Радіатор для охолодження силових напівпровідникових приладів
Номер патенту: 46974
Опубліковано: 15.10.2004
Автори: Шинднес Юрій Львович, Бару Олександр Юрійович, Лабковський Віктор Соломонович
Формула / Реферат
1. Радіатор для охолоджування силових напівпровідникових приладів, що містить основу і ребра у вигляді пластин, кожна з яких має кореневу ділянку, тепловіддавальну ділянку і з'єднувальну ділянку між ними, при цьому тепловіддавальні ділянки сусідніх пластин розташовані із зазором між ними, який відрізняється тим, що пластини згруповані попарно так, що з'єднувальні ділянки в кожній парі пластин орієнтовані протилежно, кореневі ділянки кожної пари пластин прилягають одна до одної, а між тепловіддавальними ділянками кожної пари пластин є зазор, при цьому кореневі ділянки пластин розміщені в тепловому контакті з матеріалом основи.
2. Радіатор за п. 1, який відрізняється тим, що кореневі ділянки пластин вплавлені в матеріал основи.
3. Радіатор за пп.1 або 2, який відрізняється тим, що тепловіддавальні ділянки пластин розташовані плоскопаралельно.
4. Радіатор за п. 3, який відрізняється тим, що ширина зазору між тепловіддавальними ділянками пари пластин дорівнює ширині зазору між тепловіддавальними ділянками сусідніх пар пластин.
5. Радіатор за п. 4, який відрізняється тим, що ширина зазору дорівнює 2-6 мм.
6. Радіатор за одним з пп. 1 - 5, який відрізняється тим, що основа виконана у вигляді пластини, в одну з поверхонь якої вплавлені пластини, а друга поверхня призначена для розміщення напівпровідникового приладу або групи напівпровідникових приладів.
7. Радіатор за пп.1 або 2, який відрізняється тим, що тепловіддавальні ділянки пластин розташовані радіально.
8. Радіатор за п. 6, який відрізняється тим, що ширина зазору між тепловіддавальними ділянками пластин дорівнює ширині зазору між тепловіддавальними ділянками сусідніх пар пластин.
9. Радіатор за п. 7, який відрізняється тим, що ширина зазору дорівнює 2-6 мм.
10. Радіатор за одним з пп. 1, 7 - 9, який відрізняється тим, що основа виконана у вигляді масивного елемента, який має поперечний переріз у вигляді кола, еліпса або багатогранника, в обвідну поверхню якого вплавлені пластини, а торцеві поверхні основи призначені для розміщення напівпровідникових приладів.
11. Радіатор за одним з пп. 1, 7 - 9, який відрізняється тим, що основа виконана у вигляді масивного елемента, який має поперечний переріз у вигляді фрагмента кола, еліпса або багатогранника, в обвідну поверхню якого вплавлені пластини, а обмежувальна поверхня фрагмента призначена для розміщення напівпровідникового приладу або групи напівпровідникових приладів.
Текст
1 Радіатор для охолоджування силових напівпровідникових приладів, що містить основу і ребра у вигляді пластин, кожна з яких має кореневу дільницю, тепловіддавальну дільницю і з'єднувальну дільницю між ними, при цьому тепловіддавальні ДІЛЬНИЦІ сусідніх пластин розташовані із зазором між ними, який відрізняється тим, що пластини згруповані попарно так, що з'єднувальні ДІЛЬНИЦІ В КОЖНІЙ парі пластин орієнтовані протилежно, кореневі ДІЛЬНИЦІ кожної пари пластин прилягають одна до одної, а міжтепловіддавальними дільницями кожної пари пластин є зазор, при цьому кореневі ДІЛЬНИЦІ пластин розміщені в тепловому контакті з матеріалом основи 2 Радіатор по п 1, який відрізняється тим, що кореневі ДІЛЬНИЦІ пластин вплавлені в матеріал основи 3 Радіатор по пп 1 або 2, який відрізняється тим, що тепловіддавальні ДІЛЬНИЦІ пластин розташовані плоскопаралельно 4 Радіатор по п 3, який відрізняється тим, що ширина зазора між тепловіддавальними дільницями пари пластин рівна ширині зазора між тепловіддавальними дільницями сусідніх пар пластин Винахід відноситься до пристроїв для охолоджування напівпровідникових приладів, переважно до радіаторів для розсівання тепла, що виділяється при роботі силових напівпровідникових приладів При роботі напівпровідникових приладів виділяється тепло, яке необхідно розсіювати в довкілля для того, щоб уникнути неприпустимого перегріву напівпровідникового приладу, при якому він 5 Радіатор по п 4, який відрізняється тим, що ширина зазора рівна 2-6 мм 6 Радіатор по одному з пп 1 -5, який відрізняється тим, що основа виконана у вигляді пластини, в одну з поверхонь якої вплавлені пластини, а друга поверхня призначена для розміщення напівпровідникового приладу або групи напівпровідникових приладів 7 Радіатор по пп 1 або 2, який відрізняється тим, що тепловіддавальні ДІЛЬНИЦІ пластин розташовані радіально 8 Радіатор по п 6, який відрізняється тим, що ширина зазора між основами тепловіддавальних дільниць пари пластин рівна ширині зазора між основами тепловіддавальних дільниць сусідніх пар пластин 9 Радіатор по п 7, який відрізняється тим, що ширина зазора рівна 2-6 мм 10 Радіатор по одному з пп 1, 7 - 9, який відрізняється тим, що основа виконана у вигляді масивного елементу з поперечним перетином у вигляді кола, еліпса або багатогранника, в огинаючу поверхню якого вплавлені пластини, а торцеві поверхні призначені для розміщення напівпровідникових приладів 11 Радіатор по п 10, який відрізняється тим, що основа виконана у вигляді масивного елементу з поперечним перетином у вигляді фрагмента кола, еліпса або багатогранника, в огинаючу поверхню якого вплавлені пластини, а фрагментуюча поверхня призначена для розміщення напівпровідникового приладу або групи напівпровідникових приладів може втратити працездатність Наприклад, діапазон робочих температур германієвих приладів обмежений температурою +85°С, а кремнієвих не перевищує +150°С Одне з відомих рішень цієї задачі полягає в тому, що напівпровідниковий прилад встановлюють в тепловому контакті з радіатором, через який тепловиділення напівпровідникового приладу розсіюються в навколишню атмосферу Напівпровід (О 46974 никовии прилад встановлюють в тепловому контатім механічно скріплених, наприклад, кріпленням кті з основою радіатора, оребрення якого знахотипу "ластівчин хвіст", основи радіатора і пластин диться в контакті з навколишнім повітрям або обТакі радіатори можуть бути виготовлені з широким дувається повітрям примусово за допомогою спектром геометричних параметрів, однак їх вигоспеціального вентилятора (див , наприклад, А И товлення і збирання зв'язані зі значними виробниАксенов і інш Отвод тепла в полупроводниковых чими витратами Крім того, наявність певного тепприборах Москва, "Энергия", 1971, с 76) Тепло, лового опору між основою і ребрами в місцях їх яке виділяється при роботі напівпровідникового механічного контакту вимагає ВІДПОВІДНОГО збільприладу, передається через основу радіатора до шення розмірів радіатора для компенсації цього його оребрення і потім розсіюється в повітря, яке опору омиває розвинену тепловіддавальну поверхню Інша збірна конструкція радіатора містить радіатора Радіатори виготовляють з високотепмножину пластин, кожна з яких має основу і ребра лопровідних металів, найбільш доступними з яких у вигляді пластин, кожна з яких має кореневу дільє алюміній, мідь і сплави на їх основі ницю, плоскопаралельну йому тепловіддавальну дільницю і непаралельну цим дільницям з'єднуваВІДОМІ пластинчаті, ребристі, крильчасті і штильну дільницю між ними, при цьому тепловіддаваркові радіатори, які містять основу і різної форми льні ДІЛЬНИЦІ сусідніх пластин розташовані загатеплорозсіючі елементи (див Ю Ф Скрипников лом паралельно одна одній і між ними є зазор Радиаторы для полупроводниковых приборов Кореневі ДІЛЬНИЦІ пластин зібрані в пакет, який Москва, "Энергия", 1973, с 18) утворює основу радіатора, при цьому зазор між Цей винахід відноситься до ребристих радіатепловіддавальними дільницями утворюється за торів, які містять основу і ребра у вигляді пластин, рахунок різної довжини з'єднувальних дільниць кожна з яких має кореневу дільницю і тепловіддасусідніх пластин (див патент Російської Федерації вальну дільницю, при цьому тепловіддавальні ДІ№ 2137254, МПК^ Н01L 23/367, опубл 10 09 1999) ЛЬНИЦІ сусідніх пластин розташовані з повітряним зазором між ними (див А И Аксенов и др Отвод Така конструкція також дозволяє реалізувати тепла в полупроводниковых приборах Москва, практично будь-які геометричні параметри радіа"Энергия", 1971, с 76) тора, зокрема, будь-які зазори між тепловіддавальними дільницями пластин при будь-якій довжині Радіатор для охолоджування напівпровідникоцих дільниць Недоліком такого радіатора є те, що вого приладу повинен, з одного боку, володіти ефективність тепловідведення пластин в пакеті досить розвиненою тепловіддавальною поверхнеоднакова і залежить від положення пластини в нею, за рахунок чого забезпечується ефективне пакеті Дійсно, довжина теплопровідної ДІЛЬНИЦІ розсіювання тепла, а з іншого боку - володіти міні(сума довжини кореневої ДІЛЬНИЦІ І ДОВЖИНИ з'єдмально можливими габаритами і вагою, що диктунувальної ДІЛЬНИЦІ) будь-якої пластини, розташоється загальними вимогами мінімізації габаритів, ваної ближче з центру пакету, менше, ніж довжина матеріаломісткості і вартості будь-якої продукції, теплопровідної ДІЛЬНИЦІ пластини, розташованої що є визначальним чинником її конкурентноздатдалі від центра Тоді, при рівномірному підведенні ності тепла до базової поверхні основи радіатора, на Встановлено, що для розсіяння характерних якій встановлений напівпровідниковий прилад, і для могутніх напівпровідникових приладів теплорівних тепловіддавальних площах цих пластин, виділень, пластини радіатора повинні мати товефективність відведення тепла цими пластинами щину біля 2мм і висоту біля 70мм при ширині повібуде різною, а саме, чим далі від центра пакету тряного зазора між пластинами біля Змм розташована пластина, тим менша КІЛЬКІСТЬ тепла ВІДОМІ ребристі радіатори часто виготовляють вона здатна відвести У результаті тепловіддавау вигляді монолітної конструкції, що містить основу льна здатність периферійних дільниць основи раі пластини Такий радіатор може бути виготовледіатора, а отже, і всього радіатора, знижується ний, наприклад, механічною обробкою різанням, При цьому в ортогональному до площин коренеколи в масивній металевій заготівлі прорізають вих частин пластин напрямі виникає градієнт теммножину плоскопаралельних пазів, залишаючи ператури, який обумовлює нерівномірне охолооснову радіатора і плоскопаралельні тепловіддаджування напівпровідникового приладу і не може вальні пластини на ньому При такому способі вибути повністю скомпенсований за рахунок теплоготовлення можливо отримання радіаторів з пракобміну між кореневими частинами пластин через тичними будь-якими геометричними параметрами, те, що між ними є механічний контакт, а отже, і однак значна частина металу заготівлі йде у відтепловий опір У принципі, температурний профіль ходи, а також великі витрати на обробку, що недокореневих дільниць пластин можна вирівняти за пустимо збільшує вартість виробу рахунок збільшення тепловіддавальних площ пеМонолітний ребристий радіатор може бути тариферійних пластин, але тоді збільшуються загакож виготовлений також методом екструзії, при льні розміри радіатора і його матеріаломісткість якому розм'якшений нагріванням метал продавлюють через фільери заданої форми Цей спосіб Задачею цього винаходу є створення радіатозначно більш економічний за рахунок практично ра для охолоджування напівпровідникових прилаповної відсутності ВІДХОДІВ, однак МІЦНОСТІ властидів, який має мінімальні розміри і матеріаломіствості фільєри не дозволяють отримати радіатор з кість, забезпечуючи рівномірне охолоджування щільним розташуванням пластин оптимальної напівпровідникового приладу по всій його площі, товщини прилеглій до основи радіатора, а його виготовлення не вимагає застосування складних технологічШироко ВІДОМІ також збірні ребристі радіатори, них процесів і обладнання наприклад, у вигляді виготовлених роздільно і по 46974 Ця задача вирішується тим, що в радіаторі для охолоджування силового напівпровідникового приладу, що містить основу і ребра у вигляді пластин, кожна з яких має кореневу дільницю, тепловіддавальну дільницю і з'єднувальну дільницю між ними, при цьому тепловіддавальні ДІЛЬНИЦІ сусідніх пластин розташовані із зазором між ними, пластини згруповані попарно так, що з'єднувальні ДІЛЬНИЦІ в кожній парі пластин орієнтовані протилежно, кореневі ДІЛЬНИЦІ кожної пари пластин прилягають один до одного, а між тепловіддавальними дільницями кожної пари пластин є зазор, при цьому кореневі ДІЛЬНИЦІ пластин розміщені в тепловому контакті з матеріалом основи Хороший тепловий контакт матеріалу основи з кореневими дільницями пластин може бути забезпечений за рахунок того, що кореневі ДІЛЬНИЦІ пластин вплавлені в матеріал основи У одному з варіантів винаходу тепловіддавальні ДІЛЬНИЦІ пластин розташовані плоскопаралельно, а в іншому - радіально Переважно, ширина зазора між тепловіддавальними дільницями пари пластин при їх плоскопаралельному розташуванні рівна ширині зазора між тепловіддавальними дільницями сусідніх пар пластин, і становить 2 - 6мм, а ширина зазора між тепловіддавальними дільницями пари пластин у основи радіатора при їх радіальному розташуванні рівна ширині зазора між тепловіддавальними дільницями сусідніх пар пластин у основи радіатора і становить 2 - 6мм Основа радіатора може бути виконана у вигляді пластини, в одну з поверхонь якої вплавлені пластини, а друга поверхня призначена для розміщення напівпровідникового приладу або групи напівпровідникових приладів Для охолоджування двох напівпровідникових приладів або двох груп напівпровідникових приладів при ідентичних умовах, переважним варіантом є конструкція, де основа виконана у вигляді масивного елементу з поперечним перетином у вигляді кола, еліпса або многогранника, в огинаючу поверхню якого вплавлені пластини, а торцеві поверхні призначені для розміщення кожного з двох напівпровідникових приладів або кожної групи напівпровідникових приладів Основа може бути виконана також у вигляді масивного елементу з поперечним перетином у вигляді фрагмента кола, еліпса або многогранника, в огинаючу поверхню якого вплавлені пластини, а фрагментуюча поверхня призначена для розміщення напівпровідникового приладу або групи напівпровідникових приладів Суть винаходу пояснюється за допомогою креслень, на яких зображені Фіг 1 - радіатор по винаходу з плоскопаралельним розташуванням пластин, Фіг 2 - перетин пластини радіатора, Фіг 3 - радіатор по винаходу з радіальним розташуванням пластин Радіатор з плоскопаралельним розташуванням пластин (Фіг 1) містить основу 1 і множину ребер у вигляді пластин 2, кожна з яких має кореневу дільницю 3, тепловіддавальну дільницю 4 і з'єднувальну дільницю 5 між ними (Фіг 2) Тепло віддавальні ДІЛЬНИЦІ 4 сусідніх пластин розташовані із зазором "а" між ними, величина якого може складати від 2 до 6мм Пластини 2 згруповані попарно так, що з'єднувальні ДІЛЬНИЦІ 5 в кожній парі пластин, довжиною 0,5 "а", орієнтовані протилежно, а кореневі ДІЛЬНИЦІ 3 кожної пари пластин прилягають один до одного, за рахунок чого утворюється повітряний зазор "а" між тепловіддавальними дільницями кожної пари пластин 2 У свою чергу, пари пластин 2 розміщені так, що між ними є повітряний зазор "б", переважно рівний зазору "а" в кожній парі пластин Кореневі ДІЛЬНИЦІ 3 пластин 2 розміщені в тепловому контакті з основою 1 у вигляді, наприклад, плити, одна з поверхонь 6 якої пристосована для розміщення на ній напівпровідникового приладу або приладів Найкращий тепловий контакт між пластинами 2 і основою 1 досягається в тому випадку, якщо пластини 2 вплавлены в основу 1 Як основа 1, так і пластини 2 виконані з високотеплопровідного матеріалу, наприклад, алюмінію, МІДІ, срібла, їх сплавів або інших металів з високою теплопровідністю При необхідності можуть бути застосовані ВІДОМІ технічні прийоми, які забезпечують збільшення тепловіддавальної здатності поверхонь радіатора чорніння, тиснення і т п Пластини 2 радіатора можуть бути виготовлені простими технологічними прийомами, наприклад, штампуванням або литтям Профільовані пластини розміщують в кондукторові, який одночасно може також служити формою для відливання основи 1, після чого форму заливають розплавленим металом, який легко заповнює досить широкі проміжки між кореневими дільницями і при охолоджуванні утворює основу 1 При необхідності кореневі ДІЛЬНИЦІ 3 пластин 2 перед залиттям рідким металом обробляють флюсом і/або підігрівають щоб забезпечити хороше сплавлення з металом основи Поверхня 6 основи 1 може бути відформована в процесі відливання або механічно оброблена після завершення відливання Напівпровідниковий прилад або прилади розміщують в тепловому контакті з поверхнею 6 основи 1 Тепло, яке виділяється при роботі напівпровідникового приладу, передається основі 1 і далі через пластини 2 розсіюється в навколишнє повітря або іншу середу, яка омиває тепловіддавальні поверхні 4 пластин 2 При цьому, завдяки високій теплопровідності і масивності основи, забезпечується ідентичний теплопідвод до кореневих дільниць 3 кожної пластини 2, що з одного боку, виключає неоднорідність температури на поверхні 6 радіатора і ефективний відбір тепла від всієї поверхні напівпровідникового приладу, що контактує з радіатором, а з іншого боку - зумовлює ідентичний тепловіддівальний ефект всіх пластин 2, за винятком, можливо, самих крайніх пластин, на яких можуть позначатися крайові ефекти На Фіг 3 зображений радіатор по винаходу з радіальним розташуванням пластин 2 Цей радіатор, як видно з малюнка, дещо відрізняється формою пластин 2 і основи 7 Показаний тут радіатор, основа якого має форму фрагмента циліндра, наприклад напівциліндра, в огинаючу поверхню якого вплавлені радіально орієнтовані пластини 2 КІЛЬКІСТЬ пластин 2, їх ширину "д", яка рівна або 46974 8 якщо потрібно забезпечити однакові теплові умови роботи для двох напівпровідникових приладів або двох груп напівпровідникових приладів Тоді кожен з двох напівпровідникових приладів або кожну з груп напівпровідникових приладів розміщують на своєї торцевій поверхні У такому радіаторі також забезпечений ідентичний тепловіддавальний ефект всіх пластин 2 Таким чином, в радіаторі по винаходу, як при плоскопаралельному, так і при радіальному розташуванням пластин, всі пластини можуть мати однакові тепловіддавальні параметри, що дозволяє максимально ефективно використати об'єм, що займається радіатором Крім того, конструкція радіатора дозволяє реалізувати оптимальний з Очевидно, що основа 1 може мати і іншу відточки зір тепловідвода повітряні зазори між пласповідну форму, наприклад, форму масивного елетинами і, таким чином, мінімізувати матеріаломістмента з поперечним перетином у вигляді кола, кість виробу Нарешті, потрібно ВІДМІТИТИ, ЩО еліпса, многогранника і т п або фрагмента такого конструкція радіатора є високотехнолопчною, тіла Якщо основа має циліндричну або іншу подіоскільки процес його виготовлення не вимагає бну форму, то для розміщення напівпровідникових застосування коштовного обладнання і легко авприладів підходять дві торцеві поверхні основи 7 томатизується Такий варіант конструкції найбільш переважний близька товщині "є" напівциліндра, а також висоту пластин вибирають виходячи із заданої тепловіддівальної здатності радіатора Діаметр R огинаючої поверхні напівцилиндра визначається в основному розмірами напівпровідникового приладу, що охолоджується, КІЛЬКІСТЮ пластин 2, які потрібно розмістити на основі, і відстанню між пластинами Для розміщення напівпровідникового приладу призначена фрагментуюча поверхня 8 Ширина зазора "в" між тепловіддівальними дільницями пари пластин у основи радіатора рівна ширині зазора "г" між тепловіддівальними дільницями сусідніх пар пластин у основи радіатора і переважно рівна від 2 до 6мм 2 2 _ 2 a Фіг. 2 Фіг. 1 А/ Фіг. З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюHeat sink for cooling a power semiconductor device
Автори англійськоюLabkovskyi Viktor Solomonovych, Baru Oleksandr Yuriiovych
Назва патенту російськоюТеплоотвод для охлаждения силового полупроводникового прибора
Автори російськоюЛабковский Виктор Соломонович, Бару Александр Юрьевич
МПК / Мітки
МПК: H01L 23/34, H05K 7/20
Мітки: напівпровідникових, силових, приладів, охолодження, радіатор
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/4-46974-radiator-dlya-okholodzhennya-silovikh-napivprovidnikovikh-priladiv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Радіатор для охолодження силових напівпровідникових приладів</a>
Попередній патент: Спосіб виготовлення водного розчину моноефірної пероксикарбоксильної кислоти
Наступний патент: Спосіб одержання каталізатора конверсії so2 в so3 з використанням спрацьованого ванадієвого каталізатора
Випадковий патент: Спосіб об'єднання радіолокаційної інформації в багатопозиційній радіолокаційній системі