РАДИОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК H05K7/20 H01L25/04 

Изобретение относится к микроэлектронному оборудованию с высокой интегральной плотностью комплектующих компонентов и может быть использовано в системах охлаждения вычислительных машин с высоким быстродействием.

Известно радиоэлектронное устройство, включающее вертикально расположенные платы с полупроводниковыми кристаллами, охлаждаемые стекающей по ним пленкой диэлектрической жидкости. Это устройство [1] представляет собой герметичный контейнер, содержащий конденсатор в виде оребренных труб, резервуар постоянного уровня, выполняющий функции пленочного формирователя, платы с чипами и насос для перекачки жидкости в пленочный формирователь.

Необходимость использования насоса в этих системах обусловлена тем, что на нижнем ряде кристаллов число Рейнольдса пленки в отсутствие насоса может быть меньше определенной величины Re* из-за неравномерного распределения пленки по длине платы и возможности разрыва пленки при малых числах Re.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и большие габариты, обусловленные применением в нем конденсатора из оребренных труб, бака постоянного уровня и водяного насоса.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является выбранное в качестве прототипа радиоэлектронное устройство с охлаждаемыми вертикальными платами [2] содержащее конденсатор в виде оребренных труб и коллекторы конденсата, расположенные в верхней части охлаждаемых плат и формирующие на их поверхности пленку охлаждающей жидкости.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, большие габариты, неэффективное использование конденсата (часть которого не попадает в коллекторы) и низкая скорость стекания охлаждающей пленки жидкости.

Цель изобретения уменьшение веса, габаритов и упрощение конструкции устройства охлаждения.

Цель достигается тем, что в радиоэлектронном устройстве функции конденсатора и пленочного формирователя выполняют охлаждаемые крышка и верхняя часть вертикальных стенок герметичного контейнера. Монтажные платы с полупроводниковыми кристаллами расположены на нижних участках вертикальных стенок контейнера, по которым стекает охлаждающая пленка жидкости. Для обеспечения заданного числа Рейнольдса на нижнем ряде кристаллов используются нагреватели, которые расположены на дне и у нижнего основания вертикальных стенок внутри контейнера и погружены в диэлектрическую жидкость. Дополнительное количество пара, образующегося на нагревателях, конденсируется в верхней части контейнера и увеличивает на необходимую величину число Рейнольдса потока пленки.

На чертеже изображен вариант радиоэлектронного устройства.

Устройство содержит герметичный контейнер, состоящий из вертикальных стенок 1, 2, на внутренних поверхностях которых расположены монтажные платы 3 с охлаждаемыми полупроводниковыми кристаллами, конденсатор 4, выполненный в виде крышки, верхней части вертикальных стенок контейнера, имеющих внутренние полости для циркуляции охлаждающей жидкости, трубопровод 5 для подачи охлаждающей жидкости конденсатора, дно 6, к которому подведен трубопровод 7 для подачи диэлектрической жидкости, нагреватели 8, расположенные у нижнего основания вертикальных стенок и на дне 6 контейнера и погруженные в диэлектрическую жидкость.

Устройство работает следующим образом.

Через трубопроводы 7 контейнер заполняется диэлектрической жидкостью так, чтобы нагреватели 8 были полностью в нее погружены, а все кристаллы 3 находились над уровнем жидкости. После включения нагревателей 8 происходит закипание диэлектрической жидкости, конденсация ее паров на стенках конденсатора 4 и формирование там же пленки жидкости, которая стекает по вертикальным стенкам контейнера, охлаждая полупроводниковые кристаллы и частично испаряясь на них. Нагреватели поддерживают такую интенсивность испарения жидкости, при которой число Рейнольдса стекающей пленки соответствует Re*, необходимому для поддержания достаточной величины теплообмена на нижнем ряде полупроводниковых кристаллов. Кристаллы включаются с некоторой задержкой (несколько секунд), достаточной для формирования пленки жидкости.

Второй вариант исполнения устройства отличается от первого тем, что в диэлектрической жидкости затоплены не только нагреватели, но и часть полупроводниковых кристаллов. Это позволяет использовать теплоту, выделяемую затопленными кристаллами, для поддержания достаточной интенсивности кипения диэлектрической жидкости и в определенный момент отключить нагреватели.

Радиоэлектронное устройство может быть использовано, учитывая его компактность и простоту обслуживания, в конструкциях суперкомпьютеров и другой радиоэлектронной техники.

Использование: изобретение относится к микроэлектронному оборудованию с высокой интегральной плотностью комплектующих компонентов и может быть использовано в системах охлаждения вычислительных машин с высоким быстродействием. Сущность изобретения: с целью уменьшения веса, габаритов и упрощения конструкции устройство выполнено в виде герметичного контейнера, состоящего из вертикальных стенок, на внутренних поверхностях которых расположены монтажные платы с охлаждаемыми полупроводниковыми кристаллами, конденсатора, выполненного в виде охлаждаемых крышки и верхней части вертикальных стенок контейнера, трубопровода для подачи охлаждающей жидкости конденсатора, дна, к которому подведен трубопровод для подачи диэлектрической жидкости. У нижнего основания вертикальных стенок и дна контейнера расположены нагреватели, погруженные в диэлектрическую жидкость. После включения нагревателей происходит закипание диэлектрической жидкости, компенсация ее паров и формирование пленки, которая стекает по вертикальным стенкам контейнера, охлаждая полупроводниковые кристаллы. 1 з.п. ф лы, 1 ил.

1. РАДИОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее герметичный контейнер, рабочий объем которого образован соединенными между собой дном и боковыми стенками и который частично заполнен диэлектрической жидкостью, монтажные платы с полупроводниковыми кристаллами, установленные в рабочем объеме герметичного контейнера в параллельных плоскостях выше уровня диэлектрической жидкости, и конденсатор, размещенный над монтажными платами, отличающийся тем, что герметичный контейнер снабжен нагревателями, которые расположены на его дне у нижних оснований его боковых стенок, а конденсатор выполнен в виде полой крышки и полых верхних частей боковых стенок герметичного контейнера, полости которых сообщены между собой и соединены с системой подачи и циркуляции охлаждающей жидкости. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что монтажные платы частично утоплены в диэлектрической жидкости.