RU116274U1

RU116274U1 - RADIATOR FOR COOLING TRANSISTOR MODULES

Info

Publication number: RU116274U1
Application number: RU2010137908/28U
Authority: RU
Inventors: Ольга Эдуардовна Кильдишева; Александр Леонидович Силинский; Владимир Рудольфович Леппа; Наталия Александровна Гунько; Юрий Иванович Шестаков; Сергей Алексеевич Жуков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения"
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2012-05-20

Abstract

Радиатор для охлаждения транзисторных модулей, содержащий основание, плоские ребра, размещенные параллельно основанию и отделенные от основания и друг от друга дистанционными прокладками, отличающийся тем, что введено дополнительное основание, расположенное со стороны крайнего плоского ребра. A radiator for cooling transistor modules, comprising a base, flat ribs located parallel to the base and separated from the base and from each other by spacers, characterized in that an additional base is introduced located on the side of the extreme flat rib.

Description

Устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано в мощной транзисторной аппаратуре различного назначения.The device relates to electronics and can be used in powerful transistor equipment for various purposes.

Известен цельнометаллический радиатор по патенту США №5419780, содержащий плоские ребра с основанием, на котором закреплены мощные полупроводниковые элементы. Такой радиатор изготовлен из высокотеплопроводного алюминиевого сплава методом экструзии путем выдавливания расплавленного металла под большим давлением через матрицу с отверстием, соответствующим профилю радиатора. Межреберный зазор подобного радиатора составляет не менее пяти миллиметров.Known all-metal radiator according to US patent No. 5419780, containing flat fins with a base on which are mounted powerful semiconductor elements. Such a radiator is made of a highly conductive aluminum alloy by extrusion by extruding molten metal under high pressure through a die with an opening corresponding to the profile of the radiator. The intercostal gap of such a radiator is at least five millimeters.

Недостатком данного устройства является высокое тепловое сопротивление, обусловленное малым количеством ребер на единицу поверхности радиатора и, как следствие, недостаточная эффективность охлаждения.The disadvantage of this device is the high thermal resistance due to the small number of fins per unit surface of the radiator and, as a result, insufficient cooling efficiency.

Этот недостаток частично устранен в радиаторе, который наиболее близок по конструктивным признакам к предлагаемому радиатору, и принимается за ближайший аналог (см. Приложение 1, каталог фирмы "Fischer Electronic" стр.А 127, интернет-адрес сайта - http://www.fischerelektronic.de).This drawback was partially eliminated in the radiator, which is the closest in design features to the proposed radiator, and is taken as the closest analogue (see Appendix 1, Fischer Electronic catalog page p. A 127, website address: http: // www. fischerelektronic.de).

Это устройство содержит основание с большим количеством мелких пазов, в которые вставлены и закреплены плоские ребра с большой суммарной теплорассеивающей поверхностью. Межреберный зазор такого радиатора достигает 2,2 миллиметров. Основание такого радиатора также изготовлено из высокотеплопроводного алюминиевого сплава методом экструзии. Надежное крепление ребер обеспечивается с помощью теплопроводного клея и последующей их опрессовки со стороны боковых поверхностей пазов. Поверхность радиатора со стороны крепления мощных полупроводниковых элементов обработана по высокому классу точности Rz меньше или равно десяти.This device contains a base with a large number of small grooves into which flat ribs with a large total heat dissipating surface are inserted and fixed. The intercostal gap of such a radiator reaches 2.2 millimeters. The base of such a radiator is also made of high-conductivity aluminum alloy by extrusion. Reliable fastening of the ribs is ensured by means of heat-conducting glue and their subsequent crimping from the side of the side surfaces of the grooves. The surface of the radiator from the side of fastening of powerful semiconductor elements has been processed with a high accuracy class Rz of less than or equal to ten.

Данное устройство имеет ограничения по величине теплового сопротивления радиатора. Как показывает практика, существенное увеличение теплового сопротивления радиатора может быть достигнуто с уменьшением межреберного зазора. Это связано с тем, что уменьшение зазора приводит как к увеличению суммарной теплорассеивающей поверхности радиатора, так и возрастанию коэффициента теплоотдачи. Однако уменьшение межреберного зазора известной конструкции ограничено рядом причин.This device has limitations on the thermal resistance of the radiator. As practice shows, a significant increase in the thermal resistance of the radiator can be achieved with a decrease in the intercostal gap. This is due to the fact that a decrease in the gap leads to both an increase in the total heat-dissipating surface of the radiator and an increase in the heat transfer coefficient. However, the reduction of the intercostal space of the known design is limited by a number of reasons.

Во-первых, расстояние между пазами не может быть сделано сколь угодно малым из-за потери прочности матрицы, через которую осуществляется выдавливание расплавленного металла. Во-вторых, технология изготовления такой конструкции радиатора не позволяет применять в качестве исходного материала медь, теплопроводность которой более чем в два раза превосходит теплопроводность алюминиевых сплавов, используемых при экструзии. Это вызвано тем, что температура плавления меди превышает 1000°С, что в 1,6 раза превышает температуру плавления алюминиевых сплавов. Кроме того, данная конструкция радиатора требует применения дорогостоящего крупногабаритного технологического оборудования и не может быть реализована в условиях неспециализированного механического производства.Firstly, the distance between the grooves cannot be made arbitrarily small due to the loss of strength of the matrix through which the molten metal is extruded. Secondly, the manufacturing technology of such a radiator design does not allow the use of copper as a starting material, the thermal conductivity of which is more than twice the thermal conductivity of aluminum alloys used in extrusion. This is because the melting point of copper exceeds 1000 ° C, which is 1.6 times higher than the melting point of aluminum alloys. In addition, this design of the radiator requires the use of expensive large-sized technological equipment and cannot be implemented in conditions of non-specialized mechanical production.

В предлагаемом устройстве решается задача повышения эффективности охлаждения мощных полупроводниковых элементов путем уменьшения межреберных зазоров плоских ребер радиатора.The proposed device solves the problem of increasing the cooling efficiency of powerful semiconductor elements by reducing the intercostal gaps of the flat radiator fins.

Поставленная задача решается за счет изменения схемы крепления плоских ребер к основанию радиатора. Результат - увеличение общей теплорассеивающей поверхности радиатора при одновременном повышении теплоотдачи плоских ребер, а также упрощение изготовления и сборки конструкции.The problem is solved by changing the mounting scheme of the flat fins to the base of the radiator. The result is an increase in the total heat-dissipating surface of the radiator while increasing the heat transfer of flat fins, as well as simplifying the manufacture and assembly of the structure.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция радиатора, на фиг.2 - радиатор, вид сверху, на фиг.3а и фиг.3б - варианты исполнения теплопроводных прокладок.The device is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows the design of a radiator, Fig. 2 shows a radiator, a top view, Figs. 3a and 3b show embodiments of heat-conducting gaskets.

Предлагаемое устройство (фиг.1 и фиг.2) содержит плоские ребра 1 и основание 2, на одной стороне которого размещены мощные полупроводниковые элементы 3. Контактная поверхность, на которую устанавливаются мощные полупроводниковые элементы 3, обработана по высокому классу точности, не хуже Rz меньше или равно десяти. Плоские ребра 1 радиатора размещены параллельно его основанию 2 и отделены от основания 2 и друг от друга распорными теплопроводными прокладками 4, формирующими зазоры для прохода воздуха. При такой конструкции радиатора величина межреберных зазоров определяется толщиной распорных теплопроводных прокладок 4 и может составлять величину менее двух миллиметров. Для обеспечения надежного теплового контакта плоские ребра 1, распорные теплопроводные прокладки 4 и основание 2 радиатора соединены между собой с помощью крепежных средств 5. В качестве крепежных средств 5 могут быть использованы заклепки, резьбовые или паяные соединения. Для уменьшения теплового сопротивления между элементами радиатора в зонах контакта может использоваться теплопроводная паста или теплопроводный клей. Распорные теплопроводные прокладки 4 могут иметь форму полос, размещенных параллельно потоку воздуха (фиг.3а) или шайб (фиг.3б), установленных рядами или в шахматном порядке. Для размещения большего количества мощных полупроводниковых элементов к радиатору со стороны последнего плоского ребра может быть присоединено второе основание 6. Площадь плоских ребер 1 может иметь ту же площадь, что и основание 2, или быть меньше ее. Элементы предлагаемой конструкции радиатора могут быть изготовлены как из высокотеплопроводного алюминиевого сплава, так и меди. Технология изготовления и сборки предлагаемого устройства не требует применения дорогостоящего технологического оборудования и может быть реализована в условиях типового производства мощной транзисторной аппаратуры различного назначения. Это позволяет снизить стоимость производства радиаторов.The proposed device (Fig. 1 and Fig. 2) contains flat ribs 1 and a base 2, on one side of which powerful semiconductor elements 3 are placed. The contact surface on which the powerful semiconductor elements 3 are mounted is machined with a high accuracy class, no worse than Rz less or equal to ten. Flat fins 1 of the radiator are placed parallel to its base 2 and are separated from the base 2 and from each other by spacer heat-conducting gaskets 4, forming gaps for the passage of air. With this design of the radiator, the size of the intercostal gaps is determined by the thickness of the spacer heat-conducting gaskets 4 and can be less than two millimeters. To ensure reliable thermal contact, the flat fins 1, heat-conducting spacers 4 and the radiator base 2 are interconnected by means of fixing means 5. Rivets, threaded or soldered joints can be used as fixing means 5. To reduce the thermal resistance between the radiator elements in the contact zones, heat-conducting paste or heat-conducting glue can be used. Spacer heat-conducting gaskets 4 may be in the form of strips placed parallel to the air flow (figa) or washers (fig.3b) installed in rows or in a checkerboard pattern. To accommodate more powerful semiconductor elements, a second base 6 can be attached to the radiator from the side of the last flat rib. The area of the flat ribs 1 can have the same area as the base 2, or be smaller than it. Elements of the proposed design of the radiator can be made of both high-conductivity aluminum alloy and copper. The manufacturing and assembly technology of the proposed device does not require the use of expensive technological equipment and can be implemented under the conditions of typical production of powerful transistor equipment for various purposes. This reduces the cost of manufacturing radiators.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При включении мощных полупроводниковых элементов 3 выделяемое тепло через контактную поверхность радиатора передается к его основанию 2 и подводится к зонам, к которым прикреплены распорные теплопроводные прокладки 4. Через распорные теплопроводные прокладки 4 тепло распространяется далее к плоским ребрам 1. Отвод тепла от плоских ребер осуществляется принудительным потоком воздуха, проходящим через межреберные зазоры.The proposed device operates as follows. When you turn on the powerful semiconductor elements 3, the heat generated through the contact surface of the radiator is transferred to its base 2 and is fed to the zones to which the spacer heat-conducting pads are attached 4. Through the spacer heat-conducting pads 4, the heat is distributed further to the flat fins 1. Heat is removed from the flat fins air flow passing through the intercostal gaps.

Повышение эффективности радиатора достигается за счет того, что ребра расположены с меньшим зазором друг от друга по сравнению с прототипом. Это позволяет обеспечить более высокий коэффициент теплоотдачи и увеличить суммарную теплорассеивающую поверхность радиатора без увеличения его габаритов.Improving the efficiency of the radiator is achieved due to the fact that the ribs are located with a smaller gap from each other compared to the prototype. This allows you to provide a higher heat transfer coefficient and increase the total heat dissipating surface of the radiator without increasing its size.

Claims

A radiator for cooling transistor modules containing a base, flat fins placed parallel to the base and separated from the base and from each other by spacers, characterized in that an additional base is introduced, located on the side of the extreme flat fins.