ES2227608T3 - Disparador de calor para componentes electronicos. - Google Patents
Disparador de calor para componentes electronicos.Info
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Abstract
SE REPRESENTA UN CUERPO REFRIGERANTE PARA COMPONENTES ELECTRONICOS, QUE SE COMPONE DE UNA UNICA PIEZA FORMADA POR UNA TIRA DE CHAPA DE LATON. ESTA TIRA SE CURVA EN FORMA DE MEANDRO, DESCANSANDO UNAS SUPERFICIES DE CONTACTO (2), EN LA ZONA DE LOS ARCOS DE MEANDRO INFERIORES (11), SOBRE UN DISIPADOR DE CALOR (8) DE UN ELEMENTO CONSTRUCTIVO (9). EL CUERPO REFRIGERANTE SE SUJETA FIJAMENTE SOBRE EL ELEMENTO CONSTRUCTIVO (9), A TRAVES DE UNA TENSION PREVIA GENERADA INTERNAMENTE QUE ACTUA EN UNION DE UNA UNION DE ENCAJE A PRESION. A PESAR DE QUE EL CUERPO REFRIGERANTE (1) MUESTRA UNA ELASTICIDAD LONGITUDINAL INCLUSO EN ESTADO MONTADO, PUEDE MANTENERSE CONTINUAMENTE SU FUNCION DE ELIMINACION TERMICA.
Description
Disipador de calor para componentes
electrónicos.
La invención se refiere a un disipador de calor
para componentes electrónicos, especialmente a un disipador de
calor que puede acoplarse y montarse en la cara superior de un
componente, que recoge el calor perdido del componente y lo
desprende a través de superficies de refrigeración. Por lo general,
un disipador de calor de este tipo está en contacto con un difusor
de calor (heat slug) del componente.
Para el empleo seguro de componentes
semiconductores es imprescindible una buena disipación del calor.
Junto con crecientes densidades de potencia con componentes cada
vez más pequeños y una creciente potencia perdida resultante de
ello, se presenta la exigencia de disipadores de calor cada vez más
eficaces. Éstos deberían presentar una buena conductividad térmica
para la conducción interna del calor y una gran superficie para
disipar el calor hacia fuera. Además, la conducción de la potencia
perdida se realiza primero desde la carcasa semiconductora, pasando
por las superficies de contacto, al disipador de calor. Dentro del
disipador de calor se reparte el calor mediante la conducción del
calor. El desprendimiento del calor hacia fuera se produce mediante
radiación o convección.
En caso de superficies a refrigerar cada vez más
pequeñas con, al mismo tiempo, una alta potencia perdida a evacuar,
las irregularidades de las superficies a refrigerar repercuten de
forma crecientemente desfavorable en la transmisión del calor desde
el componente al disipador de calor. Estas irregularidades pueden
compensarse mediante el empleo de láminas conductoras del calor. Sin
embargo, esto significa un mayor gasto de material y mayores costes
de manipulación.
En el estado de la técnica se conocen las más
diversas configuraciones de disipadores de calor. Así, en la
publicación alemana para solicitud de información de patente DE 43
35 299, se propone un disipador de calor para combinarlo con una
carcasa semiconductora en la que dos lados opuestos pueden unirse
en forma de abrazaderas con una carcasa. El disipador de calor
presenta nervios refrigeradores y una superficie de contacto que
está en contacto con el componente electrónico, especialmente con
su cara superior, para la transmisión de calor.
Otras formas de disipadores de calor se conocen,
por ejemplo, a partir de la publicación alemana para solicitud de
información de patente DE 24 25 723 o de la solicitud japonesa de
patente Nº 64-23 11 04.
Las soluciones propuestas en el estado de la
técnica presentan las desventajas de ocupar demasiado espacio, ser
demasiado complicadas y, por tanto, demasiado caras, o bien muy
poco fiables, de manera que el efecto refrigerante se reduce o se
interrumpe en caso de una vibración.
La invención se basa en la tarea de disponer un
disipador de calor, rentable, que se centre por sí mismo, bien
fijado y, a pesar de ello, flexible, con una gran capacidad para
disipar el calor. La solución de esta tarea se realiza según las
características de la reivindicación 1.
Las configuraciones ventajosas pueden
desprenderse de las reivindicaciones dependientes.
La invención se basa en el conocimiento de que,
mediante una forma elástica de un disipador de calor, curvada en
forma de meandro, hecha de una tira de chapa, puede obtenerse la
colocación óptima de las superficies de contacto del disipador de
calor en el difusor de calor de un componente electrónico de
acuerdo con la actuación de las fuerzas ya que el disipador de calor
está bajo tensión previa. Además, unos rebordes y unas lengüetas en
la zona de las superficies de contacto del disipador de calor se
encargan de una colocación o centrado eficaz respecto al
componente. Con ello, el disipador de calor es elástico y puede
desviar determinados esfuerzos mecánicos, retomando, no obstante,
su posición original de tal manera que la disipación fiable del
calor está garantizada en todo momento. El espacio que ocupa un
disipador de calor en la vista en planta sólo es un poco más grande
que la superficie del componente que se va a refrigerar. El
disipador de calor puede construirse con cualquier altura para
ajustarse a la potencia de la disipación de calor. La solución según
la invención, en la que el disipador de calor se fabrica mediante
una pieza curvada estampada de una tira de chapa y se dobla en
forma de meandro, ofrece la posibilidad de disponer las
correspondientes superficies de contacto colocadas de forma precisa
en el componente, crear una tensión previa que actúa a través de
unas dobladuras correspondientes de tal manera que una unión por
encaje arrastra el disipador de calor con sus superficies de
contacto hacia el componente, y de que los rebordes y lengüetas
empleados para el centrado estén configurados de una pieza en la
tira, es decir, estampados y curvados de forma correspondiente.
A continuación, se describe un ejemplo de
realización mediante las figuras esquemáticas 1 a 5.
Las figuras 1 a 3 muestran el principio del
montaje del disipador de calor. En este caso, el disipador de calor
según la figura 1 está en estado de reposo, el de la figura 2, en
estado colocado pero no totalmente montado, y el correspondiente a
la figura 3, en estado totalmente montado.
La figura 4 muestra una representación de un
detalle de la unión por encaje, prevista en el componente por ambos
lados, entre el disipador de calor y el componente.
La figura 5 muestra la vista del disipador desde
abajo, teniendo en cuenta las piezas cubiertas, tales como las
superficies de contacto o los talones.
En las figuras 1 a 3, se muestra en cada caso, en
la vista lateral, un componente 9 electrónico con conexiones 13
eléctricas correspondientes junto con un disipador 1 de calor que
se encuentra encima de él. El componente 9 electrónico presenta un
denominado difusor de calor (heat slug). Éste puede estar presente
en toda la superficie de la cara superior del componente 9, en parte
de ésta o también en las zonas de los bordes, es decir, en las
superficies laterales del componente 9, o bien puede ser contactado
hacia fuera. El disipador 1 de calor está fabricado de una pieza
con todos los elementos que pueden observarse en las figuras 1 a 3.
Para ello, se estampan los contornos de los rebordes 6, las
lengüetas 7 y los talones 10 en una tira de chapa de latón. Al
doblarla, el disipador 1 de calor obtiene la forma de meandro
mostrada. Los rebordes 6 y las lengüetas 7 se doblan de forma
correspondiente al contorno superior del difusor 8 de calor, de
manera que sirven para el centrado o la colocación respecto al
difusor 8 de calor. Para que se centre por sí mismo al colocar el
disipador 1 de calor en un componente, los extremos de los rebordes
6 están doblados de forma correspondiente hacia fuera en forma de
embudo. Las lengüetas 7 limitan la zona lateral de colocación del
disipador 1 de calor en el componente 9. Para simplificar el
montaje, la separación de las lengüetas 7 es mayor que la anchura
correspondiente del componente 9.
En la figura 1, el disipador 1 de calor aún no
está colocado sobre el componente 9. En esta forma de realización,
los arcos 11 inferiores del meandro contienen las superficies 2 de
contacto que deben asentarse en el difusor 8 de calor. En este
caso, la forma de meandro se muestra mediante dobladuras que se
encuentran en torno a los 90º. Los arcos superiores exteriores del
meandro, tal como se muestra en la figura 1, están configurados
para garantizar de una forma sencilla la introducción de la fuerza
F de ensamblaje durante el montaje.
La tensión restante en el componente 9, después
de la formación de la unión por encaje entre el disipador 1 de
calor y el componente 9, provoca un apoyo seguro y un apretamiento
de las superficies 2 de contacto en el difusor 8 de calor.
Con las circunstancias descritas anteriormente,
provocadas por las dobladuras correspondientes, el disipador 1 de
calor puede colocarse en el componente, o en el difusor 8 de calor,
mediante las fuerzas F de ensamblaje, que actúan perpendicularmente
desde arriba. Además, las superficies 2 de contacto se apoyan
primero parcial o totalmente en la cara superior del componente. El
disipador 1 de calor se centra o coloca respecto al componente 9
mediante los rebordes 6. Las dos patas exteriores del disipador 1
de calor se presionan hacia fuera mediante los talones 10 guiados
hacia dentro y hacia arriba. En el estado correspondiente a la
figura 2, el disipador 1 de calor aún no está totalmente
montado.
La figura 3 muestra un sistema con un disipador 1
de calor totalmente montado en el componente 9. Las superficies 2
de contacto se asientan totalmente en la cara superior del
componente 9. Los rebordes 6 se colocan en el borde de la parte
superior del componente 9. Encajando los talones 10, por ejemplo, en
una escotadura del componente 9 o del difusor 8 de calor, puede
retenerse el disipador 1 de calor. Además, sin embargo, permanece
bajo tensión previa. Con ello, las superficies de contacto se
aprietan contra el difusor 8 de calor de forma fiable.
La figura 4 muestra cómo un talón 10 se encaja,
por ejemplo, en una escotadura del componente 9 electrónico.
La figura 5 muestra una vista desde abajo del
disipador de calor. Pueden observarse los extremos doblados hacia
fuera de los rebordes 6, al igual que las lengüetas 7. Las
superficies 2 de contacto aparecen en sus representaciones
esquemáticas como rectángulos. La dirección longitudinal 5 del
disipador 1 se muestra mediante una flecha doble. La anchura de la
tira de chapa de latón se obtiene aproximadamente de la anchura del
componente 9, de la distancia en cada caso entre el componente y
las lengüetas 7 y del doble de la anchura de las lengüetas 7.
Gracias a la configuración estructural en forma
de meandro, el disipador 1 de calor tiene la elasticidad
longitudinal necesaria. Esto es necesario para montarlo en el
componente 9. Los rebordes 6 del disipador de calor lo centran en
el componente 9 en cualquier momento. Además, gracias a este
centrado, las superficies de contacto se colocan en relación con las
superficies de contacto del difusor 8 de calor. Esto es válido
tanto para el montaje, como también para un nuevo centrado tras la
actuación de fuerzas exteriores en el disipador en el estado
montado.
Si el disipador 1 de calor está apoyado, pero aún
no está montado mediante la unión por encaje, entonces los bordes 3
internos de las superficies 2 de contacto se asientan primero
solos. Los bordes 4 externos de las superficies 2 de contacto están
muy poco separados del difusor 8 de calor en este estado.
Estableciendo la unión por encaje mediante los talones 10 del
disipador 1 de calor, también se arrastran los bordes 4 externos de
las superficies 2 de contacto del disipador 1 de calor sobre el
difusor 8 de calor. Con ello, se genera un contacto fiable para la
disipación del calor.
Otras ventajas del disipador de calor consisten
en que, por ejemplo, puede presentarse para el montaje de
diferentes formas. Esto puede ser, por ejemplo, en depósitos en
barra, o en bobinas, de modo que en este caso el disipador de calor
debe estamparse directamente antes del montaje.
Otra ventaja consiste en que aún puede verse o
leerse el código de fecha del circuito integrado del dispositivo de
montaje superficial de potencia cuando el disipador 1 de calor se
encuentra en el componente 9. Esto es posible debido a la
configuración en forma de meandro del disipador 1 de calor. Además,
la leyenda del componente y la configuración del disipador de calor
se adaptan la una a la otra, de manera que la leyenda se encuentra
entre dos arcos 11 inferiores del meandro.
Otra ventaja del disipador de calor según la
invención consiste en la capacidad automática de montaje y
desmontaje. El disipador de calor también puede montarse y
desmontarse manualmente, es decir, sin herramientas, porque las
fuerzas de ensamblaje son relativamente pequeñas.
La elasticidad del disipador 1 de calor también
se mantiene cuando pasa por procesos de tratamiento térmico en el
estado montado. Debido a las fuerzas F de ensamblaje relativamente
pequeñas, no se dañan ni el componente 9, ni sus elementos 13
eléctricos de conexión.
Los choques con el disipador 1 de calor no
conducen inmediatamente a un daño del sistema ya que el disipador
de calor puede desviarse debido a su elasticidad longitudinal. Con
ello, los puntos de soldadura, con los que el componente 9 está
sujeto, por ejemplo, a una placa de circuitos impresos, se someten a
menos esfuerzos que si el disipador 1 de calor estuviera pegado o
soldado.
Además de la elasticidad longitudinal en la
dirección longitudinal 5 del disipador 1 de calor, el disipador 1
de calor también puede absorber o amortiguar las acciones mecánicas
en direcciones que discurren transversalmente a la dirección
longitudinal 5 debido a las lengüetas 7 configuradas
lateralmente.
Claims (3)
1. Disipador de calor adaptado a un componente,
estando sujeto el disipador de calor con una unión por encaje a un
componente (9) electrónico, dotado de un difusor (8) de calor, para
el contacto, como mínimo parcial, con una superficie (2) de
contacto en el difusor (8) de calor del componente (9) electrónico
para la disipación de calor hacia fuera mediante superficies de
refrigeración del disipador (1) de calor en el caso de una unión
por encaje establecida entre el disipador (1) de calor y un
componente (9), compuesto de una tira metálica doblada en forma de
meandro con como mínimo un arco (11) inferior del meandro adyacente
al difusor (8) de calor, que representa como mínimo una superficie
(2) de contacto, y con como mínimo un arco (12) superior del
meandro opuesto al arco (11) inferior del meandro, los cuales están
orientados apartándose del difusor (8) de calor, de modo que en el
disipador (1) de calor, en la zona de como mínimo un arco (11)
inferior del meandro, están configurados rebordes (6) y lengüetas
(7) para colocar el disipador (1) de calor respecto al componente
(9) de tal manera que se ajustan al contorno superior del
componente (9), de manera que actúan conjuntamente con éste en la
unión por encaje establecida, de modo que los dos extremos
exteriores inferiores del disipador (1) de calor están dotados de
talones (10) doblados hacia dentro y hacia arriba y, con la unión
por encaje establecida, los extremos se extienden, lateralmente al
componente (9), hacia abajo hasta un canto inferior o escotadura en
el componente (9), de modo que el disipador (1) de calor, con la
unión por encaje establecida, se dispone, con como mínimo una
superficie (2) de contacto, parcial o completamente en el difusor
(8) de calor, de modo que los talones (10) del disipador se agarran
en la cara inferior del componente (9) o en la cara inferior de una
escotadura en el disipador (1) de calor y, con la unión por encaje
establecida, la deformación como mínimo de los arcos (12)
superiores exteriores del meandro sirve para apretar la como mínimo
una superficie (2) de contacto inferior contra el difusor (8) de
calor, de manera que el disipador (1) de calor en sí está montado
centrado y firme frente al desprendimiento y al desplazamiento.
2. Disipador de calor según la reivindicación 1,
en el que el disipador (1) de calor está compuesto de una tira de
chapa de latón.
3. Disipador de calor según la reivindicación 1 ó
2, en el que la tira doblada en forma de meandro, utilizada para
fabricar el disipador (1) de calor, presenta dobladuras de
aproximadamente 90º en los arcos del meandro con la unión por
encaje establecida.
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