СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
METHOD OF COOLING ELECTRONIC COMPONENTS OF PRINTED CIRCUIT BOARDS

Изобретение относится к способам охлаждения электронного оборудования и, в частности, к охлаждению теплонапряженных компонентов постоянно работающих электронных приборов, включая компьютеры.
Многие современные электронные приборы содержат элементы, рассеивающие при работе большое количество тепла, поэтому такие приборы нуждаются в эффективных системах обеспечения температурного режима. Наиболее актуальна эта проблема в вычислительной технике, работающей в круглосуточном режиме.
Известен «Способ охлаждения электрорадиоэлементов» (см. патент РФ №2110902 от 13.11.96, опубликованный в Бюллетене №13, 10.05.98). Сущность предлагаемого способа охлаждения заключается в том, что для увеличения поверхности теплообмена и обеспечения надежности теплового контакта между поверхностями радиоэлементов и теплоотводом устанавливают эластичную разделительную перегородку из теплопроводного материала, защемленную в корпусе, в котором закреплена и плата с электрорадиоэлементами. В зазор между обращенными друг к другу поверхностями теплоотвода, корпусами электрорадиоэлементов и монтажной платы соответственно и упомянутой перегородкой заливают дозированную массу теплопроводного материала, в качестве которого используют теплоаккумулирующее вещество, температура фазового перехода которого находится в рабочем интервале температур электрорадиоэлементов. Сверху этот объем герметично закрывается теплоотводом. Тепловой поток от внешних поверхностей корпусов электрорадиоэлементов через упомянутую эластичную разделительную перегородку передается теплоаккумулирующему веществу. Часть теплового потока поглощается данным веществом при его расплавлении, а далее тепловой поток передается на теплоотвод, с которого сбрасывается в окружающую среду. Наличие эластичной разделительной перегородки из теплопроводного материала позволяет обеспечить надежный тепловой контакт на пути теплового потока к теплоотводу. Вышеуказанный способ охлаждения электрорадиоэлементов является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и поэтому выбран в качестве прототипа.
Недостатком указанного способа является ограничение по использованию в качестве теплопроводного материала для заливки теплоаккумулирующего вещества, температура фазового перехода которого находится в рабочем интервале температур электрорадиоэлементов. При использовании для охлаждения вычислительной либо другой электронной техники, работающей в круглосуточном либо ином длительном режиме, достижение фазового перехода и поглощаемой при этом теплоты является несущественным нестационарным процессом. При переходе в стационарный режим (когда все теплоаккумулирующее вещество перейдет в жидкую фазу) теплоаккумулирующее вещество работает как любая другая теплопроводная среда.
Другим недостатком указанного прототипа является то, что теплопроводная перегородка устанавливается, а теплоаккумулирующее вещество заливается в полости, ограниченные элементами конструктива, что усложняет доступ к электрорадиоэлементам в случае их необходимой замены. Появляется необходимость ожидания момента, когда теплоаккумулирующее вещество перейдет в твердую фазу, что усложняет оперативное обслуживание электронного оборудования.
Решаемой задачей является создание универсального и более эффективного способа охлаждения электронных компонент печатных плат.
Достигаемым техническим результатом является повышение эффективности охлаждения за счет использования в качестве теплопроводного вещества широкого класса веществ, обладающих достаточной теплопроводностью, пластичностью в рабочем интервале температур охлаждаемой электроники, а также пластичностью теплопроводного материала оболочки, что позволяет обеспечить хороший тепловой контакт с компонентами платы.
Для достижения технического результата в способе охлаждения электронных компонент печатных плат, заключающемся в том, что на плате устанавливают теплоотводящий модуль с обеспечением теплового контакта его поверхности с электронными компонентами платы, новым является то, что теплоотводящий модуль изготавливают в виде герметичной оболочки из эластичного теплопроводного материала, объем которой заполняют дозированным количеством теплопроводного вещества и устанавливают в ней теплообменник, по которому пропускают охлаждающую жидкость, при этом элементы теплообменника устанавливают над тепловыделяющими поверхностями компонентов плат, причем выходы теплообменника размещают вне замкнутого объема оболочки.
Новая совокупность существенных признаков в заявляемом способе позволяет повысить эффективность охлаждения и упростить оперативное обслуживание электронного оборудования.
Способ охлаждения электронных компонент печатных плат реализуется устройством, представленным на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 представлено устройство охлаждения электронных компонент горизонтальной печатной платы.
На фиг. 2 представлено устройство охлаждения электронных компонент вертикальных печатных плат (например, модулей памяти).
Способ реализуется следующим образом. На плате 2 устанавливают теплоотводящий модуль 7, состоящий из оболочки из эластичного теплопроводного материала 3, заполненной дозированным количеством теплопроводного вещества 4 и установленным в нем теплообменником 5, по которому пропускают охлаждающую жидкость 6, причем выходы теплообменника 5 размещают вне замкнутого объема оболочки 3.
Способ охлаждения электронных компонент работает следующим образом.
Радиоэлементы 1, расположенные на печатных платах 2, выделяют тепло, которое через стенку оболочки из эластичного теплопроводного материала 3, через теплопроводное вещество 4, передается на теплообменник 5 и затем отводится протекающей через него охлаждающей жидкостью 6.
Устройство, которым реализуется способ охлаждения электронных компонент печатных плат, может быть выполнено следующим образом. В качестве эластичной теплопроводной оболочки предполагается использовать материал Sil-Pad 2000 компании Бергкуист. В качестве заполняющего теплопроводного вещества предполагается использовать теплопроводные пасты Cooler Master ThermalFusio 400, Zalman ZM-STG1, Arctic Silver, мелкодисперсные: графит, никель, вольфрам (микро- и нанопорошки), угольные нити, угольные нанотрубки, алмаз (микропорошки), медь, металлический индий. Появляется класс новых наноматериалов, например, теплопроводность elNano S27Z - 2 составляет 2000 Вт/(м·К), что в пять раз превосходит теплопроводность меди. Радиатор предполагается изготовить из медной трубки.
Числовое компьютерное моделирование подтверждает работоспособность заявляемого способа охлаждения электронных компонент печатных плат.