RU2473143C1

RU2473143C1 - Device to remove heat from electronic elements

Info

Publication number: RU2473143C1
Application number: RU2011129714/07A
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Кузнецов
Original assignee: Николай Александрович Кузнецов
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2013-01-20

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: device to remove heat from electronic components includes radiator plates fixed to each other, connected to a base and forming a heat-distribution surface, at the same time along perimetre of each radiator plate, in areas of their contact with the base and to create flows removing heat from the device there are bends, on the bends of the inner side of each plate there are windows made, and on trapezoidal bends perpendicular to the longitudinal axis of the device, there are lock joints made, comprising two elements, one in the form of a hole on the bend, the other in the form of a ledge on the same bend arranged opposite to the hole, at the same time the device is equipped with an outer shell connected in a contact manner with the ledge arranged on the outer side of each plate. Windows arranged on bends are made equal to 0.4-0.9 of bend height along height. For even distribution of heat flows in the body of each radiator plate there are holes.

EFFECT: development of a radiator for an electronic component, where all heat absorbing parts of radiator plate and base surfaces are used, providing for efficient heat removal.

7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для отвода тепла от электронных компонентов.The invention relates to devices for removing heat from electronic components.

Известен радиатор см. патент на полезную модель №8524 P01L 23/00, публ. 16.11.1998 «Устройство для отвода тепла от полупроводникового прибора», размещенный в корпусе с одним или более выводами, выполненными на поверхности максимального нагрева корпуса, включающее термоэлектрический холодильник с холодной и горячей сторонами, элемент сопряжения корпуса полупроводникового прибора с холодной стороной и радиатор, сопряженный с горячей стороной, при этом в элементе сопряжения корпуса полупроводникового прибора с холодной стороной термоэлектрического холодильника выполнены сквозные каналы для каждого вывода, а в термоэлектрическом холодильнике и радиаторе выполнены сквозные отверстия, сопряженные одно с другим, а также со сквозными каналами в элементе сопряжения корпуса полупроводникового прибора с холодной стороной термоэлектрического холодильника.Known radiator, see patent for utility model No. 8524 P01L 23/00, publ. 11.16.1998 “Device for removing heat from a semiconductor device”, placed in a case with one or more conclusions made on the surface of maximum heating of the case, including a thermoelectric refrigerator with cold and hot sides, an element for interfacing the semiconductor device with a cold side and a radiator mated with the hot side, while in the interface element of the semiconductor device case with the cold side of the thermoelectric refrigerator, through channels for each terminal are made, and thermoelectric cooler and the radiator are provided with through holes mating with one another and with the through channels in the coupling element of the semiconductor device body to the cold side of the thermoelectric cooler.

К недостаткам известного устройства можно отнести невысокую эффективность отвода тепла и необходимость выполнения изоляции выводов в сквозных каналах термоэлектрического холодильника.The disadvantages of the known device include the low efficiency of heat dissipation and the need to perform insulation of the leads in the through channels of the thermoelectric refrigerator.

Известен радиатор для электронного компонента, содержащий множество отдельных радиаторных пластин, имеющих, по меньшей мере, две параллельные кромки и скрепленных вблизи этих кромок через теплопроводящие прокладки друг с другом с образованием соответственно теплопоглощающей части, контактирующей с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента, и теплораспределительной части, противолежащей теплопоглощающей части, при этом радиаторные пластины и упомянутые прокладки выполненные одинаковой длины, скреплены друг с другом припоем или теплопроводящим клеем.A known radiator for an electronic component, comprising a plurality of individual radiator plates having at least two parallel edges and fastened close to these edges through heat-conducting gaskets to each other with the formation of a heat-absorbing part in contact with the heat-generating surface of the electronic component and a heat distribution part, opposite heat-absorbing part, while the radiator plates and said gaskets are made of the same length, bonded to each other sing or thermally conductive adhesive.

К недостаткам известного радиатора можно отнести низкую эффективность отвода тепла.The disadvantages of the known radiator include the low efficiency of heat dissipation.

Известен наиболее близкий по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению радиатор для электронного компонента, см. патент RU №2217886, МПК Н05К 7/20, публ. 27.11.2003 г., - прототип, содержащий множество отдельных радиаторных пластин, скрепленных друг с другом в их соединительной части с образованием теплопоглощающей части, контактирующей с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента. Части радиаторных пластин, противоположные теплопоглощающей части, отделены друг от друга и совместно образуют теплоотводные части. Множество радиаторных пластин скреплены вместе посредством крепежного средства. Между радиаторными пластинами расположено множество распорок, каждая из которых расположена между соединительными частями смежных радиаторных пластин для обеспечения зазора между теплоотводными частями радиаторных пластин.Known for the closest in technical essence and combination of essential features to the claimed technical solution is a radiator for an electronic component, see patent RU No. 2217886, IPC N05K 7/20, publ. November 27, 2003, - a prototype containing many separate radiator plates bonded to each other in their connecting part with the formation of a heat-absorbing part in contact with the heat-generating surface of the electronic component. Parts of the radiator plates opposite the heat-absorbing part are separated from each other and together form heat-removing parts. A plurality of radiator plates are fastened together by fixing means. Between the radiator plates there are many spacers, each of which is located between the connecting parts of adjacent radiator plates to provide a gap between the heat sink parts of the radiator plates.

Известный радиатор имеет недостаточную эффективность теплообмена, связанную с различной теплоотдачей радиаторных пластин. К тому же массивная часть скрепленных пластин создает своеобразный аккумулятор тепла, что может привести к перегреву электронных элементов, а также высоким аэродинамическим сопротивлениям воздушному потоку на входе и выходе из радиатора.The known radiator has insufficient heat transfer efficiency associated with various heat dissipation of the radiator plates. In addition, the massive part of the bonded plates creates a kind of heat accumulator, which can lead to overheating of electronic elements, as well as high aerodynamic resistance to air flow at the inlet and outlet of the radiator.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка радиатора для электронного компонента, в котором более эффективно используются все теплопоглощающие части поверхности радиаторных пластин и основания.The objective of the invention is to develop a radiator for an electronic component, in which all the heat-absorbing parts of the surface of the radiator plates and the base are more efficiently used.

Поставленная задача достигается сочетанием общих с прототипом известных признаков, включающих скрепленные друг с другом радиаторные пластины, связанные с основанием и образующие теплораспределительную поверхность, и новых признаков, заключающихся в выполнении по периметру каждой радиаторной пластины в местах их контакта с основанием и для создания теплоотводящих от устройства потоков отгибов, при этом на отгибах внутренней стороны каждой пластины, обеспечивающих равномерность отвода потоков тепла от устройства, выполнены окна, а на отгибах, перпендикулярных продольной оси устройства, выполнены замковые соединения, состоящие из двух элементов, один в виде отверстия на отгибе, другой в виде выступа на этом же отгибе, выполненном напротив отверстия, при этом устройство снабжено наружной обечайкой, контактно связанной с выступом, выполненным на наружной стороне каждой пластины.The problem is achieved by combining well-known features common to the prototype, including radiator plates bonded to each other, connected to the base and forming a heat-distributing surface, and new features consisting in the perimeter of each radiator plate being executed in places of their contact with the base and for creating heat-removing from the device bends flows, while on the bends of the inner side of each plate, ensuring uniformity of heat flux removal from the device, windows are made, and on bends perpendicular to the longitudinal axis of the device, made of locking joints, consisting of two elements, one in the form of a hole in the bend, the other in the form of a protrusion on the same bend, made opposite the hole, while the device is equipped with an outer shell contacting with the protrusion made on the outside of each plate.

Окна, выполненные на отгибах, обеспечивающих равномерность отвода потоков тепла, по высоте выполнены равными 0,4-0,9 высоты отгиба.Windows made on bends, ensuring uniformity of heat flux removal, are made equal in height to 0.4-0.9 of the bending height.

Отгибы, перпендикулярные продольной оси устройства, выполнены трапецеидальной формы меньшим основанием направлены к центру.Bends perpendicular to the longitudinal axis of the device are made of trapezoidal shape with a smaller base directed towards the center.

На поверхности каждой радиаторной пластины выполнены отверстия, создающие дополнительные каналы для равномерного распределения тепловых потоков.Holes are made on the surface of each radiator plate, creating additional channels for uniform distribution of heat fluxes.

Каждая пластина при помощи отгибов закреплена на верхней стороне основания при помощи припоя, сварки или склеивания при сборке устройства.Each plate by means of bends is fixed on the upper side of the base with solder, welding or gluing during assembly of the device.

Положение каждой радиаторной пластины дополнительно зафиксировано при помощи обечайки, контактно связанной и смонтированной на выступах радиаторных пластин, выполненных на наружной их стороне с радиусными переходами или со скосами.The position of each radiator plate is additionally fixed by means of a shell, contact-connected and mounted on the protrusions of the radiator plates, made on their outer side with radial transitions or with bevels.

Боковые стороны каждой пластины по форме выполнены в виде сочетаний прямоугольника и полусферы или треугольника и полусферы.The sides of each plate are shaped in the form of combinations of a rectangle and a hemisphere or a triangle and a hemisphere.

Новизной предложенного технического решения является выполнение по периметру каждой радиаторной пластины в местах их контакта с основанием и для создания теплоотводящих от устройства потоков отгибов, при этом на отгибах внутренней стороны каждой пластины, обеспечивающих равномерность отвода потоков тепла от устройства, выполнены окна, а на отгибах, перпендикулярных продольной оси устройства, выполнены замковые соединения, состоящие из двух элементов, один в виде отверстия на отгибе, другой в виде выступа на этом же отгибе, выполненном напротив отверстия, при этом устройство снабжено наружной обечайкой, контактно связанной с выступом, выполненным на наружной стороне каждой пластины.The novelty of the proposed technical solution is the execution along the perimeter of each radiator plate in places of their contact with the base and to create bends of the bends from the device, while on the bends of the inner side of each plate, which ensure uniform heat flux from the device, windows are made, and in bends, perpendicular to the longitudinal axis of the device, there are made lock joints consisting of two elements, one in the form of an opening on the bend, the other in the form of a protrusion on the same bend made opposite the hole, while the device is equipped with an outer shell contacted with a protrusion made on the outer side of each plate.

Так, выполнение отгибов обеспечивает надежный и достаточный для отвода тепла контакт каждой радиаторной пластины с основанием. Контакт пластин между собой при помощи замковых соединений и контакт пластин с обечайкой, смонтированной на выступах наружной поверхности пластин, также способствует отводу тепла от пластин и основания устройства. Наличие выполненных отгибов, направляющих тепловые потоки на внутренней стороне каждой радиаторной пластины, способствует более эффективному отводу тепла от основания и от каждой радиаторной пластины в целом.So, the implementation of the bends provides reliable and sufficient for heat removal contact of each radiator plate with the base. The contact of the plates with each other by means of locking joints and the contact of the plates with a shell mounted on the protrusions of the outer surface of the plates also helps to remove heat from the plates and the base of the device. The presence of completed bends directing heat fluxes on the inner side of each radiator plate contributes to a more efficient heat removal from the base and from each radiator plate as a whole.

Признаки выполнения окон на отгибах, обеспечивающих равномерность отвода потоков тепла, по высоте равными 0,4-0,9 высоты отгиба, выполнение отгибов перпендикулярных продольной оси устройства трапецеидальной формы, меньшим основанием, направленным к центру, выполнение на поверхности каждой радиаторной пластины отверстий, создающих дополнительные каналы для равномерного распределения тепловых потоков, крепление каждой пластины отгибами на верхней стороне основания при помощи припоя, сварки или склеивания при сборке устройства, фиксация положения каждой радиаторной пластины при помощи обечайки, контактно связанной и смонтированной на выступах радиаторных пластин, выполненных на наружной их стороне с радиусными переходами или со скосами, а также выполнение боковых сторон каждой пластины по форме в виде сочетаний прямоугольника и полусферы или треугольника и полусферы - являются признаками, дополнительными, способствующими достижению поставленной изобретением задачи.Signs of windows on the bends ensuring uniform heat flux removal in height equal to 0.4-0.9 bending heights, bends perpendicular to the longitudinal axis of the trapezoidal device, with a smaller base directed towards the center, holes on the surface of each radiator plate creating additional channels for uniform distribution of heat fluxes, fastening of each plate with bends on the upper side of the base using solder, welding or gluing during assembly of the device, fixing the positions of each radiator plate with the help of a shell contacted and mounted on the protrusions of the radiator plates made on their outer side with radial transitions or with bevels, as well as the execution of the sides of each plate in shape in the form of combinations of a rectangle and a hemisphere or a triangle and a hemisphere, are additional features that contribute to the achievement of the objectives of the invention.

Так, наличие замкового соединения и выполнение отгибов трапецеидальной формы позволяет устанавливать и закреплять радиаторные пластины строго на заданном расстоянии друг от друга.So, the presence of a castle connection and the implementation of the bends of a trapezoidal shape allows you to install and fix the radiator plates strictly at a given distance from each other.

Наличие окон на отгибах позволяет направлять тепловой поток через эти окна, повышая эффективность общего отвода тепла.The presence of windows on the limb allows you to direct the heat flow through these windows, increasing the efficiency of the total heat dissipation.

Согласно проведенным патентно-информационным исследованиям признаки предлагаемого технического решения являются новыми, не очевидными, промышленно выполнимыми и направлены на достижение поставленной изобретением задачи.According to the patent information research, the features of the proposed technical solution are new, not obvious, industrially feasible and aimed at achieving the objectives of the invention.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлена радиаторная пластина с окнами, замковым соединением, отгибами.Figure 1 presents a radiator plate with windows, a castle connection, limb.

На фиг.2 схематично изображен общий вид радиаторных пластин без основания.Figure 2 schematically shows a General view of the radiator plates without a base.

На фиг.3 показан общий вид устройства с основанием.Figure 3 shows a General view of the device with the base.

На фиг.4 показано основание с выполненными на верхней его поверхности отверстиями для установки светодиодов.Figure 4 shows the base with holes for mounting LEDs made on its upper surface.

На фиг.5 показано в сечении расположение обечайки на наружных отгибах радиаторных пластин.Figure 5 shows in cross section the location of the shell on the outer limb of the radiator plates.

Предлагаемое устройство для отвода тепла состоит из основания 1 с выполненными и распределенными по его поверхности отверстиями 2 для установки электронных компонентов. Радиаторные пластины 3 при помощи замковых соединений, выполненных на отгибах в виде выступов 4 и отверстий 5, закрепляются на основании 1. В верхней и нижней частях замковые соединения закрепляются друг с другом. Отгибы 6 с окнами 7, выполненными по высоте на 0,4-0,9 их высоты, способствуют эффективному отводу тепловых потоков. Отгиб 8, выполненный перпендикулярно продольной оси 9, и отгиб 10, выполненный параллельно продольной оси, обеспечивают надежный при помощи пайки, сварки или склеивания контакт радиаторной пластины 3 с основанием 1.The proposed device for heat dissipation consists of a base 1 with holes 2 made and distributed over its surface for installing electronic components. Radiator plates 3 using locking joints made on the bends in the form of protrusions 4 and holes 5 are fixed on the base 1. In the upper and lower parts, the locking joints are fixed to each other. Bends 6 with windows 7, made in height at 0.4-0.9 of their height, contribute to the effective removal of heat fluxes. Bending 8, made perpendicular to the longitudinal axis 9, and bending 10, made parallel to the longitudinal axis, ensure reliable contact of the radiator plate 3 with the base 1 by soldering, welding or gluing.

Замковое соединение выполнено в виде отверстия 5 на верхнем 11 и нижнем 8 отгибах, перпендикулярных продольной оси устройства, и выступа 4 на отгибах напротив отверстия 5. Отверстия 12 на поверхности каждой радиаторной пластины 3 создают дополнительные каналы для отвода тепла от более нагруженных теплом пластин к менее нагруженным. Выступы 13 на наружной стороне нижней части радиаторных пластин 3 выполнены с радиусными 14 переходами либо со скосами 15. Обечайка 16 с охватом выступов 13 смонтирована на устройстве при помощи операции закатки.The castle connection is made in the form of a hole 5 on the upper 11 and lower 8 bends, perpendicular to the longitudinal axis of the device, and a protrusion 4 on the bends opposite the hole 5. Holes 12 on the surface of each radiator plate 3 create additional channels for removing heat from more heat-loaded plates to less loaded. The protrusions 13 on the outer side of the lower part of the radiator plates 3 are made with radial 14 transitions or with bevels 15. The shell 16 with the coverage of the protrusions 13 is mounted on the device using the rolling operation.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Первоначально производят изготовление всех элементов радиатора и осуществляют их сборку при помощи кондуктора в единый элемент, образующий тороидальную фигуру. Для этого выступы 4 каждого замкового соединения радиаторных пластин 3 отгибают и вставляют их в отверстия рядом находящихся пластин.Initially, all radiator elements are manufactured and assembled using a conductor into a single element forming a toroidal figure. To do this, the tabs 4 of each castle connection of the radiator plates 3 are unbent and inserted into the holes of the adjacent plates.

Затем осуществляют закрепление на основании 1 всего предварительно собранного комплекта пластин путем пайки или приклеивания нижних отгибов 8 и выступов 4 на нижних отгибах к основанию 1. На выступы 13 снизу устанавливается обечайка 16 с отбортованной нижней кромкой и при помощи закатного механизма осуществляется закатка верхней кромки обечайки 16 до охвата ею выступов 13 каждой радиаторной пластины 3. При этом обечайка 16 плотно контактирует со скосами 15 или с радиусными переходами 14 и наружной стороной выступов 13.Then, fixing on the base 1 of the entire pre-assembled set of plates is carried out by soldering or gluing the lower bends 8 and the protrusions 4 on the lower bends to the base 1. A shell 16 with a flanged lower edge is mounted on the projections 13 from the bottom and the upper edge of the shell 16 is rolled using a sunset mechanism. until it covers the protrusions 13 of each radiator plate 3. In this case, the shell 16 is in tight contact with the bevels 15 or with the radial transitions 14 and the outer side of the protrusions 13.

При установке на основание 1 в отверстия 2 электронного прибора, элемента, нагревающегося во время работы, основание 1 передает отводимое тепло через отгибы 8 и 10 радиаторным пластинам 3. Тепловые потоки, сформированные при помощи направляющих отгибов 6 и окон 7, выполненных в них, проходя между пластинами 3 и через отверстия 12, формирующие каналы отвода тепла, обеспечивают эффективный отвод тепла, тепло, передаваемое пластинами по периметру обечайке 16, еще в большей мере способствуют его отводу, поддерживая температуру основания в заданных рабочих пределах.When installing on the base 1 in the holes 2 of the electronic device, the element heated up during operation, the base 1 transfers the removed heat through the bends 8 and 10 to the radiator plates 3. Heat flows generated by the guiding bends 6 and the windows 7 made in them, passing between the plates 3 and through the holes 12 that form the heat removal channels, provide effective heat removal, the heat transferred by the plates along the perimeter of the shell 16, even more contribute to its removal, maintaining the base temperature at predetermined temperatures wide limits.

В настоящее время на предлагаемое устройство на предприятии разработана техническая документация, изготовлена опытная их партия, испытания которой показали положительные результаты. После проведения комплексных испытаний будет принято решение об организации производства предлагаемых устройств.Currently, the technical documentation has been developed for the proposed device at the enterprise, their experimental batch has been manufactured, the tests of which have shown positive results. After conducting complex tests, a decision will be made on the organization of production of the proposed devices.

Claims

1. Устройство для отвода тепла от электронных элементов, включающее скрепленные друг с другом радиаторные пластины, связанные с основанием и образующие теплораспределительную поверхность, отличающееся тем, что по периметру каждой радиаторной пластины, в местах их контакта с основанием и для создания теплоотводящих от устройства потоков выполнены отгибы, при этом на отгибах внутренней стороны каждой пластины, обеспечивающих равномерность отвода потоков тепла от устройства, выполнены окна, а на отгибах, перпендикулярных продольной оси устройства, выполнены замковые соединения, состоящие из двух элементов, один в виде отверстия на отгибе, другой в виде выступа на этом же отгибе, выполненном напротив отверстия, при этом устройство снабжено наружной обечайкой, контактно связанной с выступом, выполненным на наружной стороне каждой пластины.1. A device for removing heat from electronic elements, including radiator plates bonded to each other, connected to the base and forming a heat-distributing surface, characterized in that around the perimeter of each radiator plate, in places of their contact with the base and to create heat fluxes from the device, are made bends, while on the bends of the inner side of each plate, ensuring uniformity of heat flux removal from the device, windows are made, and on the bends, perpendicular to the longitudinal axis structures, there are made castle joints, consisting of two elements, one in the form of an opening on the bend, the other in the form of a protrusion on the same bend, made opposite the hole, while the device is equipped with an outer shell contacting with the protrusion made on the outer side of each plate.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что окна, выполненные на отгибах, обеспечивающих равномерность отвода потоков тепла по высоте, выполнены равными 0,4÷0,9 высоты отгиба.2. The device according to claim 1, characterized in that the windows made on the limb, ensuring uniformity of heat flux removal in height, are equal to 0.4 ÷ 0.9 of the height of the limb.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отгибы, перпендикулярные продольной оси устройства, выполнены трапецеидальной формы, меньшим основанием направленной к центру.3. The device according to claim 1, characterized in that the bends perpendicular to the longitudinal axis of the device are made of trapezoidal shape, with a smaller base directed towards the center.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на поверхности каждой радиаторной пластины выполнены отверстия, создающие дополнительные каналы для равномерного распределения тепловых потоков.4. The device according to claim 1, characterized in that on the surface of each radiator plate holes are made that create additional channels for uniform distribution of heat fluxes.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая пластина при помощи отгибов закреплена на верхней стороне основания при помощи припоя, сварки или склеивания при сборке устройства.5. The device according to claim 1, characterized in that each plate by means of bends is fixed on the upper side of the base with solder, welding or gluing when assembling the device.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что положение каждой радиаторной пластины дополнительно зафиксировано при помощи обечайки, контактно связанной и смонтированной на выступах радиаторных пластин, выполненных на наружной их стороне с радиусными переходами или со скосами.6. The device according to claim 1, characterized in that the position of each radiator plate is additionally fixed with the help of a shell contacted and mounted on the protrusions of the radiator plates made on their outer side with radial transitions or with bevels.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что боковые стороны каждой пластины по форме выполнены в виде сочетаний прямоугольника и полусферы или треугольника и полусферы. 7. The device according to claim 1, characterized in that the sides of each plate are shaped in the form of combinations of a rectangle and a hemisphere or a triangle and a hemisphere.