ITBO20010257A1 - Dissipatore di calore per componenti elettronici - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

DISSIPATORE DI CALORE PER COMPONENTI ELETTRO-NICI.

La presente invenzione concerne un dissipatore di calore per componenti elettronici e un procedimento per la realizzazione del dissipatore stesso.

I dissipatori di calore permettono di disperdere il calore che si produce durante il funzionamento dei circuiti o componenti elettronici e comprendono un elemento di dissipazione costituito generalmente da un corpo centrale, associato al componente elettronico, il quale è provvisto di una pluralità di alette di dissipazione.

Sono noti dissipatori di calore cosiddetti “attivi”, i quali presentano un ventilatore, disposto in prossimità dell’elemento di dissipazione, il quale permette di convogliare aria diretta verso l’elemento stesso per raffreddarlo. Tramite il ventilatore il raffreddamento avviene per convezione forzata e quindi con maggiore velocità.

ln tali dissipatori di calore, la conformazione degli elementi di dissipazione, e in particolare delle alette, può variare a seconda della quantità di calore da dissipare e delle dimensioni del circuito elettronico a cui il dissipatore è applicato.

Una volta definita la conformazione dell’elemento di dissipazione, sono note diverse tecnologie per la realizzazione dell’elemento stesso.

Esistono ad esempio dissipatori in alluminio realizzati per estrusione e presentanti una pluralità di alette opportunamente tagliate, oppure realizzati partendo da stampaggio di lamiere.

Sono noti inoltre dissipatori realizzati per stampaggio e sinterizzazioni di polveri metalliche.

Sono altresì noti dissipatori in cui le alette, eventualmente forate, vengono incollate o brasate su piastra.

La realizzazione di dissipatori di calore di questo tipo presenta una notevole complessità e comporta quindi un costo elevato.

Inoltre, ogni dissipatore di calore deve essere conformato in funzione di un particolàre circuito elettronico, e deve inoltre essere posizionato rispetto al ventilatore in modo da assicurare un determinato scambio di calore. Tuttavia il dissipatore, in particolare se prodotto in serie, non sempre può essere adattato al circuito in modo tale da garantire un’ottimale prestazione termica.

Lo scopo della presente invenzione è pertanto quello di eliminare gli inconvenienti ora menzionati.

In particolare, scopo della presente invenzione è quello di fornire un dissipatore di calore che permetta uno scambio termico efficace e che sia di costo contenuto.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un dissipatore di calore che sia di semplice realizzazione e che possa essere prodotto in serie senza limitare le prestazioni termiche.

Questi scopi ed altri ancora che meglio appariranno nella descrizione che segue vengono raggiunti in accordo con la presente invenzione da dissipatore di calore per componenti elettronici come definito nelle allegate rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche tecniche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui:

la figura 1 illustra una prima forma realizzativa preferita del dissipatore di calore secondo la presente invenzione in una vista prospettica, in cui i mezzi di dissipazione sono costituiti da una lastra di dissipazione avvolta a spirale rettangolare e i mezzi di ventilazione sono disposti all’interno della spirale;

la figura 2 illustra una seconda forma realizzativa preferita dei mezzi di dissipazione di calore del dissipatore in una vista prospettica, in cui la lastra di dissipazione è avvolta a spirale circolare;

la figura 3 illustra una terza forma realizzativa preferita dei mezzi di dissipazione di calore del dissipatore in una vista prospettica, costituiti da una pluralità di lastre disposte in successione e definente una conformazione a spirale ;

la figura 4 illustra una quarta forma realizzativa preferita dei mezzi di dissipazione di calore in una vista prospettica, costituiti da una pluralità di lastra ripiegate e disposte in modo concentrico;

la figura 5 illustra il dissipatore di calore di figura 1 in una vista frontale;

la figura 6 illustra il dissipatore di calore di figura 1 in una vista dall’alto;

la figura 7 illustra il dissipatore di calore di figura 1 in una sezione trasversale secondo la linea V-V di figura 4;

- la figura 8 illustra il dissipatore di calore secondo la presente invenzione in una vista prospettica in una forma alternativa di realizzazione in cui i mezzi di ventilazione sono disposti superiormente rispetto ai mezzi di dissipazione;

la figura 9 illustra il dissipatore di calore di figura 8 in una vista dall’alto;

la figura 10 illustra il dissipatore di calore di figura 8 in una sezione trasversale secondo la linea VIII-VIII di figura 9;

la figura 1 1 illustra il dissipatore di calore secondo la presente invenzione in una vista prospettica in una ulteriore forma realizzativa in cui i mezzi di ventilazione sono costituiti da due ventilatori.

Conformemente alle figure dei disegni allegati, con 1 è indicato un dissipatore di calore per componenti elettronici.

Il dissipatore 1 comprende mezzi di dissipazione 3 del calore i quali sono connessi ad almeno un componente elettronico 5 il quale durante il funzionamento può generare una certa quantità di calore.

Il dissipatore 1 è dotato inoltre di mezzi di ventilazione 7 i quali forniscono aria ai mezzi di dissipazione 3 per il raffreddamento degli stessi.

Secondo la presente invenzione, i mezzi di dissipazione 3 comprendono almeno una lastra 9 termicamente conduttiva, provvista di una pluralità di aperture 11 , la quale è associabile al componente elettronico 5.

La lastra 9 è associata, ad esempio per brasatura, ad una base 19 anche essa termicamente conduttiva, la quale viene disposta a contatto e collegata al componente elettronico 5 da cui deve essere asportato il calore.

La lastra 9 viene associata alla base 19, realizzata ad esempio in forma di piastra, lungo una faccia 13 definente lo spessore s della lastra 9 stessa, in modo tale che la superficie di scambio termico comprenda tutta la superficie laterale della lastra 9 stessa.

Vantaggiosamente, la lastra 9 metallica è costituita da una rete metallica (figure 2 e 4) o da una lamiera stirata o forata presentante un reticolo di aperture romboidali (figura 1 ), o circolari (figura 2) o di qualsiasi altra forma opportuna (figura 11 ).

Secondo la presente invenzione, la lamiera 9 è sagomata in modo da definire almeno un canale 15 di passaggio per l'aria fornita dai mezzi di ventilazione 7.

Secondo una prima forma preferita di realizzazione illustrata in figura 1 , la lamiera 9 si estende in una direzione longitudinale per una determinata lunghezza ed è ripiegata rispetto all’estensione longitudinaie in modo da definire una successione di porzioni 17 di lastra contigue aventi tra loro un angolo predeterminato.

Come rilevabile dalla figura 1 , la lamiera 9 viene ripiegata in modo che la larghezza di ciascuna porzione 17 decresca da una porzione 17' a quella contigua 17" in modo tale che la successione di porzioni 17 di lastra presenti una conformazione a spirale in cui due porzioni 17', 17"’ non contigue definiscono il suddetto canale 15 di passaggio di aria.

In conformità con una seconda forma realizzativa preferita dei mezzi di dissipazione 3, illustrata in figura 2, la lamiera 9 è avvolta in modo da definire una configurazione a spirale circolare senza spigoli vivi atta a delimitare un canale 15 di passaggio di aria.

Secondo una terza forma di realizzazione preferita, illustrata in figura 3, i mezzi di dissipazione 3 comprendono una pluralità di lastre 9i disposte in successione e accostate in modo da definire il canale 15 di passaggio per l'aria convogliata dai mezzi di ventilazione 7.

Le lastre 9i', 9i” contigue sono disposte l’una rispetto all’altra in modo da formare un determinato angolo, ad esempio in figura 3 sono disposte perpendicolarmente, e presentano un larghezza decrescente in modo da definire una struttura a spirale in cui due lastre 9i’, 9Γ, non contigue, accostate, delimitano il canale 15 di passaggio dell’aria di raffreddamento.

In figura 4 è illustrata una quarta forma realizzativa preferita dei mezzi di dissipazione 3, i quali comprendono una pluralità di lastre 9' ripiegate secondo diverse geometrie (quadrate, circolari o rettangolari, come in figura 4), e disposte sostanzialmente concentriche in modo da definire canali 15 di passaggio dell'aria.

Secondo la presente invenzione, i mezzi di ventilazione 7 sono costituiti da almeno un ventilatore 21 avente asse 23 sostanzialmente parallelo al piano 25 di ciascuna lastra 9i, 9' o porzione 17 di lastra.

Secondo una prima forma di realizzazione, come illustrato in particolare nelle figure 5-7, il ventilatore 21 è disposto ad una distanza d dal componente elettronico 5 inferiore all’altezza h della lastra 9.

In sostanza, il ventilatore 21 è disposto all’interno della spirale in una posizione intermedia rispetto all’altezza h della lastra 9 stessa.

In questo modo, l’aria viene convogliata dal ventilatore 21 secondo la direzione radiale R verso le porzioni 17 di lastra più interne della spirale e verso l’ingresso 27 del canale 15 di passaggio definito dalla spirale stessa.

L'aria quindi si trasmette sia lungo il canale 15 di passaggio secondo la direzione L sia radialmente secondo la direzione R attraversando le aperture 11 ricavate nella lastra 9 (figura 6 e 7).

Tale trasmissióne deH’aria in diverse direzioni genera l’instaurarsi di un modo turbolento che consente uno scambio termico più rapido e quindi un raffreddamento più efficace della lastra.

Secondo una seconda forma di realizzazione illustrata nelle figure 8-10, il ventilatore 21 è disposto una distanza d dal componente elettronico 5 maggiore dell’altezza h della lastra 9.

In questa realizzazione, l’aria viene convogliata dal ventilatore 21 direttamente nella direzione Z verso la piastra 19 di base a contatto con il componente elettronico 5 da cui si genera calore.

L’aria quindi passa sul piano 25 delle porzioni 17 di lastra, raffreddandole, e, attraverso le aperture 11 , viene in parte trasmessa all’interno del canale 15 e in direzione radiale favorendo il moto convettivo e di conseguenza lo scambio termico (figura 10).

In figura 11 è illustrata una ulteriore forma realizzativa in cui i mezzi di ventilazione 7 comprendono due ventilatori 21 , 21' disposti all’esterno della configurazione a spirale.

Secondo la presente invenzione, viene altresì fornito un procedimento di realizzazione di un dissipatore di calore 1 comprendente le fasi di realizzare almeno una lastra 9 termicamente conduttiva provvista di una pluralità di aperture 11 ed unire la suddetta lastra 9 una base 19 termicamente conduttiva, ad esempio a forma di piastra, la quale è associabile ad almeno un componente elettronico 5. La lastra 9 può essere unita alla piastra di base 19 ad esempio mediante brasatura.

Prima di essere associata alla piastra di base 19, la lastra 9 viene sagomata in modo da definire almeno un canale 15 di passaggio di aria di raffreddamento.

Vantaggiosamente, la lastra 9 viene sagomata a spirale.

Tale configurazione a spirale è ottenuta, secondo una prima forma di realizzazione del procedimento, ripiegando una lastra 9 continua in modo circolare oppure in modo da definire una successione di porzioni 17 di lastra contigue che formano tra loro un angolo predeterminato.

Secondo una seconda forma di realizzazione del procedimento, vengono accostate una pluralità di lastre 9i disposte in successione e accostate in modo da definire una configurazione a spirale delimitante il canale 15 di passaggio di aria di raffreddamento.

Secondo una ulteriore forma di realizzazione del procedimento, vengono prima ripiegate lastre 9' a formare geometrie chiuse e successivamente le lastre 9' vengono disposte in modo sostanzialmente concentrico per definire i canali 15 di passaggio di aria di raffreddamento.

Il dissipatore di calore secondo la presente invenzione risulta essere di semplice realizzazione in quanto non richiede lavorazioni particolari per ottenere determinate conformazioni ottimali. E’ infatti sufficiente realizzare una lamiera stirata o forata in modo uniforme e applicaria alla base termicamente conduttiva dopo averla opportunamente ripiegata. La lamiera può quindi essere adattata facilmente a circuiti di dimensioni diverse e che generano diverse quantità di calore, eliminando la necessità di realizzare un elemento di dissipazione differente per ogni circuito. Inoltre, grazie alla possibilità di adattare facilmente la lamiera, si può ottimizzare lo scambio termico qualsiasi sia la configurazione del circuito elettronico. E’ quindi possibile realizzare una produzione in serie del dissipatore, con conseguente limitazione dei costi, senza diminuire le prestazioni termiche del dissipatore stesso. Inoltre, la conformazione a spirale, o a geometria concentrica, unita alle aperture provviste nella lastra consente uno sfruttamento ottimale dello scambio termico per convezione forzata, utilizzando un ventilatore sia assiale che radiale. In particolare, nel caso di impiego di un ventilatore radiale, la conformazione a spirale permette il posizionamento del ventilatore all'interno dell'elemento di dissipazione costituito dalla lastra ripiegata, diminuendo l’ingombro.

Claims (22)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dissipatore di calore per componenti elettronici, comprendente mezzi di dissipazione (3) del calore connessi ad almeno un componente elettronico (5) e mezzi di ventilazione (7) per fornire aria a detti mezzi di dissipazione (3) del calore, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di dissipazione (3) comprendono almeno una lastra (9) termicamente conduttiva provvista di una pluralità di aperture (11) e associabile a detto componente elettronico (5).
2. 2. Dissipatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta lastra (9) è associata ad una base (19) termicamente conduttiva collegabile a detto componente elettronico (5).
3. 3. Dissipatore secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta lastra (9) metallica è sagomata in modo da definire almeno un canale (15) di passaggio per l'aria fornita da detti mezzi di ventilazione (7).
4. 4. Dissipatore secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detta lastra (9) metallica presenta una conformazione a spirale.
5. 5. Dissipatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta lastra (9) metallica è ripiegata in modo da definire una successione di porzioni (17) di lastra contigue aventi tra loro un angolo predeterminato.
6. 6. Dissipatore secondo la rivendicazione 1 , 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di dissipazione (3) comprendono una pluralità di lastre (9i) disposte in successione e definenti una conformazione a spirale.
7. 7. Dissipatore secondo la rivendicazione 1 , 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di dissipazione (3) comprendono una pluralità di lastre (9') ripiegate disposte sostanzialmente concentriche.
8. 8. Dissipatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di ventilazione (7) sono costituiti da almeno un ventilatore (21) avente asse (23) sostanzialmente parallelo al piano (25) di ciascuna lastra (9, 9i, 9').
9. 9. Dissipatore secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto ventilatore (21) è disposto ad una distanza (d) da detto componente elettronico (5) maggiore dell’altezza (h) di ciascuna lastra (9, 9i, 9').
10. 10. Dissipatore secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto ventilatore (21) è disposto ad una distanza (d) da detto componente elettronico (5) minore dell’altezza (h) di ciascuna lastra (9, 9i, 9·).
11. 11. Dissipatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta lastra (9, 9i, 9') è costituita da una rete metallica.
12. 12. Dissipatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta lastra (9, 9i, 9') è costituita da una lamiera stirata.
13. 13. Dissipatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 11 , caratterizzato dal fatto che detta lastra (9, 9i, 9') è costituita da una lamiera forata.
14. 14. Procedimento per la realizzazione di un dissipatore di calore per componenti elettronici, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di realizzare almeno una lastra (9) termicamente conduttiva provvista di una pluralità di aperture (11) e di unire detta lastra (9) ad una base (19) termicamente conduttiva associabile ad almeno un componente elettronico (5).
15. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che la fase di unire detta lastra (9) a detta base (19) è realizzata tramite brasatura.
16. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 14 o 15, caratterizzato dal fatto di comprendere la fase di sagomare detta lastra (9) in modo da definire almeno un canale (15) di passaggio di aria di raffreddamento, precedente alla fase di associare detta lastra (9) a detta piastra (19) di base.
17. 17. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 14 a 16, caratterizzato dal fatto di sagomare detta lastra (9) a spirale.
18. 18. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 14 a 17, caratterizzato dal fatto di sagomare detta lastra (9) in modo da definire una successione di porzioni (17) di lastra contigue aventi tra loro un angolo predeterminato.
19. 19. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 14 a 16, caratterizzato dal fatto di accostare una pluralità di lastre (9i) disposte in successione in modo da definire un canale (15) di passaggio di aria di raffreddamento.
20. 20. Procedimento secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che dette lastre (9i) sono accostate in modo da definire una conformazione a spirale.
21. 21. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 14 a 16, caratterizzato dal fatto di disporre in modo sostanzialmente concentrico un pluralità di lastre (9') ripiegate per definire un canale (15) di passaggio di aria di raffreddamento.
22. 22. Dissipatore e procedimento secondo le rivendicazioni precedenti e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure degli uniti disegni e per gli accennati scopi.