ES2241647T3 - Ensamblaje electronico que comprende una placa de soporte que constituye un disipador termico. - Google Patents
Ensamblaje electronico que comprende una placa de soporte que constituye un disipador termico.Info
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Abstract
Ensamblaje soportado sobre una base que forma un radiador o apropiado para ser aplicado sobre una base de este tipo, que comprende una tarjeta (1) de circuito impreso que presenta en su espesor una pluralidad de orificios (5) destinados a asegurar una transferencia de calor entre una cara de dicha tarjeta (1) de circuito impreso que soporta uno o varios componentes electrónicos (2) rodeados cada uno por una caja y la base (3) que forma el radiador, comprendiendo el ensamblaje una pluralidad de bornes (4a) realizados en un material que es conductor térmico y que atraviesan la tarjeta (1) de circuito impreso sustancialmente en todo su espesor siendo recibidos en los orificios (5) que ésta presenta, para asegurar una transferencia de calor entre una cara de la tarjeta (1) de circuito impreso que soporta uno o varios componentes (2) y la base, los bornes (4a) están realizados de una pieza con una placa (4) denominada placa de soporte que los soporta, caracterizado porque la placa de soporte (4)está interpuesta entre la tarjeta (1) de circuito impreso y la base.
Description
Ensamblaje electrónico que comprende una placa de
soporte que constituye un disipador térmico.
La presente invención se refiere a un ensamblaje
del tipo que comprende una tarjeta de circuito impreso y una placa
de soporte que constituye un disipador térmico, dispuestos sobre
una base formando un radiador.
De forma clásica, en un ensamblaje de este tipo,
la tarjeta del circuito impreso es, como se ha ilustrado en la
figura 1, una tarjeta de doble cara que presenta unos orificios
metalizados TM.
Estos orificios metalizados TM constituyen lo que
se denominan unas "vías térmicas" que, además de la
interconexión eléctrica entre los dos lados del sustrato, permiten
una transferencia de calor entre la base y los componentes
disipadores térmicos soportados por la tarjeta.
Sin embargo, la transferencia de calor que estos
orificios permiten realizar es pequeña. En efecto, aunque la
conductividad térmica del cobre sea aproximadamente 1000 veces
superior a la de los materiales epoxi con los que se realizan los
sustratos de las tarjetas de circuitos impresos, siendo el espesor
de las capas de cobre depositadas sobre las paredes de los orificios
que atraviesan los sustratos muy pequeño (del orden de 30 \mum),
la transferencia de calor es
\hbox{pequeña.}
El documento US-5.646.826 propone
en un ensamblaje componente(s) sobre una tarjeta de circuito
impreso que presenta unas vías térmicas, aumentar la capacidad de
transferencia de calor de estos orificios inyectándoles un material
cuyas propiedades de disipación térmica son superiores a las de la
tarjeta de circuito impreso que forma el sustrato. Las soluciones
de inyección de este tipo son por lo general costosas y precisan el
empleo de un utillaje específico e importante.
El documento
DE-A-196 01 649 propone, en un
ensamblaje de componente(s) sobre una tarjeta de circuito
impreso, reemplazar una parte de la tarjeta de circuito impreso por
una pieza metálica maciza más conductora que la tarjeta de circuito
impreso. El uso de una pieza metálica maciza provoca problemas de
planeidad del ensamblaje y ejerce unas tensiones laterales
importantes sobre la tarjeta de circuito impreso.
Las soluciones aplicadas en la técnica anterior
adolecen de numerosos inconvenientes que se deben paliar.
Así, un objetivo de la invención es proponer un
ensamblaje con disipador térmico que permita una mejor transferencia
de calor entre la base metálica de las cajas de los componentes de
potencias soportados por la tarjeta de circuito impreso y la base
por medio de un disipador térmico que permite un mejor enfriado o
una mejor disipación térmica de la tarjeta electrónica.
Con este fin, la invención propone un ensamblaje
dispuesto sobre una base que forma un radiador o apropiado para ser
aplicado sobre dicha base, que comprende una tarjeta de circuito
impreso que presenta en su espesor una pluralidad de orificios
destinados a asegurar una transferencia de calor entre una cara de
dicha tarjeta de circuito impreso que soporta uno o varios
componentes electrónicos rodeados cada uno por una caja y formando
la base el radiador, comprendiendo el ensamblaje una pluralidad de
bornes realizados en un material que es un conductor térmico y que
atraviesan la tarjeta de circuito impreso sustancialmente en todo
sus espesor siendo recibidos en los orificios que ésta presenta,
para asegurar una transferencia de calor entre un cara del tarjeta
de circuito impreso que soporta uno o varios componentes y la base,
los bornes (4a) están realizados de una pieza con una placa (4)
denominada placa de soporte que los soporta, caracterizado porque
la placa de soporte (4) está interpuesta entre la tarjeta (1) de
circuito impreso y la base.
La invención se completará ventajosamente por las
siguientes características diferentes, tomadas solas o según todas
sus combinaciones posibles:
- -
- la placa de soporte está realizada en un material idéntico al de una base del fondo de una caja de componente o en un material con un coeficiente de dilatación y/o de conductividad térmica equivalentes;
- -
- el ensamblaje comprende una junta térmica dúctil por la que está en contacto con la base;
- -
- unos bornes están soportados directamente por la caja de componente electrónico y están en contacto con la base por medio de una junta dúctil térmica;
- -
- la placa de soporte comprende unos medios complementarios apropiados para asegurar su fijación mecánica con la tarjeta;
- -
- los medios complementarios de sujeción son unos tetones soportados por la placa de soporte;
- -
- la placa de soporte (4) y los bornes (4a) son soldados con estaño sobre la tarjeta para permitir una expansión de la disipación térmica; y
- -
- la placa de soporte presenta unos orificios pasantes para permitir evacuar el aire residual que pueda quedar eventualmente aprisionado en la soldadura.
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la siguiente
descripción que es puramente ilustrativa y no limitativa y que debe
ser leída haciendo referencia a los dibujos anexos, en los que:
- la figura 1, ya analizada, ilustra una
estructura de un tarjeta de circuito impreso que presenta unos
orificios (metalizados o no) de acuerdo con un modo de realización
conocido en el estado de la técnica;
- la figura 2 es una representación esquemática
en sección de un ensamblaje de acuerdo con un modo de realización
posible de la invención;
- la figura 3 es una representación esquemática
en sección de un ensamblaje de acuerdo con un modo posible de
realización de la invención que integra unos medios de sujeción
entre la placa de soporte y la tarjeta de circuito impreso; y
- las figuras 4 a y 4b son unas representaciones
esquemáticas en sección de un ensamblaje de acuerdo con otro modo de
realización posible de la invención.
El ensamblaje ilustrado en la figura 2 comprende
una tarjeta 1 de circuito impreso sobre la que están montados una o
varias cajas de componentes 2 electrónicos para el montaje
superficial. Estas cajas de componente presentan en su fondo frente
a la tarjeta de circuito impreso, una base metálica. El ensamblaje
comprende también una pieza 3 que es una base que forma el
radiador, que está destinada a disipar el calor generado por la
tarjeta 1 y el o los componentes 2.
Una placa de soporte 4 de un material fuertemente
conductor está interpuesta entre la tarjeta 1 y la base que forma el
radiador.
Esta placa de soporte 4 presenta una pluralidad
de bornes 4a que se extienden formando resalte con respecto a su
cara que está directamente frente a la tarjeta 1 y que atraviesan
dicha tarjeta 1 sobre sustancialmente todo su espesor, a nivel de
unos orificios pasantes 5 que ésta presenta.
Por "bornes", se entiende aquí y a lo largo
del presente texto, unos elementos que son independientes de la
tarjeta 1 y que son en particular distintos de una capa metalizada
que esta tarjeta 1 podría presentar, en particular a nivel de sus
orificios pasantes 5.
La placa de soporte 4 preferentemente está
realizada en un material idéntico al de la base del fondo de la
caja de componente 2 o en un material cuyo coeficiente de
dilatación térmica y cuya conductividad térmica sean próximos a los
de la base del fondo de la caja. Así, la placa de soporte estará
realizada preferentemente en cobre.
Para favorecer el contacto entre la placa de
soporte 4 y la base 3, se inserta entre estas dos piezas una junta
térmica 6 dúctil. Esta junta permite aumentar la disipación
térmica.
La o las cajas de componentes CMS 2 están por
ejemplo soldadas con estaño sobre la tarjeta 1 y sobre las
extremidades de los bornes 4a. La placa de soporte 4 puede también
ser soldada con estaño con la tarjeta 1 de circuito impreso.
Esta etapa de soldadura con estaño puede ser
realizada directamente en una etapa pero puede ser deseable por
cuestiones de manipulación de las piezas en el momento de realizar
el ensamblaje realizar la soldadura en dos etapas. Así, en una
primera etapa, se suelda con estaño la placa de soporte 4 sobre la
tarjeta de circuito impreso 1 y a continuación en una segunda
etapa, la o las cajas de componentes 2 sobre la tarjeta de circuito
impreso 1.
La placa de soporte 4 y los bornes 4a son
soldados con estaño sobre la tarjeta de circuito impreso para
obtener una mayor disipación térmica. En efecto, aumentando el
contacto, mediante la soldadura con estaño, se optimiza la
transferencia de energía hacia la base 3 y se extiende lo mejor
posible la disipación térmica. Pero, también se puede utilizar un
procedimiento de encolado para realizar estos ensamblajes.
La base 3 que forma el radiador es por ejemplo
una pieza de aluminio recubierta con una capa de aislante
térmico.
Con una estructura de este tipo, se acrecienta en
gran manera la cantidad de material conductor del calor a través del
sustrato de la tarjeta 1. Entonces se aumenta de forma muy
importante la transferencia de calor entre la cara superior de la
tarjeta 1 y la base 3 que forma el radiador.
Obviamente, los bornes 4a son preferentemente
unos elementos macizos, de manera que aseguran una transferencia
térmica lo más importante posible.
Ventajosamente, esta solución permite considerar
la placa de soporte 4 como un "componente" completo que se
coloca en el momento de la realización del ensamblaje según la
invención.
El diámetro de los orificios TM, metalizados o
no, realizados en la tarjeta de circuito impreso 1 está comprendido
entre 0,4 y 1 mm de media. Entonces es posible, conociendo el
tamaño de las cajas de componentes de potencia, estimar de manera
aproximada el número de bornes presentes bajo cada caja de
componente. El número de bornes presentes bajo cada caja de
componente varía entre 10 y 20 según el tamaño de la caja de
componente. Este número de bornes es importante y permite mejorar,
efectivamente, de manera importante la disipación térmica del calor
producido por el componente de potencia.
La figura 3 presenta un ensamblaje según la
invención que comprende un ejemplo de unos medios complementarios de
sujeción de la placa de soporte 4 sobre la tarjeta de circuito
impreso 1.
La placa de soporte 4 comprende, además de los
bornes 4a, unos medios que aseguran su sujeción mecánica con
respecto a la tarjeta de circuito impreso 1. Estos medios
complementarios son por ejemplo unos medios de enclavamiento
elásticos ("clips") o unos tetones que se insertan a la
fuerza.
La figura 3 presenta una placa de soporte 4 que
comprende unos tetones 4b, de forma generalmente cónica, para
permitir una inserción a la fuerza de los tetones 4b en unos
orificios realizados en el tarjeta de circuito impreso 1, de manera
que realizan una sujeción de la tarjeta de circuito impreso 1 con
respecto a la placa de soporte 4 sea cual sea la manipulación que se
realice del conjunto.
La placa de soporte 4 presenta asimismo unos
orificios pasantes 4c en ciertos puntos para permitir evacuar el
aire residual que podría encontrarse aprisionado en la soldadura de
estaño bajo el componente de potencia.
La tarjeta 1, la placa de soporte 4 y la base 3
que forma el radiador son ensamblados a continuación por prensado en
frío y engastado, o mediante cualquier otra técnica (atornillado,
muelle de apoyo) que permita asegurar el prensado mecánico del
conjunto. Se puede realizar ventajosamente este ensamblaje sobre
una base estructurada que presentase dos niveles, uno más en hueco
para recibir la placa de soporte 4, el otro menos hueco, con un
espesor igual al de la placa de soporte 4, sobre la que descansa el
circuito impreso y sobre la que se realiza el engastado del
conjunto.
El ensamblaje según la invención permite respetar
las condiciones de dilatación de los diferentes elementos unos con
respecto a los otros y asegura una planeidad del conjunto gracias a
la presencia de una superficie de referencia sobre la placa de
soporte (4).
Como variante, se puede prever que uno o unos
bornes térmicos sean soportados directamente por los componentes CMS
2, en vez de ser soportados por una placa de soporte metálica
independiente.
Es lo que ilustran las figuras 4 a y 4b.
La tarjeta de circuito impreso 1 está aplicada
sobre la base 3 por medio de una junta dúctil térmica 6 y soporta
los componentes 2 sobre su cara opuesta a la junta 6 y a la base
3.
En esta configuración, la junta térmica dúctil 6
está interpuesta entre la tarjeta 1 y la base 3, estando uno o unos
bornes soportados por los componentes 2 en contacto con la base 3
por medio de dicha junta térmica 6.
Es posible mejorar aún la disipación térmica
combinando la utilización de la caja de componentes 2 que posee
unos bornes y de una placa de soporte 4 que presenta unos bornes 4a
como lo muestra la
\hbox{figura 4b.}
Claims (12)
1. Ensamblaje soportado sobre una base que forma
un radiador o apropiado para ser aplicado sobre una base de este
tipo, que comprende una tarjeta (1) de circuito impreso que
presenta en su espesor una pluralidad de orificios (5) destinados a
asegurar una transferencia de calor entre una cara de dicha tarjeta
(1) de circuito impreso que soporta uno o varios componentes
electrónicos (2) rodeados cada uno por una caja y la base (3) que
forma el radiador, comprendiendo el ensamblaje una pluralidad de
bornes (4a) realizados en un material que es conductor térmico y
que atraviesan la tarjeta (1) de circuito impreso sustancialmente
en todo su espesor siendo recibidos en los orificios (5) que ésta
presenta, para asegurar una transferencia de calor entre una cara de
la tarjeta (1) de circuito impreso que soporta uno o varios
componentes (2) y la base, los bornes (4a) están realizados de una
pieza con una placa (4) denominada placa de soporte que los
soporta, caracterizado porque la placa de soporte (4) está
interpuesta entre la tarjeta (1) de circuito impreso y la base.
2. Ensamblaje según la reivindicación 1,
caracterizado porque la placa de soporte (4) está realizada
en un material idéntico al de la base del fondo de la caja de
componente (2) o en un material con un coeficiente de dilatación y/o
de conductividad eléctrica próximo.
3. Ensamblaje según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende una junta térmica dúctil (6)
por la que está en contacto con la base (3).
4. Ensamblaje según la reivindicación 2,
caracterizado porque unos bornes son soportados directamente
por la caja de componente electrónico (2) y están en contacto con la
base (3) por medio de una junta dúctil (6).
5. Ensamblaje según la reivindicación 1,
caracterizado porque la placa de soporte (4) comprende unos
medios complementarios apropiados para asegurar su sujeción mecánica
con la tarjeta (1).
6. Ensamblaje según la reivindicación 5,
caracterizado porque los medios complementarios de sujeción
son unos tetones (4b) soportados por la placa de soporte (4) que se
insertan a la fuerza en unos orificios que presenta la tarjeta de
circuito impreso (1).
7. Ensamblaje según la reivindicación 1,
caracterizado porque la placa de soporte (4) y los bornes
(4a) están soldados con estaño sobre la tarjeta de circuito impreso
(1) para permitir una expansión de la disipación térmica.
8. Ensamblaje según la reivindicación 1 y 7
tomadas en combinación, caracterizado porque la placa de
soporte (4) presenta unos orificios pasantes (4c) para permitir
evacuar el aire residual que eventualmente pueda que dar
aprisionado en la soldadura de estaño.
9. Ensamblaje según la reivindicación 2,
caracterizado porque la caja de componente (2) está soldada
sobre la tarjeta (1) de circuito impreso y los bornes (4a).
10. Ensamblaje según la reivindicación 9,
caracterizado porque la caja de componente (2) está soldada
con estaño sobre la tarjeta (1) de circuito impreso y los bornes
(4a).
11. Ensamblaje según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
orificios (5) tienen un diámetro comprendido entre 0,4 mm y 1 mm de
media.
12. Ensamblaje según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la caja de
componente (2) es una caja de componente de potencia de montaje
superficial.
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