BR112014017731B1

BR112014017731B1 - Conjunto elétrico

Info

Publication number: BR112014017731B1
Application number: BR112014017731-7A
Authority: BR
Inventors: Jeffrey S. Duppong
Original assignee: Deere & Company
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2021-11-23
Also published as: BR112014017731A2; CN104205506B; EP2831955B1; AU2013240576B2; CN104205506A; EP2831955A4; US20130256003A1; EP2831955A1; US8729398B2; AU2013240576A1; WO2013148001A1; BR112014017731A8

Abstract

CONJUNTO ELÉTRICO. Um conjunto elétrico (11) compreende um substrato (49) que tem uma camada dielétrica (45) e um ou mais traços eletricamente condutores (46, 48) sobrepondo-se a camada dielétrica (45). Um componente elétrico (44) montado em um primeiro lado (146) do é substrato (49). O componente elétrico (44) é capaz de gerar calor. Uma pluralidade de furos transpassantes condutores (47) no substrato (49) ficam localizados ao redor de um perímetro do componente elétrico (44). Os furos transpassantes condutores (47) são conectados com um traço condutor (46, 48) para dissipação do calor Uma cavidade de resfriamento (26) tem orifícios (28) voltados para um segundo lado do substrato oposto ao primeiro lado. Uma pluralidade de respectivos pinos complacentes (32) é inserida nos correspondentes furos transpassantes condutores (47) e orifícios (28), sendo que uma porção geralmente exposta dos pinos complacentes (32) é exposta ao ar ou a um líquido de resfriamento dentro da cavidade de resfriamento (26).

Description

Campo da Invenção

[0001] Esta invenção refere-se a um conjunto elétrico com pinos complacentes para dissipação de calor.

Fundamentos

[0002] Em determinada técnica anterior, pinos complacentes têm sido inseridos em furos transpassantes revestidos com metal em uma placa de circuito impresso para formar conexões elétricas entre um dispositivo e terminais na placa de circuito impresso. Se um dispositivo ou componente elétrico gerar calor, seu alojamento, invólucro ou camisa pode ser configurado para melhorar a dissipação de calor até certo ponto. Embora um dispositivo ou componente elétrico possa ser montado sobre um dreno de calor metálico dedicado com aletas para intensificar ainda mais a dissipação de calor, em parte da técnica anterior o dreno de calor metálico com aletas pode adicionar custo, peso e complexidade de fabricação ao conjunto elétrico. Consequentemente, há a necessidade de um conjunto elétrico com pinos complacentes para dissipação de calor para resolver as deficiências apontadas.

Sumário da Invenção

[0003] De acordo com um modo de realização, um conjunto elétrico compreende um substrato tendo uma camada dielétrica e um ou mais traços eletricamente condutores sobrepostos à camada dielétrica. Um componente elétrico é montado sobre um primeiro lado do substrato. O componente elétrico é capaz de gerar calor. Uma pluralidade de furos transpassantes condutores no substrato é localizada ao redor de um perímetro do componente elétrico. Os furos transpassantes condutores podem ser conectados a um traço condutor para dissipação de calor. Uma cavidade de resfriamento tem orifícios que são voltados para um segundo lado do substrato oposto ao primeiro lado. Uma pluralidade de respectivos pinos complacentes é inserida nos correspondentes furos transpassantes condutores e nos orifícios, onde uma porção exposta (por exemplo, porção geralmente cilíndrica) do pino complacente é exposta ao ar ou um líquido refrigerante dentro da cavidade de resfriamento.

Breve Descrição dos Desenhos

[0004] A Fig. 1 é uma vista em seção transversal de um primeiro modo de realização de um conjunto elétrico.

[0005] A Fig. 2 é uma vista ampliada da área na região retangular 2 da Fig. 1.

[0006] A Fig. 3 é uma vista em seção transversal de um segundo modo de realização de um conjunto elétrico.

[0007] A Fig. 4 é uma vista ampliada da área na região retangular 4 da Fig. 3.

[0008] A Fig. 5 é uma vista em seção transversal de um terceiro modo de realização de um conjunto elétrico.

[0009] A Fig. 6 é uma vista ampliada da área na região retangular 6 da Fig. 5.

Descrição do Modo de Realização Preferido

[00010] A Fig. 1 e a Fig. 2, coletivamente, ilustram um primeiro modo de realização de um conjunto elétrico 11. O conjunto elétrico 11 pode compreender um circuito elétrico, um circuito eletrônico, um dispositivo elétrico ou um dispositivo eletrônico. Na Fig. 1 e na Fig. 2, o conjunto elétrico 11 compreende um substrato 49 tendo uma camada dielétrica 54 e um ou mais traços eletricamente condutores (46, 48) sobrepostos à camada dielétrica 45. Um componente elétrico 44 (por exemplo, dispositivo de suporte superficial ou dispositivo montado no furo) é montado sobre um primeiro lado 146 do substrato 49. O componente elétrico 44 é capaz de gerar calor. Uma pluralidade de furos transpassantes condutores 47 (por exemplo, furos transpassantes revestidos com metal ou via furos) no substrato 49 é localizada: (1) ao redor de um perímetro do componente elétrico 44, (2) em outros locais onde qualquer espaço de folga é disponível no substrato 49 entre componentes elétricos montados 44, ou (3) a espaçamentos uniformes ao redor do substrato 49 para promover dissipação de calor uniforme, ou (4) qualquer outro local no qual o projeto dos traços de circuito e placa de circuito impresso permite promover dissipação de calor por toda a área superficial da placa de circuito impresso ou dissipação de calor localizada sobre áreas alvo (por exemplo, zonas localizadas de dissipação termal) da placa de circuito impresso.

[00011] Em uma configuração, a condução através de furos transpassantes 47 pode estar conectada a um traço condutor (46, 48) para dissipação de calor. Uma cavidade de resfriamento 26 tem orifícios 28 que são voltados para um segundo lado 148 do substrato 49 oposto ao primeiro lado 146. Uma pluralidade de respectivos pinos complacentes 32 é inserida nos correspondentes furos transpassantes condutores 47 e orifícios 28, onde uma porção exposta (por exemplo, uma porção geralmente cilíndrica) do pino complacente 32 é exposta ao ar ou a um líquido refrigerante dentro da cavidade de resfriamento 26. Na FIG. 1 e FIG. 2, a porção exposta se estende de sob a parede comum 12 para a seção inferior 34 do pino complacente, por exemplo.

[00012] Em um modo de realização, o substrato 49, camada dielétrica 45 e os traços eletricamente condutores (46, 48) compreendem uma placa de circuito impresso como o substrato 49. Uma camada dielétrica suplementar 40 (por exemplo, composto de envasamento ou camada polimérica) pode ser posicionada entre a cavidade de resfriamento 26 e o segundo lado 148 do substrato 49. A camada dielétrica suplementar 40 fica entre a parede central comum 12 da cavidade de resfriamento 26 e o segundo lado 148 do substrato 49. A camada dielétrica suplementar 40 pode isolar eletricamente os traços condutores 48 do substrato 49 ou placa de circuito impresso de uma parede comum central 12 ou da cavidade de resfriamento 26 para impedir curtos- circuitos e falhas de terra que possam de outro modo ocorrer.

[00013] Em uma configuração, o substrato 49 compreender uma camada dielétrica 45 um corpo, como de cerâmica, polímero, plástico, uma resina carregada com fibra, fibra de vidro, polímero carregado com fibra, plástico carregado com fibra, outro material dielétrico. Os traços condutores (46, 48) podem ser posicionados sobre um primeiro lado 146 do substrato 49, sobre um segundo lado 148 e o substrato 49 oposto ao primeiro lado 146, ou sobre ambos o primeiro lado 146 e o segundo lado 148 do substrato 49. Juntos, a camada dielétrica 45 e os traços condutores (46, 48) formam um substrato 49, como a placa de circuito impresso, uma ci de um solado, uma placa de circuito impresso de ambos os lados, uma placa de circuito impresso multicamada. Em um modo de realização, os primeiros traços condutores 46 são sobrepostos a um primeiro lado 146 da camada dielétrica 45 ou substrato 49 enquanto os segundos traços condutores 48 são sobrepostos a um segundo lado 148 da camada dielétrica 45 ou substrato 49. Os traços condutores (46, 48) são formados de metal ou camada metálica, por exemplo. Em uma configuração, os traços elétrica ou termalmente condutores (46, 48) podem ser formados de cobre, alumínio, ou liga de níquel. Para uma placa de circuito impresso multicamada, há múltiplas camadas alternativas de material dielétrico (por exemplo, material baseado em fibra de vidro, como FR4 ou um material de poliamida) e traço condutor.

[00014] Os furos transpassantes condutores 47 podem compreender vias revestidas de metal ou furos transpassantes revestidos de metal 47 no substrato 49 ou placa de circuito impresso. Os furos transpassantes condutores 47 podem ser formados por deposição eletrônica, deposição de vapor químico, deposição de vapor físico, revestimento iônico, crepitação, ou outras técnicas de revestimento, por exemplo.

[00015] Em certas configurações, os furos transpassantes condutores 47 e eletricamente conectados com qualquer dos traços do circuito (46, 48) sobre qualquer das camadas da placa de circuito impresso, ao passo que em outras configurações os furos transpassantes condutores são eletricamente conectados com um ou mais traços de circuito da forma aqui descrita em mais detalhes. Nas configurações anteriores, os furos transpassantes condutores são eletricamente isolados dos traços da placa de circuito impresso (46, 48), embora ainda transfiram e dissipem algum calor dentro da cavidade de resfriamento 26 a partir do componente 44. Nas configurações posteriores, cada um dos furos transpassantes condutores 47 pode ser eletricamente conectado (e mecanicamente conectado) com um ou mais traços condutores (46,48). Por sua vez, os traços condutores (46, 48) podem ser conectados a um fio terra 50, um plano de aterramento (ou uma camada metálica retangular) sobre o substrato 49, um dreno de calor metálico aterrado, ou um dreno de calor metálico flutuante (por exemplo, não em tensão de aterramento da terra 50). Consequentemente, os traços condutores (46, 48) podem prover material adicional de dissipação térmica do calor a partir do componente 44 (por exemplo, por meio de condução ou dissipação). Em qualquer configuração, os furos transpassantes condutores 47 se estendem através de todas das camadas do substrato 49 ou placa de circuito impresso, onde a placa de circuito impresso de múltiplas camadas é usada.

[00016] Em um modo de realização, os furos transpassantes condutores 47 podem ser espaçados (por exemplo, em intervalos espaciais uniformes ou regulares) ao redor de todo o perímetro do componente elétrico 44, desde que haja espaço disponível sobre o substrato 49 ou que a placa de circuito impresso permita. Em outro modo de realização, os furos transpassantes condutores 47 podem ser espaçados em um arranjo em forma de malha ao redor do perímetro do componente elétrico, quando o espaço disponível sobre o substrato ou a placa de circuito impresso permitir. Em outro modo de realização ainda, os furos transpassantes condutores 47 são espaçados no substrato 49 com uma separação espacial uniforme em relação ao perímetro de um componente do componente elétrico 44 (por exemplo, em uma forma retangular, circular, elíptica, ou com outro padrão que mimetize a forma ou a seção transversal do componente em um plano horizontal).

[00017] O componente elétrico 44 pode compreender qualquer um dentre os seguintes: um semicondutor, um transistor de potência, um relé, um solenoide, um tubo, um diodo, um microchip, um microprocessador, um arranjo lógico programável, um circuito integrado de aplicação específica, um circuito integrado, um componente eletrônico discreto, um resistor, um capacitor, um indutor, um transformador, ou outro dispositivo elétrico ou eletrônico. O componente elétrico 44 pode compreender qualquer tipo de componente que gere calor que calor para o ambiente circundante e que pode provocar efeitos deletérios sobre uma operação adequada ou a total funcionalidade do conjunto elétrico 11, ou sobre os componentes nas proximidades (por exemplo, componentes magnéticos, elétricos ou eletrônicos).

[00018] Conforme ilustrado na FIG. 1, o conjunto elétrico 11 compreende uma cavidade de resfriamento 26 e uma cavidade elétrica 24. Conforme mostrado, a cavidade elétrica 24 é delimitada por uma ou mais paredes (por exemplo, paredes laterais (14, 18), parede 12, e parede traseira) e uma primeira cover cobertura 10, para formar o volume encerrado. Em um modo de realização, a cavidade de resfriamento 26 é delimitada por uma ou mais paredes (por exemplo, paredes laterais (16,20), parede 12 e parede traseira) e uma segunda cobertura 25 para formar o volume encerrado. Em um modo de realização alternativo, a segunda cobertura 25 da cavidade de resfriamento 26 pode ser omitida, para expor os pinos complacentes 34 ao ambiente circundante para resfriamento e para dissipação do calor da energia térmica a partir da placa de circuito integrado. Em outras configurações, a cobertura 25 pode encerrar a cavidade de resfriamento 26, e ao mesmo tempo prover aberturas ou portas de ventilação que permitam a circulação do ar. Embora a cavidade de resfriamento 26 seja ilustrada como uma cavidade inferior e a cavidade elétrica 24 seja ilustrada como uma cavidade superior, em outros modos de realização a posição da cavidade de resfriamento 26 e da cavidade elétrica 24 pode ser invertida.

[00019] A cavidade de resfriamento 26 e a cavidade elétrica 24 podem partilhar uma parede central comum 12 ou partição que contém orifícios 28 para receber os pinos complacentes 32. A cavidade de resfriamento 26 e a cavidade elétrica 24 (por exemplo, incluindo suas paredes 14, 18) podem ser compostas de um plástico, um polímero, um plástico carregado com fibras, um polímero carregado com fibras, um composto plástico, um composto de polímero, um material cerâmico, um material metálico, um metal, ou uma liga. O material metálico, um metal ou uma liga, ou outro material termicamente condutor pode ser selecionado para as paredes das cavidades (24, 26), para melhorar a dissipação do calor a partir do componente elétrico 44 e de outros circuitos dentro da cavidade elétrica 24. Além disto, uma cavidade de metal ou recinto metálico pode reduzir a interferência eletromagnética (por exemplo, interferência ou ruídos de rádio frequência) para ou dos outros dispositivos elétricos ou eletrônicos isolados eletromagneticamente dentro da cavidade elétrica 24.

[00020] Uma cavidade elétrica 24 encerra o componente elétrico 44 o substrato 49. A cavidade elétrica 24 tem uma correspondente primeira cobertura 10 para encerrar a cavidade elétrica 24 e o componente eletromagnético 44. A cavidade de resfriamento 26 tem uma correspondente segunda cobertura 25 para encerra a cavidade elétrica 24 e o componente elétrico 44. A primeira cobertura 10 e a segunda cobertura 25 podem casar ou encaixar com um recesso 22 nas paredes laterais externas (14, 16, 18, 20), por exemplo. A primeira cobertura10 e a segunda cobertura 25 podem ser presas no conjunto elétrico ou nas paredes laterais externas por meio de prendedores, de um adesivo, conectores com ajustes de estalo, parafusos ou outro mecanismo de fixação.

[00021] A cavidade de resfriamento 26 ou parede central comum 12 tem orifícios 28 que são voltados para um segundo lado 148 do substrato 49, oposto ao primeiro lado 146 do substrato 49. Conforme mostrado os orifícios 28 podem ter um diâmetro de orifício maior ou uma seção transversal de orifício do diâmetro do pino complacente 32 ou a seção transversal do pino complacente 32 com uma folga para liberação. Um adesivo 30 (por exemplo, adesivo termicamente condutor) pode ser depositado ou injetado dentro da folga para liberação para formar uma vedação, quando está conduzindo o calor até a parede central comum 12. Os respectivos pinos complacentes 32 são inseridos nos correspondentes furos transpassantes condutores 47 e orifícios 28. Uma porção exposta (por exemplo, uma porção geralmente cilíndrica) do pino complacente 32 é exposta ao ar (por exemplo, ar forçado ou ar circulado) ou a um líquido de resfriamento dentro da cavidade de resfriamento 26.

[00022] Em uma configuração, um adesivo termicamente condutor 30 é colocado em cada orifício 28 da cavidade de resfriamento 26 para unir o pino complacente 32, para melhorar a dissipação do calor. O adesivo termicamente condutor 30 pode compreender um plástico, uma resina, um polímero, uma matriz polimérica com partículas de carregamento termicamente condutoras. As partículas de carregamento termicamente condutoras podem compreender uma ou mais das seguintes: partículas de carregamento metálicas, partículas de metal, ou outras partículas de carregamento térmicas, sendo que a condutividade térmica das partículas de carregamento é maior do que aquela da matriz polimérica.

[00023] Em um modo de realização alternativo, ao invés de utilizar um adesivo termicamente condutor, os pino complacentes podem ser sobremoldados, ou fundidos em moldes, formando um alojamento de plástico, polímero dielétrico ou metálico, com ou em uma camada dielétrica, uma camada de envasamento ou uma camada de outro selante entre o substrato 29 e a parede central comum 12 para prover uma vedação à prova de umidade.

[00024] Em um modo de realização alternativo, a parede comum central 12, (por exemplo, a cobertura superior) e a segunda cobertura 25 (por exemplo, a cobertura inferior) podem ter aletas ou nervuras levantadas para promover uma dissipação de calor melhorada.

[00025] Em um modo de realização, o pino complacente 32 é composto de um metal, uma liga, ou um material metálico. A cabeça do pino complacente 32 pode ter uma seção superior 36 ou uma seção transversal geralmente elíptica, conforme mostrado, que é compressível ou deformável. A seção superior top 36 pode ser comprimida para formar uma conexão elétrica entre o furo transpassante condutor 47; ou revestida pelo pino complacente 32. O pino complacente 32 tem um ombro 38 que pode compreender um membro transversal que é perpendicular ao eixo longitudinal do corpo principal (por exemplo, onde o eixo longitudinal se estende de forma vertical nos desenhos) do pino complacente 32. O ombro 38 pode se estender transversalmente entre a seção superior 36 e a seção inferior 34 do pino. O ombro 38 pode formar uma batente para formar uma posição de descanso do pino complacente 32 em relação ao substrato 49, ao furo transpassante condutor 47 ou à placa de circuito integrado. Os pinos complacentes 32 formam um dreno de calor localizado para transferir a energia térmica para longe do componente elétrico 44 ou do componente elétrico que produz calor 44, sendo que a energia térmica pode ser transferida para ar ou para o fluido dentro da cavidade de resfriamento 26.

[00026] Os pinos complacentes 32 podem ser ajustados por pressão para dentro dos furos transpassantes condutores 47 para formar conexões elétricas livres de solda, para um ou mais traços condutores 48 (por exemplo, traços aterrados) sobre o substrato 49. Aqui, os pinos complacentes 32 são utilizados como parte da solução de drenagem do calor. Os pinos complacentes 32 são pressionados para dentro dos furos transpassantes condutores 47 no substrato 49 (por exemplo, uma placa de circuito impresso) próximo de um componente que gera calor 44, tal como um capacitor. Os pinos complacentes 32 podem conduzir o calor gerado pelo componente 44 ao longo do comprimento dos seus corpos metálicos, a partir de um primeiro lado 146 do substrato 49, até o segundo lado 148 (oposto ao primeiro lado), onde o calor é dissipado formando um, ou por um resfriador líquido, um resfriador de fase gasosa, um resfriador de fase líquida ou o ar circulado em uma cavidade de resfriamento 26 ou em outra câmara.

[00027] Certo número de pinos complacentes 32 é pressionado (por exemplo, ajustado por pressão) para dentro dos furos transpassantes condutores 47 no substrato 49 (por exemplo, a placa de circuito impresso) de forma que a seção superior 36 (por exemplo, a cabeça com uma seção transversal elíptica, que parece um olho de agulha) dos pinos complacentes 32 se estende acima do primeiro lado 146 do substrato 49 próximo do componente que gera calor 44. Entretanto, a seção inferior do pino complacente se estende para baixo através da parede 12 (ou a parede 12 e a camada dielétrica 40) para dentro da cavidade de resfriamento 26. Se for gerado ou irradiado calor pelo componente elétrico 44, o calor ou a energia térmica é termicamente conduzido para dentro da seção superior 36 do pino complacente 32 e para baixo através de seus corpos por meio da seção inferior 34 para dentro da cavidade de resfriamento 26, onde o fluxo de resfriamento pode ajudar a dissipar o calor ou a energia térmica a partir do conjunto elétrico 11 (a do componente 44) para o ambiente circundante (por exemplo, o ar ao redor do conjunto elétrico 11). Consequentemente, o conjunto elétrico 11 pode promover a longevidade do componente elétrico 44 pela redução da tensão térmica sobre o componente 44, por meio de uma efetiva transferência de calor por meio dos pinos complacentes 32 próximos ou que circundam o componente 44.

[00028] Em uma configuração alternativa, um pino complacente de montagem rente pode substituir o pino complacente 32, de forma que o pino complacente de montagem rente fique abaixo, ou não se estenda de modo apreciável acima do primeiro lado 146 do substrato 49.

[00029] Conforme ilustrado na FIG.1, a camada dielétrica suplementar 40 (por exemplo, a camada de material de envasamento) e um adesivo 30 podem ser adicionados para prover uma vedação hermética, resistente à água, resistente à solução aquosa, à prova de líquidos, ou ambiental, ao redor dos pinos complacentes 32 para impedir o vazamento do fluido ou líquido de resfriamento na cavidade de resfriamento 26 através dos furos transpassantes condutores 47 no substrato 49, e entre o pino complacente 32 e a parede 12 ou barreira. A camada suplementar dielétrica 40 ou o composto de envasamento podem ser requeridos entre a superfície inferior do segundo lado 148 da placa de circuito integrado e a parede 12 ou piso da cavidade elétrica 24, para prover uma vedação ambiental completa ao redor os pinos complacentes 32 e os orifícios 28.

[00030] Em um modo de realização, um pino complacente 32 é criado estampando-se a forma do pino em uma lâmina plana de metal ou de uma liga. Entretanto, o pino complacente 32 pode ser formado por fundição de metal, prensado, forjado, por têmpera, tratamento térmico ou outros processos de fabricação. Há muitas formas e formatos possíveis e adequados para os pinos complacentes (por exemplo, 32) e os exemplos mostrados nestas Figs. não pretendem limitar o escopo das reivindicações; ao contrário. É possível que o ombro ou outra porção transversal possa ser transformado no pino 32, para se assemelhar a uma forma em cruz ou cruciforme (ou uma letra"t" em caixa baixa), de forma que o ombro 38 forme uma batente que impede que o pino caia no orifício 28.

[00031] O conjunto elétrico da FIG. 2 é uma vista ampliada da região retangular 2 do conjunto elétrico 11 da FIG.1. Os mesmos números de referência indicam os elementos iguais na FIG.1 e na FIG.2.

[00032] Além disto, a FIG.2 ilustra que o furo transpassante condutivo 47 é opcionalmente conectado com um fio terra 50 ou um plano aterrado (por exemplo, uma região retangular de metal ou metálica que pode cobrir todo o segundo lado 148 do substrato), para dissipar o calor. Além disto, o fio terra 50 ou plano aterrado dissipa ou descarrega a tensão eletrostática para a terra para evitar danos aos componentes próximos ou os circuitos que possam ser sensitivos à energia eletrostática. A natureza opcional da conexão com o fio terra 50 é mostrada em linhas pontilhadas. Em um modo de realização alternativo, o furo transpassante condutor 47 está flutuando e não está eletricamente conectado com o componente elétrico 44. Em outro modo de realização, o furo transpassante condutor 47 e o pino complacente 32, montado no furo transpassante condutor não estão energizados ou conectados aos terminais ativos do componente 44. Entretanto, e o furo transpassante condutor 47 estiver conectado com o fio terra 50 por meio de um traço condutor 48, o pino aterrado ou o terminal aterrado do componente 44 pode ser conectado, por meio o pino complacente 32 e do furo transpassante condutor, com o traço condutor (por exemplo, 48).

[00033] As setas 52 na FIG. 2 são representativas do possível movimento do ar ou fluido ao redor de uma porção expostas da porção inferior do pino complacente 32. Em uma configuração, o fluido de resfriamento, dentro da cavidade de resfriamento 26, pode compreender um fluido contendo um ou mais dos seguintes: um composto de fluoro carbono, perfluorocarboneto, perfluorohexano, perfluorotripentilamina, ou o resfriador Fluoroinert®. Desde a data do depósito deste documento, o Fluoroinert® é uma marca comercial da 3M COMPANY, com escritório em 3M Center, St. Paul, Minnesotta 55144.

[00034] O segundo modo de realização do conjunto elétrico 111 da FIG.3 e da FIG. 4, coletivamente, são similares ao primeiro modo de realização do conjunto elétrico da FIG.1, exceto que o conjunto elétrico 111 da FIG.3 compreende ainda uma cavidade de resfriamento vedada 126 e uma bomba 310. A FIG. 4 é uma vista ampliada da região retangular do conjunto elétrico 111 da FIG. 3. Os mesmos números de referência da FIG.1 até a FIG.4, inclusive, indicam os mesmos elementos.

[00035] Na FIG.3 uma vedação ou gaxeta pode estar associada com um perímetro, vedando a cavidade de resfriamento 26. Além disto, uma vedação de orifício veda os orifícios 128, para impedir o ingresso do resfriador a partir da cavidade de resfriamento 126 até o componente 44, ou a cavidade elétrica. Por exemplo, cada vedação de orifício 300 pode compreender um anel em "O" composto de um elastômero, borracha, borracha sintética ou de neoprene. Uma vedação da cobertura 306 para a segunda cobertura 125 veda a cavidade de resfriamento 26. Conforme mostrado, a segunda cobertura 125 tem aletas ou cristas levantadas 308, para aumentar a área de superfície da cobertura 125 e melhorar a transferência térmica, do ar ou do fluido dentro da cavidade de resfriamento 126. As vedações (300, 306) vedam hermeticamente a cavidade de resfriamento 126 ou confinam o resfriador ou líquido de resfriamento na cavidade de resfriamento 126.

[00036] Em uma configuração, o fluido de resfriamento dentro, ou circulado no interior da cavidade de resfriamento 126 pode compreender um fluido contendo um ou mais dentre os seguintes: um composto de fluoro carbono, perfluorocarboneto, perfluorohexano, perfluorotripentilamina ou o resfriador Fluoroinert®. Desde a data deste documento, o Fluoroinert® é uma marca comercial da 3M COMPANY, com escritório em 3M Center, St. Paul, Minnesotta 55144.

[00037] Uma bomba 310 tem uma admissão de bomba 316 e uma saída de bomba 318. A cavidade de resfriamento compreende uma entrada 301 e uma saída 302. A saída 302 é acoplada na admissão de bomba 316, de uma bomba 310, por meio da tubulação 312 e a entrada 301 é acoplada na saída da bomba 318, da bomba 310, por meio de uma tubulação 312. A bomba 310 circula o resfriador para melhorar a dissipação térmica do calor e a transferência do calor para o ambiente circundante por radiação térmica passiva a partir da superfície externa 317 da cavidade de resfriamento 126. Em um modo de realização alternativo, um radiador ou tubo resfriado pode ser conectado com a tubulação 312 entre a bomba 310 e a entrada 301 ou entre a bomba 310 e a saída 302 para aumentar a transferência térmica do calor para o ambiente circundante. Os pinos complacentes 32 formam um dreno de calor localizado para transferir a energia térmica para longe do componente elétrico 44, do componente elétrico que produz calor 44, sendo que a energia térmica pode ser transferida para o ar ou para o fluido dentro da cavidade de resfriamento 126.

[00038] O conjunto elétrico 111 da FIG.4 é uma vista ampliada da região retangular 4 do conjunto elétrico da FIG.3. Os mesmos números de referência indicam os mesmos elementos na FIG. 2, FIG. 3 e FIG. 4.

[00039] O terceiro modo de realização do conjunto elétrico 211 da FIG. 5, coletivamente, são similares ao primeiro modo de realização do conjunto elétrico 11 da FIG.1 e FIG.2, exceto que o conjunto elétrico da FIG.5 e da FIG.6 compreendem ainda um pino complacente 132 com uma bainha externa 75 (por exemplo, uma bainha externa geralmente cilíndrica). Os mesmos números de referência na FIG. 1, FIG. 2, FIG. 5 e FIG. 6 indicam os mesmos elementos.

[00040] A FIG. 5 ilustra que o pino complacente 132 tem uma bainha externa 75 (por exemplo, uma bainha externa geralmente cilíndrica) cobrindo pelo menos parte da porção exposta (por exemplo, a porção geralmente cilíndrica 77). Na FIG. 5 e na FIG. 6 a porção exposta do pino complacente 132 se estende de debaixo da parede central comum 12 até a seção inferior 34 do pino complacente 132, ao passo que pelo menos parte da porção exposta (por exemplo, a porção geralmente cilíndrica 77) é coberta pela bainha externa 75, por exemplo. Embora o pino complacente 132 possa ter uma porção geralmente cilíndrica 77 com uma seção transversal substancialmente circular, conforme ilustrado na FIG. 5, em outras configurações o pino complacente 132 pode ser poligonal ou ter uma seção transversal substancialmente retangular ou uma seção transversal substancialmente elíptica. Em um modo de realização, a bainha externa 75 (por exemplo, bainha externa geralmente cilíndrica) é composta de um elastômero ou de um polímero geralmente resiliente.

[00041] O pino complacente 132 da FIG. 5 é inserido no condutor através dos furos 47 e dos orifícios 28 e a bainha externa 75 pode ser comprimida para formar uma vedação entre o orifício 28 e o pino complacente 128, que bloqueia a saída do fluido dentro da cavidade de resfriamento 26. Os pinos complacentes 132 formam um dreno de calor localizado para transferir a energia térmica para longe do componente elétrico 44 ou do componente elétrico que produz calor 44, sendo que a energia térmica pode ser transferida para o ar ou para o fluido dentro da cavidade de resfriamento 26.

[00042] O conjunto elétrico 211 da FIG. 6 é uma vista ampliada da região retangular 6 do conjunto elétrico da FIG. 5.

[00043] Em um modo de realização alternativo da FIG. 5 e da FIG. 6, os pinos complacentes132 têm um colar opcional e uma bainha externa opcional 75 compostos de um plástico, um polímero, um plástico com carregamento de fibras, um polímero com carregamento de fibras, um composto de plástico ou um composto de polímero. Aqui, o colar ou bainha externa 75 circularia ou encapsularia pelo menos uma seção intermediária acima da seção inferior 34 do pino 132. Além disto, a bainha externa 75 pode prover: (1) suporte estrutural dentro do furo transpassante condutor 28, para o pino complacente 132 ficar em pé reto ou na vertical, e (2) uma vedação ou obturação entre a superfície externa (por exemplo, a superfície externa cilíndrica) do pino complacente 132 e a superfície oposta (por exemplo, a superfície interna cilíndrica) do furo transpassante condutor 28 na parede 12. O colar pode ser omitido em certos modos de realização apresentados neste documento.

[00044] Um possível método de montagem para esta invenção está incorporado nas etapas a seguir.

[00045] Em uma primeira etapa, o conjunto elétrico (11, 111, 211) é criado com furos 47, ou orifícios 28 na parede 12, entre a cavidade elétrica 24 e a cavidade de resfriamento (26 ou 126), onde os orifícios 28 se alinham com ou se alinhem com os similares e correspondentes furos transpassantes condutores 47 no substrato 49 ou placa de circuito integrado.

[00046] Em uma segunda etapa, os pinos complacentes (32 ou 132) são inseridos ou colocados dentro dos furos transpassantes condutores 47 no substrato 49, mas, ainda não se estendendo para a parede 12 entre a cavidade elétrica 24 e a cavidade de resfriamento 26. Consequentemente, as cabeças ou porções superiores 36 do pino complacente ficam acima do primeiro lado 146 do substrato 49 ou placa de circuito integrado.

[00047] Em um modo de realização alternativo, a segunda etapa acima é substituída por uma segunda etapa alternativa, em que em um único procedimento ou etapa os pinos complacentes (32 ou 132) são inseridos através tanto dos orifícios 28 quanto dos correspondentes furos transpassantes condutores 47 que estão alinhados ou alinhados com os orifícios 28. Esta segunda etapa alternativa requer que o substrato 49 ou a placa de circuito impresso estejam posicionados dentro da cavidade elétrica 24, na preparação para a inserção dos pinos complacentes (32, 132).

[00048] Em uma terceira etapa, quando os pinos complacentes (32 ou 132, por exemplo, por meio de uma máquina de pegar-e-colocar) são montados ou colocados nos apropriados e correspondentes furos transpassantes condutores 47 de acordo com o projeto ou plano, uma fina camada de material dielétrico suplementar 40, ou resina em fase líquida ou antes da reticulação, é injetada, injetada por pressão, colocada e despejada: (1) em direção à parede 12 (entre a cavidade elétrica 24 e a cavidade de resfriamento 26), sendo que o substrato 49, o componente 44 e os pinos complacentes 32 ainda não estão dentro da cavidade elétrica 24; (2) dentro de um vão de ar entre a parede 12 da cavidade elétrica 24 e o segundo lado 148 do substrato 49, sendo que o substrato 49, o componente 44 e os pinos complacentes 32 estão dentro e espaçados acima da parede 12 com um espaçador dielétrico, suporte ou pedestal.

[00049] Em uma quarta etapa, o substrato totalmente povoado 49 ou placa de circuito impresso tem os furos transpassantes condutores 47 e os pinos complacentes 32 ali alinhados com os orifícios 28 ou furos 47 na parede 12 e o substrato 49 é visualmente, mecanicamente, oticamente checado quanto ao alinhamento (do substrato 49 e da parede 12) ou pressionado para baixo contra a camada dielétrica 40 não curada e sem reticulação. Os pinos condutores (32 ou 132) podem facilitar o registro, ou alinhamento da placa de circuito impresso com os orifícios 28 (ou bordas dos orifícios 28) na parede 12 porque os pinos (32 ou 132) tendem a se autocentrar, desde que eles sejam inicialmente iniciados ou inseridos nos orifícios 28. A camada dielétrica suplementar pode ter uma ventilação ou passagem que permite o escape do excesso de volume do material dielétrico suplementar 40 ou resina não curada, quando a força descendente ou pressão é aplicada contra o primeiro lado 146 do substrato 49 e em direção à parede 12. Após os pinos complacentes (32 ou 132) estarem totalmente assentados ou inseridos nos orifícios 28 e nos furos transpassantes condutores 47, permite-se que o material dielétrico suplementar 40 ou o composto de envasamento seja curado ou submetido à reticulação, criando uma vedação ao redor dos pinos (32 ou 132). Como anteriormente explicado, o material dielétrico suplementar 40 forma uma barreira de isolamento elétrico entre os traços condutores (46, 48) ou componentes 44 sobre o primeiro lado 146 do substrato 49 ou placa de circuito impresso. Aqui, o ombro 38, ou uma seção intermediária do pino complacente (32 ou 132) pode ser circundado, encapsulado ou incorporado no material dielétrico suplementar 40 para formar uma vedação integrada que isola a cavidade elétrica 24 da cavidade de resfriamento 26,

[00050] Em uma quinta etapa, coberturas (10, 25, 125) ou tampas são colocadas sobre a cavidade elétrica 24 e a cavidade de resfriamento 26. As coberturas podem ser vedadas nas paredes 12 ou recessos do conjunto elétrico por uma gaxeta, vedação (306) ou pelo material dispensado.

[00051] Assim, quaisquer modos de realização dos conjuntos elétricos (11,111, 211) aqui apresentados são bastante adequados para melhorar a dissipação do calor gerado por um componente elétrico (por exemplo, 44) ou circuito elétrico por meio de um ou mais pinos complacentes (por exemplo, 32, 132) para se estenderem para dentro de uma cavidade de resfriamento (por exemplo, 26). Além disto, a cavidade de resfriamento pode ser carregada com um resfriador, um resfriador bombeado, ou um resfriador recirculado, para facilitar a transferência do calor.

[00052] O conjunto elétrico facilita um resfriamento econômico e pragmático de componentes (por exemplo, 44) em uma placa de circuito integrado (por exemplo, 49) com pinos complacentes, tais como os pinos complacentes comercialmente disponíveis. O conjunto elétrico (por exemplo, 11,111, 211) é bastante adequado para evitar danos térmicos e a degradação dos componentes do conjunto elétrico.

[00053] Tendo descrito o modo de realização preferencial, ficará aparente que várias modificações podem ser feitas sem que se afastem do escopo da invenção, conforme definido nas reivindicações anexas.

Claims

1. Conjunto elétrico (11, 111), compreendendo: um substrato (49) tendo uma camada dielétrica (45) e um ou mais traços eletricamente condutores (46, 48) sobrepostos à camada dielétrica (45); um componente elétrico (44) montado em um primeiro lado (146) do substrato (49), sendo o componente elétrico (44) capaz de gerar calor; uma pluralidade de furos transpassantes condutores (47) no substrato (49) e ao redor de um perímetro do componente elétrico (44), sendo os furos transpassantes condutores (47) conectados a um traço condutor (46, 48) para dissipação do calor; uma cavidade de resfriamento (26) com orifícios voltados para um segundo lado (148) do substrato (49), oposto ao primeiro lado (146); uma pluralidade de respectivos pinos complacentes (32), inseridos em correspondentes furos transpassantes condutores (47) e orifícios, sendo que uma porção exposta do pino complacente (32) é exposta ao ar ou a um líquido de resfriamento dentro da cavidade de resfriamento (26); e caracterizadopelo fato de que compreende uma camada dielétrica (45) entre a cavidade de resfriamento (26) e o segundo lado (148) do substrato (49).

2. Conjunto elétrico (11, 111) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o substrato (49) e os traços eletricamente condutores (46, 48) compreendem uma placa de circuito integrado.

3. Conjunto elétrico (11, 111) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender adicionalmente:um adesivo termicamente condutor (30) nos orifícios (28, 128) da cavidade de resfriamento (26) para unir ao pino complacente (32) para melhorar a dissipação do calor.

4. Conjunto elétrico (11, 111) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente:uma vedação de orifício (300) nos orifícios (28, 128) para impedir o ingresso do resfriado a partir da cavidade de resfriamento (26) até o componente (44);uma vedação para uma cobertura (25) para vedar a cavidade de resfriamento (26).

5. Conjunto elétrico (11, 111) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente:uma bomba (310) tendo uma admissão de bomba (316) e uma saída de bomba (318), sendo que a cavidade de resfriamento (26) compreende uma entrada (301) e uma saída (302), sendo a saída (302) acoplada na admissão de bomba (316) de uma bomba (310) e a entrada (301) acoplada na saída de bomba (318) da bomba (310).

6. Conjunto elétrico (11, 111) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o furo transpassante condutor (47) é conectado a um fio terra para dissipação do calor.

7. Conjunto elétrico (11, 111) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o furo transpassante condutor (47) fica flutuando e não eletricamente conectado com o componente elétrico (44).

8. Conjunto elétrico (11, 111) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pino complacente (32) tem uma bainha externa geralmente cilíndrica (75) cobrindo pelo menos parte da porção geralmente exposta, sendo a bainha externa geralmente cilíndrica (75) composta de um elastômero ou de um polímero geralmente resiliente.

9. Conjunto elétrico (11, 111) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma cavidade elétrica (24) para encerrar um componente elétrico (44) e o substrato (49).

10. Conjunto elétrico (11, 111) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a cavidade de resfriamento (26) e a cavidade elétrica (24) têm uma parede central comum (12), residindo os orifícios (28) dentro da parede central comum (12).

11. Conjunto elétrico (11, 111) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a cavidade elétrica (24) tem uma cobertura elétrica para encerrar o substrato (49) e o componente (44) na cavidade elétrica (24).

12. Conjunto elétrico (11, 111) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente:uma camada dielétrica (45) entre a parede central comum (12) da cavidade de resfriamento (26) e o segundo lado (148) do substrato (49).