УСТРОЙСТВО ОТВОДА ТЕПЛА
HEAT SINK

Изобретение относится к области электроники, а именно к отводу тепла от теплонагруженных элементов радиоэлектронных блоков, например бортового оборудования летательных аппаратов.
Известно устройство отвода тепла (патент США №6663964, Н05К 7/20, В32В 9/00, F16L 59/02, опубл. 16.12.2003). Отличительной его особенностью является теплопроводящее покрытие, у которого при комнатной температуре, когда теплонагруженные элементы не работают, отсутствует текучесть. Во время работы теплонагруженных элементов из-за увеличения температуры теплопроводящий материал размягчается, появляется текучесть, в результате которой происходит распределение теплопроводящего материала между теплонагруженными элементами и устройством отвода тепла.
Недостатком этого устройства является неравномерность распределения теплопроводящего покрытия из-за неодинакового выделения тепла различными теплонагруженными элементами. К тому же, температура теплонагруженного элемента убывает при удалении от его центра к периферии, что приводит к неравномерному распределению теплоотводящего покрытия. Т.е. горячая зона - в центре, а зоны с более низкой температурой - по краям, что приводит к тому, что текучесть проявляется только в центральной части.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство отвода тепла по патенту РФ №2303862, Н05К 7/20, H01L 23/36 G06F 1/20, опубл. 07.27.2007, выполненное из металла или металлического сплава, содержащее охлаждающее ребро, которое соединено с металлическим корпусом эксплуатационного средства. Охлаждающий элемент разъемно соединен с корпусом крепежными средствами и снабжен теплопроводящим и электроизолирующим покрытием.
Недостатком такого устройства является увеличение теплового сопротивления в местах стыка охлаждающего элемента и теплонагруженного элемента в случае различной формы поверхности стыка теплоотвода и монтажной поверхности корпуса теплонагруженного элемента (например, одна вогнутая, другая плоская). Тогда при циклических тепловых нагрузках распределение теплопроводящего покрытия непосредственно на рабочей поверхности теплонагруженного элемента становится неравномерным.
Техническим результатом изобретения является улучшение отвода тепла от теплонагруженных элементов радиоэлектронных блоков за счет более равномерного распределения теплопроводящего покрытия в самом устройстве отвода тепла, причем покрытие становится более тонким, в результате чего оно более эффективно отводит тепло от теплонагруженных элементов.
Технический результат достигается тем, что в устройстве отвода тепла, имеющем основание, снабженное охлаждающими ребрами и разъемно соединенное с корпусом теплонагруженного элемента через теплопроводящее покрытие, ребра соединены с основанием разъемно через упругий элемент, и тем, что поверхность соприкосновения каждого ребра с корпусом теплонагруженного элемента выполнена в виде прямоугольника, причем ребра снабжены каналами.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
Фиг.1 - устройство отвода тепла в начальный момент его работы;
фиг.2 - устройство отвода тепла в конечный момент его работы;
фиг.3 - устройство отвода тепла в изометрии;
фиг.4 - устройство отвода тепла в изометрии с несколькими теплонагруженными элементами;
фиг.5 - устройство отвода тепла в сечении с несколькими теплонагруженными элементами,
где:
1 - основание;
2 - отверстие в основании для установки ребер;
3 - упругий элемент;
4 - охлаждающее ребро;
5 - ступенька охлаждающего ребра;
6 - поверхность соприкосновения охлаждающего ребра с корпусом теплонагруженного элемента;
7 - корпус теплонагруженного элемента;
8 - печатная плата;
9 - каналы;
10 - теплопроводящее покрытие;
11 - отверстие основания для крепления на плате;
12 - отверстие в плате для крепления основания;
13 - крепежный элемент;
14 - отверстие упругого элемента, соосное отверстию основания.
Устройство отвода тепла имеет основание 1 (фиг.1, 2) с отверстиями 2 для разъемного соединения через упругий элемент 3 с охлаждающими ребрами 4, имеющими форму усеченного конуса, снабженного ступенькой 5. Поверхность 6 соприкосновения каждого ребра 4 с корпусом 7 теплонагруженного элемента, расположенного на печатной плате 8, выполнена в виде прямоугольника (например, квадрата) с каналами 9 (паз, отверстие и т.п.) На эту поверхность нанесено теплопроводящее покрытие 10. Каналы 9 (фиг.3) служат для массопереноса теплопроводящего покрытия 10 (например, пасты), что способствует более равномерному и более тонкому распределению этого покрытия по всей поверхности 6 соприкосновения.
Для крепления основания 1 к плате 8 они имеют соответственно отверстия 11 и 12 под крепежные элементы 13. Упругий элемент 3 снабжен отверстиями 14 соосно отверстиям 11 основания 1.
Поверхность теплонагруженного элемента может иметь отклонение от плоскостности, в частности, может быть вогнутой, т.е. иметь вид чаши. В случае необходимости отводить тепло от нескольких теплонагруженных элементов (фиг.4, 5) охлаждающие ребра устанавливаются в несколько отверстий, выполненных в соответствии с местоположением теплонагруженных элементов.
Предлагаемая конструкция позволяет заполнить неровности поверхности теплонагруженного элемента множеством ребер при минимальной толщине теплопроводящего слоя, т.е. заполняется любая неровность, что улучшает отвод тепла. Упругий элемент 3 создает определенное усилие, что при циклических тепловых нагрузках способствует удерживанию теплового контакта с теплонагруженным элементом.
При монтаже устройства отвода тепла на печатную плату 8 с теплонагруженными элементами под воздействием упругого элемента 3 на ступеньку 5 ребра 4 происходит соприкосновение последнего по всем неровностям с корпусом 1 теплонагруженного элемента. По истечении некоторого времени даже при комнатной температуре потоки пасты 10, следуя по пути наименьшего сопротивления, оказываются в каналах 9 ребер 4, что уменьшает толщину слоя пасты 10. При подключении теплонагруженного элемента происходит выделение тепла, которое отводится через тонкий слой пасты 10, теплопроводность которого по определению значительно выше, чем толстого слоя, к ребрам 4 устройства отвода тепла. Далее ребра 4 рассевают тепло в окружающую среду.
Проведенные испытания показали работоспособность заявляемого устройства. Оно обладает новизной, изобретательским уровнем, промышленно применимо и решает поставленную техническую задачу: повышает теплоотдачу за счет более равномерного и тонкого распределения теплопроводящей пасты и эффективно отводит тепло даже от плохо согласованных поверхностей теплонагруженных элементов.