Радиатор для охлаждения радиоэлектронных элементов Советский патент 1991 года по МПК H05K7/20 H01L23/36 

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, а именно к конструированию составных частей аппаратуры и может быть использовано для охлаждения радиоэлектронных элементов, в частности полупроводниковых приборов, работающих при повышенных температурах.

Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения.

Для достижения поставленной цели необходимо обеспечить наибольший подогрев охлаждающей среды при возможо меньшем температурном напоре (разности температур между средней температурой стенок ра- диатора и средней температур.ой охлаждающей среды), а также обеспечить наибольшую площадь поверхности охлаждения при минимальных размерах радиатора. Для этого необходимо применить треугольную решетку расположения охлаждающих каналов при шестигранной форме последних (решетка сотового типа), определить оптимальное отношение гидравлического диаметра канала d к шагу решетки h (d/h), определить оптимальное отношение длины канала к гидравлическому диаметру последнего (D/d). Экспериментально найдено D/d от 6 до 10. Верхняя граница определяется конструктивными и технологическими соображениями. При отношении D/d менее 6 эффективность радиатора интенсивно падает, а при отношении D/d более 10 сложность изготовления не оправ- .дывается несущественного роста эффективности по сравнению с оптимальным значением.

На фиг. 1 -редставлен радиатор, вид спереди; на ФЕ 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - вариант радиатора с периферийным расположением охлаждаемого обьекта и прогрессивно уменьшающимся диаметром каналов охлаждения в сторону охлаждаемого объекта, вид сверху.

О

ю ю о

ю ю

Радиатор содержит основание 1 в виде толстостенного стакана (фиг. 1)либо пластины (фиг. 3). Основание 1 посредством перемычек 2 контактирует с обечайкой 3, содержащей каналы 4 охлаждения. Обечайка 3 можег быть любой, зависящей от конкретной конструкции и цели. Каналы 4 охлаждения имеют шестигранную форму, с целью создания тягового эффекта выполнены со стенками, образующими замкнутый контур, для увеличения плотности упаковки (следовательно поверхности охлаждения), а также для уменьшения длины теплопроводных участков расположены по треугольной решетке с шагом h. Тепловое сопротивление радиатора представлено большим количеством параллельно соединенных участков (стенок), общих для соседних каналов на протяжении всей длины. Это резко уменьшает тепловое сопротивление радиатора по теплопроводности, а в сочетании с развитой поверхностью охлаждения - н всего , радиатора в целом, Каналы 4 охлаждения выполнены с переменным сечением, рас- ширяющимися кверху и книзу. Это расширяет технологические возможности 1 изготовления массовыми способами (литье под давлением, штамповка), кроме того, уменьшает массу радиатора и снижает потери на краевой эффект, особенно для набегающего потока охлаждающей среды, Такой радиатор обладает большой прозрачностью для охлаждающей среды и. будучи встроен з систему с принудительной вентиляцией, требует меньшей мощности вентиляции.

Радиатор работает следующим образом.

Тепло от охлаждаемого объекта 5 по толстостенному основанию 1 поступает к обечайке 3 и к стенкам каналов 4 охлаждения. Благодаря большой длине последних, охлаждающая среда получает в несколько раз больший подогрев (2-3 раза) даже при более низкой температуре радиатора, чем в известных аналогах. Создается разность плотностей на входе и выходе из каналов. Это, а также малое аэродинамическое сопротивление охлаждающей среде со стороны радиатора, создает организованный конвекционный поток-тягу и повышает эффективность радиатора, снижает

температуру охлаждаемого объекта при одинаковой выделяемой тепловой мощности с известными аналогами, но при меньших габаритах и массе. Обечайка 3 (фиг. 3) с

целью уменьшения теплового сопротивления материала радиатора, содержит вблизи охлаждаемого объекта каналы 4 охлаждения меньшего диаметра. По мере уменьшения теплового потока в сторону от охлаждаемого объекта тепловое сопротивление увеличивается (толщина стенок уменьшается) за счет увеличения диаметра каналов. Это решение позволяет при оптимальном выборе шага решетки и диаметров охлаждающих

каналов уменьшить общее тепловое сопротивление радиатора и улучшить его эффективность. Образец радиатора выполнен из силуминового сплава с параметрами ,8, . Проведены сравнительные

испытания с ребристым и игольчатым радиатором равных размеров. При равной выделяемой тепловой мощности температура корпуса радиатора была в среднем на 30- 40% ниже температуры ребристого радиатора и на 20-25% ниже температуры игольчатого радиатора.

Использование изобретения позволяет уменьшить габариты как радиатора, так и аппаратуры в целом, в состав которой входит данный радиатор или достичь более низкой температуры охлаждаемых объектов при нелимитируемых размерах аппаратуры. Радиатор технологичен в изготовлении. Формула изобретения

Радиатор для охлаждения радиоэлектронных элементов, содержащий основание с установочной площадкой для размещения радиоэлектронных элементов с выполненными в нем вертикальными каналами, расположенными по треугольной решетке и имеющими форму ячеек шестигранной формы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, перемычки стенок каналов выполнены равно5 мер};о сужающимися в направлении от Центра к концам каналов при отношении длины канала к его диаметру 6-10 и отношении диаметров каналов к шагу fpeyroflb- ной решетки, уменьшающемся в сторону

0 расположения радиоэлектронных элементов.

Фив.1

Изобретение откосится к радиоэлектронной технике, в частности к конструированию составных частей аппаратуры, и может быть использовано для охлаждения радиоэлектронных элементов, например полупроводниковых приборов, работающих при повышенных температурах. Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения - достигается использованием треугольной решетки расположения охлаждающих каналов шестигранной формы, оптимальным отношением гидравлического диаметра канала к шагу решетки и оптимальным отношением длины канала к гидравлическому диаметру канала. 3 ил.

Фиг.}