РАДИАТОР ДЛЯ ОТВОДА ТЕПЛА ОТ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Полезная модель относится к системам охлаждения электронных приборов, а именно к радиаторам, осуществляющих теплообмен между корпусом электронных приборов и охлаждающей средой и может быть использовано для эффективного отвода тепла, например, от мощных полупроводниковых приборов, модулей силовой электроники и т.п.
Известен радиатор [1], в виде пластины с оребрением в виде шипов, которые выполнены из проволоки и собраны в пучки, установленные в гильзах заполненных теплопроводным материалом и размещенных в соответствующих гнездах, выполненных под эти гильзы, причем гильзы выполнены из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения пластины.
Существенным недостатком данной конструкции является сложность и трудоемкость его изготовления.
Известно устройство для охлаждения полупроводниковых приборов, относящееся к электротехнике, в частности к конструкции охладителей для мощных полупроводниковых приборов, охлаждаемых принудительной конвекцией воздуха. Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов содержит радиатор с ребрами прямоугольного сечения [2].
Используемая в данном техническом решении конструкция радиатора для снижения веса, как правило, выполняется из алюминиевых сплавов [3], имеющих теплопроводность не более 200 Вт/м·К. В таком радиаторе в эффективном отводе тепла участвует длина ребер не превышающая 4-6 их толщин.
Одним из ближайших технических решений является полезная модель, представляющая собой устройство обеспечения теплового режима радиоэлектронной аппаратуры, содержащее ребристый радиатор, обдуваемый вентилятором [4].
Как и в предыдущем техническом решении, данная конструкция радиатора для снижения веса, как правило, выполняется из литейного алюминиевого сплава, имеющего теплопроводность не более 200 Вт/м·К. По высоте ребра от источника тепло отводится сравнительно медленно, в результате чего теплосъем с ребра ограничен относительно низкой теплопроводностью материала радиатора.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение эффективности отвода тепла от электронных приборов, в частности от мощных полупроводниковых приборов и модулей силовой электроники.
Указанный технический результат достигается тем, что в радиаторе для отвода тепла от полупроводниковых приборов, состоящим из алюминиевого основания с прямоугольными ребрами, ребра выполнены из высокотеплопроводного алмаз-карбид-кремниевого композита и углублены в тело основания без зазоров между контактирующими поверхностями ребер и основания.
Раскрытие сущности заявляемого технического решения.
Ребра из алмаз-карбид-кремниевого композита имеют существенно большую эффективную рабочую длину, так как теплопроводность композита в 2,5-3 раза превышает теплопроводность алюминиевого сплава. Кроме того, удельные веса композита и алюминия близки, в результате чего вес радиатора с ребрами из композита не превышает вес радиатора с ребрами из алюминия.
Реализация данного технического решения возможна, например, размещением нижних концов ребер в расплавленный алюминий во время отливки основания. При затвердевании расплава обеспечивается плотный без наличия каких-либо зазоров контакт основания с поверхностью ребер.
Изготовление ребер можно проводить без трудоемкой механической обработки, получая требуемые габаритные размеры посредством холодного формования заготовок из алмазных порошков, термообработки заготовок и пропитки жидким кремнием в вакуумной печи при температуре, примерно, 1550°C.
Сущность заявленного технического решения поясняется рисунком 1, где:
1 - ребро из алмаз-карбид-кремниевого композита.
2 - основание из алюминиевого сплава.
Эффективность теплоотвода с ребрами из алмаз-карбид кремниевого композита подтверждена следующим экспериментом (Рис. 2).
На верхних концах одинаковых по геометрическим размерам ребер 1 и 2 с помощью термодатчиков было измерено одновременно время нагрева до одной и той же температуры при нагреве основания, имеющего толщину 4 мм. Ребро 1 выполнено заодно с основанием из алюминиевого сплава с теплопроводностью 190 Вт/м·К. Ребро 2 выполнено из алмаз-карбид-кремниевого композита с теплопроводностью 500 Вт/м.К. Нижний конец ребра 2 утоплен в теле основания на глубину 2 мм. Было проведено 10 измерений. Время нагрева до 170°C в случае ребра из алмаз-карбид кремниевого композита составило 17 секунд, в то время, как время нагрева в случае алюминиевого ребра составило 28 секунд.
Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:
1. Патент SU 1163126 от 23.06.1985.
2. Патент RU 2012098 от 30.04.1994.
3. ТУ 1-9-631-73, Профили прессованные из алюминиевых сплавов для радиаторов охлаждения полупроводниковых приборов. Технические условия.
4. Патент на полезную модель №139892 U1, МПК G12B 15/00 от 27.11.2013.