ITVR20130255A1

ITVR20130255A1 - Parte di contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore e metodo per la sua realizzazione

Info

Publication number: ITVR20130255A1
Application number: IT000255A
Authority: IT
Inventors: Gianfranco Natali
Original assignee: Gianfranco Natali
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2015-05-26
Also published as: US20150144319A1

Description

D E S C R I Z I O N E

PARTE DI CONTENITORE PER APPARECCHIATURE ELETTRONICHE AVENTE FUNZIONE DI DISSIPATORE DI CALORE E METODO PER LA SUA REALIZZAZIONE

La presente invenzione ha per oggetto una parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore ed un metodo per la sua realizzazione.

La presente invenzione, infatti, nasce originariamente in relazione alla produzione di contenitori per apparecchiature elettroniche quali in particolare i filtri e le antenne per telecomunicazioni. Tuttavia essa può essere applicata a qualsiasi altra tipologia di contenitore con funzione anche di dissipatore di calore che presenti caratteristiche e problematiche analoghe.

In generale, un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore del tipo oggetto della presente invenzione si presenta come una sorta di scatola che comprende un elemento di contenimento aperto superiormente ed un coperchio che può essere amovibilmente fissato all’elemento di contenimento per chiuderlo superiormente. La “parte” cui si riferisce la presente invenzione può quindi essere sia il coperchio sia l’elemento di contenimento (così come qualsiasi altra parte nel caso di strutture più complesse) a condizione che essa abbia funzione di dissipatore di calore. Tale parte con funzione di dissipatore di calore, generalmente comprende una base che ha uno sviluppo principalmente bidimensionale parallelamente ad un primo piano di sviluppo (il fatto che lo sviluppo sia principalmente bidimensionale è più marcato nel caso in cui si tratti di un coperchio, mentre lo è ovviamente molto meno nel caso in cui si tratti dell’elemento di contenimento che presenta sempre una certa altezza per permettere l’alloggiamento dell’apparecchiatura elettronica), ed una pluralità di alette di dissipazione solidali alla base, sporgenti rispetto ad essa, ed aventi anch’esse sviluppo principalmente bidimensionale parallelamente ad uno o più secondi piani di sviluppo trasversali/perpendicolari al primo piano di sviluppo.

I contenitori per apparecchiature elettroniche noti cui si rivolge la presente invenzione, sono inoltre generalmente realizzati in alluminio o in leghe di alluminio.

Per la produzione di dissipatori di calore, attualmente sono normalmente utilizzati due metodi in base alla struttura dei dissipatori stessi.

Per i dissipatori più semplici, infatti, in cui nel dissipatore si può individuare una direzione principale trasversalmente alla quale la sezione trasversale è sostanzialmente la stessa lungo l’intero dissipatore, la tecnologia nota prevede la realizzazione mediante estrusione.

Tale tecnologia non è però adatta alla realizzazione di parti di un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore in cui, intercalati alle alette, sono previsti anche altri elementi sporgenti o rientranti dalla/nella base, come nel caso della parte illustrata in figura 1 (che rappresenta un coperchio di un contenitore per apparecchiature elettroniche).

Per le parti di un contenitore per apparecchiature elettroniche aventi funzione di dissipatore di calore, la modalità realizzativa attualmente utilizzata è la pressofusione.

Il principale inconveniente di questa modalità di produzione è tuttavia che, per ragioni di lavorazione ed estrazione dallo stampo, richiede una quantità di materiale notevolmente superiore a quella strettamente necessaria dal solo punto di vista della dissipazione termica che è legata quasi esclusivamente alla superficie di scambio termico. Per poter estrarre il pezzo finito dalla stampo è infatti necessario che le pareti laterali delle alette presentino in sezione una significativa rastrematura dalla base verso la punta.

In questo contesto il compito tecnico alla base della presente invenzione è realizzare una parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore ed un metodo per la sua realizzazione che pongano rimedio agli inconvenienti citati.

È in particolare compito tecnico della presente invenzione realizzare una parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore che, a parità di composizione del materiale e di superficie di dispersione, presenti una quantità di materiale inferiore rispetto a quelli noti.

In altri termini è compito tecnico della presente invenzione realizzare una parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore che a parità di superficie di scambio termico e di struttura generale, abbia un peso inferiore rispetto a quelli noti.

È ulteriormente compito tecnico della presente invenzione mettere a punto un metodo per la realizzazione di una parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore che permetta di raggiungere gli obiettivi sopra indicati.

Il compito tecnico e gli scopi indicati sono sostanzialmente raggiunti da una parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore e da un metodo per la sua realizzazione in accordo con quanto descritto nelle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata di alcune forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di una parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore ed un metodo per la sua realizzazione illustrate negli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 mostra in vista assonometrica una parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore realizzata in accordo con la presente invenzione;

- la figura 2 mostra ingrandito il particolare II di figura 1;

- la figura 3 mostra la parte di figura 1 in vista dall’alto;

- la figura 4 mostra ingrandito il particolare IV di figura 3;

- la figura 5 mostra in vista assonometrica un inserto estruso che è parte della parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche di figura 1; - la figura 6 mostra l’inserto di figura 5 in vista dall’alto;

- la figura 7 mostra in vista frontale l’inserto di figura 5;

- la figura 8 mostra ingrandito il dettaglio VIII di figura 7;

- la figura 9 mostra ingrandito il dettaglio IX di figura 7;

- la figura 10 mostra in vista in sezione un particolare della parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche di figura 1, in corrispondenza dell’inserto di figura 5 ed in fase di realizzazione all’interno di uno stampo; e - la figura 11 mostra in vista frontale un diverso inserto utilizzabile in accordo con la presente invenzione.

Con riferimento alle figure citate è stata globalmente indicata con il numero di riferimento 1 una parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore 1 realizzata secondo la presente invenzione. Nel seguito essa verrà per semplicità spesso richiamata semplicemente come “parte”.

Analogamente alle analoghe parti note, anche quella della presente invenzione comprende una base 2 con sviluppo principalmente bidimensionale parallelamente ad un primo piano di sviluppo, ed una pluralità di alette 3 di dissipazione solidali alla base 2, sporgenti a sbalzo rispetto ad essa, ed aventi anch’esse sviluppo principalmente bidimensionale parallelamente ad uno o più secondi piani di sviluppo trasversali (vantaggiosamente perpendicolari) al primo piano di sviluppo. Più precisamente, nel caso in cui la parte 1 di contenitore di interesse sia il coperchio, lo sviluppo della relativa base 2 è quasi esclusivamente bidimensionale, mentre nel caso in cui essa sia l’elemento di contenimento del contenitore, lo sviluppo nella terza dimensione è più significativo.

Venendo agli aspetti innovativi della presente invenzione, la parte 1 innanzitutto, pur presentandosi come un elemento unico, in realtà è costituita da almeno due pezzi strettamente accoppiati. In generale essa infatti comprende un corpo di supporto 4 ed uno o più inserti 5 metallici inamovibilmente connessi al corpo di supporto 4. Il corpo di supporto 4 costituisce generalmente almeno la maggior parte della base 2, mentre le alette 3 sono vantaggiosamente almeno per la maggior parte definite dagli uno o più inserti 5 (preferibilmente sono tutte definite dagli inserti 5, ma è anche possibile che qualche aletta 3 sia vantaggioso ricavarla di pezzo nel corpo di supporto). Il corpo di supporto 4, inoltre, definisce anche di pezzo altri eventuali elementi sporgenti 6 della parte 1 (figura 1 e 10).

Come detto, in accordo con la presente invenzione gli inserti 5 sono metallici. Essi possono essere realizzati in qualsiasi metallo adatto allo scopo (preferibilmente alluminio o sue leghe). Anche il corpo di supporto 4 può essere metallico. In quel caso, sia il corpo di supporto 4 sia gli inserti 5 possono essere realizzati sia principalmente con lo stesso metallo, eventualmente legato in modo diverso, sia con metalli diversi per ottimizzare prestazioni durante l’utilizzo. In alcune forme realizzative è tuttavia previsto che il corpo di supporto 4 possa essere anche realizzato in un materiale plastico. In quel caso, vantaggiosamente, possono essere adottate adeguate soluzioni che permettano, durante l’uso, al calore generato dall’apparecchiatura elettronica di raggiungere le alette 3 per essere da loro dissipato. A titolo esemplificativo, ma non esaustivo, il materiale plastico può essere realizzato in modo tale da essere termicamente conduttivo, oppure gli inserti 5 possono essere disposti in modo tale da essere direttamente affacciati all’interno del contenitore per ricevere direttamente il calore, oppure possono essere previsti dei sistemi di trasmissione del calore dall’interno del contenitore, attraverso corpo di supporto 4, sino agli inserti metallici.

Ciascun inserto 5 è costituito da un pezzo unico in cui si possono individuare un gruppo di alette 3 e una porzione di raccordo 7 che collega tra loro le alette 3 del gruppo e che si sviluppa principalmente parallelamente al primo piano di sviluppo. Come si può vedere nelle figure 5, 7 o 11, ciascun inserto 5 ha esso stesso in prima approssimazione una forma complessiva analoga a quella di un dissipatore di calore tradizionale. Vantaggiosamente, inoltre, esso è realizzato per estrusione. In ogni caso, come illustrato a titolo di esempio in figura 11, la forma di ciascun inserto 5, nonché delle relative alette 3 e porzione di raccordo 7, può essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

In accordo con un secondo aspetto della presente invenzione, la porzione di raccordo 7 di ciascun inserto 5 è inoltre almeno in parte inglobata nel corpo di supporto 4 in modo inamovibile, mediante co-stampaggio del corpo di supporto 4 sugli uno o più inserti 5.

In questo modo, la base 2 comprende sia il corpo di supporto 4 sia ciascuna porzione di raccordo 7 degli uno o più inserti 5.

Come si vede in figura 3 (dove ciascun inserto 5 è indicato dal proprio numero di riferimento), la parte 1 illustrata nelle unite figure comprende in totale nove inserti 5, sette dei quali presentano sette alette 3 ciascuno, uno ne presenta tre ed uno nove.

Anche in uno stesso inserto 5, poi, le alette 3 possono avere lunghezze e/o altezze diverse, così come, alle due estremità possono presentare una faccia inclinata rispetto alla perpendicolare al primo piano di sviluppo.

Vantaggiosamente, poi, la porzione di raccordo 7 di ciascun inserto 5 presenta una superficie di accoppiamento 8 almeno in parte inglobata nel corpo di supporto 4. Come ben visibile nelle figure 7 e 11, nella forma realizzativa illustrata, la superficie di accoppiamento 8 comprende vantaggiosamente sia la faccia della porzione di raccordo 7 opposta a quella cui sono fissate le alette 3, sia le due facce laterali 9 che si sviluppano sostanzialmente parallelamente alla direzione di sviluppo delle alette 3. In altre forme realizzative, comunque, la superficie di accoppiamento 8 potrà anche avere altre forme a seconda delle esigenze. Preferibilmente, comunque, nella superficie di accoppiamento 8 sono ricavate una o più zone in sottosquadro 10 per impedire il disaccoppiamento tra porzione di raccordo 7 e corpo di supporto 4; le zone in sottosquadro 10, in particolare, sono ricavate in corrispondenza di porzioni sporgenti 11 e/o rientranti 12 della superficie di accoppiamento 8 stessa. Alcuni esempi di porzioni sporgenti 11 e rientranti 12 sono visibili nelle figure 9 e 11.

Vantaggiosamente, inoltre, per garantire una migliore adesione tra inserto 5 e corpo di supporto 4 ed ottenere un’adeguata conducibilità termica tra i due, in sezione trasversale alla direzione di sviluppo delle alette 3, la superficie di accoppiamento 8 presenta un andamento ondulato ed il costampaggio è realizzato in modo tale che il gap presente tra inserti 5 e corpo di supporto 4 sia non superiore a 10 µm. Tale gap minimo impedisce inoltre il passaggio di umidità e la trasmissione di onde elettromagnetiche, mentre l’ondulazione della superficie di accoppiamento 8 aumenta la superficie di contatto tra i due materiali garantendo quindi un migliore scambio termico.

La figura 8 mostra come un andamento ondulato della superficie di accoppiamento 8 sia presente anche in corrispondenza delle facce laterali 9 della porzione di raccordo 7, che sono anche leggermente convergenti una verso l’altra in direzione delle alette 3. Sia l’ondulazione sia la convergenza servono per migliorare l’accoppiamento dell’inserto al corpo di supporto 4, ma, come meglio spiegato nel seguito, almeno l’ondulazione ha vantaggiosamente una funzione anche durante la realizzazione della parte 1.

Si noti che forma oggetto della presente invenzione anche il singolo inserto 5 sin qui descritto e che è costituito da un pezzo unico che comprende la porzione di raccordo 7 ed il gruppo di alette 3 di dissipazione, ed in cui la porzione di raccordo 7 presenta una superficie di accoppiamento 8 in cui sono ricavate una o più zone in sottosquadro 10 per impedire il disaccoppiamento tra porzione di raccordo 7 e corpo di supporto 4 e/o che presenta almeno alcune porzioni ondulate.

Come detto, poi, forma oggetto della presente invenzione anche un metodo per la realizzazione della parte 1 del contenitore sin qui descritta.

Tale metodo prevede la realizzazione della parte 1 in più fasi, ed in particolare comprende almeno le fasi operative di:

realizzare per estrusione uno o più inserti 5 metallici in ciascuno dei quali si possano individuare un gruppo di alette 3 a sbalzo ed una porzione di raccordo 7 che colleghi tra loro le alette 3 del gruppo; ed

inglobare inamovibilmente almeno in parte le porzioni di base 2 degli uno o più inserti 5 metallici nel corpo di supporto 4 mediante co-stampaggio del corpo di supporto 4 stesso sugli uno o più inserti 5, per vincolare rigidamente gli uno o più inserti 5 metallici tra loro ed al corpo di supporto 4. Alla fine della fase di inglobamento, quindi, il corpo di supporto 4 e le una o più porzioni di raccordo congiuntamente definiscono la base 2 della parte 1. Vantaggiosamente, la fase di inglobamento prevede quindi la pressofusione del corpo di supporto 4 in uno stampo 13 in cui sono stati preventivamente inseriti gli uno o più inserti 5.

Nella forma attuativa preferita del metodo oggetto della presente invenzione, la fase di inglobamento degli uno o più inserti 5 nel corpo di supporto 4 prevede quindi la fase di inserire ciascun inserto 5 in uno stampo 13, la fase di creare una tenuta al materiale liquido tra la porzione di raccordo 7 e lo stampo 13, e la fase di iniettare il materiale liquido (vantaggiosamente metallico o plastico come precedentemente spiegato) in pressione all’interno dello stampo 13, vantaggiosamente il tutto facendo in modo di svuotare lo stampo 13 dall’aria presente in esso prima e/o durante l’iniezione vera e propria del materiale liquido.

Vantaggiosamente, per garantire un corretto posizionamento dei vari inserti 5, lo stampo 13 può presentare un alloggiamento 14 in corrispondenza di ciascuna aletta 3. Come visibile in figura 10, ciascun alloggiamento 14 può essere più grande della relativa aletta 3, che non viene quindi a contatto con le pareti dell’alloggiamento 14 ma si appoggia a tenuta in corrispondenza di una propria porzione di base 15 prossima alla porzione di raccordo 7.

In relazione alla fase di iniezione del materiale liquido nello stampo 13 essa avviene vantaggiosamente ad una pressione adeguata che viene mantenuta fino al completo riempimento dello stampo stesso e fino ad una prima solidificazione del materiale liquido per ottenere una ottimale adesione del corpo di supporto 4 agli inserti 5.

Per quanto riguarda infine la fase di creare una tenuta tra stampo 13 e ciascun inserto 5 presente essa avviene vantaggiosamente in corrispondenza delle facce laterali 9 ondulate di ciascun inserto 5.

La presente invenzione consegue importanti vantaggi.

In primo luogo, grazie alla presente invenzione è stato possibile realizzare una parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore che, a parità di composizione del materiale e di superficie di dispersione, richiede una quantità di materiale notevolmente inferiore rispetto a quelle note completamente pressofuse. A titolo di esempio, nella realizzazione della parte di contenitore illustrata nelle unite figure è stato infatti possibile ridurre la quantità di alluminio utilizzata del 42% rispetto ad una precedente analoga completamente pressofusa. In secondo luogo, prove eseguite hanno permesso di constatare che nella parte di contenitore oggetto della presente invenzione anche la conduzione e la dissipazione del calore risultano migliorate rispetto allal precedente completamente pressofusa.

Infine, grazie al fatto che ogni inserto comprende un certo numero di alette, il posizionamento degli inserti nello stampo risulta semplice e veloce.

Va infine rilevato che la presente invenzione risulta in generale di relativamente facile realizzazione e che anche il costo connesso alla sua attuazione non risulta molto elevato.

L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo che la caratterizza.

Tutti i dettagli sono rimpiazzabili da altri tecnicamente equivalenti ed i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni dei vari componenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Parte di contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore, comprendente una base (2) con sviluppo principalmente bidimensionale parallelamente ad un primo piano di sviluppo, ed una pluralità di alette (3) di dissipazione solidali alla base (2) ed aventi anch’esse sviluppo principalmente bidimensionale parallelamente ad uno o più secondi piani di sviluppo trasversali al primo piano di sviluppo, caratterizzato dal fatto di comprendere un corpo di supporto (4) ed uno o più inserti (5) metallici inamovibilmente connessi al corpo di supporto (4), ciascun inserto (5) essendo costituito da un pezzo unico che comprende un gruppo di dette alette (3) ed una porzione di raccordo (7) che collega tra loro le alette (3) del gruppo e che è almeno in parte inglobata nel corpo di supporto (4) in modo inamovibile, detta base (2) comprendendo il corpo di supporto (4) e ciascuna porzione di raccordo (7) degli uno o più inserti (5).
2. Parte di contenitore secondo la rivendicazione 1 in cui la porzione di raccordo (7) di ciascun inserto (5) presenta una superficie di accoppiamento (8) almeno in parte inglobata nel corpo di supporto (4) ed in cui sono ricavate una o più zone in sottosquadro (10) per impedire il disaccoppiamento tra porzione di raccordo (7) e corpo di supporto (4).
3. Parte di contenitore secondo la rivendicazione 2 in cui le zone in sottosquadro (10) sono ricavate in corrispondenza di porzioni sporgenti (11) e/o rientranti (12) della superficie di accoppiamento (8).
4. Parte di contenitore secondo la rivendicazione 2 o 3 in cui la superficie di accoppiamento (8) presenta un andamento ondulato.
5. Componente per una parte (1) di contenitore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di essere costituito da un pezzo unico che comprende una porzione di raccordo (7) con sviluppo principalmente bidimensionale parallelamente ad un primo piano di sviluppo ed un gruppo di alette (3) di dissipazione solidali alla porzione di raccordo (7) ed aventi anch’esse sviluppo principalmente bidimensionale parallelamente ad uno o più secondi piani di sviluppo trasversali al primo piano di sviluppo, e dal fatto che la porzione di raccordo (7) presenta una superficie di accoppiamento (8) in cui sono ricavate una o più zone in sottosquadro (10) per impedire il disaccoppiamento tra porzione di raccordo (7) e corpo di supporto (4) e/o una più porzioni ondulate.
6. Metodo per la realizzazione di una parte (1) di un contenitore per apparecchiature elettroniche comprendente una base (2) con sviluppo principalmente bidimensionale, parallelamente ad un primo piano di sviluppo, ed una pluralità di alette (3) di dissipazione solidali alla base (2) ed aventi anch’esse sviluppo principalmente bidimensionale parallelamente ad uno o più secondi piani di sviluppo trasversali al primo piano di sviluppo, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi operative di: realizzare per estrusione uno o più inserti (5) metallici in ciascuno dei quali si possano individuare un gruppo di dette alette (3) ed una porzione di raccordo (7) che collega tra loro le alette (3) del gruppo; inglobare inamovibilmente almeno in parte le porzioni di base (2) degli uno o più inserti (5) metallici in un corpo di supporto (4) mediante costampaggio, per vincolare rigidamente gli uno o più inserti (5) metallici tra loro ed al corpo di supporto (4).
7. Metodo secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che la fase di inglobamento prevede di inserire ciascun inserto (5) in uno stampo (13) che presenti un alloggiamento (14) per le alette (3), la fase di creare una tenuta almeno tra la porzione di raccordo (7) e lo stampo (13), e la fase di iniettare un materiale liquido in pressione all’interno dello stampo (13) per realizzare il corpo di supporto (4).
8. Metodo secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che il materiale liquido è un materiale metallico o un materiale plastico.
9. Parte di un contenitore per apparecchiature elettroniche avente funzione di dissipatore di calore, ottenuto con il metodo in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni 6, 7 e 8.
10. Contenitore per apparecchiature elettroniche comprendente una parte (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4 o 9.