ES2227608T3 - Disparador de calor para componentes electronicos. - Google Patents

Abstract

SE REPRESENTA UN CUERPO REFRIGERANTE PARA COMPONENTES ELECTRONICOS, QUE SE COMPONE DE UNA UNICA PIEZA FORMADA POR UNA TIRA DE CHAPA DE LATON. ESTA TIRA SE CURVA EN FORMA DE MEANDRO, DESCANSANDO UNAS SUPERFICIES DE CONTACTO (2), EN LA ZONA DE LOS ARCOS DE MEANDRO INFERIORES (11), SOBRE UN DISIPADOR DE CALOR (8) DE UN ELEMENTO CONSTRUCTIVO (9). EL CUERPO REFRIGERANTE SE SUJETA FIJAMENTE SOBRE EL ELEMENTO CONSTRUCTIVO (9), A TRAVES DE UNA TENSION PREVIA GENERADA INTERNAMENTE QUE ACTUA EN UNION DE UNA UNION DE ENCAJE A PRESION. A PESAR DE QUE EL CUERPO REFRIGERANTE (1) MUESTRA UNA ELASTICIDAD LONGITUDINAL INCLUSO EN ESTADO MONTADO, PUEDE MANTENERSE CONTINUAMENTE SU FUNCION DE ELIMINACION TERMICA.

Description

Disipador de calor para componentes electrónicos.

La invención se refiere a un disipador de calor para componentes electrónicos, especialmente a un disipador de calor que puede acoplarse y montarse en la cara superior de un componente, que recoge el calor perdido del componente y lo desprende a través de superficies de refrigeración. Por lo general, un disipador de calor de este tipo está en contacto con un difusor de calor (heat slug) del componente.

Para el empleo seguro de componentes semiconductores es imprescindible una buena disipación del calor. Junto con crecientes densidades de potencia con componentes cada vez más pequeños y una creciente potencia perdida resultante de ello, se presenta la exigencia de disipadores de calor cada vez más eficaces. Éstos deberían presentar una buena conductividad térmica para la conducción interna del calor y una gran superficie para disipar el calor hacia fuera. Además, la conducción de la potencia perdida se realiza primero desde la carcasa semiconductora, pasando por las superficies de contacto, al disipador de calor. Dentro del disipador de calor se reparte el calor mediante la conducción del calor. El desprendimiento del calor hacia fuera se produce mediante radiación o convección.

En caso de superficies a refrigerar cada vez más pequeñas con, al mismo tiempo, una alta potencia perdida a evacuar, las irregularidades de las superficies a refrigerar repercuten de forma crecientemente desfavorable en la transmisión del calor desde el componente al disipador de calor. Estas irregularidades pueden compensarse mediante el empleo de láminas conductoras del calor. Sin embargo, esto significa un mayor gasto de material y mayores costes de manipulación.

En el estado de la técnica se conocen las más diversas configuraciones de disipadores de calor. Así, en la publicación alemana para solicitud de información de patente DE 43 35 299, se propone un disipador de calor para combinarlo con una carcasa semiconductora en la que dos lados opuestos pueden unirse en forma de abrazaderas con una carcasa. El disipador de calor presenta nervios refrigeradores y una superficie de contacto que está en contacto con el componente electrónico, especialmente con su cara superior, para la transmisión de calor.

Otras formas de disipadores de calor se conocen, por ejemplo, a partir de la publicación alemana para solicitud de información de patente DE 24 25 723 o de la solicitud japonesa de patente Nº 64-23 11 04.

Las soluciones propuestas en el estado de la técnica presentan las desventajas de ocupar demasiado espacio, ser demasiado complicadas y, por tanto, demasiado caras, o bien muy poco fiables, de manera que el efecto refrigerante se reduce o se interrumpe en caso de una vibración.

La invención se basa en la tarea de disponer un disipador de calor, rentable, que se centre por sí mismo, bien fijado y, a pesar de ello, flexible, con una gran capacidad para disipar el calor. La solución de esta tarea se realiza según las características de la reivindicación 1.

Las configuraciones ventajosas pueden desprenderse de las reivindicaciones dependientes.

La invención se basa en el conocimiento de que, mediante una forma elástica de un disipador de calor, curvada en forma de meandro, hecha de una tira de chapa, puede obtenerse la colocación óptima de las superficies de contacto del disipador de calor en el difusor de calor de un componente electrónico de acuerdo con la actuación de las fuerzas ya que el disipador de calor está bajo tensión previa. Además, unos rebordes y unas lengüetas en la zona de las superficies de contacto del disipador de calor se encargan de una colocación o centrado eficaz respecto al componente. Con ello, el disipador de calor es elástico y puede desviar determinados esfuerzos mecánicos, retomando, no obstante, su posición original de tal manera que la disipación fiable del calor está garantizada en todo momento. El espacio que ocupa un disipador de calor en la vista en planta sólo es un poco más grande que la superficie del componente que se va a refrigerar. El disipador de calor puede construirse con cualquier altura para ajustarse a la potencia de la disipación de calor. La solución según la invención, en la que el disipador de calor se fabrica mediante una pieza curvada estampada de una tira de chapa y se dobla en forma de meandro, ofrece la posibilidad de disponer las correspondientes superficies de contacto colocadas de forma precisa en el componente, crear una tensión previa que actúa a través de unas dobladuras correspondientes de tal manera que una unión por encaje arrastra el disipador de calor con sus superficies de contacto hacia el componente, y de que los rebordes y lengüetas empleados para el centrado estén configurados de una pieza en la tira, es decir, estampados y curvados de forma correspondiente.

A continuación, se describe un ejemplo de realización mediante las figuras esquemáticas 1 a 5.

Las figuras 1 a 3 muestran el principio del montaje del disipador de calor. En este caso, el disipador de calor según la figura 1 está en estado de reposo, el de la figura 2, en estado colocado pero no totalmente montado, y el correspondiente a la figura 3, en estado totalmente montado.

La figura 4 muestra una representación de un detalle de la unión por encaje, prevista en el componente por ambos lados, entre el disipador de calor y el componente.

La figura 5 muestra la vista del disipador desde abajo, teniendo en cuenta las piezas cubiertas, tales como las superficies de contacto o los talones.

En las figuras 1 a 3, se muestra en cada caso, en la vista lateral, un componente 9 electrónico con conexiones 13 eléctricas correspondientes junto con un disipador 1 de calor que se encuentra encima de él. El componente 9 electrónico presenta un denominado difusor de calor (heat slug). Éste puede estar presente en toda la superficie de la cara superior del componente 9, en parte de ésta o también en las zonas de los bordes, es decir, en las superficies laterales del componente 9, o bien puede ser contactado hacia fuera. El disipador 1 de calor está fabricado de una pieza con todos los elementos que pueden observarse en las figuras 1 a 3. Para ello, se estampan los contornos de los rebordes 6, las lengüetas 7 y los talones 10 en una tira de chapa de latón. Al doblarla, el disipador 1 de calor obtiene la forma de meandro mostrada. Los rebordes 6 y las lengüetas 7 se doblan de forma correspondiente al contorno superior del difusor 8 de calor, de manera que sirven para el centrado o la colocación respecto al difusor 8 de calor. Para que se centre por sí mismo al colocar el disipador 1 de calor en un componente, los extremos de los rebordes 6 están doblados de forma correspondiente hacia fuera en forma de embudo. Las lengüetas 7 limitan la zona lateral de colocación del disipador 1 de calor en el componente 9. Para simplificar el montaje, la separación de las lengüetas 7 es mayor que la anchura correspondiente del componente 9.

En la figura 1, el disipador 1 de calor aún no está colocado sobre el componente 9. En esta forma de realización, los arcos 11 inferiores del meandro contienen las superficies 2 de contacto que deben asentarse en el difusor 8 de calor. En este caso, la forma de meandro se muestra mediante dobladuras que se encuentran en torno a los 90º. Los arcos superiores exteriores del meandro, tal como se muestra en la figura 1, están configurados para garantizar de una forma sencilla la introducción de la fuerza F de ensamblaje durante el montaje.

La tensión restante en el componente 9, después de la formación de la unión por encaje entre el disipador 1 de calor y el componente 9, provoca un apoyo seguro y un apretamiento de las superficies 2 de contacto en el difusor 8 de calor.

Con las circunstancias descritas anteriormente, provocadas por las dobladuras correspondientes, el disipador 1 de calor puede colocarse en el componente, o en el difusor 8 de calor, mediante las fuerzas F de ensamblaje, que actúan perpendicularmente desde arriba. Además, las superficies 2 de contacto se apoyan primero parcial o totalmente en la cara superior del componente. El disipador 1 de calor se centra o coloca respecto al componente 9 mediante los rebordes 6. Las dos patas exteriores del disipador 1 de calor se presionan hacia fuera mediante los talones 10 guiados hacia dentro y hacia arriba. En el estado correspondiente a la figura 2, el disipador 1 de calor aún no está totalmente montado.

La figura 3 muestra un sistema con un disipador 1 de calor totalmente montado en el componente 9. Las superficies 2 de contacto se asientan totalmente en la cara superior del componente 9. Los rebordes 6 se colocan en el borde de la parte superior del componente 9. Encajando los talones 10, por ejemplo, en una escotadura del componente 9 o del difusor 8 de calor, puede retenerse el disipador 1 de calor. Además, sin embargo, permanece bajo tensión previa. Con ello, las superficies de contacto se aprietan contra el difusor 8 de calor de forma fiable.

La figura 4 muestra cómo un talón 10 se encaja, por ejemplo, en una escotadura del componente 9 electrónico.

La figura 5 muestra una vista desde abajo del disipador de calor. Pueden observarse los extremos doblados hacia fuera de los rebordes 6, al igual que las lengüetas 7. Las superficies 2 de contacto aparecen en sus representaciones esquemáticas como rectángulos. La dirección longitudinal 5 del disipador 1 se muestra mediante una flecha doble. La anchura de la tira de chapa de latón se obtiene aproximadamente de la anchura del componente 9, de la distancia en cada caso entre el componente y las lengüetas 7 y del doble de la anchura de las lengüetas 7.

Gracias a la configuración estructural en forma de meandro, el disipador 1 de calor tiene la elasticidad longitudinal necesaria. Esto es necesario para montarlo en el componente 9. Los rebordes 6 del disipador de calor lo centran en el componente 9 en cualquier momento. Además, gracias a este centrado, las superficies de contacto se colocan en relación con las superficies de contacto del difusor 8 de calor. Esto es válido tanto para el montaje, como también para un nuevo centrado tras la actuación de fuerzas exteriores en el disipador en el estado montado.

Si el disipador 1 de calor está apoyado, pero aún no está montado mediante la unión por encaje, entonces los bordes 3 internos de las superficies 2 de contacto se asientan primero solos. Los bordes 4 externos de las superficies 2 de contacto están muy poco separados del difusor 8 de calor en este estado. Estableciendo la unión por encaje mediante los talones 10 del disipador 1 de calor, también se arrastran los bordes 4 externos de las superficies 2 de contacto del disipador 1 de calor sobre el difusor 8 de calor. Con ello, se genera un contacto fiable para la disipación del calor.

Otras ventajas del disipador de calor consisten en que, por ejemplo, puede presentarse para el montaje de diferentes formas. Esto puede ser, por ejemplo, en depósitos en barra, o en bobinas, de modo que en este caso el disipador de calor debe estamparse directamente antes del montaje.

Otra ventaja consiste en que aún puede verse o leerse el código de fecha del circuito integrado del dispositivo de montaje superficial de potencia cuando el disipador 1 de calor se encuentra en el componente 9. Esto es posible debido a la configuración en forma de meandro del disipador 1 de calor. Además, la leyenda del componente y la configuración del disipador de calor se adaptan la una a la otra, de manera que la leyenda se encuentra entre dos arcos 11 inferiores del meandro.

Otra ventaja del disipador de calor según la invención consiste en la capacidad automática de montaje y desmontaje. El disipador de calor también puede montarse y desmontarse manualmente, es decir, sin herramientas, porque las fuerzas de ensamblaje son relativamente pequeñas.

La elasticidad del disipador 1 de calor también se mantiene cuando pasa por procesos de tratamiento térmico en el estado montado. Debido a las fuerzas F de ensamblaje relativamente pequeñas, no se dañan ni el componente 9, ni sus elementos 13 eléctricos de conexión.

Los choques con el disipador 1 de calor no conducen inmediatamente a un daño del sistema ya que el disipador de calor puede desviarse debido a su elasticidad longitudinal. Con ello, los puntos de soldadura, con los que el componente 9 está sujeto, por ejemplo, a una placa de circuitos impresos, se someten a menos esfuerzos que si el disipador 1 de calor estuviera pegado o soldado.

Además de la elasticidad longitudinal en la dirección longitudinal 5 del disipador 1 de calor, el disipador 1 de calor también puede absorber o amortiguar las acciones mecánicas en direcciones que discurren transversalmente a la dirección longitudinal 5 debido a las lengüetas 7 configuradas lateralmente.

Claims (3)

1. Disipador de calor adaptado a un componente, estando sujeto el disipador de calor con una unión por encaje a un componente (9) electrónico, dotado de un difusor (8) de calor, para el contacto, como mínimo parcial, con una superficie (2) de contacto en el difusor (8) de calor del componente (9) electrónico para la disipación de calor hacia fuera mediante superficies de refrigeración del disipador (1) de calor en el caso de una unión por encaje establecida entre el disipador (1) de calor y un componente (9), compuesto de una tira metálica doblada en forma de meandro con como mínimo un arco (11) inferior del meandro adyacente al difusor (8) de calor, que representa como mínimo una superficie (2) de contacto, y con como mínimo un arco (12) superior del meandro opuesto al arco (11) inferior del meandro, los cuales están orientados apartándose del difusor (8) de calor, de modo que en el disipador (1) de calor, en la zona de como mínimo un arco (11) inferior del meandro, están configurados rebordes (6) y lengüetas (7) para colocar el disipador (1) de calor respecto al componente (9) de tal manera que se ajustan al contorno superior del componente (9), de manera que actúan conjuntamente con éste en la unión por encaje establecida, de modo que los dos extremos exteriores inferiores del disipador (1) de calor están dotados de talones (10) doblados hacia dentro y hacia arriba y, con la unión por encaje establecida, los extremos se extienden, lateralmente al componente (9), hacia abajo hasta un canto inferior o escotadura en el componente (9), de modo que el disipador (1) de calor, con la unión por encaje establecida, se dispone, con como mínimo una superficie (2) de contacto, parcial o completamente en el difusor (8) de calor, de modo que los talones (10) del disipador se agarran en la cara inferior del componente (9) o en la cara inferior de una escotadura en el disipador (1) de calor y, con la unión por encaje establecida, la deformación como mínimo de los arcos (12) superiores exteriores del meandro sirve para apretar la como mínimo una superficie (2) de contacto inferior contra el difusor (8) de calor, de manera que el disipador (1) de calor en sí está montado centrado y firme frente al desprendimiento y al desplazamiento.

2. Disipador de calor según la reivindicación 1, en el que el disipador (1) de calor está compuesto de una tira de chapa de latón.

3. Disipador de calor según la reivindicación 1 ó 2, en el que la tira doblada en forma de meandro, utilizada para fabricar el disipador (1) de calor, presenta dobladuras de aproximadamente 90º en los arcos del meandro con la unión por encaje establecida.