Конструкции контактов в кондуктивных системах охлаждения

Кондуктивные цепи передачи тепла содержат два вида тепловых контактов: неразъемные и разъемные.

Неразъемные тепловые контакты характерны для конструкций функциональных ячеек и представляют собой звено теплопередачи от тепловыделяющего элемента к теплоотводящей шине. Тепловой контакт обычно обеспечивается за счёт пайки, сварки и склеивания мест соединений, а также с помощью заклепок и винтов. В последних случаях для уменьшения теплового сопротивления рекомендуется заполнять контакты теплопроводящими пастами (например, КПТ-8) или клеями, использовать в контактах пластичные прокладки из меди, свинца и алюминия. Применение теплопроводящих паст эффективно при шероховатости контактирующих поверхностей выше R_z = 20 и позволяет снять зависимость теплового сопротивления контакта от удельного давления.

В конструкциях функциональных ячеек на интегральных микросхемах неразъемные тепловые контакты образуют корпуса микросхем с теплоотводящими шинами.

Вариант установки микросхемы в корпусе на теплоотводящую шину показан на рис. 4. Теплоотводящая шина 4монтируется на печатной плате 3со стороны расположения контактных площадок для пайки выводов микросхем. Микросхема 1приклеивается к шине, выводы микросхемы распаиваются на контактные площадки 2 печатной платы.

Материалом для теплоотводящих шин и кондуктивных теплостоков в виде металлических оснований служат сплавы алюминия, медь и ее сплавы. Применение теплоотводящих шин и металлических оснований позволяет снизить перегрев корпусов микросхем при естественном воздушном охлаждении конструкций приблизительно на (10...20)%. Для достижения указанного эффекта толщина шин и оснований из сплавов алюминия должна быть не менее 1 мм, из меди и ее сплавов — не менее 0,5 мм.

Рис.4 Установка микросхемы на теплоотводящую шину

Микросхемы для уменьшения теплового сопротивления между основанием и корпусами устанавливаются на основании с помощью клея. Величина теплового сопротивления контакта зависит от теплопроводности клея. При увеличении коэффициента теплопроводности клея от 0,2 до 1,8 Вт/(м • К) перегрев микросхем, установленных на алюминиевых основаниях, снижается приблизительно на 10%, на медных основаниях — на 23%.

Разъемные тепловые контакты (тепловые разъемы) обеспечивают сток тепла с тепловых шин и металлических оснований на теплообменник. В конструкциях ЭС с естественным воздушным охлаждением функции теплообменника выполняет корпус или элементы конструкции с развитой поверхностью (радиаторы). Включение теплового разъема создает непрерывную кондуктивную цепь теплопередачи «источник тепла — тепло отводящая шина — тепловой разъем — корпус». Однако все разработанные и применяемые в конструкциях ЭС тепловые разъемы имеют недостатки: сложность конструкции, неудобство в эксплуатации, низкая производственная технологичность и др. Следует также иметь в виду, что использование тепловых разъемов ведет к ухудшению массогабаритных показателей конструкций ЭВС.

Тепловые разъемы принято классифицировать по типу рабочего элемента, замыкающего цепь теплопередачи от функциональной ячейки к теплообменнику 2(рис. 5); рабочими элементами тепловых разъемов служат ребро, паз, цилиндр, конус, клин и плоскость.

Рис.5 Конструкция тепловых разъемов с рабочими элементами:

а – ребро; б – паз; в – цилиндр; г – корпус; д – клин; е - плоскость

Величина теплового сопротивления в разъеме определяется площадью поверхности теплопередачи (рис. 5, а), повышением точности соединения (рис. 5, б, в) и усилием сжатия поверхностей (рис. 5 г, д, е).