ENFRIAMIENTO DE CONVECCIÓN FORZADA DE INYECCIÓN DIRECTA PARA CIRCUITERÍA ELECTRÓNICA.

Enfriamiento de convección forzada de inyección directa para circuitería electrónica La presente invención se refiere al enfriamiento de circuitería electrónica, y, en particular, al enfriamiento de una circuitería electrónica que comprende un circuito impreso y uno o más componentes electrónicos que, en uso, generan calor y que están montados sobre la tarjeta del circuito impreso. A medida que aumentan la funcionalidad y prestaciones de los circuitos integrados semiconductores (CIs), así lo hace la cantidad de calor disipado por unidad del área de su superficie. Para controlar las temperaturas crecientes de los componentes dispuestos sobre las Placas de Circuito Impreso, se requiere la mejora de su potencial de enfriamiento. La mayoría de los sistemas de enfriamiento de los circuitos electrónicos convencionales se basan en la convección, conducción, o en una combinación de éstas (la radiación solo juega un papel desdeñable en el enfriamiento de la circuitería electrónica). Un procedimiento conocido en el enfriamiento de los CIs se efectúa mediante el enfriamiento convectivo forzado. Sin embargo, dicho enfriamiento convectivo forzado está limitado por el hecho de que el calor generado tiene que desplazarse desde la unión de los componentes de disipación de calor a través de una serie de resistencias térmicas antes de que finalmente alcance el medio refrigerante, al coste de un gradiente de la temperatura considerable. Estas resistencias térmicas consisten en, por ejemplo, unas capas de adhesivo, unas resinas de encapsulación, unas conexiones soldadas, unos receptáculos / capas de aire estático, etc. En otro procedimiento conocido, unos CIs en circuitería electrónica destinada al consumidor, como por ejemplo las Unidades de Procesamiento Central (UPCs) y Controladoras de Vídeo disipan la mayoría del calor de su superficie superior hasta un disipador térmico o un dispositivo de enfriamiento más avanzado (activo), con un menor impacto sobre el propio diseño de la propia PCI. Esta técnica tiene sus limitaciones dado que, en la mayoría de los casos, la resistencia térmica del paquete del CI desde la pastilla de semiconductor hasta la superficie superior del paquete es relativamente alta. En la lucha por seguir el ritmo creciente de las prestaciones de los semiconductores, tanto el tamaño como el consumo de energía de dichos dispositivos accesorios de enfriamiento se han hecho, con desventaja, cada vez más considerables. Así mismo, en algunas aplicaciones, la superficie superior del componente ni siquiera es accesible, en particular cuando el componente es un sensor integrado. En estos casos, la mayor parte del calor tiene que ser disipado a través del fondo del componente hasta el interior de la Placa de Circuito Impreso e inicialmente suprimido a través de la conducción. Aunque en muchos casos la cara inferior de los componentes electrónicos presenta la resistencia más baja, esta cara no puede estar directamente expuesta a un medio refrigerante porque está encarada hacia la PCI. En general, las PCIs presentan una conductividad térmica deficiente, la cual puede ser moderadamente mejorada, por ejemplo añadiendo más o más capas de cobre gruesas. Determinadas variantes de los procedimientos de la técnica anterior mencionados con anterioridad se han centrado en la mejora de la transferencia de calor mediante la reducción de la magnitud de las resistencias térmicas, por ejemplo mediante la mejora de la conductividad térmica o mejorando la transferencia de calor hacia un medio refrigerante. Estrictamente hablando, la trayectoria térmica sigue siendo esencialmente la misma; la mejora se debe simplemente a la mejora de las resistencias térmicas subóptimas. El resultado de estas técnicas es un gradiente de la temperatura moderadamente reducido, pero a costa de composiciones materiales más gravosas o más complejas, de hardware adicional o de ambas. Unos niveles crecientes de disipación térmica, la cantidad de hardware y materiales añadidos se convierte en un factor cada vez más determinante del diseño y, en consecuencia, también en un factor significativo de los costes. Otro procedimiento conocido de enfriamiento de los circuitos integrados se refiere concretamente al enfriamiento de las unidades de placa de circuito impreso (PCI) contenidas dentro de una carcasa principal, en las que cada unidad de PCI está, a su vez, contenida dentro de su propia carcasa dentro de la carcasa principal. El procedimiento se describe en el documento GB 2 382 932 y proporciona el uso de unas aberturas relativamente amplias dentro de una PCI y de su carcasa para el paso de aire de refrigeración forzado desde un lado de la placa hasta el otro lado, impidiendo de esta manera que la PCI actúe como un bloque total respecto al flujo de aire desde un lado hasta el otro lado y para mejorar el flujo de aire general a través de la carcasa principal. Sin embargo, el procedimiento del documento GB 2 382 932 no da respuesta al problema de la mejora del enfriamiento de las PCIs individuales o de los componentes individuales dispuestos sobre dichas PCIs. El documento JP 11 087960 A muestra una circuitería electrónica de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Constituye un objetivo de la presente invención proporcionar una circuitería electrónica mejorada, o al menos alternativa y un procedimiento mejorado, o al menos alternativo, de enfriamiento de la circuitería electrónica. 2 ES 2 365 682 T3 Por tanto, en un primer aspecto de la invención tal y como se define en la reivindicación 1, con ella se proporciona una circuitería electrónica que comprende un circuito impreso y al menos un componente montado sobre el circuito impreso, en el que el al menos un componente genera, en uso, calor, y el circuito impreso incluye, al menos, una abertura alineada con el componente o con un componente respectivo de los componentes. La circuitería electrónica está configurada para proporcionar, en uso, una trayectoria para el fluido refrigerante para que fluya a través de la o de cada abertura y por delante de al menos un componente. El o cada componente puede comprender una parte que genere, en uso, calor, y unas partes adicionales que disipen el calor sobre la superficie del componente. De esta manera, por ejemplo, la parte de una trayectoria de corriente eléctrica a través del componente que tenga la resistencia eléctrica más alta y / o a través de la cual fluya la corriente eléctrica más alta en uso, puede ser parte del componente que genere la mayor parte del calor. Generalmente, otras partes del componente, por ejemplo, partes estructurales o protectoras, disipan el calor generado por las partes generadoras del calor. Mediante la provisión de al menos una abertura alineada de un componente que genera, en uso, calor, puede proporcionarse una refrigeración mejorada de la circuitería electrónica, en cuanto los efectos refrigerantes pueden ser más eficazmente dirigidos hacia aquellas partes de la circuitería que generan o disipan calor. La o cada abertura puede estar, pero no está necesariamente, situada en aquel punto o dentro de aquella zona de la placa de circuito impreso que esté a una distancia mínima del componente o de un componente respectivo de los componentes. El eje geométrico central de la o de cada abertura puede ser, pero no necesariamente, perpendicular al plano de la placa de circuito impreso y de al menos un componente. De modo preferente, la o cada abertura está dispuesta de tal manera que una línea recta que se extienda desde la abertura a lo largo del eje geométrico central de la abertura pasaría a través del componente con el cual la abertura está alineada. De modo preferente, la o cada abertura está dispuesta de tal manera que, en uso, el fluido refrigerante sale de la abertura hacia el componente con el cual la abertura está alineada. Más de una abertura respectiva puede estar alineada con el o con cada componente de generación de calor. Para el o para cada componente, el número de aberturas alineadas con el componente y su área en sección transversal total puede ser seleccionado dependiendo de la tasa de generación de calor por el componente que se espera en uso. El fluido refrigerante puede ser un líquido o un gas. El fluido refrigerante puede ser agua. El fluido refrigerante pueden comprender un fluido dieléctrico, por ejemplo polialfaolefina (PAO), o gas inerte, por ejemplo, nitrógeno. De modo preferente, el fluido refrigerante es aire. En algunas circunstancias, el fluido refrigerante puede ser suministrado desde una fuente presurizada, por ejemplo un cilindro de gas presurizado. De modo preferente, el circuito impreso es una placa de circuito impreso (PCI). De modo preferente, la circuitería está configurada de tal manera que, en uso, el fluido refrigerante está en contacto con el al menos un componente. De modo preferente,... [Seguir leyendo]

1.- Circuitería electrónica que comprende un circuito impreso y al menos un componente montado sobre el circuito impreso, generando el al menos un componente calor en uso, incluyendo el circuito impreso (34, 82; 116) al menos una abertura (48, 50; 92; 118) alineada con el componente o con un componente respectivo de los componentes (30, 32; 80; 114) y estando el circuito impreso configurado para proporcionar en uso, una trayectoria de fluido refrigerante que fluya a través de la o de cada abertura y por delante del al menos un componente, estando la circuitería electrónica caracterizada porque comprende así mismo al menos una abertura adicional (56, 58; 94; 120) el dicho circuito impreso o como lado del espacio existente entre los componentes y el circuito impreso o entre los componentes, en la que la al menos una abertura y la al menos una abertura adicional están dispuestas para que el fluido de refrigerante pueda fluir a través de la al menos una abertura y salir por la al menos una abertura adicional o viceversa. 2.- Circuitería electrónica de acuerdo con la Reivindicación 1, que comprende una pluralidad de componentes que generan calor en uso y una pluralidad de aberturas, en la que cada una de la pluralidad de aberturas está alineada con un componente respectivo de la pluralidad de componentes. 3.- Circuitería electrónica de acuerdo con las Reivindicaciones 1 o 2, en la que la al menos una apertura comprende una pluralidad de aberturas y al menos algunas de las aberturas presentan diferentes tamaños y, de modo preferente, el tamaño de cada abertura es seleccionada dependiendo de la tasa de generación de calor en uso esperada para el respectivo componente con el cual la abertura está alineada. 4.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que la posición de la o de cada abertura es tal que permite que, en uso, pase un flujo mayor de refrigerante por delante del al menos un componente con el que la o cada abertura está alineada que por delante de otras partes de la circuitería electrónica. 5.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que el al menos un componente está separado del circuito impreso por una separación deseada. 6.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que el al menos un componente comprende así mismo, al menos un separador para separar el al menos un componente del circuito impreso con la separación deseada. 7.- Circuitería electrónica de acuerdo con la Reivindicación 6, en la que el al menos un separador comprende al menos una conexión eléctrica o mecánica entre el al menos un componente y el circuito impreso. 8.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones 5 a 7, en la que la forma del circuito impreso está adaptada con el fin de proporcionar la separación deseada en la zona de la o de cada abertura. 9.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones 5 a 8, en la que la separación deseada respectiva para el o para cada componente es seleccionada dependiendo de la tasa esperada de generación de calor del componente en uso. 10.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones 5 a 9, en la que la separación entre el al menos un componente y el circuito impreso oscila entre 0,1 mm y 5 mm y, de modo más preferente, entre 0,5 mm y 1,0 mm. 11.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que el diámetro de la o de cada abertura oscila entre 0,1 mm y 10 mm, de modo preferente, entre 0,5 mm y 5 mm y, de modo más preferentemente, entre 1 mm y 3 mm. 12.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende así mismo unos medios para modificar el tamaño de la o de cada abertura. 13.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que la posición de la o de cada abertura es tal que, en uso, el fluido refrigerante que pasa a través de la abertura se aproxima a la superficie del componente con la cual la abertura está alineada en una dirección perpendicular. 14.- Circuitería electrónica de acuerdo con la Reivindicación 1, dispuesta de tal manera que hay una trayectoria cerrada entre la abertura y la al menos una abertura adicional. 15.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que incluye un circuito de intercambio de calor que comprende unos medios para hacer pasar el fluido refrigerante a través de la al menos una abertura y por delante del al menos un componente. 16.- Circuitería electrónica de acuerdo con la Reivindicación 15, en la que la circuitería de intercambio de calor incluye una cámara de presión en comunicación con la abertura o con al menos una de las aberturas. 12 ES 2 365 682 T3 17.- Circuitería electrónica de acuerdo con las Reivindicaciones 15 o 16, en la que el circuito de intercambio de calor comprende un intercambiador de calor que está dispuesto para que, en uso, se haga pasar el calor desde el al menos un componente hasta el fluido refrigerante y el calor sea a continuación expulsado del fluido refrigerante en el intercambiador de calor. 18.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende así mismo una estructura situada entre el al menos un componente y el circuito impreso, dispuesta para, en uso, incrementar la transferencia de calor entre un fluido refrigerante y el al menos un componente. 19.- Circuitería electrónica de acuerdo con la Reivindicación 18, en la que la estructura está en contacto térmico conductivo con el al menos un componente y proporciona un área de superficie para el intercambio de calor desde el al menos un componente hasta el fluido refrigerante. 20.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que la circuitería electrónica comprende una disposición matricial para el montaje del al menos un componente sobre el circuito impreso y, de modo preferente, la disposición matricial comprende una matriz de rejilla con esferas [ball gris array (BGA)], una matriz de rejilla con nodos [land grid array (LGA)], una matriz de rejilla con contactos [pin grid array (PGA)], una matriz de protuberancias tachonadas [stud bump array (SBA)] o una matriz de superficie cuadrangular sin terminales [quad flat no - leads (QFN)]. 21.- Circuitería electrónica de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, dispuesta para que, en uso, el o cada componente de generación de calor disipe calor principalmente a través del lateral del componente encarado hacia el circuito impreso. 22.- Un procedimiento de producción de una circuitería electrónica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, que comprende la provisión de un circuito impreso, la previsión de al menos una abertura dentro del circuito impreso, y el montaje de al menos un componente del circuito impreso, generando el al menos un componente calor en uso y ofreciendo la o cada abertura una posición sobre el circuito impreso de tal manera que él o ellas estén alineadas con un componente respectivo de los componentes montados y de tal manera que, en uso, se disponga una trayectoria para que el fluido refrigerante fluya a través del o de la abertura y por delante del al menos un componente, estando el procedimiento caracterizado porque la etapa de montaje del al menos un componente comprende la colocación del al menos un componente sobre el circuito impreso y de unas porciones de reflujo de suelda con el fin de proporcionar una conexión eléctrica entre el al menos un componente y el circuito impreso, y las porciones de suelda son tales que, después del reflujo, las porciones de suelda proporcionan una separación deseada entre el circuito impreso y el al menos un componente. 23.- Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 22, en el que la etapa de realización de la al menos una abertura comprende el taladro o el punzonado de un orificio o de unos orificios dentro del circuito impreso antes del montaje del al menos un componente. 24.- Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 23, que comprende así mismo la realización de al menos una abertura adicional y la provisión de al menos una porción adicional de suelda sobre el circuito impreso, y en el que la etapa de reflujo comprende el reflujo de la al menos una porción adicional de suelda, estando la al menos una porción adicional de suelda situada de tal manera que, después del reflujo, proporcione una barrera contra el flujo refrigerante para obtener de esta manera una trayectoria cerrada entre la al menos una de las aberturas y al menos una de las aberturas adicionales. 13 ES 2 365 682 T3 14 ES 2 365 682 T3 ES 2 365 682 T3 16 ES 2 365 682 T3 17 ES 2 365 682 T3 18 ES 2 365 682 T3 19