IT201800010103A1 - PRINTED CIRCUIT BOARD WITH COOLING SYSTEM. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo: accompanying a patent application for an industrial invention entitled:
“SCHEDA DI CIRCUITO STAMPATO CON SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO”. "PRINTED CIRCUIT CARD WITH COOLING SYSTEM".
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad una scheda di circuito stampato (PCB) con sistema di raffreddamento. The present invention relates to a printed circuit board (PCB) with a cooling system.
La PCB è un supporto utilizzato per interconnettere tra di loro vari componenti elettronici di un circuito, tramite piste conduttive, su un materiale non conduttivo. The PCB is a support used to interconnect various electronic components of a circuit, through conductive tracks, on a non-conductive material.
Generalmente il materiale non conduttivo usato come supporto è una piastra di fibra di vetro (fiberglass) ricoperta da un sottile strato metallico conduttore. Tale strato metallico viene successivamente intagliato con tecnica di fotoincisione (tramite l'azione di luce e acidi) o fresatura meccanica (tramite fresa CNC), in modo da creare piste che interconnetteranno tra loro i vari componenti elettronici del circuito progettato. Le piste comunicano con piazzole (pad) su cui verranno saldati i componenti elettronici del circuito elettronico che si sta realizzando. Generally the non-conductive material used as a support is a fiberglass plate covered with a thin conductive metal layer. This metal layer is subsequently carved with photoengraving technique (through the action of light and acids) or mechanical milling (through CNC milling), in order to create tracks that will interconnect the various electronic components of the designed circuit. The tracks communicate with pads on which the electronic components of the electronic circuit being created will be soldered.
Tuttavia alcuni componenti elettronici, quali quelli ad elevata potenza, tendono a surriscaldarsi generando calore. Dato che il materiale dielettrico su cui sono realizzate le piste conduttive non è un buon dissipatore di calore, la PCB deve prevedere dei sistemi di dissipazione di calore. However, some electronic components, such as high power ones, tend to overheat and generate heat. Since the dielectric material on which the conductive tracks are made is not a good heat sink, the PCB must have heat dissipation systems.
Per risolvere tale inconveniente sono note schede di circuito stampato con nucleo metallico (MCPCB). Una MCPCB comprende: To solve this drawback, printed circuit boards with metal core (MCPCB) are known. An MCPCB includes:
- uno strato di base costituito da un metallo con buona conducibilità termica, quale alluminio, - a base layer consisting of a metal with good thermal conductivity, such as aluminum,
- uno strato dielettrico disposto sullo strato di base, e - uno strato superiore costituito da un metallo con buona conducibilità elettrica, quale rame, destinato ad essere inciso per formare le piste conduttive. - a dielectric layer arranged on the base layer, and - an upper layer consisting of a metal with good electrical conductivity, such as copper, intended to be etched to form the conductive tracks.
Lo strato di base assicura una buona dispersione del calore. Tuttavia tale dispersione del calore risulta inadeguata, soprattutto nel caso di utilizzo di LED che surriscaldano eccessivamente. The base layer ensures good heat dispersion. However, this heat dispersion is inadequate, especially in the case of using LEDs that overheat excessively.
In questi casi è necessario ricorrere a tradizionali dissipatori di calore costituiti da un blocchetto in materiale metallico conduttore di calore provvisto di una pluralità di alette di raffreddamento. Tale blocchetto viene disposto su una faccia della PCB all’opposto della faccia della PCB in cui è saldato il componente elettronico. Appare evidente che un tale tipo di dissipatore di calore risulta essere eccessivamente ingombrante e riduce la superficie utile della PCB. In these cases it is necessary to resort to traditional heat sinks consisting of a block of heat-conducting metal material provided with a plurality of cooling fins. This block is placed on one face of the PCB opposite the face of the PCB where the electronic component is soldered. It is evident that such a type of heat sink is excessively bulky and reduces the usable surface area of the PCB.
Scopo della presente invenzione è di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota fornendo una PCB con sistema di dissipazione di calore che sia efficiente, versatile, poco ingombrante, economico e di semplice realizzazione Questi scopi sono raggiunti in accordo all’invenzione con le caratteristiche della rivendicazione indipendente 1. The object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the known art by providing a PCB with a heat dissipation system that is efficient, versatile, space-saving, economical and easy to make. These objects are achieved in accordance with the invention with the characteristics of the independent claim 1.
Realizzazioni vantaggiose dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti. Advantageous embodiments of the invention appear from the dependent claims.
La PCB secondo l’invenzione comprende: The PCB according to the invention includes:
- uno strato dielettrico in materiale dielettrico, - a dielectric layer in dielectric material,
- piste conduttive in materiale conduttore elettrico disposte su detto strato dielettrico, - conductive tracks in electrical conductive material arranged on said dielectric layer,
- almeno un componente elettronico che genera elevato calore, destinato ad essere disposto in una determinata posizione su detta PCB. - at least one electronic component which generates high heat, intended to be arranged in a specific position on said PCB.
Lo strato dielettrico comprende un foro passante disposto in corrispondenza di detta posizione in cui deve essere disposto il componente elettronico. The dielectric layer comprises a through hole arranged in correspondence with said position in which the electronic component is to be arranged.
La PCB comprende un coperchio, in materiale conduttore di calore, disposto in detto foro passante dello strato dielettrico. The PCB comprises a cover, made of heat-conducting material, arranged in said through hole of the dielectric layer.
Il componente elettronico è montato su detto coperchio. In questo modo il componente elettronico scambia calore con il coperchio ed il coperchio scambia calore con l’aria che passa attraverso il foro passante dello strato dielettrico. In questo modo viene dissipato efficacemente il calore generato dal componente elettronico. The electronic component is mounted on said cover. In this way, the electronic component exchanges heat with the lid and the lid exchanges heat with the air that passes through the through hole of the dielectric layer. In this way, the heat generated by the electronic component is effectively dissipated.
Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita a sue forme di realizzazione puramente esemplificative e quindi non limitative, illustrate nei disegni annessi, in cui: Further features of the invention will become clearer from the detailed description that follows, referring to its purely exemplary and therefore non-limiting embodiments, illustrated in the attached drawings, in which:
la Fig. 1 è una vista in sezione, illustrante in esploso una prima forma di realizzazione della PCB secondo l’invenzione, prima della formazione delle piste conduttive; Fig. 1 is a sectional view, showing an exploded view of a first embodiment of the PCB according to the invention, before the formation of the conductive tracks;
la Fig. 2 è una vista in sezione, illustrante la PCB assemblata prima della formazione delle piste e senza componente elettronico; Fig. 2 is a sectional view, illustrating the PCB assembled before the formation of the tracks and without electronic component;
la Fig. 3 è una vista assemblata della PCB secondo l’invenzione, dopo la formazione delle piste ed il montaggio del componente elettronico; Fig. 3 is an assembled view of the PCB according to the invention, after the formation of the tracks and the assembly of the electronic component;
la Figg. 4, 5 e 6 sono viste rispettivamente come Figg. 1, 2 e 3, ma illustranti una seconda forma di realizzazione dalla PCB secondo l’invenzione; Figs. 4, 5 and 6 are viewed respectively as Figs. 1, 2 and 3, but illustrating a second embodiment of the PCB according to the invention;
le Figg. 4A, 5A e 6A sono viste come le Figg. 4, 5 e 6 illustranti una prima variante della PCB; Figs. 4A, 5A and 6A are seen as Figs. 4, 5 and 6 illustrating a first variant of the PCB;
le Figg. 4B, 5B e 6B sono viste come le Figg. 4, 5 e 6 illustranti una seconda variante della PCB. Figs. 4B, 5B and 6B are seen as Figs. 4, 5 and 6 illustrating a second variant of the PCB.
Con l’ausilio delle Figure da 1 a 3 viene descritta una prima forma di realizzazione di una PCB secondo l’invenzione, indicata complessivamente con il numero 100. With the aid of Figures 1 to 3, a first embodiment of a PCB according to the invention is described, indicated as a whole with the number 100.
La PCB (100) comprende: The PCB (100) includes:
- uno strato dielettrico (1) in materiale dielettrico, e - uno strato conduttore (3) in materiale conduttore elettrico. - a dielectric layer (1) made of dielectric material, and - a conductive layer (3) made of electrical conductive material.
Lo strato dielettrico (1) può essere ad esempio fibra di vetro. Lo strato conduttore (3) può essere ad esempio un foglio di rame. The dielectric layer (1) can be for example glass fiber. The conductive layer (3) can be for example a copper sheet.
Nell’esempio di Fig. 1, lo strato conduttore (3) è più sottile dello strato dielettrico (1) poiché lo strato dielettrico (1) funge da strato di supporto della PCB. In the example of Fig. 1, the conductor layer (3) is thinner than the dielectric layer (1) since the dielectric layer (1) acts as a support layer for the PCB.
Lo strato conduttore (3) può essere fissato allo strato dielettrico (1) mediante uno strato di colla (6) o può essere applicato in altri modi di per sé noti. The conductive layer (3) can be fixed to the dielectric layer (1) by means of a layer of glue (6) or it can be applied in other ways known per se.
Lo strato conduttore (3) è destinato ad essere intaccato in modo da formare una pluralità di piste conduttive (30) in base ai collegamenti dei componenti elettronici da montare sulla PCB. The conductive layer (3) is intended to be etched so as to form a plurality of conductive tracks (30) based on the connections of the electronic components to be mounted on the PCB.
Sulla PCB viene montato almeno un componente elettronico (5) che scalda e ha bisogno di disperdere il calore generato durante il suo funzionamento. Il componente elettronico (5) può essere ad esempio un componente elettronico ad elevata potenza ed in particolare un LED ad elevata potenza. Il componente elettronico (5) ha piedini terminali (50) destinati ad essere collegati ad una pista conduttiva (30) della scheda o ad un contatto elettrico collegato ad una pista conduttiva. At least one electronic component (5) is mounted on the PCB which heats up and needs to disperse the heat generated during its operation. The electronic component (5) can be for example a high power electronic component and in particular a high power LED. The electronic component (5) has terminal pins (50) intended to be connected to a conductive track (30) of the card or to an electrical contact connected to a conductive track.
Secondo l’invenzione, viene realizzato un foro passante (10) nello strato dielettrico (1) in corrispondenza della posizione in cui deve essere montato il componente elettronico (5) ad elevata potenza. According to the invention, a through hole (10) is made in the dielectric layer (1) at the position in which the high-power electronic component (5) must be mounted.
Vantaggiosamente tale foro passante (10) dello strato dielettrico può avere un’imboccatura (11) di maggiore diametro in modo da generare un gradino o una svasatura. Advantageously, this through hole (10) of the dielectric layer can have a mouth (11) of greater diameter in order to generate a step or a countersink.
Ovviamente se sulla PCB devono essere montati più componenti elettronici che generano elevato calore, lo strato dielettrico (1) deve prevedere più fori passanti (10). Obviously, if more electronic components that generate high heat are to be mounted on the PCB, the dielectric layer (1) must have more through holes (10).
Un coperchio (4) in materiale dissipatore di calore, viene disposto nel foro passante (10) del dielettrico, in modo da chiudere tale foro passante (10) dal lato in cui ci sono le piste conduttive (30). Le Figg. 2 e 3 mostrano che lo spessore del coperchio (S) è uguale allo spessore del dielettrico (1). A cover (4) made of heat-dissipating material is placed in the through hole (10) of the dielectric, so as to close this through hole (10) on the side where the conductive tracks (30) are located. Figs. 2 and 3 show that the thickness of the lid (S) is equal to the thickness of the dielectric (1).
Anche se non mostrato nelle figure, lo spessore del coperchio (4) può essere inferiore alla lunghezza del foro passante (10) in modo da lasciare nel foro passante una camera d’aria che migliora lo scambio termico. Even if not shown in the figures, the thickness of the lid (4) may be less than the length of the through hole (10) in order to leave an air chamber in the through hole that improves heat exchange.
Il coperchio (4) può essere applicato nel foro passante (10) dello strato dielettrico in relazione di accoppiamento ad incastro. The cover (4) can be applied in the through hole (10) of the dielectric layer in interlocking relationship.
Vantaggiosamente il coperchio (4) ha una porzione di minore diametro (40) che entra nel foro passante (10) e una porzione di maggiore diametro (41) che si impegna nell’imboccatura (11) del foro passante. Advantageously, the lid (4) has a smaller diameter portion (40) which enters the through hole (10) and a larger diameter portion (41) which engages in the mouth (11) of the through hole.
Lo strato conduttore (3) viene applicato sullo strato dielettrico (1) in modo da coprire inizialmente il coperchio (41) disposto nel foro passante (10) dello strato dielettrico. Se lo strato conduttore viene incollato sullo strato dielettrico, la colla non viene applicata sul coperchio (4). The conductive layer (3) is applied on the dielectric layer (1) so as to initially cover the cover (41) arranged in the through hole (10) of the dielectric layer. If the conductive layer is glued to the dielectric layer, the glue is not applied to the lid (4).
Successivamente lo strato conduttore (3) viene intaccato in modo da formare le piste conduttive (30). In questa fase, lo strato conduttore (3) viene intaccato anche sopra il coperchio (4) disposto nel foro passante (10) dello strato dielettrico, in modo da rendere accessibile dall’alto il coperchio (4). Subsequently the conductive layer (3) is etched so as to form the conductive tracks (30). In this phase, the conductive layer (3) is also notched above the cover (4) placed in the through hole (10) of the dielectric layer, so as to make the cover (4) accessible from above.
Ovviamente lo strato conduttore (3) può anche essere allestito con fori passanti in corrispondenza dei coperchi (4) disposti nei fori passanti (10) dello strato dielettrico e successivamente viene intaccato per formare le piste conduttive (30). Obviously, the conductive layer (3) can also be equipped with through holes in correspondence with the covers (4) arranged in the through holes (10) of the dielectric layer and subsequently it is notched to form the conductive tracks (30).
Il componente elettronico (5) è montato o appoggiato sul coperchio (4) in modo che il coperchio (4) possa dissipare il calore generato dal componente elettronico (5). The electronic component (5) is mounted or placed on the cover (4) so that the cover (4) can dissipate the heat generated by the electronic component (5).
I piedini terminali (50) del componente elettronico possono essere collegati o saldati ad una pista conduttiva (30). The terminal pins (50) of the electronic component can be connected or soldered to a conductive track (30).
Anche se non mostrato nelle figure, se il coperchio (4) è in materiale conduttore elettrico, i piedini terminali (50) del componente elettronico possono essere collegati al coperchio (4) e il coperchio (4) è collegato ad una pista conduttiva (30). Even if not shown in the figures, if the cover (4) is made of electrical conductive material, the terminal pins (50) of the electronic component can be connected to the cover (4) and the cover (4) is connected to a conductive track (30 ).
Con riferimento alle Figg. 4, 5 e 6 viene descritta una PCB (200) secondo una seconda forma di realizzazione dell’invenzione, in cui elementi uguali o corrispondenti a quelli già descritti sono indicati con gli stessi numeri di riferimento e si omette la loro descrizione dettagliata. With reference to Figs. 4, 5 and 6 a PCB (200) is described according to a second embodiment of the invention, in which elements equal or corresponding to those already described are indicated with the same reference numbers and their detailed description is omitted.
La PCB (200) comprende anche uno strato dissipatore (2) in un materiale conduttore di calore, quale ad esempio materiale metallico ed in particolare alluminio. In questo caso lo strato dielettrico (1) viene incollato sullo strato dissipatore (2). The PCB (200) also comprises a dissipating layer (2) made of a heat conducting material, such as for example metallic material and in particular aluminum. In this case the dielectric layer (1) is glued on the dissipating layer (2).
Secondo l’invenzione, anche nello strato dissipatore (2) vengono realizzati fori passanti (20) in corrispondenza di ciascun componente elettronico (5) che genera elevato calore. According to the invention, through holes (20) are also made in the dissipator layer (2) in correspondence with each electronic component (5) which generates high heat.
Quando viene assemblata la PCB (200), i fori passanti (20) dello strato dissipatore si dispongono a registro con i fori passanti (10) dello strato dielettrico. When the PCB (200) is assembled, the through holes (20) of the heat sink layer are arranged in register with the through holes (10) of the dielectric layer.
In Fig. 4 è mostrato che lo spessore (S1) dello strato dielettrico (1) è minore dello spessore (S2) dello strato dissipatore (2). Infatti lo strato dissipatore (2) funge da base di supporto per la PCB. In Fig. 4 it is shown that the thickness (S1) of the dielectric layer (1) is less than the thickness (S2) of the dissipating layer (2). In fact, the heat sink layer (2) acts as a support base for the PCB.
Lo spessore (S) del coperchio (4) è maggiore dello spessore (S1) dello strato dielettrico (1), in modo che il coperchio (4) si infili nel foro passante (20) dello strato The thickness (S) of the cover (4) is greater than the thickness (S1) of the dielectric layer (1), so that the cover (4) fits into the through hole (20) of the layer
dissipatore (2). Nelle Figg. 5 e 6 è illustrato che lo spessore (S) del coperchio (4) è uguale alla somma dello spessore (S1) dello strato dielettrico (1) e dello spessore (S2) strato dissipatore (2). heatsink (2). In Figs. 5 and 6 it is shown that the thickness (S) of the cover (4) is equal to the sum of the thickness (S1) of the dielectric layer (1) and the thickness (S2) of the dissipating layer (2).
Anche se non mostrato nelle figure, lo spessore del coperchio (4) può essere inferiore rispetto allo spessore dello strato dissipatore (2), in modo da lasciare una camera d’aria nel foro passante (20) dello strato dissipatore. Even if not shown in the figures, the thickness of the cover (4) can be lower than the thickness of the dissipator layer (2), so as to leave an air chamber in the through hole (20) of the dissipator layer.
Vantaggiosamente il diametro del foro passante (10) dello strato dielettrico è maggiore del diametro del foro passante (20) dello strato dissipatore. In questo caso, il foro passante (10) dello strato dielettrico funge da imboccatura in cui si impegna la porzione di maggiore diametro (41) del coperchio. Advantageously, the diameter of the through hole (10) of the dielectric layer is greater than the diameter of the through hole (20) of the dissipating layer. In this case, the through hole (10) of the dielectric layer acts as an opening in which the larger diameter portion (41) of the lid engages.
Le Figg. 4A, 5A e 6A illustrano una prima variante in cui il coperchio (4) è disposto solo entro il foro passante (20) dello strato dissipatore (2). Invece il componente elettronico (5) è disposto nel foro passante (10) dello strato dielettrico (1), come mostrato in fig.6A. A titolo esemplificativo, lo strato conduttore (3) ha un foro passante (30) disposto a registro con il foro passante (10) dello strato dielettrico (1), come mostrato in fig. 5A. Figs. 4A, 5A and 6A illustrate a first variant in which the cover (4) is arranged only within the through hole (20) of the dissipating layer (2). Instead, the electronic component (5) is arranged in the through hole (10) of the dielectric layer (1), as shown in Fig.6A. By way of example, the conductive layer (3) has a through hole (30) arranged in register with the through hole (10) of the dielectric layer (1), as shown in Fig. 5A.
Le Figg. 4B, 5B e 6B illustrano una seconda variante in cui il foro passante (10) del dielettrico (1) ha un diametro pari a quello del foro (20) dello strato dissipatore (2) ed alla porzione di minor diametro (40) del coperchio (4), che presenta una porzione di sommità (41) di maggior diametro. Figs. 4B, 5B and 6B illustrate a second variant in which the through hole (10) of the dielectric (1) has a diameter equal to that of the hole (20) of the dissipating layer (2) and to the smaller diameter portion (40) of the cover (4), which has a top portion (41) of greater diameter.
Come mostrato in fig. 6B, nel momento in cui lo strato dielettrico (1) viene incollato sullo strato dissipatore (2), detta porzione di testa di maggior diametro (41) del tappo (4) resta imprigionata fra strato dissipatore (2) e strato dielettrico (1), che si automodella sopra porzione di testa di maggior diametro (41) del tappo (4). As shown in fig. 6B, when the dielectric layer (1) is glued on the dissipating layer (2), said head portion of greater diameter (41) of the cap (4) remains trapped between the dissipating layer (2) and the dielectric layer (1) , which molds itself over the larger diameter head portion (41) of the cap (4).
Quindi lo strato dielettrico (1) funge da fermo per il coperchio (4). Invece il componente elettronico (5) è disposto nel foro passante (10) dello strato dielettrico (1), come mostrato in fig. 6B. Then the dielectric layer (1) acts as a retainer for the lid (4). Instead, the electronic component (5) is arranged in the through hole (10) of the dielectric layer (1), as shown in fig. 6B.
Anche se nelle figure sono state mostrate PCB ad una singola faccia, l’invenzione si estende anche a PCB a due facce. Although single-sided PCBs have been shown in the figures, the invention also extends to two-sided PCBs.
Nel caso della PCB (100) secondo la prima forma di realizzazione, le piste conduttive (30) possono essere previste su entrambe le facce della PCB; pertanto anche i componenti elettronici possono essere montati su entrambe le facce della PCB. In the case of the PCB (100) according to the first embodiment, the conductive tracks (30) can be provided on both faces of the PCB; therefore also the electronic components can be mounted on both sides of the PCB.
Nel caso della PCB (200) secondo la seconda forma di realizzazione, lo strato dissipatore (2) può essere disposto a sandwich tra due strati dielettrici (1) aventi fori passanti (10) in corrispondenza della posizione dei componenti ad elevata potenza. Pertanto le piste conduttive (30) possono essere previste sulle facce esterne dei due strati dielettrici; in questo modo i componenti elettronici possono essere montati su entrambe le facce della PCB. In the case of the PCB (200) according to the second embodiment, the heat sink layer (2) can be sandwiched between two dielectric layers (1) having through holes (10) at the position of the high power components. Therefore the conductive tracks (30) can be provided on the outer faces of the two dielectric layers; in this way the electronic components can be mounted on both sides of the PCB.
Alle presenti forme di realizzazione dell'invenzione, possono essere apportate variazioni e modifiche equivalenti, alla portata di un tecnico del ramo, che rientrano comunque entro l'ambito dell'invenzione. Equivalent variations and modifications can be made to the present embodiments of the invention, within the reach of a person skilled in the art, which however fall within the scope of the invention.
Il componente elettronico (5) può essere ad esempio saldato allo strato dissipatore (2) mediante una pasta di saldatura di tipo adatto a condurre calore. The electronic component (5) can for example be soldered to the dissipating layer (2) by means of a solder paste of a type suitable for conducting heat.
Claims (10)
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| IT102018000010103A IT201800010103A1 (en) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | PRINTED CIRCUIT BOARD WITH COOLING SYSTEM. |
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Family Applications (1)
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2018
- 2018-11-07 IT IT102018000010103A patent/IT201800010103A1/en unknown
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