РАДИАТОР ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫХ МОДУЛЕЙ

Устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано в мощной транзисторной аппаратуре различного назначения.
Известен цельнометаллический радиатор по патенту США №5419780, содержащий плоские ребра с основанием, на котором закреплены мощные полупроводниковые элементы. Такой радиатор изготовлен из высокотеплопроводного алюминиевого сплава методом экструзии путем выдавливания расплавленного металла под большим давлением через матрицу с отверстием, соответствующим профилю радиатора. Межреберный зазор подобного радиатора составляет не менее пяти миллиметров.
Недостатком данного устройства является высокое тепловое сопротивление, обусловленное малым количеством ребер на единицу поверхности радиатора и, как следствие, недостаточная эффективность охлаждения.
Этот недостаток частично устранен в радиаторе, который наиболее близок по конструктивным признакам к предлагаемому радиатору, и принимается за ближайший аналог (см. Приложение 1, каталог фирмы "Fischer Electronic" стр.А 127, интернет-адрес сайта - http://www.fischerelektronic.de).
Это устройство содержит основание с большим количеством мелких пазов, в которые вставлены и закреплены плоские ребра с большой суммарной теплорассеивающей поверхностью. Межреберный зазор такого радиатора достигает 2,2 миллиметров. Основание такого радиатора также изготовлено из высокотеплопроводного алюминиевого сплава методом экструзии. Надежное крепление ребер обеспечивается с помощью теплопроводного клея и последующей их опрессовки со стороны боковых поверхностей пазов. Поверхность радиатора со стороны крепления мощных полупроводниковых элементов обработана по высокому классу точности Rz меньше или равно десяти.
Данное устройство имеет ограничения по величине теплового сопротивления радиатора. Как показывает практика, существенное увеличение теплового сопротивления радиатора может быть достигнуто с уменьшением межреберного зазора. Это связано с тем, что уменьшение зазора приводит как к увеличению суммарной теплорассеивающей поверхности радиатора, так и возрастанию коэффициента теплоотдачи. Однако уменьшение межреберного зазора известной конструкции ограничено рядом причин.
Во-первых, расстояние между пазами не может быть сделано сколь угодно малым из-за потери прочности матрицы, через которую осуществляется выдавливание расплавленного металла. Во-вторых, технология изготовления такой конструкции радиатора не позволяет применять в качестве исходного материала медь, теплопроводность которой более чем в два раза превосходит теплопроводность алюминиевых сплавов, используемых при экструзии. Это вызвано тем, что температура плавления меди превышает 1000°С, что в 1,6 раза превышает температуру плавления алюминиевых сплавов. Кроме того, данная конструкция радиатора требует применения дорогостоящего крупногабаритного технологического оборудования и не может быть реализована в условиях неспециализированного механического производства.
В предлагаемом устройстве решается задача повышения эффективности охлаждения мощных полупроводниковых элементов путем уменьшения межреберных зазоров плоских ребер радиатора.
Поставленная задача решается за счет изменения схемы крепления плоских ребер к основанию радиатора. Результат - увеличение общей теплорассеивающей поверхности радиатора при одновременном повышении теплоотдачи плоских ребер, а также упрощение изготовления и сборки конструкции.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция радиатора, на фиг.2 - радиатор, вид сверху, на фиг.3а и фиг.3б - варианты исполнения теплопроводных прокладок.
Предлагаемое устройство (фиг.1 и фиг.2) содержит плоские ребра 1 и основание 2, на одной стороне которого размещены мощные полупроводниковые элементы 3. Контактная поверхность, на которую устанавливаются мощные полупроводниковые элементы 3, обработана по высокому классу точности, не хуже Rz меньше или равно десяти. Плоские ребра 1 радиатора размещены параллельно его основанию 2 и отделены от основания 2 и друг от друга распорными теплопроводными прокладками 4, формирующими зазоры для прохода воздуха. При такой конструкции радиатора величина межреберных зазоров определяется толщиной распорных теплопроводных прокладок 4 и может составлять величину менее двух миллиметров. Для обеспечения надежного теплового контакта плоские ребра 1, распорные теплопроводные прокладки 4 и основание 2 радиатора соединены между собой с помощью крепежных средств 5. В качестве крепежных средств 5 могут быть использованы заклепки, резьбовые или паяные соединения. Для уменьшения теплового сопротивления между элементами радиатора в зонах контакта может использоваться теплопроводная паста или теплопроводный клей. Распорные теплопроводные прокладки 4 могут иметь форму полос, размещенных параллельно потоку воздуха (фиг.3а) или шайб (фиг.3б), установленных рядами или в шахматном порядке. Для размещения большего количества мощных полупроводниковых элементов к радиатору со стороны последнего плоского ребра может быть присоединено второе основание 6. Площадь плоских ребер 1 может иметь ту же площадь, что и основание 2, или быть меньше ее. Элементы предлагаемой конструкции радиатора могут быть изготовлены как из высокотеплопроводного алюминиевого сплава, так и меди. Технология изготовления и сборки предлагаемого устройства не требует применения дорогостоящего технологического оборудования и может быть реализована в условиях типового производства мощной транзисторной аппаратуры различного назначения. Это позволяет снизить стоимость производства радиаторов.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При включении мощных полупроводниковых элементов 3 выделяемое тепло через контактную поверхность радиатора передается к его основанию 2 и подводится к зонам, к которым прикреплены распорные теплопроводные прокладки 4. Через распорные теплопроводные прокладки 4 тепло распространяется далее к плоским ребрам 1. Отвод тепла от плоских ребер осуществляется принудительным потоком воздуха, проходящим через межреберные зазоры.
Повышение эффективности радиатора достигается за счет того, что ребра расположены с меньшим зазором друг от друга по сравнению с прототипом. Это позволяет обеспечить более высокий коэффициент теплоотдачи и увеличить суммарную теплорассеивающую поверхность радиатора без увеличения его габаритов.