УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ РАДИАТОРА И ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Полезная модель относится к области вычислительной техники, в частности, к системам для высокопроизводительных вычислений, и может применяться для охлаждения группы тепловыделяющих элементов расположенных на печатной плате.
Известно устройство для охлаждения полупроводниковых элементов на печатной плате (RU №128766 U1, МПК G12B 15/00, H01L 23/00, H05R 7/00, G06F 1/00, заявлено 28.01.2013, опубликовано 27.03.2013, БИ №15), содержащее элементы, расположенные на одной стороне печатной платы, радиатор, состоящий из верхней и нижней крышек, которые соединены между собой винтовой парой и «замком» из системы паз-выступ на торцах крышек, причем на верхней и нижней крышках имеются ребра радиаторов охлаждения, печатная плата и нижняя крышка взаимодействуют через теплопроводную прокладку, а над элементами расположена теплопроводящая резина, которая взаимодействует с верхней крышкой.
Недостатком данного устройства является ограничение по габаритным размерам и расположению элементов, сложность при сборке конструкции для группы тепловыделяющих элементов, расположенных с одной стороны печатной платы, и групп других элементов, расположенных с двух сторон печатной платы.
Известно устройство для фиксации печатной платы (RU №53097 U1, МПК H05K 7/12, заявлено 21.11.2005, опубликовано 27.04.2006, БИ №12), содержащее корпус, отверстия для крепления устройства к печатной плате, в которой выполнены отверстия для крепления устройства, отверстия и площадки для монтажа элементов, теплоотводящие площадки, причем пространство между корпусом и печатной платой заполнено теплопроводящим материалом, а на корпусе выполнены продольные ребра для увеличения поверхности рассеивания тепловой энергии.
Недостатком данного устройства является сложность размещения на печатных платах многовыводных корпусов элементов и отсутствует выравнивание температуры по корпусу радиатора.
Известен, выбранный в качестве ближайшего аналога, модуль оперативной памяти (RU №123203 U1, МПК G11C 5/02, заявлено 09.04.2012, опубликовано 20.12.2012, БИ №35), содержащий множество микросхем размещенных на одной стороне печатной платы, при этом центры микросхем расположены на одной прямой линии, а в каждом углу печатной платы расположены крепления, улучшающие прижим модуля памяти к единому радиатору вычислительного модуля.
Недостатком данного модуля является то, что не обеспечивается полноценная теплоотдача и отсутствует выравнивание температуры по полю радиатора.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении эффективности охлаждения за счет равномерного охлаждения группы тепловыделяющих элементов ПЛИС путем перераспределения тепла между ними навстречу потоку воздуха за счет введения тепловых трубок и равномерное и достаточное усилие прижатия к радиатору всего поля размещения тепловыделяющих элементов ПЛИС на печатной плате.
Технический результат достигается за счет того, что в устройство крепления радиатора и печатной платы содержащее печатную плату с размещенной на ней с лицевой стороны группой тепловыделяющих элементов и единый радиатор, размещенный над этими элементами, дополнительно введены секции ребер радиатора для увеличения поверхности рассеивания тепловой энергии, выполненные из медной ленты и напаянные на основание единого радиатора перпендикулярно продольной оси, в основание единого радиатора впаяны тепловые трубки вдоль продольной оси радиатора для выравнивания температуры по поверхности радиатора, группы элементов, выделяющих мало тепла, размещены по периферии лицевой стороны печатной платы, вне поля тепловыделяющих элементов, и на обратной стороне печатной платы, по четырем сторонам печатной платы выполнены отверстия для крепления ее к корпусу блока, для равномерного прижатия единого радиатора к тепловыделяющим элементам и печатной плате в радиаторе по краям и между секциями ребер выполнены отверстия для крепления радиатора и печатной платы, а в печатной плате выполнены соответствующие им отверстия, пространство между единым радиатором и местами контакта с поверхностями корпусов тепловыделяющих элементов заполнено слоем термопасты, единый радиатор крепится к печатной плате через соответствующие отверстия при помощи винтовых стоек, гаек и шайб, у головки винтовые стойки снабжены тарированными пружинами, которые обеспечивают равномерное и достаточное усилие прижатия единого радиатора к тепловыделяющим элементам, для исключения выпадения из радиатора винтовые стойки закреплены стопорными шайбами, в центре коротких сторон единого радиатора и соответствующих им местах на печатной плате выполнены отверстия для крепления радиатора к корпусу блока, при этом крепление выполняется при помощи резьбовых втулок с тарированными пружинами, наворачиваемых на первую группу винтов, закрепленных на корпусе блока при помощи гаек и шайб, печатная плата крепится к корпусу блока второй группой винтов, вворачиваемыми в резьбовые стойки корпуса блока, при выполнении монтажа печатной платы в корпус блока гайки винтовых соединений являются опорами, высота резьбовых стоек корпуса блока соответствует высоте гаек с шайбами, и они обеспечивают между обратной стороной печатной платы и корпусом блока расстояние, необходимое для размещения корпусов групп элементов, выделяющих мало тепла, на обратной стороне печатной платы.
На фиг. 1 приведен вид лицевой стороны печатной платы.
На фиг. 2 приведен вид лицевой стороны печатной платы с радиатором.
На фиг. 3 приведен вид сбоку.
На фиг. 1-3 приняты следующие обозначения:
1 - печатная плата;
2 - группа тепловыделяющих элементов;
3 - единый радиатор;
4 - секции ребер радиатора;
5 - тепловые трубки;
6 - группы элементов, выделяющих мало тепла;
7 - поле тепловыделяющих элементов;
8 - корпус блока;
9 - отверстия для крепления печатной платы к корпусу блока;
10 - отверстия для крепления радиатора и печатной платы;
11 - слой термопасты;
12 - винтовые стойки;
13 - гайки;
14 - шайбы;
15 - тарированные пружины;
16 - стопорные шайбы;
17 - отверстия для крепления радиатора к корпусу блока;
18 - резьбовые втулки;
19 - первая группа винтов;
20 - вторая группа винтов;
21 - резьбовые стойки корпуса блока.
Заявленное устройство содержит печатную плату 1, на лицевой стороне которой размещена группа тепловыделяющих элементов 2, над которыми установлен единый радиатор 3. Для увеличения поверхности рассеивания тепловой энергии на основание единого радиатора 3 перпендикулярно продольной оси напаяны секции ребер радиатора 4, выполненные из медной ленты. В основание единого радиатора 3 впаяны тепловые трубки 5 вдоль продольной оси единого радиатора 3 для выравнивания температуры по поверхности единого радиатора 3. Группы элементов 6, выделяющих мало тепла, размещены по периферии лицевой стороны печатной платы 1, вне поля тепловыделяющих элементов 7, и на обратной стороне печатной платы 1.
По четырем сторонам печатной платы 1 выполнены отверстия 9 для крепления ее к корпусу блока 8. Для равномерного прижатия единого радиатора 3 к группе тепловыделяющих элементов 2 и печатной плате 1 в едином радиаторе 3 по краям и между секциями ребер 4 выполнены отверстия 10 для крепления радиатора 3, а в печатной плате 1 выполнены соответствующие им отверстия 10. Пространство между единым радиатором 3 и местами контакта с поверхностями корпусов группы тепловыделяющих элементов 2 заполнено слоем термопасты 11.
Единый радиатор 3 крепится к печатной плате 1 через соответствующие отверстия 10, при помощи винтовых стоек 12, гаек 13 и шайб 14. У головки винтовые стойки 12 снабжены тарированными пружинами 15, которые обеспечивают равномерное и достаточное усилие прижатия единого радиатора 3 к тепловыделяющим элементам 2. Для исключения выпадения из единого радиатора 3 винтовые стойки 12 закреплены стопорными шайбами 16.
В центре коротких сторон единого радиатора 3, и соответствующих им местах на печатной плате 1, выполнены отверстия 17 для крепления единого радиатора 3 к корпусу блока 8. При этом крепление выполняется при помощи резьбовых втулок 18 с тарированными пружинами 15, наворачиваемых на первую группу винтов 19, закрепленных на корпусе блока 8 при помощи гаек 13 и шайб 14.
Печатная плата 1 с установленным единым радиатором 3 крепится к корпусу блока 8 второй группой винтов 20, вворачиваемыми в резьбовые стойки корпуса 21.
При выполнении монтажа печатной платы 1 в корпус блока 8 гайки 13 винтовых соединений являются опорами, разгружая плату от веса радиатора.
Высота резьбовых стоек корпуса 21 соответствует высоте гаек 13 с шайбами 14, и они обеспечивают между обратной стороной печатной платы и корпусом расстояние, необходимое для размещения корпусов групп элементов 6, выделяющих мало тепла, на обратной стороне печатной платы 1.
Заявленное устройство реализуется следующим образом.
В основание единого радиатора 3 впаиваются тепловые трубки 5 вдоль продольной оси радиатора 3, для выравнивания температуры по поверхности единого радиатора 3. Из медной ленты изготавливается тонкостенная гребенка, из которой выполняются секции ребер радиатора 4 для увеличения поверхности рассеивания тепловой энергии. Секции ребер радиатора 4 напаиваются на основание единого радиатора 3 перпендикулярно продольной оси.
На основание единого радиатора 3, с впаянными вдоль продольной оси радиатора тепловыми трубками 5 и с напаянными секциями ребер 4, в местах контакта с поверхностями корпусов группы тепловыделяющих элементов 2 наносится слой термопасты 11, для обеспечения максимизации передачи тепловой энергии.
Сборка устройства начинается с крепления единого радиатора 3 к печатной плате 1, с установленными на ней группой тепловыделяющих элементов 2 и группами элементов 6, выделяющих мало тепла. В единый радиатор 3 в отверстия для крепления к печатной плате 10 вставляются винтовые стойки 12, с установленными у головки винтовых стоек 12 тарированными пружинами 15. Для исключения выпадения винтовых стоек 12 из единого радиатора 3, на винтовые стойки 12 устанавливаются стопорные шайбы 16. Далее единый радиатор 3 устанавливается на печатную плату 1 в соответствующие отверстия 10 и притягивается к ней с помощью шайб 14 и гаек 13. При этом равномерное и достаточное усилие прижатия единого радиатора 3 к тепловыделяющим элементам 2 и печатной плате 1 формируются тарированными пружинами 15.
Печатная плата 1 с установленным единым радиатором 3 представляет законченный конструктивный узел и монтируется в корпус блока 8 как единое целое, что упрощает обслуживание в процессе эксплуатации, поскольку при необходимости облегчается демонтаж и повторная сборка в течение всего срока службы. Крепление к корпусу блока 8 начинается с установки первой группы винтов 19 с помощью шайб 14 и гаек 13. Далее на первую группу винтов 19 устанавливается печатная плата 1 с установленным единым радиатором 3, через соответствующие отверстия 17 в центре коротких сторон радиатора 3, и закрепляется резьбовыми втулками 18 с тарированными пружинами 15, наворачиваемыми на первую группу винтов 19. Данное крепление обеспечивает разгрузку печатной платы 1 от веса единого радиатора 3 при произвольном пространственном положении, например, при транспортировке или установке в корпусе блока. Далее проводится крепление печатной платы 1 к корпусу блока 8 через соответствующие отверстия 9 в печатной плате 1 при помощи второй группой винтов 20, вворачиваемых в резьбовые стойки корпуса 21.
Наличие впаянных тепловых трубок 5 вдоль продольной оси единого радиатора 3 обеспечивает выравнивание температуры по поверхности радиатора. При этом удалось добиться неравномерности нагрева радиатора по всей поверхности основания не более 5°C, что было подтверждено при проведенном тепловом моделировании радиатора и натурных испытаниях.
Усилия тарированных пружин 15 рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить равномерность прижатия единого радиатора 3 к поверхности тепловыделяющих элементов 2 и исключить повреждение корпусов этих элементов.
Заявленная полезная модель может быть применена для охлаждения группы тепловыделяющих элементов ПЛИС, расположенных на печатной плате, при разработке систем для высокопроизводительных вычислений.
Таким образом, использование заявленного устройства крепления радиатора и печатной платы обеспечивает эффективное охлаждение группы тепловыделяющих элементов, за счет равномерного их охлаждения, путем перераспределения тепла между ними, за счет введения секций ребер, выполненных из медной ленты и напаянных на плиту радиатора, введения тепловых трубок, впаянных вдоль продольной оси плиты единого радиатора, и равномерного и достаточного усилия прижатия к единому радиатору всего поля размещения группы тепловыделяющих элементов на печатной плате.