ТЕПЛОПРОВОДНАЯ ПРОКЛАДКА Российский патент 2001 года по МПК H01L23/34 H01L23/36 

Изобретение относится к области теплорегулирования, в частности к теплоотводу приборов, и может быть использовано, например, для охлаждения полупроводниковых приборов и их элементов в наземных условиях в любой отрасли промышленности и в условиях невесомости на космических аппаратах.

Известно устройство для охлаждения плоских полупроводниковых элементов (США, патент N 3942586, 09.03.76 г.), выполненное в виде нескольких охлаждающих устройств, каждое из которых имеет две охлаждающие пластины. При этом в каждой пластине имеется длинная щель, в которую установлена часть трубки, частично заполненной испаряющейся рабочей жидкостью, трубка имеет ребра, которые омываются и охлаждаются продуваемым вентилятором потоком воздуха.

Также известно охлаждающее устройство (Франция, заявка N 2152652, 01.06.73 г.), состоящее из пластины с выемкой и плоской пластины. В образованном ими полом замкнутом объеме проходящие выступы разделяют объем на входной и выходной каналы, по которым протекает охлаждающая жидкость.

Недостатком вышеперечисленных аналогов является необходимость прокачки теплоносителя, что влечет за собой усложнение конструкции, нетехнологичность и ненадежность устройств, а также увеличение их массогабаритных характеристик.

Кроме того, известен теплоотвод (Великобритания, заявка N 2199775, 20.07.88 г.), выполненный из листового или ленточного анодированного алюминия, имеющий темный цвет, что улучшает теплоизлучение.

Недостатком такого технического решения является неполный теплосъем из-за неидеальной поверхности охлаждаемых приборов и соответственно неидеального контакта ее с алюминиевым теплоотводом.

В качестве ближайшего аналога выбран теплоотвод полупроводникового прибора (Франция, патент N 2038649, 1971 г.), состоящий из трех слоев, два из которых - металлосодержащие. Плоские поверхности двух металлосодержащих слоев, выполненных в виде элементов, изготовленных из молибдена, меди, серебра, вольфрама и т.д., соприкасаются с полупроводниковым прибором (ППП), размещенным между ними, а верхний элемент опирается на грани ППП. Средний слой выполнен в виде изолирующего материала (например, эпоксидной смолы).

Недостатками ближайшего аналога являются усложнение технологии, так как сборка теплоотвода производится при давлении, нагреве с учетом времени отверждения смолы, а также неполный теплосъем из-за неидеальной поверхности прибора и соответственно неидеального контакта ее с теплооотводом и ограничение использования ППП из-за возможного разного габарита последнего.

Задачей изобретения является создание теплопроводной прокладки, обеспечивающей увеличение теплосъема приборов в космических аппаратах (КА), в том числе, с приборов с шероховатой (неидеальной) поверхностью, обладающей теплопроводностью выше 0,7 Вт/м•К, при минимальной объемной массе (менее 0,2 г/см³), а также обеспечение возможности использования ее для любых типоразмеров и конфигураций ППП.

Этот технический результат в теплопроводной прокладке, включающей два внешних металлических слоя и клеящий слой, достигается тем, что в нее введены дополнительно слой из терморасширенного графита, два эластичных слоя и второй клеящий слой, при этом в середине расположен слой терморасширенного графита, с двух сторон которого нанесены клеящие слои, на каждый из которых уложен эластичный слой с напыленным на него с внешней стороны слоем металла.

Эластичные слои выполнены из полиэтилентерефталатной пленки, а металлические слои - из алюминия.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлен разрез теплопроводной прокладки, где:
1,7 - металлические слои;
2,6 - эластичный слой;
3,5 - клеящее вещество;
4 - слой из терморасширенного графита (ТРГ).

Теплопроводная прокладка представляет собой покрытие в виде нескольких слоев, из которых верхний 1 и нижний 7 выполнены в виде металлических слоев, а средний слой 4 - из терморасширенного графита (ТРГ). На поверхность контакта слоя из ТРГ 4 нанесены с обеих сторон слои из клеящего вещества 3, 5, а между клеящими слоями 3 и 5 и металлическими слоями 1 и 7 расположены эластичные слои 2 и 6.

Технология изготовления прокладки заключается в следующем. Создают заготовку из ТРГ путем прессования. Затем на эластичную ленту напыляют вакуумным путем металлические слои, например алюминий, после чего на ленту со стороны, противоположной металлическому слою, наносят клеящее вещество, например, марки АК-1, а затем наносят ее с обеих сторон заготовки из ТРГ методом накатки с помощью валика.

При изготовлении заготовки прокладки методом прессования из ТРГ в пресс-форме размером 300х300 мм - расход ТРГ для изготовления заготовки прокладки 0,7-1,0 мм составляет 40 г/м².

Предложенная теплопроводная прокладка позволяет обеспечить минимальную объемную массу: 0,13±0,02 г/см³, что на два порядка меньше, чем у прототипа (удельная плотность молибдена 10,2 г/см³, вольфрама 19,3 г/см³, меди 8,94 г/см³, серебра 10,5 г/см³).

Таким образом, прокладка обеспечивает увеличение теплосъема с приборов в КА, в том числе с приборов шероховатой (неидеальной) поверхностью за счет идеального контакта прокладки к прибору.

При изготовлении предложенной теплопроводной прокладки используются широко применяемые в промышленности материалы (ТРГ, ПЭТ, алюминий, клеящие вещества), что делает возможным ее изготовление легким.

Изобретение может использоваться для охлаждения полупроводниковых приборов и их элементов. Теплопроводная прокладка включает два внешних металлических слоя, два клеящих слоя, два эластичных слоя и слой из терморасширенного графита. Слой терморасширенного графита расположен в середине. С двух сторон этого слоя нанесены клеящие слои. На каждый клеящий слой уложен эластичный слой с напыленным на него с внешней стороны слоем металла. Такая теплопроводная прокладка позволяет обеспечить минимальную объемную массу и увеличение теплосъема с приборов с шероховатой поверхностью. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Теплопроводная прокладка, включающая два внешних металлических слоя и клеящий слой, отличающаяся тем, что в нее введены дополнительно слой из терморасширенного графита, два эластичных слоя и второй клеящий слой, при этом в середине расположен слой терморасширенного графита, с двух сторон которого нанесены клеящие слои, на каждый из которых уложен эластичный слой с напыленным на него с внешней стороны слоем металла. 2. Теплопроводная прокладка по п.1, отличающаяся тем, что эластичные слои выполнены из полиэтилентерефталатной пленки. 3. Теплопроводная прокладка по п.1, отличающаяся тем, что металлические слои выполнены из алюминия.