СИСТЕМА КОНДУКТИВНОГО ТЕПЛООТВОДА ОТ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ СТЕКОВОГО ФОРМ-ФАКТОРА ДЛЯ КОРПУСНЫХ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОНИКИ Российский патент 2020 года по МПК H05K7/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Устройство относится к электронной технике и предназначено для обеспечения отвода тепловой энергии от тепловыделяющих компонентов элементов корпусных радиоэлектронных изделий - от электронных модулей, выполненных в формате стекового форм-фактора.

Уровень техники

Из уровня техники известна система отвода тепла, реализованная путем изготовления индивидуальных секций корпуса (например, см. каталог продукции компании RTD Embedded Technologies, Inc. «2015 Q1 Product Guide», 2015, стр. 13, 20, 21, http://www.rtd.com/catalog/RTD_Product_Catalog.pdf). Данная система в каталоге именуется как Advanced heat transportation technology и применима для стековых модулей, подключаемых без объединительной платы непосредственно друг к другу через разъемы расширения. Принцип теплоотвода в такой системе заключается в том, что для каждого модуля отдельно изготавливается из металла, преимущественно из алюминия, рамка-каркас ("frame") определенной высоты, обрамляющая электронный модуль. Каждая из таких рамок одновременно выполняет роль составной части (секции) корпуса всего изделия. С внешней стороны каждая из указанных рамок может иметь ребрение, способствующее более эффективному теплоотводу. С внутренней стороны каждой рамки крепится электронный модуль за монтажные отверстия. Крепление осуществляется таким образом, что бы тепловыделяющие компоненты прилегали к рамке. Так как рамка выполняется из алюминия, а его теплопроводность заметно ниже теплопроводности меди, то между тепловыделяющими компонентами модуля, которые обычно находятся в центре, и внутренней стенкой рамки для повышения эффективности теплоотвода крепится одна или несколько тепловых трубок, как правило, выполненных из меди и заполненных специальным теплоносителем. Расположение тепловых трубок на внутренней площади каждой рамки, равно как и габариты (высота) самой рамки, определяются особенностями электронного модуля, устанавливаемого в такую рамку. Так как данная рамка является элементом корпуса, то снаружи она окрашивается или обрабатывается согласно требованиям на корпус. Все модули, даже если не требуется теплоотвод, устанавливаются каждый в свою рамку, что бы их можно было соединить друг с другом в стек (единую системную группу). Далее стек рамок с установленными в них электронными модулями закрывается с двух сторон крышками и стягиваются четырьмя длинными шпильками через отверстия в углах рамок, что обеспечивает монолитную конструкцию корпуса изделия.

Отвод тепла от модуля в такой системе осуществляется на боковые стенки корпуса изделия через алюминиевые части рамки и тепловые трубки, за счет плотного их контакта с тепловыделяющими элементами установленного в рамку электронного модуля.

Общими для заявленного технического решения и указанного устройства являются материалы, применяемые для изготовления элементов, а также наличие элемента, осуществляющего транспортировку тепла от тепловыделяющих элементов электронного модуля на боковую стенку корпуса изделия.

Недостатком данной системы является необходимость изготовления под каждый модуль своей рамки - части корпуса изделия, конструкция которой обусловлена особенностями устанавливаемого в нее модуля. Это исключает возможность применения в системе типового образца продукции без принятия специальных мер по его интеграции в систему (изготовления индивидуального элемента корпуса).

Кроме того, каждый элемент корпуса - рамка, является технологически сложным в изготовлении, т.к. требует значительных по объему фрезеровочных работ, что негативно сказывается на стоимости изделия.

Так же минусом такой системы является возможность вывода интерфейсов от модуля лишь на боковые стенки корпуса, где должны крепиться интерфейсные разъемы, а вывод на верхнюю крышку невозможен, т.к. пространство для подключения и прокладки интерфейсных кабелей на верхнюю крышку корпуса, расположенную над стеком, недоступно при сборе всех секций корпуса.

Таким образом, применение такой системы теплоотвода в изделии снижает его технологичность и негативно влияет на его стоимость.

Из уровня техники известно устройство, в котором кондуктивный отвод тепла, реализуется через теплораспределяющую пластину, выполненную из теплопроводящего материала (алюминий) и выполняющую функцию монтажной платформы для системы электронных стековых модулей (например, см. Diamond Systems Corporation «Conduction Cooled Single Board Computers», http://www.diamondsystems.com/aboutus/conductioncooled.php). Указанная пластина крепится к нижней стороне печатной платы электронного модуля, лежащего в основании стека модулей, прилегая своей верхней поверхностью к тепловыделяющим компонентам данного модуля. Поскольку теплораспределяющая пластина выполняет в такой системе (стеке) модулей функцию монтажной платформы, то за счет ее фиксации на нижней стенке корпуса изделия обеспечивается плотный контакт пластины по всей площади ее нижней поверхности с нижней стенкой корпуса. Данный контакт обеспечивает отвод тепловой энергии, накопившейся на пластине, на стенку корпуса. Накопление же тепла на самой пластине обеспечивается за счет того, что она выполнена из материала, обладающего значительно большей теплоемкостью, нежели материалы, из которых выполняются тепловыделяющие элементы электронного модуля.

Общим для заявленного технического решения и указанного устройства является задействование в процессе теплоотвода корпуса изделия, применение теплораспределяющей пластины, крепящейся к электронному модулю в стеке и обеспечивающей транспортировку выделяемой модулем тепловой энергии на стенку корпуса. Недостатком данного устройства является то, что его применение в изделии может обеспечить эффективный забор тепла лишь с одного (нижнего) из электронных модулей в стеке (того, к которому крепится теплораспределяющая пластина), Кроме того, теплоотвод в изделии с применением такого устройства осуществляется только на одну из стенок корпуса изделия в связи с тем, что теплораспределяющая пластина выполняет в изделии функцию монтажной платформы для стека модулей и имеет плотный контакт лишь с нижней стенкой корпуса. Указанные обстоятельства существенным образом ограничивают потенциал и архитектуру изделия, в котором применяется данное устройство теплоотвода.

Ближайшим аналогом (прототипом) описываемого технического решения является система теплоотвода, реализованная в магистрально-модульной системе CompactPCI с кондуктивным теплоотводом через клинья на корпус (например, см. ADLINK Technology Inc. «ADLINK Applications: COTS Conduction Cooled CompactPCI for Military Applications», http:// www.adlinktech.com/Military/COTS-Conduction-Cooled-CompactPCI_Military-Applications.php?utm_source=).

Указанная система предусматривает отведение тепла на корпус изделия за счет применения внутри корпуса для каждого модуля системы металлической оболочки-радиатора, выполненной преимущественно из меди или алюминия, к которой прилегают тепловыделяющие компоненты на печатной плате модуля. По длинным краям оболочки модуля устанавливаются замки для фиксации в пазах направляющих объединительной корзины или корпуса изделия. Теплоотвод с установленного модуля обеспечивается через оболочку модуля на направляющие корпуса и далее на сам корпус. Направляющие и корпус выполняются из теплопроводного материала, как правило, из алюминия или меди.

Общим для заявленного технического решения и прототипа является задействование в процессе теплоотвода корпуса изделия, наличие на внутренних стенках корпуса системы пазов для фиксации модулей в корпусе за счет клиньев (замков) на краях печатной платы.

Однако, указанная система теплоотвода не применима к изделиям, построенным на базе стекового форм-фактора, и ориентирована только на изделия, имеющие магистрально-модульную архитектуру, т.е. все модули изделия подключаются к объединительной плате, установленной в каркас. Такая архитектура изделия неизменна, ее элементы не мобильны.

Так же недостатком описанной системы относится отсутствие возможности единовременной установки как модулей с кондуктивным теплоотводом, так и типовых образцов продукции без кондуктивного теплоотвода и их взаимозаменяемости.

Еще одним минусом указанной системы является применение в процессе теплоотвода более сложных по конструкции теплоотводящих элементов (оболочка-радиатор, в который устанавливается электронный модуль), изготовление которых требует существенных финансовых затрат, что негативным образом сказывается на конечной стоимости готового корпусного изделия. Каждая оболочка-радиатор изготавливается исходя из индивидуальных особенностей электронного модуля, помещаемого в нее, что исключает возможность размещения в такой оболочке другого модуля, а значит и ограничивает взаимозаменяемость элементов изделия (возможность модернизации изделия без существенных затрат на доработку системы теплоотвода).

Раскрытие сущности изобретения

Задачей технического решения является создание системы эффективного кондуктивного теплоотвода от электронных модулей стекового форм-фактора для корпусных изделий электроники, отвечающей современным требованиям по технологичности, ремонтопригодности, надежности, устойчивости к воздействию внешних факторов, долговечности, удобству монтажа и эксплуатации, с возможностью применения современных тепловыделяющих стековых модулей в нужном количестве в составе корпусного изделия.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении эффективного отвода тепла от группы модулей (стека модулей), расположенного внутри корпуса радиоэлектронного изделия, при одновременном обеспечении высокой технологичности изделия с минимальным увеличением его стоимости. Технологичность выражается, в частности, в возможности вывода интерфейсов как на две оставшиеся (не задействованные в теплоотводе) боковые стенки корпуса изделия, так и на верхнюю либо нижнюю крышки без необходимости изготовления под каждый электронный модуль изделия отдельной специальной теплоотводящей конструкции, а также без необходимости применения дополнительных, креплений для каждого электронного модуля в корпусе изделия, что существенно экономит пространство внутри корпуса изделия).

Достижение указанного результата обеспечивается за счет использования в составе описываемой системы кондуктивного теплоотвода:

1. По меньшей мере одной теплоотводящей пластины с выступающими за габариты электронного модуля с двух сторон краями. К каждому электронному модулю, от которого требуется теплоотвод, крепится своя пластина, обеспечивающая теплопередачу от тепловыделяющих компонентов модуля на стенки корпуса. Пластина крепится винтами к радиатору, установленному на модуле - например в случае процессорного модуля или источника питания, либо крепится на стойках к печатной плате, прилегая своей внутренней поверхностью непосредственно к тепловыделяющим элементам модуля. Пластина выполнена из теплопроводящего материала, преимущественно из меди или алюминия.

На двух противоположных краях теплоотводящей пластины устанавливаются замки, позволяющие закрепить пластину в пазах корпуса изделия. Замок представляет собой конструкцию из нескольких секций - клиньев, каждый из которых выполняется из теплопроводящего материала, предпочтительно алюминия или латуни. По центру через все секции замка проходит фиксирующий винт. При закручивании фиксирующего винта клинья раздвигаются в разные стороны, что приводит к расклиниванию замка.

В целях получения более высоких показателей работы системы теплоотвода допускается применение в ее составе радиатора охлаждения в качестве промежуточного элемента между теплоотводящей пластиной и электронным модулем. При этом высота радиатора рассчитывается так, что при установке теплоотводящей пластины модуль может быть установлен в систему пазов корпуса, выполненную, как правило, с регулярным «шагом». Теплоотводящая пластина также может иметь защитное гальваническое или порошковое покрытие.

2. Расположенных в корпусе изделия, на двух его внутренних противоположных стенках, алюминиевых деталей с ребрами, образующими систему пазов с «шагом», т.е. расстоянием, отделяющим один паз от другого. В указанных пазах замками фиксируются теплоотводящие пластины с установленными на них электронными модулями. Система пазов внутри корпуса может быть выполнена также непосредственно на стенках корпуса методом фрезерования. При этом ширина каждого паза соответствует сумме толщины теплоотводящей пластины, высоты замка, устанавливаемого на краю пластины и зазора, необходимого для фиксации конструкции замком при его расклинивании. «Шаг» лазов должен соответствовать «шагу» стека модулей - расстоянию между верхними краями печатных плат двух соединенных между собой модулей. В этой связи «шаг» пазов, как правило, регулярен, т.е. выполнен по всей длине внутренней стенки корпуса. Детали с ребрами своими габаритами соответствуют габаритам (ширина, высота) внутренних стенок корпуса, на которые эти детали устанавливаются.

Регулярный «шаг» пазов внутри корпуса позволяет устанавливать отдельные модули и/или стек модулей в любое положение внутри корпуса, что обеспечивает мобильность элементов архитектуры корпусного изделия электроники.

В частном случае пазы могут быть выполнены лишь в определенной области внутри корпуса, куда, в зависимости от архитектуры изделия, планируется установка модулей с теплоотводящим пластинами.

Корпус представляет собой конструкцию кубической формы, которая может быть как монолитной, например фрезерованной или литьевой деталью, так и быть выполненной из четырех стенок, скрученных между собой, и закрытых сверху и снизу двумя крышками. Корпус предпочтительно выполнен из алюминия или меди.

Теплоотвод осуществляется на боковые стенки, на которых выполнены пазы. При этом не блокируется доступ к двум другим боковым стенкам корпуса, не имеющим пазов, которые могут быть задействованы для размещения дополнительных интерфейсов. Кроме того, одна стенка корпуса, расположенная в. основании стека модулей, может быть задействована в процессе отвода тепла путем прижатия радиатора или теплоотводящей пластаны крайнего модуля стека к поверхности такой стенки.

Внешняя поверхность боковых стенок корпуса, к которым крепятся модули, предпочтительно имеет ребрение для улучшения теплоотвода.

3. Особого метода крепления электронных модулей внутри корпуса. Благодаря применению в изделии теплоотводящей пластины и системы пазов на корпусе (как правило, с регулярным «шагом») фиксация всей группы (стека) модулей внутри корпуса изделия возможна за счет плотного закрепления (расклинивания замков) в пазах корпуса теплоотводящей пластины, прикрепленной лишь к одному из электронных модулей в стеке. Поскольку все модули в стеке (в том числе не имеющие установленных на них теплоотводящих пластин) крепятся друг к другу за счет специальных стоек, высота которых рассчитывается исходя из «шага» стека, и подсоединяются друг к другу через разъемы расширения, весь стек модулей прочно держится за счет крепления теплоотводящей пластины одного из модулей на корпус посредством размещенных на ее краях замков и не нуждается в дополнительном креплении. Это обеспечивает сохранение свободного пространства внутри корпуса изделия, а также возможность установки дополнительных интерфейсных разъемов и, как следствие, вывода интерфейсов от любого модуля, установленного в таком корпусе, как на любую из двух боковых стенок, не имеющих пазов для фиксации стека модулей, так и на верхнюю или нижнюю крышку корпуса изделия.

Техническое решение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:

На фиг. 1 показан процессорный стековый модуль с установленной теплоотводящей пластиной, вид сбоку.

На фиг. 2 показана теплоотводящая пластина, установленная на стековый модуль.

На фиг. 3 показана теплоотводящая пластина с вырезами под стековые разъемы расширения.

На фиг. 4 показан корпус радиоэлектронного изделия с системой пазов для установки модулей с теплоотводящими пластинами.

На фиг. 5 показан корпус радиоэлектронного изделия с установленным стеком модулей и отдельно стоящими модулями с теплоотводящими пластинами.

Теплоотводящая пластина 2 посредством стоек 6 устанавливается на печатную плату электронного стекового модуля 5, причем высота стоек 6 рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить плотное прилегание внутренней поверхности пластины 2 к тепловыделяющим компонентам 4 электронного модуля 5. В случае процессорного модуля или источника питания, а также в случае, когда в целях получения более высоких показателей работы системы теплоотвода в качестве промежуточного элемента между теплоотводящей пластиной и электронным модулем применяется радиатор охлаждения 3, пластина 2 винтами крепится на радиатор 3, прилегающий к тепловыделяющим компонентам 4 стекового модуля 5. Пластина. 2 с двух сторон выступает за габариты модуля 5 и на этих выступах устанавливаются замки (клинья) 1. Причем ширина выступов пластины 2 с каждой стороны равна расстоянию от соответствующего края модуля 5 до поверхности детали 10 в пазу 11, установленной на стенку корпуса 9, (либо стенки корпуса 9). Пластина 2 с клиньями 1 служит для транспортировки тепла, а так же для фиксации модуля 5 в корпусе 9. Следующий модуль, не имеющий пластины 2, крепится к предыдущему с помощью стоек 6. Пластина 2 выполняется преимущественно из меди и может иметь защитное гальваническое или порошковое покрытие, предотвращающее коррозию пластины при контакте с алюминием. Радиатор 3 преимущественно выполняется из алюминия, но может быть выполнен из меди, если требуется отводить как можно больше тепла. Предпочтительная толщина пластины 2 составляет от 2,8 мм до 3 мм. В случае процессорного модуля, радиатор 3 и пластина 2 устанавливается с одной стороны, противоположной установке следующих модулей стека (модули расширения устанавливаются всегда с одной стороны от процессорного модуля). В частном случае в радиаторе 3 и пластине 2 могут быть предусмотрены отверстия (дополнительные вырезы) 15 и/или 16 для установленных на модуле разъемов расширения, к которым могут подключаться другие модули, или в случае наличия на модуле иных высоких компонентов, упирающихся в пластину. Сама теплоотводящая пластина 2 имеет отверстия 7 для крепления замков 1 и отверстия 8 для крепления к стековому модулю 5 или его радиатору 3. Замки 1 в зависимости от высоты крепления теплоотводящей пластины 2 над или под модулем могут устанавливаться с той или иной стороны согласно конструкции корпуса - в зависимости от того в верхнюю или нижнюю часть паза 11 будет фиксироваться пластина при установке стека модулей в корпус 9. Дополнительные отверстия 14 в пластине могут изготавливаться для фиксации кабелей и проводов внутри корпуса 9. Для увеличения площади контакта с корпусом 9, что влияет на повышение объемов отводимого с модуля 5 тепла, выступающие за пределы модуля 5 по его высоте края пластины могут иметь уширения, как показано на фиг. 2.

На внутренней стороне корпуса 9 формируется с регулярным «шагом» система пазов 11, ширина которых соответствует толщине пластины 2 и ширине замка 1, установленного на пластину 2 в расклиненном положении (рекомендованной производителем замка высоте расклинивания), причем «шаг» пазов соответствует «шагу» стека модулей - расстоянию между верхними краями печатных плат двух соединенных между собой модулей, что обеспечивает возможность устанавливать отдельные модули и/или стек модулей в любое положение внутри корпуса (мобильность элементов в стеке, «гибкость» архитектуры корпусного изделия электроники). Пазы 11 на внутренних стенках корпуса 9 формируются за счет установки винтами на внутренних стенках корпуса деталей 10 с системой ребер 12. Детали 10 предпочтительно выполнены из алюминия и по своим габаритам (ширина, высота) соответствуют габаритам внутренних стенок корпуса 9, на которые они крепятся. Возможно формирование системы ребер путем их фрезерования на внутренних стенках корпуса 9. В частном случае для стека с шагом 16,8 мм при толщине плат 1,6 мм и расстоянию между платами 15,2 мм, с пластиной 2 толщиной 2,95 мм и с рекомендованной высотой зазора 7,7 мм для замка 1 ширина пазов будет составлять 10,7 мм (или ширина ребер составляет 6,1 мм). Для модулей расширения пластина обычно устанавливается с другой стороны, нежели чем для процессорного стекового модуля и расстояние от печатной платы толщиной 1,6 мм модуля расширения до пластины толщиной 2,95 мм, установленной на этом модуле расширения, будет 7 мм. Модули 5 соединяются между собой в стек посредством разъемов расширения 17, установленных на каждом модуле. Модули расширения, не имеющие теплоотводящей пластины крепятся к предыдущему модулю посредством стоек 6, а отсчет модулей ведется от процессорного. Отдельно стоящие модули с пластиной 2, например источники питания, могут быть закреплены в корпусе 9 в любом свободном месте, в том числе и в крайнее положение, прилегая к стенке 13 корпуса 9, для более эффективного теплоотвода.

Система кондуктивного теплоотвода работает следующим образом.

Образующееся в процессе работы электронного модуля 5 тепло сначала отводится на пластину 2, установленную на данный модуль 5 и выполненную предпочтительно из алюминия или меди. Отвод тепла достигается за счет плотного прилегания тепловыделяющих элементов 4 электронного модуля 5 непосредственно к внутренней поверхности пластины 2. В случае процессорного модуля или источника питания, а также в целях получения более высоких показателей работы системы теплоотвода допускается использовать в системе в качестве промежуточного между электронным модулем 5 и теплоотводящей пластиной 2 элемента радиатор охлаждения 3.

Так как теплоотводящая пластина 2 имеет достаточно большую теплоемкость по сравнению с тепловыделяющими элементами 4 электронного модуля 5, то тепло эффективно отбирается пластиной 2 и перераспределяется от точечного источника с малой площадью (микросхема или другой тепловыделяющий компонент) по всей площади пластины. Так как пластина 2 предпочтительно выполняется из алюминия или меди, то в устоявшемся тепловом режиме она практически по всей площади будет иметь одинаковую температуру несколько выше температуры корпуса тепловыделяющих элементов 4 электронного модуля 5. Так при отведении тепла с одного основного тепловыделяющего элемента стекового модуля, мощностью 15 Вт, с применением промежуточного между элементом модуля и теплоотводящей пластиной алюминиевого радиатора, разница температур в устоявшемся режиме между компонентом модуля и пластиной может быть порядка 10 градусов Цельсия. В каждом отдельном случае, в зависимости от типов тепловыделяющих элементов, их корпусов, конструкции модулей и выделяемой мощности могут применяться различные теплопроводящие материалы, обусловленные технологией производства и сборки изделий или доступности материалов.

Далее, так как расположенные на краях теплоотводящей пластины 2 замки выполнены предпочтительно из алюминия или латуни, то отвод тепла на корпус 9 изделия обеспечивается за счет плотного контакта (прижатия) краев пластины 2 по всей площади контакта пластины 2 и корпуса 9 - в пазах 11. Так как корпус 9 имеет еще большую теплоемкость, чем пластина 2 и кopпyc 9 снаружи обычно подвержен охлаждению (кондуктивному или конвективному) с еще большей площади, чем площадь пластины 2 и, тем более, чем площадь тепловыделяющих элементов 4 модуля 5, то тепло от пластины 2 отводится на корпус 9 по всей площади контакта пластины 2 и корпуса 9 (в пазах 11). В результате, внутри радиоэлектронного изделия тепло перераспределяется пластиной с малой площади корпусов тепловыделяющих элементов электронного модуля через площадь контакта пластины с корпусом на сам корпус и впоследствии выводится в окружающую корпус изделия среду. За счет применения для теплоотводящей пластины материала с высокой теплопроводностью тепло эффективно распределяется от точечного источника на модуле по всей площади пластины, что обеспечивает эффективный теплоотвод от компонентов модуля.

При этом все детали - теплоотводящая пластина, детали с системой ребер внутри корпуса, имеют достаточно простую и технологичную форму, просты в производстве и такая конструкция проста в сборке и предоставляет гибкую возможность модифицировать готовую систему (архитектуру изделия) путем установки новых модулей без необходимости менять габариты и конструкцию корпуса. Для повышения теплоотвода между пластиной 2 и корпусом 9 (в пазах 11), а так же между пластиной 2 и радиатором 3 возможно применение теплопроводящей пасты.

Эффективность работы системы теплоотвода наглядным образом следует из результатов следующих проведенных экспериментов.

Проведено два исследования эффективности теплоотвода, которая оценивалась путем замера температуры корпуса мощного транзистора и температуры радиатора, к которому он прилегает. В качестве тепловой модели выбран транзистор, поскольку размер корпуса транзистора (ТО-220) по площади контакта с радиатором практически равен площади прилегания кристалла процессора модуля СРС309, который под нагрузкой так же выделяет мощность порядка 5-7 Вт (конкретные показатели зависят от выполняемой программы и режима работы процессора). В отличие от процессорного модуля, на котором распределено большое количество тепловыделяющих элементов, исследование теплоотвода с помощью одного тепловыделяющего компонента малого размера (транзистора) представляется более целесообразным. При этом выделяемая мощность задается источником тока и может быть оценена достаточно точно по сравнению с процессором, выделяемую мощность которого можно лишь косвенно оценить по показаниям встроенных датчиков температуры ядра.

В экспериментах схема прилегания корпуса транзистора полностью повторяла схему прилегания процессора в модуле СРС309 к радиатору: транзистор с одной стороны через термопасту прилегал к медной пластинке технологической пластинке, применяемой в модуле СРС309 для выравнивания погрешности установки корпуса процессора при пайке компонентов от партии к партии. Медная пластинка через термопрокладку прилегала к радиатору 3. Медная пластинка применялась для идентичности схемы теплоотдачи между процессорным модулем СРС309 и тепловой моделью. Первый эксперимент проводился без применения теплоотводящей пластины 2. Во втором эксперименте к радиатору 3 подсоединялась теплоотводящая пластина 2. В обоих случаях через внутренний защитный диод транзистора пропускался прямой ток 7 А и в результате падения напряжения на диоде выделялась мощность порядка 5 Вт (падение напряжения на диоде контролировалось вольтметром и пересчитывалось в мощность). При помощи термоскопа замерялась температура на медной пластинке, к которой через термопасту прилегал корпус транзистора, и на корпусе транзистора. Показатели данных замеров оказались равны. Так же измерялась температура радиатора.

Для тестовой сборки без установленной теплоотводящей 2 на радиатор 3 термостабилизация происходила в течение часа, что подтверждалось прекращением роста показаний термодатчиков, а во втором - в течение двух часов, что обусловлено разным весом исследуемых сборок. По истечении указанного времени температуры сравнивались для оценки эффективности применения теплоотводящей пластины.

В результате исследования при температуре окружающего воздуха 27 градусов Цельсия температура корпуса транзистора составила 57 градусов Цельсия в первом и 41 градус Цельсия во втором эксперименте соответственно. Температура радиатора в первом и втором экспериментах составили 52,5 и 33 градуса Цельсия соответственно. Таким образом, при выделяемой мощности 5 Вт и при установке теплоотводящей пластины 2 с последующей установкой тестовой сборки в корпус 9, разница температур на корпусе тепловыделяющего элемента составила 16 градусов Цельсия, а разница температур радиатора - 19,5 градусов Цельсия, что свидетельствует об эффективности работы предлагаемого решения. При выделяемой мощности 5 Вт с одного элемента установка пластины 2 и размещение тестовой сборки в корпусе 9 (т.е. применение в изделии заявленного технического решения) эффективность теплоотвода повышается на 40%.

Таким образом, применение заявленного технического решения в изделии обеспечивает эффективный отвод тепла от расположенного внутри корпуса тепловыделяющих элементов, при одновременном обеспечении высокой технологичности изделия за счет существенной экономии внутреннего пространства при минимальном увеличении стоимости изделия, связанной с дополнительной установкой простых в изготовлении элементов (пластины, деталей на стенки корпуса с системой пазов).

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для обеспечения отвода тепловой энергии от тепловыделяющих компонентов элементов корпусных радиоэлектронных изделий - от электронных модулей, выполненных в формате стекового форм-фактора. Техническим результатом является повышение эффективности кондуктивного теплоотвода от электронных модулей. Система содержит корпус, оснащенный установленными на его двух внутренних противоположных стенках алюминиевыми деталями с ребрами, образующими систему пазов, и по меньшей мере одну медную теплоотводящую пластину. Модуль изделия с установленной теплоотводящей пластиной соединен с остальными модулями в стек. Стек модулей установлен в корпус изделия только за счет фиксации краев теплоотводящей пластины на одном из модулей замками враспор в пазах корпуса. Теплоотвод на корпус осуществляется за счет плотного прилегания краев теплоотводящей пластины к боковым стенкам корпуса. Плотное прилегание обеспечено фиксацией пластины в пазах корпуса замками, которые установлены на краях каждой теплоотводящей пластины. Теплоотвод от модуля на пластину происходит за счет прилегания пластины к тепловыделяющим элементам модуля или к промежуточному радиатору охлаждения. Тепло отбирается пластиной и перераспределяется по всей ее площади от модуля на боковые стенки корпуса по всей площади контакта двух краев пластины и корпуса в пазу. 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система кондуктивного теплоотвода от электронных модулей стекового форм-фактора для корпусных изделий электроники, включающая корпус, по меньшей мере один размещенный внутри корпуса теплоотвод, находящийся в плотном контакте с тепловыделяющими элементами электронного модуля, отличающаяся тем, что две внутренние противоположные стенки корпуса снабжены алюминиевыми деталями с ребрами, образующими на боковых стенках корпуса систему пазов с «шагом», соответствующим «шагу» стека (системы) модулей изделия, а теплоотвод выполнен в виде повторяющей контур электронного модуля теплоотводящей медной пластины, устанавливаемой на печатную плату электронного модуля посредством стоек через выполненные на поверхности пластины отверстия, причем пластина оснащена на двух ее противоположных краях замками, фиксирующими пластину в пазах двух противоположных стенок корпуса, при этом теплоотводящая пластина одновременно фиксирует образующие стек модули в корпусе изделия за счет их соединения с помощью монтажных стоек с модулем, имеющим теплоотводящую пластину, зафиксированную в пазах стенок корпуса.

2. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что теплоотводящая пластина имеет толщину от 2,8 до 3 мм.

3. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что теплоотводящая пластина выполнена из алюминия.

4. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что теплоотводящая пластина имеет защитное гальваническое покрытие.

5. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что теплоотводящая пластина имеет защитное порошковое покрытие.

6. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что в теплоотводящей пластине выполнены вырезы под высокие компоненты и разъемы модулей.

7. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что в теплоотводящей пластине выполнены отверстия для прокладки кабелей и прочих соединителей.

8. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве промежуточного между электронным модулем и теплоотводящей пластиной элемента установлен алюминиевый или медный радиатор охлаждения.

9. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что выступающие за пределы электронного модуля по его высоте края теплоотводящей пластины имеют уширения для увеличения площади контакта с корпусом изделия.

10. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что «шаг» пазов на стенках корпуса регулярен по всей длине боковых стенок корпуса.

11. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что пазы для крепления теплоотводящих пластин модулей выполнены не по всей длине боковых стенок корпуса с регулярным «шагом», а лишь в тех областях корпуса, куда планируется установка модулей с теплоотводящими пластинами.

12. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что система пазов сформирована путем фрезерования ребер на внутренних стенках корпуса.

13. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что в местах контакта теплоотводящей пластины и корпуса наносится теплопроводящая паста.

14. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что в местах контакта теплоотводящей пластины и радиатора охлаждения модуля наносится теплопроводящая паста.

15. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что в местах контакта теплоотводящей пластины и компонентов модуля наносится теплопроводящая паста.

16. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что модули внутри корпуса могут быть установлены отдельно друг от друга за счет применения для этих модулей отдельных теплоотводящих пластин.

17. Система кондуктивного теплоотвода по п. 1, отличающаяся тем, что в стеке модулей могут быть установлены модули без теплоотводящих пластин, которые в стеке крепятся к модулю с теплоотводящей пластиной или жестко крепятся к одной из стенок корпуса.