Устройство для отвода тепла от электрорадиоэлементов Российский патент 2024 года по МПК H05K7/20 H01L23/40 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) и служит для обеспечения нормального теплового режима работы РЭА путем осуществления отвода тепла в окружающую среду от теплонагруженных электрорадиоэлементов, размещаемых на печатных платах внутри закрытых корпусов аппаратуры, предназначенной для работы в жестких климатических условиях.

Известно устройство для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов, размещенных на печатной плате [1], в котором плата с тепловыделяющими компонентами установлена на металлическом радиаторе. В радиаторе выполнено сквозное резьбовое отверстие, в которое вкручивается винт из высокотеплопроводного материала до плотного прижима тепловыделяющего компонента к радиатору. Недостатком устройства является большое контактное тепловое сопротивление в резьбовой паре, по причине того, что осевая сила, приложенная вдоль винта и влияющая на контактное тепловое сопротивление, ограничена допустимым давлением, передающимся от винта на корпус тепловыделяющего компонента, что определяется прочностью корпуса тепловыделяющего компонента. Кроме того, при недостаточной жесткости печатной платы она при избыточном давлении будет деформироваться, что будет причиной повреждения печатных проводников и паяных соединений элементов, выполненных поверхностным монтажом на этой плате в местах деформации.

Известно устройство для отвода тепла [2] содержащее корпус с охлаждающими ребрами, выполненный разъемным с крышкой, плату, закрепленную на корпусе с теплонагруженным элементом и упругий узел. Упругий узел устройства содержит ограничительные пластины и выполнен составным, в виде двух фигурных частей, причем одна из фигурных частей неподвижно закреплена на внутренней стороне крышки корпуса, а вторая подвижная, имеющая упоры, прилегает к теплонагруженному элементу на плате. В полость, образованную фигурными частями упругого узла, установлены подпружиненные клиновидные элементы с дополнительными упорами и фиксатор. Недостатком известного устройства является наличие больших контактных сопротивлений в упругом узле в местах механических соединений, на которые действуют силы сжатия пружин. Силы сжатия пружин ограничены допустимым давлением, передающимся от упругого элемента на корпус тепловыделяющего компонента, что определяется прочностью конструкции тепловыделяющего компонента.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для отвода тепла от электрорадиоэлементов [3], выбранное в качестве прототипа, содержащее теплоотвод с оребрением, жестко закрепленный на нем теплопроводный неподвижный контакт, теплопроводный подвижный контакт, установленный в неподвижном контакте с образованием пары цилиндр-поршень с обеспечением между контактами теплового контакта посредством теплопроводной смазки, между контактами размещена пружина для создания контактного давления на электрорадиоэлемент установленный на плате. Недостатком прототипа является высокое контактное тепловое сопротивление между подвижным и неподвижным контактами, обусловленное наличием между ними зазора, в котором расположена теплопроводная смазка, теплопроводность которой ниже теплопроводности металла из которого изготовлены контакты.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является снижение контактного теплового сопротивления между теплопроводными контактами, обеспечивающими теплопередачу от корпуса теплонагруженного электрорадиоэлемента, размещенного на печатной плате, к внешнему теплоотводу.

Техническая проблема решается тем, что в устройстве для отвода тепла от электрорадиоэлементов, содержащем теплоотвод с оребрением, жестко закрепленный на нем теплопроводный неподвижный контакт, установленный в неподвижном контакте теплопроводный подвижный контакт с образованием пары цилиндр-поршень, согласно предлагаемому изобретению теплопроводный неподвижный контакт выполнен с центральным круглым сквозным ступенчатым отверстием, наружной поверхностью в форме усеченного конуса и продольным разрезом, теплопроводный подвижный контакт выполнен цилиндрической формы и снабжен ограничителем хода, между теплопроводными неподвижным и подвижным контактами посадка выполнена с зазором, при этом теплопроводный неподвижный контакт имеет возможность деформироваться в радиальном направлении до образования плотной посадки с теплопроводным подвижным контактом, теплоотвод с оребрением снабжен резьбовым отверстием соосным с центральным круглым сквозным отверстием неподвижного контакта, дополнительно введены обжимная втулка, фиксирующие винты и регулировочный винт, обжимная втулка выполнена из металла с центральным коническим отверстием с возможностью взаимодействовать с наружной поверхностью неподвижного контакта в форме усеченного конуса, теплоотвод с оребрением, неподвижный контакт и обжимная втулка соединены между собой с помощью фиксирующих винтов, в резьбовое отверстие теплоотвода с оребрением установлен регулировочный винт с возможностью передачи осевого усилия через подвижный контакт на электрорадиоэлемент, установленный на плате.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображено устройство для отвода тепла от электрорадиоэлементов в разрезе;

на фиг. 2 - теплопроводные неподвижный и подвижный контакты с обжимной втулкой в разнесенном виде в аксонометрии.

Устройство для отвода тепла от электрорадиоэлементов содержит теплоотвод с оребрением 1, теплопроводный неподвижный контакт 2, теплопроводный подвижный контакт 3, обжимную втулку 4, фиксирующие винты 5 и регулировочный винт 6. Теплопроводный подвижный контакт 3 прижимается к корпусу теплонагруженного электрорадиоэлемента 7, размещенному на печатной плате 8, установленной в корпусе 9 радиоэлектронной аппаратуры. Теплопроводный неподвижный контакт 2 выполнен с центральным круглым сквозным ступенчатым отверстием 10, наружной поверхностью в форме усеченного конуса 11 и продольным разрезом 12. Теплопроводный подвижный контакт 3 выполнен цилиндрической формы и снабжен ограничителем хода 13. Ограничитель хода может быть выполнен, например, в виде кольцевого буртика. Теплоотвод с оребрением 1 снабжен резьбовым отверстием 14 соосным с центральным круглым сквозным ступенчатым отверстием 10 теплопроводного неподвижного контакта 2. Обжимная втулка 4 выполнена из металла и имеет центральное коническое отверстие 15 и резьбовые отверстия 16 для вкручивания фиксирующих винтов 5.

Устройство для отвода тепла от электрорадиоэлементов работает следующим образом. Теплопроводный подвижный контакт 3 по посадке с зазором устанавливается в центральное круглое сквозное ступенчатое отверстие 10 теплопроводного неподвижного контакта 2 со стороны основания усеченного конуса 11. Обжимная втулка 4 надевается коническим отверстием 15 на наружную поверхность в форме усеченного конуса 11 теплопроводного неподвижного контакта 2. Неподвижный теплопроводный контакт 2 с установленными на него деталями устанавливается на теплоотвод с оребрением 1 и предварительно без усилия прижимается к нему фиксирующими винтами 5, которые проходят через теплоотвод с оребрением 1, теплопроводный подвижный контакт 2 и вкручиваются в резьбовые отверстия 16 обжимной втулки 4, при этом теплопроводный подвижный контакт 3 удерживается в центральном круглом сквозном ступенчатом отверстии 10 теплопроводного неподвижного контакта 2 ограничителем хода 13. Далее полученная конструкция соединяется с корпусом 9 радиоэлектронной аппаратуры, в которой установлена печатная плата 8 с теплонагруженным электрорадиоэлементом 7. В резьбовое отверстие 14 теплоотвода с оребрением 1 вкручивается регулировочный винт 6. Регулировочный винт 6 при вкручивании создает осевое усилие Р на теплопроводный подвижный контакт 3 и прижимает его к корпусу теплонагруженного электрорадиоэлемента 7, при этом осевое перемещение теплопроводного подвижного контакта 3 компенсирует возможные отклонения размеров элементов, участвующих в теплопередаче от теплонагруженного электрорадиоэлемента элемента 7 к теплоотводу с оребрением 1. Осевое усилие Р нормируется по наименьшему из двух значений: допустимое усилие, приложенное к корпусу теплонагруженного электрорадиоэлемента 7 или допустимая деформация печатной платы 8. Осевое усилие Р контролируется по крутящему моменту с которым регулировочный винт 6 вкручивается в резьбовое отверстие 14 теплоотвода с оребрением 1. Крутящий момент складывается из момента сил трения в резьбе и момента сил трения на торце регулировочного винта 6. После контроля затяжки регулировочного винта 6 окончательно затягиваются фиксирующие винты 5, при этом обжимная втулка 4 притягивается к теплоотводу с оребрением 1 и через коническую посадку прижимает к нему теплопроводный неподвижный контакт 2, одновременно с этим обжимная втулка 4 деформирует теплопроводный неподвижный контакт 2 в радиальном направлении силами, возникающими на поверхности в форме усеченного конуса 11 от приложенной осевой силы затяжки стягивающих винтов 5. Продольный разрез 12 облегчает деформацию теплопроводного неподвижного контакта 2. Вследствие деформации неподвижного теплопроводного контакта 2 он плотно прижимается к цилиндрической поверхности подвижного теплопроводного контакта 3 и передает на нее значительное давление, тем самым снижая контактное тепловое сопротивление между теплопроводными контактами. Выделяемая тепловая энергия от корпуса теплонагруженного электрорадиоэлемента 7 передается теплопроводностью прижатому к нему теплопроводному подвижному контакту 3. От теплопроводного подвижного контакта 3 теплопроводностью тепло передается теплопроводному неподвижному контакту 2, от которого далее также теплопроводностью передается теплоотводу с оребрением 1. Тепло от теплоотвода с оребрением 1 конвекцией передается в окружающую воздушную среду, обеспечивая нормальный тепловой режим работы теплонагруженного электрорадиоэлемента 7.

Таким образом, в предложенном устройстве для отвода тепла от электрорадиоэлементов техническая проблема, снижения контактного теплового сопротивления между теплопроводными контактами, обеспечивающими теплопередачу от корпуса теплонагруженного электрорадиоэлемента, размещенного на печатной плате, к внешнему теплоотводу решена за счет увеличения контактного давления между поверхностями, участвующими в передаче тепловой энергии теплопроводностью.

Техническим результатом использования изобретения является снижение механических напряжений, действующих на ЭРЭ и печатную плату со стороны устройства для отвода тепла без снижения эффективности теплоотвода, за счет дифференцированного приложения контактных давлений между различными поверхностями, участвующими в передаче тепловой энергии теплопроводностью: контактное давление между корпусом теплонагруженного электрорадиоэлемента 7 и теплопроводным подвижным контактом 3 зависит только от нормируемого осевого усилия Р, обеспечиваемого контролируемой затяжкой регулировочного винта 6 и не зависит от отклонения размерной цепи образованной из элементов, участвующих в теплопередаче от теплонагруженного электрорадиоэлемента 7 к теплоотводу с оребрением 1, а контактные давления между теплопроводным подвижным контактом 3 и теплопроводным неподвижным контактом 2, а также между теплопроводным неподвижным контактом 2 и теплоотводом с оребрением 1 зависят только от силы затяжки фиксирующих винтов 5 и не передаются на теплонагруженный электрорадиоэлемент 7 и печатную плату 8.

Источники информации:

1. Патент РФ на полезную модель №173259, кл. Н05К 7/20, 21.08.2017.

2. Патент РФ на полезную модель №206828, кл. G12B 15/06, 29.09.2021.

3. Авторское свидетельство СССР №1798945, кл. Н05К 7/20, 28.02.93.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) для обеспечения нормального теплового режима работы РЭА. В устройстве для отвода тепла от электрорадиоэлементов, содержащем теплоотвод с оребрением, жестко закрепленный на нем теплопроводный неподвижный контакт, установленный в неподвижном контакте теплопроводный подвижный контакт с образованием пары цилиндр-поршень, теплопроводный неподвижный контакт выполнен с центральным круглым сквозным ступенчатым отверстием, наружной поверхностью в форме усеченного конуса и продольным разрезом, теплопроводный подвижный контакт выполнен цилиндрической формы и снабжен ограничителем хода, между теплопроводными неподвижным и подвижным контактами посадка выполнена с зазором, при этом теплопроводный неподвижный контакт имеет возможность деформироваться в радиальном направлении до образования плотной посадки с теплопроводным подвижным контактом, теплоотвод с оребрением снабжен резьбовым отверстием соосным с центральным круглым сквозным отверстием неподвижного контакта, дополнительно введены обжимная втулка, фиксирующие винты и регулировочный винт, обжимная втулка выполнена из металла с центральным коническим отверстием с возможностью взаимодействовать с наружной поверхностью неподвижного контакта в форме усеченного конуса, теплоотвод с оребрением, неподвижный контакт и обжимная втулка соединены между собой с помощью фиксирующих винтов, в резьбовое отверстие теплоотвода с оребрением установлен регулировочный винт с возможностью передачи осевого усилия через подвижный контакт на электрорадиоэлемент, установленный на плате. Техническим результатом, проблемой, решаемой изобретением, является снижение контактного теплового сопротивления между теплопроводными контактами, обеспечивающими теплопередачу от корпуса теплонагруженного электрорадиоэлемента, размещенного на печатной плате, к внешнему теплоотводу. 2 ил.

Устройство для отвода тепла от электрорадиоэлементов, содержащее теплоотвод с оребрением, жестко закрепленный на нем теплопроводный неподвижный контакт, установленный в неподвижном контакте теплопроводный подвижный контакт с образованием пары цилиндр-поршень, отличающееся тем, что теплопроводный неподвижный контакт выполнен с центральным круглым сквозным ступенчатым отверстием, наружной поверхностью в форме усеченного конуса и продольным разрезом, теплопроводный подвижный контакт выполнен цилиндрической формы и снабжен ограничителем хода, между теплопроводными неподвижным и подвижным контактами посадка выполнена с зазором, при этом теплопроводный неподвижный контакт имеет возможность деформироваться в радиальном направлении до образования плотной посадки с теплопроводным подвижным контактом, теплоотвод с оребрением снабжен резьбовым отверстием, соосным с центральным круглым сквозным отверстием неподвижного контакта, дополнительно введены обжимная втулка, фиксирующие винты и регулировочный винт, обжимная втулка выполнена из металла с центральным коническим отверстием с возможностью взаимодействовать с наружной поверхностью неподвижного контакта в форме усеченного конуса, теплоотвод с оребрением, неподвижный контакт и обжимная втулка соединены между собой с помощью фиксирующих винтов, в резьбовое отверстие теплоотвода с оребрением установлен регулировочный винт с возможностью передачи осевого усилия через подвижный контакт на электрорадиоэлемент, установленный на плате.