|
| |
|
Слаботочка Книги ченный для непосредственного жидкостного охлаждения кристалла мощного транзистора, представляет собой вертикальную цилиндрическую трубку с наружным штырьковым оребрением. Нижний конец теплоотвода выполнен в виде капсулы с фланцем и канавкой под уп.потнение. Для улучшения теплоотдачи излучением внешние поверхности покрыты черной глубокоматовой эмалью. При естественной конвекции воздуха транзистор может рассеивать через тер-мосифоннын теплоотвод мощность до 42 Вт, в то время как мощность, рассеиваемая через кондуктивиый игольчато-штыревой радиатор с аналогичными массо-габаритными характеристиками, состав-пяет 12-15 Вт. Аналогичная конструкция с применением термосифона для охлаждения рш-диодов [38] приведена на рис. 9.20. В зависимости от рассеиваемой в рш-диоде мощности в конструкции предусмотрено применение различных теп-лостоков для воздушного и жидкостного охлаждения пара. Наряду с высокой эффективностью применения термосифоны обладают н рядом крупных недостатков. Во-первых, оии должны всегда устанав.пиваться вертикально и, во-вторых, для работы термосифона необходимы гравитационные силы для обеспечения норма.пьного возвращения конденсата. Этих недостатков лишено устройство, работающее на том же принципе, под названием тепловая труба (ТТ). Типовая тепловая труба состоит нз герметичного объема, внутри которого имеется фитиль или структура, обладающая ка!(1иллярны.м действием. Фитиль насьш1ается рабочей жидкостью. Если на один конец трубки подается тепло, то рабочая жидкость испаряется и перемещается по трубе дс тех пор, пока пар не конденсируете! в более холодной части и ие перейдет в жидкое состояние. Затем жидкость во.звращае! ся к нагретой части благода-  Рис. 9.20. Конструкция •1еплоотводящего устройства: / иона теплоподвода; транспортная зона; / конденсационная зона; /1- колпачок с :ta-нравочным штенгелем; / верхняя грубка сепаратора; 2- разделительная втулка; нижняя трлбка сепаратора; 4-теплоноситель; 5 - стопорное кольцо; 6 - рг7г-;11ЮЛ Рис. 9.21. Блок объемной конструкции на бескорпусных МСБ: / - герметизирующий компаунд; 2 отверстие для len.iOBoJi труби; 3 полки метал.тпческон этажерки; 4-бескорпусные .MCfi 7 - , . 4  ря капиллярному действию фитиля, в результате тепло непрерывио передается от одной части трубки к другой с помощью почти изотермического процесса испарения и конденсации. Тепловые трубки могут существенно снизить тепловое сопротивление между источником тепла и теплостсжом в самых различных применениях. Особенно ценно их применение для охлаждения систем, занимающих ограниченный объем, а также для охлаждения замкнутых систем. Следует отметить, что и термосифон и тепловая труба являются не системами охлаждения, а элементами систем охлаждения, способными транспортировать тепло из одной части аппарата в другую при минимальной разности температур между псточииком тепла и теплостоком. Эта разность составляет десятые доли градуса. Другими словами, ТТ аналогична стержню, передающему тепло кондукцией, изготовленному из материала, имеющего коэффициент теплопроводности порядка 10* Вт/(м-К). Отвод тепла от термосифона и ТТ должен осуществляться теплостоком, установленным на конденсаторной части устройства. Тепловые трубы применяются в комбинации с традиционными способами отвода тепла: естественным и принудительным (газовым и жидкостным), с использованием теплоты фазовых превращений - кипение, плавление, отводом тепла на элементы конструкции, обладающие большой теплоаккумулирующей способностью и др. Наиболее перспективно применение ТТ прп проектировании современной аппаратуры на базе комплексной миниатюризации, где проблема уменьшения объема и массы конструкции наиболее важна и требует поисков новых эффективных решений. Тепловые трубы способны передавать большие тепловые по-".оки на значительные расстояния с малыми перепадами температур, рассеивать НЛП концентрировать тепловые потоки большой плотности, разделять и разветвлять источники и стоки тепла. Характерные задачи, решаемые с помощью ТТ в РЭА [39]: снижение термического сопротивления между источниками и стоками тепла, т. е. передача тепла при минимальных температурных перепадах; отвод тепла из трудиодоступ-иых зон аппаратуры с большой плотностью тепловых потоков и монтажа и трансформация тепловых потоков; выравнивание температурного поля по конструкции аппаратуры, снижение перегревов и повышение эффективности работы теплоотводов; сбор тепла от многих источнпков энергии, расположенных в различных зонах внутри аппаратуры, к единому стоку тепла, где созданы оптимальные условия охлаждения, п др. Тепловые трубы мог}т быть любой формы (круглые, плоские, гибкие и т. п.) и из любого материала (металла, пластмассы и пр.), так как корпус ТТ в теплообмене не участвует. Применение ТТ, как и любого другого устройства передачи тепла кондукцией, требует обеспечения хорошего теплового контакта трубы с источником тепла и теплостоком. Наиболее характерные конструкции теплоотводящих устройств иа основе ТТ приведены на рис. 9.21-9.23. На рис. 9.21 показано применение ТТ для охлаждения герметичного б.пока объемной конструкции иа бескорпусных МСБ. Блок представляет собой алюминиевую этажерку, состоящую из основания н полок, иа которых приклеены бескорпусиые МСБ. Вся конструкция покрыта герметичным компаундом. В центре основания Э1ажерки имеется отверстие для размещения круглой тепловой трубы. Теплосток ТТ представляет собой штыревой радиатор. Сравнительный анализ показал, что применение ТТ позволяет снизить перегрев МСБ на 40-45%, а при обдуве радиатора -иа 55-607о. Это Рис. 9.22. Принципиальная схема системы охлаждения тиристора с тепловой трубой: / - тепловая труба; 2 - зона подвода тепла; 3 - тиристор; 4 - оребрение в конденсационной зоне соответствует увеличению допустимой рассеиваемой блоком мощности в 2 раза и более. На рис. 9.22 показана принципиальная схема системы охлаждения полупроводниковых приборов (тиристоров) с помощью ТТ. В связи с разработкой унифицированных БНК и внедрением фуикциональ-но-узлового метода проектирования РЭА выявилась необходимость создания ТТ, размеры и форма которой увязаны как с размерами охлаждаемого элемента, так и с размерами печатной платы, на которой ои устанавливается. Поскольку ТТ целесообразно применять для отвода относительно больших мощностей, то в первую очередь была разработана конструкция ячейки источника вторичного электропитания, приведенная в ОСТ 4Г0.010.009-84 (рис. 9.23). На печатную плату устанавливается плоская ТТ. На один ее конец приклеивается источник тепловыделения в виде МСБ высокой степени интеграции, на противоположный - штыревой радиатор. Тепловой поток от МСБ через теп-  Рис. 9.23. Конструкция ячейки с плоской тепловой трубой 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 [66] 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 |