ITMI20111219A1 - Sistema con dissipatore di calore condiviso - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce all’ambito dell’elettronica. In particolare, la presente invenzione si riferisce a contenitori per componenti elettronici.

Qualsiasi componente elettronico esistente à ̈ contraddistinto da un assorbimento di potenza elettrica – in generale, proporzionale al prodotto tra una corrente che lo attraversa ed una tensione che si sviluppa tra suoi terminali – durante un funzionamento dello stesso. Una porzione di tale potenza elettrica assorbita à ̈ dispersa in forma di calore in accordo con i principi della termodinamica. In particolare, il calore à ̈ generato nelle regioni “attive†del componente elettronico, ovvero ove si verifica il flusso della corrente elettrica (ad esempio, considerando un transistore MOSFET, in una regione sottostante un terminale di controllo e nelle regioni costituenti terminali di conduzione dello stesso). La generazione di calore concentrata nelle regioni attive provoca un innalzamento di temperatura del componente elettronico. La temperatura delle regioni attive del componente elettronico, meglio nota come temperatura di giunzione, à ̈ un parametro che influenza prepotentemente il funzionamento del componente elettronico. In particolare, una tensione di soglia, propria del componente elettronico (ad esempio, ancora nel caso di transistori MOSFET), in relazione alla quale si controlla l’intensità di corrente dello stesso, à ̈ inversamente proporzionale alla temperatura di giunzione, di conseguenza, a parità di tensione di controllo applicata, il componente elettronico richiama un flusso di corrente elettrica sempre maggiore all’aumentare della temperatura. È inoltre noto che, all’aumentare della temperatura di giunzione, si verifica, anche, un aumento della resistività elettrica del componente elettronico. Di conseguenza, il componente elettronico dissipa, per effetto Joule, una potenza elettrica sempre maggiore tra i suoi terminali, e questo conduce ad una temperatura di giunzione sempre maggiore; in altre parole, si instaura una retroazione positiva (fenomeno detto di fuga termica) che può provocare un danneggiamento o addirittura la distruzione del componente elettronico a causa di una temperatura di giunzione troppo elevata. In aggiunta, al crescere della temperatura di giunzione del componente elettronico si ha una riduzione dell’affidabilità dello stesso (ovvero, aumenta la probabilità statistica che si verifichi un danno strutturale durante il funzionamento) ed in generale della sua vita utile (ovvero, il tempo per cui il componente elettronico opera in maniera corretta).

L’attuale processo di miniaturizzazione dei componenti elettronici (sostanzialmente una riduzione delle dimensioni del componente elettronico, in particolare delle regioni attive), rende molto importante contenere l’innalzamento della temperatura di giunzione entro valori accettabili. Infatti, a parità di potenza elettrica assorbita, minori sono le dimensioni dell’area attiva del componente elettronico maggiore e più rapido sarà l’innalzamento della temperatura di giunzione nella stessa (dato che la dissipazione di potenza elettrica à ̈ concentrata in un volume inferiore).

Ciò à ̈ particolarmente importante in componenti elettronici appartenenti al settore della “elettronica di potenza†, ovverosia componenti elettronici disegnati per operare a tensioni e correnti elevate rispetto ai normali componenti elettronici (ad esempio, con tensioni operative dell’ordine delle centinaia di Volt e/o con correnti operative dell’ordine degli Ampere), i quali sono utilizzati nei circuiti di apparati appartenenti a svariati ambiti d’impiego, ad esempio, da elaboratori elettronici a macchinari elettromeccanici (circuiti di alimentazione di elaboratori elettronici, attuatori di motori elettrici, invertitori per pannelli fotovoltaici, ecc.).

Allo scopo di contenere l’innalzamento della temperatura di giunzione nei componenti elettronici in esercizio sono noti ed ampiamente utilizzati dissipatori di calore. Un dissipatore di calore à ̈ un elemento costituito di uno o più elementi in materiale termicamente conduttivo (ad esempio, alluminio Al), il quale à ̈ fissato (tipicamente tramite incollaggio e/o nastri di materiale bi-adesivo) ad un contenitore (package) del componente elettronico. Il contenitore à ̈ sostanzialmente un contenitore isolante (solitamente in materiale plastico o ceramico) in cui sono esposti piedini di contatto (per connettere il componente elettronico a piste di un circuito esterno), ed ha lo scopo di inglobare e proteggere una piastrina (chip) di materiale semiconduttore in cui à ̈ integrato il componente elettronico.

In alternativa, il contenitore isolante può inoltre comprendere un’apertura – tipicamente formata in una superficie libera superiore del contenitore isolante opposta ad una superficie di montaggio verso cui sono rivolti i piedini – per esporre una piastra di dissipazione (anche essa in materiale termicamente conduttivo). La piastra di dissipazione à ̈ connessa alla piastrina per migliorare lo scambio termico con l’ambiente esterno. Il dissipatore di calore può essere fissato direttamente alla piastra di dissipazione tramite nastri bi-adesivi o colle ad alto coefficiente di conducibilità termica, che uniformano la superficie di contatto, in questo modo facilitando uno scambio termico conduttivo tra la piastrina ed il dissipatore di calore (grazie alla maggiore conducibilità termica dei materiali costituenti la piastra di dissipazione ed il dissipatore di calore in contatto tra loro rispetto a quelli plastici che costituiscono il contenitore isolante).

In maggiore dettaglio, i dissipatori di calore facilitano un trasferimento per conduzione del calore (grazie alla loro buona conducibilità termica) dalla piastrina a se stessi. Inoltre, i dissipatori di calore solitamente sono formati con una struttura disegnata per facilitare un trasferimento per convenzione del calore (ad esempio, con una pluralità di alette che si estendono da una base tramite la quale il dissipatore di calore à ̈ fissato al contenitore isolante o alla piastra di dissipazione) all’ambiente esterno al contenitore (ovvero trasferendo calore al mezzo in cui à ̈ immerso il contenitore, ad esempio, aria). In questo modo, dissipatori di calore opportunamente dimensionati permettono di mantenere la temperatura di giunzione al di sotto di una temperatura di sicurezza.

Tuttavia, i dissipatori di calore sono affetti da un principale svantaggio, in particolare, quando applicati a contenitori di dimensioni ridotte (ad esempio, per inglobare componenti elettronici miniaturizzati). Infatti, i dissipatori di calore tendono ad essere poco stabili meccanicamente, una volta fissati al contenitore. Questo à ̈ dovuto al fatto che, riducendo le dimensioni dei contenitori, si riduce proporzionalmente una superficie di fissaggio disponibile. Questa superficie di fissaggio ridotta può essere insufficiente a garantire una buona stabilità meccanica del dissipatore di calore sul contenitore; di conseguenza, il dissipatore di calore potrebbe separarsi dal contenitore in seguito a sollecitazioni meccaniche cui può essere sottoposto. In aggiunta, il peso del dissipatore di calore e le sollecitazioni meccaniche potrebbero essere tali da provocare un deterioramento, o persino una rottura, di contatti formati tra uno o più piedini del contenitore e le corrispondenti piste conduttive della scheda cui sono fissati, al limite provocando il loro distacco ed il malfunzionamento di un circuito in cui à ̈ impiegato il componente elettronico.

Nei circuiti comprendenti almeno due componenti elettronici, à ̈ assai preferibile che le temperature di giunzione di tali componenti risultino essere mantenute il più possibile uguali durante l’esercizio del circuito. Infatti, per un funzionamento efficace ed efficiente del circuito à ̈ necessario che i parametri di esercizio dipendenti dalla temperatura (quali, ad esempio, tensioni di soglia, correnti elettriche, resistenze interne, ecc.) siano sostanzialmente i medesimi per tutti i componenti elettronici compresi nel circuito.

La Richiedente ha osservato che dissipatori di calore attualmente noti nello stato della tecnica non consentono di ottenere una stabilità meccanica sufficiente e, allo stesso tempo, di garantire una sufficiente omogeneità nelle temperature di giunzione di componenti elettronici appartenenti ad uno stesso circuito.

Uno o più aspetti di una soluzione in accordo con specifiche forme di realizzazione dell’invenzione sono indicati nelle rivendicazioni indipendenti, con caratteristiche vantaggiose della stessa soluzione che sono indicate nelle rivendicazioni dipendenti, il cui testo à ̈ incorporato nella presente alla lettera per riferimento (con qualsiasi caratteristica vantaggiosa fornita con riferimento ad uno specifico aspetto della soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione che si applica mutatis mutandis ad ogni altro suo aspetto).

Più specificamente, un aspetto di una soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione fornisce un sistema. Il sistema comprende una pluralità di dispositivi elettronici. Ciascun dispositivo elettronico comprende un contenitore isolante ed una piastrina di materiale semiconduttore inglobata nel contenitore isolante. Detta piastrina integra almeno un componente elettronico. Ciascun contenitore isolante ha una superficie di montaggio per il montaggio del rispettivo dispositivo elettronico su un substrato ed una superficie libera opposta alla superficie di montaggio. Il sistema comprende inoltre un dissipatore di calore per dissipare il calore prodotto da ciascun dispositivo elettronico di detta pluralità di dispositivi elettronici. Il dissipatore di calore à ̈ fissato in corrispondenza di una rispettiva porzione di base della superficie libera del contenitore isolante di ciascun dispositivo elettronico. Nella soluzione in accordo con la presente invenzione il dissipatore di calore comprende almeno un elemento di collegamento. Ciascun elemento di collegamento collega una prima rispettiva porzione di base con una seconda rispettiva porzione di base. Il dissipatore comprende inoltre, per ciascun dispositivo elettronico, almeno un elemento di stabilizzazione estendentesi dalla rispettiva porzione di base almeno fino al substrato.

Un altro aspetto di una soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione fornisce un corrispondente metodo per realizzare tale sistema.

Una soluzione in accordo con una o più forme di realizzazione dell'invenzione, come pure ulteriori caratteristiche ed i relativi vantaggi, sarà meglio compresa con riferimento alla seguente descrizione dettagliata, data puramente a titolo indicativo e non limitativo, da leggersi congiuntamente alle figure allegate (in cui elementi corrispondenti sono indicati con riferimenti uguali o simili e la loro spiegazione non à ̈ ripetuta per brevità). A tale riguardo, à ̈ espressamente inteso che le figure non sono necessariamente in scala (con alcuni particolari che possono essere esagerati e/o semplificati) e che, a meno di indicazione contraria, esse sono semplicemente utilizzate per illustrare concettualmente le strutture e le procedure descritte. In particolare:

la FIG.1A illustra una vista schematizzata in assonometria di un sistema secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

la FIG.1B illustra una vista schematizzata in pianta del sistema di FIG.1A; la FIG.2 illustra una vista schematizzata in assonometria di un ulteriore sistema secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;

la FIG.3 illustra una vista schematizzata in assonometria di un ancora ulteriore sistema secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione; e

la FIG.4 illustra una vista schematizzata in pianta di un sistema secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione.

Con riferimento alle FIG.1A e FIG.1B congiuntamente, sono illustrate viste in assonometria ed in pianta, rispettivamente, di un sistema 100 in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione.

Il sistema 100 comprende due dispositivi elettronici 105A e 105B. In particolare, ciascun dispositivo elettronico 105A,105B comprende un contenitore isolante 110 solitamente di forma (sostanzialmente) a parallelepipedo. Il contenitore isolante ha una superficie libera 110U ed una superficie di montaggio (non visibile), opposta alla prima e distanziata da essa per mezzo di quattro superfici laterali 110I. Il contenitore isolante 110 à ̈ configurato per proteggere ed isolare dall’ambiente esterno (almeno) una piastrina di materiale semiconduttore, non visibile nelle figure, in cui à ̈ integrato (almeno) un componente elettronico.

Al fine di realizzare un percorso elettrico tra le piastrine ed elementi esterni ai dispositivi elettronici 105A e 105B – con ciò permettendo di connettere il o i componenti elettronici integrati nelle piastrine ad altri dispositivi elettronici non mostrati –, sul contenitore isolante sono forniti piedini (non mostrati) in contatto elettrico con corrispondenti terminali di conduzione della piastrina (ad esempio, tramite fili di collegamento, o “wire bonding†nel gergo, compresi all’interno del contenitore isolante 110, non mostrati nelle figure). I piedini possono essere formati secondo qualsiasi tecnologia nota sia di tipologia passante o PTH (Pin Through Hole) sia di tipologia a montaggio superficiale o SMT (Surface Mount Tecnology).

I dispositivi elettronici 105A e 105B sono fissati ad una scheda elettronica 115 (ad esempio, una PCB “Printed Circuit Board†), di cui à ̈ mostrata solo una porzione nelle figure, tipicamente saldando opportunamente i piedini alla stessa. Nel sistema 100 mostrato nelle figure, i dispositivi elettronici 105A e 105B sono disposti sulla scheda elettronica 115 in modo tale che una faccia laterale 110IA del dispositivo elettronico 105A sia ad una distanza D da una corrispondente faccia laterale 110IB del dispositivo elettronico 105B, affacciata alla faccia laterale 110IA.

Il sistema 100 comprende inoltre un dissipatore di calore 120, il quale à ̈ fissato alle superfici libere 110U di ciascun dispositivo elettronico attraverso corrispondenti porzioni di base (o semplicemente basi) 125A e 125B, tramite un elemento di fissaggio (non visibile nelle figure), come un nastro termico bi-adesivo, una colla/pasta termica o una resina epossidica.

Le basi 125A e 125B possono essere fissate a piastre di dissipazione (non visibili nelle figure) esposte sulla superficie libera 110U dei dispositivi elettronici 105A e 105B, ad esempio elettricamente connesse ad alcuni terminali dei componenti elettronici integrati nelle piastrine; in questo caso, a meno di utilizzare un elemento di fissaggio elettricamente isolante (ad esempio, contenente mica), il dissipatore di calore 120 potrà a sua volta risultare elettricamente connesso ai componenti elettronici integrati.

Si osservi che, in generale, il dissipatore di calore 120 non à ̈ saldato alle piastra di dissipazione. Una saldatura, infatti, potrebbe portare ad un fissaggio non omogeneo e, ad esempio, alcune bolle d’aria potrebbero rimanere intrappolate nel materiale di apporto utilizzato per la saldatura, riducendo la conducibilità termica tra il dissipatore di calore ed i dispositivi elettronici 105A e 105B.

Il dissipatore di calore 120 comprende inoltre per ciascun dispositivo elettronico 105A e 105B un rispettivo elemento sporgente (ad esempio, una linguetta) 130A, 130B che si estende da un bordo della corrispondente base 125A, 125B oltre un contorno 137 del rispettivo contenitore isolante 110. In maggiore dettaglio, la linguetta 130A si estende da un bordo della base 125A, mentre la linguetta 130B si estende da un bordo della base 125B. Ciascuna linguetta 130A,130B comprende una porzione di connessione 132, la quale à ̈ parallela alla superficie libera 110U ed appoggiata alla stessa fino al contorno 137 del contenitore isolante 110. La porzione di connessione 132 della linguetta 130A,130B può essere fissata a quest’ultima come la base 125A,125B. La porzione di connessione 132 della linguetta 130A,130B sporge dal contorno 137, ed à ̈ connessa ad una porzione di montaggio della linguetta 130A,130B (attraverso una sua estremità libera distale dal contenitore isolante 110), la quale à ̈ ripiegata in modo da presentare una porzione intermedia 135 trasversale alla superficie libera 110U ed estendentesi verso la superficie di montaggio (o oltre). Nella particolare forma di realizzazione mostrata nella figura, la porzione di montaggio della linguetta 130A,130B à ̈ inoltre ripiegata in corrispondenza della superficie della scheda 115 in modo da presentare una porzione terminale 140 ad essa parallela, giacente quindi sul piano della superficie di montaggio, e quindi anche della scheda 115. La porzione terminale 140 à ̈ quindi fissata alla scheda 115 con i medesimi accorgimenti descritti in relazione alla base 125A,125B.

In alternativa, la porzione intermedia 135 delle linguette 130A e 130B potrebbe essere configurata per attraversare la scheda 115 ed essere fissata a quest’ultima attraverso opportuni fori passanti (through hole).

Nella soluzione in accordo con un forma di realizzazione della presente invenzione, il dissipatore di calore 120 comprende un elemento di collegamento 145 che collega tra loro le basi 125A e 125B fissate ai rispettivi dispositivi elettronici 105A e 105B. In maggiore dettaglio, l’elemento di collegamento 145 comprende due porzioni di origine trasversali 150A,150B ed una porzione di interconnessione 155. Ciascuna porzione trasversale 150A,150B si estende trasversale alla superficie libera 110U del contenitore isolante 110 del rispettivo dispositivo elettronico 105A,105B. Preferibilmente, ciascuna porzione trasversale 150A,150B si estende da un bordo della rispettiva base 125A,125B. La porzione di interconnessione 155 si estende sostanzialmente parallela alle superfici libere 110U dei contenitori 110 dei dispositivi elettronici 105A e 105B ed à ̈ unita alle porzioni trasversali 150A e 150B tramite corrispondenti estremità opposte.

Da ulteriori bordi di entrambe le basi 125A e 125B si estendono alette 160 sostanzialmente trasversali alla superficie libera 110U del contenitore isolante 110 (in allontanamento dallo stesso, verso l’alto nelle figure). Ciascuna aletta 160 comprende, (preferibilmente, sebbene non limitativamente) in successione dalla base 125A,125B una porzione prossimale 165, una porzione distale 170 ed una porzione terminale 175. In maggiore dettaglio, la porzione prossimale 165 si estende trasversale alla superficie libera 110U del contenitore isolante 110 dalla base 125A,125B; la porzione distale 170 à ̈ ripiegata verso l’esterno in modo da essere parallela alla superficie libera 110U del contenitore isolante 110, e la porzione terminale 175 à ̈ ripiegata in modo da essere parallela alla porzione prossimale 165 (quindi trasversale alla superficie libera 110U) ed in modo da estendersi verso la superficie libera 110U (ossia, in basso nelle figure). La porzione distale 170 e la porzione terminale 175 concentrano il trasferimento di calore per convenzione in una posizione lontana dal dispositivo elettronico 105A,105B in modo da facilitare il raffreddamento della piastrina del componente elettronico durante il funzionamento.

Una volta fissato alla scheda 115, il sistema 100 risulta essere meccanicamente stabile. La stabilità meccanica del sistema 100 à ̈ ottenuta grazie alla presenza delle linguette 130A e 130B, che vincolano saldamente i contenitori isolanti 110 alla scheda 115. In aggiunta, il peso del dissipatore di calore 120 à ̈ scaricato almeno in parte direttamente sulla scheda 115 attraverso le linguette 130A e 130B. In questo modo si annulla, o almeno si riduce, la possibilità del verificarsi di un deterioramento, o persino una rottura, di contatti formati tra uno o più dei piedini del contenitore isolante 110 e corrispondenti piste conduttive (cui sono fissati) dovuta al peso del dissipatore di calore 120 e/o alle sollecitazioni meccaniche. Il sistema 100 à ̈ meccanicamente affidabile ed allo stesso tempo dissipa efficacemente il calore prodotto dal funzionamento delle piastrine inglobate nei contenitori isolanti 110 di entrambi i dispositivi elettronici 105A e 105B.

In aggiunta, durante il funzionamento il sistema 100 garantisce una sostanziale omogeneità di temperature operative o di giunzione delle piastrine. Questo à ̈ particolarmente vantaggioso nei casi in cui sia richiesta una buona corrispondenza (matching) tra parametri di esercizio dei componenti elettronici (correnti elettriche, tensioni di soglia, resistenze, ecc.) integrati nelle piastrine, come nel caso in cui i dispositivi elettronici 105A e 105B sono connessi in parallelo, o nel medesimo lato di un circuito a ponte.

Allo stesso tempo, sia gli elementi sporgenti 125A e 125B, sia l’elemento di collegamento 145 contribuiscono alla dissipazione termica trasferendo calore all’ambiente esterno per convezione in modo simile alle alette 160.

Inoltre, gli elementi sporgenti 125A e 125B trasferiscono calore anche alla scheda 115 per conduzione attraverso la rispettiva porzione terminale 140.

Passando ora alla FIG.2, à ̈ descritto un ulteriore sistema 200 in accordo con un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione.

Il sistema 200 si differenzia dal sistema precedentemente descritto in relazione alle FIG.1A e FIG.1B per il fatto che il dissipatore di calore (in FIG.2 identificato con il riferimento 202) Ã ̈ dotato di un elemento di collegamento 205 differente.

L’elemento di collegamento 205 comprende due porzioni di origine, ciascuna suddivisa in una porzione superficiale 210A,210B ed in una porzione intermedia 215A,215B. Inoltre, l’elemento di collegamento 205 comprende una porzione di interconnessione 220.

In maggiore dettaglio, la porzione superficiale 210A si estende sostanzialmente parallela ed in contatto con la superficie libera 110U del contenitore isolante 110 del dispositivo elettronico 105A a partire da un bordo della base 125A fino a sporgere oltre il contorno 137, nella direzione del dispositivo elettronico 105B. Allo stesso modo, la porzione superficiale 210B si estende sostanzialmente parallela ed in contatto con la superficie libera 110U del contenitore isolante 110 del dispositivo elettronico 105B a partire da un bordo della base 125B fino a sporgere oltre il contorno 137, nella direzione del dispositivo elettronico 105A. Ciascuna porzione intermedia 215A,215B si estende – a partire da un’estremità libera della corrispondente porzione superficiale 210A,210B – sostanzialmente parallela alla corrispondente superficie laterale 110IA,110IB almeno fino a raggiungere la scheda 115 (quindi almeno fino a raggiungere il piano su cui giace la superficie di montaggio dei dispositivi elettronici 105A e 105B). Infine la porzione di interconnessione 220 unisce le due porzioni intermedie 215A e 215B estendendosi – da rispettive estremità delle porzioni intermedie 215A e 215B – sostanzialmente parallela ed in contatto con la scheda 115.

La porzione di interconnessione 220 può essere fissata alla scheda 115 su una piazzola (non mostrata) appositamente realizzata o direttamente sulla superficie della stessa in modo analogo a quanto descritto precedentemente in relazione al fissaggio delle basi 125A e 125B sul contenitore 103.

In questo modo, l’elemento di collegamento 205 garantisce al sistema 200 una resistenza migliorata alle sollecitazioni meccaniche cui i dispositivi elettronici 105A e 105B possono essere sottoposti.

Allo stesso tempo, anche l’elemento di collegamento alternativo 205 concorre alla dissipazione di calore disperdendolo principalmente per conduzione attraverso la scheda 115.

In accordo con un’ulteriore forma di realizzazione, il dissipatore di calore comprende sia un elemento di collegamento che giace sulla scheda (come l’elemento di collegamento 205 di FIG.2) sia un elemento di collegamento distanziato da quest’ultima (come l’elemento di collegamento 145 di FIG.1A-1B).

Con riferimento alla FIG.3 à ̈ descritto un sistema 300 secondo un’ancora ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione.

In particolare, il sistema 300 comprende un dissipatore di calore 305 avente elementi anteriori di stabilizzazione arcuati 310F ed elementi posteriori di stabilizzazione arcuati 310R – due elementi anteriori di stabilizzazione 310F e due elementi posteriori di stabilizzazione 310R nella forma di realizzazione illustrata nella figura. Gli elementi anteriori di stabilizzazione arcuati 310F e 310R si estendono da bordi di ciascuna base 125A,125B in modo da risultare intervallati alle alette 160.

Preferibilmente, sebbene non necessariamente, gli elementi di stabilizzazione 310F e 310R sono formati in modo che ogni elemento anteriore di stabilizzazione 310F sia diametralmente opposto ad un elemento posteriore di stabilizzazione 310R.

Ciascun elemento di stabilizzazione 310F,310R comprende (in successione dalla base 125A,125B) una porzione di attacco ripartita in una porzione prossimale 315F,315R ed una porzione distale 320F,320R; ciascun elemento di stabilizzazione 310F,310R comprende inoltre una porzione di montaggio ripartita in una porzione di collegamento 325F,325R ed una porzione terminale 330F,330R.

In maggiore dettaglio, la porzione prossimale 315F,315R si estende trasversale alla superficie libera 110U del contenitore isolante 110 connessa alla base 125A,125B. La porzione distale 320F,320R à ̈ ripiegata verso l’esterno in modo da essere parallela alla superficie libera 110U del contenitore isolante 110 e si estende in pianta oltre il contorno 137 del contenitore isolante 110. La porzione di collegamento 325F,325R à ̈ ripiegata in modo da essere parallela alla porzione prossimale 315F,315R (quindi trasversale alla superficie libera 110U) e si estende fino a raggiungere il piano definito dalla scheda 115. Infine, la porzione terminale 330F,330R à ̈ ripiegata in modo da giacere ed essere parallela al piano definito dalla scheda 115 (e quindi anche al piano su cui giace la superficie di montaggio dei dispositivi elettronici 105A e 105B).

In alternativa, ciascuna porzione di collegamento325F,325R potrebbe essere configurata per attraversare la scheda 115 ed essere fissata a quest’ultima attraverso opportuni fori passanti (through hole).

Preferibilmente, sebbene non necessariamente, la porzione terminale 330F,330R si estende lungo la superficie della scheda 115 nella direzione opposta a quella del corrispondente dispositivo elettronico 105A,105B. Inoltre, la porzione terminale 330F,330R può essere fissata alla scheda 115 (ad esempio, su opportune piazzole, non mostrate) come precedentemente descritto in relazione alla base 125A,125B.

In accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione, gli elementi di stabilizzazione 310F e 310R che si estendono tra i dispositivi elettronici 105A e 105B possono essere in contatto tra loro, ad esempio, condividendo le rispettive porzioni terminali 330F e 330R. Questo permette un contenimento dell’area occupata sulla scheda 115 ed aumenta la solidità strutturale del dissipatore di calore 305.

Si osserva che gli elementi di stabilizzazione 310F e 310R operano un vincolo meccanico tra il dissipatore di calore 305 e la scheda 115 attraverso le porzioni terminali 330F e 330R fissate alla scheda 115. In aggiunta, il dissipatore di calore 305 risulta essere fissato con maggiore robustezza al contenitore isolante 110. Infatti, gli elementi di stabilizzazione 310F e 310R sono formati con una struttura tale da esercitare una forza elastica che mantiene il dissipatore 305 sostanzialmente premuto alla superficie libera 110U del contenitore isolante 110, sommandosi al vincolo meccanico garantito dal fissaggio della base 320 alla superficie libera 110U del contenitore isolante 110 sopra descritto.

Infine, gli elementi di stabilizzazione 310F e 310R esercitano una funzione di ammortizzazione delle sollecitazioni meccaniche le quali sono (almeno parzialmente) scaricate sulla scheda 115 anziché incidere su, e potenzialmente compromettere, il fissaggio tra la base 125A,125B e la superficie libera 110U del contenitore isolante 110.

Si consideri, inoltre, che gli elementi di stabilizzazione 310F e 310R dissipano calore trasferito dal contenitore isolante 110 alla base 125A,125B in modo analogo alla dissipazione di calore svolta dalle alette 160 precedentemente descritte.

In accordo con un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, il dissipatore di calore comprende gli elementi di stabilizzazione 310F e 310R, ma nessun elemento sporgente quali le linguette 130A e 130B.

I concetti della presente invenzione fino ad ora descritti possono essere applicati a sistemi comprendenti più di due dispositivi elettronici. Facendo riferimento alla FIG.4 à ̈ illustrato un caso in cui quattro dispositivi elettronici 105A, 105B, 105C e 105D sono forniti di un unico dissipatore di calore 405 comune.

In altre forme di realizzazione in accordo con la presente invenzione (non illustrate nelle figure) à ̈ possibile fornire i dissipatori di calore con ulteriori alette o perni disposti sulla superficie delle basi, che si estendono allontanandosi dalla stessa per incrementare ulteriormente lo scambio termico tra i dispositivi elettronici della disposizione a ponte e l’ambiente esterno.

In ancora altre forme di realizzazione in accordo con la presente invenzione (non illustrate nelle figure) sono fornite luci di aerazione sulle alette e/o sugli elementi sporgenti e/o sugli elementi di collegamento e/o sugli elementi di stabilizzazione. Questa configurazione del dissipatore di calore à ̈ vantaggiosa nel caso in cui sia richiesto un maggiore scambio termico attraverso il fenomeno della convezione di calore invece che attraverso il fenomeno della conduzione (ad esempio, in implementazioni in cui il componente elettronico rimane operativo per lunghi periodi di tempo, ad esempio nell’ordine delle ore o dei giorni). Infatti, le luci permettono una maggiore circolazione di aria tra le parti del dissipatore di calore rispetto al caso di parti piene delle forme di realizzazione precedentemente descritte. Inoltre, come à ̈ noto, lo scambio termico convettivo à ̈ proporzionale al perimetro del dissipatore di calore che à ̈ sostanzialmente aumentato dalla presenza delle luci.

In generale, tutti i dissipatori di calore sopra descritti possono essere formati attraverso un processo di stampaggio di un foglio di materiale termicamente conduttivo (ad esempio, un foglio di alluminio), seguito da una fase di ripiegatura di tale lamina stampata. Di conseguenza, tali dissipatori di calore sono producibili in grandi volumi, con costi contenuti e con apparati di produzione relativamente semplici.

Naturalmente, al fine di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, un tecnico del ramo potrà apportare alla soluzione sopra descritta numerose modifiche e varianti logiche e/o fisiche. Più specificamente, sebbene tale soluzione sia stata descritta con un certo livello di dettaglio con riferimento ad una o più sue forme di realizzazione, à ̈ chiaro che varie omissioni, sostituzioni e cambiamenti nella forma e nei dettagli così come altre forme di realizzazione sono possibili. In particolare, diverse forme di realizzazione dell’invenzione possono essere messe in pratica anche senza gli specifici dettagli (come gli esempi numerici) esposti nella precedente descrizione per fornire una loro più completa comprensione; al contrario, caratteristiche ben note possono essere state omesse o semplificate al fine di non oscurare la descrizione con particolari non necessari. Inoltre, à ̈ espressamente inteso che specifici elementi e/o passi di metodo descritti in relazione ad ogni forma di realizzazione della soluzione esposta possono essere incorporati in qualsiasi altra forma di realizzazione come una normale scelta di disegno. Ad esempio, la soluzione in accordo alla presente invenzione non à ̈ limitata alla SMT ma à ̈ applicabile ad altre tipologie di tecnologie, ad esempio alla tecnologia di montaggio attraverso fori o THT (Through-Hole Technology).

Dovrebbe essere evidente che la struttura proposta può far parte della progettazione di un circuito elettronico. Il progetto può anche essere creato in un linguaggio di programmazione e/o in un linguaggio per la descrizione di hardware; inoltre, se il progettista non fabbrica i dispositivi elettronici, il progetto può essere trasmesso attraverso mezzi fisici ad altri. Inoltre, la struttura proposta può essere montata in prodotti intermedi (come schede madri). In ogni caso, il dispositivo elettronico à ̈ adatto ad essere usato in sistemi complessi (come applicazioni automotive o sistemi di attuazione per meccanismi).

Considerazioni analoghe si applicano se la stessa soluzione à ̈ implementata con un metodo equivalente (usando passi simili con le stesse funzioni di più passi o loro porzioni, rimovendo alcuni passi non essenziali, o aggiungendo ulteriori passi opzionali); inoltre, i passi possono essere eseguiti in ordine diverso, in parallelo o sovrapposti (almeno in parte).

I concetti della presente invenzione possono essere applicati a sistemi elettronici comprendenti un qualsiasi numero di dispositivi elettronici differenti.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un sistema (100; 200; 300; 400) comprendente: una pluralità di dispositivi elettronici (105A, 105B), ciascun dispositivo elettronico comprendendo un contenitore isolante (110) ed una piastrina di materiale semiconduttore inglobata nel contenitore isolante, detta piastrina integrando almeno un componente elettronico, ciascun contenitore isolante avendo una superficie di montaggio per il montaggio del rispettivo dispositivo elettronico su un substrato (115) ed una superficie libera (110U) opposta alla superficie di montaggio, e un dissipatore di calore (120; 202; 305; 405) per dissipare il calore prodotto da ciascun dispositivo elettronico di detta pluralità di dispositivi elettronici, il dissipatore di calore essendo fissato in corrispondenza di una rispettiva porzione di base (125A, 125B) della superficie libera del contenitore isolante di ciascun dispositivo elettronico, caratterizzato dal fatto che il dissipatore di calore comprende: - almeno un elemento di collegamento (145; 205), ciascun elemento di collegamento collegando una prima rispettiva porzione di base (125A) con una seconda rispettiva porzione di base (125B); e - per ciascun dispositivo elettronico, almeno un elemento di stabilizzazione (130A, 130B; 130A, 130B, 310F, 310R) estendentesi dalla rispettiva porzione di base almeno fino al substrato.
2. 2. Il sistema secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun elemento di collegamento comprende: - una prima porzione di origine (150A; 210A,215A) estendentesi dalla prima porzione di base; - una seconda porzione di origine (150B; 210B,215B) estendentesi dalla seconda porzione di base, e - una porzione di interconnessione (155; 220) che connette detta prima porzione di origine con detta seconda porzione di origine.
3. 3. Il sistema secondo la rivendicazione 2, in cui almeno una parte di detta porzione di interconnessione giace sul substrato.
4. 4. Il sistema secondo la rivendicazione 2, in cui la porzione di interconnessione à ̈ distanziata dal substrato e si estende sostanzialmente parallela al substrato.
5. 5. Il sistema secondo una qualsiasi tra le rivendicazioni da 2 a 4, in cui: - almeno una parte della prima porzione di origine giace sulla superficie libera del contenitore isolante di un primo dispositivo elettronico (105A), e - almeno una parte della seconda porzione di origine giace sulla superficie libera del contenitore isolante di un secondo dispositivo elettronico (105B).
6. 6. Il sistema secondo una qualsiasi tra le rivendicazioni da 2 a 5, in cui: - almeno un tratto della prima porzione di origine si estende trasversale alla superficie libera del contenitore isolante del primo dispositivo elettronico, e - almeno un tratto della seconda porzione di origine si estende trasversale alla superficie libera del contenitore isolante del secondo dispositivo elettronico.
7. 7. Il sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’almeno un elemento di stabilizzazione comprende almeno un primo elemento di stabilizzazione (130A, 130B), detto almeno un primo elemento di stabilizzazione comprendendo: - una porzione di connessione (132) in parte estendentesi a contatto della superficie libera ed in parte sporgente oltre un contorno (137) della superficie libera, la porzione di connessione avendo un’estremità libera distale al corpo isolante, ed - una porzione di montaggio (135,140) estendentesi dall’estremità libera della porzione di connessione almeno fino substrato.
8. 8. Il sistema secondo una qualsiasi tra le rivendicazioni da 1 a 6, in cui l’almeno un elemento di stabilizzazione comprende almeno un secondo elemento di stabilizzazione (310F, 310R), detto almeno un secondo elemento di stabilizzazione comprendendo: - una porzione di attacco (315F,320F, 315R,320R) estendentesi almeno in parte trasversalmente alla superficie libera oltre un contorno della superficie libera in pianta, la porzione di attacco avente un’estremità di vincolo vincolata alla superficie libera ed un’estremità libera opposta all’estremità di vincolo, ed - una porzione di montaggio (325F,330F, 325R,330R) estendentesi dall’estremità libera della porzione di collegamento almeno fino al substrato.
9. 9. Un metodo comprendente i passi di: fornire una pluralità di dispositivi elettronici (105A, 105B), ciascun dispositivo elettronico comprendendo un contenitore isolante (110) ed una piastrina di materiale semiconduttore inglobata nel contenitore isolante, detta piastrina integrando almeno un componente elettronico, ciascun contenitore isolante avendo una superficie di montaggio per il montaggio del rispettivo dispositivo elettronico su un substrato (115) ed una superficie libera (110U) opposta alla superficie di montaggio, e fornire un dissipatore di calore (120; 202; 305; 405)per dissipare il calore prodotto da ciascun dispositivo elettronico di detta pluralità di dispositivi elettronici, il dissipatore di calore essendo fissato in corrispondenza di una rispettiva porzione di base (125A, 125B) della superficie libera del contenitore isolante di ciascun dispositivo elettronico, caratterizzato da: - almeno un elemento di collegamento (145; 205), ciascun elemento di collegamento collegando una prima rispettiva porzione di base (125A) con una seconda rispettiva porzione di base (125B); e - per ciascun dispositivo elettronico, almeno un elemento di stabilizzazione (130A, 130B; 130A, 130B, 310F, 310R) estendentesi dalla rispettiva porzione di base almeno fino al substrato.
10. 10. Il metodo in accordo con la rivendicazione 9, in cui il passo di dotare il dissipatore di calore di almeno un elemento di collegamento ed almeno un elemento di stabilizzazione comprende: formare il dissipatore di calore a partire da un foglio di materiale termicamente conduttivo tramite un processo di stampaggio e ripiegatura.