ES2339280T3 - Disposicion con al menos un componente electronico. - Google Patents
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Abstract
Disposición con al menos un componente electrónico y un cuerpo de refrigeración asignado al mismo, así como un cuerpo de soporte colocado en el espacio entre el componente electrónico y el cuerpo de refrigeración, el cual presenta al menos una capa con al menos un material con una resistencia a descargas disruptivas de al menos 10 kV/mm y una conductibilidad térmica específica de al menos 5 W/mK caracterizado porque están colocados en y/o sobre la citada capa (2) del cuerpo de soporte al menos una escotadura (5) con forma de ranura o de hendidura, y/o al menos un elemento saliente, preferentemente con forma de pared, y estando configurado el y/o los mismos de tal forma que el y/o los mismos alargue(n) preferentemente, a lo largo de la superficie de la capa del cuerpo de soporte, todos los recorridos posibles eléctricamente entre el componente electrónico (1) y el cuerpo de refrigeración respecto al estado de la capa (2) del cuerpo de soporte sin la escotadura (5) y/o el elemento saliente.
Description
Disposición con al menos un componente
electrónico.
La presente invención se refiere a una
disposición con al menos un componente electrónico y un cuerpo de
refrigeración asignado al mismo, así como un cuerpo de soporte
colocado en el espacio entre el componente electrónico y el cuerpo
de refrigeración, el cual presenta al menos una capa con al menos un
material con una resistencia a descargas disruptivas de al menos 10
kV/mm y una conductibilidad térmica específica de al menos 5
W/mK.
Además, la invención se refiere a una capa, un
cuerpo de soporte y/o una unidad de cuerpo de soporte y cuerpo de
refrigeración, los cuales son adecuados para una disposición de ese
tipo.
En el caso de muchos componentes electrónicos,
existe el problema de que por una parte ha de evacuarse el calor
originado durante el funcionamiento del componente electrónico, y
por otra parte ha de asegurarse también la necesaria resistencia a
descargas disruptivas, es decir, el aislamiento eléctrico para
evitar descargas eléctricas no deseadas, o bien cortocircuitos. En
la mayoría de los materiales con resistencias eléctricas elevadas,
es decir, buena resistencia a descargas disruptivas, las
conductibilidades térmicas específicas son tan bajas que el calor
sólo puede ser evacuado del componente eléctrico de forma
insuficiente. En el estado de la técnica es ya conocido el utilizar
cuerpos de soporte entre el componente electrónico y un cuerpo de
refrigeración asignado al mismo, los cuales presentan al mismo
tiempo una alta resistencia a descargas disruptivas de al menos 10
kV/mm y una conductibilidad térmica específica relativamente alta de
al menos 5 W/mK. A través de ésta medida, aunque el calor se
transporta bien a través del cuerpo de soporte, y al mismo tiempo se
garantiza una resistencia suficiente a descargas disruptivas, se
plantea todavía, no obstante, el problema de que puede llegarse a
descargas eléctricas no deseadas, o bien a cortocircuitos, a través
de corrientes de fuga por el exterior del cuerpo de soporte. Esto
es válido sobre todo para el llamado "campo de la alta
tensión", con tensiones eléctricas de funcionamiento en el rango
de los kV (kilovoltios).
El objetivo de la invención es el eliminar este
problema en las disposiciones del género expuesto conocidas en el
estado de la técnica.
Este objetivo se alcanza al estar colocados en
y/o sobre la citada capa del cuerpo de soporte al menos una
escotadura y/o al menos un elemento saliente, y estando configurado
el y/o los mismos de tal forma que el y/o los mismos
alargue(n) preferentemente, a lo largo de la superficie de la
capa del cuerpo de soporte, todos los recorridos posibles
eléctricamente entre el componente electrónico y el cuerpo de
refrigeración respecto al estado de la capa del cuerpo de soporte
sin la escotadura y/o el elemento saliente.
Está previsto por tanto el agrandar las
superficies de la capa del elemento de soporte mediante al menos una
escotadura y/o al menos un elemento saliente, de tal forma que los
recorridos de fuga sean alargados al menos de tal manera que por el
exterior del cuerpo de soporte, o bien de la capa a lo largo de las
superficies, no pueda llegarse más a descargas de tensión o a
cortocircuitos. Para ello es ventajoso cuando se alarguen todos los
recorridos de fuga eléctricamente posibles. Esto se consigue de
forma preferida cuando la escotadura y/o el elemento saliente están
configurados de forma orbital con referencia a la capa del cuerpo de
soporte y/o del componente electrónico y/o del cuerpo de
refrigeración.
Fundamentalmente no es tan decisivo si el
alargamiento de los recorridos de fuga se alcanza a través de
escotaduras y/o elementos salientes microscópicos, como crear una
rugosidad o similares, o bien a través de escotaduras o elementos
salientes más bien macroscópicos. Así no obstante, en la técnica de
la fabricación es especialmente sencillo cuando la escotadura está
configurada con forma de ranura o hendidura y/o el elemento saliente
con forma de pared. En último caso se trata fundamentalmente,
independientemente del tipo de realización, de un alargamiento
correspondientemente grande de los recorridos de fuga. Normalmente
es aquí ventajoso cuando la escotadura y/o el elemento saliente
está (están) configurado(s) de tal manera que la misma y/o
los mismos alargan los recorridos de fuga eléctricamente posibles
entre el componente electrónico y el cuerpo de refrigeración en al
menos un 30%, preferentemente en al menos un 100%.
Por otra parte, en la técnica de fabricación es
sencillo cuando el conjunto de la capa, y preferentemente el
conjunto del cuerpo de soporte y/o al menos el elemento saliente
disponible en su caso, está(n) fabricado(s) del mismo
material. Aquí puede estar prevista una configuración de una sola
pieza del conjunto de la capa, o bien del conjunto de la pieza de
soporte, y del (los) elemento(s) saliente(s) en su
caso. No obstante, también es posible el construir toda la capa, o
bien todo el cuerpo de soporte, y en su caso los elementos
salientes, preferentemente mediante pegado de piezas individuales
unidas entre sí.
Los materiales especialmente ventajosos para la
capa, o bien para el cuerpo de soporte, y para el (los)
elemento(s) saliente(s) presentes en su caso,
presentan, junto a la resistencia a descargas disruptivas de al
menos 10 kV/mm (kilovoltios por milímetro), una conductibilidad
específica de al menos 10 W/mK (watio por metro kelvin). Los
materiales especialmente preferidos son cerámicas, como óxido de
aluminio (ALO), con una resistencia a descargas disruptivas de
aproximadamente 10 kV/mm, y una conductibilidad específica de
aproximadamente 25 W/mK, o bien nitruro de aluminio (ALN), con
resistencias a descargas disruptivas de aproximadamente 25 kV/mm, y
conductibilidades específicas de aproximadamente 150 W/mK.
Las disposiciones según la invención encuentran
utilización, de forma preferida, cuando se trata, en el caso de
componentes electrónicos, de componentes de alta tensión, los cuales
están previstos para tensiones de funcionamiento de al menos 5 kV,
o bien entre 5 kV y 400 kV. Las energías disipadas en forma de calor
que han de evacuarse en este tipo de componentes se sitúan en al
menos 10 W (watios), o bien entre 10 W y 10 kW (kilowatios).
A fin de evitar no sólo cortocircuitos, o bien
descargas a lo largo de los recorridos de fuga en las superficies
de la capa, o bien del cuerpo de soporte, sino también a lo largo de
otros recorridos posibles por el exterior de la capa, o bien del
exterior del cuerpo de soporte, puede estar previsto adicionalmente
que el componente electrónico y/o la capa, preferentemente el
cuerpo de soporte con la (las) escotadura(s) y/o el (los)
elemento(s) saliente(s) esté(n)
embutido(s),
preferentemente de forma completa, en un medio aislante eléctricamente, preferentemente en un aceite aislante, un gas aislante o una resina de moldeo.
preferentemente de forma completa, en un medio aislante eléctricamente, preferentemente en un aceite aislante, un gas aislante o una resina de moldeo.
Otras características y detalles de la presente
invención se desprenden de la siguiente descripción de las figuras.
Se muestran:
Fig. 1 y 2 un primer ejemplo de ejecución según
la invención, con una escotadura periférica en forma de ranura, en
una representación cortada y en perspectiva,
Fig. 3 otro ejemplo de ejecución según la
invención, en el cual el cuerpo de soporte está configurado en una
sola pieza.
Fig. 4 y 5 otras variantes de formas de
ejecución según la invención, con escotaduras en forma de ranura,
en representaciones cortadas, y
Fig. 6 a 8 un ejemplo de ejecución según la
invención, con una escotadura en forma de hendidura.
Los ejemplos de ejecución de la invención
muestran sistemas combinados de refrigeración y de aislamiento,
especialmente para aplicaciones de alta tensión, como componentes
electrónicos 1, por ejemplo amplificadores de alta tensión,
resistores controlables de alta tensión y alta potencia,
transistores, triacs, diodos u otras aplicaciones, los cuales han
de ser bien refrigerados por una parte, y por otra parte han de ser
aislados, especialmente contra las altas tensiones. Se muestran
posibles configuraciones, en las que el cuerpo de soporte está
compuesto por al menos una capa 2 formada por nitruro de aluminio u
óxido de aluminio. Se muestran posibles configuraciones, en las
cuales los cuerpos de soporte están construidos con al menos una
capa 2, compuesta por nitruro de aluminio u óxido de aluminio.
Pueden utilizarse también otros materiales con una conductibilidad
del calor correspondientemente buena, y una alta rigidez
dieléctrica. En los distintos ejemplos de ejecución mostrados, el
cuerpo de soporte, o bien la capa 2 que lo configura, está ejecutado
fundamentalmente en forma rectangular en forma de una placa a
partir de la estructura básica, es decir, sin las escotaduras 5
mostradas. El cuerpo de soporte, o bien la capa 2 que lo configura,
tiene, de forma ventajosa para el campo de la alta tensión, una
longitud mínima 6 del canto de 100 mm y/o un espesor mínimo de 2 mm.
En los ejemplos de ejecución mostrados, están previstas, para el
alargamiento de los recorridos de fuga sobre la superficie de la
capa 2, o bien del cuerpo de soporte, escotaduras 5 en forma de
ranura que transcurren en su entorno. La profundidad y la anchura
de la(s) escotadura(s) 5, o bien de la(s)
ranura(s), depende de la rigidez dieléctrica requerida, y
del alargamiento previsto del recorrido de fuga. El componente
electrónico 1 a refrigerar puede ser, por ejemplo, pegado o fijado
sobre el cuerpo de soporte, o bien sobre la capa 2. Lo mismo es
válido para el cuerpo 3 de refrigeración sobre el lado
contrapuesto. El cuerpo 3 de refrigeración presenta, en todos los
ejemplos de ejecución, nervaduras de refrigeración. El mismo puede
presentar el mismo material que la capa 2, pero también aluminio u
otros materiales que evacuen bien el calor.
Todas las disposiciones mostradas son moldeadas,
o bien sumergidas en un medio aislante 4, como por ejemplo aceite
aislante, gas aislante o resina de moldeo. Las escotaduras 5 se
rellenan entonces con el material aislante 4. La transmisión de la
temperatura del componente electrónico 1 al cuerpo de refrigeración
tiene lugar a través del cuerpo de soporte, o bien a través de la
capa 2. Éste o ésta también se encargan de la correspondiente
rigidez dieléctrica en el recorrido directo entre el componente
electrónico 1 y el cuerpo 3 de refrigeración. Para evitar las
corrientes de fuga sirve la prolongación del recorrido, según la
invención, mediante la(s) escotadura(s) 5, o bien del
(los) elemento(s)
5 saliente(s), no mostrados aquí explícitamente, pero también posibles. Mediante el material aislante 4 se impide además que pueda llegarse a descargas eléctricas entre el componente electrónico 1 y el cuerpo de refrigeración 3 a través del medio que rodea a la disposición, como por ejemplo el aire. Se prefiere que, a través de las medidas según la invención, el recorrido de fuga al menos se duplique o se triplique. Con la utilización de las escotaduras 5 es posible sobre todo una forma de construcción especialmente compacta y ligera.
5 saliente(s), no mostrados aquí explícitamente, pero también posibles. Mediante el material aislante 4 se impide además que pueda llegarse a descargas eléctricas entre el componente electrónico 1 y el cuerpo de refrigeración 3 a través del medio que rodea a la disposición, como por ejemplo el aire. Se prefiere que, a través de las medidas según la invención, el recorrido de fuga al menos se duplique o se triplique. Con la utilización de las escotaduras 5 es posible sobre todo una forma de construcción especialmente compacta y ligera.
Para la disposición de los circuitos impresos
para la conexión eléctrica de los componentes electrónicos, puede
estar previsto que los circuitos impresos estén colocados sobre o en
el cuerpo de soporte, por ejemplo mediante metalización por
evaporación en vacío. No obstante, de forma favorable está previsto
que la conexión eléctrica y/o las alimentaciones o descargas
eléctricas hacia el componente electrónico estén colocadas por
fuera de la capa 2 y/o del cuerpo de soporte. En éste caso se trata
por tanto, para la capa 2, o bien para el cuerpo de soporte, no
solamente de un soporte para circuitos impresos o similares. De otra
manera, las conexiones eléctricas pueden tener lugar por ejemplo a
través de un cable que conduce directamente al componente
electrónico 1 - aquí no representado -, o bien a través de circuitos
impresos o pletinas colocadas por encima del componente, o sea,
contrapuestas con el soporte, aquí no representados tampoco. En el
ejemplo de ejecución según las figuras 1 y 2 se dispone de una
escotadura 5 en forma de ranura en la capa 2, que la orbita
completamente. A través de ello se alargan todos los caminos
eléctricos posibles entre el componente electrónico 1 y el cuerpo
de refrigeración 3 a lo largo de los recorridos de fuga. La figura 2
muestra la disposición representada en un corte en la figura 1 en
una representación en perspectiva.
Mientras que en el ejemplo de ejecución según la
figura 1, la capa 2, o bien el cuerpo de soporte está construido
con unidades 2a, 2b, 2c unidas entre sí, preferentemente pegadas, la
figura 3 muestra en un corte un ejemplo de ejecución esencialmente
igual, pero en el que la capa 2 está configurada en una sola pieza.
Aquí, la escotadura 5 en forma de ranura está cortada en la placa,
inicialmente de forma rectangular, que configura la capa 2. Lo
mismo sirve para el ejemplo de ejecución según la figura 5. El
ejemplo de ejecución según la figura 5 muestra que fundamentalmente
son posibles también una sucesión de varias ranuras para alcanzar el
alargamiento deseado de los recorridos de fuga. Exactamente lo
mismo puede utilizarse también una sucesión de varios elementos
salientes solos o en combinación con escotaduras. Las figuras 6 a 8
muestran un ejemplo de ejecución en el que la escotadura 5 está
cortada en forma de hendidura en la capa 2, o bien en el cuerpo de
soporte, pero no lateralmente, sino en el lado donde se asienta
también el componente electrónico 1. La figura 6 muestra una vista
en planta des de arriba en la cual se ha eliminado la carcasa de
material aislante 4. La figura 7 muestra un corte a lo largo de las
rectas AA. La figura 8 muestra un corte a lo largo de las rectas
BB.
Las resistencias a descargas disruptivas según
la invención pueden ser determinadas en el material según el
documento IEC 60672-2. Las conductibilidades
térmicas específicas pueden ser determinadas según el documento EN
821-3. Aún cuando en los ejemplos mostrados de
realización, según la invención, el cuerpo de soporte está
compuesto exclusivamente por la capa 2, éste puede presentar por
supuesto también otras capas junto a ésa capa 2. También la capa 2
puede estar compuesta por diversos materiales, y también
estratificada. Naturalmente, sobre un cuerpo de soporte pueden
estar colocados varios, por ejemplo al menos tres componentes
electrónicos. Si los cuerpos de soporte, o bien la capa 2 están
compuestos por varios componentes individuales, la unión de los
mismos ha de efectuarse de forma favorable mediante un adhesivo con
características adecuadas.
Claims (14)
1. Disposición con al menos un componente
electrónico y un cuerpo de refrigeración asignado al mismo, así
como un cuerpo de soporte colocado en el espacio entre el componente
electrónico y el cuerpo de refrigeración, el cual presenta al menos
una capa con al menos un material con una resistencia a descargas
disruptivas de al menos 10 kV/mm y una conductibilidad térmica
específica de al menos 5 W/mK caracterizado porque están
colocados en y/o sobre la citada capa (2) del cuerpo de soporte al
menos una escotadura (5) con forma de ranura o de hendidura, y/o
al menos un elemento saliente, preferentemente con forma de pared, y
estando configurado el y/o los mismos de tal forma que el y/o los
mismos alargue(n) preferentemente, a lo largo de la
superficie de la capa del cuerpo de soporte, todos los recorridos
posibles eléctricamente entre el componente electrónico (1) y el
cuerpo de refrigeración respecto al estado de la capa (2) del cuerpo
de soporte sin la escotadura (5) y/o el elemento saliente.
2. Disposición según la reivindicación 1,
caracterizada porque la escotadura (5) y/o el elemento
saliente están configurados de forma orbital con referencia a la
capa (2) del cuerpo de soporte y/o del componente electrónico (1)
y/o del cuerpo de refrigeración (3).
3. Disposición según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque la escotadura
(5) y/o el elemento saliente está (están) configurado(s) de
tal manera que la misma y/o los mismos alargan los recorridos de
fuga eléctricamente posibles entre el componente electrónico (1) y
el cuerpo de refrigeración (3) en al menos un 30%, preferentemente
en al menos un 100%.
4. Disposición según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el conjunto de
la capa (2), y preferentemente el conjunto del cuerpo de soporte y
el elemento saliente disponible en su caso, está fabricado de un
mismo material.
5. Disposición según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizada porque el conjunto de la capa (2), y
preferentemente el conjunto del cuerpo de soporte y el elemento
saliente disponible en su caso, está(n) fabricado(s) en una
sola pieza.
6. Disposición según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el conjunto de
la capa (2), y preferentemente el conjunto del cuerpo de soporte y
el elemento saliente disponible en su caso, están compuestos por
piezas individuales (2a, 2b, 2c) unidas entre sí, preferentemente
mediante pegado.
7. Disposición según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el material de
la capa (2) presenta, o es un nitruro de aluminio, o bien un óxido
de aluminio.
8. Disposición según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el componente
electrónico (1) es un componente de alto voltaje, el cual está
previsto para voltajes de funcionamiento entre 5 kV y 400 kV.
9. Disposición según una de las reivindicaciones
1 a 8, caracterizada porque la energía disipada a extraer
como calor del componente electrónico (1) está entre 10 W y 10
kW.
10. Disposición según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el componente
electrónico (1) y/o la capa (2), preferentemente el cuerpo de
soporte con la escotadura (5) y/o el elemento saliente esté
embutido, preferentemente de forma completa, en un medio (4)
aislante eléctricamente, preferentemente en un aceite aislante, un
gas aislante o una resina de moldeo.
11. Disposición según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque la forma básica
de la capa (2) y/o del cuerpo de soporte, sin la escotadura (5)
presente en su caso y/o sin el elemento saliente presente en su
caso, es fundamentalmente de forma rectangular.
12. Disposición según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque la conexión
eléctrica y/o las alimentaciones o descargas eléctricas hacia el
componente electrónico (1) estén colocadas por fuera de la capa (2)
y/o del cuerpo de soporte.
13. Disposición según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque cuerpo de
soporte, o bien la capa (2) presenta una longitud mínima (6) del
canto de 100 mm y/o un espesor mínimo (7) de 2 mm.
14. Disposición según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque sobre el cuerpo
de soporte, o bien sobre la capa (2) están colocados varios,
preferentemente al menos tres componentes electrónicos (1).
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