет низкой теплопроводности сухого пористо-волокнистого материала слоя. Внутренний теплозащитный слой обеспечивает активную теплозащиту сохраняемого объекта за счет поглощения теплоты при кипении воды, находящейся в порах водосодержащего материала. Активная теплозащита позволяет поддерживать температуру защищаемого объема не выше точки кипения воды 100°C в течение всего времени выкипания. Теплоотражающие прокладки способствуют дополнительному понижению температуры защищаемого объема за счет частичного отражения внешнего теплового потока теплоотражающими поверхностями прокладок.

Известное устройство эффективно решает задачу защиты сохраняемого объекта от разрушающих механических факторов и высокотемпературных воздействий, обеспечивая защиту микроэлектронного оборудования при внешнем всестороннем огневом воздействии с температурой до 1100°C в течение 30 минут, ударных перегрузках до 3400 g и статических давлениях до 600 атм.

Недостатком является отсутствие стойкости к длительному, до 10 часов, всестороннему воздействию повышенной температуры 260°C

Известно техническое решение «Способ тепловой защиты электронных модулей и устройство для его реализации» (патент РФ №2420046, МПК, опубл. 27.05.2011).

Технический результат достигается за счет того, что в качестве теплозащитной смеси используют композиционную смесь борной кислоты или ее солей и неорганической добавки минерального происхождения в весовом соотношении от 70:30 до 85:15, причем неорганическая добавка минерального происхождения имеет температуру деградации выше 1100°C.

Недостатком является низкое удельное теплопоглощение, заключающееся в том, что композиционная смесь массой 880 г поглощает 960 Дж/г тепловой энергии.

Технической задачей изобретения является создание способа эффективного теплопоглощения тепла от электронного модуля путем повышения удельной теплопоглощающей способности тепловой защиты.

Техническим результатом является повышение удельной теплопоглощающей способности тепловой защиты, состоящее в том, что 150 г композиционной смеси поглощает 2100 Дж/г тепловой энергии.

Технический результат достигается тем, что поглощение тепла осуществляют с помощью состава и структуры теплозащиты, состоящей из 2-х видов композиционной смеси: первый вид - высокопористый материал (85-90% открытых пор) порошково-волокнистой структуры на основе аморфного кремнезема, в виде мелкодисперсных частиц размерами от 50 нм до 10 мкм и нановолокон с диаметрами 10-20 нм, затем вышеуказанную смесь запрессовывают в заранее изготовленную оснастку, регулируя при этом плотность композиционной смеси, второй вид композиционной смеси получают путем перемешивания мелкодисперсного полимерного материала и минерального наполнителя, в качестве которых используют полиоксимитилен и алюмокремнеземные волокна, причем теплозащиту формируют из 2-х видов композиционных материалов, в качестве внешнего слоя по отношению к защищаемому модулю располагают первый вид композиционной смеси, являющийся барьером для потока тепла, а внутренним теплопоглощающим слоем является второй вид композиционной смеси, внутри которой располагается защищаемый объект, причем 2 вида прессованных композиционных смесей находятся в непосредственном контакте, практически без воздушной прослойки между ними.

В основе разработанного способа тепловой защиты лежит принцип активного взаимодействия воздействующего на защищаемый объект теплового потока плотностью до 200 кВт/м2 и химического вещества - полиоксиметилена, осуществляющего химическую реакцию деполимеризации с поглощением тепловой энергии, и при этом разрушается.

Поэтому тепловая защита имеет определенные температурно-временные характеристики, и ее массово-габаритные характеристики разрабатываются для каждого конкретного применения.

Важно заметить, что предварительно тепловой поток проходит через слой теплоизоляционного материала, где значительно снижается его плотность, затем «дозированный» тепловой поток необратимо поглощается химическим веществом по эндотермическому типу.

Теплоизоляционный материал имеет микропористую твердодисперсную структуру, обладает наименьшей массовой скоростью разрушения и максимальной энергией поглощения - более 2000 Дж/г. Теплопередача в материале осуществляется за счет кинетической энергии между атомами и молекулами (воздух в порах, твердые аморфные наночастицы оксида кремния, дискретные волокна оксида кремния). Основной компонент изоляции - аморфные частицы оксида кремния размером 10-25 нм, полученные по золь-гель технологии (Михайлин Ю.А. «Волокнистые полимерные композиционные материалы в технике», издательство НОТ, Санкт-Петербург, 2013, стр. 307).

Свойства структуры твердых аморфных наночастиц оксида кремния обеспечили низкую теплопроводность. Теплопередача через воздух также была уменьшена, удалось затормозить столкновения молекул воздуха друг с другом, они были запущены как бы в «лабиринт» из волокон и твердых неорганических частиц различного размера.

Была разработана самая тонкая и самая легкая теплоизоляция с коэффициентом теплопроводности 0,009 Вт/мК.

Способ тепловой защиты электронных модулей, характеризующийся тем, что поглощение тепла осуществляют с помощью состава и структуры теплозащиты, состоящей из 2-х видов композиционной смеси: первый вид - высокопористый материал (85-90% открытых пор) порошково-волокнистой структуры на основе аморфного кремнезема, в виде мелкодисперсных частиц размерами от 50 нм до 10 мкм и нановолокон с диаметрами 10-20 нм, второй вид - мелкодисперсный полимерный материал и минеральный наполнитель, в качестве которых используют полиоксимитилен и алюмокремнеземные волокна, вышеуказанные смеси получают путем перемешивания, причем первый вид смеси запрессовывают в заранее изготовленную оснастку, регулируя при этом плотность композиционной смеси, а второй вид композиционной смеси перемешивают, затем формируют теплозащиту из 2-х видов композиционных материалов таким образом, что в качестве внешнего слоя по отношению к защищаемому модулю располагают первый вид композиционной смеси, являющийся барьером для потока тепла, а внутренним теплопоглощающим слоем является второй вид композиционной смеси, внутри которой располагают защищаемый объект, причем 2 вида прессованных композиционных смесей находятся в непосредственном контакте, практически без воздушной прослойки между ними.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к модульной вычислительной системе для центра обработки данных (ЦОД). Технический результат – обеспечение первоначального предоставления ЦОД вычислительной мощности или ее расширение, повышение эффективности отвода тепла, обеспечение защиты от пожара.

Изобретение относится к системам управления или регулирования неэлектрических величин, в частности к устройствам для климатической защиты размещаемой в них аппаратуры, например телевизионной, охранной, контрольно-измерительной.

Изобретение относится к охлаждению тепловыделяющих элементов, в частности радиоэлектронных устройств, и может быть использовано для интенсивного отвода тепла от микросхем или других малогабаритных радиоэлектронных изделий, установленных на печатных платах.

Изобретение относится к электрическому устройству, а более конкретно, к электрическому устройству с охлаждающей установкой для охлаждения компонента, который нуждается в охлаждении.

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.

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.

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 радиотехники и направлено на снижение температуры мощных электрорадиоэлементов (ЭРИ), устанавливаемых на поверхности многослойных керамических плат (МКП), выполненных по технологии низкотемпературной совместно спекаемой многослойной керамики.

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 твердотельной электронике, в частности к теплоотводам полупроводниковых приборов повышенной мощности, и может быть использовано в различных теплотехнических устройствах, работающих с большими удельными тепловыми нагрузками.

Использование: для создания блока питания. Сущность изобретения заключается в том, что блок электропитания содержит силовые транзисторы и управляющие компоненты для управления силовыми транзисторами и охлаждаемый посредством теплопроводности, при этом блок электропитания дополнительно содержит: основную плату типа AMB/Si3N4, несущую силовые транзисторы, причем основная плата представляет собой рассеивающую тепло пластину для диссипации тепла, генерируемого силовыми транзисторами, посредством их расположения в блоке в непосредственном контакте с несущей структурой, обеспечивающей охлаждение посредством теплопроводности, когда блок установлен на своем месте; и керамическую плату, несущую управляющие компоненты, причем керамическая плата установлена на основной плате.

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 приборостроения и может быть использовано для изготовления осветительных приборов. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств.

Изобретение относится к устройствам, используемым при выращивании кристаллов путем направленной кристаллизации из расплава в вакуумированной ампуле для отвода тепла от затравки, выделяемого в процессе кристаллизации.

Изобретение относится к области электроники и предназначено для отвода тепла от ИС, СБИС, силовых модулей, блоков радиоэлектронной аппаратуры и т.п. Технический результат - повышение теплоотвода от кристалла к корпусу; упрощение технологии сборки с использованием теплоотводов на основе эффекта Пельтье.

Изобретение относится к электрическим силовым инструментам, в которых выходная мощность регулируется переключающими устройствами. Инструмент содержит множество переключающих устройств, выполненных с возможностью регулировки выходной мощности двигателя, монтажную плату, несущую переключающие устройства, и металлический корпус, вмещающий монтажную плату.
Изобретение относится к способам получения композиционных материалов для теплоотводящих оснований полупроводниковых приборов, в частности, композиционного материала Al-SiC, имеющего металлическое покрытие, и изделиям, полученным с использованием этих материалов.
Наверх