RU2052884C1

RU2052884C1 - Радиоэлектронное устройство

Info

Publication number: RU2052884C1
Application number: RU93019135A
Authority: RU
Inventors: О.А. Кабов; Д.Н. Кравченко
Original assignee: Институт теплофизики СО РАМН
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1993-04-12
Publication date: 1996-01-20

Abstract

Использование: в микроэлектронике для охлаждения микроэлектронного оборудования с высокой интегральной плотностью комплектующих компонентов. Сущность изобретения: устройство выполнено в виде герметичного контейнера 1, на внутренних поверхностях боковых стенок которого расположены платы 2 с охлаждаемыми полупроводниковыми кристаллами 3. Конденсатор 4 в виде плоских полых пластин сопряжен своими полостями с трубопроводом 5. В указанных полостях циркулирует охлаждающая жидкость. 3 ил.

Description

Изобретение относится к области охлаждения микроэлектронного оборудования с высокой интегральной плотностью комплектующих компонентов.

В последние годы достигнуты значительные успехи в производстве ЭВМ высокой производительности. Это привело к увеличению тепловых потоков на полупроводниковых кристаллах. Плотность теплового потока, выделяемая при их работе, достигает 40 Вт/см и предполагается, что до 2000 г. она превысит 100 Вт/см. Для нормальной работы полупроводникового кристалла необходимо, чтобы его температура не превышала 85^оС. При дальнейшем увеличении температуры количество возможных сбоев в работе кристалла БИС возрастает по экспоненте. Другой важной задачей стало наиболее компактное размещение монтажных плат в компьютерах высокой производительности.

В настоящее время для охлаждения полупроводниковых кристаллов предложено использовать погружные системы охлаждения [1] Физические свойства используемых в этих системах диэлектрических жидкостей позволяют организовать процесс теплоотдачи при кипении, так как у большинства этих жидкостей температура насыщения при атмосферном давлении колеблется от 20 до 70^оС. Температура поверхности при этом не превышает 85^оС. С другой стороны, все они обладают относительно малой теплотой фазового перехода и капиллярной постоянной, что определяет низкую плотность критического теплового потока.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство с погружной системой охлаждения [2] Монтажные платы с полупроводниковыми кристаллами крепятся вертикально к стенкам камеры. Для увеличения интенсивности теплоотдачи используются конденсаторы, выполненные в виде труб круглого сечения. Конденсаторы располагаются между платами и погружены в жидкость. Над каждым конденсатором располагается ловушка для пара, изготовленная из пористого материала. За счет того, что пар собирается в этих ловушках, конденсация происходит в паровом пространстве, что позволяет увеличить ее интенсивность.

Недостатками известного устройства являются большое расстояние между платами, которое определяется внешним диаметром; плотность теплового потока, выделяемая полупроводниковыми кристаллами, не может превышать плотность критического теплового потока для неограниченного объема жидкости; устройство может использоваться только в вертикальном положении при наличии гравитационной силы.

В основу изобретения положена задача уменьшения габаритов, упрощение конструкция устройства охлаждения, а также увеличение плотности критических тепловых потоков.

Задача решается тем, что в устройстве, содержащем герметичный контейнер, рабочий объем которого частично заполнен низкокипящий диэлектрической жидкостью, монтажные платы с полупроводниковыми кристаллами, погруженные в жидкость, конденсатор пара, размещенный между платами, согласно изобретению конденсатор выполнен в виде плоских пластин, заполненных прокачиваемой охлаждающей жидкостью. Платы с полупроводниковыми кристаллами располагаются по обе стороны конденсатора. Пар, образующийся на отдельном кристалле, плотностью конденсируется в объеме между ним и конденсатором. Поэтому неконденсирующиеся примеси (воздух), оставшиеся в конденсаторе при его заправке жидкостью или просочившиеся в систему через неплотности соединений при понижении давления ниже атмосферного, не оказывают отрицательного влияния на теплообмен. Жидкость в окрестности кристаллов существенно переохлаждается, в результате возрастает интенсивность теплоотдачи и увеличивается плотность критического теплового потока. Так как образовавшийся пар не достигает следующего кристалла, то это позволяет избежать увеличения паросодержания на вышерасположенных кристаллах и, как следствие, уменьшения плотности критического теплового потока, что имеет место при отсутствии конденсатора. Кроме того, за счет того, что общая толщина плоского конденсатора меньше, чем внешний диаметр труб, достигается уменьшение расстояние между платами. Это позволяет увеличить плотность компоновки электроники.

На фиг.1-3 изображены различные варианты радиоэлектронного устройства.

На фиг. 1 устройство выполнено виде герметичного контейнера 1, на внутренних поверхностях боковых стенок которого расположены платы 2 с охлаждаемыми полупроводниковыми кристаллами 3. Плоский вертикальный конденсатор 4 располагается между платами, трубопровод 5 используется для подачи охлаждающей жидкости конденсатора.

Охлаждение кристаллов происходит при кипении на них диэлектрической жидкости.

Устройство на фиг.2 отличается от первого тем, что в контейнере 1 располагаются несколько плат 2 с полупроводниковыми кристаллами 3, между которыми установлены плоские конденсаторы. Это позволяет увеличить плотность компоновки электронных компонентов.

Кроме того, в отличие от известных конструкций заявляемая конструкция позволяет расположить платы как вертикально, так и горизонтально, так как в системе отсутствует циркуляция паровой фазы. Весь образующийся пар конденсируется в зазоре между кристаллами БИС и конденсатором. Это позволяет использовать данную конструкцию системы охлаждения для высокопроизводительных вычислительных комплексов, установленных на транспортных средствах.

Конденсатор пара может быть выполнен как в виде единой пластины, так и в виде отдельных плоских каналов, соединенных с коллектором охлаждающей жидкости (фиг.3).

Радиоэлектронное устройство может быть использовано, учитывая его компактность и простоту обслуживания, в конструкциях вычислительных машин высокой производительности и другой электронной техники.

Claims

РАДИОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее герметичный контейнер, рабочий объем которого частично заполнен легкокипящей жидкостью, монтажные платы с полупроводниковыми кристаллами, установленные в рабочем объеме и погруженные в жидкость и конденсатор пара, размещенный между платами, отличающееся тем, что конденсатор пара выполнен в виде плоских полых пластин, заполненных прокачиваемой охлаждающей жидкостью.