RU2667360C1 - Способ обеспечения пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ обеспечения пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2667360C1 RU2667360C1 RU2017110490A RU2017110490A RU2667360C1 RU 2667360 C1 RU2667360 C1 RU 2667360C1 RU 2017110490 A RU2017110490 A RU 2017110490A RU 2017110490 A RU2017110490 A RU 2017110490A RU 2667360 C1 RU2667360 C1 RU 2667360C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- processor
- mobile device
- heat sink
- heat
- width
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 title description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 21
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 241001093575 Alma Species 0.000 claims 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 7
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910015269 MoCu Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000028016 temperature homeostasis Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
- G06F1/16—Constructional details or arrangements
- G06F1/20—Cooling means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электроники, в частности к охлаждению теплонапряженных компонентов электронных приборов, включая гаджеты (айфон, айпэд, планшет и т.п. мобильные устройства) и компьютеры, и может быть использовано для обеспечения эффективного отвода тепла от теплонапряженной интегральной микросхемы процессора, установленного на материнской печатной плате мобильного устройства либо переносного компьютера. Технический результат состоит в обеспечении герметизации корпуса мобильного устройства либо переносного компьютера. Для этого способ содержит на материнской плате мобильного устройства либо переносного компьютера процессор, который установлен на плате посредством разъема через контактную текстолитовую подложку процессора, контакты разъема закреплены на плате припоем, процессорный разъем может иметь элементы фиксации процессора, характеризуется тем, что корпус мобильного устройства либо переносного компьютера имеет вентиляционное отверстие, вводят пластину теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала, выполненную с геометрическими размерами, которые обусловлены по ширине более или равными, чем ширина верхней части процессора, по длине - расстоянию от дальнего края верхней части центрального процессора до вентиляционного отверстия в корпусе мобильного устройства либо переносного компьютера плюс половина ширины корпуса мобильного устройства либо переносного компьютера, при этом в случае отвода большего количества тепловой энергии от процессора осуществляют выбор алмаз-медного композиционного материала с необходимым коэффициентом теплопроводности от 600 Вт/(м⋅К) до 900 Вт/(м⋅К) и варьированием ширины, высоты и длины пластины теплоотвода. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электроники, в частности к охлаждению теплонапряженных компонентов электронных приборов, включая гаджеты (айфон, айпэд, планшет и т.п. мобильные устройства), и компьютеры, и может быть использовано для обеспечения эффективного отвода тепла от теплонапряженной интегральной микросхемы процессора, установленного на материнской печатной плате мобильного устройства либо переносного компьютера.
Известно, что самый эффективный способ отвода тепла от теплонапряженных интегральных микросхем, устанавливаемых на материнскую платупереносного персонального компьютера, к которым относится центральный процессор - кондуктивный, определяется качеством теплового контакта, выполненного между микросхемой и теплоотводящими элементами конструкции, а также требуемой теплопроводностью материалов элементов этой конструкции.
Современные гаджеты и переносные персональные компьютеры содержат элементы, рассеивающие при работе большое количество тепла, прежде всего это некоторые интегральные микросхемы. Для обеспечения рабочих тепловых режимов таких элементов необходимы специальные меры по их охлаждению. Наиболее актуально проблема охлаждения стоит для таких интегральных микросхем как - центральный процессор, который имеет сравнительно небольшую контактную поверхность 1-3 см, видеокарта, графический адаптер и сетевая карта, где плотности теплового потока, рассеиваемые с поверхности, могут достигать 70-100 Вт/см2. Обычно центральный процессор (источник тепла) находится близко к геометрическому центру материнской платы, для упрощения разводки электрических соединений, при этом излишнее тепло желательно эффективно вывести за пределы корпуса компьютера.
В настоящий момент эта проблема имеет два пути решения.
Первый - применение комбинации активных и пассивных элементов, к которым относятся различные комбинации вентиляторов и воздушных турбин; тепловые трубы, из меди или алюминия, с зонами испарения и конденсации хладагента; медные или алюминиевые радиаторы, с различными конфигурациями ребер.
Основными недостатками такого охлаждения является повышенный шум и низкая надежность, связанная с ограниченным сроком службы вентиляторов. Кроме того, интенсивный обмен и перемешивание воздуха ведут к сильному запылению внутренности блока, осложняющему условия работы остальных элементов. Массивные радиаторы значительно ухудшают масса-габаритные показатели компьютера и частично ограничивают возможности конструирования «сверхтонких» переносных персональных компьютеров с потенциально достижимыми тактовыми частотами.
Второе решение проблемы - это применение пассивных элементов: металлических радиаторов; тепловых труб с зонами испарения и конденсации хладагента, которые часто используются совместно с первыми, а также радиаторов из композитных материалов с высокой теплопроводностью от 600 Вт/(м2⋅К).
И металлические радиаторы и тепловые трубы изготавливаются из материалов с относительно низкой теплопроводностью (Аl -280 Вт/(м2⋅К), Cu - 380 Вт/(м2⋅К), вода обычно применяемая как хладагент, при 20°С - 4,18 кДж/(кг °С), поэтому основной недостаток таких систем охлаждения существенные массогабаритные показатели, которые не позволяют применять их в современных «сверхтонких» персональных компьютерах.
Современные радиаторы (обычно выполняемые в виде пластин) из композитных материалов с высокой теплопроводностью от 600 Вт/(м2⋅К) также имеют ряд недостатков, которые рассмотрены ниже.
На современном этапе, в области теплоотводящих конструкций, основной тенденцией является переход от материалов на основе сплавов WCu, MoCu (например, патент РФ №2519925, МПК Н05K 7/20, H01L 23/36, опубл. 20.06.2014) к композиционным материалам, что позволяет существенно улучшить тепловые свойства (коэффициенты теплопроводности и термического расширения) этих конструкций и уменьшить удельную массу теплоотводов, однако этим материалам еще предстоит пройти путь адаптации к массовому промышленному применению, включая оптимизацию технологий, обеспечение полной воспроизводимости параметров, а главное приемлемой цены для рынка.
В настоящее время материалы и теплоотводы высокой теплопроводности производятся только небольшим количеством компаний. Можно выделить несколько американских компаний «Sumitomo Electric»], «Advanced Diamond Solutions)), которые занимаются разработкой и выпуском композиционных теплопроводных материалов на основе алмаза. Другая группа компаний, например, фирма Element Six и компания sp3 Diamond Technologies производят теплопроводные пленки из поликристаллического CVD-алмаза. К недостаткам этих продуктов можно отнести чрезвычайно высокую стоимость (более 1000 USD/см3) и большую длительность процесса получения (десятки-сотни часов).
Массовое промышленное применение этих композитных материалов пока сдерживается технологическими сложностями процессов и их высокой стоимостью, соизмеримой со стоимостью самого компьютера.
Известен алмазный теплоотвод, использующий CVD - алмазную пластину толщиной 0,3-0,5 мм (Куликов Е.Н., Духновский М.П., Ратникова А.К., Федоров Ю.Ю. «Исследование влияния свойств теплоотводов из поликристаллического алмаза на тепловые характеристики карбид-кремниевых диодов Шотки». Журнал «Микроэлектроника» 2014, №5, Патент РФ №2285977, МПК H01L 23/36, опубл. 20.10.2006).
Недостатком этого теплоотвода является ограничение отводимой мощности от полупроводникового прибора при увеличении его размеров, так как рассеяние тепла в алмазной пластине, которая ограничена в размере, протекает эффективно, когда ее толщина становится соизмеримой с размерами источника и превышает их.
Получение CVD - алмазных пластин больших размеров решенная задача, но увеличение толщины пластин при сохранении скорости роста приводит к ухудшению теплопроводности. Снижение скорости роста приводит к резкому увеличению цены CVD - алмазной пластины.
Известно техническое решение алмазного теплоотвода для охлаждения теплонапряженного элемента, включающего алмазную пластину, расположенную на медном хладапроводе, с нанесенным на ее поверхность токопроводящим слоем, на котором размещен локальный источник тепла (Ланин В., Телеш Е. «Алмазные теплоотводы для изделий электроники повышенной мощности.» Журнал «Силовая электроника», 2008, №3).
Недостатком этого технического решения является сохраняющееся ограничение по отводимой мощности при увеличении размеров источника тепла, поскольку толщина алмазной пластины обычно не превышает 0,5 мм. Ограничение толщины применяемых в теплоотводах алмазных пластин связано с тем, что изготовление алмазных пластин толщиной 1 мм и более сопряжено с определенными трудностями. Пластины из монокристаллического алмаза ограничены по размерам и дороги.
Эффективный пассивный теплоотвод центрального процессора переносного персонального компьютера, даже при использовании композитных материалов на основе алмаза (теплопроводность 900-2300 Вт/(м2⋅К)), можно реализовать только доставив тепло от радиаторов в окружающую среду свободной конвекцией, т.е. радиатор или его часть должны быть конструктивно совмещены с корпусом компьютера.
Известна пассивная система охлаждения, в которой охлаждение таких тепловыделяющих компонентов компьютера, как центральный процессор, процессор графической карты, осуществляется посредством передачи тепла от них теплопередающими устройствами к внутренней поверхности корпуса компьютера, выполненного в виде оребренных наружу радиационных алюминиевых панелей, и последующим рассеянием тепла свободной конвекцией воздуха в окружающую среду. Пассивная система охлаждения настольного компьютера, включает тепловые трубы с зонами испарения и конденсации и расположенной между ними транспортной зоной, тепловые интерфейсы, соединяющие противоположные концы тепловых труб с плоскостями тепловыделяющих компонентов, и радиатор с вертикальным оребрением, выполненный в виде стенки системного блока компьютера, к которому присоединены тепловые интерфейсы зон конденсации. (Патент США №7177154, МПК G06F 1/18; G06F 1/20; Н05K 7/20, опубл. 13.02.2007)
Существенным недостатком такой системы охлаждения является ее низкая эффективность, выражаемая большим термическим сопротивлением системы в целом, что приводит к значительному увеличению ее массы и габаритов.
Общее термическое сопротивление складывается из цепочки сопротивлений на пути прохождения тепла от охлаждаемого объекта до стока тепла - окружающей среды и включает в себя все контактные сопротивления, сопротивления переходных интерфейсов, теплопередающих устройств и радиатора. Данная система содержит большое число разъемных соединений, обладающих существенным контактным сопротивлением.
Использование множества тепловых труб и множества переходных контактных блоков (интерфейсов) увеличивает массу системы. Кроме того, площадь контакта интерфейсов, соединяющих конденсаторы тепловых труб с радиатором, сравнительно мала. С одной стороны, это увеличивает термическое сопротивление перехода, с другой - вынуждает делать основание радиатора толщиной 5-7 мм, поскольку дальнейшее распространение тепла по радиатору осуществляется только за счет теплопроводности. В итоге, общая масса системы охлаждения получается весьма значительной. В данном случае она достигает 25 кг, что совершенно неприемлемо для переносного персонального компьютера. Различные модификации этого патента (например, патент РФ №2297661, МПК G06F 1/20, F28D 15/02, опубл. 20.04.2004; патент РФ №2588584, МПК Н05K 7/20, G06F 1/20, опубл. 10.07.2016), принципиально от этих недостатков несвободны.
Известно техническое решение устройства телескопического типа, способного передавать тепло от теплонагруженного электронного модуля к внешней панели корпуса. Оно состоит из размещенного в корпусе теплоотвода, упругого элемента, теплопроводящих прокладок и основания с полостью в форме глухого отверстия, куда устанавливается теплоотвод, состоящий из поршневой и теплопередающей частей, имеющий возможность перемещаться в полости в вертикальном направлении, при этом боковая поверхность является направляющей поверхностью. (Патент США №7277291, МПК Н05K 7/20, опубл. 02.10.2007.)
Тепловой контакт между теплоотводом и внутренней поверхностью полости обеспечивает переход тепла от теплонагруженного электронного модуля в теплоотвод. Внутри теплоотвода установлен упругий элемент - пружина, обеспечивающий прижатие теплоотвода к внешней панели корпуса, отодвигающий теплоотвод отоснование для постоянного теплового контакта теплоотвода с внешней панелью корпуса и основания с теплонагруженным электронным модулем.
Недостатком устройства является наличие одной поверхности теплового контакта между теплонагруженным электронным модулем и основанием, где устанавливается теплопроводящая прокладка, что не позволяет использовать полный ресурс устройства. Необходимость обеспечения теплового контакта через боковые поверхности телескопических систем требует высокой точности и качества обработки боковых поверхностей основания и теплоотвода, чем вызвано возникновение поршневого эффекта при работе устройства. Дренажное отверстие, выполненное в полости основания, является источником попадания пыли и всевозможного другого загрязнения.
Известна пассивная система охлаждения настольного компьютера, содержащая тепловые трубы с зонами испарения и конденсации с расположенной между ними транспортной зоной, тепловые интерфейсы, сопряженные с зонами испарения и конденсации, и радиатор с вертикальным оребрением, выполненный в виде стенки системного бока компьютера, к которому присоединены тепловые интерфейсы зон конденсации. (Патент РФ №2297661, МПК G06F 1/20, F28D 15/02, опубл. 20.04.2007 г.)
Недостатком системы является жесткость конструкции, которая рассчитана на отвод тепла от конкретной платы с определенным расположением тепловыделяющих элементов. Прогрессивное развитие вычислительной техники приводит к быстрой смене плат на более современные и отсутствие универсальности систем охлаждения требует также частого их перепроектирования и нового изготовления. Система имеет неудовлетворительные массогабаритные показатели.
Данное решение принято за прототип.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности охлаждения.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе обеспечения пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала, в которых процессор установлен на материнской плате, согласно заявляемому изобретению, образуют вентиляционное отверстие в корпусе мобильного устройства либо переносного компьютера, вводят пластину теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала, выполненную с геометрическими размерами, которые обусловлены по ширине более или равными, чем ширина верхней части процессора, по длине расстоянию от дальнего края верхней части процессора до вентиляционного отверстия в корпусе мобильного устройства либо переносного компьютера плюс половина ширины корпуса мобильного устройства либо переносного компьютера, при этом в случае отвода большего количества тепловой энергии от процессора осуществляют выбор алмаз-медного композиционного материала с необходимым коэффициентом теплопроводности от 600 Вт/(м2⋅К) до 900 Вт/(м2⋅К) и варьированием ширины, высоты и длины пластины теплоотвода.
Поставленная техническая задача решается также тем, что в устройстве пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала, осуществлённого по заявляемому способу, содержащем на материнской плате процессор, который установлен на плате посредством разъема, через контактную текстолитовую подложку процессора, контакты разъема закреплены на плате припоем, процессорный разъем может иметь элементы фиксации процессора, согласно заявляемому изобретению, корпус процессора мобильного устройства либо переносного компьютера имеет вентиляционное отверстие, введена пластина теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала, выполненная с геометрическими размерами, которые обусловлены по ширине более или равными, чем ширина верхней части процессора, по длине расстоянию от дальнего края верхней части процессора до вентиляционного отверстия в корпусе процессора мобильного устройства либо переносного компьютера плюс половина ширины корпуса процессора мобильного устройства либо переносного компьютера, при этом в случае отвода большего количества тепловой энергии от процессора, осуществляется выбор алмаз-медного композиционного материала, с необходимым коэффициентом теплопроводности от 600 Вт/(м2⋅К) до 900 Вт/(м2⋅К) и варьированием ширины, высоты и длины пластины теплоотвода.
Кроме того, на плате и на пластине теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала имеются соосные технологические отверстия для крепления и, соответственно, крепление происходит посредством болта и гайки, таким образом, чтобы один конец пластины теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала, оказался плотно прижатым к верхней части процессора, а второй вошел в вентиляционное отверстие в корпусе процессора мобильного устройства либо переносного компьютера наполовину ширины корпуса переносного персонального компьютера.
Кроме того, тепловой контакт пластины теплоотвода и верхней части процессора обеспечивается полировкой контактирующей поверхности пластины теплоотвода с последующим их механическим прижатием, либо применением в зоне теплового контакта теплопроводящей пасты, например, Coollaboratory Liquid PRO.
Кроме того, пластина теплоотвода входит в вентиляционное отверстие в корпусе процессора мобильного устройства либо переносного компьютера наполовину его ширины, для предотвращения контакта пользователя с нагретым торцом пластины теплоотвода.
Кроме того, для обеспечения герметизации корпуса процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на место его контакта с пластиной теплоотвода наносится эпоксидный или кремний-органический компаунд.
Технический результат, достижение которого обеспечивается реализацией заявляемой совокупности существенных признаков изобретения, состоит в повышении эффективности системы охлаждения за счет конструктивного решения с использованием нового алмаз-медного композиционного материала с коэффициентом теплопроводности более 600 Вт/(м2⋅К), при уменьшении ее массогабаритных показателей и упрощении монтажа в корпусе мобильного устройства либо компьютера, а также обеспечение герметической изоляции теплопровода.
Сущность технического решения поясняется чертежами, на которых показано:
на фиг. 1 - упрощенный вид сбоку части материнской платы, на которой установлен процессор, пластина теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала и участок корпуса мобильного устройства либо переносного компьютера (далее возможно использовать также термин «переносной персональный компьютер»);
на фиг. 2 - вид сверху на фиг. 1;
на фиг. 3 - пластина теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала, местный разрез в масштабе 4:1.
На чертежах показаны следующие позиции:
1 - материнская плата переносного персонального компьютера;
2 -процессорный разъем;
3 - контактная текстолитовая подложка центрального процессора;
4 - центральный процессор;
5 - пластина теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала;
6 -отверстие для крепления в пластине теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала;
7 - корпус переносного персонального компьютера;
8 - прямоугольное вентиляционное отверстие в корпусе мобильного устройства либо переносного компьютера;
9 - отверстие для крепления в материнской плате;
10 - алмазный наполнитель композиционного материала;
11 - медная матрица композиционного материала.
Устройство пассивного теплоотвода центрального процессора переносного персонального компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала выполняется следующим образом.
На материнской плате 1 мобильного устройства либо переносного компьютера, в том числе, находится центральный процессор 4, который установлен на плате посредством процессорного разъема 2, через контактную текстолитовую подложку 3 центрального процессора, контакты процессорного разъема 2 закреплены на плате 1 припоем, (такая установка процессора на плату является типовой для большинства компьютеров. Процессором может быть, например, CPU Intel Core i7-3960X или любая разработка РФ в корпусе типа PGA, 6 тип по ГОСТ 17467-88). Процессорный разъем 2 может иметь конструктивные элементы фиксации процессора, которые на фиг. 1, для упрощения, не показаны. Корпус переносного персонального компьютера 7 имеет прямоугольное вентиляционное отверстие 8. Пластина теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала 5 имеет геометрические размеры, которые обусловлены по ширине - более или равно чем ширина верхней части центрального процессора 4, по длине - расстоянию от дальнего края верхней части центрального процессора 4 до прямоугольного вентиляционного отверстия 8 в корпусе переносного персонального компьютера 7, плюс половина ширины корпуса переносного персонального компьютера 7 и по высоте суммой высот алмазного наполнителя композиционного материала 10 и медной матрицей композиционного материала 11.
На плате 1 и на пластине теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала 5 имеются соосные технологические отверстия для крепления 9 и 6 соответственно, Крепление происходит посредством болта и гайки, которые для упрощения не показаны, таким образом, чтобы один конец пластина теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала 5, оказался плотно прижатым к верхней части центрального процессора 4, а второй вошел в прямоугольное вентиляционное отверстие в корпусе переносного персонального компьютера 8 наполовину ширины корпуса переносного персонального компьютера. Надежный тепловой контакт пластины теплоотвода и верхней части центрального процессора обеспечивается, например, полировкой контактирующей поверхности пластины теплопровода с последующим их механическим прижатием, также применением, в зоне теплового контакта теплопроводящей пасты, например Coollaboratory Liquid PRO.
Пластина теплоотвода входит в прямоугольное вентиляционное отверстие в корпусе компьютера наполовину его ширины, для предотвращения контакта пользователя с нагретым торцом пластины теплоотвода. Для обеспечения герметизации корпуса компьютера на место его контакта с пластиной теплоотвода наносился эпоксидный или кремнийорганический компаунд. Таким образом осуществляется теплообмен между теплонагруженным центральным процессором и внешней средой, без нарушения герметизации корпуса компьютера.
Если возникает необходимость отвода большего количества тепловой энергии отцентральным процессором, то эта задача решается выбором алмаз-медного композиционного материала, с необходимым коэффициентом теплопроводности от 600 Вт/(м2⋅К) до 900 Вт/(м2⋅К) и варьированием ширины и длины пластины теплоотводаразличных изделий.
Основной мировой тенденцией при создании современных персональных компьютеров является увеличение тактовых частот центральных процессоров, что приводит к увеличению плотности выделяемой тепловой мощности, достигающей десятков кВт/см2, и повышению их рабочей температуры. Высокая температура может стать одной из основных причин отказа этих интегральных микросхем. При экстремальных температурах отвод тепла от поверхности центральных процессоров является первоочередной проблемой, требующей решения. Увеличивающаяся плотность энергии в электронных приборах становится большой проблемой для терморегулирования в электрических системах. При этом применение воздушно-жидкостных систем охлаждения современных персональных компьютеров, которые имеют постоянную тенденцию к уменьшению высоты корпуса, зачастую невозможно из-за жестких массогабаритных требований к ней.
Применение новых материалов с улучшенными теплопроводящими свойствами часто остается единственным приемлемым способом отвода тепла от поверхности изделий.
В заявляемом устройстве применяется алмаз-медныйкомпозиционный материал (выпускаемый ООО «Тепроком», Евразийский патент №014582, МПК B22F 3/26, B24D 3/10, С22С 1/05, С22С 26/00, опубл. 30.12.2010), обеспечивающий высокие регулируемые в диапазоне 500-900 Вт/(м2⋅К) коэффициенты теплопроводности с относительно низкими значениями коэффициентов термического расширения 5-6 ppm/K и удельным весом 5,5 г/см3. Одним из главных достоинств данного композиционного материала является низкая себестоимость, более чем на порядок, по сравнению с аналогами, приведенными в таблице 1, что позволяет широко использовать его в промышленности.
Алмазно-металлические композиты (АМК) являются изотропными материалами, свойства которых одинаковы во всех направлениях, что отличает их от широко используемых слоистых композиционных материалов и упрощает конструирование из них.
Все активные теплоотводы с вентиляторами удаляют тепло через отверстия в корпусе, что является необходимым условием конструкции компьютера с такой схемой охлаждения. Пассивные теплоотводы могут быть использованы в герметичных корпусах, но тогда они нагревают внутреннее пространство всего компьютера, а это может вести нарушению или сбоям его работы.
Предлагаемое техническое решение, кроме всего, выводит тепло из герметического корпуса наружу, во внешнюю среду, не нарушая герметизации устройства, что является преимуществом перед аналогами.
* физические свойства при комнатной температуре 20-25°С
Claims (6)
1. Способ обеспечения пассивного теплоотвода процессоров мобильного устройства либо переносного компьютера, в которых процессор установлен на материнской плате, отличающийся тем, что образуют вентиляционное отверстие в корпусе мобильного устройства либо переносного компьютера, вводят пластину теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала, выполненную с геометрическими размерами, которые обусловлены по ширине более или равными, чем ширина верхней части процессора, по длине - расстоянию от дальнего края верхней части процессора до вентиляционного отверстия в корпусе мобильного устройства либо переносного компьютера плюс половина ширины корпуса мобильного устройства либо переносного компьютера, при этом в случае отвода большего количества тепловой энергии от процессора осуществляют выбор алмаз-медного композиционного материала с необходимым коэффициентом теплопроводности от 600 Вт/(м2⋅К) до 900 Вт/(м2⋅К) и варьированием ширины, высоты и длины пластины теплоотвода.
2. Устройство пассивного теплоотвода процессоров мобильного устройства либо переносного компьютера, осуществленное по п. 1 способа, содержащее на их материнской плате процессор, который установлен на плате посредством разъема через контактную текстолитовую подложку процессора, контакты разъема закреплены на плате припоем, процессорный разъем с элементами фиксации процессора, отличающееся тем, что корпус процессора мобильного устройства либо переносного компьютера имеет вентиляционное отверстие, введена пластина теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала, выполненная с геометрическими размерами, которые обусловлены по ширине более или равными, чем ширина верхней части процессора, по длине - расстоянию от дальнего края верхней части процессора до вентиляционного отверстия в корпусе процессора мобильного устройства либо переносного компьютера плюс половина ширины корпуса процессора мобильного устройства либо переносного компьютера, при этом в случае отвода большего количества тепловой энергии от процессора осуществляется выбор алмаз-медного композиционного материала с необходимым коэффициентом теплопроводности от 600 Вт/(м2⋅К) до 900 Вт/(м2⋅К) и варьированием ширины, высоты и длины пластины теплоотвода.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на плате и на пластине теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала имеются соосные технологические отверстия для крепления и, соответственно, крепление происходит посредством болта и гайки таким образом, чтобы один конец пластины теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала оказался плотно прижатым к верхней части процессора, а второй вошел в вентиляционное отверстие в корпусе процессора мобильного устройства либо переносного компьютера наполовину ширины корпуса переносного персонального компьютера.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что тепловой контакт пластины теплоотвода и верхней части процессора обеспечивается полировкой контактирующей поверхности пластины теплоотвода с последующим их механическим прижатием либо применением в зоне теплового контакта теплопроводящей пасты.
5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что пластина теплоотвода входит в вентиляционное отверстие в корпусе процессора мобильного устройства либо переносного компьютера наполовину его ширины для предотвращения контакта пользователя с нагретым торцом пластины теплоотвода.
6. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что для обеспечения герметизации корпуса процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на место его контакта с пластиной теплоотвода наносится эпоксидный или кремний-органический компаунд.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017110490A RU2667360C1 (ru) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Способ обеспечения пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017110490A RU2667360C1 (ru) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Способ обеспечения пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2667360C1 true RU2667360C1 (ru) | 2018-09-19 |
Family
ID=63580426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017110490A RU2667360C1 (ru) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Способ обеспечения пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2667360C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040228093A1 (en) * | 2003-05-13 | 2004-11-18 | Lee Sang Cheol | Computer |
| RU49607U1 (ru) * | 2005-06-30 | 2005-11-27 | Верба Владимир Степанович | Устройство охлаждения процессора |
| RU2285977C1 (ru) * | 2005-03-21 | 2006-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Металлизированная пластина алмаза и способ ее изготовления |
| US20070030656A1 (en) * | 2005-08-08 | 2007-02-08 | Verifone Holdings, Inc. | Thermal transfer device |
| RU2449417C2 (ru) * | 2009-06-01 | 2012-04-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Способ охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих электронных компонентов через биметаллические термоэлектрические электроды |
| RU2519925C2 (ru) * | 2012-06-26 | 2014-06-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (ОАО "НПП "Алмаз") | Устройство для отвода тепла от тепловыделяющих радиоэлементов |
-
2017
- 2017-03-29 RU RU2017110490A patent/RU2667360C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040228093A1 (en) * | 2003-05-13 | 2004-11-18 | Lee Sang Cheol | Computer |
| RU2285977C1 (ru) * | 2005-03-21 | 2006-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Металлизированная пластина алмаза и способ ее изготовления |
| RU49607U1 (ru) * | 2005-06-30 | 2005-11-27 | Верба Владимир Степанович | Устройство охлаждения процессора |
| US20070030656A1 (en) * | 2005-08-08 | 2007-02-08 | Verifone Holdings, Inc. | Thermal transfer device |
| RU2449417C2 (ru) * | 2009-06-01 | 2012-04-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Способ охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих электронных компонентов через биметаллические термоэлектрические электроды |
| RU2519925C2 (ru) * | 2012-06-26 | 2014-06-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (ОАО "НПП "Алмаз") | Устройство для отвода тепла от тепловыделяющих радиоэлементов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20060238984A1 (en) | Thermal dissipation device with thermal compound recesses | |
| US7212404B2 (en) | Integrated heat sink device | |
| JP5165017B2 (ja) | 電子機器の冷却構造 | |
| US8120917B2 (en) | Heat dissipation device | |
| US8743545B2 (en) | Thermal expansion-enhanced heat sink for an electronic assembly | |
| US20110100612A1 (en) | Liquid cooling device | |
| US20130214406A1 (en) | Flexible Heat Sink With Lateral Compliance | |
| WO2010084717A1 (ja) | 冷却装置 | |
| KR101614227B1 (ko) | 컴팩트한 열 모듈 | |
| US20110122578A1 (en) | Electronic device with heat dissipation module | |
| US7403393B2 (en) | Apparatus and system for cooling heat producing components | |
| US20050088823A1 (en) | Variable density graphite foam heat sink | |
| US20120000625A1 (en) | Heat dissipation device | |
| US11644249B2 (en) | Electronic apparatus | |
| US11917796B2 (en) | Heat sink for liquid cooling | |
| US9870973B2 (en) | Cooling device and device | |
| TW201212802A (en) | Heat dissipation apparatus | |
| US20120002371A1 (en) | Electronic device with heat dissipation apparatus | |
| JP5920356B2 (ja) | 水冷装置、水冷装置を有する電子機器、及び水冷方法 | |
| RU2667360C1 (ru) | Способ обеспечения пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала и устройство для его осуществления | |
| KR102704160B1 (ko) | 방열부재를 포함하는 인쇄회로기판 어셈블리 | |
| RU175406U1 (ru) | Устройство пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала | |
| US20080057279A1 (en) | Laminated heat-transfer interface for cooler module | |
| JP2006245356A (ja) | 電子デバイスの冷却装置 | |
| JP2020174116A (ja) | ヒートシンク固定部材及び電子装置 |