SU1751829A1

SU1751829A1 - Apparatus for cooling semiconducting device

Info

Publication number: SU1751829A1
Application number: SU904789154A
Authority: SU
Inventors: Юрий Васильевич Пилюгин
Original assignee: Научно-исследовательский институт полупроводникового машиностроения
Priority date: 1990-02-08
Filing date: 1990-02-08
Publication date: 1992-07-30

Abstract

Изобретение относитс к радиоэлектронике , в частности к устройствам отвода тепла от корпусов приборов,установленных в модул х с высокой плотностью компоновки и на печатных платах с ограниченной площадью . Сущность изобретени : устройство содержит сребренный корпус с установочной площадкой, который выполнен С об- разным в поперечном сечении, w теплоотвод щую пластину, котора расположена в корпусе между его полками, на одной из сторон теплоотвод щей пластины выполнен вырез, соответствующей габаритам прибора, а элемент креплени расположен на продольной геометрической оси верхней полки корпуса. 6 илThe invention relates to radio electronics, in particular, to devices for removing heat from instrument housings installed in modules with a high arrangement density and on printed circuit boards with a limited area. SUMMARY OF THE INVENTION: The device comprises a silver body with a mounting platform that is made C shaped in cross section, w a heat sink plate which is located in the body between its shelves, a cutout corresponding to the dimensions of the device is made on one of the sides of the heat sink, and The fastener is located on the longitudinal geometric axis of the upper shelf of the housing. 6 yl

Description

Изобретение относитс к радиоэлектронике , в частности к устройствам дл отвода тепла от корпусов приборов, смонтированных в модул х с высокой плотностью компоновки и на печатных платах с ограниченной площадью.The invention relates to electronics, in particular to devices for removing heat from instrument housings mounted in high density modules and on printed circuit boards with a limited area.

Известно устройство дл закреплени приборов и отвода от них тепла, содержащее основание, прижимную планку, центрирующий упор, крепежные элементы и средство дл определени усили прижати полупроводникового прибора к основанию, которое выполнено в виде нанесенной на боковой поверхности прижимной планки риски, кривизна которой равна нулю при рабочем положении прижимной планки.A device for fixing devices and removing heat from them is known, comprising a base, a clamping bar, a centering stop, fastening elements and means for determining the pressing force of a semiconductor device on the base, which is made in the form of risks that are applied on the side surface of the clamping bar, working position of a clamping level.

Известно также устройство дл закреплени полупроводникового прибора и отвода тепла, содержащее основание, центрирующий упор, прижимную планку, индикатор с рисками дл определени усили прижати полупроводникового прибора и крепежные элементы в виде размещенныхIt is also known a device for securing a semiconductor device and heat removal, comprising a base, a centering abutment, a pressure bar, an indicator with risks for determining the pressing force of the semiconductor device and fasteners in the form of

в отверсти х оснований и прижимной планки шпилек с гайками на одних их концах. Устройство снабжено установочным основанием и промежуточными onopaMVi с профилированными рабочими поверхност ми, установленными на шпильках с возможностью взаимодействи их профилированных рабочих поверхностей с прижимной планкой и установочным основанием, при этом индикатор с рисками установлен в геометрическом центре прижимной планки.in the holes of the bases and clamping plate studs with nuts on one of their ends. The device is equipped with an installation base and intermediate onopaMVi with profiled working surfaces mounted on the studs with the possibility of the interaction of their profiled working surfaces with the pressure plate and the installation base, while the indicator with risks is installed in the geometric center of the pressure plate.

Недостатком известных устройств вл етс сложность монтажа полупроводниковых элементов с данными теплоотводами из-за большого количества сборочных деталей теплоотводов, что делает невозможным монтаж таких устройств дл охлаждени радиоэлементов на платах с высокой плотностью монтажа. При этом крепежные детали таких теплоотводов выход т за габариты корпуса. Кроме того, конструкци теплоотводов не позвол ет их устанавливать на ужеA disadvantage of the known devices is the complexity of mounting semiconductor elements with these heat sinks due to the large number of assembly parts of the heat sinks, which makes it impossible to mount such devices for cooling radio elements on high-density boards. In this case, the fasteners of such heat sinks go beyond the dimensions of the case. In addition, the design of the heat sinks does not allow them to be installed on

юYu

смонтированные на печатной плате корпуса И С и полупроводниковых приборов.mounted on a printed circuit board enclosures And C and semiconductor devices.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс теплоотвод с автофиксацией, содержащий единый эле ментлга деформируемого Е холодном состо нии материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Элемент имеет основание , под углом к которому расположен по меньшей мере один теплоизлучающий штырь. От основани отходит отогнутый в обратную сторону зажим, расположенный на рассто нии от основани . Зажим предназначен дл установки в него транзистора. Зажим имеет свободные концы, охватывающие транзистор.The closest to the proposed technical entity is an autofixed heat sink containing a single element of the cold state, deformable by the E cold state, of a material with a high thermal conductivity coefficient. The element has a base at an angle to which there is at least one heat-emitting probe. A clamp bent in the opposite direction, located at a distance from the base, departs from the base. The clamp is designed to install a transistor in it. The clamp has free ends covering the transistor.

Известное устройство требует при его изготовлении применени высокоточных штампов дл обеспечени заданного рассто ни между основанием и зажимом.The known device requires in its manufacture the use of high-precision dies to provide a predetermined distance between the base and the clamp.

Недостатком известного устройства вл етс то, что его конструкци обеспечивает отвод тепла только с приборов одной толщины , при этом отвод тепла осуществл етс преимущественно от одной плоскости корпуса, что значительно снижает эффективность охлаждени , Кроме того, известна конструкци не обеспечивает высокой надежности механического креплени прибора, что способствует повышению переходного теплового сопротивлени .A disadvantage of the known device is that its design provides heat removal only from devices of the same thickness, while the heat is carried out mainly from one plane of the housing, which significantly reduces the cooling efficiency. In addition, the known construction does not provide high reliability of mechanical fastening of the device which contributes to an increase in transient thermal resistance.

Целью изобретени вл етс повышение эффективности охлаждени .The aim of the invention is to increase the cooling efficiency.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройстве дл охлаждени полупроводникового прибора, содержащем сребренный корпус с установочной площадкой дл прибора и теплоотвод щую пластину, соединенные между собой элементом креплени , корпус выполнен Ј -образным в поперечном сечении, теплоотвод ща пластина расположена в корпусе между его полками и на одной УЛ ее сторон выполнен вырез, соответствующий габаритам прибора , а элемент креплэни расположен на продольной геометрической оси верхней полки корпуса.This goal is achieved by the fact that in a device for cooling a semiconductor device containing an silver housing with an installation platform for the device and a heat sink plate interconnected by a fastening element, the shell is Ј-shaped in cross section, the heat sink plate is located in the shell between its shelves and on one UL of its sides, a cutout corresponding to the dimensions of the device is made, and the cradle element is located on the longitudinal geometric axis of the upper shelf of the housing.

На фиг.1 представлена конструкци устройства; на фиг.2 - то же, вид сбоку: на фиг.З - то же, вид сверху: на фиг.4 - С -образный корпус, поперечное сечение; на фиг.5 - вариант использовани устройства дл охлаждени группы приборов; на фиг.6 - устройство дл охлаждени с буквенными обозначени ми,Figure 1 shows the structure of the device; figure 2 - the same, side view: on fig.Z - the same, top view: figure 4 - C-shaped body, cross section; Fig. 5 shows an embodiment of using a device for cooling a group of devices; 6 is a cooling device with letter symbols,

Устройство дл охлаждени содержит сребренный корпус 1, выполненный С-образным в поперечном сечении, между полками 2 и 3 которого размещены теплоотвод ща пластина 4 и элемент креплени 5,The device for cooling comprises a silver casing 1, made C-shaped in cross section, between the shelves 2 and 3 of which the heat-removing plate 4 and the fastening element 5 are placed,

расположенный на продольной геометрической оси верхней полки 2 корпуса 1. Тепло- провод ща пластина 4 имеет ребра 6 и вырез 7 и служит дл фиксации охлаждаемого элемента 8 к нижней полке 3 корпуса 1, а также обеспечивает отвод тепла с верхней поверхности охлаждаемого прибора. Вырез 7 служит дл устранени проворачивани теплоотвод щей пластины 4 при сборке.Located on the longitudinal geometric axis of the upper shelf 2 of the housing 1. The heat-conducting plate 4 has fins 6 and a notch 7 and serves to fix the cooled element 8 to the lower shelf 3 of the housing 1, and also provides heat removal from the upper surface of the cooled device. The cutout 7 serves to eliminate the twisting of the heat sink plate 4 during assembly.

0 Элемент креплени 5, выполненный в виде винта, служит дл объединени через отверстие 9 в верхней полке 2 корпуса 1 воедино собранную конструкцию, котора закрепл етс на плате 10 путем припайки выво5 дов охлаждаемого полупроводникового прибора. При большой массе полученна конструкци приклеиваетс к плате 10 плоскостью нижней полки 3 корпуса 1.0 The fastening element 5, made in the form of a screw, serves to unite the assembled structure through the hole 9 in the upper shelf 2 of the housing 1, which is fixed on the board 10 by soldering the leads of the cooled semiconductor device. With a large mass, the resulting structure is glued to the board 10 with the plane of the bottom shelf 3 of the housing 1.

Ширина полок корпуса устройства рав0 на ширине корпуса охлаждаемого прибора, что позвол ет устанавливать устройство дл охлаждени на уже смонтированные на ПП корпуса ЭРЭ.The width of the device case shelves is equal to the width of the case of the cooled device, which allows the device to be installed on the ERE housing already mounted on the PCB.

Устройство работает следующим обра5 зом.The device works as follows.

За вл емое устройство, предварительно установленное на охлаждаемом элементе 8, нижней полкой отводит тепло от нижней плоскости полупроводниковогоThe proposed device, pre-installed on the cooled element 8, the bottom shelf removes heat from the bottom plane of the semiconductor

0 прибора. За счет хорошей теплопроводности материала тепловой поток быстро достигает теплоизлучающих ребер 6 полки 2, С поверхности которых рассеиваетс в окружающее пространство. От верхней поверх5 ности корпуса прибора тепло отводитс теплоотвод щей пластиной 4 и рассеиваетс в окружающее пространство теплоизлу- чающими ребрами 6 этой пластины Элемент креплени 5 в виде винта также0 device. Due to the good thermal conductivity of the material, the heat flux quickly reaches the heat-radiating fins 6 of the shelf 2, from the surface of which is dissipated into the surrounding space. Heat is removed from the upper surface of the housing of the instrument by a heat-removing plate 4 and is scattered into the surrounding space by heat radiating fins 6 of this plate. The fastening element 5 in the form of a screw also

0 выполнен из теплопроводного материала и, кроме своей непосредственной функции - фиксации устройства на корпусе охлаждаемого элемента, играет роль тепловыравни- вател , так как винт за счет высокой0 is made of heat-conducting material and, besides its immediate function - fixing the device on the body of the cooled element, plays the role of heat leveler, since the screw due to high

5 теплопроводности перераспредел ет часть теплового потока с нижней полки на тепло- отвод щую пластину. Благодар С- образной форме корпуса устройства и пружин щим свойствам материала нижн 5, thermal conductivity redistributes a portion of the heat flow from the lower shelf to the heat removal plate. Due to the C-shape of the device and the spring properties of the material

0 полка 3 компенсирует также тепловые деформации теплоотвода во врем работы и сохран ет надежный тепловой и механический контакт между теплоотвод щими элементами и охлаждаемым прибором.The shelf 3 also compensates for the thermal deformations of the heat sink during operation and maintains reliable thermal and mechanical contact between the heat sink elements and the device to be cooled.

5 При значительных тепловых потоках можно устанавливать дополнительные теп- лоотвод щие пластины Число этих пластин определ етс конкретными услови ми охлаждени данного элемента Изменение чмспа дополнительных теплоотвод щих5 With significant heat fluxes, additional heat removal plates can be installed. The number of these plates is determined by the specific conditions of cooling of this element. Changing the volume of additional heat removal plates

пластин позвол ет оперативно мен ть площади рассеивани , а следовательно, эффективность охлаждени корпуса прибора.plates allows for rapid change in the area of dispersion and, therefore, the cooling efficiency of the instrument housing.

При необходимости охлаждени одновременно нескольких корпусов ЭРЭ одним устройством теплоотвод щие пластины чередуютс с корпусами охлаждаемых элементов (фиг.5). Тепловое рассеивание устройства определ етс количеством теп- лоизлучающих ребер и их длиной. Количе- ство ребер определ етс конструктивно исход из длины корпуса охлаждаемого прибора. Длина ребра L (фиг.6) определ етс из условий теплообмена ребра с окружающей средой. Угол отгиба ребер а определ етс исход из оптимальных габаритов устройства следующим образом .If it is necessary to simultaneously cool several ERE enclosures with one device, heat-removing plates alternate with the bodies of cooled elements (Fig. 5). The heat dissipation of the device is determined by the number of heat radiating fins and their length. The number of ribs is determined constructively from the length of the body of the cooled instrument. The length of the rib L (Fig. 6) is determined from the heat exchange conditions of the rib with the environment. The angle of the bend of the ribs and is determined by the outcome of the optimal dimensions of the device as follows.

Если критичной вл етс высота уст- ройства дл охлаждени , то sin a h/L; если необходимо ограничить площадь, занимаемую устройством дл охлаждени на плате под выводы ИС при длине выводов I, то cos u - I/L; если выводы не выходит за If the height of the cooling device is critical, then sin a h / L; if it is necessary to limit the area occupied by the cooling device on the board for the IC outputs for the length of the terminals I, then cos u is I / L; if the conclusions don't go beyond

габариты корпуса прибора, а площадь на плате ограничена, то о: 90 .dimensions of the instrument case, and the area on the board is limited, then about: 90.

Claims

Thus, a device that selects heat simultaneously from both surfaces of the enclosures of cooled devices of various types, intensively and effectively dispersing it into space due to the significant intrinsic active surface, repeatedly increases the reliability of operation of various types of radio elements. Apparatus of the Invention A device for cooling a semiconductor device, comprising a finned body with a mounting pad for the device and a heat sink plate interconnected by fastening elements, characterized in that the body is L-shaped in cross section to increase the cooling efficiency the conical plate is located in the case between its shelves and on one of its sides there is a cut corresponding to the dimensions of the device, and the fastening element is located on the longitudinal geometric axis hney shelves housing.

u g yes

Fig.}

S

one

iggshshg p

1-shltgskgggg;

/

/ 6

FIG. g

lmlmlMl

Thebes. four

6

C

Ј4

FIG. five

6