РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК И СПОСОБ ЕГО ОХЛАЖДЕНИЯ
RADIO ELECTRONIC UNIT AND COOLING METHOD THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в радиоэлектронных блоках для решения задач повышения эксплуатационной надежности путем увеличения эффективности охлаждения, электромагнитного экранирования и способа его охлаждения, в частности, в герметичных радиоэлектронных блоках.
Уровень техники
Известно техническое решение (Патент RU №2262815 «Теплоизлучающий радиатор и способ теплоизлучения с его использованием», опубл. 2005.10.20), где теплоизлучающий радиатор содержит основной корпус и слой металлического покрытия, толщиной не превышающей 5 мкм, выполненного из элементов группы, содержащей медь, никель, кобальт, хром, цинк, марганец или их сплавы, при этом теплоемкость упомянутого слоя металлического покрытия меньше теплоемкости основного корпуса. Теплонагруженные элементы расположены внутри основного корпуса и имеют тепловой контакт с внутренней стороны корпуса. Способ теплоизлучения с использованием теплоизлучающего радиатора предусматривает подачу к поверхности радиатора воздушной текучей среды с помощью установленного на нем вентилятора.
Недостатком данного технического решения является то, что теплонагруженные элементы производят теплопередачу внутри устройства, нарушая тепловой режим, что приводит к уменьшению эффективности охлаждения. Наличие вентилятора и отверстий для подвода и отвода воздуха ухудшает электромагнитное экранирование.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является «Теплоизлучающая панель и способ охлаждения с ее применением» (Патент RU №2129246, опубл. 1999.04.20).
Корпус устройства в виде панели, размещаемой между высокотемпературной и низкотемпературной зонами, состоит из металлической плиты и формирующего тепловой градиент слоя, нанесенного на поверхность плиты, обращенного к низкотемпературной зоне. Формирующий тепловой градиент слой выполнен из теплопроводящего материала, обладающего теплоемкостью и способностью к поглощению теплового излучения меньшими, чем у металлической плиты. Теплоемкость формирующего тепловой градиент слоя не превышает 10% теплоемкости металлической плиты, а способность к поглощению теплового излучения не превышает 60% аналогичной способности металлической плиты, что предупредит перегрев устройства, внутри которого происходит генерирование тепла.
Недостатком данного технического решения является то, что теплонагруженные элементы производят теплопередачу внутри корпуса, нарушая тепловой режим, тепловой поток, направленный изнутри через металлическую плиту, приводит к разогреву самой плиты, что еще более усугубляет тепловой режим внутреннего объема устройства и в результате приводит к уменьшению эксплуатационной надежности; эффективность охлаждения падает. Формирующий тепловой градиент слой не обеспечивает электромагнитную защиту.
Известно техническое решение (Заявка RU №2001113266 «Способ и система для охлаждения корпуса с расположенными в нем выделяющими тепло элементами», опубл. 2003.06.10), где в корпусе выполняют входное отверстие, через которое в него снаружи поступает воздух, выходное отверстие, через которое воздух выходит из корпуса наружу, и устанавливают в нем радиатор с рассеивающим тепло ребром, радиатор с рассеивающим тепло ребром частично или полностью размещают внутри корпуса рядом с входным отверстием и пропускают воздух, поступающий в корпус через входное отверстие, сначала через радиатор с рассеивающим тепло ребром, отбирая при этом от него тепло, выделяющееся работающим, выделяющим тепло элементом, после чего прошедший через радиатор с рассеивающим тепло ребром и нагретый в нем воздух выпускают через выходное отверстие корпуса наружу, охлаждая при этом сам корпус. Для прокачки воздуха через корпус используют вентилятор, который устанавливают рядом с выходным отверстием корпуса. Данный способ является аналогом способа охлаждения.
Данный способ охлаждения корпуса снижает эксплуатационную надежность за счет того, что теплонагруженные и нетеплонагруженные элементы расположены внутри корпуса. Радиатор с рассеивающим тепло ребром частично или полностью размещен внутри блока, что способствует дополнительному нагреву нетеплонагруженных элементов. Наличие вентилятора, входных и выходных отверстий усложняет конструкцию и уменьшает эффективность электромагнитного экранирования.
Известно техническое решение (Патент RU №2268439 «Способ тепловой и механической защиты объекта», опубл. 2006.01.20), являющееся прототипом способа охлаждения. Способ тепловой и механической защиты объекта, включающий его размещение внутри защитной слоистой оболочки, состоящей из последовательно расположенных слоев: наружного ударожаропрочного слоя, изготовленного из жаростойких металлов, промежуточного теплозащитного слоя, выполненного из огнеупорного сухого пористого материала, и внутреннего теплозащитного слоя, сформированного из водосодержащего материала, заключенного между наружной и внутренней теплоотражающими прокладками, на внешней поверхности наружного ударожаропрочного слоя дополнительно формируют биморфное теплозащитное покрытие из теплоизоляционного композиционного материала, обладающего адгезией к поверхности наружного ударожаропрочного слоя и способностью увеличивать свой объем не менее чем в 10 раз при тепловом воздействии пламенем на него, для чего покрывают внешнюю поверхность наружного ударожаропрочного слоя теплоизоляционным композиционным материалом в текучем состоянии и производят операцию отвердевания материала путем его нагревания до температуры твердения, при этом наружный ударожаропрочный слой перфорируют сквозными дренажными отверстиями.
Вышеуказанный способ позволяет защитить внутренние элементы от теплового нагрева, но не решает задачу охлаждения теплонагруженных элементов этого устройства. Обеспечение теплоизоляции происходит за счет увеличения объема наружного слоя не менее чем в 10 раз, что влияет на эксплуатационную надежность как рядом расположенных устройств, так и самого устройства. Наличие перфорирующих сквозных отверстий уменьшает эффективность электромагнитной зашиты.
Раскрытие изобретения
Технический результат настоящего изобретения - повышение эксплуатационной надежности путем увеличения эффективности охлаждения, электромагнитного экранирования, в частности в герметичных радиоэлектронных блоках.
Технический результат достигается тем, что радиоэлектронный блок содержит металлический корпус, внутри которого расположены радиоэлементы. С внешней стороны корпуса имеется покрытие из теплопроводящего материала, которое обладает большей теплопроводностью, чем металлический корпус и имеет анизотропную теплопроводность. Теплонагруженные радиоэлементы размещены с внешней стороны корпуса.
Тепловая энергия распространяется по внешней поверхности корпуса, препятствуя распространению тепла вовнутрь радиоэлектронного блока.
Причем покрытие с анизотропной теплопроводностью является многослойным.
Причем покрытие с анизотропной теплопроводностью имеет токопроводящие свойства.
Причем металлический корпус с внутренней стороны покрыт никелем и медью.
Причем металлический корпус с внешней стороны имеет ребра охлаждения.
Причем металлический корпус с внешней стороны имеет углубления для размещения теплонагруженных элементов.
Причем углубления для размещения теплонагруженных элементов снабжены крышками.
Способ охлаждения радиоэлектронного блока, по которому внутри корпуса размещают радиоэлементы, теплонагруженные радиоэлементы размещают с внешней стороны корпуса, а нетеплонагруженные элементы располагают внутри корпуса. На внешнюю сторону корпуса наносят покрытие с анизотропной теплопроводностью, при этом происходит охлаждение радиоэлектронного блока одновременно с теплопередачей по внешнему покрытию корпуса и рассеиванием тепла всей наружной поверхностью радиоэлектронного блока в окружающее пространство. Скорость распространения тепловой энергии по внешнему покрытию корпуса более высокая, чем скорость распространения тепловой энергии вовнутрь блока.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения, его реализуемость и возможность промышленного применения поясняются чертежами, представленными на фиг.1, 2.
На фиг.1 показан радиоэлектронный блок в поперечном сечении (углубления для установки теплонагруженных элементов расположены в боковых частях блока).
На фиг.2 показан радиоэлектронный блок в изометрии, общий вид (углубления для установки теплонагруженных элементов расположены в задней части блока).
Заявляемый радиоэлектронный блок содержит:
1 - металлический корпус;
2 - радиоэлементы;
3 - внешнюю сторону (поверхность) корпуса;
4 - покрытие, формирующее анизотропную теплопроводность;
5 - внутреннюю сторону корпуса;
6 - ребро охлаждения;
7 - углубление для размещения теплонагруженных элементов;
8 - теплонагруженный элемент;
9 - крышку;
10 - нетеплонагруженный электронный узел;
11 - вывод теплонагруженного элемента;
12 - диэлектрический герметик;
13 - проволоку;
14 - отверстие.
Осуществление изобретения
Радиоэлектронный блок содержит металлический корпус 1 (фиг.1, 2), внутри которого расположены радиоэлементы 2. С внешней стороны 3 металлического корпуса 1 нанесено формирующее анизотропную теплопроводность покрытие 4 из теплопроводящего материала, теплонагруженные элементы 8 размещены с внешней стороны 3 металлического корпуса 1, со стороны формирующего анизотропную теплопроводность покрытия 4 из теплопроводящего материала, причем упомянутое покрытие 4 обладает большей теплопроводностью, чем металлический корпус 1, и имеет направление распространения тепловой энергии по внешней поверхности 3 (фиг.2) корпуса 1, препятствуя распространению тепла вовнутрь радиоэлектронного блока. Теплопроводящее покрытие изготовлено, например, из пленки графита (Сергей Озеров, статья "Гигаенические прокладки". Журнал "Компьютерра", №14 от 14 апреля 2005 года). Теплопроводность кристаллического графита анизотропна и в плоскости слоев она намного больше, чем перпендикулярно слоям. Изготовленная из графита пленка замечательно распространяет тепло по своей площади. Таким образом, графит не дает локального перегрева, и тепло быстрее уходит в стороны, нежели проникает насквозь. Промышленную технологию получения высокоэффективных теплопроводящих графитовых пленок (Pyrolitic Graphite Sheet, PGS) разрабатывает и использует для гибкого теплоотвода в нескольких ноутбуках фирма Matsushita Electronics. Российская компания «АРМО-Графит» промышленно применяет отечественные графитовые пленки. Таким образом, для внешней стороны корпуса радиоэлектронного блока можно применить как зарубежную прокладку PGS, так и отечественную прокладку компании «АРМО-Графит» с приклейкой, например, теплопроводящим клеем OUTPUT 384 производителя Loctite или графитовым клеем LEIT-C.
Причем внутренняя сторона 5 металлического корпуса 1 радиоэлектронного блока имеет металлическое покрытие из никеля, меди, например никель-медь-никель (Н3.М9.Н6). Металлический корпус 1 с внешней стороны 3 имеет ребра охлаждения 6 и углубления 7 для размещения теплонагруженных элементов 8. Причем углубления 7 для размещения теплонагруженных элементов 8 снабжены крышками 9. Теплонагруженные элементы 8 своими выводами 11 через отверстие 14 выходят во внутренний объем радиоэлектронного блока, а место выхода выводов 11 теплонагруженных элементов 8 заливается диэлектрическим герметиком 12, например герметиком типа «Виксинт У 4-21». Выводы теплонагруженных элементов 11 электрически соединяются с нетеплонагруженными электронными узлами 10 при помощи проволоки 13.
Причем покрытие с анизотропной теплопроводностью 4 является многослойным.
Причем покрытие с анизотропной теплопроводностью 4 имеет токопроводящие свойства.
В способе охлаждения радиоэлектронного блока внутри корпуса 1 размещают радиоэлементы 2, а на внешнюю сторону 3 корпуса 1 наносят покрытие. Теплонагруженные радиоэлементы 8 размещают с внешней стороны 3 корпуса 1, а нетеплонагруженные элементы 10 располагают внутри корпуса 1. На внешнюю сторону 3 корпуса 1 наносят покрытие с анизотропной теплопроводностью, при этом происходит охлаждение радиоэлектронного блока одновременно с теплопередачей по внешнему покрытию 4 корпуса 1 и рассеиванием тепла всей наружной поверхностью 3 радиоэлектронного блока в окружающее пространство. Скорость распространения тепловой энергии по внешнему покрытию корпуса более высокая, чем скорость распространения тепловой энергии вовнутрь блока.
Сущность изобретения заключается в том, что производится разделение теплонагруженных элементов 8 и нетеплонагруженных электронных узлов 10 с соответствующими элементами так, что нетеплонагруженные элементы 10 остаются внутри металлического корпуса 1 радиоэлектронного блока, а теплонагруженные элементы 8 - снаружи; тепло от теплонагруженных элементов 8 не может передаваться посредством конвекции вовнутрь блока и минимизируется излучающее воздействие вовнутрь радиоэлектронного блока посредством того, что теплонагруженный элемент 8 установлен с внешней стороны металлического корпуса 1 радиоэлектронного блока, причем на внешнюю сторону 3 металлического корпуса 1 нанесено покрытие 4 с анизотропной теплопроводностью, обладающее токопроводящими свойствами.
Способ охлаждения радиоэлектронного блока заключается в том, что скорость распространения тепловой энергии по внешней стороны металлического корпуса более высокая, чем скорость распространения тепловой энергии вовнутрь радиоэлектронного блока, что способствует более эффективной теплопередаче в окружающую среду.
Способ охлаждения основан на новом принципе, допускающем высокоэффективное рассеивание тепла во внешнюю среду, минимизируя проникновение тепла вовнутрь радиоэлектронного блока, что обеспечивает высокую эксплуатационную надежность.
Из рассмотренного следует, что заявляемое изобретение технически осуществимо, промышленно реализуемо и решает поставленную техническую задачу.