BR112019008552B1

BR112019008552B1 - Dispositivo de evacuação de calor e equipamento eletrônico

Info

Publication number: BR112019008552B1
Application number: BR112019008552-1A
Authority: BR
Inventors: Gilles Bourgoin; Alain Tisne
Original assignee: Sagemcom Broadband Sas
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2023-04-04
Also published as: US10665527B2; EP3549164A1; US20190341333A1; CN110024109B; CN110024109A; BR112019008552A2; WO2018099729A1; FR3059466B1; FR3059466A1; EP3549164B1

Abstract

Dispositivo de evacuação que compreende: um dissipador térmico (16) montado sobre uma platina (14) para que o dissipador se estenda acima e à distância de um componente eletrônico; um chassi (17) que se estende entre o componente eletrônico e a platina, e meios de fixação do chassi na platina ou na placa eletrônica; um dreno térmico rígido (18) que é montado sobre o chassi para deslizar perpendicularmente à placa eletrônica (12) e que tem uma primeira extremidade de contato com o componente e uma segunda extremidade em apoio sobre uma camada termicamente condutora (19) fixada na platina para solicitar elasticamente o dreno térmico rígido (18) em apoio contra o componente eletrônico (11) qualquer que seja a espessura do componente eletrônico. Equipamento eletrônico que compreende um tal dispositivo de evacuação.

Description

[0001] A invenção se refere ao domínio dos dispositivos de evacuação de calor gerado por um componente eletrônico.

PLANO DE FUNDO DA INVENÇÃO

[0002] A eficácia da dissipação térmica é uma aposta crucial na concepção de numerosos equipamentos eletrônicos, notadamente quando esses equipamentos eletrônicos compreendem componentes eletrônicos de grande densidade energética, e que esses equipamentos eletrônicos devem responder a exigências de redução de massa e de volume.

[0003] A potência dissipada por uma unidade de superfície no interior de um tal equipamento eletrônico pode de fato ser muito grande e gerar um aumento de temperatura suscetível de levar à falha dos componentes eletrônicos do equipamento eletrônico.

[0004] Em referência à figura 1, esse problema é especialmente delicado a resolver no caso de componentes eletrônicos de grande densidade energética tal como amplificadores de potência de radiofrequência 1, que são posicionados no interior de um capô de blindagem 2 destinado a isolar eletromagneticamente os amplificadores de potência de radiofrequência 1.

[0005] Para evacuar o calor produzido pelos amplificadores 1, é conhecido posicionar uma almofada térmica sobre os amplificadores 1. No entanto, uma tal almofada térmica não é transparente eletromagneticamente por causa de sua constante dielétrica relativa εr que é superior a 1. Por outro lado, o tamanho relativamente grande da almofada térmica, que recobre uma superfície bem superior a aquela dos amplificadores 1 a fim de compensar as derivas de posicionamento da almofada térmica, apresenta o risco de provocar um acoplamento entre uma entrada e uma saída do circuito constituído pelos amplificadores 1 e de reduzir a eficácia do dito circuito.

[0006] É também conhecido resfriar os amplificadores 1 utilizando para isso unicamente o poder dissipativo da placa eletrônica 3 sobre a qual são montados os amplificadores 1. As calorias são nesse caso evacuadas pela base de cada amplificador 1 na direção da placa eletrônica 3. No entanto, as calorias evacuadas que provêm de um amplificador 1 contribuem nesse caso para aquecer os outros amplificadores 1.

[0007] É também conhecido, em referência à figura 2, montar um dissipador com aletas 5 sobre a parede superior do capô de blindagem 2.

[0008] Finalmente, é conhecido utilizar um ventilador para resfriar o capô de blindagem 2 e os amplificadores 1 presentes no interior do capô de blindagem 2. OBJETIVO DA INVENÇÃO

[0009] A invenção tem como objetivo melhorar a evacuação do calor produzido por um componente eletrônico.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0010] Tendo em vista a realização desse objetivo, é proposto um dispositivo de evacuação destinado a evacuar um calor produzido por pelo menos um componente eletrônico montado sobre uma placa eletrônica, o dispositivo de evacuação compreendendo: - um dissipador térmico montado sobre uma platina provida de meios de sua fixação na placa eletrônica para que o dissipador se estenda acima e à distância do componente eletrônico; - um chassi que se estende entre o componente eletrônico e a platina, e meios de fixação do chassi na platina ou na placa eletrônica; - um dreno térmico rígido que é montado sobre o chassi para deslizar perpendicularmente à placa eletrônica e que tem uma primeira extremidade de contato com o componente e uma segunda extremidade em apoio sobre uma camada elasticamente deformável e termicamente condutora fixada na platina para solicitar elasticamente o dreno térmico em apoio contra o componente qualquer que seja a espessura do componente eletrônico.

[0011] O dreno permite evacuar eficazmente na direção do dissipador térmico o calor produzido pelo componente eletrônico efetuando para isso uma extração de calor localizado. A evacuação de calor é eficaz qualquer que seja a espessura do componente eletrônico e é, portanto, em especial, robusta às variações de espessura devidas às tolerâncias de fabricação do componente eletrônico. A evacuação é eficaz qualquer que seja a distância entre o componente eletrônico e o dissipador térmico.

[0012] É obtida assim uma solução simples, pouco custosa e bastante eficaz para dissipar o calor produzido pelo componente eletrônico. É notado que, na situação representada nas figuras 1 e 2, e no caso em que o dispositivo de evacuação está destinado a evacuar um calor produzido por uma pluralidade de componentes eletrônicos, o dispositivo de evacuação não gera nenhum acoplamento eletromagnético ou perturbação eletromagnética entre os componentes eletrônicos.

[0013] A invenção se refere também a um equipamento eletrônico que compreende uma placa eletrônica, um componente eletrônico e um dispositivo de evacuação tal como aquele que acaba de ser descrito.

[0014] A invenção será melhor compreendida à luz da descrição que se segue de modos de execução especiais não limitativos da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] Será feito referência aos desenhos anexos, dentre os quais: - a figura 1 representa uma placa eletrônica, componentes eletrônicos e um capô de blindagem; - a figura 2 representa uma placa eletrônica, um capô de blindagem e um dissipador térmico montado sobre o capô de blindagem; - a figura 3 representa uma vista de cima e uma vista de baixo, em perspectiva, de um chassi e de drenos térmicos de um dispositivo de evacuação de acordo com um primeiro modo de realização da invenção; - a figura 4 representa uma vista em corte e em perspectiva do chassi e dos drenos, o chassi estando montado sobre uma placa eletrônica; - a figura 5 é uma vista análoga à figura 4, que representa por outro lado um capô de blindagem e uma camada elasticamente deformável e termicamente condutora; - a figura 6 é uma vista análoga à figura 5, que representa por outro lado um dissipador térmico sobre o capô de blindagem; - a figura 7 representa uma distribuição de temperatura sobre a placa eletrônica na situação da figura 2; - a figura 8 representa uma distribuição de temperatura sobre a placa eletrônica na situação da figura 6; - a figura 9 é uma figura análoga à figura 3, para um dispositivo de evacuação de acordo com um segundo modo de realização da invenção; - a figura 10 é uma figura análoga à figura 6, para o dispositivo de evacuação de acordo com o segundo modo de realização da invenção. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0016] Em referência às figuras 3 a 6, o dispositivo de evacuação de acordo com um primeiro modo de realização da invenção 10 é aqui destinado a evacuar o calor produzido por três amplificadores de potência de radiofrequência 11 montados alinhados sobre uma placa eletrônica 12 de um equipamento eletrônico, e recobertos por um capô de blindagem 13. O capô de blindagem 13 isola eletromagneticamente os três amplificadores 11, quer dizer que ele impede, por um lado, que o funcionamento dos três amplificadores 11 seja degradado por perturbações eletromagnéticas externas, e por outro lado, que o funcionamento dos três amplificadores 11 produza perturbações eletromagnéticas suscetíveis de degradar o funcionamento de outros componentes eletrônicos.

[0017] O capô de blindagem 13 compreende uma parede superior que forma uma platina 14, e paredes laterais 15. O capô de blindagem 13 (e, portanto a platina 14) é fixado na placa eletrônica 12 por meios de fixação clássicos e não descritos aqui.

[0018] O dispositivo de evacuação 10 compreende um dissipador térmico 16, um chassi 17, três drenos térmicos rígidos 18 e uma camada elasticamente deformável e termicamente condutora 19.

[0019] O dissipador térmico 16 é aqui um dissipador térmico com aletas, que é montado sobre a platina 14 (mais precisamente, sobre uma face superior da platina 14). O dissipador térmico 16 se estende assim acima e à distância dos amplificadores 11.

[0020] O chassi 17 se estende entre os amplificadores 11 e a platina 14.

[0021] O chassi 17 compreende uma plataforma 20, pés 25 que sobrelevam a plataforma 20, e meios de fixação 21 do chassi 17 na placa eletrônica 12. Os meios de fixação 21 podem ser meios de fixação por empilhamento, por engate, por colagem, ou qualquer outro tipo de fixação.

[0022] A plataforma 20 se estende aqui paralelamente à placa eletrônica 12 e à platina 14. Cinco cavidades alinhadas são feitas na plataforma 20, dentre as quais três cavidades de deslizamento 22 e duas cavidades simples 23. Cada cavidade simples 23 é situada entre duas cavidades de deslizamento 22.

[0023] Cada cavidade 22, 23 desemboca ao nível de uma abertura superior em uma face superior da plataforma 20, e ao nível de uma abertura inferior em uma face inferior da plataforma 20. A abertura superior de cada cavidade de deslizamento 22 é circundada por uma sobre-espessura da plataforma 20 que forma um colar 24.

[0024] Cada dreno 18 apresenta a forma de um êmbolo e compreende uma primeira extremidade e uma segunda extremidade. A primeira extremidade é uma cabeça 27 do êmbolo, e a segunda extremidade é uma extremidade 28 de uma haste do êmbolo.

[0025] Cada dreno 18 é montado sobre a plataforma 20 do chassi 17 para deslizar perpendicularmente à placa eletrônica 12 através de uma cavidade de deslizamento 22 e do colar 24 associado. A cabeça 27 do êmbolo do dreno 18 se estende no lado de uma face inferior da plataforma 20. As cavidades de deslizamento 22 e os drenos 18 são posicionados de modo que, quando o dispositivo de evacuação 10 está montado sobre a placa eletrônica 12 acima dos amplificadores 11, a cabeça 27 de cada dreno 18 está posicionada em frente a um dos amplificadores 11.

[0026] A camada elasticamente deformável 19, no que lhe diz respeito, é fixada na platina 14 (mais precisamente, sobre uma face inferior da platina 14), e se estende acima da plataforma 20 do chassi 17 e dos três drenos 18.

[0027] Quando o dispositivo de evacuação 10 está montado sobre a placa eletrônica 12 acima dos amplificadores 11, cada dreno 18 pode ser deslocado para deslizar de maneira a que a cabeça 27 do dreno 18 venha em contato com o amplificador 11 em frente ao qual ele está posicionado. A camada elasticamente deformável 19 solicita elasticamente o dreno 18 em apoio contra o amplificador 11 qualquer que seja a espessura do amplificador 11.

[0028] Assim, qualquer que seja a espessura do amplificador 11 e, portanto, em especial, quaisquer que sejam as variações de espessura do amplificador 11 devidas às tolerâncias de fabricação do amplificador 11, o dreno 18 está em contato com o amplificador 11 por um lado e com a camada elasticamente deformável 19 por outro lado, a dita camada elasticamente deformável 19 estando ela própria em contato com a platina 14 sobre a qual é montado o dissipador térmico 16. O calor produzido pelo amplificador 11 pode, portanto, ser evacuado por condução até o dissipador térmico 16 e depois dissipado pelo dito dissipador térmico 16.

[0029] A eficácia do dispositivo de evacuação de acordo com o primeiro modo de realização da invenção 10 é ilustrada pelas figuras 7 e 8.

[0030] A distribuição de temperatura da figura 7, obtida por simulação, corresponde à placa eletrônica 12 sobre a qual são montados os três amplificadores 11 recobertos pelo capô de blindagem 13, sem que o dispositivo de evacuação 10 seja utilizado. Cada amplificador 11 tem uma forma de paralelepípedo quadrado com lado de 3 mm e com espessura de 0,5 mm. A placa eletrônica 12 possui assim a forma de um paralelepípedo quadrado com lado de 60 mm. O capô de blindagem 13 apresenta a forma de um paralelepípedo retângulo com comprimento de 60 mm, com largura de 20 mm e com espessura de 5 mm. O dissipador térmico 16 compreende dez aletas com 5 mm de altura e com 3 mm de espessura na base.

[0031] É notado que a temperatura média de cada amplificador 11 é de cerca de 120°C. É notado também que a zona 30 situada em torno dos amplificadores 11 apresenta uma temperatura de cerca de 65°C.

[0032] A distribuição de temperatura da figura 8 corresponde a uma situação similar a aquela da figura 7, na qual o dispositivo de evacuação de acordo com o primeiro modo de realização 10 é utilizado.

[0033] Cada dreno 18 é fabricado aqui em poliamida térmica que apresenta uma condutividade vertical igual a 8 W/m.K e uma condutividade horizontal igual a 1 W/m.K. A camada elasticamente deformável 19 apresenta uma espessura de 0,5 mm e uma condutividade de 2 W/m.K.

[0034] É notado que a temperatura média de cada amplificador 11 é de cerca de 80°C, ou seja, uma baixa de 40°C. É notado também que a zona 30 apresenta uma temperatura de cerca de 55°C, ou seja, uma baixa de cerca de 10°C.

[0035] Em referência às figuras 9 e 10, o dispositivo de evacuação de acordo com um segundo modo de realização da invenção 40 é semelhante ao dispositivo de evacuação de acordo com o primeiro modo de realização da invenção 10, exceto pelo fato de que desta vez, o chassi 41 é fixado na platina 14 (mais precisamente, em uma face inferior da platina 14) e não na placa eletrônica 12. Os meios de fixação 42 do chassi 41 são, portanto, meios de fixação do chassi 41 na platina 14. É notado além disso que, desta vez, são as aberturas inferiores das cavidades de deslizamento que são cada uma delas circundadas por uma sobre-espessura da plataforma que forma um colar 43.

[0036] Naturalmente, a invenção não está limitada aos modos de realização descritos, mas sim engloba qualquer variante que entra no campo da invenção tal como definida pelas reivindicações.

[0037] Ainda que se tenha indicado que os dispositivos de evacuação aqui descritos evacuam o calor produzido por amplificadores de potência de radiofrequência, a invenção se aplica naturalmente a qualquer tipo de componente eletrônico.

[0038] Ainda que se tenha descrito dispositivos de evacuação utilizados para evacuar o calor produzido por três componentes eletrônicos, um dispositivo de evacuação de acordo com a invenção pode perfeitamente ser projetado para evacuar o calor produzido por um número diferente de componentes eletrônicos (pelo menos um).

[0039] A platina, que é aqui uma parede superior de um capô de blindagem, poderia perfeitamente ser uma platina simples unicamente destinada a portar o dissipador térmico.

[0040] Em todo o documento, o termo “componente eletrônico” faz referência a todos os tipos de componente suscetível de ser montado sobre uma placa eletrônica. Um tal componente é por exemplo um componente eletrônico à base de semicondutor tal como um amplificador, um processador, um diodo, um transistor, etc. Um tal componente pode também ser um componente ativo ou então um componente passivo ou elétrico, tal como uma resistência, uma bobina, um condensador, um filtro, etc.

Claims

1. Dispositivo de evacuação destinado a evacuar um calor produzido por pelo menos um componente eletrônico (11) montado sobre uma placa eletrônica (12), o dispositivo de evacuação sendo caracterizado pelo fato de que compreende: - um dissipador térmico (16) montado sobre uma platina (14) para que o dissipador térmico se estenda acima e a uma distância do componente eletrônico quando a platina é fixada na placa eletrônica; - um chassi (17; 41) que se estende entre o componente eletrônico e a platina, e meios de fixação do chassi na platina ou na placa eletrônica; - um dreno térmico rígido (18) que é montado de forma não fixa e deslizante no chassi enquanto o chassi está em uma posição fixa pelos meios de fixação, sendo o dreno térmico rígido montado sobre o chassi para deslizar perpendicularmente à placa eletrônica (12) e que tem uma primeira extremidade de contato com o componente e uma segunda extremidade em apoio sobre uma camada elasticamente deformável e termicamente condutora (19) fixada na platina para solicitar elasticamente o dreno térmico rígido (18) em apoio contra o componente eletrônico (11) qualquer que seja a espessura do componente eletrônico, a camada elasticamente deformável e termicamente condutora sendo posicionada entre o dissipador térmico e o chassi.

2. Dispositivo de evacuação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dreno térmico rígido (18) apresenta a forma de um êmbolo que compreende uma haste e uma cabeça, a primeira extremidade do dreno térmico rígido sendo uma cabeça (27) do êmbolo e a segunda extremidade sendo uma extremidade (28) da haste.

3. Dispositivo de evacuação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dreno térmico rígido (18) é fabricado em poliamida.

4. Dispositivo de evacuação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a platina (14) é uma parede superior de um capô de blindagem (13).

5. Dispositivo de evacuação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dissipador térmico (16) é um dissipador térmico com aletas.

6. Equipamento eletrônico caracterizado pelo fato de que compreende uma placa eletrônica (12), um componente eletrônico (11) e um dispositivo de evacuação (10; 40) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

7. Equipamento eletrônico de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o componente eletrônico é um amplificador de potência de radiofrequência (11).