ES2315446T3 - Dispositivo electronico, especialmente regulador electronico para una disposicion electromecanica como por ejemplo un ventilador de vehiculo. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo electrónico, especialmente un regulador electrónico para una disposición electromecánica, como por ejemplo un ventilador de vehículo, con - un componente electrónico a refrigerar (14), especialmente un componente en forma de un transistor, con lo cual el componente (14) presenta una carcasa (16) con un lado exterior en el que se encuentran dispuestos al menos un elemento de contacto de unión (18) y al menos un elemento de evacuación de calor a refrigerar (20) para evacuar el calor del componente (14), y - un disipador de calor (12) unido térmicamente con el elemento de evacuación de calor (20), - con lo cual la conexión térmica entre el elemento de evacuación de calor (20) del componente electrónico (14) y el disipador de calor (12) presenta una capa de cobre (38) unida térmicamente a esta y - con lo cual el elemento de evacuación de calor (20) se encuentra unido por adherencia de material con la capa de cobre (38) a través de un material conductor térmico (40), caracterizado porque - el disipador de calor (12) presenta aluminio o una aleación de aluminio y - la capa de cobre (38) está aplicada sobre el disipador de calor (12) y está unida al disipador de calor (12) por adherencia de material.
Description
Dispositivo electrónico, especialmente regulador
electrónico para una disposición electromecánica como por ejemplo un
ventilador de vehículo.
La presente invención hace referencia a un
dispositivo electrónico, especialmente para una disposición
electromecánica y en especial para un regulador electrónico para un
ventilador de automóvil.
Los reguladores de potencia u otros componentes
(de potencia) electrónicos requieren de refrigeración para estar
protegidos contra daños térmicos. Para fines de refrigeración se
utilizan componentes electrónicos como, especialmente, transistores
acoplados térmicamente con un disipador de calor, que conforman una
fuente fría. A tal efecto, el componente electrónico presenta un
elemento de evacuación de calor, que se encuentra en contacto
térmico con el elemento constructivo semiconductor real y
manteniéndose libre un lateral de la carcasa del componente. Este
elemento de evacuación de calor, que se debe refrigerar, también se
puede utilizar de manera adicional como un elemento de contacto de
unión. Además, de la carcasa sobresalen otros elementos de contacto
de unión o están dispuestos en el lado exterior de la carcasa. El
elemento de evacuación térmica está unido térmicamente con el
disipador de calor, la mayoría de las veces de manera mecánica, y
para ello, por ejemplo, el elemento de evacuación de calor está
atornillado con un tornillo al disipador de calor. Entre el elemento
de evacuación de calor y el disipador de calor puede estar dispuesta
también una pasta conductora de calor u otro material conductor
térmico similar que rellene las irregularidades intermedias.
Para el funcionamiento de un componente
electrónico que se deba refrigerar, el transporte de calor hacia el
disipador de calor es fundamental. El transporte de calor basado
únicamente en un contacto mecánico del elemento de evacuación de
calor y el disipador de calor no es óptimo. Sería mucho más
favorable, si el elemento de evacuación de calor estuviera unido
por adherencia de materiales, por ejemplo mediante soldado, con el
disipador de calor. Sin embargo, esto supone que el material del
disipador de calor se pueda soldar. Al tal efecto el disipador de
calor debería estar conformado, por ejemplo, de cobre y no, como es
usual, de aluminio o una aleación de aluminio. Los materiales
mencionados por último presentan la ventaja frente al cobre, de
tener un peso específico menor y una mejor capacidad de conducción
térmica.
En
US-A-2002/0041506 se describe el
soldado de un transistor con una placa de cobre a los fines del
acoplamiento térmico y la puesta en contacto de esa placa de cobre
con un disipador de calor a través de una capa intermedia con
conductibilidad térmica.
Es tarea de la presente invención crear un
dispositivo electrónico, especialmente un regulador electrónico para
una disposición electromecánica, como por ejemplo un ventilador de
vehículo, con lo cual como disipador de calor para el segundo
componente electrónico se utiliza un material de poco peso, pero
donde se mejore el contacto térmico entre el componente y el
disipador de calor.
Para resolver esta tarea, la presente invención
propone un dispositivo electrónico, especialmente un regulador
electrónico para una disposición electromecánica como por ejemplo un
ventilador de vehículo, con lo cual el dispositivo está provisto con
las características de la reivindicación 1; perfeccionamientos de la
invención son objeto de las reivindicaciones secundarias.
Según la presente invención se prevé entonces
unir por adherencia de materiales al elemento de evacuación de
calor a refrigerar del componente electrónico con una capa de cobre,
que por su lado se encuentre en contacto térmico con el disipador
de calor. Con la conexión por adherencia de materiales del elemento
de evacuación de calor con la capa de cobre, lo que se realiza por
ejemplo y especialmente a través del soldado del elemento de
evacuación de calor y la capa de cobre, pero también por una
adhesión de ambas partes a través de un adhesivo conductor térmico,
el calor se distribuye rápidamente desde el elemento de evacuación
de calor hacia toda la superficie y extensión de la capa de cobre
("expansión de transporte de calor"). Además, debido a la
adherencia por contacto de materiales, el transporte de calor desde
el elemento de evacuación de calor hacia la capa de cobre se
realiza de manera extremadamente rápida. Entonces, la invención es
ventajosa tanto en vista de un mejor transporte de evacuación de
calor desde el elemento de evacuación de calor, como también en
vista de la distribución del calor evacuado a través de la extensión
bidimensional de la capa de cobre. Desde la capa de cobre tiene
lugar el transporte de calor hacia el disipador de calor en sí,
debido a la conexión térmica entre ambos.
Para mejorar aún más el transporte de calor
desde la capa de cobre hacia el disipador de calor se prevé conforme
a la invención, que el material de la capa de cobre se aplique
sobre el disipador de calor a través de inyección térmica y a
consecuencia de este proceso de aplicación esté unido de manera
íntima con el disipador de calor. A través de este proceso de
inyección térmica también se logra una conexión por adherencia de
materiales entre la capa de cobre y el disipador de calor, con lo
cual todo el sistema de transporte de calor necesario para la
evacuación de calor se componga de conexiones térmicas individuales
por adherencia de materiales y con ello, óptimas en relación a las
resistencias a la transmisión del calor.
Existen diferentes procedimientos para la
inyección térmica de materiales sobre superficies. Para la
aplicación de la capa de cobre sobre el disipador de calor
preferentemente se utiliza un procedimiento de pulverización por
arco voltaico, de pulverización por detonación, de pulverización a
la llama, especialmente de pulverización a la llama de alta
velocidad, o un procedimiento de pulverización de plasma. En
relación a la presente invención es especialmente ventajosa la
utilización de una, así llamada, pulverización de gas purificado,
como se describe, por ejemplo, en
EP-A-0 911 425,
EP-A-1 082 993,
DE-A-41 41 020,
DE-A-197 47 386 o
DE-A-100 37 212. La utilización de
la pulverización de gas purificado para la aplicación de la capa de
cobre sobre el disipador de calor presenta la ventaja en relación a
la invención, que las partículas de cobre pulverizadas no se oxidan
debido a las, en comparación, bajas temperaturas y con ello no se
ve perjudicada la conductividad térmica del cobre. Además, debido a
las altas velocidades con las que las partículas de cobre son
"disparadas" hacia el material de base (en este caso el
disipador de calor) durante la pulverización de gas purificado, la
capa de cobre presenta una alta densidad de material y un buen
agarre en el material, en comparación blando, del disipador de calor
(generalmente aluminio o una aleación de aluminio).
En un perfeccionamiento ventajoso de la presente
invención también se prevé que los elementos de contacto de unión
del componente electrónico estén unidos de manera eléctrica y
mecánica con los campos de contacto de unión de una platina
conductora, que por su parte esté dispuesta del lado del componente
electrónico dirigido hacia el disipador de calor. De esta manera,
el componente electrónico casi está dispuesto "de cabeza" sobre
la platina conductora, ya que hasta ahora los contactos de
evacuación de calor de elementos constructivos electrónicos a
refrigerar se disponen con el elemento de evacuación montado sobre
la superficie de la platina, cuando se implementa una metalización
de la platina conductora para la evacuación de calor. En la
construcción antes descrita, la conexión del componente electrónico,
tanto con el disipador de calor como también con la platina
conductora a través de soldado, se realiza a través de una soldadura
en fase de vapor.
Para compensar tolerancias es ventajoso si,
entre la carcasa del componente electrónico y la platina conductora,
se encuentra dispuesto un elemento elástico de compensación de
tolerancias en forma de un elemento flexible, previamente curvado o
similar.
A continuación, la invención se explica más
detalladamente con ayuda de un ejemplo de ejecución, haciendo
referencia al dibujo. En particular, muestran:
Fig. 1 un corte longitudinal a través de un
disipador de calor a refrigerar, que presenta un componente
electrónico acoplado eléctricamente a éste y conectado a una platina
conductora y
Fig. 2 una vista a lo largo de la línea II -
II de la fig. 1.
La fig. 1 muestra en corte un regulador
electrónico 10 para un ventilador de vehículo, con entre otras
cosas, un disipador de calor 12, que está expuesto al flujo de aire
generado por el motor del ventilador y es refrigerado por este.
El regulador 10 presenta un transistor de
potencia 14, que está provisto de una carcasa de plástico 16, de la
que sobresalen, en este caso tres, elementos de contacto de unión 18
en forma de, así llamadas, "patitas de conexión". De un lado
de la carcasa 16, la superficie exterior de ésta es conformada, al
menos parcialmente, por un elemento de evacuación de calor 20 de un
material metálico, en el que está dispuesto el material de base
semiconductor real 22 del transistor de potencia 14, eventualmente
aislado eléctricamente (véase fig. 1). Los elementos de contacto de
unión 18 están acodados en dirección al lado exterior de la carcasa
16 del transistor de potencia 14, dirigido hacia el elemento de
evacuación de calor 20, y en 24 están conectados eléctricamente con
las superficies de soldadura (no mostradas) de una platina
conductora 26. Entre la carcasa 16 y la platina conductora 26 se
puede encontrar a fines de compensación de tolerancias, un elemento
de compensación de tolerancias que sea flexible o elástico de alguna
otra
manera 28.
manera 28.
La platina conductora 26 se encuentra alojada
dentro de una parte 30, con forma de escudilla, del disipador de
calor 12, con lo cual, esa parte con forma de escudilla 30 presenta
una sección de suelo 32 con un borde 32 elevado periférico 34.
Desde la sección de suelo 32 sobresalen una gran cantidad de
refrigerantes dedo frío 36. La parte con forma de escudilla 30 y los
refrigerantes dedo frío 36 del disipador de calor 12 están
conformados como una sola pieza.
La particularidad del regulador electrónico 10
aquí descrito y representado en el dibujo es la manera en que el
transistor de potencia 14 está conectado térmicamente con el
disipador de calor 12. Esta conexión térmica abarca una capa de
cobre 38, que se encuentra aplicada a través de pulverización
térmica, y especialmente a través de pulverización de llama de alta
velocidad (de gas purificado) sobre la sección de suelo 32 de la
parte con forma de escudilla 30 del disipador de calor 12. A través
de esa capa de cobre 38 ahora se puede soldar el disipador de calor
12, que es de aluminio o de una aleación de aluminio. De esta
manera, ahora se puede realizar una unión por adherencia de
material, a través de soldado convencional 40, del elemento de
evacuación de calor 20, que se puede soldar, y el disipador de calor
12.
La unión con técnica de soldado del transistor
de potencia 14 con la platina conductora 26 para establecer una
conexión eléctrica, por un lado y para establecer una conexión
térmica con la capa de cobre pulverizada 38 del disipador de calor
12, por el otro, se realiza de manera ventajosa a través de una
soldadura de fase de vapor, como se describe por ejemplo en
EP-A-1 036 626. Para establecer,
durante este proceso, un contacto fiable para la soldadura de los
elementos de contacto de unión 18 con la platina de contacto 26,
entre la carcasa 16 y la platina conductora 26 está dispuesto el
elemento de compensación de tolerancia 28.
Debido a la unión térmica entre el elemento de
evacuación de calor 20 y la capa de cobre 38, que gracias a la
soldadura 40 se realiza por adherencia de materiales y por ello
presenta muy poca resistencia, se logra un transporte de calor
extremadamente bueno y con ello también rápido desde el elemento de
evacuación de calor 20 hacia la capa de cobre 38. En esta capa de
cobre 38 el calor ahora se distribuye rápidamente en todas las
direcciones, con lo cual se logra una "expansión" del flujo de
transporte de calor dentro del nivel en el que se extiende la capa
de cobre 38. El calor "expandido" de esta manera ingresa ahora,
debido al contacto de gran superficie de la capa de cobre 38 con el
disipador de calor 12, rápidamente en este último, con lo cual se
puede pensar que también este traspaso de calor presenta poca
resistencia, ya que la capa de cobre 38 se encuentra unida por
adherencia de material con el disipador de calor (en este caso la
sección de suelo 32 de la parte con forma de escudilla 30 del
disipador de calor 12). La superficie de contacto de la capa de
cobre 38 y el disipador de calor 12 es mayor que la extensión por
expansión de la superficie de la capa de cobre 38, ya que,
condicionado por la pulverización de gas purificado, las partículas
de cobre penetran profundamente, en comparación, en el material de
aluminio (blando) del disipador de calor 12 y de esta manera el
material de aluminio del disipador de calor 12 encierra a las
partículas de cobre cercanas al límite. Para el ejemplo de
ejecución es decisivo el haber descubierto, que con una capa de
cobre pulverizada térmicamente 38 no sólo se creó un traspaso de
calor óptimo desde el cobre hacia el disipador de calor 12, sino
también un revestimiento apto para el soldado del disipador de calor
12, en el que ahora se puede acoplar térmicamente, a través de
soldado, el elemento de evacuación de calor 20 del transistor
14.
- 10
- Regulador
- 12
- Disipador de calor
- 14
- Transistor de potencia
- 16
- Carcasa
- 18
- Elemento de contacto de unión
- 20
- Elemento de evacuación de calor
- 22
- Material de base semiconductor
- 26
- Platina conductora
- 28
- Elemento de compensación de tolerancias
- 30
- Parte con forma de escudilla del disipador de calor
- 32
- Sección de suelo de la parte con forma de escudilla
- 34
- Borde de la parte con forma de escudilla
- 36
- Refrigerante dedo frío del disipador de calor
- 38
- Capa de cobre
- 40
- Soldadura
Claims (13)
-
\global\parskip0.940000\baselineskip
1. Dispositivo electrónico, especialmente un regulador electrónico para una disposición electromecánica, como por ejemplo un ventilador de vehículo, con- -
- un componente electrónico a refrigerar (14), especialmente un componente en forma de un transistor, con lo cual el componente (14) presenta una carcasa (16) con un lado exterior en el que se encuentran dispuestos al menos un elemento de contacto de unión (18) y al menos un elemento de evacuación de calor a refrigerar (20) para evacuar el calor del componente (14), y
- -
- un disipador de calor (12) unido térmicamente con el elemento de evacuación de calor (20),
- -
- con lo cual la conexión térmica entre el elemento de evacuación de calor (20) del componente electrónico (14) y el disipador de calor (12) presenta una capa de cobre (38) unida térmicamente a esta y
- -
- con lo cual el elemento de evacuación de calor (20) se encuentra unido por adherencia de material con la capa de cobre (38) a través de un material conductor térmico (40),
caracterizado porque- -
- el disipador de calor (12) presenta aluminio o una aleación de aluminio y
- -
- la capa de cobre (38) está aplicada sobre el disipador de calor (12) y está unida al disipador de calor (12) por adherencia de material.
- 2. Dispositivo electrónico conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de cobre (38) está aplicada sobre el disipador de calor (12) por pulverización por arco voltaico, pulverización por detonación, pulverización a la llama, especialmente pulverización a la llama de alta velocidad, pulverización de plasma o pulverización de gas purificado.
- 3. Dispositivo electrónico conforme a la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el acoplamiento térmico presenta además una capa de aislamiento, que conduce el calor y aísla la electricidad, dispuesta entre la capa de cobre (38) y el disipador de calor (12).
- 4. Dispositivo electrónico conforme a la reivindicación 3, caracterizado porque la capa de cobre (38) está aplicada sobre la capa de aislamiento a través de pulverización térmica.
- 5. Dispositivo electrónico conforme a la reivindicación 4, caracterizado porque la capa de cobre (38) está aplicada sobre la capa de aislamiento por pulverización por arco voltaico, pulverización por detonación, pulverización a la llama, especialmente pulverización a la llama de alta velocidad, pulverización de plasma o pulverización de gas purificado.
- 6. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque la capa de aislamiento presenta material cerámico.
- 7. Dispositivo electrónico conforme a la reivindicación 6, caracterizado porque el material cerámico está aplicado sobre el disipador de calor (12) a través de pulverización térmica.
- 8. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque la capa de aislamiento se encuentra unida con el disipador de calor (12) a través de un adhesivo de conducción térmica.
- 9. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el elemento de conducción térmica (40) es soldadura.
- 10. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el elemento de conducción térmica es un adhesivo.
- 11. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque sobre el lado de la carcasa (16) que se encuentra enfrentado al elemento de evacuación de calor (20) del componente electrónico (14) se encuentra dispuesta una platina conductora (26) y que el, al menos un, elemento de contacto de unión (18) está conectado mecánica y eléctricamente con un campo de conexión de la platina conductora (26).
- 12. Dispositivo electrónico conforme a la reivindicación 11, caracterizado porque entre la platina conductora (26) y la carcasa (16) del componente electrónico (14) se encuentra dispuesto un elemento elástico de compensación de tolerancias (28).
- 13. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el elemento de evacuación de calor (20) también sirve para el contacto eléctrico del componente electrónico (14).
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