Radiatorul (variante)

H01L23 / 36 - alegerea materialelor sau o formă specială pentru a facilita răcirea sau încălzirea, de exemplu, un aparat pentru a disipa căldura

Proprietarii brevetului RU 2589942:

Societate cu răspundere limitată "Twin" (RU)

Invenția se referă la produse electronice în stare solidă și în special pentru încălzirea captatorilor dispozitivelor semiconductoare de putere mai mare, și pot fi utilizate în diverse dispozitive termice de inginerie care funcționează cu mari sarcini termice specifice. radiator de căldură pentru răcirea cel puțin una dintre sursa de căldură locală cuprinde o placă de bază în formă de diamant. Securizat pe structura stratului de bază a plăcilor conductoare de căldură. plăcile structurii stratificate sunt dispuse paralel cu baza. În această parte a suprafețelor adiacente ale plăcilor menționate anterior are un contact termic, iar în zonele dintre porțiunile rămase ale acestor suprafețe dispuse materialul capacității calorice. Rezultatul tehnic - o creștere a puterii retrase de o sursă de căldură locală (dispozitiv semiconductor) cu creșterea timpului de funcționare a acestuia. 8 ZP f ly-1-il.

Dezavantajul este de a limita radiatorul retrase de pe dispozitiv semiconductor (sursă de căldură), puterea într-un timp de lucru a crescut. Astfel, după timpul t> 10da 2 / ka ≈6 ms (ka - coeficient termic de diamant, ka = 2,7 cm2 / s), distribuția temperaturii în placa de diamant sub sursa de căldură se va potrivi modul practic continuu. În consecință, q maximă densitate de putere, eliberată pe suprafața unei plăci de diamant, unde sursa locală de căldură va fi emisă pe partea opusă a plăcii, ajustând pentru factorul ≈ 1 / (1 + d), care pentru această cantitate de îndepărtare a căldurii este ≈ 1. Astfel, densitate maximă de putere pe partea opusă a plăcilor de diamant este practic egală cu densitatea de putere de intrare, adică să fie mai mare de 0,5 kW / cm2 densitate de putere a robinetelor o astfel de perioadă lungă de timp este dificil punct de vedere tehnic, în timp ce creșterea sursa de alimentare locală devine de 2-3 ori, practic, imposibilă.

Dezavantajul acestei soluții este restricția continuă asupra puterii retrase odată cu creșterea timpului de funcționare a sursei de căldură, deoarece grosimea plăcilor de diamant este de obicei mai mică de 0,5 mm, iar zona de transfer de căldură al plăcii de diamant la degetul rece de cupru este limitată de zona lor de contact, și anume densitatea de putere la limita degetului rece este mare.

Rezolva această problemă - pentru a reduce cantitatea de densitate de putere pe partea de răcire a unei plăci de diamant poate fi o creștere semnificativă a grosimii sale, ceea ce este extrem de dificil. Limitarea grosimii utilizate în plăci radiatoarele diamant datorită faptului că producția de plăci de diamant 1 mm grosime, și mai mult asociate cu anumite dificultăți. O placă de diamant de dimensiuni limitate și costisitoare. Prepararea wafers CVD diamant mai mari - a rezolvat problema, dar creșterea grosimii plăcilor menținând în același timp rata de creștere duce la o deteriorare a conductibilității termice. Rata de creștere redusă duce la o creștere bruscă a plăcilor BCV-diamant preț.

Invenția își propune să remedieze aceste dezavantaje. Rezultatul tehnic este de a crește puterea retrase de o sursă de căldură locală (dispozitiv semiconductor), cu creșterea timpului de funcționare a acestuia.

Problema este rezolvată, iar rezultatul tehnic se realizează prin aceea că radiatorul pentru răcire, cel puțin una dintre sursa de căldură locală care cuprinde o bază sub forma unei plăci de diamant pe baza menționată structură stratificată fixată o placă de conductor termic având o conductivitate termică mai mare de 4 W / cm · K dispuse paralel cu baza, în care o porțiune din suprafețele adiacente ale plăcilor menționate anterior are un contact termic, iar în zonele dintre porțiunile rămase ale acestor suprafețe dispuse materialul capacității calorice. Deoarece căldura materialului capacitate poate fi utilizată o substanță cu o tranziție de fază de ordinul întâi în intervalul de temperatură a sursei de căldură locală. Structura stratificată a plăcii conductoare de căldură, de preferință, din diamante, iar raportul dintre parametrii plăcii de conducție a căldurii și capacitatea calorică a regiunilor sunt de preferință satisface r / s> λa / cb ρb d 2. unde r - mărimea capacității calorice a substanței de-a lungul suprafeței adiacente plăcilor conductoare termic ale structurii stratificate și cb ρb - capacitatea termică și densitatea, respectiv; s - distanța dintre regiunile de-a lungul suprafeței capacității calorice adiacente plăcilor termoconductoare materiale ale structurii laminate, λa - conductivitate termică; d - grosimea structurii laminate. Deoarece substanțele de capacitate de căldură avantajoasă utilizarea apei. În acest caz, radiatorul este de preferință prevăzut cu un dispozitiv care circulă forțat apa de-a lungul suprafeței plăcilor conductoare de căldură ale structurii stratificate. Toate placa de diamant recomandabil să se efectueze CVD-diamant și o suprafață de bază pe care se află o sursă de căldură locală, care acoperă stratul conductor. Suprafețele de contact ale plăcilor termice termoconductoare adiacente ale structurii laminate pot fi formate prin lipire.

Desenul arată radiatorul propus.

Sursa de căldură locală 1, cum ar fi tranzistor semiconductor dispuse pe o parte a bazei 2 a radiatorului propusă proiectat ca o placă de diamant. Pe de cealaltă parte a bazei structurii stratificate fix menționat cuprinzând radiator placă 3 și capacitatea termică a substanței 4. Plăcile 3 sunt realizate din carbură de siliciu sau de diamant, care reduce diferența de temperatură în structura stratificată, adică, între sursa de căldură 1 și materialul 4, acumularea de căldură. Ca material pentru plăcile de diamant 2 și 3 sunt folosite CVD plăci, ale căror caracteristici pot fi controlate în fabricarea lor. Pentru a îmbunătăți contactul termic al sursei de căldură locală 1 la baza 2 din suprafața sa este acoperită cu un strat conductor 5, de exemplu, metalizată. Radiatorul poate fi dublu, caz în care baza 2 și sursa de căldură 1 pe ambele părți ale unei structuri laminate.

O structură laminată realizate din carbură de siliciu sau de diamant termic plăci conductoare 3 aranjate paralel cu baza 2, porțiunea suprafețelor adiacente ale respectivei plăci 3 de lipire are un contact termic, iar în zonele (cavități deschise și / sau închise) între porțiunile rămase ale acestor suprafețe dispuse capacitate de căldură 4 materiale de căldură de mare capacitate cb. (De exemplu, beriliu cb = 2,2 J / g · K) și / sau o căldură mare de fuziune a schimbării de fază a primului tip în intervalul de funcționare a sursei de căldură 120 ° C - 80 ° C (hidroxilamină de exemplu, cu un punct de topire de 33 ° C și căldură punct de topire ≈ 500 J / g, un punct de fierbere de 58 ° C și căldura de evaporare ≈ 1500 W / g). La o capacitate termică mai mare de material 4 (beriliu), comparativ cu o capacitate de căldură plăci CA materiale 3 (y diamant ca = 0,8 J / g, carbură de siliciu ca y = 0,85 J / g K) beriliu absoarbe mai multă căldură decât Karbid Kremniya sau diamant, încetinind astfel creșterea temperaturii întregii structuri. Atunci când se utilizează hidroxilamină un gram la două tranziții de fază de primul tip vor absorbi energia de 2 kJ este echivalentă cu încălzire la 20 ° 125 grame placa de diamant 3 sau 130 g de siliciu placă de carbură 3, în care în tranziția de fază a primului tip temperatura crește hidroxilamină și, în consecință, toate temperatura radiatorului va crește mult mai lent.

Datorită dezvoltării zonei suprafeței de contact, prin care căldura de la placa conductor termic 3, capacitatea de căldură transferată substanței 4 este mult mai mare (numărul de plăci pot fi semnificative) decât prototipul, în cazul în care are loc transferul de căldură numai pe una dintre placa de diamant. Zona prin care căldura degajată de conducător de căldură plăci 3, 4 se transmite creșteri de substanță în 2n (n - numărul de plăci 3) ori în comparație cu prototipul. În consecință, densitatea de putere, sângera plăci este redus cu același factor, adică în 2n. Astfel, radiatorul propus permite să se retragă de la sursa de căldură 1 este mai mare decât puterea de timp de funcționare mai lungă.

Pentru optimizarea parametrilor de proiectare plăcilor radiator 3 și zone îndepărtarea căldurii din materialul capacității calorice 4 trebuie să le satisfacă inegalitatea

în care r - dimensiunea materialului capacitate termică pe suprafața căldurii adiacente efectuarea plăcilor de structură laminată, cb și ρb - căldura specifică și densitatea, respectiv;

s - distanța dintre regiunile de-a lungul suprafeței capacității calorice adiacente plăcilor termoconductoare materiale ale structurii laminate, λa - conductivitate termică;

d - grosimea structurii laminate.

Inegalitatea obținută din starea radiatorului funcționare stabilă: densitatea de putere a fluxului termic absorbită de substanța 4, densitate mai mare putere a fluxului de căldură transmisă de la generatorul de căldură 1 în interiorul structurii stratificate.

Pentru a îmbunătăți eficiența transferului de căldură de la căldură efectuarea plăcilor 3 ca capacitate materialul termic 4 folosește apa, care intensifică și mai mult transferul termic pompat forțat de-a lungul plăcilor 3. Mai mult, utilizarea procesului de apă clocotită având o absorbție mare de căldură, tratament termic stabilizeaza și lungește.

Căldura propusă funcționează după cum urmează.

Căldura generată de o sursă de căldură locală 1 prin intermediul stratului conductor 5 pe baza 2 se extinde în toate direcțiile, care curge în continuare în placa 3 și propagates în acesta. Deoarece conductivitatea termică a plăcilor 2, 3 este mare, modul lor de temperatură eliberată rapid în modul staționar. Din plăci de 3 capacitate de căldură, căldura este transferată substanța 4 și le acumulează.

Designul propus permite creșterea puterii retrase de o sursă de căldură locală (dispozitiv semiconductor), cu creșterea timpului de funcționare a acestuia.

1. radiatorul pentru răcire, cel puțin una dintre sursa de căldură locală care cuprinde o placă de bază în formă de diamant, caracterizat prin aceea că respectiva bază este fixat pe structura stratificată realizată dintr-un conducător de căldură placă având o conductivitate termică mai mare de 4 W / cm · K, aranjate paralel cu baza, în care porțiune suprafețele adiacente ale plăcilor menționate anterior are un contact termic, și în alte părți din regiunile dintre aceste suprafețe dispuse materialul capacității calorice.

2. radiatorul conform revendicării. 1, caracterizat prin aceea că conducător de căldură structură stratificată placă din diamant.

3. radiatorul conform revendicării. 1, caracterizat prin aceea că substanța utilizată ca material de capacitate termică cu o tranziție de fază de ordinul întâi în intervalul de temperatură a sursei de căldură locală.

4. radiatorul conform revendicării. 1, caracterizat prin aceea că structura stratificată a parametrilor din raport a plăcilor conductoare de căldură și căldură zonele de capacitate satisface substanță
r / s> λa / cb ρb d 2,
în care r - dimensiunea materialului capacitate termică pe suprafața căldurii adiacente efectuarea plăcilor de structură laminată, cb și ρb - căldura specifică și densitatea, respectiv;
s - distanța dintre regiunile de-a lungul suprafeței capacității calorice adiacente plăcilor termoconductoare materiale ale structurii laminate, λa - conductivitate termică;
d - grosimea structurii laminate.

5. radiatorul conform revendicării. 1, caracterizat prin aceea că substanța utilizată ca apa specifică de căldură.

6. radiatorul din revendicarea. 5, caracterizat prin aceea că dispozitivul este prevăzut cu apă de pompare în mod obligatoriu de-a lungul suprafeței plăcilor conductoare de căldură ale structurii stratificate.

7. radiatorul conform revendicării. 2, caracterizat prin aceea că toate plăcile de diamant sunt realizate din CVD-diamant.

8. radiator conform revendicării. 1, caracterizat prin aceea că suprafața de bază pe care este situată o sursă de căldură locală este acoperită strat conductor.

9. radiatorul conform revendicării. 1, caracterizat prin aceea că contactul termic al suprafețelor plăcilor termoconductoare adiacente ale structurii stratificate este formată prin lipire ei.