Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов Советский патент 1992 года по МПК H01L23/34 H05K7/20 

сл

С

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к силовой полупроводниковой технике. Целью изобретения является повышение эффективности теплообмена и плотности компановки путем увеличения поверхности теплосъема. Использование предложенного устройства для охлаждения полупроводниковых приборов позволяет исключить создаваемые потоки хладагента, не участвующие в охлаждении радиатора, а также непроизводительные потери энергии при охлаждении приборов или установить на том же радиаторе большее число тепловыделяющих приборов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике, к силовой полупроводниковой технике.

Цель изобретения - повышение эффективности теплообмена и плотности компановки путем увеличения поверхности теплосъема.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.З - узел I на фиг.1; на фиг.4- вид А на фиг.1, вариант.

Устройство включает расположенный в камере радиатор 1, который содержит сребренное с обеих сторон основание 2 в виде пластины, на которой закреплены тепловыделяющие приборы 3 (фиг.1 и 4) на площадках. Оребрение выполнено в виде ребер 4 конической, цилиндрической, прямоугольной или другой известной формы, между которыми в основании предусмотрены

сквозные отверстия циркуляции, расширяющиеся от его середины, при этом отверстия 5 в сечении могут представлять форму двух усеченных конусов, например, с углом конусности « 30-45° и Поверхностями 6 и 7. Радиатор 1 имеет на боковых стенках основания углубления на 2-4 мм в виде двух пазов 8 прямоугольного или трапецеидального сечения, предназначенных для ограниченного перемещения теплопроводных стенок 9 и 10 камер при регулировке создаваемых зазоров и закрепления последних на основании 2.

Две теплопроводные тонколистовые стенки 9 и 10, выполненные в виде С-образ- ного профиля в сечении, например, из сплава АМц-1,0, или латуни Л80-1,0, установлены коаксиально относительно радиатора 1 и входят своими отбортованными кромками 11 в пазы 8 последнего без зазора благодаю XJ

ря упругой деформации по крайней мере одной из них (фиг.2 и 4), что позволяет создать тепловой контакт с радиатором, а стенки - выполняющими роль теплостоков. Стенки 9 и 10 соединяются между собой по контуру без зазора с помощью пазов 8 в радиаторе и образуют в зазоре между собой и радиатором две сообщающиеся через отверстия 5 циркуляции полости 12 и 13, которые служат для прохода и формирования охлаждающей среды. Стенки фиксируются на.основании, например, методом кернения винтами, герметизируются в соединении кромок 11, например, пайкой и являются также корпусом охладителя.

На внутренней поверхности каждой стенки 9 и 10 выполнен по меньшей мере один V-образный поперечный дросселирующий выступ 14, выдавленный внутрь полостей 12 и 13 и размещенный (фиг.З) в зоне высокой плотности теплового потока, создаваемого тепловыделяющими приборами 3, по всему поперечному сечению, вершина которого соосна с отверстиями 5 циркуляции радиатора. В сечении выступы 14 имеют угол между наклонными участками при вершине 60° в виде равностороннего треугольника высотой h 03-0,6 Н, где Н - высота ребер радиатора, при этом вершины выступа и сопряжения со стенкой выполнены закругленными с радиусом кривизны

R 0,2-0,3-5,

где S - шаг радиатора, ширина выступов равна ширине основания, радиатора.

На внутренних поверхностях стенок 9 и 10 выполнены также сферические локальные выступы 15, выдавленные внутрь полостей 12 и 13, вершины которых расположены соосно с отверстиями 5 циркуляции. В сечении эти выступы имеют форму полусферы или, например, усеченного конуса с углом при вершине / 60° с размерами, аналогичными V-образными выступам 14, и размещены равномерно по периферии с таким же смещением в проти- вофазе в направлении потока.

Выступы 14 и 15 выполнены высотой 0,3-О.бН, а вершины и сопряжения со стенками выполнены закругленными с радиусом кривизны в сечении, равным R 0,2-0,3 S, что обеспечивает развитие поверхностей теплостока без увеличения гидравлического сопротивления в устройстве.

Охлаждающая среда (воздух или жидкость) поступает в две сообщающиеся полости 12 и 13, где в зоне высокой плотности теплового потока (вблизи приборов 3) поочередно дросселируются поперечными V- образными выступами 14 в межреберных

пространствах 16, а также в них поочередно турбулизируется сферическими выступами 15. Такой поток среды формирует локальные перепады давления, в силу чего он разделяется на струйки, как показано стрелками (фиг.1), и обтекает поверхности 6 и 7 отверстий 5 циркуляции основания 2, приборов 4, одновременно охлаждаясь у стенок 9 и 10, особенно в зоне V-образных выступов, по0 еле чего два потока объединяются в распределительном конфузоре 17 и выходят наружу. Турбулизация и дросселирование потока среды способствуют тем самым повышению эффективности теплообмена.

5 Форма V-образных сферических выступов 14 и 15 на стенках 9 и 10, а также выполнение отверстий 5 циркуляции с расширяющимися поверхностями 6 и 7 существенно увеличивают поверхность теплосъема и исключают на них застойные зоны. Взаимное

0 расположение элементов в стенках 9 и 10 отверстий 5 циркуляции и ребер 4 позволяет равномерно охлаждать поверхности устройства при невысоком гидравлическом сопротивлении для прохода среды.

5 В устройстве возможно наличие одной стенки 9 с выступами 14 и 15 при установке ее со стороны тепловыделяющих приборов, при этом длина стенки соизмерима с радиатором 1.

0 При присоединении такого охладителя к системе принудительного охлаждения хладагент поступает в полость 12, достигает выступов 14 и 15 и равномерно распределяется ими к ребрам 4, затем через отверстия

5 5 циркуляции разделившаяся часть потока выходит к ребрам противоположной стороны радиатора и проникает наружу. Последний может быть использован преимущественно при воздушном охлажде0 нии.

Выполнение устройства с одной стенкой обеспечивает повышение плотности компоновки за счет увеличения поверхности теплосъема, повышение эффективности

5 теплообмена за счет дросселирования потока в зонах высокой плотности теплового потока и турбулизации его выступами 14 и 15 и повышение надежности приборов за счет более эффективного процесса теплопереда0 чи и защиты их от внешних воздействий при наладке, контроле и транспортировке.

Таким образом, устройство позволяет исключить создаваемые потоки хладагента, не участвующие в охлаждении радиатора 1,

5 исключает непроизводительные потери энергии при охлаждении приборов или позволяет установить на том же радиаторе большее число тепловыделяющих приборов.

Формула изобретения

I

стях стенок камеры выполнены поперечные V-образные и сферические выступы, расположенные соосно с отверстиями основания радиатора между его ребрами, причем V-образные выступы одной стенки камеры смещены относительно V-образных выступов другой стенки с шагом, кратным шагу размещения ребер основания радиатора, и рас- положены с образованием канала для прохода охлаждающей жидкости.

радиусным закруглением в сечении, которое выбирается из соотношения R 0,2-0,3 S, где S - шаг размещения ребер между собой, м.

17

Риъ.1

Фиг.З

ВидА

Фиг.Ц