Радиаторы

Радиатор обеспечивает снижение температуры корпуса полупро­водникового прибора (транзистора, диода, тиристора и т. д.) за счет увеличения площади поверхности теплообмена между этим элемен­том и окружающей средой. Для повышения эффективности радиато­ры должны иметь возможно большую площадь поверхности охлажде­ния при тех же габаритных размерах. Это достигается выполнением на радиаторе ребер, штырей (игл), проволочных петель и иных кон­структивных элементов. Обращаем особое внимание на то, что по­верхности радиатора, между которыми нет активного движения воз­духа, работать не будут.

Радиаторы относятся к типовым конструктивным элементам и в широком ассортименте предлагаются рядом производителей. В элек­тронной аппаратуре применяются радиаторы разнообразной формы (рис. 3), которая в значительной мере определяется технологичес­кими соображениями. Наиболее простыми в изготовлении являются радиаторы в виде плоской пластины. Такие радиаторы эффективны лишь при мощностях рассеивания до 5 Вт.

Рис. 3. Конструкции радиаторов:

а — ребристый двусторонний; б — ребристый из готового профиля; в — штыревой односторонний; г — двухступенчатый штампованный типа «краб»

Наибольшее распространение получили ребристые радиаторы, которые могут быть получены путем литья или фрезерования. Очень удобны для изготовления радиаторов готовые прессованные алюми­ниевые профили с различной формой поперечного сечения, от кото­рых просто отрезается кусок необходимой длины. В силовой элект­ронной аппаратуре стенки корпуса блока часто выполняются в виде ребристых радиаторов.

Часто используются радиаторы, получаемые путем штамповки из алюминиевого листа. Примером могут служить радиаторы типа «краб», эффективность которых обусловлена ступенчатым располо­жением штырей. Призматические штыри этих радиаторов распола­гаются таким образом, чтобы лучистый теплообмен между ними был сведен к минимуму. Данная геометрия одновременно снижает зави­симость интенсивности конвективного теплообмена от направления потока воздуха. Радиаторы «краб» могут быть одиночными и много­ступенчатыми и применяются при мощностях рассеивания 5—30 Вт.

Ребристый радиатор в условиях естественной конвекции воздуха должен располагаться ребрами вертикально, а при наличии обдува — боковой поверхностью ребер по направлению потока воздуха. Рассто­яние между ребрами должно быть не менее 7—10 мм при естественном охлаждении радиатора и не менее 5 мм при принудительном обдуве. Сопротивление движению воздуха зависит от расстояния между реб­рами и их длины, следовательно, для длинных ребер и шаг должен быть больше.

Штыревой радиатор при естественной конвекции работает более эффективно при горизонтальном расположении штырей; при обдуве поток воздуха должен быть направлен в торец радиатора. Зависимость эффективности охлаждения от направления потока воздуха у штыре­вых радиаторов проявляется в меньшей степени, чем у ребристых.

Охлаждаемый прибор может устанавливаться как на плоской сто­роне радиатора, так и со стороны ребер (штырей). В последнем слу­чае в зоне размещения прибора ребра (штыри) удаляют. Радиаторы, как правило, изготовляются из алюминиевых сплавов, обладающих высокой теплопроводностью и хорошими технологическими свойствами. Для интенсификации теплового излучения на поверхности радиатора обычно выполняется матовое покрытие со степенью черноты не ниже 0,85 путем оксидирования или окрашивания эмалями черного цвета.

Чтобы обеспечить плотное прилегание контактирующих поверхностей, основание радиатора в зоне установки прибора должно иметь параметр шероховатости R_а не более 2,5. Для уменьшения переходного термического сопротивления и снижения влияния случай­ных факторов (усилие затяжки винтов, наличие мелких заусенцев) контактные поверхности рекомендуется покрывать специальной теплопроводящей смазкой. В качестве такой смазки используются паста КПТ—8 по ГОСТ 197183—74, полиметилсилоксановые жидкости ПМС по ГОСТ 13032-67 с вязкостью 200...1000 сСт и др.

Рис. 4. Готовая теплопроводящая подложка из материала Номакон-GS для корпуса ТО-3

Электрическая изоляция корпуса прибора от радиатора чаще всего осу­ществляется с помощью диэлектри­ческих прокладок (теплопроводящих подложек), например, из керамико-полимерного материала Номакон-ОЗ или листовой слюды. Диэлектрические прокладки могут поставляться в уже готовом виде под определенный кор­пус полупроводникового прибора (рис. 4) или в виде листов. Иногда для посадочных мест применяются оксидные, лакокрасочные и другие диэлектрические покрытия. Для изоляции крепежных винтов предусматриваются диэлектрические втулки. Изоляционные прокладки увеличивают тепловое сопротивление контактного перехода корпус-радиатор.

Номакон-GS относится к числу современных материалов для из­готовления теплопроводящих подложек и позволяет обойтись при монтаже без теплопроводящей пасты (табл. 2). Благодаря эластич­ности подложка заполняет микронеровности контактирующих по­верхностей, что обеспечивает их плотное соприкосновение.

Таблица 2