RU2610715C1 - Method of electronic modules thermal protection - Google Patents
Method of electronic modules thermal protection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2610715C1 RU2610715C1 RU2015136943A RU2015136943A RU2610715C1 RU 2610715 C1 RU2610715 C1 RU 2610715C1 RU 2015136943 A RU2015136943 A RU 2015136943A RU 2015136943 A RU2015136943 A RU 2015136943A RU 2610715 C1 RU2610715 C1 RU 2610715C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- type
- composite mixture
- composite
- mixture
- Prior art date
Links
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
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3733—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon having a heterogeneous or anisotropic structure, e.g. powder or fibres in a matrix, wire mesh, porous structures
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам защиты микроэлектронного оборудования от внешних разрушающих факторов, таких как длительные высокотемпературные воздействия, и может быть использовано при создании защищенных бортовых накопителей полетной информации для самолетов и вертолетов, а также защищенных накопителей информации для других транспортных средств: тепловозов, судов, автомобилей.The invention relates to the protection of microelectronic equipment from external destructive factors, such as long-term high-temperature effects, and can be used to create secure on-board flight information storage devices for aircraft and helicopters, as well as protected information storage devices for other vehicles: diesel locomotives, ships, automobiles.
Известно устройство, основанное на создании вокруг сохраняемого микроэлектронного объекта защитной слоистой оболочки, предохраняющей его от воздействия внешних тепловых и механических разрушающих факторов (см. патент РФ №2162189, F16L 59/02, G12B 17/06, B64C 1/38, B64G 1/58, 2001 г.).A device is known based on the creation of a protective laminate around a microelectronic object that protects it from external thermal and mechanical destructive factors (see RF patent No. 2162189, F16L 59/02, G12B 17/06, B64C 1/38, B64G 1 / 58, 2001).
В этом устройстве защитная оболочка сохраняемого объекта сформирована из нескольких последовательно расположенных слоев: наружного ударожаропрочного слоя, изготовленного из жаростойких металлов, промежуточного теплозащитного слоя, выполненного из огнеупорного сухого пористо-волокнистого материала, и внутреннего теплозащитного слоя, сформированного из пористого водосодержащего материала, заключенного между теплоотражающими прокладками, изготовленными из металлизированной полимерной пленки.In this device, the protective shell of the stored object is formed of several successively arranged layers: an external shock-resistant layer made of heat-resistant metals, an intermediate heat-protective layer made of refractory dry porous-fibrous material, and an internal heat-protective layer formed of a porous water-containing material enclosed between heat-reflecting materials gaskets made of metallized polymer film.
Наружный слой защитной оболочки обеспечивает защиту сохраняемого объекта от внешних разрушающих механических и огневых воздействий за счет ударожаропрочности материала слоя. Промежуточный теплозащитный слой обеспечивает пассивную теплозащиту сохраняемого объекта за счет низкой теплопроводности сухого пористо-волокнистого материала слоя. Внутренний теплозащитный слой обеспечивает активную теплозащиту сохраняемого объекта за счет поглощения теплоты при кипении воды, находящейся в порах водосодержащего материала. Активная теплозащита позволяет поддерживать температуру защищаемого объема не выше точки кипения воды 100°C в течение всего времени выкипания. Теплоотражающие прокладки способствуют дополнительному понижению температуры защищаемого объема за счет частичного отражения внешнего теплового потока теплоотражающими поверхностями прокладок.The outer layer of the protective shell protects the stored object from external destructive mechanical and fire effects due to the shock and heat resistance of the material of the layer. An intermediate heat-shielding layer provides passive thermal protection of the stored object due to the low thermal conductivity of the dry porous-fibrous material of the layer. The inner heat-protective layer provides active heat protection of the stored object due to the absorption of heat during boiling of water located in the pores of the water-containing material. Active thermal protection allows maintaining the temperature of the protected volume not higher than the boiling point of water 100 ° C during the whole boiling time. Heat-reflecting gaskets contribute to an additional decrease in the temperature of the protected volume due to the partial reflection of the external heat flux by the heat-reflecting surfaces of the gaskets.
Известное устройство эффективно решает задачу защиты сохраняемого объекта от разрушающих механических факторов и высокотемпературных воздействий, обеспечивая защиту микроэлектронного оборудования при внешнем всестороннем огневом воздействии с температурой до 1100°C в течение 30 минут, ударных перегрузках до 3400 g и статических давлениях до 600 атм.The known device effectively solves the problem of protecting a stored object from destructive mechanical factors and high-temperature influences, providing protection for microelectronic equipment with external comprehensive fire exposure with temperatures up to 1100 ° C for 30 minutes, shock overloads up to 3400 g and static pressures up to 600 atm.
Недостатком является отсутствие стойкости к длительному, до 10 часов, всестороннему воздействию повышенной температуры 260°CThe disadvantage is the lack of resistance to prolonged, up to 10 hours, the full impact of elevated temperature 260 ° C
Известно техническое решение «Способ тепловой защиты электронных модулей и устройство для его реализации» (патент РФ №2420046, МПК, опубл. 27.05.2011).Known technical solution "Method of thermal protection of electronic modules and a device for its implementation" (RF patent No. 2420046, IPC, publ. 05.27.2011).
Технический результат достигается за счет того, что в качестве теплозащитной смеси используют композиционную смесь борной кислоты или ее солей и неорганической добавки минерального происхождения в весовом соотношении от 70:30 до 85:15, причем неорганическая добавка минерального происхождения имеет температуру деградации выше 1100°C.The technical result is achieved due to the fact that as a heat-shielding mixture using a composite mixture of boric acid or its salts and inorganic additives of mineral origin in a weight ratio of 70:30 to 85:15, and the inorganic additive of mineral origin has a degradation temperature above 1100 ° C.
Недостатком является низкое удельное теплопоглощение, заключающееся в том, что композиционная смесь массой 880 г поглощает 960 Дж/г тепловой энергии.The disadvantage is the low specific heat absorption, which consists in the fact that the composite mixture weighing 880 g absorbs 960 J / g of thermal energy.
Технической задачей изобретения является создание способа эффективного теплопоглощения тепла от электронного модуля путем повышения удельной теплопоглощающей способности тепловой защиты.An object of the invention is to provide a method for efficient heat absorption of heat from an electronic module by increasing the specific heat-absorbing ability of thermal protection.
Техническим результатом является повышение удельной теплопоглощающей способности тепловой защиты, состоящее в том, что 150 г композиционной смеси поглощает 2100 Дж/г тепловой энергии.The technical result is to increase the specific heat-absorbing ability of thermal protection, consisting in the fact that 150 g of the composite mixture absorbs 2100 J / g of thermal energy.
Технический результат достигается тем, что поглощение тепла осуществляют с помощью состава и структуры теплозащиты, состоящей из 2-х видов композиционной смеси: первый вид - высокопористый материал (85-90% открытых пор) порошково-волокнистой структуры на основе аморфного кремнезема, в виде мелкодисперсных частиц размерами от 50 нм до 10 мкм и нановолокон с диаметрами 10-20 нм, затем вышеуказанную смесь запрессовывают в заранее изготовленную оснастку, регулируя при этом плотность композиционной смеси, второй вид композиционной смеси получают путем перемешивания мелкодисперсного полимерного материала и минерального наполнителя, в качестве которых используют полиоксимитилен и алюмокремнеземные волокна, причем теплозащиту формируют из 2-х видов композиционных материалов, в качестве внешнего слоя по отношению к защищаемому модулю располагают первый вид композиционной смеси, являющийся барьером для потока тепла, а внутренним теплопоглощающим слоем является второй вид композиционной смеси, внутри которой располагается защищаемый объект, причем 2 вида прессованных композиционных смесей находятся в непосредственном контакте, практически без воздушной прослойки между ними.The technical result is achieved in that the heat is absorbed using the composition and structure of thermal protection, consisting of 2 types of composite mixture: the first type is a highly porous material (85-90% open pores) of a powder-fibrous structure based on amorphous silica, in the form of finely divided particles with sizes from 50 nm to 10 μm and nanofibres with diameters of 10-20 nm, then the above mixture is pressed into a prefabricated snap, while adjusting the density of the composite mixture, a second type of composite mixture is obtained by mixing the finely divided polymer material and the mineral filler, which are used as polyoxymethylene and alumina-silica fibers, the thermal protection being formed from 2 types of composite materials, the first type of the composite mixture being the outer layer with respect to the module being protected, which is a barrier to heat flow, and the internal heat-absorbing layer is the second type of composite mixture, inside of which there is a protected object, and 2 types of pressed composition s mixtures are in direct contact, with little or no air gap therebetween.
В основе разработанного способа тепловой защиты лежит принцип активного взаимодействия воздействующего на защищаемый объект теплового потока плотностью до 200 кВт/м2 и химического вещества - полиоксиметилена, осуществляющего химическую реакцию деполимеризации с поглощением тепловой энергии, и при этом разрушается.The developed method of thermal protection is based on the principle of active interaction of a heat flux affecting the protected object with a density of up to 200 kW / m 2 and a chemical substance - polyoxymethylene, which carries out the chemical depolymerization reaction with absorption of thermal energy, and is destroyed.
Поэтому тепловая защита имеет определенные температурно-временные характеристики, и ее массово-габаритные характеристики разрабатываются для каждого конкретного применения. Therefore, thermal protection has certain temperature-time characteristics, and its mass-dimensional characteristics are developed for each specific application.
Важно заметить, что предварительно тепловой поток проходит через слой теплоизоляционного материала, где значительно снижается его плотность, затем «дозированный» тепловой поток необратимо поглощается химическим веществом по эндотермическому типу.It is important to note that previously the heat flux passes through a layer of heat-insulating material, where its density is significantly reduced, then the “dosed" heat flux is irreversibly absorbed by the chemical substance according to the endothermic type.
Теплоизоляционный материал имеет микропористую твердодисперсную структуру, обладает наименьшей массовой скоростью разрушения и максимальной энергией поглощения - более 2000 Дж/г. Теплопередача в материале осуществляется за счет кинетической энергии между атомами и молекулами (воздух в порах, твердые аморфные наночастицы оксида кремния, дискретные волокна оксида кремния). Основной компонент изоляции - аморфные частицы оксида кремния размером 10-25 нм, полученные по золь-гель технологии (Михайлин Ю.А. «Волокнистые полимерные композиционные материалы в технике», издательство НОТ, Санкт-Петербург, 2013, стр. 307).The heat-insulating material has a microporous solid-dispersed structure, has the lowest mass destruction rate and maximum absorption energy of more than 2000 J / g. The heat transfer in the material is due to kinetic energy between atoms and molecules (air in the pores, solid amorphous silicon oxide nanoparticles, discrete silicon oxide fibers). The main component of insulation is amorphous particles of silicon oxide with a size of 10-25 nm, obtained by sol-gel technology (Mikhailin Yu.A. “Fibrous polymer composite materials in engineering”, publishing house NOT, St. Petersburg, 2013, p. 307).
Свойства структуры твердых аморфных наночастиц оксида кремния обеспечили низкую теплопроводность. Теплопередача через воздух также была уменьшена, удалось затормозить столкновения молекул воздуха друг с другом, они были запущены как бы в «лабиринт» из волокон и твердых неорганических частиц различного размера.The structure properties of solid amorphous silicon oxide nanoparticles ensured low thermal conductivity. The heat transfer through the air was also reduced, they managed to slow down the collisions of air molecules with each other, they were launched into a “maze” of fibers and solid inorganic particles of various sizes.
Была разработана самая тонкая и самая легкая теплоизоляция с коэффициентом теплопроводности 0,009 Вт/мК.The thinnest and lightest thermal insulation was developed with a thermal conductivity coefficient of 0.009 W / mK.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015136943A RU2610715C1 (en) | 2015-08-31 | 2015-08-31 | Method of electronic modules thermal protection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015136943A RU2610715C1 (en) | 2015-08-31 | 2015-08-31 | Method of electronic modules thermal protection |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2610715C1 true RU2610715C1 (en) | 2017-02-15 |
Family
ID=58458698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015136943A RU2610715C1 (en) | 2015-08-31 | 2015-08-31 | Method of electronic modules thermal protection |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2610715C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6828170B2 (en) * | 1999-03-15 | 2004-12-07 | Gentex Corporation | Method of making a semiconductor radiation emitter package |
| US20090303671A1 (en) * | 2006-05-20 | 2009-12-10 | Penny & Giles Aerospace Ltd. | Fireproof Enclosure |
| RU2420046C1 (en) * | 2010-03-30 | 2011-05-27 | Курское открытое акционерное общество "Прибор" | Method for thermal shielding electronic modules and device for implementing said method |
| US20120094036A1 (en) * | 2009-06-08 | 2012-04-19 | Ocellus, Inc. | Coating Composition for Thermal Protection on Substrates, Processes for Manufacturing, and Methods of Applying Same |
| RU2473982C1 (en) * | 2011-10-27 | 2013-01-27 | Валентин Николаевич Хабаров | Heat shield for electronic memory module |
-
2015
- 2015-08-31 RU RU2015136943A patent/RU2610715C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6828170B2 (en) * | 1999-03-15 | 2004-12-07 | Gentex Corporation | Method of making a semiconductor radiation emitter package |
| US20090303671A1 (en) * | 2006-05-20 | 2009-12-10 | Penny & Giles Aerospace Ltd. | Fireproof Enclosure |
| US20120094036A1 (en) * | 2009-06-08 | 2012-04-19 | Ocellus, Inc. | Coating Composition for Thermal Protection on Substrates, Processes for Manufacturing, and Methods of Applying Same |
| RU2420046C1 (en) * | 2010-03-30 | 2011-05-27 | Курское открытое акционерное общество "Прибор" | Method for thermal shielding electronic modules and device for implementing said method |
| RU2473982C1 (en) * | 2011-10-27 | 2013-01-27 | Валентин Николаевич Хабаров | Heat shield for electronic memory module |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6629034B2 (en) | Thermal insulation coating composition and thermal insulation coating layer | |
| US8592076B2 (en) | Battery pack | |
| Huang et al. | Pouch lithium battery with a passive thermal management system using form-stable and flexible composite phase change materials | |
| Hsieh et al. | High thermal conductivity epoxy molding compound filled with a combustion synthesized AlN powder | |
| Zhao et al. | Graphene oxide aerogel beads filled with phase change material for latent heat storage and release | |
| Kalidasan et al. | Nano additive enhanced salt hydrate phase change materials for thermal energy storage | |
| Jia et al. | Preparation and performances of palmitic acid/diatomite form‐stable composite phase change materials | |
| Lin et al. | Thermal properties and characterization of palmitic acid/nano silicon dioxide/graphene nanoplatelet for thermal energy storage | |
| JP5905861B2 (en) | Endothermic material using inorganic porous material | |
| Deng et al. | Phase‐change composites silicone rubber/paraffin@ SiO2 microcapsules with different core/shell ratio for thermal management | |
| Ping et al. | Experimental study on nano-encapsulated inorganic phase change material for lithium-ion battery thermal management and thermal runaway suppression | |
| Kumar et al. | Experimental investigation of nano-encapsulated molten salt for medium-temperature thermal storage systems and modeling of neural networks | |
| Chen et al. | Study on the microstructures and thermal properties of SiO2@ NaNO3 microcapsule thermal storage materials | |
| RU2610715C1 (en) | Method of electronic modules thermal protection | |
| Shang et al. | Flame retardancy, combustion, and ceramization behavior of ceramifiable flame‐retardant room temperature vulcanized silicone rubber foam | |
| Du et al. | Thermally insulating and fire‐retardant bio‐mimic structural composites with a negative Poisson's ratio for battery protection | |
| Tripathi et al. | Flexible silicone‐hollow glass microballoon syntactic foams for application in fire protective clothing | |
| Shen et al. | Investigation of sintering properties and ceramifying process of amorphous silica/mica‐based ceramifiable polyethylene composites | |
| RU2420046C1 (en) | Method for thermal shielding electronic modules and device for implementing said method | |
| Williams et al. | Flame Retardant Effect of Aerogel and Nanosilica on Engineered Polymers | |
| PT2560879T (en) | Optimized thermal protection material | |
| Sarı et al. | Thermal energy storage properties and lab‐scale thermal performance in cementitious plaster of composite phase change material for energy efficiency of buildings | |
| Saleem et al. | Shielding encapsulation to enhance fire endurance of phase change materials in energy-efficient concrete | |
| CA3038567A1 (en) | Insulation materials | |
| Petránek et al. | Thermal Insulating Materials for Energy Storage Application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170901 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20181206 |