SK8522003A3 - An electronic device - Google Patents

Description

Elektronické zariadenie.

Oblasť techniky

Tento vynález sa týka elektronického zariadenia, vybaveného súčasne teplo rozptyľujúcim médiom a tepelnou izoláciou, použitého vo všeobecnosti v obvodoch ovládania motora.

Doterajší stav techniky

Pretože obvody, ktoré sa používajú na ovládanie motorov vo všeobecnosti, vrátane hermetických kompresorov na chladenie, používajú elektronické komponenty, ktoré pri ovládaní energie, dodávanej do zariadenia, vykazujú jej straty, ktoré vedú k tvorbe tepla, existujú dnes rôzne spôsoby tepelného spojenia na zabezpečenie prenosu tohto nežiaduceho tepla do okolia, čím sa vyhneme prehriatiu obvodu, ktoré spôsobuje poškodenie a/alebo skrátenie životnosti elektronických komponentov.

Čím lepšie je tepelné spojenie, tým lepší je prenos tepla medzi elektronickým komponentom, v ktorom dochádza k stratám, a okolím. Tak napríklad rozdiel teplôt medzi zdrojom tepla (elektronický komponent so stratami) a okolím, podelený tokom prenášaného tepla, predstavuje mieru spojenia v jednotkách stupeň Kelvina/Watt.

Jeden z týchto spôsobov vytvorenia dobrého tepelného spojenia elektronického komponentu s okolím spočíva v inštalovaní kovových prvkov, tepelne spojených s elektronickým komponentom, ako sú napríklad rebrá. Tento elektronický komponent plní funkciu rozptyľovača tepla a je vybavený veľkou plochou, vystavenou okolitému vzduchu. Týmto spôsobom vytvára dobré tepelné spojenie medzi dielmi, čím významne obmedzuje vzrast teploty elektronického komponentu, keď tento uvoľňuje teplo v dôsledku Jouleovho efektu, spôsobeného stratami.

Hoci toto je veľmi účinný a široko používaný spôsob vytvárania tepelného spojenia, vyžaduje pripevňovacie prostriedky, napríklad skrutku, svorku a podobne, aby sa mohlo uskutočniť fyzické spojenie medzi elektronickým komponentom a

-2rozptyľovačom, ktoré vyžaduje značný fyzický priestor vnútri zariadenia. Ďalšou nevýhodou tohto spôsobu je to, že vyžaduje veľa práce na namontovanie každého komponentu rozptyľovača, čo spôsobuje vysoké náklady na tento proces montáže.

Ďalším spôsobom, požívaným na prenášanie tepla medzi elektronickým komponentom a okolím, sú takzvané „tepelné rúrky, ktoré používajú chladiace kvapaliny, ktoré prenášajú teplo fázovou premenou. To je veľmi účinný spôsob prenosu tepla, ale vyžaduje špeciálnu konštrukciu rozptyľovača, ktorý obsahuje túto chladiacu kvapalinu^-, čím ho robí veľmi drahým. Okrem toho vyžaduje geometrický tvar, ako aj fyzický priestor, potrebný na vzájomné zmontovanie týchto dielov.

Špeciálne aplikované na hermetické kompresory existujú tiež spôsoby, ako je umiestnenie rozptyľovača tepla, spojeného s elektronickými komponentami, do priameho styku s okolitým vzduchom. Tento spôsob vyžaduje otvor v skrinke, ktorá chráni zariadenie, čo vedie ku komplikáciám pre projektovanie, výrobu a montáž a vyžaduje účinné riešenia, aby sa zabránilo preniknutiu kvapalín do zariadenia a aby sa zaručila izolácia medzi časťami, ktoré sú elektricky spojené s obvodom a rozptyľovačom, najmä preto, lebo tento je prístupný zvonka a môže predstavovať bezpečnostné riziko.

Ako je opísané v dokumente WO 972729, je známe spojenie medzi elektronickými komponentami a kostrou kompresora, pričom táto kostrová časť sa nachádza v blízkosti sacieho potrubia pre chladiaci plyn, ktoré je pri značne nízkej teplote z výstupu z odpaľovača. Napriek uľahčeniu prenosu tepla toto riešenie vyžaduje popri účinnej izolácii fyzický kontakt medzi elektronickými komponentami a kostrou kompresora, čo vyžaduje použiť zariadenia, vhodné na fixovanie, a zložité montážne riešenia.

Dokument US 5 060 114 opisuje prenos tepla z elektronického zariadenia na základe efektu vodivosti. Týmto spôsobom sa tvarovateľná silikónová platňa vytvaruje tak, aby obklopila elektronické zariadenie, pričom odvádza nim vyvinuté teplo. Toto usporiadanie má nevýhodu, že rozptyľuje teplo, vytvorené zostavou elektronických komponentov, len vtedy, keď teplo už presiahlo kryt tohto zariadenia, teda silikónová platňa už nie je v priamom styku s komponentami, ale len s krytom,

-3ktorý ich obsahuje. Týmto spôsobom sa zvyšujú bariéry, ktoré bránia úniku tepla v styku s komponentami.

Dokument US 5 208 733 opisuje zapuzdrenie, zahrnujúce rozptyľovač tepla, ktorý je držaný konštrukčným prvkom. Rozptyľovač je tvorený kovovou platňou značnej hrúbky, usporiadanou na elektronických komponentoch. Pomocou vákuového procesu sa umiestni vrstva polymérneho filmu na elektronické komponenty, ktoré sú usporiadané na doske s plošnými spojmi, ktorá je zasa pripevnená na uvedený konštrukčný prvok. Látka, pozostávajúca zo silikónu vo forme gélu, sa pridá do krytu tak, aby vyplnila priestor, ktorý je medzi kovovou platňou a komponentami. Avšak, pretože táto látka nemá charakteristiky elektrického izolantu, nepríde do priameho styku ani s elektronickými komponentami, ani s doskou s plošnými spojmi, pričom je obmedzená obrysom, definovaným polymérnym filmom. Táto konštrukcia vyžaduje rôzne pridružené procesy počas výroby tohto krytu, čo zvyšuje náklady na ňu v dôsledku potreby veľkého množstva súhrnnej práce.

Ďalšou nevýhodou je, že okrem hrubej kovovej platne má kryt ďalšiu ochrannú vrstvu, ktorá sťažuje uvoľňovanie tepla do okolia. Aby sa táto nevýhoda obišla, sú opísané chladiaci systém a prítomnosť konektorov, čo zvyšuje náklady a fyzický priestor, ktorý zaberá kryt.

Cieľom vynálezu je vytvoriť dobré tepelné spojenie medzi elektronickými komponentami a okolím pomocou elektronického zariadenia, ktoré má charakteristiky elektrickej izolácie, ktoré nepotrebuje otvory na prechod kovových komponentov, ktoré sú zodpovedné za odvedenie tepla do okolia.

Tiež je cieľom vynálezu eliminovať nevyhnutnosť používať skrutky alebo iné prostriedky na udržiavanie elektronických komponentov v styku s rozptyľovačom tepla.

Ďalším cieľom vynálezu je eliminovať nevyhnutnosť inštalovať špecifické komponenty na elektrickú izoláciu medzi napájané časti komponentov a rozptyľovač, vystavený okoliu.

-4Ďalším cieľom vynálezu je dosiahnuť účinné a jednoduché rozptyľovanie tepla, vytvoreného v obvode, pri súčasnom zmenšení veľkosti zariadenia, uľahčení jeho konštrukcie, vyhnutí sa potrebe mechanickej presnosti a znížení výrobných nákladov.

Podstata vynálezu

Ciele tohto vynálezu sú dosiahnuté pomocou elektronického zariadenia, zahrnujúceho kryt, vybavený uzavretou komorou a doskou s plošnými spojmi, ktorá je umiestnená v uvedenej komore tak, aby definovala rozptyľovaciu komoru, pričom doska s plošnými spojmi obsahuje najmenej jeden elektronický komponent, umiestnený v rozptyľovacej komore, pričom rozptyľovacia komora obsahuje výplň, ktorá je v styku súčasne s elektronickým komponentom, doskou s plošnými spojmi a s rozptyľujúcim filmom.

Prehľad obrázkov na výkrese

Vynález teraz podrobnejšie opíšeme s odkazom na uskutočnenie, znázornené na obrázku.

Obr. 1 znázorňuje pohľad spredu v reze na elektronické zariadenie podľa tohto vynálezu.

Príklad uskutočnenia

Podľa výhodného uskutočnenia a ako možno vidieť na obr. 1, elektronické zariadenie 1. tvorí kryt 2, uzavretá komora 4, rozptyľovacia komora 4', doska 3 s plošnými spojmi, elektronické komponenty 5a, 5b, výplň 7 a rozptyľujúci film 10.

Kryt 2 je výhodne vyrobený z tuhého polymérneho materiálu a môže nadobúdať rôzne geometrické tvary. Polymérny materiál dodáva krytu 2 charakteristiky elektrickej izolácie.

Komora 4 je ohraničená krytom 2 a predstavuje prázdny priestor, vytvorený vnútri zariadenia L Doska 3 s plošnými spojmi, vybavená elektronickými komponentami 5a, 5b, výplň 7 a rozptyľujúci film 10 sú vložené do komory 4.

-5Doska 3 s plošnými spojmi je umiestnená vnútri zariadenia 1. tak, aby definovala rozptyľovaciu komoru 4', ktorá zahrnuje elektronické komponenty 5a, ktoré sú pridružené k prvému povrchu 9 dosky 3. Doska 3 má tiež elektronické komponenty 5b, pridružené k jej druhému povrchu 6, protiľahlému k prvému povrchu 9.

Elektronické komponenty 5a sú výkonové elektronické komponenty a v dôsledku svojej charakteristiky sú zodpovedné za podstatnú časť tepla, rozptýleného v obvode. Toto teplo je výsledkom Jouleovho efektu, ktorý je tu prítomný kvôli stratám, existujúcim v komponentoch.

Čo sa týka komponentov 5b, tieto nevykazujú žiadne straty, ktoré by boli dostatočné na vytvorenie značného množstva tepla v obvode. Tieto komponenty sú priradené k druhému povrchu 6 dosky 3, protiľahlému k povrchu 9 dosky 3.

Rozptyľujúci film 10 je umiestnený na vnútornom povrchu krytu 2 a oproti prvému povrchu 9 dosky 3. Rozptyľujúci film 10 výhodne pozostáva z kovového materiálu, výhodne hliníka, s malou hrúbkou, napríklad okolo 0,1 mm, a vykazuje väčšiu plochu než vyčnievajúce plochy elektronických komponentov 5a, teda plocha, ktorú zaberá rozptyľujúci film, je väčšia než plocha, ktorú zaberá súčet plôch vonkajších povrchov komponentov 5a, keď tieto hodnoty sú projektované podľa výpočtu, na vnútornom povrch krytu 2. Rozptyľujúci film W je zodpovedný za prenos tepla na vnútorný povrch krytu 2 a mal by byť samolepivého typu. V tomto prípade sa nanesie vrstva lepivého materiálu na jeden z jeho povrchov, čím sa uľahčí nanesenie a pripevnenie tohto filmu 10 na vnútorný povrch krytu 2.

Výplň 7 je usporiadaná vnútri rozptyľovacej komory 4', súčasne je v styku obvodom elektronických komponentov 5a, časťami prvého povrchu 9 dosky 3, ku ktorému nie je priradený žiadny elektronický prvok, ako sú napríklad lišty alebo vodivé dráhy dosky s plošnými spojmi, a s rozptyľovacím filmom 10. Obvody komponentov 5a, ktorú sú v styku s výplňou 7, tvoria okraje alebo časti týchto komponentov 5a, ktoré sú nad povrchom 9 dosky 3.

Médium 7 je tvorené gélom, elastomérom alebo elektricky izolujúcou pastou, a môže byť polymérne alebo nie, môže alebo nemusí obsahovať tepelne vodivé

-6plnivá. Médium 7 by malo byť tiež elektricky izolujúce, pretože je v priamom styku s vodivými dráhami a koncovkami komponentov dosky s plošnými spojmi, kde sú prítomné napätia a dochádza k tvorbe tepla.

Médium 7 má elasticitu a/alebo plasticitu dostatočnú na to, aby sa prispôsobilo zmenám v rozmeroch v dôsledku tepelnej rozťažnosti, ktorej podliehajú komponenty 5a, doska 3 s plošnými spojmi a kryt 2. Týmto spôsobom sa zabráni výskytu trhlín alebo odpojeniu materiálu výplňového média 7 od komponentov 5a alebo vodivých dráh, odkiaľ je potrebné odvádzať teplo, ktoré by vytvorilo medzeru, vyplnenú vzduchom, čo sťažuje prechod tepla. Na druhej strane by médium 7 nemalo byť príliš tekuté, aby netieklo a aby vyplnilo požadované priestory.

Ak sú prítomné tepelne vodivé výplne, tvoria ich tepelne vodivé a elektricky izolujúce tuhé materiály vo forme práškov alebo zŕn, ako napríklad oxid hlinitý alebo oxid iného kovu. Granulácia tohto materiálu závisí len od procesu výroby plniaceho média 7 a od fyzikálnej stability, požadovanej pre toto médium 7 (buď tekutejšie alebo tuhšie). Na tento účel je výhodné použiť materiál vo forme prášku.

Toto médium 7 má elektricky izolačné vlastnosti, pričom veľmi účinne vedie teplo, rozptýlené výkonovými elektrickými komponentami 5a a ich koncovkami, ako aj teplo, vytvorené vodivými dráhami až po rozptyľujúci film 10. Z rozptyľujúceho filmu 10 teplo prechádza cez kryt 2 a potom sa prenáša do okolia.

Po opísaní výhodného uskutočnenia by malo byť jasné, že rámec tohto vynálezu zahrnuje všetky možné variácie, ktoré sú obmedzené len obsahom priložených nárokov, ktoré zahrnujú možné ekvivalenty.

Claims (12)

1. Elektronické zariadenie (1), vyznačujúce sa tým, že zahrnuje kryt (2), zahrnujúci uzavretú komoru (4) a dosku (3) s plošnými spojmi s vodivými dráhami, pričom doska (3) s plošnými spojmi je umiestnená v komore (4), definuje rozptyľovaciu komoru (4'), ktorá je vymedzená priestorom medzi povrchom (9) dosky (3) s plošnými spojmi a krytom (2), elektronické zariadenie (1) obsahuje rozptyľujúci film (10) umiestnený na vnútornom povrchu krytu (2) vo vnútri rozptyľovacej komory (4'), pričom doska (3) s plošnými spojmi obsahuje najmenej jeden elektronický komponent (5a) umiestnený v rozptyľovacej komore (4'), pričom rozptyľovacia komora (4') obsahuje výplň (7), ktorá je súčasne v priamom styku s obvodom elektronického komponentu (5a), s povrchom (9) dosky (3) s plošnými spojmi, s vodivými dráhami dosky (3) s plošnými spojmi a s rozptyľujúcim filmom (10).

2. Zariadenie podľa nároku 1,vyznačujúce sa tým, že obvod komponentov (5b) v styku s výplňou (7) zahrnuje časti tých komponentov (5a), ktoré sú nad povrchom (9) dosky (3) s plošnými spojmi.

3. Zariadenie podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že rozptyľujúci film (10) zahrnuje väčšiu plochu, než je projektovaná plocha elektronických komponentov (5a).

4. Zariadenie podľa nároku 3, vyznačujúce sa tým, že rozptyľujúci film (10) pozostáva z kovového materiálu.

5. Zariadenie podľa nároku 3, vyznačujúce sa tým, že rozptyľujúci film (10) zahrnuje lepivý materiál na prinajmenšom jednom povrchu.

-86. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1-5, vyznačujúce sa t ý m, že výplň (7) je v priamom styku s koncovkami elektronického komponentu (5a).

7. Zariadenie podľa nároku 6, vyznačujúce sa t ý m, že výplň (7) zahrnuje elektricky izolujúci gél.

8. Zariadenie’podľa nároku 6, vyznačujúce sa zahrnuje elektricky izolujúcu pastu.

9. Zariadenie podľa nároku 6, vyznačujúce sa t ý m, že výplň (7) t ý m, že výplň (7) zahrnuje elektricky izolujúci elastomér.

10. Zariadenie podľa nároku 7, 8 alebo 9, vyznačujúce sa tým, že výplň (7) obsahuje prísadu alebo výplň z tepelne vodivého materiálu.

11. Zariadenie podľa nároku 10, vyznačujúce sa tým, že doska (3) s plošnými spojmi obsahuje elektronické komponenty (5a) výkonového typu, priradené k jej druhému povrchu (6), v podstate protiľahlému k prvému povrchu (9).

12. Zariadenie podľa nároku 1,vyznačujúce sa tým, že kryt (2) pozostáva z elektricky izolujúceho materiálu.

13. Zariadenie podľa nároku 12, v y z n a č u j ú c e sa tým, že kryt (2) pozostáva z tuhého polymérneho materiálu.