Устройство теплоотвода

Полезная модель относятся к электронной технике, в частности, к устройствам охлаждения с пассивным и активным отводом тепла и может использоваться в составе электронных модулей и пультов управления подвижных объектов авиационной и/или автомобильной техники, работающих в сложных климатических условиях: повышенной влажности, вибрации, высокой температуры и т.п. Предлагаемая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении стабильности работы электронного устройства за счет повышения эффективности теплоотвода. Для получения указанного технического результата предлагается устройство теплоотвода, которое содержит теплопроводяшую стенку, находящуюся в тепловом контакте с теплонагруженными ЭРИ и вкладыш. Теплопроводящая стенка выполнена с оребрением и имеет переменную толщину, наибольшую в месте контакта с ЭРИ. На внутренней поверхности теплопроводящей стенки выполнено, по меньшей мере, одно углубление, в которое установлен, по меньшей мере, один вкладыш. 1 н.п. ф-лы, 5 з.п. ф-лы, 4 илл.

Полезная модель относятся к электронной технике, в частности, к устройствам охлаждения с пассивным и активным отводом тепла и может использоваться в составе электронных модулей и пультов управления подвижных объектов авиационной и/или автомобильной техники, работающих в сложных климатических условиях: повышенной влажности, вибрации, высокой температуры и т.п.

Известно устройство (патент США 6643135, Н05К 1/14; Н05К 7/20; Н05К 1/02; Н05К 3/34, опубл. 2002.10.03), состоящее из нескольких теплонагруженных электронных компонентов, охлаждаемых радиатором; устройство также содержит корпус, печатную плату, соединители и контакты, плоская плата рассеивания находится в тепловом контакте с теплонагруженными электрорадиоэлементами (далее по тексту - ЭРИ), радиатор с ребрами охлаждения установлен на плату рассеивания. Недостаток этого устройства в том, что тепловой поток одного ЭРИ воздействует на соседние ЭРИ, поэтому происходит перегрев отдельных компонентов устройства и снижается стабильность работы электронного устройства в целом.

Известно также наиболее близкое техническое решение (прототип) к заявленной полезной модели - это устройство по патенту ЕР 2071620, H01L 23/367; H01L 23/373; H01L 33/64, опубл. 2009.06.17, которое содержит металлический теплопроводящий слой (стенку), неметаллический теплопроводный слой (вкладыш) и замкнутую воздушную полость между металлическим и неметаллическим слоями. Тепловой поток от теплонагруженного ЭРИ поступает в металлический слой и основная его часть «растекается» по объему металлического слоя, так как наличие воздушного пространства между слоями препятствует рассеиванию тепловой энергии в окружающее пространство. Поскольку тепловой поток быстро распространяется по металлическому слою, то скоро он проникает и в смежный с ним неметаллический слой (вкладыш), после чего устройство начинает рассеивать тепло, используя максимально всю свою поверхность. К недостаткам прототипа следует отнести то, что замкнутое воздушное пространство, размещенное в наиболее нагретой области, влечет к запаздыванию выхода на максимальную мощность рассеивания тепловой энергии. К другим недостаткам относится невозможность размещения нескольких элементов на металлическом слое (теплопроводящей стенке). Существенным недостатком прототипа является значительное излучение тепловой энергии в пространство, окружающее ЭРИ, чем снижается эффективность теплоотвода и нарушается стабильность работы электронного устройства.

Предлагаемая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении стабильности работы электронного устройства за счет повышения эффективности теплоотвода.

Для получения указанного технического результата предлагается устройство теплоотвода, содержащее теплопроводящую стенку, находящуюся в тепловом контакте с теплонагруженными ЭРИ и вкладыш, теплопроводящая стенка выполнена с оребрением и имеет переменную толщину, наибольшую в месте контакта с ЭРИ, на внутренней поверхности теплопроводящей стенки выполнено, по меньшей мере, одно углубление, в которое установлен, по меньшей мере, один вкладыш. Причем дополнительно на внешней поверхности теплопроводящей стенки выполнено, по меньшей мере, одно углубление, в которое установлена, по меньшей мере, одна вставка с ребрами охлаждения. Причем вставка с ребрами охлаждения выполнена из неметаллического теплорассеивающего материала и имеет коэффициент теплопроводности меньший по сравнению с коэффициентом теплопроводности материала теплопроводящей стенки. Причем вкладыш выполнен из упругого неметаллического теплопроводящего материала с коэффициентом теплопроводности меньшим по сравнению с коэффициентом теплопроводности материала теплопроводящей стенки. Причем высота вкладыша выполнена по размеру углубления. Причем высота вкладыша превышает размер углубления.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1-2 - сечение устройства теплоотвода с вкладышем/ами, вставленным/ми в углубление внутренней поверхности теплопроводящей стенки;

на фиг.3 - сечение устройства теплоотвода с указанием направления движущихся интенсивного и ослабленного тепловых потоков;

на фиг.4 - сечение устройства теплоотвода с установленной в углубление внешней поверхности теплопроводящей стенки вставкой с ребрами охлаждения.

Заявляемая полезная модель содержит следующие конструктивные элементы:

1 - теплопроводящая стенка;

2 - внешняя поверхность теплопроводящей стенки;

3 - оребрение;

4 - внутренняя поверхность теплопроводящей стенки;

5 - углубления;

6 - ЭРИ (теплонагруженные);

7 - теплопроводящий слой;

8 - теплопроводящий клей;

9 - вкладыш;

10 - углубление;

11 - вставка;

12 - ребра охлаждения вставки;

13 - крепежный элемент.

Устройство теплоотвода содержит теплопроводящую стенку 1 (фиг.1-2), например, из алюминиевого сплава АМГ6 ГОСТ 4784, у которой на внешней 2 поверхности выполнено оребрение 3 для рассеивания тепла, а на внутренней поверхности 4 выполнены углубления 5, например, в форме пазов различной глубины. Теплопроводящая стенка 1, выполненная из материала с высоким коэффициент теплопроводности, например для АМг6 - 178 Вт/м*К, имеет переменную по длине толщину, максимальную в месте контакта внутренней поверхности 4 теплопроводящей стенки 1 с ЭРИ 6 (теплонагруженным/ми). Тепловой контакт между внутренней поверхностью 4 теплопроводящей стенки 1 и ЭРИ 6 обеспечивается теплопроводящим слоем 7 (это может быть, например, кремнийорганическая паста КПТ-8 ГОСТ 19783 или теплопроводящая прокладка КПТД ТУ РБ 100009933.004-2001). В углублениях 5 с использованием теплопроводящего клея 8 (это может быть, например, клей ЭЛАСИЛ 137-182 ТУ6-02-1-015-89) установлены вкладыши 9 для локального уменьшения теплопроводности. Вкладыши 9 выполнены из упругих теплопроводящих материалов типа Номакон или Berquist с коэффициентом теплопроводности меньшим (но не менее 2 Вт/м*К), чем коэффициент теплопроводности материала теплопроводящей стенки 1. Высота вкладышей 9 может быть выполнена по размеру углубления 5 или превышать его. На внешней поверхности 2 (фиг.3-4) теплопроводящей стенки 1 выполнены углубления 10, в которых установлены вставки 11 с ребрами охлаждения 12 из теплорассеивающей пластмассы типа Теплосток «ТВ-Э-7» с коэффициентом теплопроводности от 6 Вт/м*К до 40 Вт/м*К. Вставки 11 крепятся в углублении 10 при помощи теплопроводящего слоя 7 (например, КПТ- 8 ГОСТ 19783-74 или прокладки из КПТД ТУ РБ 100009933.004-2001) крепежным элементом 13, например, винтом. При наличии на предприятии термопластавтоматов вставки 11 с ребрами охлаждения 12 могут изготавливаться литьем в пресс-форму с закладной деталью, которой может быть теплопроводящая стенка 1.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Тепловые потоки от ЭРИ 6 через теплопроводящий слой 7 попадают в теплоотводящую стенку 1 в месте ее максимальной толщины. Утолщенная часть теплопроводящей стенки 1 обеспечивает распространение теплового потока во все стороны от ЭРИ 6. Интенсивные тепловые потоки, характеризующиеся движением по наиболее толстой части теплопроводящей стенки 1, достигают оребрения 3, а также через теплопроводящий слой 7 - вставок 11 с ребрами охлаждения 12 и через них эффективно рассеиваются в окружающее внешнее пространство. Ослабленные тепловые потоки, характеризующиеся движением по тонкой части теплопроводящей стенки 1, формируются теплопроводящими вкладышами 9 и через них, согласно их меньшей теплопроводности, передают тепловую энергию по теплопроводящей стенке 1 и во внутреннее пространство устройства. Вкладыши 9 основной тепловой поток воспринимают через теплопроводящий клей 8, который также обеспечивает неразъемность установки вкладышей 9 в углубления 5. За счет меньшей теплопрововодности вкладышей 9 обеспечивается эффективное исключение поверхности углубления 5 из общей площади внутренней поверхности 4 теплопроводящей стенки 1, излучающей тепловую энергию внутрь прибора. Таким образом, создается неравномерная картина распространения тепловых потоков по теплопроводящей стенке 1, которая с одной стороны, характеризуется включением в отведение тепла удаленных (периферийных) областей теплопроводящей стенки 1, в которых отсутствуют ЭРИ 6 и в сторону которых направлены интенсивные тепловые потоки, а с другой стороны тепловые потоки между ЭРИ 6 существенно ослаблены. Дополнительным результатом уменьшения тепловых потоков между ЭРИ 6 является уменьшение температуры нагрева теплопроводящей стенки 1 в области контакта с соседними ЭРИ 6, что уменьшает выделение тепла во внутренний объем устройства. Формирование конструкцией теплопроводящей стенки 1 и вкладышами 9 тепловых потоков, отличающихся направлением и интенсивностью, способствует снижению температуры нагретой теплопроводящей стенки 1 в области соседних ЭРИ, которую она получает от наиболее теплонагруженного ЭРИ 6, что исключает перегрев соседних ЭРИ при кратковременных изменениях характеристик питающего напряжения ЭРИ.

Заявленный технический результат усиливается установкой в углубления наружной поверхности вставок из теплорассеивающего материала с ребрами охлаждения, что способствует тому, что тепловой поток от ЭРИ, движущийся по теплопроводящей стенке максимально выделяется в окружающее пространство через ребра охлаждения, также препятствуя проникновению тепла к соседнему ЭРИ. Установка такого элемента эффективна при размещении ЭРИ, работающих синхронно. Выполнение теплопередающей стенки, вкладыша и вставки с ребрами охлаждения из материалов, характеризующихся разными коэффициентами теплопроводности, обеспечивает то, что тепловой поток от ЭРИ, движущийся по теплонагруженной стенке, максимально выделяется в окружающее пространство через ее оребрение и ребра охлаждения вставки, т.е. в те области теплопередающей стенки, где теплонагруженные ЭРИ отсутствуют. Также обеспечивается минимизация влияния нагретых ЭРИ на соседние ЭРИ и нагрев окружающего ЭРИ пространства. Все перечисленное обеспечивает минимизацию влияния теплового потока от нагретых ЭРИ на соседние ЭРИ, а также выделение тепла во внутренне пространство устройства.

Отличительные признаки полезной модели повышают эффективность отвода тепла, получаемого теплопроводящей стенкой от ЭРИ, в окружающее пространство и обеспечивают стабильность работы заявленной полезной модели при быстрых изменениях температуры окружающей среды или питающего напряжения. Таким образом, в отличие от прототипа, в заявленной полезной модели формируется тепловая картина, обеспечивающая максимальное отведение тепловой энергии во внешнее пространство и минимальное отведение тепла во внутреннее пространство устройства.

Испытания изготовленного опытного образца в условиях приборостроительного предприятия подтвердили работоспособность и стабильность работы применительно к изделиям, работающим в сложных климатических условиях повышенной влажности, вибрации, высокой температуры и т.п. В уровне техники не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемой полезной модели.

1. Устройство теплоотвода, содержащее теплопроводящую стенку, находящуюся в тепловом контакте с теплонагруженными электрорадиоэлементами (ЭРИ) и вкладыш, отличающееся тем, что теплопроводящая стенка выполнена с оребрением и имеет переменную толщину, наибольшую в месте контакта с теплонагруженными ЭРИ, на внутренней поверхности теплопроводящей стенки выполнено, по меньшей мере, одно углубление, в которое установлен, по меньшей мере, один вкладыш.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно на внешней поверхности теплопроводящей стенки выполнено, по меньшей мере, одно углубление, в которое установлена, по меньшей мере, одна вставка с ребрами охлаждения.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что вставка с ребрами охлаждения выполнена из неметаллического теплорассеивающего материала и имеет коэффициент теплопроводности, меньший по сравнению с коэффициентом теплопроводности материала теплопроводящей стенки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вкладыш выполнен из упругого неметаллического теплопроводящего материала с коэффициентом теплопроводности, меньшим по сравнению с коэффициентом теплопроводности материала теплопроводящей стенки.

5. Устройство по п.1 или 4, отличающееся тем, что высота вкладыша выполнена по размеру углубления.

6. Устройство по п.1 или 4, отличающееся тем, что высота вкладыша превышает размер углубления.