Радиатор для охлаждения полупроводниковых и микроэлектронных компонент

Полезная модель относится к системам охлаждения полупроводниковых и микроэлектронных компонент, а именно к радиаторам, осуществляющим теплообмен между корпусом устройства и охлаждающей средой. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности охлаждения миниатюрных полупроводниковых и микроэлектронных компонент за счет более эффективного использования всех теплопоглощающих частей поверхностей радиаторных пластин без увеличения их размеров. Поставленная задача достигается тем, что предложен радиатор для охлаждения полупроводниковых и микроэлектронных компонент, содержащий корпус с прорезями для крепления продольно ориентированных ребер, установленный на теплоотводящее основание в виде диска малой толщины, причем в продольно ориентированных ребрах выполнены отверстия, повторяющие фрактальную структуру ковра Серпинского. При этом теплоотводящее основание и продольно ориентированные ребра крепятся к теплоотводящему основанию, например, теплопроводящим клеем. Для увеличения площади охлаждения радиатора на поверхностях продольно ориентированных ребер могут быть выполнены поверхностные нанофрактальные структуры, например, методом лазерного микрофрезерования, которые можно покрыть углеродными нанотрубками или оксидом цинка.

Полезная модель относится к системам охлаждения полупроводниковых и микроэлектронных компонент, а именно к радиаторам, осуществляющим теплообмен между корпусом устройства и охлаждающей средой.

Для осуществления эффективного охлаждения устройств электронной техники необходимо соблюдение таких условий, как наличие радиатора из материала с высокой теплопроводностью, надежный тепловой контакт между радиатором и электронным устройством, большая площадь поверхности радиатора.

Известен радиатор для электронного компонента [патент РФ 2360381, МПК: H05K 7/20, H01L 23/34, 2008 г.], в котором множество параллельных радиаторных пластин соединены через теплопроводящие прокладки.

Недостатком данного устройства является невозможность прохождения воздуха в поперечном направлении, что уменьшает эффективность охлаждения.

Известен радиатор для светодиодной лампы [патент РФ 2460938, МПК: F21V 29/00, H01K 1/58, 2011 г.], где для повышения интенсивности теплообмена в теле ребра радиатора выполнен, по крайней мере, один сквозной канал, обеспечивающий прохождение воздуха в продольном направлении.

Недостатком данного устройства является недостаточное прохождение воздуха в поперечном направлении, что ухудшает охлаждение.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для отвода тепла от электронных элементов [патент РФ 2473143, МПК: G12B 15/06, H01L 23/3, H01b23/34, 2011 г.], который составлен из скрепленных друг с другом радиаторных пластин, связанных с основанием и образующих теплораспределительную поверхность, при этом для равномерного распределения тепловых потоков в теле каждой радиаторной пластины выполнены отверстия.

К недостаткам данного устройства можно отнести затруднительное прохождение воздуха в азимутальном направлении вследствие малых отверстий в теле радиаторной пластины по сравнению с размерами самой пластины; а также достаточно сложный процесс изготовления данного устройства, связанный с трудностью изготовления замковых креплений.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности охлаждения миниатюрных полупроводниковых и микроэлектронных компонент за счет более эффективного использования всех теплопоглощающих частей поверхностей радиаторных пластин без увеличения их размеров.

Технический результат заключается в осуществлении более эффективного охлаждения за счет повышения теплообмена с окружающей средой, что в свою очередь достигается путем увеличения площади радиатора, участвующей в теплообмене, а также за счет интенсификации проходящего по радиатору потока воздуха в азимутальном направлении и улучшения обдува в радиальном направлении. Также положительным результатом можно считать упрощение процесса изготовления и сборки радиатора.

Поставленная задача достигается тем, что предложен радиатор для охлаждения полупроводниковых и микроэлектронных компонент, содержащий корпус с прорезями для крепления продольно ориентированных ребер, установленный на теплоотводящем основании в виде диска малой толщины, причем в продольно ориентированных ребрах выполнены отверстия, повторяющие фрактальную структуру ковра Серпинского.

При этом теплоотводящее основание, корпус и продольно ориентированные ребра соединяются между собой, например, теплопроводящим клеем.

Для увеличения площади охлаждения радиатора на поверхностях продольно ориентированных ребер могут быть выполнены поверхностные нанофрактальные структуры, например, методом лазерного микрофрезерования, которые можно покрыть углеродными нанотрубками или оксидом цинка.

Полезная модель поясняется фигурами 1-6.

На фиг. 1 изображено теплоотводящее основание 1.

На фиг. 2 изображен корпус 2 с прорезями 3.

На фиг. 3 - продольно ориентированное ребро 4 с выполненной на нем отверстиями для прохождения воздуха в азимутальном направлении 5, повторяющими вид фрактальной фигуры ковра Серпинского.

На фиг. 4 изображена фрактальная фигура ковра Серпинского. Она образуется следующим образом. Исходный квадрат n=0 делится прямыми, параллельными его сторонам, на 9 равных квадратов. Из квадрата n=1 удаляется центральный квадрат. Получается множество, состоящее из 8 оставшихся квадратов "первого ранга". Поступая точно так же с каждым из квадратов первого ранга, можно получить множество n=2, состоящее из 64 квадратов второго ранга.

На фиг. 5 изображена конструкция радиатора. Позициями обозначены: 1 - теплоотводящее основание, 2 - корпус, 3 - прорезь для крепления продольно ориентированных ребер, 4 - продольно ориентированное ребро, 5 - отверстие для прохождения воздуха в азимутальном направлении.

На противоположную часть теплоотводящего основания 2 крепится охлаждаемый элемент. Поток охлаждающей рабочей среды, например воздух, проходя через отверстия продольно ориентированных ребер 5 радиатора, которые повторяют форму отверстий фрактальной структуры, выполненной в виде ковра Серпинского, образует отрывные вихревые зоны, интенсифицирующие теплообмен. Нагретый поток воздуха передается корпусу 2 и продольно ориентированным ребрам 4, закрепленным в прорезях 3, при этом в процессе прохождения по пластинам воздух закручивается на отверстиях 5. Дополнительное охлаждение прибора осуществляется за счет нанофрактальных структур, расположенных на поверхностях продольно ориентированных ребер.

В другом варианте устройства для интенсификации обдува и теплообмена продольно ориентированные ребра расположены с интервалом через одну прорезь, а свободные прорези служат для прохождения воздуха в радиальном направлении.

Таким образом, предлагаемая конструкция радиатора позволяет в результате интенсификации теплообмена с окружающей средой, за счет значительного увеличения площади контакта из-за выполненных пространственной и поверхностной нанофрактальных структур, увеличить отвод тепла от полупроводниковых и микроэлектронных компонент без увеличения внешних размеров радиатора. Это позволит повысить эффективность и долговечность электронного компонента.

1. Радиатор для полупроводниковых и микроэлектронных компонент, содержащий установленный на теплоотводящем основании корпус с прорезями для крепления продольно ориентированных рёбер, в которых выполнены сквозные отверстия для прохождения воздуха в азимутальном направлении, отличающийся тем, что сквозные отверстия в продольно ориентированных рёбрах имеют форму фрактальной структуры ковра Серпинского и на поверхностях этих ребер выполнены поверхностные нанофрактальные структуры.

2. Радиатор для полупроводниковых и микроэлектронных компонент по п. 1, отличающийся тем, что продольно ориентированные рёбра расположены с интервалом через одну прорезь.

3. Радиатор для полупроводниковых и микроэлектронных компонент по п. 1, отличающийся тем, что поверхностные нанофрактальные структуры выполнены в виде микроострий с плотностью упаковки 10⁴·10⁶ острий/см².

4. Радиатор для полупроводниковых и микроэлектронных компонент по любому из пп. 1 и 3, отличающийся тем, что поверхностные нанофрактальные структуры покрыты дополнительными нанофрактальными структурами, выполненными в виде углеродных нанотрубок.

5. Радиатор для полупроводниковых и микроэлектронных компонент по любому из пп. 1 и 3, отличающийся тем, что поверхностные нанофрактальные структуры покрыты дополнительными нанофрактальными структурами, выполненными в виде структур из оксида цинка.