RU2603014C2 - Method of assembling an electronic module, which provides improved thermal and overall dimensions - Google Patents
Method of assembling an electronic module, which provides improved thermal and overall dimensions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2603014C2 RU2603014C2 RU2014150921/07A RU2014150921A RU2603014C2 RU 2603014 C2 RU2603014 C2 RU 2603014C2 RU 2014150921/07 A RU2014150921/07 A RU 2014150921/07A RU 2014150921 A RU2014150921 A RU 2014150921A RU 2603014 C2 RU2603014 C2 RU 2603014C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- printed wiring
- circuit board
- submodules
- wiring board
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
- H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
- H01L23/4012—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws for stacked arrangements of a plurality of semiconductor devices
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и может применяться для охлаждения группы тепловыделяющих элементов, размещенных на печатной плате, а также отвода тепла с самой печатной платы. The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to cool a group of fuel elements located on a printed circuit board, as well as heat dissipation from the printed circuit board itself.
Технический результат - обеспечение эффективного отвода тепла от группы тепловыделяющих элементов, размещенных на печатной плате при минимизации объемов конструкции, рассеивание тепла в окружающее пространство при отсутствии необходимости использования внутри устройства принудительной циркуляции воздуха, обеспечение электромагнитного экранирования печатной платы с установленными электронными компонентами при ограничениях по толщине устройства. EFFECT: provision of effective heat removal from a group of heat-generating elements placed on a printed circuit board while minimizing the volume of the structure, heat dissipation into the environment when there is no need to use forced air circulation inside the device, electromagnetic shielding of the printed circuit board with installed electronic components with restrictions on the thickness of the device .
Известен аналог, описанный в патенте России №2282956 (заявка №2004137331, дата подачи 2004.12.21, опубл. 2006.08.27), который представляет собой цельнометаллическую конструкцию с оребрением. Рассеивание тепла в окружающее пространство осуществляется через оребрение, при этом поверхности ребер выполнены волнообразными. Недостатком такого устройства является сложность изготовления профиля оребрения, при котором требуется обязательное изготовление оснастки, что приводит к дополнительным затратам. Другим недостатком является конструктивное ограничение на расположение тепловыделяющих элементов: монтаж устройства производится на один тепловыделяющий элемент или тепловыделяющие элементы, расположенные в ряд, т.е. имеет место ограничение по направлению оребрения и расположению элементов.A similar analogue is described in Russian patent No. 2282956 (application No. 2004137331, filing date 2004.12.21, publ. 2006.08.27), which is an all-metal structure with fins. Heat is dissipated into the surrounding space through the fins, while the surfaces of the ribs are made wavy. The disadvantage of this device is the difficulty of manufacturing the profile of the fins, which requires the mandatory manufacture of equipment, which leads to additional costs. Another disadvantage is the structural restriction on the location of the fuel elements: the device is installed on one fuel element or fuel elements arranged in a row, i.e. there is a restriction in the direction of the fins and the location of the elements.
Известен аналог, описанный в патенте США №6611431 (заявка №20020115290 от 2002.04.02), представляющий собой устройство, которое фиксируется к печатной плате крепежными элементами. Отвод тепла от тепловыделяющего элемента на устройство охлаждения производится через теплопроводящие пасты, гели или прокладки, рассеивание тепла в окружающее пространство обеспечивается оребрением. Описанное решение конструктивно предназначено для охлаждения одного тепловыделяющего элемента и также не может эффективно применяться при строгих ограничениях габаритных размеров. При сочетании требований к печатной плате и тепловыделяющему элементу по тепловому режиму работы и электромагнитному экранированию описанное устройство не осуществляет электромагнитного экранирования, так как выводы радиоэлемента, расположенные по периметру его корпуса, полностью открыты.A known analogue is described in US patent No. 6611431 (application No. 20020115290 from 2002.04.02), which is a device that is fixed to the printed circuit board by fasteners. Heat is removed from the fuel element to the cooling device through heat-conducting pastes, gels or gaskets, heat dissipation into the surrounding space is provided by fins. The described solution is structurally designed to cool a single fuel element and also cannot be effectively applied under severe restrictions on overall dimensions. When combining the requirements for the printed circuit board and the fuel element for thermal operation and electromagnetic shielding, the described device does not carry out electromagnetic shielding, since the conclusions of the radio element located along the perimeter of its body are fully open.
Известны аналогичные технические решения, описанные в патенте США №5583316 (заявка №19940211241 от 1994.03.29) и в патенте США №5504650 (заявка №19950433131 от 1995.05.03), представляющие собой устройство с оребрением, в конструкции которого предусмотрен канал для воздушного охлаждения. Недостатками этих устройств являются ограниченные габаритные размеры, отсутствие электромагнитного экранирования и наличие принудительного охлаждения, что усложняет конструкцию.Similar technical solutions are known, described in US patent No. 5583316 (application No. 19940211241 from 1994.03.29) and in US patent No. 5504650 (application No. 199950433131 from 1995.05.03), which are a device with fins, in the design of which a channel for air cooling is provided . The disadvantages of these devices are limited overall dimensions, the absence of electromagnetic shielding and the presence of forced cooling, which complicates the design.
Наиболее близким можно считать аналог, описанный в патенте России №2361378 (заявка №2007130875/09, дата подачи 2007.08.13, опубл. 2009.07.10), который представляет собой цельнометаллическую конструкцию с оребрением, обеспечивающую тепловой контакт с печатной платой, что улучшает отвод тепла от тепловыделяющих элементов. Недостатком аналога является невозможность использования субмодулей, размещаемых с одной или двух сторон печатной платы, а также его применения в герметичных конструкциях из-за наличия отверстий для входа и выхода воздуха.The closest one can be considered the analogue described in Russian patent No. 2361378 (application No. 2007130875/09, filing date 2007.08.13, publ. 2009.07.10), which is an all-metal construction with fins providing thermal contact with the printed circuit board, which improves drainage heat from fuel elements. The disadvantage of the analogue is the inability to use submodules placed on one or two sides of the printed circuit board, as well as its use in sealed structures due to the presence of openings for air inlet and outlet.
Техническим результатом является обеспечение эффективного отвода тепла от группы тепловыделяющих элементов, размещенных на печатной плате при минимизации объемов конструкции, рассеивание тепла в окружающее пространство при отсутствии необходимости использования внутри устройства принудительной циркуляции воздуха, обеспечение электромагнитного экранирования печатной платы с установленными электронными компонентами при ограничениях по толщине устройства.The technical result is the provision of efficient heat removal from a group of heat-generating elements placed on a printed circuit board while minimizing the volume of the structure, heat dissipation into the environment when there is no need to use forced air circulation inside the device, electromagnetic shielding of the printed circuit board with installed electronic components with restrictions on the thickness of the device .
Предлагается конструкция устройства охлаждения группы тепловыделяющих элементов, совмещающая в себе отвод тепла с крышки корпуса тепловыделяющего элемента, одновременно с отводом тепла с нижней части корпуса через тепловой контакт с печатной платой. Таким образом от тепловыделяющего элемента к радиатору тепловой поток передается двумя путями с разным значением теплового сопротивления. Такое решение повышает эффективность отвода тепла от тепловыделяющего элемента. Минимизация объемов конструкции достигается за счет определенного размещения элементов внутри устройства. Наиболее сильно нагретые компоненты располагаются крышкой корпуса вниз, что позволяет исключить погрешность выполнения печатной платы и применить тонкие теплопроводящие прокладки. В случае построения конструкции с использованием субмодулей, объем конструкции минимизируется за счет эффективного использования зазоров между субмодулем и базовой платой, образующихся при установке межплатных разъемов. Наилучший результат достигается в случае двухстороннего размещения субмодулей относительно базовой платы. A design of a cooling device of a group of fuel elements combining heat removal from a cover of a housing of a fuel element at the same time as heat removal from the lower part of the housing through thermal contact with a printed circuit board is proposed. Thus, from the fuel element to the radiator, the heat flux is transmitted in two ways with different values of thermal resistance. This solution increases the efficiency of heat removal from the fuel element. Minimization of the volume of the structure is achieved due to a certain placement of elements inside the device. The most heated components are located down to the housing cover, which eliminates the error in the performance of the circuit board and apply thin heat-conducting gaskets. In the case of constructing a structure using submodules, the volume of the structure is minimized due to the efficient use of the gaps between the submodule and the base board that are formed when installing the on-board connectors. The best result is achieved in the case of bilateral placement of submodules relative to the base board.
Электромагнитное экранирование обеспечивается за счет создания электрически замкнутого объема, образованного радиатором - с одной стороны, и теплопроводящей прокладкой, размещенной на базовой печатной плате - с другой стороны.Electromagnetic shielding is ensured by creating an electrically closed volume formed by a radiator, on the one hand, and a heat-conducting gasket placed on the base circuit board, on the other hand.
Сущность технического решения показана на чертежах: фиг. 1 - компоновка конструкции с односторонним размещением субмодулей; фиг. 2 - компоновка конструкции с двухсторонним размещением субмодулей; фиг. 3 - пример реализации в виде вставного блока (ячейки). The essence of the technical solution is shown in the drawings: FIG. 1 - layout design with one-sided placement of submodules; FIG. 2 - layout design with bilateral placement of submodules; FIG. 3 - an example implementation in the form of an insert block (cell).
Традиционно, при выполнении конструкций с повышенной удельной мощностью на многослойных печатных платах предусматривается выделение одного или нескольких слоев платы для целей передачи тепла от тепловыделяющих элементов. Однако такая конструкция имеет, с одной стороны, ограничения по теплопроводности, ввиду малой толщины теплоотводящих слоев печатной платы, а с другой стороны - эти слои не могут использоваться для размещения проводников, что приводит к необходимости увеличения толщины печатной платы. Введение в конструкцию (фиг. 1) пластины теплопроводящей 1, которая обладает высокой теплопроводностью, позволяет эффективно передать тепло от тепловыделяющих элементов 2, размещенных на плате субмодуля 3. При этом тепловыделяющий элемент 2 развернут крышкой корпуса к пластине теплопроводящей 1, передавая тепловую энергию через прокладку теплопроводящую 4. С пластины теплопроводящей 1 тепловая энергия передается на радиаторы 5, которые выполняются цельно фрезерованными. Ввиду наличия электрического контакта между пластиной теплопроводящей и радиатором образуется замкнутый объем, обеспечивающий электромагнитное экранирование схемы с одной стороны, и возможность передачи электрических сигналов по проводникам базовой платы 6 к другим секциям конструкции. Основным путем передачи тепла является крышка корпуса тепловыделяющего элемента 2, но достаточно большая часть (обычно от 10 до 50%) тепловой энергии передается посредством теплового контакта с печатной платой субмодуля. Для отвода этой части тепловой энергии целесообразно использовать прокладку теплопроводящую 4 увеличенной толщины «с», выполненной из мягкого теплопроводящего материала или компаунда. С целью более эффективного использования полезного объема на верхней стороне платы субмодуля размещаются электронные компоненты малой высоты и рассеиваемой мощности. Для передачи тепла от них также подходит использование теплопроводящей прокладки, выполненной из мягкого теплопроводящего материала или компаунда. Traditionally, when performing designs with increased specific power on multilayer printed circuit boards, one or more layers of the board are provided for the purpose of transferring heat from the fuel elements. However, this design has, on the one hand, limitations on thermal conductivity, due to the small thickness of the heat-removing layers of the printed circuit board, and on the other hand, these layers cannot be used to accommodate conductors, which leads to the need to increase the thickness of the printed circuit board. Introduction to the design (Fig. 1) of a heat-conducting
Современная компоновка электронных схем высокой степени интеграции подразумевает использование субмодулей, соединяющихся с базовой платой по средством специализированных разъемов 7 и 8. Эффективность использования полезного объема конструкции (фиг. 1) связана с высотой таких разъемов. Обычно высота находится в диапазоне от 3 до 10 мм. Высота образовавшегося зазора размером «e» между базовой платой и платой субмодуля складывается из толщин следующих деталей: прокладки изолирующей 9, пластины теплопроводящей 1, прокладки теплопроводящей 4 тонкой и тепловыделяющих элементов 2, расположенных на плате субмодуля. Типовые значения размеров следующие: толщина прокладки изолирующей 9 в пределах от 0,1 до 0,25 мм, толщина пластины теплопроводящей 1 в пределах от 0,5 до 0,9 мм, толщина тонкой прокладки теплопроводящей 4 в пределах от 0,15 до 0,2 мм и высота тепловыделяющих элементов 2, расположенных на плате субмодуля в пределах от 1,5 до 3,5 мм. При выполнении базовой печатной платы с глухими переходными отверстиями изолирующую прокладку можно исключить. Исходя из полученных значений суммарной высоты зазора «e» находящихся в пределах от 2,25 до 4,85 мм определяем, что в предложенной конструкции целесообразно использование стандартных разъемов высотой от 3 до 5 мм.The modern layout of electronic circuits with a high degree of integration implies the use of submodules that connect to the base board using
На фиг. 2 приведена двухсторонняя конструкция. В этом варианте компоновки к базовой плате, находящейся в центре конструкции, платы субмодуля размещаются с обеих сторон, что позволяет более эффективно использовать полезный объем, при сохранении качества отвода тепла.In FIG. 2 shows a double-sided design. In this embodiment, the layout of the base board located in the center of the structure, the submodule boards are placed on both sides, which allows more efficient use of the usable volume, while maintaining the quality of heat dissipation.
На фиг. 3 приведен пример реализации устройства в виде двухстороннего вставного блока (ячейки).In FIG. 3 shows an example implementation of the device in the form of a two-sided plug-in unit (cell).
Claims (1)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150921/07A RU2603014C2 (en) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Method of assembling an electronic module, which provides improved thermal and overall dimensions |
EA201500731A EA201500731A1 (en) | 2014-12-16 | 2015-05-18 | ELECTRONIC MODULE COMPONENT METHOD THAT PROVIDES IMPROVED HEAT AND BULK PARAMETERS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150921/07A RU2603014C2 (en) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Method of assembling an electronic module, which provides improved thermal and overall dimensions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014150921A RU2014150921A (en) | 2016-07-10 |
RU2603014C2 true RU2603014C2 (en) | 2016-11-20 |
Family
ID=56194173
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014150921/07A RU2603014C2 (en) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Method of assembling an electronic module, which provides improved thermal and overall dimensions |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA201500731A1 (en) |
RU (1) | RU2603014C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU203464U1 (en) * | 2020-07-17 | 2021-04-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Heat-loaded electronic device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2161384C1 (en) * | 1999-05-13 | 2000-12-27 | Фонд Сертификации "Энергия" | Apparatus for temperature stabilization of electronic equipment |
US6611431B1 (en) * | 2001-11-30 | 2003-08-26 | Hon Hai Precision Ind. Co., Ltd. | Heat dissipation assembly |
US7051790B2 (en) * | 2003-12-19 | 2006-05-30 | Asia Vital Component Co., Ltd. | Protect cover for a radiator |
RU2361378C2 (en) * | 2007-08-13 | 2009-07-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" | Cooling device |
RU85285U1 (en) * | 2009-03-06 | 2009-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") | DEVICE FOR REMOVING HEAT FROM THE PCB |
RU2374792C1 (en) * | 2008-05-16 | 2009-11-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") | Radio electronic unit and cooling method thereof |
-
2014
- 2014-12-16 RU RU2014150921/07A patent/RU2603014C2/en active
-
2015
- 2015-05-18 EA EA201500731A patent/EA201500731A1/en unknown
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2161384C1 (en) * | 1999-05-13 | 2000-12-27 | Фонд Сертификации "Энергия" | Apparatus for temperature stabilization of electronic equipment |
US6611431B1 (en) * | 2001-11-30 | 2003-08-26 | Hon Hai Precision Ind. Co., Ltd. | Heat dissipation assembly |
US7051790B2 (en) * | 2003-12-19 | 2006-05-30 | Asia Vital Component Co., Ltd. | Protect cover for a radiator |
RU2361378C2 (en) * | 2007-08-13 | 2009-07-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" | Cooling device |
RU2374792C1 (en) * | 2008-05-16 | 2009-11-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") | Radio electronic unit and cooling method thereof |
RU85285U1 (en) * | 2009-03-06 | 2009-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") | DEVICE FOR REMOVING HEAT FROM THE PCB |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU203464U1 (en) * | 2020-07-17 | 2021-04-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Heat-loaded electronic device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014150921A (en) | 2016-07-10 |
EA201500731A1 (en) | 2016-06-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2728987B1 (en) | Cooling apparatus for an electrical substrate | |
WO2008122220A1 (en) | Shielding and heat-dissipating device | |
CN110494018B (en) | Optical module | |
EP4030264B1 (en) | Systems for cooling electronic components in a sealed computer chassis | |
KR100620913B1 (en) | Thermoelectric module | |
KR20160038304A (en) | Circuit board | |
US20140247559A1 (en) | Heat dissipation structure of electronic shield cover | |
TWI607675B (en) | Dc/dc power module and dc/dc power system assembly | |
JP4522271B2 (en) | Electronic device and heat sink assembly used therefor | |
RU2603014C2 (en) | Method of assembling an electronic module, which provides improved thermal and overall dimensions | |
RU2406282C1 (en) | Electronic unit with heat removal and shielding | |
CN203523231U (en) | Integrated radiator | |
JP5693351B2 (en) | Board built-in housing | |
RU2361378C2 (en) | Cooling device | |
RU138222U1 (en) | DEVICE FOR DRAINING HEAT FROM ELECTRONIC COMPONENTS, PLACED ON THE PCB | |
CN105379097B (en) | Power-converting device | |
JP2012199354A (en) | Electronic control device | |
JP6523207B2 (en) | Heat sink and housing | |
CN211128733U (en) | Heat abstractor and customer premises equipment | |
RU85285U1 (en) | DEVICE FOR REMOVING HEAT FROM THE PCB | |
JP6091035B2 (en) | Heat dissipation structure | |
RU2659042C2 (en) | Flush-mounted device installed in electrical equipment building | |
CN109257868B (en) | Electronic equipment | |
RU128766U1 (en) | DEVICE FOR COOLING SEMICONDUCTOR COMPONENTS ON A PCB | |
CN103533812A (en) | Integrated radiator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20180117 |