MX2008012029A - Cuerpo portador para elementos o circuitos componentes. - Google Patents

Cuerpo portador para elementos o circuitos componentes.

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MX2008012029A
MX2008012029A MX2008012029A MX2008012029A MX2008012029A MX 2008012029 A MX2008012029 A MX 2008012029A MX 2008012029 A MX2008012029 A MX 2008012029A MX 2008012029 A MX2008012029 A MX 2008012029A MX 2008012029 A MX2008012029 A MX 2008012029A
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MX
Mexico
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carrier body
cooling
heat
carrier
cooling elements
Prior art date
Application number
MX2008012029A
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English (en)
Inventor
Claus Peter Kluge
Original Assignee
Ceramtec Ag
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Publication date
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Abstract

La invención es concerniente con un cuerpo portador (1, 2) para elementos de componentes eléctricos o electrónicos (6a, 6b, 6c, 6d) o circuitos, el cuerpo portador (1, 2) es eléctricamente no conductor o virtualmente no conductor. Con el fin de simplificar el cuerpo portador (1) en tanto que al mismo tiempo se proporciona disipación de calor extremadamente mejorada, la invención propone que el cuerpo portador (1, 2) sea provisto integralmente con elementos disipantes de calor o elementos de enfriamiento que suministran calor (7).

Description

CUERPO PORTADOR PARA ELEMENTOS O CIRCUITOS COMPONENTES DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención es concerniente con un cuerpo portador para elementos o circuitos de componentes eléctricos o electrónicos, el cuerpo de portador es eléctricamente no conductor o virtualmente no conductor. De acuerdo con el arte previo, las estructuras planas son construidas para disipar el calor de módulos de componentes electrónicos de potencia, tales estructuras disipan el calor que se difunde de una fuente de calor (componentes eléctricos activos o pasivos) vía numerosas inter-capas (soldaduras, pastas conductoras, compuestos adhesivos, metalizaciones) a un cuerpo geométrico simple eléctricamente no conductor, formado uniformemente (sustrato de disco, rectangular). Aunque la geometría de el componentes individuales es simple, toda la construcción de capa es complicada y requiere la aplicación consecutiva de una variedad muy amplia de procesos que son susceptibles a fallas, tales como pegado adhesivo, prensado, atornillado y también, a una extensión limitada, soldadura. Cada inferíase de esta construcción apilada representa una barrera para la transferencia de calor y reduce ya sea la conflabilidad y/o the vida del módulo (oxidación, rompimiento, envejecimiento) o limita su desempeño. Los portadores de circuitos orgánicos y de cerámica (cuerpos portadores) que tienen baja conductividad térmica o - - conductividad térmica insuficiente necesitan ser anexados de permanentemente entrelazada a un cuerpo de enfriamiento metálico mediante medidas adicionales, tales como inter-capas eléctricamente aislantes. A medida que las cargas térmicas se incrementan, algunas de las fuentes de calor necesitan ser removidas del tablero de circuitos impresos y montada, en el sentido convencional, sobre un cuerpo de enfriamiento metálico y conectado eléctricamente al portador de circuito. La construcción que comprende una pluralidad de diferentes materiales es compleja y una solución intermedia en términos de conflabilidad a largo plazo. Un incremento en la densidad de potencia es solamente posible a una pequeña extensión . La conductividad térmica puede solamente ser usada a una cierta extensión puesto que una construcción plana-paralela está involucrada. Una combinación directa de un cuerpo de enfriamiento eléctricamente conductor y una fuente de calor asimismo no es posible . Con el fin de simplificar el cuerpo portador en tanto que al mismo tiempo proporciona disipación de calor extremadamente mejorada, la invención propone que el cuerpo portador sea provisto integralmente con elementos disipadores de calor o elementos de enfriamiento que suministran calor. En una configuración de acuerdo con la invención, el - - cuerpo portador es un tablero de circuitos impresos. Luego las pistas conductoras son aplicadas al cuerpo portador. Las pistas conductoras del tablero de circuitos impresos pueden ser conectadas intimamente al cuerpo portador, por ejemplo vía un proceso térmico o pistas conductoras metálicas pueden ser pegadas adhesivamente sobre el mismo o adhesivos conductores pueden ser usados. También es posible que se usen combinaciones de diferentes tipos de pistas conductoras. Preferiblemente, los componentes tienen un flujo hacia afuera directo de calor al cuerpo portador o de otra manera a los elementos de enfriamiento. Los componentes pueden ser conectados al cuerpo portador, por ejemplo directamente o vía una o más capas. Los términos elementos de componentes y componentes describen los mismos objetos. Preferiblemente, los elementos de enfriamiento son agujeros perforados, canales, nervaduras y/o cortes, a la cual se puede aplicar un medio de enfriamiento. El medio de calentamiento o enfriamiento puede ser un gas, tal como aire, por ejemplo o un liquido, tal como agua o aceite, por ejemplo. En una configuración preferida, el cuerpo portador comprende por lo menos un componente de cerámica o una combinación de diferentes cerámicas. Los componentes de cerámica pueden estar presentes en el sentido cristalográfico - - en forma monocristalina o policristalina o en combinaciones de las mismas. Los componentes de cerámica o cerámicas pueden ser por ejemplo óxido de aluminio, óxidos de aluminio técnicos, óxido de zirconio, óxidos de zirconio diferentemente impurificados, nitruro de aluminio, nitruro de silicio, óxido de silicio, cerámica de vidrio, LTCC (Cerámicas Co-caldeadas a Baja Temperatura), carburo de silicio, nitruro de boro, óxido de boro. De significado técnico particular son el óxido de aluminio de 96% de resistencia térmico con conductividades térmicas de aproximadamente 24 W/mK y óxido de aluminio de > 99% de resistencia térmico con aproximadamente 28 W/mK, nitruros de aluminio técnicos o puros con por ejemplo, aproximadamente 180 W/mK, óxidos de aluminio reforzados con óxido de zirconio con aproximadamente 24 W/mK y cerámicas de vidrio con aproximadamente 2 W/mK. Las altas conductividades térmicas son de significado técnico particular en aplicaciones tales como electrónicos de potencia, LED de alta potencia, fusiles de alta carga de baja respuesta, resistores de potencia. Las bajas conductividades térmicas son de significado técnico particular en resistores de alta carga y rápida respuesta y en aplicaciones en las cuales es necesario asegurar una distribución de temperatura sobre una superficie (el cuerpo portador) que sea tan uniforme como sea - - posible. De aquí, los accesorios de medición termo-analíticos podrían ser mencionados, por ejemplo. Expeditamente, los elementos de enfriamiento son sinterizados con el cuerpo portador, como resultado de lo cual la producción es simplificada y en muchos casos, la durabilidad de toda la construcción es así también mejorada. En una configuración particular, el cuerpo portador comprende un material combinado y el material combinado contiene materiales de matriz eléctricamente no conductores o virtualmente no conductores con agregados conductores de calor. Resinas, polímeros o siliconas son usados preferiblemente como los materiales de matriz. En una configuración preferida, los materiales combinados son sistemas de multi-componentes que comprenden polímeros o siliconas mezclados con componentes de cerámica, tales como, por ejemplo: a) polímeros con AI2O3 b) polímeros con AlN c) siliconas con A1203/A1N d) siliconas y polímeros con ZrC>2/Y203. El cuerpo portador y/o el elemento de enfriamiento pueden también ser un compuesto o combinación que comprende metal y/o cerámica o una combinación de cerámica y metal. En una modalidad, el cuerpo portador y/o el elemento de enfriamiento están en multicapas.
- - Expeditamente, los elementos componentes son eléctricamente conductores y/o conectados térmicamente de manera conductora al cuerpo portador. Los elementos de componentes pueden ser por ejemplo eléctricos o electrónicos o activos o pasivos o cuerpos geométricos o cualesquier combinaciones deseadas de los mismos. En un desarrollo de la invención, por lo menos una opción de montaje es conectada al cuerpo portador o elemento de enfriamiento . Via la opción de montaje, el cuerpo portador puede ser conectado a cuerpos portadores adicionales con o sin elementos o circuitos de componentes eléctricos o electrónicos. La fijación puede tomar lugar vía atornillado, remachado, sujeción, pegado adhesivo, engarzado, soldadura, soldadura blanda u opciones de fijación adicionales. El cuerpo portador puede tomar la función del cuerpo de enfriamiento y viceversa. Los elementos de enf iamiento, con tamaños idénticos o cualesquier tamaños deseados y/o con alineaciones físicas idénticas o diferentes son preferiblemente conectados integralmente al cuerpo portador. Los elementos de enfriamiento pueden llevar o tener cualesquier estructura de superficie deseada, lo que da como resultado el efecto de alterar la superficie. Ventajosamente, una o más estructuras de superficie o - - sus combinaciones son dispuestas sobre uno o más elementos de enfriamiento, por ejemplo vía arrugamiento, plegado, corrugaciones, aberturas en la superficie o estructuras dendriticas o de ramificación. Preferiblemente, las estructuras de superficie son por ejemplo planas o uniformes o superficies rugosas de cuerpos portadores o elementos de enfriamiento, que son conectados, en particular de manera entrelazada y/o permanente y/o temporalmente como una combinación de los mismos, a superficies asimismo desiguales o planas o rugosas de componentes a ser montados. El tipo de conexión puede ser, por ejemplo, soldadura o pegado adhesivo. En una modalidad especial, el cuerpo portador o los elementos de enfriamiento tiene o tienen una conexión entrelazada con elementos de componente que cubren toda el área o parte del área. El compuesto o combinación puede estar presente, por ejemplo, permanente o temporalmente o como una combinación de los mismos. Los elementos de componentes pueden ser por ejemplo cuerpos geométricos eléctricos o electrónicos o activos o pasivos o cualesquier combinaciones deseadas de los mismos . En una configuración, el cuerpo portador o los elementos de enfriamiento es o son planos o es o son provistos con cortes o con elevaciones, estos cortes o elevaciones son preferiblemente formados integralmente con el cuerpo portador o - - los elementos de enfriamiento. Además, el cuerpo portador puede preferiblemente ser conectado a capas de metal > 5 µp?, que son aplicadas, por ejemplo, utilizando procesos de DCB (Pegado de cobre directo) o procesos de AMB (Latonado de metal activo) . La construcción de acuerdo con la invención con componentes está presente, por ejemplo en el estado de reposo a la temperatura ambiente. Durante la operación, pueden ahora surgir máximos de temperatura local en un periodo de tiempo muy corto en los componentes como resultado de su operación. El llamado choque térmico resulta en el medio ambiente del componente. La construcción de acuerdo con la invención puede soportar este estado sin ningún daño intrínseco. Si estos estados ocurren alternadamente, el llamado termo-ciclado, en el caso de · accesorios convencionales con por ejemplo pistas conductoras pegadas adhesivamente, después relativamente pocos ciclos los fenómenos de separación de pistas conductoras sobre el cuerpo portador resulta, por ejemplo. La construcción de acuerdo con la invención exhibe una resistencia considerablemente mejorada al termo-ciclado en comparación con los accesorios convencionales. En un desarrollo de la invención, elementos de componentes idénticos o diferentes con alineaciones físicas idénticas o diferentes se fijan sobre el cuerpo portador. La alineación puede tomar lugar, por ejemplo por medio de - - diferentes cantidades de soldadura o diferentes cortes o elevaciones o cualesquier combinaciones deseadas de opciones de alineación. En el caso de LED, por ejemplo su alineación y por consiguiente la luz puede asi ser alineada de manera simple. Ventajosamente, el cuerpo portador de acuerdo con la invención o el elemento de enfriamiento pueden ser usados como un cuerpo de montaje. En una configuración de la invención, los componentes sensoriales son conectados al cuerpo portador. Los componentes sensoriales pueden emitir, por ejemplo señales de las cuales variables tales como presión, temperatura, peso, etc., pueden ser derivadas. En una configuración de la invención, las señales sensoriales son derivadas de la deformación parcial o total del cuerpo portador. Preferiblemente, el cuerpo portador es provisto parcialmente con regiones metálicas. Estas regiones pueden conectar los lados superior e inferior del cuerpo portador eléctricamente entre si, por ejemplo. Preferiblemente, el cuerpo portador no acumula virtualmente ningún potencial electroquímico con respecto a otros materiales. Dado el acoplamiento correspondiente, por ejemplo la corrosión del cuerpo portador o del ambiente puede por consiguiente ser reducida significativamente. En una configuración de la invención, el cuerpo - - portador es usado como una fuente de calor por el calor producido siendo cedido al medio cuya temperatura va a ser regulada vía el cuerpo portador o el elemento de enfriamiento. Preferiblemente, el cuerpo portador tiene una distribución de temperatura objetivo debido al calor o frío suministrado, que es transferido al cuerpo portador o es suministrado via los elementos de enfriamiento. Por ejemplo, las diferencias de temperatura en el medio ambiente pueden asi ser compensadas de una manera apuntada. Preferiblemente, se aplican sustancias al cuerpo portador que hacen procesos de pegado posibles. A manera de ejemplo, una construcción de metalización de W-Ni-Au ( tungsteno-niquel-oro) puede ser usada en la presente con el fin de hacer posible el pegado de oro-alambre. Las sustancias pueden consistir de uno o más materiales, que son aplicados al cuerpo portador mezcladas o de por lo menos una capa. Las sustancias pueden comprender, por ejemplo, materiales tales como oro o capas que comprenden una pluralidad de materiales tales como cobre, níquel y oro o que comprende mezclas de por lo menos dos materiales diferentes, tales como metales y/o agregados, por ejemplo y capas de metales o agregados idénticos o diferentes. En un desarrollo de la invención, una o más sustancias emisoras de luz o uno o más componentes emisores de luz o combinaciones de los mismos son conectados al cuerpo - - portador. Por ejemplo, este puede ser un semiconductor o un alojamiento con un semiconductor, tal como es usado para sistemas de iluminación de LED. Los preferidos son metales o capas de metal que son conectados en toda el área o sobre parte del área al cuerpo portador intimamente o mediante una conexión de entrelazamiento mecánico y tienen una conductividad térmica idéntica o diferente al cuerpo portador. Metales o capas de metal pueden ser, por ejemplo, tungsteno grado puro o grado técnico, plata, oro, cobre, platino, paladio, níquel o mezclas de por lo menos dos metales diferentes. Metales o capas de metal pueden también ser mezclados, por ejemplo, con agentes de pegado u otros agregados tales como vidrios o materiales poliméricos. Los metales o capas de metal pueden también ser por ejemplo, soldaduras de reacción, soldaduras blandas o soldaduras duras. Se debe indicar en particular que, en el caso de fuentes de calor puntiformes, el calor necesita ser esparcido, es decir distribuido muy rápidamente sobre toda la superficie del cuerpo portador. Un cuerpo portador, con comparativamente baja conductividad térmica, puede así recibir el calor producido, vía el metal, distribuido sobre toda su superficie. El calor puede así ser conducido a lo lejos sobre los elementos de enfriamiento. Puesto que el cuerpo portador es eléctricamente aislante, el metal puede al mismo tiempo satisfacer la función de conductividad eléctrica y - - conductividad térmica. En una configuración de acuerdo con la invención, los metales o las capas de metal sobre los cuerpos portadores pueden tener diferentes funciones. Por ejemplo, pueden tener la función de conductividad eléctrica y/o de conductividad térmica o la función de un cambio de color a la superficie o distribución térmica o un agente de pegado a terceros materiales, tales como por ejemplo soldadura, adhesivos y cualesquier combinaciones deseadas de las funciones de regiones de metal idénticas o diferentes. La ventaja consiste en la capacidad portadora de corriente coincidente de las regiones de metal. Las regiones de metal por consiguiente no necesitan tener necesariamente las mismas alturas o espesores, por ejemplo. Consecuentemente, los metales son preferiblemente conectados al cuerpo portador sobre toda el área o sobre parte del área con espesores (alturas) idénticas o diferentes en regiones de metal idénticas o diferentes. En otra configuración de acuerdo con la invención, metales idénticos o diferentes son conectados al cuerpo portador en toda el área o sobre parte del área, con una o más capas con espesores (alturas) idénticos o diferentes. En una configuración adicional, el cuerpo portador tiene la coloración intrínseca del (los) material (es) usado (s) sobre toda el área o sobre parte del área o sub-regiones del - - cuerpo portador son coloreados diferentemente de la coloración intrínseca. La impartición de color puede surgir de diferentes maneras y en una combinación de estas maneras diferentes: En base a un óxido de aluminio grado técnico, el cuerpo portador puede ser provisto, por ejemplo, durante el proceso de producción del mismo, con aditivos que imparten color, con el resultado que el material global es penetrado por completo y mecánicamente inseparable por color como resultado de un tratamiento térmico. Por ejemplo, en base a un óxido de zirconio grado técnico, el cuerpo portador puede ser provisto, después del proceso de producción del mismo, por ejemplo sobre la superficie con aditivos que imparten color, con el resultado que la superficie del material global es penetrada completamente por color como resultado de un tratamiento térmico. Dependiendo de la profundidad de penetración de la coloración resultante, el material global puede también retener su coloración intrínseca internamente. El gradiente de la coloración puede asumir una variedad muy amplia de características. Por ejemplo, en ase a un nitruro de aluminio grado técnico, el cuerpo portador puede ser provisto con capas que imparten color, con el resultado que el material global del cuerpo portador no es coloreado y el cambio en color es solamente producido por una o más capas mecánicamente separables. Las capas que imparten color pueden ser por ejemplo varnices, esfuminaciones , películas adhesivas, metales, etc. En otra configuración, el cuerpo portador es conectado a por lo menos un cuerpo portador geométricamente idéntico o diferente adicional vía materiales de conexión apropiados para formar un tipo de arreglo tridimensional. Los materiales de conexión pueden tener naturaleza de una sola capa o de multicapas. Los materiales de conexión pueden ser idénticos o diferentes por naturaleza o de otra manera pueden ser usados en combinación con una construcción de una sola capa o construcción en multicapas. A manera de ejemplo, se pueden mencionar materiales de conexión tales como adhesivos, metalizaciones, metales, metales que han sido conectados al cuerpo portador por medio de por ejemplo procesos tales como DCB (Pegado de Cobre Directo) o AMB (Latonado de Metal Activo) . También es posible, por ejemplo, usar soldaduras, soldaduras de reacción, películas adhesivas de doble lado, etc. En una modalidad, el cuerpo portador es conectado a una o más sustancias emisoras de luz o uno o más componentes emisores de luz y combinaciones de los mismos y al mismo tiempo es provisto con conectores eléctricos estandarizados o no estandarizados. También es posible que se usen combinaciones de conectores eléctricos idénticos o diferentes. Se usa preferiblemente una conexión mecánica al cuerpo portador que es apropiada para el conector eléctrico. Los conectores eléctricos pueden ser por ejemplo, bases de lámpara serie E27, E14, GU, serie G, serie U, serie R, bases de enchufe, bases tipo bayoneta, conectores de sujeción, conectores de tornillo, conectores de enchufe, etc. Las conexiones mecánicas o combinaciones de conexiones mecánicas pueden ser por ejemplo, pegado adhesivo, soldadura, sellado por compresión remachado, sujeción, etc. En una configuración adicional, por lo menos un cuerpo portador es conectado a por lo menos un cuerpo geométrico adicional vía materiales de conexión apropiados para formar un tipo de construcción tridimensional. Los materiales de conexión pueden tener una naturaleza de una sola capa o multicapas. Los materiales de conexión pueden ser idénticos o diferentes o pueden también ser usados en combinación con una construcción de una sola capa o una construcción en multicapas. Por lo menos uno o más cuerpos portadores idénticos o diferentes pueden ser aplicados en cualquier puntos deseados con orientaciones idénticas o diferentes. A manera de ejemplo, materiales de conexión, tales como adhesivos, metalizaciones, metales, metales que por ejemplo, han sido conectados al cuerpo portador utilizando métodos tales como DCB (Pegado de cobre directo) o AMB (Latonado de metal activo), soldaduras, soldaduras de reacción, películas adhesivas de doble lado, etc. Podrían ser mencionados. A manera de ejemplo, los cuerpos - - geométricos pueden ser placas sobre las cuales por lo menos uno o más cuerpos portadores idénticos o diferentes están ubicados en diferentes regiones. El cuerpo portador puede ser por ejemplo, parte de un alojamiento de plástico. En otra configuración, por lo menos uno y/o cuerpos portadores diferentes o idénticos son embebidos son incrustados en un material de matriz con cualquier orientación deseada u orientados en la misma dirección. La incrustación puede tomar lugar, por ejemplo mediante moldeo por inyección o moldeado. Las composiciones de incrustación por si mismas deben ser seleccionadas como se desee y de acuerdo con las funciones propuestas respectivas. Los plásticos son particularmente apropiados . De acuerdo con la invención, en un cuerpo portador un cambio en el transporte de calor puede ser obtenido al modificar el tamaño o la coloración o el tamaño o distribución de las regiones metalizadas o la geometría o la configuración de los elementos de enfriamiento o el número de elementos de enfriamiento o combinaciones de los mismos. Si por ejemplo, el diseño de los elementos de enfriamiento es cambiado, en el caso de una entrada constante de calor, la temperatura absoluta en el estado estable o en estado de equilibrio puede cambiar vía la energía térmica que es emitida o absorbida. Esto puede también tomar lugar, por ejemplo, mediante elementos de enfriamiento que son agregados o removidos o incrementados o disminuidos en tamaño de manera apuntada. El cambio puede también tomar lugar, por ejemplo, mediante un cambio en el color. Asi las características de emisión de un cuerpo negro son diferentes de aquellas de un cuerpo blanco. En una configuración preferida, las superficies del cuerpo portador y las superficies del elemento de enfriamiento están en una proporción de l:x, en donde x > 1.1. De significado técnico particular es x > 1.8, puesto que, como resultado, la cantidad de calor que puede ser transportada es mayor . Preferiblemente, regiones de metalización sinterizadas son aplicadas a la superficie del cuerpo portador. En una configuración de acuerdo con la invención, las regiones de metalización consisten de tungsteno y son revestidas de níquel químicamente. Las regiones de metalización son circulares en una configuración. En una configuración especial, el cuerpo portador es provisto con pistas conductoras eléctricas, vía las cuales voltajes eléctricos de hasta en el intervalo de kV pueden ser transportadas sin que el voltaje eléctrico fluya a lo lejos vía el material global del cuerpo portador. De particular interés técnico son intervalos de voltajes eléctricos de 80 volts a 600 voltios y voltajes >> 2 kvolts (2000 volts) . En una modalidad preferida, el cuerpo portador no - - tiene ningún efecto de apantallamiento o tiene poco efecto de apantallamiento con respecto a campos magnéticos o eléctricos o electromagnéticos o combinaciones de estos y por consiguiente estos campos pueden también pasar a través del cuerpo portador. En una configuración, el cuerpo portador es provisto en una manera apuntada con materiales sobre toda el área o sobre parte del área, la función de estos materiales es proporcionar regiones en las cuales un efecto de apantallamiento diferente con respecto a campos eléctricos o magnéticos o electromagnéticos o combinaciones de los mismos ocurre en comparación con el efecto de apantallamiento del material del cuerpo portador. Preferiblemente, mediante la aplicación de materiales apropiados, tales como metales, por ejemplo de manera apuntada al cuerpo portador, las regiones son dispuestas que debido a su geometría vía efectos inductores o capacitivos o combinaciones de los mismos son capaces de recibir o transmitir señales eléctricas o magnéticas o electromagnéticas. Las señales en el sentido más amplio son usadas para la transmisión inalámbrica de energía. La energía puede también transmitir ítems de información adicionales, por ejemplo por medio de modulación. En una configuración de acuerdo con la invención, el cuerpo portador está equipado con la funcionalidad de auto-identificación inteligente. La auto-identificación puede ser por ejemplo texto o una etiqueta o una banda magnética con - - información correspondiente o una unidad de RFID o combinaciones de los mismos. En una modalidad ejemplar, el cuerpo portador consiste de óxido de aluminio técnico con un contenido de óxido de aluminio mínimo de 89%. Las regiones de metalización son apropiadas para ser aptas de soldadura sobre módulos, por ejemplo, y por consiguiente para producir una conexión íntima. La conexión con por ejemplo, un LED convencional puede ser producida vía una junta soldada. La junta soldada tiene por lo menos las funciones de la conexión mecánica entre el LED y el cuerpo portador. Además, las regiones de metalización hacen posible hacer contacto eléctrico con el LED y hacer contacto térmico . Utilizando el ejemplo de una construcción de un cuerpo portador con regiones de metalización impresas y sinterizadas (también secciones transversales de pistas conductoras) con una fuente de calor de punto soldada, por ejemplo un LED, la sección transversal de pista conductora eléctrica técnicamente necesaria puede ser seleccionada para ser significativamente más grande que la que es necesaria puesto que, al mismo tiempo, a medida que la conducción eléctrica vía las regiones de metalización y las secciones transversales de pista conductora, el calor es también esparcido sobre una superficie más grande del cuerpo portador y es por consiguiente distribuida sobre los elementos de enfriamiento. En comparación con una región de metalización eléctricamente expedita y suficientemente pequeña y sección transversal de pista conductora, una mayor cantidad de calor puede ser distribuida en un periodo de tiempo más corto sobre la superficie del cuerpo portador y de ahí sobre los elementos de enfriamiento vía regiones de metalización ampliadas y secciones transversales de pistas conductoras ampliadas. El cuerpo portador o el elemento de enfriamiento, también denominado a continuación como cuerpo, pueden consistir preferiblemente de por lo menos un componente de cerámica o una combinación de diferentes cerámicas. Por ejemplo, óxido de aluminio técnico 80-99.9%, óxido de aluminio, óxido de berilio, óxido de zirconio, óxido de zirconio estabilizado, nitruro de aluminio, óxido de aluminio reforzado con zirconio, cerámica de vidrio o cerámicas que han surgido debido a mezclas de por lo menos dos cerámicas o aditivos diferentes, podrían ser mencionados. Las cerámicas monccristalinas pueden ser por ejemplo zafiro. El cuerpo puede también consistir de un material combinado. Materiales de matriz, por ejemplo resinas, polímeros o siliconas con agregados pueden ser usados. Los agregados efectúan un cambio en la conductividad térmica de los materiales de matriz. Los sistemas de multicomponentes pueden preferiblemente ser polímeros con Al203, polímeros con A1N, siliconas con AI2O3/AIN.
El cuerpo puede ser rígido o flexible o una combinación de rígido/flexible. El cuerpo puede ser una combinación de metal /cerámica o una combinación de cerámica y metal. El cuerpo puede estar en multicapas con pistas conductoras internas y partes componentes eléctricas, tales como resistores, bobinas, capacitores, etc., regiones eléctricamente conductoras entre las capas también son posibles . El cuerpo puede también ser usado como reemplazo para un cuerpo de enfriamiento eléctricamente conductor, en este caso en particular si el medio ambiente de los alrededores tiene un efecto corrosivo. El cuerpo puede al mismo tiempo también ser un alojamiento de montaje. El uso del cuerpo portador de acuerdo con la invención tiene las siguientes ventajas: reducción en la amplia variedad de componentes, expansión de la amplia variedad de funciones, protección intrínseca contra la sobrecarga térmica, conflabilidad a largo plazo, evasión de desajuste de TCE debido al uso de una variedad muy amplia de materiales, - - > incremento en potencia debido a la disipación de calor mejorada, > superación de la dificultad de disipar directamente altas pérdidas de calor, > el principio básico puede ser transferido a múltiples aplicaciones, un equilibrio térmico que es inherente al sistema "per se", la desviación de montaje de la fuente de calor en un alimento separado, que a su vez puede ser montada sobre el cuerpo, es eliminada. Las fuentes de calor pueden ser partes componentes eléctricas o electrónicas, tales como elementos de calentamiento, elementos de Peltier, resistores, semiconductoras activos y pasivos, por ejemplo. El calor puede ser producido intencionalmente como función o puede surgir como producto secundario cuando se efectúa la función. Las fuentes de calor pueden también experimentar cambios en su funcionalidad debido al calor producido por ellas durante la operación. Las fuentes de calor pueden ser conectadas directamente al cuerpo, por ejemplo vía una junta soldada.
- - IGBT Los módulos son sometidos a potencias aún mayores por área unitaria y la funcionalidad permanente de estos módulos puede solamente ser asegurada por cuerpos de enfriamiento que son montados. De aquí, el cuerpo portador de acuerdo con la invención es seleccionado para expulsar el calor.
LED (diodos emisores de luz) Con la técnica previa no ha sido posible a la fecha o solamente posible a una extensión restringida, satisfacer las demandas mayores en términos de luminancia. Las razones por esto son el manejo térmico deficiente asociado con el arte previo. A medida que la luminancia se incrementa, el calor emitido se incrementa. El calor emitido influencia la vida y la constancia de color significativamente. Lo mismo también se aplica a aplicaciones con diodos de láser. De acuerdo con la invención, los semiconductores pueden ser montados directamente sobre un tablero de circuitos impresos o alojados por adelantado y luego colocados sobre el tubular de circuitos impresos como una parte componente. El circuito dispuesto sobre el tubular de circuitos impresos es a su vez enfriado, de acuerdo con la invención, mediante los elementos de enfriamiento o el semiconductor es provisto directamente con un cuerpo de enfriamiento adicional. los - - semiconductores pueden también ser, por ejemplo celdas solares, puesto que su salida de energía disminuye con la temperatura incrementada. En este caso, el semiconductor por sí mismo no produciría ninguna emisión de calor a través de la operación que necesitaría ser disipada, pero en este caso el semiconductor es calentado por el componente IR de la luz del sol .
Controladores El arte previo, por ejemplo en vehículos motorizados, involucra la separación de las fuentes de calor del circuito y conectarlas eléctricamente. En este caso, también la construcción con cuerpos de enfriamiento térmicamente conductores es utilizada.
Corrosión de cuerpos de enfriamiento Bajo condiciones de aplicación específica, la corrosión superficial resulta en el caso de cuerpos de enfriamiento eléctricamente conductores. Las conexiones superficiales producidas por conversión química cambian la transferencia al medio de enfriamiento y pueden también cambiar la superficie, por ejemplo por medio de picaduras. Los cuerpos portadores que consisten de cerámica con elementos de enfriamiento integrados alivian este problema.
- - Elemento de calentamiento de cerámica El uso para la estabilización térmica del cuerpo de enfriamiento por si mismo o del medio ambiente directo o indirecto .
Aplicación de Peltier Los elementos de Peltier tienen un lado frío y un lado caliente. Dependiendo de la aplicación, la construcción puede siempre ser vista en combinación con un cuerpo de enfriamiento separado. Asi, el elemento de Peltier puede ser aplicado directamente al cuerpo de enfriamiento eléctricamente aislante . Dentro del sistema de detector/sobre la superficie del sistema de detector, debido a la retroalimentación directa en el sistema dedicado. El cuerpo de enfriamiento por si mismo puede contener un sistema de detector que ha sido introducido o montado/aplicado a una superficie. Debido al acoplamiento directo al sistema, las funciones protectoras de auto-regulación de las fuentes de calor son posibles.
Montaje del cuerpo de enfriamiento Puntos de montaje, cojinetes, cavidades, pernos de montaj e Enfriamiento activo y pasivo - - agujeros perforados - ventiladores - nervaduras en medio de enfriamiento diferente al aire . Cuando se monta la parte componente y el cuerpo de enfriamiento, el arte previo frecuentemente también requiere un tercer componente, una llamada película conductora de calor, que necesita al mismo tiempo también ser eléctricamente aislante. Con el fin de que el efecto deseado de la disipación de calor pueda ser obtenido, el cuerpo de enfriamiento y la parte componente necesitan tener superficies planas y planas-paralelas, con el fin de que se asegure una conexión de entrelazamiento al 100%. Si se usa otra película conductora de calor, esta también necesita tener una superficie planta y plana-paralela. Cuando se monta tal construcción, una conexión atornillada es frecuentemente seleccionada. Si durante el montaje o durante la operación hay retardos en la construcción, el contacto térmico se puede perder parcialmente. La funcionalidad y vida de la construcción son por consiguiente efectuadas en cuestión. De acuerdo con la invención, hay ahora por primera vez la posibilidad de una junta soldada sobre los cuerpos de enfriamiento aislantes eléctricamente, las desventajas mencionadas anteriormente del acoplamiento térmico no surgen durante el proceso de soldadura.
- - Construcción de emparedado en multicapas Conexiones mecánicas simples del cuerpo de enfriamiento para el montaje de la unidad por si misma o para conexión adicional de cuerpos de enfriamiento y/o funciones asociadas con el cuerpo.
Tablero de circuitos impresos auto-enfriado El arte previo va a proporcionar un tablero de circuitos impresos con manejo térmico insuficiente con un cuerpo de enfriamiento eléctricamente conductor. En este caso, el acoplamiento térmico es ajustado a frontera en que necesita ser estable por un periodo de tiempo largo. Los factores limitantes son por ejemplo el cambio genético con el paso del tiempo del medio aislante eléctricamente. Las Figuras 1 a 20 muestran modalidades del cuerpo portador 1 de acuerdo con la invención. La Figura 1 muestra a manera de ejemplo, un cuerpo portador 1 que consiste de una cerámica con elementos de enfriamiento 7 de cerámica que son formados integralmente como nervaduras. Un cuerpo portador independiente adicional 2 está ubicado sobre el cuerpo portador 1. Cada uno de los cuerpos portadores 1 y 2 llevan capas 9 eléctricamente conductoras que contienen metal. La conexión entre el cuerpo portador 2 y el cuerpo portador 1 puede ser representada por medio de una junta soldada 14. El calor puede por consiguiente ser removido del - - cuerpo portador 2 o el cuerpo portador 2 puede ser enfriado, vía el cuerpo portador 1 a los elementos de enfriamiento 7. Un LED 6c puede ser equipado al cuerpo portador 2 mediante la placa base 5 del LED 6c que es conectado a la capa que contiene metal 9 del cuerpo portador 2 vía una junta soldada 14. Los elementos de enfriamiento 7 son conectados integralmente al cuerpo portador 1 por medio de sinterización . Los elementos de enfriamiento 7 por sí mismos pueden también actuar como cuerpos portadores. La combinación de más de dos cuerpos portadores es también ventajosa. La Figura 2 muestra un cuerpo portador 1 que consiste de una cerámica con elementos de enfriamiento 7 de cerámica formados integralmente como nervaduras. Un chip 6a, que es representativo de cualquier fuente de calor deseada, está ubicado sobre este cuerpo portador 1. Este chip 6a es conectado a capas eléctricamente conductoras 9 vía los conductores 8. El chip 6a puede ser conectado directamente al cuerpo portador 1 o puede ser conectado a la junta soldada 14, por ejemplo, vía una capa de metal 10 que puede ser soldada sobre la capa de metal. Un elemento de componente eléctrico o electrónico adicional es denotado por el símbolo de referencia 6b, este elemento de componente representa una fuente de calor, como el chip 6a. La parte componente 6b es dispuesta sobre el elemento de enfriamiento 7 sobre una capa eléctricamente conductora 9. El elemento de enfriamiento 7 por consiguiente en este caso puede - - también tomar la función de un cuerpo portador. Los elementos de enfriamiento 7 son conectados integralmente al cuerpo portador 1 por medio de sinteri zación . Los otros elementos de enfriamiento 7 pueden también actuar como cuerpos portadores. La Figura 3 muestra a manera de ejemplo, la posibilidad de conectar el cuerpo portador 1 y/o los elementos de enfriamiento 7 a componentes adicionales, por ejemplo un cuerpo portador adicional o un elemento de componente super-ordenado, vía una posibilidad de montaje, por ejemplo una conexión de tornillo 11, via un compuesto adhesivo 12 u opciones de fijación similares. La conexión de tornillo 11 representa por consiguiente una opción de montaje. De otra manera, el cuerpo portador 1 es virtualmente idéntico a aquel mostrado en la Figura 2. La Figura 4 muestra, a manera de ejemplo, las opciones para arreglar elementos de enfriamiento formados idénticamente o diferentemente 7 sobre el cuerpo portador 1. Los elementos de enfriamiento 7 pueden apuntar en todas las direcciones físicas en términos de su orientación con respecto a la superficie del cuerpo portador 1 como se desee, de la misma manera o en combinaciones de las mismas. Aquí, un semiconductor 6d es conectado al cuerpo portador 1 con una capa de soldadura 14 vía una capa conductora eléctricamente que contiene metal 9. El semiconductor 6d es también conectado a la capa que contiene metal 9 con un alambre 3.
- - Las Figuras 5a-5d muestran diferentes posibilidades en cuanto a cómo pueden aparecer modificaciones de superficie. La Figura 5a muestra una modificación superficial al introducir cavidades o agujeros 4 a los elementos de enfriamiento 7. La Figura 5b muestra una modificación superficial al introducir arrugas angulares 13 y/o un perfil de espesor simultáneo para el elemento de enfriamiento 7. La Figura 5c muestra una modificación superficial al introducir surcos corrúgaos 15 a los elementos de enfriamiento 7. La Figura 5d muestra una modificación superficial mediante bifurcaciones 16 semejantes a ramas en el elemento de enfriamiento 7. La Figura 6 muestra una superficie rugosa formada desigualmente de un cuerpo portador 1, que es conectado a una parte de componente 6b. La parte de componente 6b y el cuerpo portador 1 son provistos con una capa de metalización 51 que puede ser soldada. La conexión de entrelazamiento completa es producida vía una junta soldad 14. La Figura 7 muestra un cuerpo portador 1 sobre el cual un elemento de componente 6b es dispuesto vía una conexión de entrelazamiento parcial 52. Las regiones 53 sin conexión de entrelazamiento son dispuestas entre la conexión de entrelazamiento 42.
- - La Figura 8 muestra un corte 50 en el cuerpo portador i y La Figura 9 muestra una elevación 49 sobre un cuerpo portador 1. La Figura 10 muestra un cuerpo portador 1 con elementos de enfriamiento 7. Los elementos de componente 6b son dispuestos, en diferentes disposiciones físicas, vía una junta soldada 14 sobre el cuerpo portador 1. Por ejemplo, los elementos de componente 6b podrían ser LED, que están diseñados para irradiar en diferentes direcciones. La Figura 11 muestra un cuerpo portador 1 con elementos de enfriamiento 7 conectados integralmente. El cuerpo portador 1 y los elementos de enfriamiento 7 consisten de un material de cerámica y son ambos conectados integralmente entre sí mediante un proceso de sinterización, esto es, son una sola parte de componente. Un elemento de enfriamiento 7a es graduado en sección transversal, otro elemento de enfriamiento 7b es de forma de perno en sección transversal y otro elemento de enfriamiento 7c está en forma de paralelepípedo. Los elementos de enfriamiento 7a y 7b son dispuestos sobre el lado inferior 21 del cuerpo portador 1. Un elemento de enfriamiento 7c es dispuesto lateralmente sobre el cuerpo portador 1 y el elemento de enfriamiento 7. Las pistas conductoras 17 son dispuestas sobre el lado superior 20 del cuerpo portador 1. Aquel lado del cuerpo portador 1 que está de frente a lo lejos del lado superior 20 es identificado como el lado inferior 21. Además de las pistas conductoras 17, solo ilustradas esquemáticamente en la presente están el cobre 18, como un metal, es aplicado a toda el área sobre el lado superior 20 del cuerpo portador 1 utilizando el proceso de DCB. Además, un metal 19 es también aplicado a parte del área. Preferiblemente, la conductividad térmica del metal 19 es aproximadamente igual a la conductividad térmica del cuerpo portador 1 y/o los elementos de enfriamiento 7. Se entiende que la conductividad térmica es la proporción de watts/mK. La conductividad térmica del metal 19 puede naturalmente también no ser igual a la conductividad térmica del cuerpo portador 1 y/o los elementos de enfriamiento 7. La Figura 12 muestra un cuerpo portador 1 con elementos de enfriamiento 7, como también se muestra en la Figura 11. Una fuente de calor 22 es dispuesta sobre el lado superior 20 sobre un metal 19. La fuente de calor 22 es impulsada vía pistas conductoras 17. Las pistas conductoras 17 tienen la función de conductividad eléctrica y el metal 19 tiene la función de dispersión térmica y conductividad eléctrica . La Figura 13 muestra un cuerpo portador 1 con elementos de enfriamiento 7, que también es mostrado en las figuras 11 y 12. Los metales 19, que difieren en términos de su espesor 23, esto es, altura, son dispuestos sobre el lado - - superior 20 del cuerpo portador 1. El metal 19a tiene un gradiente de espesor, esto es, el espesor siempre se incrementa continuamente de un lado al otro lado. Los metales 19 pueden ser conectados al cuerpo portador 1 sobre toda el área o parte del área. La Figura 14 muestra un cuerpo portador 1 con elementos de enfriamiento 7, como también se muestra en las Figuras 11 a 13. Los metales 19 son dispuestos en una pluralidad de capas sobre el lado superior 20. Tanto una pluralidad de capas de un solo metal y una pluralidad de capas de diferentes metales pueden ser aplicados. Las capas individuales pueden también tener una estructura 24. La Figura 15a muestra un cuerpo portador 1 con elementos de enfriamiento 7, como se muestra en las Figuras 11 a 13. El cuerpo portador 1 puede haber sido completamente penetrado por color (véase región 48) o también es posible que solo regiones individuales del cuerpo portador 1 sean coloreadas. La Figura 15b muestra un detalle del cuerpo portador 1 o elemento de enfriamiento 7 a lo largo de un borde roto x. Se puede ver la penetración uniforme de color. La Figura 15c muestra una coloración que tiene la forma de un gradiente. Después de la producción del cuerpo portador 1 con los cuerpos de enfriamiento 7, se aplica un aditivo que imparte color con colores del material global después de un tratamiento térmico.
- - La Figura 15d muestra un detalle del cuerpo de enfriamiento 7 en el cual el material global no ha sido coloreado. Para este propósito se aplica un recubrimiento superficial, por ejemplo un barniz. El borde roto es identificado por el símbolo de transferencia x en todas las figuras . En las Figuras 16a y 16b, un cuerpo portador 1 es conectado a otro cuerpo portador 2. La conexión puede ser de una variedad de tipos y depende de los requerimientos. Los materiales de conexión son caracterizados por el símbolo de referencia 47. Los elementos de enfriamiento 7 en las figuras 16a, b son nervaduras de una variedad muy amplia de tipos. La Figura 17 muestra un cuerpo portador 1 con elementos de enfriamiento 7, una base E27 46 es dispuesta sobre los elementos de enfriamiento 7 vía materiales de conexión 47. Esta base E27 46 es usada para acomodar medios de iluminación, por ejemplo una lámpara incandescente. La base E27 46 es también usada en general en la presente para todos los conectores, enchufes o receptáculos eléctricos. Un LED 6c es dispuesto sobre el lado superior 20. La Figura 18 muestra una modalidad de acuerdo con la invención en la cual un cuerpo portador 1 es conectado a otro cuerpo portador 2 para formar una construcción (arreglo) tridimensional. La referencia 47 identifica otra vez el material de conexión. Un cuerpo portador adicional 3 es - - dispuesto sobre el otro cuerpo portador 2. El cuerpo portador 2 está en forma de un cuerpo geométrico tridimensional. Las Figuras 19a, b, c, muestran un cuerpo portador 1, que es conectado integralmente a elementos de enfriamiento 7. Toda la superficie del cuerpo portador 1 está en forma de una región de metalización sinterizada 41. La región de metalización 41 consiste de tungsteno y es recubierta químicamente con níquel. La Figura 19a muestra el cuerpo portador 1 con los elementos de enfriamiento 7 en una vista tridimensional y la Figura 19b muestra una vista en planta, desde abajo, de los elementos de enfriamiento 7. La Figura 19c muestra una sección transversal a lo largo de la línea A-A de la figura 19b. El cuerpo portador 1 con los elementos de enfriamiento 7 tiene una longitud L de 50 mm y un ancho B de 25 mm. La altura Hl de los elementos de enfriamiento 7 es 10 mm y la altura H2 de todo el cuerpo portador 1 con los elementos de enfriamiento 7 es de 13 mm. Los elementos de enfriamiento individuales 7 tienen un espesor D de 2 mm y la distancia A entre los elementos de enfriamiento 7 es de 2 mm. Los elementos de enfriamiento individuales 7 son ligeramente redondeados en sus extremos. Las Figuras 20a, b, c, d muestran un cuerpo portador 1 con elementos de enfriamiento 7, que es idéntico en términos de su dimensiones al cuerpo portador 1 de la figura 19. Aquí, - - sin embargo, no toda la superficie del cuerpo portador 1 está en forma de una región de metalización sinterizada, sino que solamente regiones de metalización circulares individuales 41 son dispuestas que consisten de tungsteno y son electrodepositadas con níquel químicamente. La capa de tungsteno tiene un espesor de por lo menos 6 µ?t? y la capa de níquel tiene un espesor de por lo menos 2 µp?. Las regiones de metalización individuales 41 tienen un diámetro de 5 iran. Este cuerpo portador 1 es usado, por ejemplo, para acomodar LED.

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un cuerpo portador para elementos de componentes eléctricos o electrónicos o circuitos, el cuerpo portador es eléctricamente no conductor o virtualmente no conductor y el '5 cuerpo portador es provisto integralmente con elementos de enfriamiento disipantes de calor o de suministro de calor, caracterizado porque el cuerpo portador es un tablero de circuitos impresos, en el cuerpo portador y el elemento de enfriamiento consisten de un material de cerámica o un material 0 combinado y el materia combinado contiene materiales de matriz eléctricamente no conductores o virtualmente no conductores con agregados conductores de calor y regiones de metalización sinterizadas son aplicadas a la superficie del cuerpo portador.
  2. 2. El cuerpo portador de conformidad con la 5 reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos una opción de montaje es conectada al cuerpo portador o elemento de enfriamiento .
  3. 3. El cuerpo portador de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los elementos de 0 enfriamiento llevan o tienen cualesquier estructuraciones de superficie deseadas, que dan como resultado el efecto de alterar la superficie.
  4. 4. El cuerpo portador de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el cuerpo 5 portador es conectado a capas de metal > 5 µ??, que son aplicadas, por ejemplo, utilizando procesos de DCB (Pegado de cobre directo) o procesos de AMB (Latonado de metal activo) .
  5. 5. El cuerpo portador de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque señales sensoriales son derivadas de la deformación parcial o total de cuerpo portador.
  6. 6. El cuerpo portador de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el cuerpo portador es usado como una fuente de calor por el calor producido que es impulsado al medio cuya temperatura va a ser regulada vía el cuerpo portador o el elemento de enfriamiento.
  7. 7. El cuerpo portador de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque una o más sustancias emisoras de luz o uno o más componentes emisores de luz y combinaciones de los mismos son conectados al cuerpo portador .
  8. 8. El cuerpo portador de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el cuerpo portador es conectado a por lo menos un cuerpo portador geométricamente idéntico o diferente adicional via materiales de conexión apropiados para formar un tipo de arreglo tridimensional .
  9. 9. El cuerpo portador de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el cuerpo portador es conectado a una o más sustancias emisoras de luz o uno o más componentes emisores de luz y combinaciones de los mismos y al mismo tiempo, es provisto con conectores eléctricos estandarizados o no estandarizados.
  10. 10. El cuerpo portador de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque los conectores eléctricos son bases de lámparas, tales como series E27, E14, GU, serie G, serie U, serie R.
  11. 11. El cuerpo portador de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque por lo menos uno y/o varios cuerpos portadores diferentes o idénticos son incrustados en un material de matriz con cualquier orientación deseada u orientados en la misma dirección.
  12. 12. El cuerpo portador de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque en un cuerpo portador un cambio en el transporte de calor se obtiene al modificar el tamaño o la coloración o las regiones metalizadas o la geometría o el cambio de los elementos de enfriamiento o el número de elementos de enfriamiento o combinaciones de los mismos.
  13. 13. El cuerpo portador de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el cuerpo portador no tiene cualquier efecto de apantallamiento obtiene poco efecto de apantallamiento con respecto a campos eléctricos o magnéticos o electromagnéticos o combinaciones de estos y por consiguiente estos campos pueden también pasar a través del cuerpo portador.
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