BR202014032719Y1 - gabinete de dispositivo eletrônico - Google Patents
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Abstract
resumo patente de modelo de utilidade: "gabinete de dispositivo eletrônico e placa de dissipação". descreve-se um gabinete de dispositivo eletrônico (1) compreendendo um invólucro (2) e uma placa de circuito impresso (3), a placa de circuito impresso (3) sendo posicionada na área interna do invólucro (2) e definindo uma câmara de dissipação (4'). a câmara (4') formada entre uma primeira superfície (9) da placa de circuito impresso (3) e uma primeira superfície dissipadora (11) de uma placa de dissipação (10), a dita placa (10) sendo encaixada no invólucro (2) do gabinete. a placa (3) compreendendo pelo menos um componente eletrônico (5a) posicionado na câmara de dissipação (4'). a câmara (4') ainda compreendendo um preenchimento (7), o preenchimento (7) mantendo contato direto com um perímetro do componente eletrônico (5a), com partes da primeira superfície (9) da placa de circuito impresso (3), com as trilhas da placa de circuito impresso (3) e com partes da primeira superfície dissipadora (11) da placa de dissipação (10), o gabinete (1) é configurado de modo que uma segunda superfície dissipadora (12) da placa (10) oposta à primeira superfície dissipadora (11) esteja em contato direto com o ambiente externo ao gabinete (1). descreve-se ainda uma placa dissipadora. 23443728v1 1/1 23443728v1
Description
Relatório Descritivo da Patente de Modelo de Utilidade para GABINETE DE DISPOSITIVO ELETRÔNICO [001] O presente modelo refere-se a um gabinete de dispositivo eletrônico e a uma placa de dissipação. Mais especificamente, a um gabinete em que uma superfície da placa de dissipação de calor esteja em contato direto com o ambiente externo ao gabinete.
Descrição do estado da técnica [002] T endo em vista que os circuitos usados para controlar motores em geral, incluindo compressores herméticos para refrigeração, utilizam componentes eletrônicos que ao gerenciarem a energia fornecida ao equipamento, apresentam perdas que se traduzem na geração de calor, várias são as técnicas de acoplamento térmico hoje utilizadas para proporcionar a transferência deste calor indesejado para o meio ambiente, evitando o superaquecimento do circuito, que leva à danificação e/ou à redução da vida útil dos componentes eletrônicos.
[003] Essa transferência do calor entre o componente eletrônico onde as perdas são geradas, e o meio ambiente é tanto melhor quanto melhor for o acoplamento térmico entre essas partes. Assim, a diferença de temperatura entre a fonte de calor (componente eletrônico com perdas) e o meio ambiente, dividido pelo fluxo de calor transferido, representa a medida do acoplamento, em graus Kelvin/Watt.
[004] Uma destas técnicas para prover um bom acoplamento térmico do componente eletrônico com o meio ambiente consiste na instalação de elementos metálicos termicamente acoplados ao componente eletrônico, como por exemplo, aletas. Este elemento metálico possui a função de um dissipador térmico e é dotado de uma grande área exposta ao ar ambiente. Deste modo, provê um bom acoplamento térmico entre as partes, reduzindo significativamente a elevação da temperatura do componente eletrônico quando este libera calor devido ao efeito Joule causado pelas perdas.
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2/11 [005] Apesar de esta ser uma forma bastante efetiva e largamente utilizada para promover um acoplamento térmico, requer uma forma de fixação, por exemplo, um parafuso, clip ou equivalentes, para que aconteça o acoplamento físico entre o componente eletrônico e o dissipador, o que demanda um espaço físico considerável no interior do equipamento. Uma outra desvantagem desta técnica é que requer muita mãode-obra para a montagem de cada um dos componentes ao dissipador, computando um custo elevado a este processo de montagem.
[006] Outra técnica usada para transferir o calor entre o componente eletrônico e o meio ambiente são os chamados tubos de calor que utilizam fluidos refrigerantes que transferem calor pela mudança de fase. Esta é uma forma muito eficiente de transferência de calor, mas requer uma construção especial para o dissipador que contém esse fluido refrigerante, tornando-o muito caro, além de requerer uma forma geométrica bem como um espaço físico adequados para a montagem das partes entre si.
[007] Conforme descrito no documento WO 9702729, é conhecido o acoplamento entre os componentes eletrônicos e a carcaça do compressor, sendo esta região da carcaça próxima à tubulação de sucção do gás refrigerado que se encontra em uma temperatura bastante reduzida, proveniente da saída do evaporador. Apesar de facilitar a transferência de calor, esta solução requer o acoplamento físico entre os componentes eletrônicos e a carcaça do compressor, além de uma isolação eficiente, demandando a utilização de dispositivos adequados para a fixação e elaboradas soluções de montagem.
[008] O documento norte-americano US 5.060.114 descreve a transferência de calor de um gabinete de dispositivo eletrônico através do efeito da condução. Assim, uma placa conformável de silicone é amoldada de modo a envolver o gabinete de dispositivo eletrônico, removendo o calor gerado por este. Esta configuração apresenta a
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3/11 desvantagem de dissipar o calor gerado pelo conjunto de componentes eletrônicos apenas quando o calor já transpassou o envoltório deste gabinete de dispositivo, ou seja, a placa de silicone não está em contato diretamente com os componentes, e sim com o envoltório que os contém. Deste modo, são aumentadas as barreiras que impedem a saída do calor em contato com os componentes.
[009] O documento US 5.208.733 descreve um encapsulamento compreendendo um dissipador de calor que suporta um elemento estrutural. O dissipador é constituído de uma placa metálica de considerável espessura, disposta sobre os componentes eletrônicos. Uma camada de filme polimérico é depositada, através de um processo a vácuo, sobre os componentes eletrônicos que estão arranjados em uma placa de circuito impresso que, por sua vez, está fixada ao elemento estrutural.
[0010] Uma substância composta de silicone em forma de gel é adicionada ao envoltório de modo a preencher o espaço existente entre a placa metálica e os componentes. No entanto, por não conter características de isolamento elétrico, esta substância não entra em co ntato direto com os componentes eletrônicos nem tão pouco com a placa de circuito impresso, limitando-se ao contorno delimitado pelo filme polimérico. Esta construção exige vários processos associados durante a manufatura deste envoltório, aumentando o seu custo em função da necessidade de muita mão-de-obra agregada.
[0011] Uma outra desvantagem é que além da placa metálica espessa, o envoltório apresenta uma outra camada protetora, dificultando a liberação do calor para o meio ambiente. Para contornar esta deficiência, são descritos um sistema de resfriamento e a presença de conectores, acarretando em um aumento ainda maior dos custos e do espaço físico ocupado pelo envoltório.
[0012] Conforme exposto acima, não se conhece do estado da
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4/11 técnica um gabinete de um dispositivo eletrônico, o dito gabinete compreendendo uma placa de dissipação fixável sem a necessidade de utilização de ferramentas e de parafusos, e em que a superfície externa do gabinete seja formada pela própria placa de dissipação.
[0013] Adicionalmente, não se conhece do estado da técnica uma placa de dissipação que seja apenas encaixada em um invólucro de um gabinete de dispositivo eletrônico, o dito encaixe realizado sem a utilização de materiais adesivos.
[0014] Também não se conhece do estado da técnica uma placa de dissipação em que uma de suas superfícies seja voltada para o ambiente externo de um gabinete de dispositivo eletrônico.
[0015] Ainda, o estado da técnica não revela uma placa de dissipação que proteja fisicamente uma placa de circuito impresso disposta no interior de um gabinete de dispositivo eletrônico.
[0016] Por fim, o estado da técnica não revela um gabinete de um dispositivo eletrônico dotado de uma placa de dissipação em que uma das superfícies da referida placa esteja em contato direto com o ambiente externo ao gabinete.
Objetivos do modelo [0017] O presente modelo tem por objetivo prover um gabinete de um dispositivo eletrônico em que parte da superfície externa do gabinete é formada por uma placa de dissipação.
[0018] É também um objetivo do presente modelo a provisão de uma placa de dissipação fixável sem a necessidade de utilização de qualquer elemento de fixação ou material adesivo.
[0019] Um objetivo adicional do presente modelo é a provisão de uma placa de dissipação em que uma de suas superfícies fique diretamente exposta ao ambiente externo do gabinete de dispositivo eletrônico.
[0020] Ainda, o presente modelo tem como objetivo a provisão de
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5/11 uma placa de dissipação que proteja fisicamente uma placa de circuito impresso disposta no interior do gabinete do dispositivo eletrônico.
[0021] É também um objetivo do presente modelo prover uma placa de dissipação em que uma de suas superfícies esteja em contato direto com o ambiente externo ao gabinete de dispositivo eletrônico.
[0022] Um objetivo adicional do presente modelo consiste em um gabinete de dispositivo eletrônico em que a área interna de uma câmara de dissipação seja delimitada por uma placa de circuito impresso e por uma placa de dissipação.
Breve descrição do modelo [0023] Os objetivos do presente modelo são alcançados por meio de um gabinete de dispositivo eletrônico compreendendo um invólucro e uma placa de circuito impresso com trilhas, a placa de circuito impresso sendo posicionada na área interna do invólucro e definindo uma câmara de dissipação.
[0024] A câmara de dissipação sendo formada entre uma primeira superfície da placa de circuito impresso e uma primeira superfície dissipadora de uma placa de dissipação.
[0025] A placa de circuito impresso compreendendo ainda pelo menos um componente eletrônico posicionado na câmara de dissipação, a câmara de dissipação ainda compreendendo um preenchimento, o preenchimento mantendo contato direto com um perímetro do componente eletrônico, com partes da primeira superfície da placa de circuito impresso, com as trilhas da placa de circuito impresso e com partes da primeira superfície dissipadora da placa de dissipação.
[0026] O gabinete de dispositivo eletrônico é configurado de modo que uma segunda superfície dissipadora da placa de dissipação, oposta à primeira superfície dissipadora, esteja em contato direto com o ambiente externo ao gabinete de dispositivo eletrônico.
Descrição resumida dos desenhos
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6/11 [0027] O presente modelo será, a seguir, mais detalhadamente descrito com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:
[0028] Figura 1 - é uma vista em corte do gabinete de dispositivo eletrônico proposto no presente modelo;
[0029] Figura 2 - é uma vista em corte adicional do gabinete de dispositivo eletrônico proposto no presente modelo; e [0030] Figura 3 - é uma vista em corte adicional do gabinete de dispositivo eletrônico proposto no presente modelo
Descrição detalhada das figuras [0031] A figura 1 é uma representação em corte lateral do gabinete de dispositivo eletrônico 1 proposto no presente modelo.
[0032] Conforme pode ser observado, o gabinete de dispositivo eletrônico 1 compreende um invólucro 2, dotado de uma placa de circuito impresso 3 com trilhas. A placa de circuito impresso 3 posicionada no interior do invólucro 2 e definindo uma câmara de dissipação 4'.
[0033] Ainda, a placa de circuito impresso 3 compreende componentes eletrônicos 5a e 5b, um preenchimento 7 e uma placa de dissipação 10.
[0034] O invólucro 2 é formado preferencialmente por material polimérico rígido, podendo adquirir formas geométricas diversas. O material polimérico atribui característica de isolamento elétrico ao invólucro 2. A configuração estrutural para o invólucro 2 exibida na figura 1 é apenas uma configuração preferencial deste, não devendo ser considerada como uma limitação do presente modelo.
[0035] A placa de circuito impresso 3 é posicionada na área interna do invólucro 2 configurando assim uma câmara de dissipação 4'.
[0036] A câmara de dissipação 4' é formada entre uma primeira superfície 9 da placa de circuito impresso 3 e uma primeira superfície dissipadora 11 da placa de dissipação 10.
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7/11 [0037] Ainda, na câmara de dissipação 4' são dispostos os componentes eletrônicos 5a, que são associados à primeira superfície 9 da placa 3. A placa 3 possui ainda, componentes eletrônicos 5b associados a uma segunda superfície 6, oposta à primeira superfície 9.
[0038] Os componentes eletrônicos 5a são componentes eletrônicos de potência e, devido às suas características são responsáveis por uma parte relevante do calor dissipado no circuito. Este calor é resultado do efeito Joule, aqui presente devido às perdas existentes nos componentes.
[0039] Quanto aos componentes 5b, estes não apresentam perdas suficientes para gerar uma quantidade de calor considerável ao circuito. Estes componentes estão associados à segunda superfície 6 da placa 3, oposta à superfície 9 da placa 3.
[0040] A placa de dissipação 10 é constituída preferencialmente de material metálico, de preferência alumínio, de fina espessura, por exemplo, preferencialmente, em torno de 2 milímetros (mm) de espessura. Obviamente tal valor não deve ser considerado como uma limitação do presente modelo, representando apenas um aspecto preferencial deste. [0041] Ainda, a utilização da placa de dissipação 10 no presente modelo tem como objetivo transferir o calor gerado pela placa de circuito impresso 3 e pelos componentes eletrônicos 5a diretamente ao meio ambiente. Tal placa 10 deve ser, de maneira apenas preferencial, disposta em cerca de 85% da lateral do gabinete 1.
[0042] Importante notar que, no presente modelo, o calor não é transferido para uma das paredes do invólucro 2, mas sim diretamente ao ambiente externo (meio ambiente) ao gabinete de dispositivo eletrônico 1, tal como será melhor descrito a seguir.
[0043] No presente modelo, a placa de dissipação 10 compreende uma primeira superfície dissipadora 11 voltada para a primeira superfície 9 da placa eletrônica 3, tal como pode ser observado a partir
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8/11 da figura 1.
[0044] Ainda, a placa de dissipação 10 compreende uma segunda superfície dissipadora 12 voltada (faceada) ao ambiente externo do gabinete 1. Ou seja, entre a segunda superfície dissipadora 12 e o ambiente externo ao gabinete 1 não existe quaisquer barreiras ou elementos. [0045] Assim, a segunda superfície dissipadora 12 da placa de dissipação 10 está em contato direto com o ambiente externo ao gabinete de dispositivo eletrônico.
[0046] Por contato direto, entende-se que não há qualquer barreira entre a segunda superfície dissipadora 12 e o meio ambiente, ou seja, a segunda superfície dissipadora 12 opera como uma proteção à placa de circuito impresso 3 e aos componentes eletrônicos 5a.
[0047] Visando uma melhor compreensão do presente modelo, a figura 2 é uma ilustração em corte apenas do invólucro 2 e da placa de circuito impresso 3. Nesta, observa-se a placa de circuito impresso 3 desprotegida, uma vez que a placa de dissipação 10 não encontra-se associada ao invólucro 2.
[0048] Já a figura 3 ilustra tão somente os mesmos elementos representados na figura 2, porém agora com a placa de dissipação 10. Nesta figura, torna-se mais fácil perceber que a placa de dissipação 10, quando disposta, delimita, em conjunto com a placa de circuito impresso 3, a área interna da câmara de dissipação 4'. A associação da placa de dissipação 10 ao invólucro 2 é preferencialmente realizada por encaixe, assim, a placa de dissipação 10 é disposta (acomodada) no invólucro 2. Para que tal associação ocorra de maneira eficaz, torna-se necessário que o comprimento da placa de dissipação 10 seja substancialmente igual ao comprimento da região do invólucro 2 em que esta será encaixada.
[0049] Cabe salientar que para a fixação da placa de dissipação 10 não se faz necessária a utilização de parafusos ou quaisquer outros
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9/11 elementos de fixação, tal placa 10 é simplesmente disposta no invólucro
2.
[0050] Em referência novamente à figura 1, observa-se um preenchimento 7 disposto no interior da câmara de dissipação 4', simultaneamente em contato com um perímetro dos componentes eletrônicos 5a, partes da primeira superfície 9 da placa 3 onde não existem componentes eletrônicos associados, como, por exemplo, os filetes ou as trilhas do circuito impresso, e a placa de dissipação 10. Os perímetros dos componentes 5a em contato com o preenchimento 7 compreendem as arestas ou porções destes componentes 5a que estão acima da superfície 9 da placa 3.
[0051] O preenchimento 7 é constituído de um gel, elastômero ou pasta eletricamente isolante, podendo ser do tipo polimérico ou não, contendo ou não cargas termicamente condutoras. O meio 7 deve ser ainda isolante elétrico, tendo em vista que este está diretamente em contato com as trilhas e os terminais dos componentes do circuito impresso, onde existe altas tensões e gerações de calor.
[0052] O meio 7 apresenta elasticidade e/ou plasticidade suficiente para acomodar variações dimensionais devido às dilatações térmicas sofridas pelos componentes eletrônicos 5a, pela placa de circuito impresso 3 e pelo invólucro 2.
[0053] Deste modo, impede a ocorrência de fissuras ou destacamento do material do meio de preenchimento 7 em relação aos componentes 5a ou às trilhas, de onde se necessita retirar calor, criando uma folga preenchida pelo ar o que dificulta a passagem do calor. Por outro lado, o preenchimento 7 não deverá ser muito fluido, evitando que este escorra e deixe de preencher os espaços desejados.
[0054] Quando estão presentes, as cargas termicamente condutoras constituem-se de materiais sólidos, termicamente condutores e isolantes elétricos, em forma de pó ou grãos, como por exemplo, óxido de
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10/11 alumínio ou óxido de outro metal. A granulação deste material depende apenas do processo de produção do meio de preenchimento 7 e da estabilidade física que se deseja para este meio 7 (mais fluido ou mais sólido). Para tanto, é preferível a utilização do material em forma de pasta.
[0055] Este preenchimento 7 possui propriedade isolante elétrica, ao mesmo tempo em que conduz, de modo muito eficiente, o calor dissipado pelos componentes eletrônicos de potência 5a e seus terminais bem como o calor gerado pelas trilhas, até a placa de dissipação 10. Da placa de dissipação 10, o calor passa diretamente ao meio ambiente, sem qualquer barreira.
[0056] Por fim, para evitar riscos de eventuais choques elétricos, o gabinete de dispositivo eletrônico 1 deve ser aterrado em conformidade com as normas internacionais de segurança.
[0057] O presente modelo refere-se ainda a uma placa de dissipação 10 de um gabinete de dispositivo eletrônico 1, o gabinete de dispositivo eletrônico 1 compreendendo um invólucro 2 dotado de uma placa de circuito impresso 3 com trilhas e um preenchimento 7.
[0058] A placa de dissipação 10 é disposta em uma câmara de dissipação 4' formada entre uma primeira superfície 9 da placa de circuito impresso 3 com trilhas, e uma primeira superfície dissipadora 11 da placa de dissipação 10.
[0059] A placa de circuito impresso 3 compreendendo ainda pelo menos um componente eletrônico 5a posicionado na câmara de dissipação 4', ainda, partes da primeira superfície dissipadora 11 da placa de dissipação 10 mantêm contato com o preenchimento 7, o preenchimento mantendo contato direto com um perímetro do componente eletrônico 5a, com partes da primeira superfície 9 da placa de circuito impresso 3 e com as trilhas da placa de circuito impresso 3.
[0060] A placa de dissipação 10 compreende ainda uma segunda
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11/11 superfície dissipadora 12 da placa de dissipação 10, oposta à primeira superfície dissipadora 11, e em contato direto com o ambiente externo ao gabinete de dispositivo eletrônico 1. Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo do presente modelo abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.
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Claims (9)
- REIVINDICAÇÕES1. Gabinete de dispositivo eletrônico (1) compreendendo um invólucro (2) e uma placa de circuito impresso (3) com trilhas, a placa de circuito impresso (3) sendo posicionada na área interna do invólucro (2) e definindo uma câmara de dissipação (4'), a câmara de dissipação (4') sendo formada entre uma primeira superfície (9) da placa de circuito impresso (3) e uma primeira superfície dissipadora (11) de uma placa de dissipação (10), a placa de circuito impresso (3) compreendendo pelo menos um componente eletrônico (5a) posicionado na câmara de dissipação (4'), a câmara de dissipação (4') ainda compreendendo um preenchimento (7), o preenchimento (7) mantendo contato direto com um perímetro do componente eletrônico (5a), com partes da primeira superfície (9) da placa de circuito impresso (3), com as trilhas da placa de circuito impresso (3) e com partes da primeira superfície dissipadora (11) da placa de dissipação (10), o gabinete de dispositivo eletrônico (1) é caracterizado pelo fato de que:uma segunda superfície dissipadora (12) da placa de dissipação (10) oposta à primeira superfície dissipadora (11) está em contato direto com o ambiente externo ao gabinete de dispositivo eletrônico (1).
- 2. Gabinete de dispositivo eletrônico (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a placa de dissipação (10) é constituída de material metálico.
- 3. Gabinete de dispositivo eletrônico (1) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a primeira superfície dissipadora (11) da placa de dissipação (10) é voltada para o circuito impresso (3) e a segunda superfície dissipadora (12) é voltada para o ambiente externo ao gabinete de dispositivo eletrônico (1).
- 4. Gabinete de acordo com a reivindicação 3, caracterizadoPetição 870190123149, de 25/11/2019, pág. 15/412/2 pelo fato de que a placa de dissipação (10) é associada ao invólucro (2) por encaixe.
- 5. Gabinete de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a placa de dissipação (10) em conjunto com a placa de circuito impresso (3) delimita a área interna da câmara de dissipação (4').
- 6. Gabinete de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o preenchimento (7) está diretamente em contato com terminais do componente eletrônico (5a).
- 7. Gabinete de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o preenchimento (7) compreende uma pasta eletricamente isolante.
- 8. Gabinete de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o preenchimento (7) compreende um elastômero eletricamente isolante.
- 9. Gabinete de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que o preenchimento (7) contém aditivo ou carga de material termicamente condutor.
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