СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ КОМПОНЕНТОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2019 года по МПК G06F1/02 H05K7/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Заявленное техническое решение относится к средствам охлаждения и может быть использовано в электронно-вычислительных устройствах с высоким тепловыделением, в частности, для охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих компонентов, таких как компьютерный процессор.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов, размещенных на печатной плате (патент RU173259, 21.08.2017). Известное устройство содержит радиатор с печатной платой, выполненный с возможностью крепления на нем тепловыделяющих компонентов, в радиаторе выполнено сквозное отверстие, вставку, впрессованную в радиатор, и винт из высокотеплопроводного материала с резьбой, который вкручивается в отверстие вставки или в отверстие радиатора, а сквозное отверстие радиатора или вставки выполнено с резьбой.

Недостатками известного устройства является недостаточная эффективность отвода тепла, а также технологическая сложность предотвращения самоотвинчивания и невозможность отвода тепла с одновременным обеспечением гальванической изоляции корпуса прибора или радиатора от охлаждаемого компонента.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения существующей технической проблемы в части повышения эффективности охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих компонентов, предлагается применять теплоотводящие системы, содержащие составные теплоотводящие вставки, выполненные из материала с высокой теплопроводностью.

Достигаемый технический результат заключается в повышении эффективности отвода тепла, за счет интенсификации теплообмена при применении нескольких теплоотводящих элементов в виде вставок.

Дополнительно также обеспечивается повышение надежности устройства, за счет Обеспечения самостопорения резьбового соединения.

Технический результат достигается за счет системы охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих компонентов, которая содержит тепловыделяющий элемент, и теплоотводящую платформу, причем платформа содержит по меньшей мере одно отверстие, в которое установлены по меньшей мере две резьбовые вставки из теплопроводящего материала, причем нижняя вставка установлена с обеспечением плотного контакта с тепловыделяющим элементом, а следующая вставка установлена с обеспечением плотного контакта с нижней вставкой.

В одном из примеров реализации технического решения резьба и контактирующая поверхность каждой из вставок содержит слой теплопроводящей пасты.

В другом примере реализации технического решения вставки выполняются из меди, серебра, или сплавов алюминия.

В другом примере реализации технического решения количество витков резьбы вставок выбирается от 3 до 5.

В другом примере реализации технического решения во вставках выполняется по меньшей мере одно технологическое отверстие или выемка.

Во втором варианте предпочтительной реализации технического решения для достижения заявленного технического результата, представлена система охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих компонентов, содержащая тепловыделяющий элемент, и теплоотводящую платформу, причем платформа содержит по меньшей мере одно отверстие, в которое установлены по меньшей мере три вставки из теплопроводящего материала, причем первая вставка установлена с обеспечением плотного контакта с тепловыделяющим элементом и гальванически изолирована от других вставок с помощью теплопроводящего компаунда, вторая вставка выполняется резьбовой и установлена с контактом с первой вставкой через упомянутый слой теплопроводящего компаунда, третья вставка выполняется резьбовой и установлена до достижения плотного контакта со второй вставкой.

В одном из примеров реализации технического решения резьба и контактирующая поверхность второй и третьей вставок содержит слой теплопроводящей пасты.

В другом примере реализации технического решения вставки выполняются из металлов и/или сплавов с высокой теплопроводностью, в частности, серебра, меди, или сплавов алюминия.

В другом примере реализации технического решения первая вставка выполняются из материала с большей теплопроводностью, чем последующие вставки.

В другом примере реализации технического решения количество витков резьбы второй и третьей вставок выбирается от 3 до 5.

В другом примере реализации технического решения во второй и третьей вставках выполняется технологическое отверстие или выемка.

В другом примере реализации технического решения вторая вставка содержит приемный паз для первой вставки.

В другом примере реализации технического решения первая вставка выполняется толщиной от 1/3 до 3/4 толщины второй вставки.

В другом примере реализации технического решения слой теплопроводящего компаунда представляет собой теплопроводящую резину или теплопроводящий клей.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 иллюстрирует первый вариант охлаждающей системы.

Фиг. 2 иллюстрирует пример определения диаметра вставок.

Фиг. 3 иллюстрирует второй вариант охлаждающей системы.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг. 1 представлен первый вариант реализации заявленной системы (10). Даная конструкция, в частности, может использоваться для тепловыделяющих элементов (11), электрически изолированных от цепей питания. Система (10) содержит теплораспределяющая платформу (12), выполненную, например, из алюминиевого сплава или иного типа материала, обладающего высокими показателями теплопроводности.

В платформе (12) выполняется одно или более отверстий для установки комплекта вставок (13, 14). Первая вставка (13) (нижняя вставка) устанавливается до плотного контакта с тепловыделяющим элементом (11). За счет этого достигается компенсация разброса тепловыделяющих элементов по высоте.

Вторая вставка (14) устанавливается с обеспечением плотного контакта с первой (нижней) вставкой (13). Вставки (13, 14) выполняются резьбовыми из теплопроводящего материала, например, меди, серебра, сплавов алюминия и т.п. Количество витков по высоте каждой из вставок (13, 14), предпочтительно, выбирается от трех до пяти.

Таким образом, за счет конструкции системы (10), содержащей две и более вставок (13, 14), установленных указанным образом, достигается выборка зазора в резьбе вставок (13, 14), что обеспечивает улучшение передачи тепла от вставок (13, 14) к платформе (12) и обеспечивается самоторможение пакета вставок, что способствует увеличению надежности функционирования устройства, и сохраняет ремонтопригодность изделия в целом.

Предпочтение следует отдавать максимальному шагу резьбы для выбранного диаметра D вставок (13, 14). Предпочтительно вставки выполняются одинаковыми. Выбор диаметра D осуществляется с запасом не менее 10% от максимального охватываемого размера L тепловыделяющего элемента (11), как это представлено на Фиг. 2.

Предпочтительно также, чтобы контактирующая поверхность каждой из вставок (13, 14) содержала слой теплопроводящей пасты, что позволяет снизить термосопротивление перехода между вставками (13, 14) и улучшает отвод тепла от вставок (13, 14) к платформе (12). Также, для удобства монтажа вставок (13, 14), в них может выполняться одно или несколько технологических отверстий или выемка (15).

На Фиг. 2 представлена конструкция второй системы (20) охлаждения. Система (20), предпочтительно, применяется для тепловыделяющих элементов (21) электрически не изолированных от цепей питания. Система (20) охлаждения содержит теплоотводящую платформу (22), в которой выполняется отверстие, содержащее как минимум пакет из трех вставок (23, 24, 25). Первая (нижняя) вставка (23) контактирует с тепловыделяющим элементов (21) и устанавливается до плотного контакта с ним. Нижняя вставка (23) выполняется преимущественно цилиндрической формы без внешней резьбы. Нижняя вставка (23) в системе (20) гальванически изолирована от других вставок (24, 25) с помощью теплопроводящего компаунда (26), например, с помощью теплопроводящей резины или теплопроводящего клея.

Вторая (24) и третья вставки (25) выполняются резьбовыми. Для предотвращения смещения первой вставки (23), увеличения площади передачи тепла через компаунд (26) и развития длины резьбы, во второй вставке (24) может быть выполнен паз, в который укладывается первая вставка (23). Третья вставка (25) выполняется резьбовой, аналогично конструкции вставок в системе (10). Количество витков резьбы второй (24) и третьей (25) вставок выбирается от трех до пяти.

Предпочтительно, чтобы резьба и контактирующая поверхность второй (24) и третьей (25) вставок содержали слой теплопроводящей пасты. Вставки (23, 24, 25) в системе (20) выполняются из металлов и/или сплавов с высокой теплопроводностью, в частности, серебра, меди, или сплавов алюминия. Причем, каждая из вставок (23, 24, 25) может выполняться из различного типа материала, при этом в данном случае предпочтительно изготавливать первую вставку (23) из материала с большей теплопроводностью, чем последующие вставки (24, 25).

Для удобства монтажа системы (20) во второй (24) и третьей (25) вставках может выполняться технологическое отверстие или выемка (27). Вставки (23, 24, 25) могут выполняться различной толщины. Предпочтительно, чтобы толщина первой вставки (23) составляла от 1/3 до 3/4 толщины второй вставки (24).

Изобретение относится к средствам охлаждения и может быть использовано в электронно-вычислительных устройствах с высоким тепловыделением, в частности, для охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих компонентов. Достигаемый технический результат заключается в повышении эффективности отвода тепла за счет интенсификации теплообмена при применении нескольких теплоотводящих элементов в виде вставок. Технический результат достигается за счет системы охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих компонентов, которая содержит тепловыделяющий элемент и теплоотводящую платформу, причем платформа содержит по меньшей мере одно отверстие, в которое установлены по меньшей мере две резьбовые вставки из теплопроводящего материала, причем нижняя вставка установлена с обеспечением плотного контакта с тепловыделяющим элементом, а следующая вставка установлена с обеспечением плотного контакта с нижней вставкой. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих компонентов, содержащая тепловыделяющий элемент и теплоотводящую платформу, отличающаяся тем, что платформа содержит по меньшей мере одно отверстие, в которое установлены по меньшей мере две резьбовые вставки из теплопроводящего материала, причем нижняя вставка установлена с обеспечением плотного контакта с тепловыделяющим элементом, а следующая вставка установлена с обеспечением плотного контакта с нижней вставкой.

2. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что резьба и контактирующая поверхность каждой из вставок содержат слой теплопроводящей пасты.

3. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что вставки выполняются из меди, серебра, сплавов алюминия.

4. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что количество витков резьбы вставок выбирается от 3 до 5.

5. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что во вставках выполняется по меньшей мере одно технологическое отверстие или выемка.

6. Система охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих компонентов, содержащая тепловыделяющий элемент и теплоотводящую платформу, отличающаяся тем, что платформа содержит по меньшей мере одно отверстие, в которое установлены по меньшей мере три вставки из теплопроводящего материала, причем первая вставка установлена с обеспечением плотного контакта с тепловыделяющим элементом и гальванически изолирована от других вставок с помощью теплопроводящего компаунда, вторая вставка выполняется резьбовой и установлена с контактом с первой вставкой через упомянутый слой теплопроводящего компаунда, третья вставка выполняется резьбовой и установлена до достижения плотного контакта со второй вставкой.

7. Система по п. 6, характеризующаяся тем, что резьба и контактирующая поверхность второй и третьей вставок содержат слой теплопроводящей пасты.

8. Система по п. 6, характеризующаяся тем, что вставки выполняются из металлов и/или сплавов с высокой теплопроводностью, в частности серебра, меди, или сплавов алюминия.

9. Система по п. 8, характеризующаяся тем, что первая вставка выполняется из материала с большей теплопроводностью, чем последующие вставки.

10. Система по п. 6, характеризующаяся тем, что количество витков резьбы второй и третьей вставок выбирается от 3 до 5.

11. Система по п. 6, характеризующаяся тем, что во второй и третьей вставках выполняется технологическое отверстие или выемка.

12. Система по п. 6, характеризующаяся тем, что вторая вставка содержит приемный паз для первой вставки.

13. Система по п. 6, характеризующаяся тем, что первая вставка выполняется толщиной от 1/3 до 3/4 толщины второй вставки.

14. Система по п. 6, характеризующаяся тем, что слой теплопроводящего компаунда представляет собой теплопроводящую резину или теплопроводящий клей.