РАДИАТОР Российский патент 2000 года по МПК H01L23/40 

Изобретение относится к радиатору для электронных конструктивных элементов, в частности к радиатору, монтируемому и присоединяемому на поверхности конструктивного элемента, который воспринимает тепло конструктивного элемента и выделяет его через охлаждающие поверхности. Подобный радиатор находится, как правило, в контакте с распределителем тепла (heat slug) конструктивного элемента.

Для надежного использования полупроводниковых конструктивных элементов является обязательным хороший теплоотвод. Для увеличения плотности мощности вместе с постоянно уменьшающимися размерами конструктивных элементов, а следовательно, увеличивающейся мощностью потерь требуются все более эффективные радиаторы. Они должны иметь хорошую теплопроводность для внутренней передачи тепла и большую поверхность для отвода тепла наружу. При этом передача мощности потерь происходит вначале от корпуса полупроводникового прибора через контактные площадки к радиатору. Внутри радиатора происходит распределение тепла через теплопроводность. Выделение тепла наружу происходит при этом посредством излучения или соответственно конвекции.

При все уменьшающихся охлаждающих поверхностях при одновременно более высокой отводимой мощности потерь, неровности подлежащих охлаждению поверхностей действуют неблагоприятно на теплопередачу от конструктивного элемента к радиатору. За счет использования теплопроводящих пленок эти неровности могут быть выравнены. Это, однако, означает повышенные расходы материала и расходы на обработку.

Из уровня техники известны самые различные формы выполнения радиаторов. Так, в немецкой выложенной заявке DE 4335299 предлагается радиатор для соединения с корпусом полупроводникового прибора, в котором две противоположные стороны являются соединяемыми с корпусом подобно скобкам. Радиатор имеет ребра охлаждения и контактные площадки, которые для теплопередачи находятся в контакте с электронным конструктивным элементом, в частности, с его верхней стороной.

Формы выполнения радиаторов известны, например, из немецкой выложенной заявки DE 2425723 или из японской патентной заявки N 64-231104.

Предложенные в уровне техники решения имеют такие недостатки, что они требуют слишком много места, являются слишком сложными или слишком ненадежными, так что их эффективность охлаждения, например, при сотрясении уменьшается или исчезает.

В основе изобретения лежит задача предоставления в распоряжение экономичного с точки зрения затрат, самоцентрирующегося, хорошо фиксированного и, несмотря на это, податливого радиатора с высокой способностью теплоотвода. Решение этой задачи происходит за счет признаков пункта 1 формулы изобретения.

Предпочтительные формы развития изобретения могут быть получены из зависимых пунктов формулы изобретения.

Изобретение основано на знании того, что путем пружинного, изогнутого в виде меандра из листовой полосы выполнения радиатора может быть получено оптимальное положение контактных площадок радиатора на распределителе тепла электронного конструктивного элемента после воздействия сил, так как радиатор находится под предварительным напряжением. Кроме того, плечи и лепестки в области контактных площадок радиатора обеспечивают эффективное центрирование или соответственно позиционирование относительно конструктивного элемента. Таким образом радиатор становится упругим и может подвергаться определенным механическим нагрузкам, однако снова занимает свое первоначальное положение так, что в любое время обеспечивается надежный отвод тепла. Потребность в площади радиатора в виде сверху только незначительно больше, чем площадь подлежащего охлаждению конструктивного элемента. Для согласования с мощностью теплоотвода радиатор может выполняться как угодно высоким. Соответствующее изобретению решение, что радиатор изготавливается из металлической полосы как штампованно-гнутая деталь и изгибается в виде меандра, дает возможность, насаживать контактные площадки на конструктивный элемент точно в соответствии с положением, создавать действующее за счет соответствующих изгибов предварительное напряжение так, что защелкивающееся соединение с его охлаждающими поверхностями подтягивает радиатор к конструктивному элементу, и что установленные для центрирования плечи и лепестки выполняются на полосе цельными, то есть соответствующим образом штампуются и гнутся.

В последующем пример выполнения изобретения описывается более подробно с помощью схематических фиг. 1 - 5.

Фиг. 1 - 3 показывают принцип монтажа радиатора. При этом радиатор согласно фиг. 1 находится в состоянии покоя, радиатор согласно фиг. 2 в насаженном, но не в готовом смонтированном состоянии, а радиатор согласно фиг. 3 в готовом смонтированном состоянии.

Фиг. 4 показывает детальное представление предусмотренного с обоих сторон на конструктивном элементе защелкивающегося соединения между радиатором и конструктивным элементом.

Фиг. 5 показывает вид радиатора снизу, причем учитываются скрытые части, как контактные площадки или носики.

На фиг. 1 - 3 представлен соответственно в виде сбоку электронный конструктивный элемент 9 с соответствующими электрическими выводами 13 вместе с расположенным над ним радиатором 1. Электронный конструктивный элемент 9 имеет так называемый распределитель тепла (heat slug). Последний может находиться на верхней стороне конструктивного элемента 9 на всей его поверхности или частично или также в краевых областях, то есть на боковых поверхностях конструктивного элемента 9 или соответственно иметь контакты наружу. Радиатор 1 изготовлен цельным со всеми видными на фиг. 1 - 3 элементами. Для этого в листовой полосе из латуни выштамповывают контуры плечей 6, лепестков 7 и носиков 10. При гибке радиатор 1 получает представленную меандрообразную форму. Плечи 6 и лепестки 7 соответственно верхнему контуру распределителя тепла 8 изгибают таким образом, что они служат для центрирования или соответственно позиционирования относительно распределителя тепла 8. Для самоцентрирования при насаживании радиатора 1 на конструктивный элемент плечи 6 на их концах соответственно отогнуты наружу по типу воронки. Лепестки 7 ограничивают боковую область прилегания радиатора 1 на конструктивном элементе 9. Для упрощения монтажа расстояние между лепестками 7 больше, чем корреспондирующая с ним ширина конструктивного элемента 9.

На фиг. 1 радиатор 1 еще не насажен на конструктивном элементе 9. Нижние дуги меандра 11 содержат в этой форме выполнения контактные площадки 2, которые должны прилегать к распределителю тепла 8. Форма меандра в этом случае представлена изгибами, которые лежат в области 90^o. Наружные из верхних дуг меандра, как представлено на фиг. 1, выполнены так, чтобы обеспечить самым простым образом при монтаже введение удерживающих сил F.

Остающееся после изготовления защелкивающегося соединения между радиатором 1 и конструктивным элементом 9 в радиаторе 1 напряжение обуславливает надежное удерживание и прижимание контактных площадок 2 к распределителю тепла 8.

С описанными выше, обусловленными соответствующими изгибами соотношениями, радиатор 1 посредством удерживающих сил F, которые воздействуют вертикально сверху, может быть насажен на конструктивный элемент или, соответственно, распределитель тепла 8. При этом вначале контактные площадки 2 прилегают частично или полностью к верхней стороне конструктивного элемента. За счет плечей 6 радиатор 1 центрируется или, соответственно, позиционируется относительно конструктивного элемента. Оба внешних элемента радиатора 1 прижимаются наружу за счет направляемых внутрь и вверх носиков 10. В состоянии согласно фиг. 2 радиатор 1 еще смонтирован не полностью.

Фиг. 3 показывает систему с полностью смонтированным на конструктивном элементе 9 радиатором 1. Контактные площадки 2 прилегают полностью на верхней стороне конструктивного элемента 9. Плечи 6 лежат на краю верхней части конструктивного элемента 9. За счет заскакивания носиков 10, например, в выемку конструктивного элемента 9 или распределителя тепла 8, радиатор 1 арретируется. Он остается при этом под предварительным напряжением. Таким образом контактные площадки надежно прижимаются к распределителю тепла 8.

Фиг. 4 показывает, как носик 10 входит, например в выемку электронного конструктивного элемента 9.

Фиг. 5 показывает вид радиатора снизу. Отогнутые наружу концы плечей 6 видны, так же как и лепестки 7. Контактные площадки 2 появляются в их контурах в виде прямоугольников. Продольное направление 5 радиатора 1 указано двойной стрелкой. Ширина латунной листовой полоски получается примерно из ширины конструктивного элемента 9, расстояния между конструктивным элементом и лепестком 7 и двойной ширины лепестков 7.

Путем конструктивного выполнения в виде меандра радиатор 1 имеет необходимую продольную упругость. Она является необходимой, чтобы монтировать его на конструктивном элементе 9. Плечи 6 радиатора центрируют его в любое время на конструктивном элементе 9. Кроме того, контактные площадки за счет этого центрирования позиционируются относительно контактных площадок распределителя тепла 8. Это справедливо как для монтажа, так и для повторного центрирования после воздействия внешних сил на радиатор в смонтированном состоянии.

Если радиатор 1 насажен, но еще не смонтирован через защелкивающееся соединение, то вначале прилегают одни внутренние кромки 3. Внешние кромки 4 контактных площадок 2 в этом состоянии имеют маленький зазор от распределителя тепла 8. За счет создания защелкивающегося соединения посредством носиков 10 радиатора внешние кромки 4 контактных площадок 2 радиатора 1 также притягиваются к распределителю тепла 8. Таким образом создается надежный контакт для теплоотвода.

Следующее преимущество радиатора заключаются в том, что он может предлагаться для монтажа самым различным образом. Это может производиться, например, в трубчатых магазинах, или в катушках, причем радиатор может выштамповываться непосредственно перед монтажом.

Другое преимущество заключается в том, что еще можно видеть или считывать код данных мощной интегральной схемы с поверхностным монтажом, когда радиатор находится на конструктивном элементе 9. Это является возможным вследствие меандрообразного выполнения радиатора 1. При этом надписи на конструктивном элементе и выполнение радиатора согласованы друг с другом таким образом, что надпись занимает положение между двумя дугами меандра 11.

Другое преимущество соответствующего изобретению радиатора заключается в его пригодности для автоматического монтажа и демонтажа. Радиатор может монтироваться и демонтироваться вручную, то есть без инструмента, поскольку силы удерживания являются относительно малыми.

Упругость радиатора 1 остается сохраненной, если он в смонтированном состоянии подвергается процессам термообработки. За счет относительно малых сил удерживания F, ни конструктивный элемент, ни его электрические выводные элементы 13 не повреждаются.

Коллизии с радиатором 1 не приводят сразу же к повреждению системы, так как радиатор вследствие своей упругости может уклоняться в сторону. Таким образом места пайки, которыми конструктивный элемент 9 закреплен, например на печатной плате, подвергаются меньшей нагрузке, чем если бы радиатор был наклеен или напаян.

Наряду с продольной упругостью в продольном направлении 5 радиатора 1 вследствие выполненных боковых лепестков 7 радиатор может лучше воспринимать или, соответственно, улавливать механические нагрузки, которые проходят поперек к продольному направлению 5.

Использование: в электронной технике. Сущность: представлен радиатор для электронных конструктивных элементов, который выполнен цельным в виде полоски из латунной фольги. Эта полоска изогнута в виде меандра, причем в области нижних дуг меандра контактные площадки расположены на распределителе тепла конструктивного элемента. Радиатор удерживается жестко на конструктивном элементе за счет созданного внутри предварительного напряжения в соединении с защелкивающимся соединением. Хотя радиатор обладает продольной упругостью также в смонтированном состоянии, его теплоотводящая функция постоянно сохраняется. Техническим результатом изобретения является создание радиатора самоцентрирующегося, хорошо фиксированного, с высокой способностью теплоотвода, а также экономичного с точки зрения затрат. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Радиатор для электронных конструктивных элементов с по меньшей мере одной контактной площадкой (2) для по меньшей мере частичного контактирования с распределителем тепла (8) конструктивного элемента (9) для теплоотвода наружу через охлаждающие поверхности радиатора (1), содержащий изогнутую в виде меандра металлическую полоску с нижними примыкающими к распределителю тепла (8) дугами меандра (11), которые содержат контактные площадки (2), и с противоположными верхними дугами меандра (12), которые направлены от распределителя тепла (8), причем на радиаторе (1) в области нижних дуг меандра (11) выполнены плечи (6) и лепестки (7) для позиционирования радиатора (1) относительно конструктивного элемента (9), которые согласованы с верхним контуром конструктивного элемента (9), оба конца изогнутого радиатора (1) снабжены предусмотренными для защелкивающегося соединения на конструктивном элементе (9) изогнутыми внутрь и вверх носиками (10) и концы проходят сбоку от конструктивного элемента (9) вниз до нижней кромки или выемки в конструктивном элементе (9) и при изготовленном защелкивающемся соединении радиатор (1) при одновременном самоцентрировании относительно конструктивного элемента (9) с контактными площадками (2) частично или полностью насажен на распределителе тепла (8), носики (10) в базированном смонтированном состоянии на нижней стороне конструктивного элемента (9) или распределителя тепла (8) или, соответственно, на нижней стороне выемки взаимодействуют с ней так, что
радиатор установлен благодаря выполнению внешних верхних дуг меандра при предварительном напряжении, обуславливающем обжатие контактных поверхностей на распределителе тепла (8) стабильно относительно отделения и сдвигов. 2. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде полоски из латунного листа. 3. Радиатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что используемая для изготовления радиатора (1) изогнутая в виде меандра полоска имеет изгибы примерно на 90^o.