ES2256471T3 - Dispositivo electronico. - Google Patents
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- H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
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Abstract
Dispositivo electrónico (1) que comprende una envoltura (2) que comprende una cámara cerrada (4) y una placa de circuito impreso (3) que presenta pistas, encontrándose la placa de circuito impreso (3) situada dentro de la cámara (4) definiendo una cámara de disipación (4'') que está formada por la zona comprendida entre la superficie (9) de la placa de circuito impreso (3) y la envoltura (2), comprendiendo la placa de circuito impreso (3) por lo menos un componente electrónico (5a) situado dentro de la cámara de disipación (4'') y que presenta una superficie inferior asociada con la placa de circuito impreso, comprendiendo la cámara de disipación (4'') un relleno conductor del calor (7), caracterizado por el hecho de que: el dispositivo electrónico (1) comprende una película de disipación (10) dispuesta sobre una superficie interior de la envoltura (2) en el interior de la cámara de disipación (4''), haciendo contacto el relleno de forma simultánea directamente con las partes de la superficie del componente electrónico (5a) que se encuentran por encima de la superficie (9) de la placa de circuito impreso (3) y que no comprenden dicha superficie inferior, con la superficie (9) de la placa de circuito impreso (3), y con las pistas de la placa de circuito impreso (3), haciendo directamente contacto el relleno con la película de disipación, y estando el relleno constituido por un medio aislante eléctrico en forma de gel, pasta o elastómero.
Description
Dispositivo electrónico.
La presente invención se refiere a un dispositivo
electrónico, que dispone simultáneamente de un medio disipador de
calor y un aislamiento térmico, que se utiliza en circuitos de
control de motor en
general.
general.
Puesto que los circuitos que se utilizan para
controlar motores en general, que comprenden compresores herméticos
para refrigeración, utilizan componentes electrónicos que, al
gestionar la energía que se proporciona al equipo, presentan
pérdidas que resultan en generación de calor, existen varias
técnicas de acople térmico que se utilizan hoy en día para
proporcionar la transferencia de este calor no deseado al ambiente,
evitando el sobrecalentamiento del circuito, el cual causa daños
y/o reducción del tiempo de vida útil de los componentes
electrónicos.
Cuanto mejor sea el acople térmico mejor será la
transferencia de calor entre el componente electrónico, en el cual
se generan las pérdidas, y el ambiente. Así, la diferencia de
temperatura entre la fuente de calor (componente electrónico con
pérdidas) y el ambiente, dividida por el flujo de calor transferido,
representa la medida del acople en grados
Kelvin/Watt.
Kelvin/Watt.
Una de estas técnicas para proporcionar un buen
acople térmico del componente electrónico con el ambiente consiste
en instalar elementos metálicos acoplados térmicamente al componente
electrónico como, por ejemplo, aletas. Este elemento metálico
realiza la función de un disipador de calor y dispone de una gran
área expuesta al aire circundante. De esta forma, proporciona un
buen acople térmico entre las partes, reduciendo significativamente
el aumento de temperatura del componente electrónico cuando este
último libera calor debido al efecto Joule causado por las
pérdidas.
Aunque esta es una forma bastante efectiva y
ampliamente utilizada para proporcionar un acople térmico, requiere
un medio de fijación, por ejemplo un tornillo, abrazadera o similar,
de forma que se pueda producir el acople físico entre el componente
electrónico y el disipador, que requiere un espacio considerable
dentro del equipo. Otro inconveniente de esta técnica es que
requiere mucho trabajo para montar cada componente del disipador,
lo cual conlleva un alto coste para este proceso de montaje.
Otra técnica que se utiliza para transferir calor
entre el componente electrónico y el ambiente son los llamados
"tubos de calor", que utilizan fluidos refrigerantes que
transfieren calor por medio de cambio de fase. Esta es una forma
muy eficiente de transferir calor, pero requiere una construcción
especial del disipador que contiene este fluido refrigerante,
haciendo el sistema por tanto muy caro. Además, requiere una forma
geométrica así como un espacio físico adecuado para el montaje
conjunto de las partes.
Existen también técnicas, que se aplican
especialmente a compresores herméticos, como situar el disipador de
calor acoplado a los componentes electrónicos y en contacto directo
con el aire circundante. Esta técnica requiere una abertura en la
caja que protege el equipo, resultando en complicaciones del
proyecto, la fabricación y el montaje, y requiriendo soluciones
efectivas para evitar la penetración de fluidos dentro del equipo y
garantizar el aislamiento entre las partes conectadas eléctricamente
al circuito y al disipador, especialmente porque el último es
accesible desde el exterior y puede representar un riesgo para la
seguridad.
Como se describe en el documento WO 972729, se
conoce el acople entre los componentes electrónicos y la carcasa
del compresor, estando dicha zona de carcasa cerca del tubo de
succión de gas refrigerante que se encuentra a baja temperatura
respecto a la salida del evaporador. A pesar de facilitar la
transferencia de calor, esta solución requiere el contacto físico
entre los componentes electrónicos y la carcasa del compresor,
además de un aislamiento eficiente, requiriendo la utilización de
dispositivos adecuados para la fijación y soluciones de montaje
compli-
cadas.
cadas.
El documento US 5.060.114 describe la
transferencia de calor de un componente electrónico por efecto de
conducción. De esta forma, se moldea una placa de silicona
deformable de forma que encierre al dispositivo electrónico,
retirando el calor generado por el último. Esta configuración
presenta la desventaja de disipar el calor generado por el montaje
de los elementos electrónicos solamente cuando el calor ha accedido
ya a la envoltura de este dispositivo, es decir, la placa de
silicona no se encuentra en contacto directo con los componentes,
sino con la envoltura que los contiene. De esta forma, se aumentan
las barreras que evitan que el calor escape en contacto con los
componentes.
El documento US 5.208.733 describe un encapsulado
que comprende un disipador de calor que soporta un elemento
estructural. El disipador se constituye por medio de una placa
metálica de un grosor considerable, dispuesta sobre los componentes
electrónicos. Se dispone una capa de película polimérica, por medio
de un proceso de vacío, sobre los componentes electrónicos, que se
disponen sobre una placa de circuito impreso que a su vez se
encuentra fijada sobre el elemento estructural. Una sustancia
compuesta de silicona en forma de gel se añade a la envoltura para
rellenar el espacio existente entre la placa metálica y los
componentes. Sin embargo, puesto que la sustancia no tiene
características aislantes eléctricas, no entra en contacto directo
con los componentes electrónicos o con la placa de circuito impreso,
estando limitada al contorno definido por la película polimérica.
Esta construcción requiere varios procesos asociados durante la
fabricación de la envoltura, lo cual hace aumentar su coste debido
a la necesidad de mucho trabajo asociado.
Otra desventaja es que, además de la placa
metálica gruesa, la envoltura presenta otra capa protectora, la
cual hace difícil la liberación de calor al ambiente. Para superar
este inconveniente, se describe un sistema de refrigeración y la
presencia de conectores, que aumentan el coste y el espacio físico
que ocupa la envoltura.
El documento
DE-U-9203 252 muestra una bolsa
situada entre los componentes y la envoltura para transmitir el
calor.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un buen acople térmico entre los componentes
electrónicos y el ambiente, por medio de un dispositivo electrónico
que presenta características de aislamiento eléctrico, el cual no
necesita aberturas para hacer pasar componentes metálicos
responsables de conducir calor al ambiente.
También es un objetivo de la presente invención
eliminar la necesidad de utilización de tornillos u otros medios
para mantener los componentes electrónicos en contacto con el
disipador de calor.
Otro objetivo de la presente invención es
eliminar la necesidad de instalar componentes específicos para el
aislamiento eléctrico entre las partes activas energéticamente de
los componentes y el disipador expuesto al ambiente.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar una disipación efectiva y simple del calor generado en
el circuito, reduciendo sustancialmente el tamaño del dispositivo,
facilitando su construcción, evitando la necesidad de precisión
mecánica y disminuyendo los costes de fabricación.
Los objetivos de la presente invención se
alcanzan por medio de un dispositivo electrónico según la
reivindicación 1.
A continuación se describirá en mayor detalle la
presente invención con referencia a una realización que se
representa en las figuras.
La figura 1 muestra una vista frontal en sección
del dispositivo electrónico de la presente invención.
Según una realización preferida y como se puede
observar en la figura 1, el dispositivo electrónico 1 está formado
por una envoltura 2, una cámara cerrada 4, una cámara de disipación
4', una placa de circuito impreso 3, componentes electrónicos 5a,
5b, un relleno 7 y una película de disipación 10.
La envoltura 2 está formada preferiblemente a
partir de un material polimérico rígido y puede tomar diferentes
formas geométricas. El material polimérico imparte características
de aislamiento eléctrico a la envoltura 2.
La cámara 4 se encuentra delimitada por la
envoltura 2 y representa el espacio vacío formado en el interior
del dispositivo 1. La placa de circuito impreso 3 con los
componentes electrónicos 5a, 5b, el relleno 7 y la película de
disipación 10 se insertan en el interior de la cámara 4.
La placa de circuito impreso 3 se dispone en el
interior del dispositivo 1, para definir de esta forma una cámara
de disipación 4', que comprende los componentes electrónicos 5a, los
cuales se encuentran asociados con la primera superficie 9 de la
placa 3. La placa 3 presenta también los componentes electrónicos
5b, asociados a su segunda superficie 6, opuesta a la primera
superficie 9.
Los componentes electrónicos 5a son componentes
de electrónica de potencia y, debido a sus características, son
responsables de una parte relevante del calor disipado por el
circuito. Este calor es resultado del efecto Joule, presente aquí
debido a las pérdidas que existen en los componentes.
En lo que respecta a los componentes 5b, estos no
presentan pérdidas suficientes para generar una cantidad
considerable de calor en el circuito. Estos componentes se asocian a
la segunda superficie 6 de la placa 3, opuesta a la superficie 9 de
la placa 3.
La superficie de disipación 10 se dispone sobre
la superficie interior de la envoltura 2 y opuesta a la primera
superficie 9 de la placa 3. La película de disipación 10 consiste
preferiblemente en un material metálico, preferiblemente aluminio,
de pequeño grosor, por ejemplo de aproximadamente 0,1 mm y abarca un
área mayor que las áreas proyectadas de los componentes
electrónicos 5a, es decir, el área ocupada por la película de
disipación es mayor que la que ocupa la suma de las áreas de las
superficies exteriores de los componentes 5a, cuando éstas se
proyectan, por medio de cálculo, sobre la superficie interior de la
envoltura 2. La película de disipación 10 es responsable de la
transferencia de calor a la superficie interior de la envoltura 2 y
puede ser de tipo autoadhesivo. En este caso, se aplica una capa de
material adhesivo sobre una de sus superficies, facilitando de esta
forma la aplicación y fijación de esta película 10 sobre la
superficie interior de la envoltura
2.
2.
El relleno 7 se dispone en el interior de la
cámara de disipación 4', en contacto simultáneamente con el
perímetro de los componentes electrónicos 5a, con partes de la
primera superficie 9 de la placa 3 donde no se encuentra asociado
ningún componente electrónico, como por ejemplo molduras o pistas
del circuito impreso, y con la película de disipación 10. Los
perímetros de los componentes 5a en contacto con el relleno 7
comprenden los bordes o porciones de dichos componentes 5a que se
encuentran por encima de la superficie 9 de la placa 3. Como se
puede observar en la figura 1, los perímetros de los componentes 5a
que se encuentran inmediatamente por encima de la superficie de la
placa de circuito impreso están en contacto con el relleno 7.
El medio 7 está constituido por gel, elastómero o
pasta aislante eléctrica y puede ser o no polimérico, y contener o
no rellenos conductores del calor. El medio 7 debería ser aislante
eléctrico, puesto que se encuentra directamente en contacto con las
pistas y terminales de los componentes del circuito impreso, donde
existen voltajes y generación de calor.
El medio 7 presenta una elasticidad y/o
plasticidad suficiente para acomodar variaciones de las dimensiones
que sufren los componentes 5a, la placa de circuito impreso 3 y la
envoltura 2 debidas a la expansión térmica. De esta forma, se evita
la aparición de fisuras o desprendimientos del material de relleno 7
respecto a los componentes 5a o las pistas, de los cuales es
necesario eliminar calor, creando holguras que se llenan de aire,
dificultando el paso de calor. Por otro lado, el medio 7 no debería
ser demasiado fluido, de forma que no fluya y no rellene los
espacios
deseados.
deseados.
Cuando se encuentran presentes los rellenos
conductores de calor, estos consisten en materiales sólidos
conductores del calor y aislantes eléctricos en forma de polvo o
granos, como por ejemplo óxido de aluminio o un óxido de otro
metal. El granulado de este material depende solamente del
procedimiento de producción del material de relleno 7 y de la
estabilidad física que se desea para este medio 7 (más fluido o más
sólido). Para este propósito, es preferible utilizar el material en
forma de polvo.
Este medio 7 presenta propiedades de aislamiento
eléctrico, mientras que conduce, de forma muy eficiente, el calor
disipado por los componente de electrónica de potencia 5a y sus
terminales, así como el calor generado por las pistas, hasta la
película de disipación 10. Desde la película de disipación 10 el
calor pasa a través de la envoltura 2, transfiriéndose a
continuación al entorno.
Habiéndose descrito una realización preferida,
debería entenderse que el ámbito de la presente invención abarca
otras variaciones posibles, limitándose solamente por el contenido
de las reivindicaciones adjuntas, las cuales comprenden las
equivalencias
\hbox{posibles.}
Claims (9)
1. Dispositivo electrónico (1) que comprende una
envoltura (2) que comprende una cámara cerrada (4) y una placa de
circuito impreso (3) que presenta pistas, encontrándose la placa de
circuito impreso (3) situada dentro de la cámara (4) definiendo una
cámara de disipación (4') que está formada por la zona comprendida
entre la superficie (9) de la placa de circuito impreso (3) y la
envoltura (2), comprendiendo la placa de circuito impreso (3) por
lo menos un componente electrónico (5a) situado dentro de la cámara
de disipación (4') y que presenta una superficie inferior asociada
con la placa de circuito impreso, comprendiendo la cámara de
disipación (4') un relleno conductor del calor (7),
caracterizado por el hecho de que:
el dispositivo electrónico (1) comprende una
película de disipación (10) dispuesta sobre una superficie interior
de la envoltura (2) en el interior de la cámara de disipación (4'),
haciendo contacto el relleno de forma simultánea directamente con
las partes de la superficie del componente electrónico (5a) que se
encuentran por encima de la superficie (9) de la placa de circuito
impreso (3) y que no comprenden dicha superficie inferior, con la
superficie (9) de la placa de circuito impreso (3), y con las pistas
de la placa de circuito impreso (3), haciendo directamente contacto
el relleno con la película de disipación, y estando el relleno
constituido por un medio aislante eléctrico en forma de gel, pasta
o elastómero.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la película de disipación
(10) abarca un área mayor que el área proyectada del componente
electrónico (5a).
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que la película de disipación
(10) está constituida por un material metálico.
4. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que la película de disipación
(10) comprende un material adhesivo sobre por lo menos una
superficie.
5. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que el
relleno (7) se encuentra en contacto directamente con los
terminales del componente electrónico (5a).
6. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que el
relleno (7) contiene un aditivo o relleno de material conductor de
calor.
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado por el hecho de que la placa de circuito
impreso (3) comprende componentes electrónicos de potencia (5a)
asociados con una segunda superficie (6) de la misma opuesta
sustancialmente a la primera superficie (9).
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado por el hecho de que la envoltura (2) está
constituida por un material aislante eléctrico.
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado por el hecho de que la envoltura (2) está
constituida por un material polimérico rígido.
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