Устройство отвода тепла от тепловыделяющих объектов

Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована для обеспечения эффективного отвода тепла тепловыделяющих объектов, например, от электронных компонентов, установленных на единой печатной плате в электронном модуле. Устройство содержит принимающий и отводящий тепло элемент, выполненный в виде пластины из теплопроводного материала, которая имеет утилизирующую поверхность, выделяющую тепло в окружающую среду, и теплопринимающую поверхность, прилегающую к тепловыделяющему объекту, на которой установлен тепловыделяющий объект, причем, пластина из теплопроводного материала выполнена из соединенных эпоксидным клеем или углеродных лент, или углеродных нитей, или углеродных волокон, или пучков углеродных волокон из пекового прекурсора, уложенных вплотную в направлении от теплопринимающей поверхности к утилизирующей поверхности из пекового прекурсора, уложенных вплотную в направлении от теплопринимающей поверхности к утилизирующей поверхности. 2 з.п.ф., 2 ил.

Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована для обеспечения эффективного отвода тепла тепловыделяющих объектов, например, от электронных компонентов, установленных на единой печатной плате в электронном модуле.

Известно устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов, установленных в электронном модуле [RU 2350055, H05K 7/20, 20.03.2009], в котором в качестве теплоотвода применены изогнутые медные пластины, имеющие три участка, установленные в разных плоскостях модуля так, что первые участки медных пластин установлены на базовую плоскость и могут использоваться как присоединительные выводы, вторые участки медных пластин присоединены к металлизированным плоскостям подложки, третьи участки медных пластин припаяны к основаниям тепловыделяющих приборов, причем, форма и толщина медных пластин выбираются исходя из требований к жесткости конструкции, плотности тока, протекающего через приборы, максимально допустимого теплового сопротивления теплоотвода, рассеивающим избыточное тепло непосредственно и/или с помощью прижима дополнительных радиаторных элементов.

Недостатком этого устройства является, во-первых, необходимость прижима к устройству дополнительных радиаторов, что не всегда возможно с конструктивной точки зрения и не обеспечивает эффективный отвод тепла от прибора, во-вторых, невозможность обеспечить низкие тепловые сопротивления для нескольких теплонагруженных приборов одновременно, что диктуется требованиями к жесткости конструкции теплоотвода и, в-третьих, данное устройство не применимо для отвода тепла от множества интегральных схем, имеющих матричные или шариковые выводы корпуса и установленных на одной печатной плате.

Известно также устройство для отвода тепла от теплонагруженного электронного компонента с планарными выводами, размещенного на печатной плате [RU 2105441, H05K 7/20, 20.02.1998], в котором теплоотводящее основание корпуса компонента прижато к теплопроводному корпусу блока, при этом, планарные выводы корпуса компонента отогнуты под прямым углом в сторону противоположную теплоотводящему основанию его корпуса, что позволяет за счет пружинящих свойств выводов корпуса компонента обеспечивать плотный тепловой контакт между корпусом блока и корпусом компонента одновременно для нескольких теплонагруженных компонентов.

Недостатком этого устройства является относительно узкие функциональные возможности, обусловливающее его ограниченное применение, поскольку оно пригодно только для рассматриваемой конкретной конструкции блока и отсутствует возможность его использования для интегральных микросхем с корпусами, установленных на одной печатной плате и имеющих матричные и шариковые выводы.

Известно также конструктивное решение для конвективного охлаждения лазерного диода с теплообменником, вынесенным на крышку модуля [Николаенко Ю.Е., Жук С.К., Батуркин В.М., Олефиренко Д.Н. Моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей // Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2001, 2. с. 31-36], в котором использован теплопровод, передающий тепловой поток от лазерного диода к теплообменнику, представляющий собой жгут медных волокон диаметром 3070 мкм.

Недостатком такого конструктивного решения является относительно узкие функциональные возможности, обусловливающее его ограниченное применение, поскольку оно создано для охлаждения конкретного электронного прибора - лазерного диода с теплообменником, вынесенным на крышку модуля. Это ограничивает возможность использования его для других конструкций.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является устройство охлаждения и отвода тепла от компонентов электронных систем [RU 117056, U1, H05K 7/20, G12B 15/06, G06F 1/20, 10.06.2012], состоящее из принимающего и отводящего тепло элементов от электронных компонентов и конструкции теплостока, установленных на печатной плате электронной системы, причем, принимающий и отводящий тепло элементы выполнены в виде двух пластин из высокотеплопроводных материалов, одна из которых закреплена на корпусе электронного компонента, а другая - на конструкции теплостока, при этом, пластины соединены между собой посредством гибких высокотеплопроводных звеньев для обеспечения степени подвижности во всех направлениях, а гибкие звенья и выполнены многожильными в виде пучка из волокон меди, или графита, или графена, а альтернативно - в виде гофра из пластин меди, или графита, или графена.

Недостатком наиболее близкого технического решения является недостаточная эффективность охлаждения и отвода тепла от компонентов электронных систем, обусловленная тем, что тепловая энергия, выделяемая компонентами электронных систем, установленных на печатной плате, принимается одной из пластин и отводится в теплосток к другой пластине, которая соединены с первой посредством гибких высокотеплопроводных звеньев, не обладающих высокой теплопередачей, как и обе пластины.

Кроме того, наиболее близкое техническое решение обладает относительно высокой сложностью, что обусловлено использованием двух пластин, соединенных гибкими звеньями.

Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении эффективности теплоотвода и упрощении устройства.

Требуемый технический результат заключается в повышении эффективности теплоотвода и упрощении устройства.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройстве для отвода тепла от тепловыделяющих объектов, содержащем принимающий и отводящий тепло элемент, выполненный в виде пластины из теплопроводного материала, которая имеет утилизирующую поверхность, выделяющую тепло в окружающую среду, и теплопринимающую поверхность, прилегающую к тепловыделяющему объекту, согласно полезной модели, пластина из теплопроводного материала выполнена из соединенных эпоксидным клеем или углеродных лент, или углеродных нитей, или углеродных волокон, или пучков углеродных волокон из пекового прекурсора, уложенных вплотную в направлении от теплопринимающей поверхности к утилизирующей поверхности.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что углеродные ленты, или углеродные нити, или углеродные волокна, или пучки углеродных волокон из пекового прекурсора уложены вплотную в виде прилегающих друг к другу витков.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, пластина из теплопроводного материала выполнена из двух соединенных эпоксидным клеем или углеродных лент, или углеродных нитей, или углеродных волокон, или пучков углеродных волокон из пекового прекурсора, уложенных вплотную в перпендикулярных плоскостях в виде прилегающих друг к другу витков.

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - устройство отвода тепла от тепловыделяющих объектов в виде примера его соединения с тепловыделяющим объектом;

на фиг. 2 - пример укладки углеродных волокон и/или жгутов углеродных волокон в виде прилегающих друг к другу витков.

Устройство отвода тепла от тепловыделяющих объектов соединения, представленное с комплексе с тепловыделяющим объектом (фиг.1) содержит принимающий и отводящий тепло элемент, выполненный в виде пластины 1 из теплопроводного материала, которая имеет утилизирующую поверхность 2, выделяющую тепло в окружающую среду, и теплопринимающую поверхность 3, прилегающую к тепловыделяющему объекту 4, причем, пластина 1 из теплопроводного материала выполнена из соединенных эпоксидным клеем углеродных лент 5 (или углеродных нитей, или углеродных волокон, или пучков углеродных волокон) из пекового прекурсора, уложенных вплотную в направлении от теплопринимающей поверхности 3 к утилизирующей поверхности 2.

Используется устройство отвода тепла от тепловыделяющих объектов следующим образом.

Тепло от тепловыделяющего объекта 3 поступает на теплопринимающую поверхность 3 пластины 1, выполняющей функции принимающего и отводящего тепло элемента. Тепло по углеродным лентам 5 (или углеродным нитям, или углеродным волокнам, или пучкам углеродных волокон) из пекового прекурсора, уложенных вплотную в направлении от теплопринимающей поверхности 3, отводится к утилизирующей поверхности 2.

Важным является направление углеродных лент, или углеродных нитей, или углеродных волокон, или пучков углеродных волокон из пекового прекурсора. Как показано в [К.В. Михайловский и др. Разработка высокотеплопроводных полимерных композиционных материалов для космических конструкций. ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2012] теплопроводность волокон и/или жгутов углеродных волокон из пекового прекурсора вдоль оси волокна практически на порядок превышает теплопроводность поперек оси волокна и при определенных условиях составляет, например, 400-800 Вт/мК. Поэтому в предложенной конструкции пластины 1, выполняющей функции принимающего и отводящего тепло элемента, выбрано наиболее эффективное направление волокон, в том числе и в лентах, что позволяет успешно отводить тепло.

Для повышения технологичности изготовления пластины 1 при несущественном ухудшении теплопроводности платины 1 углеродные ленты, или углеродные нити, или углеродные волокна, или пучки углеродных волокон из пекового прекурсора можно укладывать вплотную в виде прилегающих друг к другу витков (фиг. 2). А в случае возможных механических воздействий в процессе эксплуатации на пластину 1 ее существенное повышение прочности достигается путем укладки витками двух углеродных лент (или углеродных нитей, или углеродных волокон, или пучков углеродных волокон) из пекового прекурсора, когда витки одной из которых укладываются в плоскости, перпендикулярной плоскости укладки витков другй и осуществляя, тем самым переплет витков в разных направлениях (на фиг. 2 стрелками показаны перпендикулярные направления укладки).

Таким образом, благодаря тому, что, пластина из теплопроводного материала выполнена из соединенных эпоксидным клеем или углеродных лент, или углеродных нитей, или углеродных волокон, или пучков углеродных волокон из пекового прекурсора, уложенных вплотную в направлении от теплопринимающей поверхности к утилизирующей поверхности, достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении эффективности теплоотвода и упрощении устройства.

1. Устройство отвода тепла от тепловыделяющих объектов, содержащее принимающий и отводящий тепло элемент, выполненный в виде пластины из теплопроводного материала, которая имеет утилизирующую поверхность, выделяющую тепло в окружающую среду, и теплопринимающую поверхность, прилегающую к тепловыделяющему объекту, отличающееся тем, что пластина из теплопроводного материала выполнена из соединенных эпоксидным клеем углеродных лент из пекового прекурсора, уложенных вплотную в направлении от теплопринимающей поверхности к утилизирующей поверхности.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что углеродные ленты из пекового прекурсора уложены вплотную в виде прилегающих друг к другу витков.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пластина из теплопроводного материала выполнена из двух углеродных лент из пекового прекурсора, уложенных вплотную в перпендикулярных плоскостях в виде прилегающих друг к другу витков.