RU2393654C1

RU2393654C1 - Heat sink

Info

Publication number: RU2393654C1
Application number: RU2009103488/09A
Authority: RU
Inventors: Александр Львович Бусарев (RU); Александр Львович Бусарев; Юрий Евгеньевич Яковлев (RU); Юрий Евгеньевич Яковлев; Максим Александрович Краснов (RU); Максим Александрович Краснов; Петр Васильевич Смирнов (RU); Петр Васильевич Смирнов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА")
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2010-06-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: distribution of heat conducting coat is made directly on rib contact surface split-jointed, via flexible element, with the base. Surface of every rib furnished with ducts stays in contact with all irregularities of heat-loaded case of electronic component surface. Flexible element pressed against the heat-loaded electronic component case allows heat conducting coat flows to flow into rib ducts to facilitate uniform and optimum distribution of heat conducting coat which couples surfaces of heat loaded components, even those poorly connected.

EFFECT: improved heat withdrawal from radiolectronic components due uniform distribution of heat conducting coat in heat sink proper.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области электроники, а именно к отводу тепла от теплонагруженных элементов радиоэлектронных блоков, например бортового оборудования летательных аппаратов.The invention relates to the field of electronics, namely to the removal of heat from heat-loaded elements of electronic components, for example, on-board equipment of aircraft.

Известно устройство отвода тепла (патент США №6663964, Н05К 7/20, В32В 9/00, F16L 59/02, опубл. 16.12.2003). Отличительной его особенностью является теплопроводящее покрытие, у которого при комнатной температуре, когда теплонагруженные элементы не работают, отсутствует текучесть. Во время работы теплонагруженных элементов из-за увеличения температуры теплопроводящий материал размягчается, появляется текучесть, в результате которой происходит распределение теплопроводящего материала между теплонагруженными элементами и устройством отвода тепла.A heat dissipation device is known (US patent No. 6663964, H05K 7/20, B32B 9/00, F16L 59/02, publ. December 16, 2003). Its distinctive feature is a heat-conducting coating, in which there is no fluidity at room temperature, when the heat-loaded elements do not work. During operation of the heat-loaded elements, due to the increase in temperature, the heat-conducting material softens, fluidity appears, as a result of which the heat-conducting material is distributed between the heat-loaded elements and the heat removal device.

Недостатком этого устройства является неравномерность распределения теплопроводящего покрытия из-за неодинакового выделения тепла различными теплонагруженными элементами. К тому же, температура теплонагруженного элемента убывает при удалении от его центра к периферии, что приводит к неравномерному распределению теплоотводящего покрытия. Т.е. горячая зона - в центре, а зоны с более низкой температурой - по краям, что приводит к тому, что текучесть проявляется только в центральной части.The disadvantage of this device is the uneven distribution of the heat-conducting coating due to the uneven heat generation by various heat-loaded elements. In addition, the temperature of the heat-loaded element decreases with distance from its center to the periphery, which leads to an uneven distribution of the heat-removing coating. Those. the hot zone is in the center, and zones with a lower temperature are at the edges, which leads to the fact that fluidity appears only in the central part.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство отвода тепла по патенту РФ №2303862, Н05К 7/20, H01L 23/36 G06F 1/20, опубл. 07.27.2007, выполненное из металла или металлического сплава, содержащее охлаждающее ребро, которое соединено с металлическим корпусом эксплуатационного средства. Охлаждающий элемент разъемно соединен с корпусом крепежными средствами и снабжен теплопроводящим и электроизолирующим покрытием.The closest technical solution (prototype) is a heat dissipation device according to the patent of the Russian Federation No. 2303862, H05K 7/20, H01L 23/36 G06F 1/20, publ. 07.27.2007, made of metal or a metal alloy, containing a cooling fin, which is connected to the metal housing of the operating tool. The cooling element is detachably connected to the housing by fixing means and is provided with a heat-conducting and electrically insulating coating.

Недостатком такого устройства является увеличение теплового сопротивления в местах стыка охлаждающего элемента и теплонагруженного элемента в случае различной формы поверхности стыка теплоотвода и монтажной поверхности корпуса теплонагруженного элемента (например, одна вогнутая, другая плоская). Тогда при циклических тепловых нагрузках распределение теплопроводящего покрытия непосредственно на рабочей поверхности теплонагруженного элемента становится неравномерным.The disadvantage of this device is the increase in thermal resistance at the junction of the cooling element and the heat-loaded element in the case of different shapes of the interface of the heat sink and the mounting surface of the body of the heat-loaded element (for example, one concave, the other flat). Then, under cyclic thermal loads, the distribution of the heat-conducting coating directly on the working surface of the heat-loaded element becomes uneven.

Техническим результатом изобретения является улучшение отвода тепла от теплонагруженных элементов радиоэлектронных блоков за счет более равномерного распределения теплопроводящего покрытия в самом устройстве отвода тепла, причем покрытие становится более тонким, в результате чего оно более эффективно отводит тепло от теплонагруженных элементов.The technical result of the invention is to improve the heat removal from the heat-loaded elements of the electronic blocks due to a more uniform distribution of the heat-conducting coating in the heat removal device itself, the coating becoming thinner, as a result of which it more effectively removes heat from the heat-loaded elements.

Технический результат достигается тем, что в устройстве отвода тепла, имеющем основание, снабженное охлаждающими ребрами и разъемно соединенное с корпусом теплонагруженного элемента через теплопроводящее покрытие, ребра соединены с основанием разъемно через упругий элемент, и тем, что поверхность соприкосновения каждого ребра с корпусом теплонагруженного элемента выполнена в виде прямоугольника, причем ребра снабжены каналами.The technical result is achieved in that in a heat removal device having a base provided with cooling fins and detachably connected to the body of the heat-loaded element through a heat-conducting coating, the ribs are connected to the base detachably through an elastic element, and the contact surface of each rib with the body of the heat-loaded element is made in the form of a rectangle, and the ribs are provided with channels.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

Фиг.1 - устройство отвода тепла в начальный момент его работы;Figure 1 - heat removal device at the initial moment of its operation;

фиг.2 - устройство отвода тепла в конечный момент его работы;figure 2 - device for heat removal at the final moment of its operation;

фиг.3 - устройство отвода тепла в изометрии;figure 3 - device heat dissipation in isometry;

фиг.4 - устройство отвода тепла в изометрии с несколькими теплонагруженными элементами;4 is a device for heat removal in isometry with several heat-loaded elements;

фиг.5 - устройство отвода тепла в сечении с несколькими теплонагруженными элементами,5 is a device for heat dissipation in cross section with several heat-loaded elements,

где:Where:

1 - основание;1 - base;

2 - отверстие в основании для установки ребер;2 - hole in the base for installing ribs;

3 - упругий элемент;3 - elastic element;

4 - охлаждающее ребро;4 - cooling rib;

5 - ступенька охлаждающего ребра;5 - step of the cooling fin;

6 - поверхность соприкосновения охлаждающего ребра с корпусом теплонагруженного элемента;6 - contact surface of the cooling fin with the body of the heat-loaded element;

7 - корпус теплонагруженного элемента;7 - case of a heat-loaded element;

8 - печатная плата;8 - printed circuit board;

9 - каналы;9 - channels;

10 - теплопроводящее покрытие;10 - heat conductive coating;

11 - отверстие основания для крепления на плате;11 - hole base for mounting on the board;

12 - отверстие в плате для крепления основания;12 - hole in the board for mounting the base;

13 - крепежный элемент;13 - fastener;

14 - отверстие упругого элемента, соосное отверстию основания.14 - hole of the elastic element, coaxial to the hole of the base.

Устройство отвода тепла имеет основание 1 (фиг.1, 2) с отверстиями 2 для разъемного соединения через упругий элемент 3 с охлаждающими ребрами 4, имеющими форму усеченного конуса, снабженного ступенькой 5. Поверхность 6 соприкосновения каждого ребра 4 с корпусом 7 теплонагруженного элемента, расположенного на печатной плате 8, выполнена в виде прямоугольника (например, квадрата) с каналами 9 (паз, отверстие и т.п.) На эту поверхность нанесено теплопроводящее покрытие 10. Каналы 9 (фиг.3) служат для массопереноса теплопроводящего покрытия 10 (например, пасты), что способствует более равномерному и более тонкому распределению этого покрытия по всей поверхности 6 соприкосновения.The heat removal device has a base 1 (FIGS. 1, 2) with holes 2 for detachable connection through an elastic element 3 with cooling ribs 4 having the shape of a truncated cone equipped with a step 5. The contact surface 6 of each rib 4 with the housing 7 of the heat-loaded element located on a printed circuit board 8, made in the form of a rectangle (for example, a square) with channels 9 (groove, hole, etc.) A heat-conducting coating is applied to this surface 10. Channels 9 (Fig. 3) are used for mass transfer of a heat-conducting coating 10 (for example , P asthma), which contributes to a more uniform and finer distribution of this coating over the entire contact surface 6.

Для крепления основания 1 к плате 8 они имеют соответственно отверстия 11 и 12 под крепежные элементы 13. Упругий элемент 3 снабжен отверстиями 14 соосно отверстиям 11 основания 1.For fastening the base 1 to the board 8, they have holes 11 and 12, respectively, for the fastening elements 13. The elastic element 3 is provided with holes 14 coaxially with the holes 11 of the base 1.

Поверхность теплонагруженного элемента может иметь отклонение от плоскостности, в частности, может быть вогнутой, т.е. иметь вид чаши. В случае необходимости отводить тепло от нескольких теплонагруженных элементов (фиг.4, 5) охлаждающие ребра устанавливаются в несколько отверстий, выполненных в соответствии с местоположением теплонагруженных элементов.The surface of the heat-loaded element may have a deviation from flatness, in particular, it may be concave, i.e. look like a bowl. If necessary, to remove heat from several heat-loaded elements (Figs. 4, 5), cooling fins are installed in several holes made in accordance with the location of the heat-loaded elements.

Предлагаемая конструкция позволяет заполнить неровности поверхности теплонагруженного элемента множеством ребер при минимальной толщине теплопроводящего слоя, т.е. заполняется любая неровность, что улучшает отвод тепла. Упругий элемент 3 создает определенное усилие, что при циклических тепловых нагрузках способствует удерживанию теплового контакта с теплонагруженным элементом.The proposed design allows you to fill the surface irregularities of the heat-loaded element with many ribs with a minimum thickness of the heat-conducting layer, i.e. any irregularity is filled, which improves heat dissipation. The elastic element 3 creates a certain force, which under cyclic thermal loads helps to maintain thermal contact with the heat-loaded element.

При монтаже устройства отвода тепла на печатную плату 8 с теплонагруженными элементами под воздействием упругого элемента 3 на ступеньку 5 ребра 4 происходит соприкосновение последнего по всем неровностям с корпусом 1 теплонагруженного элемента. По истечении некоторого времени даже при комнатной температуре потоки пасты 10, следуя по пути наименьшего сопротивления, оказываются в каналах 9 ребер 4, что уменьшает толщину слоя пасты 10. При подключении теплонагруженного элемента происходит выделение тепла, которое отводится через тонкий слой пасты 10, теплопроводность которого по определению значительно выше, чем толстого слоя, к ребрам 4 устройства отвода тепла. Далее ребра 4 рассевают тепло в окружающую среду.When mounting the heat removal device to the printed circuit board 8 with heat-loaded elements under the influence of the elastic element 3 on the step 5 of the rib 4, the latter comes into contact with all the irregularities with the housing 1 of the heat-loaded element. After some time, even at room temperature, the paste flows 10, following the path of least resistance, appear in the channels 9 of the ribs 4, which reduces the thickness of the paste layer 10. When a heat-loaded element is connected, heat is released, which is removed through a thin layer of paste 10, whose thermal conductivity by definition, significantly higher than the thick layer to the ribs 4 of the heat removal device. Further, the ribs 4 dissipate heat into the environment.

Проведенные испытания показали работоспособность заявляемого устройства. Оно обладает новизной, изобретательским уровнем, промышленно применимо и решает поставленную техническую задачу: повышает теплоотдачу за счет более равномерного и тонкого распределения теплопроводящей пасты и эффективно отводит тепло даже от плохо согласованных поверхностей теплонагруженных элементов.The tests showed the efficiency of the claimed device. It has a novelty, inventive step, is industrially applicable and solves the technical problem posed: it increases heat transfer due to a more uniform and finer distribution of heat-conducting paste and effectively removes heat even from poorly coordinated surfaces of heat-loaded elements.

Claims

A heat removal device having a base provided with cooling fins and detachably connected to the body of the heat-loaded element through a heat-conducting coating, characterized in that the fins are connected to the base detachably through an elastic element, and the contact surface of each rib equipped with channels with the body of the heat-loaded element is made in the form the rectangle.