Електронний блок

Електронний блок, що містить в своєму складі багатошарову керамічну плату з зоною на її поверхні для розташування тепловиділяючих елементів та системою каналів охолодження всередині плати, причому вхідні та вихідні кінці каналів охолодження розташовані на двох протилежних її торцях, живильний колектор з порожниною, сполучений з вхідними кінцями каналів, тепловий роз'єднувач для теплового сполучення з системою 3 з вищевказаними каналами охолодження і виконані, як приклад, у вигляді прямокутних паралелепіпедів без однієї бокової грані. Штуцери підводу та відводу рідини розташовані по центру бокової поверхні порожніх елементів. Сполучення каналів системи охолодження мікрозборки з водяною системою охолодження електронного блоку здійснюється за допомогою штуцерів та трубопроводів. Така конструкція пристрою забезпечує подачу теплоносія у всі паралельні канали мікрозборки з температурою, близькою до температури теплоносія на вході у вхідний порожній елемент, завдяки його зменшеному термічному опору, що підвищує ефективність охолодження інтегральних схем, але зберігає всі вище наведені недоліки. Найбільш близьким до запропонованого пристрою за сукупністю ознак і технічному результату є пристрій-прототип, відомий з патенту України №45075 від 2001p., МПК Н05К7/20, опубл. 15.03.2002р., бюл. №3: мікрозборка електронного блоку, що містить багатошарову керамічну плату із зоною на її поверхні для розташування тепловидільних елементів та систему каналів охолодження всередині вказаної плати, живильний колектор з порожниною, тепловий роз'єднувач для теплового сполучення з системою охолодження електронного блоку, вхідні та вихідні кінці каналів охолодження вищевказаної плати, розташовані на двох протилежних її торцях, а тепловий роз'єднувач виконано у вигляді порожнього елементу, що встановлений на верхньому торці плати, на якому розташовані вихідні кінці каналів охолодження, з забезпеченням його обхвату і сполучений своєю порожниною з зазначеними вище каналами охолодження, а вхідні кінці каналів сполучені з порожниною живильного колектора, причому корпус порожнього елементу виконано герметичним, а внутрішня поверхня полиці корпусу розташована під кутом до горизонту. Принаймні один канал плати має еквівалентний діаметр більший еквівалентного діаметра кожного з інших каналів плати і розміщений у межах плати поза зоною для розташування тепловидільних елементів, а нахил внутрішньої поверхні полиці порожнього елементу направлено до каналу з більшим еквівалентним діаметром, при цьому порожнини живильного колектора та каналів плати заповнені рідким теплоносієм. Порожнини каналів плати, живильного колектора та порожнього елементу сполучені між собою з утворенням вакуумнощільної рідиннопарової камери, живильний колектор із порожниною виконано єдиним цілим із багатошаровою керамічною платою як її продовження. В основу корисної моделі поставлено задачу створити таку конструкцію електронного блоку з рідинним охолодженням, яка б шляхом удосконалення виконання каналів плати забезпечила б підвищення її компактності та коефіцієнту використання площі плати. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в електронному блоці, що містить в своєму складі плату з зоною на її поверхні для розташування тепловиділяючих елементів та системою каналів охолодження всередині плати, причому вхідні та вихідні кінці каналів охолодження розта 40635 4 шовані на двох протилежних її торцях, живлячий колектор з порожниною, сполучений з вхідними кінцями каналів охолодження, тепловий роз'єднувач для теплового сполучення з зовнішньою системою охолодження електронного блоку, виконаний у вигляді порожнього елементу, що встановлений на верхньому торці плати, на якому розташовані вихідні кінці каналів охолодження, причому порожнини живлячого колектора, каналу повернення конденсату, порожнього елемента теплового роз'єднувача та каналів плати сполучені між собою з утворенням вакуумнощільної рідиннопарової камери, а порожнини живлячого колектору, каналу повернення конденсату та каналів плати заповнені рідким теплоносієм, канал повернення конденсату винесено за межі плати та виконано у вигляді держака для вилучення та заміни електронного блоку в умовах експлуатації. Суть запропонованої конструкції пристрою пояснюється малюнками. На Фіг.1 наведено загальний вигляд пристроюаналога з паралельними каналами для прокачки рідкого теплоносія. На Фіг.2 показаний загальний вигляд електронного блоку заявленої конструкції сумісно з частковим вертикальним перерізом, а на Фіг.3 - переріз по лінії А-А. На Фіг.4 наведена схема руху потоків рідини та пари у каналах плати у пристрої-прототипі (а) та у пристрої, що заявляється, (б). Можливий варіант реалізації корисної моделі ілюструється наступним прикладом. Електронний блок (Фіг.2) містить у своєму складі плату 1 із зоною на її поверхні 2 для розташування тепловиділяючих елементів, у якій установлені із забезпеченням теплового контакту інтегральні схеми 3 (або їхні кристали). Плата може бути виконана, наприклад, у вигляді багатошарової керамічної плати (Фіг.2) або у вигляді металевої плати з нанесеними на її поверхню ізоляційним шаром та шаром провідників. Рамка 4 із кришкою 5 забезпечують герметизацію інтегральних схем від зовнішнього середовища. За допомогою електричних контактів 6 здійснюється зовнішнє електричне з'єднання блоку. Внутрішнє електричне з'єднання інтегральних схем з електричними контактами 6 виконане за допомогою друкованих провідників 7 (див. Фіг.3), що розміщені у верхньому шарі багатошарової керамічної плати 1. Усередині багатошарової керамічної плати 1 виконана система каналів 8 охолодження, живлячий колектор 9 із порожниною 10. Вхідні та вихідні кінці 11 та 12, відповідно, каналів 8 охолодження вищевказаної плати розташовані на двох протилежних її торцях 13 та 14. Теплове сполучення плати із зовнішньою системою охолодження електронного блоку, яка виконана, наприклад, у вигляді несучої плити 15 із каналами 16 для прокачки води та пазами 17 для встановлення електронних блоків, здійснено за допомогою теплового роз'єднувача. Тепловий роз'єднувач виконаний, наприклад, у вигляді металічного порожнього елементу 18, наприклад, прямокутного паралелепіпеда без однієї бокової грані, із полицею 19, та встановлений на верхньому торці 14 указаної вище плати, на якому розта 5 шовані вихідні кінці 12 каналів охолодження, з забезпеченням його обхвату. Порожній елемент 18 сполучений своєю порожниною 20 з указаними вище каналами 8 охолодження, а вхідні кінці 11 каналів 8 сполучені з порожниною 10 живлячого колектора 9. Корпус порожнього елемента 18 виконано герметичним, він складається з полиці 19 та бокових стінок 21. Внутрішня поверхня 22 полиці 19 корпусу порожнього елемента 18 розташована під кутом α до горизонту. Канал повернення конденсату 23 має еквівалентний діаметр, більший за еквівалентний діаметр кожного з інших каналів плати, і розміщений за межами плати поза зоною розташування інтегральних схем 3. Нахил внутрішньої поверхні 22 полиці 19 порожнього елементу 18 направлено до каналу 23 із більшим еквівалентним діаметром. Порожнина 10 живлячого колектора 9, канали охолодження плати та канал повернення конденсату 23 заповнені рідким теплоносієм, наприклад, дистильованою водою. Живлячий колектор 9 із порожниною 10 виконано заодно ціле з багатошаровою керамічною платою 1 як її продовження (див. Фіг.2). У інших варіантах виконання (на Фіг.2 не показано) живлячий колектор 9 може бути виконаний у вигляді металічного нижнього порожнього елемента із герметичними стінками, аналогічного порожньому елементу 18, але без нахилу внутрішньої поверхні його полиці до горизонту, з охопленням нижнього торця плати, або у вигляді полої трубки, приєднаної до плати знизу. У інших варіантах виконання у вигляді трубки може бути виконаний і порожній елемент 18 і канал повернення конденсату 23. Канал повернення конденсату 23 може бути покритий ззовні шаром теплоізоляційного матеріалу. Порожнини усіх каналів плати 1, живлячого колектора 9, каналу повернення конденсату 23 та порожнього елемента 18 сполучені між собою з утворенням вакуумнощільної рідинно-парової камери. Зв'язок теплового роз'єднувача електронного блоку з зовнішньою водяною системою охолодження здійснюється, наприклад, шляхом установлення порожнього елемента 18 електронного блоку із забезпеченням теплового контакту (наприклад, через прошарок теплопровідного мастила) у пазу 17 несучої плити 15. Нижній край блоку при цьому розміщений у направляючому пазу 24 опорної планки 25. Електронний блок працює наступним чином. Під час роботи електронного блоку розташовані на ньому інтегральні схеми 3 (або їх кристали) виділяють теплоту. Під впливом теплоти, що виділяється інтегральними схемами, рідкий теплоносій у каналах 8 починає випаровуватися та кипіти, поглинаючи значну кількість теплоти від інтегральних схем та охолоджуючи їх. На внутрішній поверхні 40635 6 каналів 8 з'являються парові бульбашки. Температура насиченої пари та тиск у парових бульбашках підвищуються і перевищують температуру та тиск насиченої пари в порожнині порожнього елемента 18, що знаходиться у тепловому контакті з холодною плитою 15 зовнішньої водяної системи охолодження. Бульбашки та рідкий теплоносій рухаються догори вздовж каналів 8 (див. Фіг.4, 6, на яких рух рідкого теплоносія та пари показано стрілками). Насичена пара з бульбашок виходить у паровий простір над каналами і конденсується на внутрішній похилій поверхні 22 полиці 19 корпусу порожнього елементу 18 і віддає їй заховану теплоту пароутворення, яка за рахунок теплопередачі теплопровідністю корпусу порожнього елемента 18, прошарку мастила в пазу 17 та стінки плити 15 передається потоку холодної води в каналах 16 (на Фіг.2 потік води показано стрілками) несучої плити 15 зовнішньої системи охолодження і відводиться нею. Конденсат із похилої поверхні 22 полиці 19 під дією сили тяжіння повертається до рідкого теплоносія в каналі 23, а з останнього, завдяки дії капілярних сил, сили тяжіння та закону сполучених посудин, рідкий теплоносій надходить через порожнину 10 живлячого колектора 9 у зону нагріву каналів 8 плати 1. Цикл кипіння-конденсації та передачі теплоти повторюється. Оскільки температура рідкого теплоносія в каналах 8 практично дорівнює температурі насиченої пари, яка однакова в усіх каналах плати незалежно від місця розміщення інтегральних схем на платі, то в описаному пристрої забезпечується однаковий температурний режим для всіх інтегральних схем. Завдяки високим коефіцієнтам тепловіддачі при кипінні та конденсації та передачі теплоти від інтегральних схем шляхом високоефективного замкненого випаровувальноконденсаційного циклу забезпе-чується ефективне тепловідведення від інтегральних схем та однаковий, більш низький, рівень температури інтегральних схем, що підвищує їх надійність та завадозахищеність апаратури електронного блоку. Для негайного вилучення та заміни блоку в умовах експлуатації достатньо за допомогою держака (труби каналу повернення конденсату) висунути її із направляючих пазів плити та вставити замість неї справний. Щільність каналів охолодження блоку та потік холодної води в них при цьому не порушуються і не перериваються, що значно підвищує ремонтопридатність пристрою. Винесення каналу повернення конденсату за межі плати дозволяє збільшити коефіцієнт використання площі плати, задіяти його як конструктивний елемент для технічного обслуговування електронного блоку та дозволяє в необхідних випадках терміново оцінити ступінь нагріву інтегральних схем тактильним методом. 7 40635 8 9 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 40635 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601