ITBO20010258A1 - Dissipatore di calore a fluido per componenti elettronici - Google Patents

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Cesare Capriz
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Description

DESCRIZIONE
annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:
DISSIPATORE DI CALORE A FLUIDO PER COMPO-NENTI ELETTRONICI.
La presente invenzione concerne un dissipatore di calore a fluido per componenti elettronici ed un procedimento per la realizzazione del dissipatore stesso.
Come è noto, i dissipatori di calore permettono di disperdere il calore prodotto nei circuiti e nei componenti elettronici durante il funzionamento degli stessi.
In particolare sono noti dissipatori di calore a liquido, chiamati anche piastre di raffreddamento a liquido, che vengono impiegati quando è richiesto un sistema di trasporto dell’energia termica più efficiente di quello permesso dai sistemi basati sul raffreddamento ad aria, per convezione naturale o forzata.
I dissipatori di calore a liquido presentano solitamente un elemento di dissipazione attraversato dal flusso di un liquido refrigerante, il quale viene messo in contatto con il componente elettronico da raffreddare.
Il calore scambiato tra il componente e l’elemento di dissipazione viene assorbito dal liquido che, fluendo, provvede ad asportarlo.
Sono noti dissipatori di calore a liquido comprendenti un unico elemento piastriforme di materiale ad alta conducibilità, solitamente metallo.
In esso sono praticati, con utensili di precisione, una pluralità di fori passanti ricavati in varie direzioni per creare una rete di canali che si intersecano tra loro. Le estremità della maggior parte dei fori vengono opportunamente chiuse a tenuta per realizzare un percorso attraverso cui il liquido refrigerante viene fatto passare.
Accanto alla soluzione nota sopra introdotta sono disponibili dissipatori di calore a liquido ottenuti annegando tubi metallici sagomati, ad esempio a serpentina, in una piastra metallica che presenta opportune sedi di alloggiamento ottenute per fresatura.
Infine esistono anche dissipatori realizzati da una piastra metallica, di alluminio o rame, su cui sono scavati, per fresatura, i canali e da un coperchio che chiude e sigilla la piastra tramite incollatura, brasatura o tramite viti di fissaggio.
Tutti i dissipatori menzionati sono ricavati per asportazione di materiale metallico tramite lavorazioni di precisione.
La realizzazione di dissipatori di calore di questo tipo presenta una notevole complessità.
Infatti, le lavorazioni di precisione comportano l'utilizzo di complesse macchine a controllo numerico che devono essere gestite da un operatore specializzato.
Inoltre, il numero di pezzi prodotti nell’unità di tempo è comunque limitato e non permette una veloce produzione di serie poiché ogni elemento deve essere lavorato singolarmente.
Infine, le lavorazioni per asportazione comportano lo scarto di una certa percentuale di materiale che non può essere riutilizzato nel ciclo produttivo.
Sono altresì noti dissipatori di calore a liquido comprendenti un unico elemento piastriforme ricavato per estrusione e provvisti di una serie di fori passanti paralleli. Successivamente i fori vengono opportunamente chiusi ed i canali messi in comunicazione per realizzare un percorso per il fluido.
Anche il metodo di realizzazione di dissipatori di calore di questo tipo presenta degli inconvenienti.
Infatti il processo di estrusione deve essere controllato per evitare decadimenti delle caratteristiche meccaniche legati agli strisciamenti del materiale sulle pareti della matrice di estrusione. Particolare attenzione deve essere posta alla temperatura del materiale ed alla velocità di estrusione, cioè alla velocità con cui l'estruso esce dalla matrice.
La velocità di produzione è quindi limitata sia dalla velocità del processo di estrusione sia dal fatto che ogni singolo pezzo deve essere lavorato singolarmente per chiudere i fori e creare un percorso per il liquido di raffreddamento.
Perciò, anche in questo caso, il processo non si presta alla grande produzione di serie.
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 a fluido che possa essere totalmente prodotto in serie, senza che debbano essere effettuate singole lavorazioni da parte di operatori specializzati, su uno o più dei suoi componenti.
Scopo della presente invenzione è anche quello di fornire un dissipatore di calore a fluido di facile realizzazione.
Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento veloce ed economico per realizzare un dissipatore di calore a fluido del tipo menzionato.
Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un dissipatore di calore a fluido comprendente una prima lastra metallica avente una prima ed una seconda faccia; detta prima lastra metallica essendo associabile ad almeno un componente elettronico almeno lungo la prima faccia; una seconda lastra avente una prima ed una seconda faccia; la prima faccia di detta seconda lastra essendo unita alla seconda faccia della prima lastra; almeno un canale per un fluido di raffreddamento ricavato nella prima faccia della seconda lastra; mezzi di collegamento tra la prima e la seconda lastra; caratterizzato dal fatto che la prima faccia e la seconda faccia della seconda lastra sono tra loro parallele lungo almeno lo sviluppo di detto canale.
Il suddetto compito tecnico è realizzato altresì da un procedimento comprendente le fasi di: realizzare una prima lastra metallica avente una prima ed una seconda faccia; realizzare una seconda lastra avente una prima ed una seconda faccia; formare nella seconda lastra un canale per un liquido di raffreddamento; unire la prima faccia della seconda lastra alla seconda faccia della prima lastra in modo che detto canale sia affacciato alla prima lastra; caratterizzato dal fatto che la fase di formare il canale consiste nel sagomare per deformazione plastica detto canale su detta seconda lastra.
Viene ora riportata a titolo di esempio indicativo e non limitativo, la descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un dissipatore di calore a fluido e di un procedimento per la sua realizzazione secondo l’invenzione, illustrati qui di seguito con riferimento agli uniti disegni, nei quali:
la figura 1 illustra una vista prospettica di un dissipatore di calore a fluido secondo l’invenzione, associato ad un componente elettronico;
la figura 2 illustra una vista in pianta del dispositivo di figura 1 ;
la figura 3 è una sezione eseguita secondo la linea lll-lll di figura 2;
la figura 4 illustra un particolare della figura 3;
la figura 5 mostra i due componenti principali del dispositivo di figura 1 in una vista frontale;
Conformemente alle figure dei disegni allegati, con 1 è indicato un dissipatore di calore a fluido per componenti elettronici.
Il dissipatore 1 comprende una prima lastra metallica 2 di grosso spessore avente una prima faccia 3 ed una seconda faccia 4. La lastra 2 è associata, in corrispondenza della prima faccia 3, almeno ad un componente elettronico 5 a cui deve essere asportato calore durante il funzionamento. Secondo una forma realizzativa illustrata, una faccia maggiore del componente elettronico 5 è unita alla prima faccia 3 della prima lastra metallica 2.
La prima lastra metallica 2 non è generalmente lavorata, se non per la eventuale finitura delle facce qualora necessario. La finitura diminuisce l'ondulazione e la rugosità della prima faccia 3 in modo da garantire che la superficie di contatto, e quindi di scambio termico, tra la prima lastra 2 ed il componente elettronico 5 sia più ampia possibile. La seconda faccia 4 può essere lavorata se richiesto ad esempio per migliorare la planarità o per ricavare collegamenti o ancora per eventuali alleggerimenti.
Il dissipatore 1 comprende inoltre una seconda lastra 6 avente anch’essa una prima faccia 7 ed una seconda faccia 8.
Vantaggiosamente, la seconda lastra 6 è di materiale e spessore adatti ad essere lavorati per deformazione plastica.
Secondo la presente invenzione, nella prima faccia 7 della seconda lastra 6 è ricavato un canale 9 per un fluido di raffreddamento 10, che può essere liquido, aeriforme o in forma di vapore.
Vantaggiosamente, la prima 7 e la seconda 8 faccia della seconda lastra 6 sono parallele almeno in corrispondenza del canaie 9. Conseguentemente, lo spessore t della lastra 6 è sostanzialmente costante almeno lungo lo sviluppo del canale 9 per il fluido di raffreddamento 10.
Secondo quanto mostrato dalle figure, in una forma realizzativa preferita, lo spessore t della seconda lastra 6 è sostanzialmente costante su tutta l’estensione di detta lastra 6, eventuali variazioni di spessore essendo dovute unicamente alla deformazione plastica del materiale.
La prima faccia 7 della seconda lastra 6 è unita alla seconda faccia 4 della prima lastra 2. In questo modo il canale 9 risulta affacciato alla seconda faccia 4 della prima lastra 2.
Di conseguenza, le due lastre 2, 6 definiscono un percorso del fluido refrigerante 10. Il percorso del fluido è delimitato dal canale 9 e dalla porzione della seconda faccia 4 della prima lastra 2 affacciata a detto canale 9. Il fluido refrigerante 10 scorre quindi a contatto con la prima lastra 2 e ne assorbe il calore che per conduzione si propaga dal componente elettronico 5.
Le due lastre 2, 6 sono fissate una sull’altra tramite opportuni mezzi di collegamento 11.
Qualunque siano i mezzi di collegamento 11 utilizzati è importante che venga garantita anche la tenuta del fluido di refrigerazione 10 che scorre nel canale 9.
A questo scopo, i mezzi di collegamento 11 possono comprendere viti 12 impegnate in entrambe le lastre 2, 6 per garantirne il fissaggio, ed una guarnizione di tenuta 13 interposta fra le lastre.
Alternativamente detti mezzi di collegamento 1 1 comprendono uno strato di colla 14 posto tra le due piastre 2, 6 oppure uno strato di colla 14 ed almeno una vite 12.
Infine, se anche la seconda lastra 6 è di materiale metallico, i mezzi di collegamento 11 possono consistere in un giunto 15 di saldatura o brasatura a bassa o alta temperatura.
Secondo una forma preferita di realizzazione, per permettere l’ingresso e l’uscita del fluido refrigerante, la prima piastra metallica 2 comprende inoltre almeno un foro passante di ingresso 16 nel canale 9 del fluido refrigerante ed almeno un foro passante di uscita 17 dal canale 9 del fluido refrigerante.
Vantaggiosamente l'ingresso e l’uscita sono ricavati nella prima piastra 2 di grosso spessore per poter fissare facilmente, e con maggior sicurezza, eventuali raccordi (non illustrati) del circuito del fluido di raffreddamento 10.
Viene altresì fornito un procedimento di realizzazione di un dissipatore di calore a fluido per componenti elettronici 1.
In particolare viene fornito un procedimento per formare il canale 9 sulla prima faccia 7 della seconda lastra 6.
Detto canale 9 viene sagomato per deformazione plastica sulla seconda lastra 6.
La prima faccia 7 della seconda lastra 6 viene quindi sbalzata per formare la cavità di detto canale 9.
In questo modo la seconda faccia 8 di detta lastra 6, opposta alla prima faccia 7, presenta la parete esterna del canale 9 in rilievo.
Se la seconda lastra 6 è di materiale metallico, il canale 9 viene stampato.
La seconda lastra 6 viene collocata su uno stampo (non illustrato), avente forma tale da riprodurre in negativo o in positivo il canale 9, e successivamente pressata contro lo stampo stesso con un controstampo (non illustrato) adatto ad impegnarsi nello stampo.
La seconda lastra 6 è perciò sagomata tra stampo e controstampo.
Lo stampaggio può essere eseguito a caldo, con almeno un riscaldamento iniziale, oppure a temperatura ambiente.
Vantaggiosamente, se la seconda lastra 6 è di materiale plastico, la deformazione viene eseguita per termoformatura.
Il procedimento consiste nel riscaldare la seconda lastra 6 fino ad una temperatura alla quale il materiale plastico della seconda lastra 6 si trova in uno stato elastoplastico e nel farla aderire ad uno stampo opportunamente sagomato (non illustrato), solitamente con l'ausilio di una depressione.
Entrambi i procedimenti di lavorazione per deformazione piastica, stampaggio e termoformatura, sono di tipo noto e per tanto non vengono ulteriormente descritti.
Successivamente la prima faccia 7 della seconda lastra 6 viene unita alla seconda faccia 4 della prima lastra 2, in cui sono stati eventualmente ricavati il foro d'ingresso 16 ed il foro d'uscita 17 del fluido di refrigerazione 10, in modo che detti fori si affaccino nel canale 9.
Se anche la seconda 6 lastra è di materiale metallico, viene unita alla prima 2 tramite brasatura.
Alternativamente le due lastre 2, 6 possono venir incollate o unite mediante l’utilizzo di viti con una guarnizione interposta.
L’invenzione consegue importanti vantaggi.
Innanzi tutto il dissipatore di calore a fluido secondo la presente invenzione risulta di semplice realizzazione in quanto la realizzazione del canale per il fluido refrigerante non richiede lavorazioni per asportazione di truciolo sul prodotto da realizzare.
Il procedimento oggetto dell’invenzione permette quindi di limitare notevolmente il materiale di scarto.
Infatti la costruzione del canale viene ottenuta per deformazione plastica, riducendo al minimo gli sfridi.
Inoltre il dissipatore secondo l’invenzione si presta alla produzione in serie, con conseguente limitazione dei costi, in quanto, una volta approntati gli stampi per la produzione dei vari componenti, l’intero procedimento produttivo risulta molto veloce perché la fase di stampaggio o termoformatura, durante la quale viene sagomato il canale, ha tempi di attuazione più brevi che le lavorazioni per estrusione o asportazione di materiale.
Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel'ambito del concetto inventivo. Inoltre, tutti i dettagli possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (18)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Dissipatore di calore a fluido per componenti elettronici, comprendente: una prima lastra metallica (2) avente una prima (3) ed una seconda faccia (4); detta prima lastra metallica (2) essendo associabile ad almeno un componente elettronico (5) almeno lungo la prima faccia (3); una seconda lastra (6) avente una prima (7) ed una seconda (8) faccia; la prima faccia (7) di detta seconda lastra (6) essendo unita alla seconda faccia (4) della prima lastra (2); almeno un canale (9) per un fluido di raffreddamento (10) ricavato nella prima faccia (7) della seconda lastra (6); mezzi di collegamento (11) tra la prima (2) e la seconda (6) lastra; caratterizzato dal fatto che la prima faccia (7) e la seconda faccia (8) della seconda lastra (6) sono tra loro sostanzialmente parallele lungo almeno lo sviluppo di detto canale (9).
  2. 2. Dissipatore Secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che i mezzi di collegamento (11) tra la prima lastra (2) e la seconda lastra (6) comprendono almeno un giunto di brasatura (15) tra le due lastre.
  3. 3. Dissipatore secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che i mezzi di collegamento (11) tra la prima lastra (2) e la seconda lastra (6) comprendono almeno un giunto di saldatura (15) tra le due lastre.
  4. 4. Dissipatore secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che i mezzi di collegamento (11) tra la prima lastra (2) e la seconda lastra (6) comprendono almeno uno strato di colla (14) tra le due lastre.
  5. 5. Dissipatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi di collegamento (11) tra la prima lastra (2) e la seconda lastra (6) comprendono almeno una vite (12) impegnata in entrambe le lastre (2, 6) ed almeno una guarnizione (13) posta tra la prima (2) e la seconda (6) lastra.
  6. 6. Dissipatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta prima lastra metallica (2) presenta almeno un foro passante di ingresso (16) nel canale (9) del fluido di raffreddamento (10) ed almeno un foro passante di uscita (17) dal canale (9) del fluido di raffreddamento (10).
  7. 7. Dissipatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la seconda lastra (6) è una lastra metallica.
  8. 8. Dissipatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che la seconda lastra (6) è una lastra di materiale plastico.
  9. 9. Procedimento per la realizzazione di un dissipatore di calore a fluido per componenti elettronici, comprendente le fasi di: realizzare una prima lastra metallica (2) avente una prima (3) ed una seconda faccia (4); realizzare una seconda lastra (6) avente una prima (7) ed una seconda faccia (8); formare nella seconda lastra (6) un canale (9) per un fluido di raffreddamento (10); e unire la prima faccia (7) della seconda lastra (6) alla seconda faccia (4) della prima lastra (2) in modo che detto canale (9) sia aftacciato alla prima lastra (2); caratterizzato dal fatto che la fase di formare il canale (9) consiste nel sagomare per deformazione plastica detto canale (9) su detta seconda lastra (6).
  10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto canale (9) viene sagomato a sbalzo su detta seconda lastra (6).
  11. 11. Procedimento secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che la fase di sagomare detto canale (9) su detta seconda lastra (6) consiste nello stampare detto canale (9) su detta seconda lastra (6).
  12. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che la fase di sagomare detto canale (9) su detta seconda lastra (6) consiste nel termoformare detto canale (9) su detta seconda lastra (6).
  13. 13. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 9 a 12, caratterizzato dal fatto che la fase di unire la seconda lastra (6) alla prima lastra (2) consiste nell’eseguire una brasatura tra detta prima (2) e detta seconda (6) lastra.
  14. 14. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 9 a 12, caratterizzato dal fatto che la fase unire la seconda lastra (6) alla prima lastra (2) consiste neH’incollare detta seconda lastra (6) a detta prima lastra (2) .
  15. 15. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 9 a 12, caratterizzato dal fatto che la fase di unire la seconda lastra (6) alla prima lastra (2) comprende le seguenti fasi: posizionare almeno una guarnizione (13) tra la prima (2) e la seconda (6) lastra; fissare le due lastre (2, 6) una sull’altra tramite almeno una vite (12).
  16. 16. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 9 a 15, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre la fase di forare la prima lastra (2) almeno con due fori passanti, per ottenere l’ingresso (16) e l’uscita (17) di detto canale (9).
  17. 17. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 9 a 16, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre la fase di finitura della prima lastra (2) almeno lungo la prima faccia (3) per garantire un’ampia superficie di contatto tra detta faccia (3) ed il componente elettronico (5).
  18. 18. 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.
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