Cuerpo de soporte para elementos de construcción o circuitos.

Cuerpo de soporte (1, 2) para elementos de construcción eléctricos o electrónicos (6a,

6b, 6c, 6d) o circuitos, en donde el cuerpo de soporte (1, 2) no es o casi no es conductor eléctrico, el cuerpo de soporte (1, 2) está provisto formando una pieza con elementos de refrigeración (7) que aportan o evacuan calor, sobre la superficie del cuerpo de soporte (1,2) se han dispuesto zonas de metalización (41) sinterizadas, y el cuerpo de soporte (1, 2) es una pletina, caracterizado porque con el cuerpo de soporte (1, 2) van unidos una o varias sustancias emisoras de luz o uno o varios elementos de construcción emisores de luz (6a, 6b, 6c, 6d), así como combinaciones de éstos.

Cuerpo de soporte para elementos de construcción o circuitos La invención se refiere a un cuerpo de soporte para elementos de construcción o circuitos eléctricos o electrónicos, en la que el cuerpo de soporte no es, o casi no es, conductor eléctrico.

Según el estado actual de la técnica para la evacuación del calor de módulos en la electrónica de potencia se construyen estructuras planas, las cuales conducen el calor que difunde una fuente calorífica (componente eléctrico activo o pasivo) , a través de numerosas capas intermedias (soldaduras, pastas conductoras, pegamentos, metalizaciones) a un cuerpo de geometría sencilla, de forma homogénea, no conductor eléctrico (disco, sustrato rectangular) . Aunque la geometría de cada uno de los componentes sea sencilla, el conjunto de la estructura de capas es complicado y requiere un empleo consecutivo de los más distintos procedimientos afectados de defectos, como pegar, prensar, atornillar y limitadamente también la soldadura. Cada límite de capa en este apilamiento supone una barrera para la transmisión del calor y disminuye o bien la fiabilidad y/o la vida útil del módulo (oxidación, quemado, envejecimiento) o limita su rendimiento.

Cuerpo de soportes orgánicos o cerámicos de circuitos (cuerpo de soportes) con baja o insuficiente conductividad térmica se tienen que montar de forma duradera y en unión cinemática de forma sobre un cuerpo de refrigeración metálico, tomando medidas adicionales tales como capas aislantes interpuestas. Cuando aumentan las cargas térmicas hay que evacuar de la pletina parte de las fuentes de calor y montarlas al modo clásico sobre un cuerpo de refrigeración metálico y conectarlas eléctricamente con el cuerpo de soporte del circuito eléctrico.

El montaje de varios materiales diferentes es complejo y un compromiso cuando se tiene en cuenta la fiabilidad a largo plazo. Un incremento de la densidad de carga solo es posible de forma limitada.

La conductividad térmica solo se puede aprovechar condicionalmente, ya que se trata de una construcción en planos paralelos.

Tampoco es posible una conexión directa de cuerpos de refrigeración conductores y una fuente de calor.

El documento EE.UU. 3, 766, 440, como documento más cercano al estado actual de la técnica, describe un cuerpo de soporte para elementos de construcción eléctricos o electrónicos o circuitos, en el cual el cuerpo de soporte no es, o casi no es, conductor eléctrico, el cuerpo de soporte es de una pieza, está provisto de elementos de refrigeración de evacuación o aporte de calor, sobre la superficie del cuerpo de soporte se han dispuesto zonas de metalización sinterizadas y el cuerpo de soporte es una pletina.

La invención tiene por objeto técnico mejorar un cuerpo de soporte conforme al documento EE.UU. 3, 766, 440 de tal modo, que los máximos locales de temperatura que se forman en brevísimo tiempo a partir de los materiales emisores de luz o de los elementos de construcción emisores de luz, por el funcionamiento de los mismos, se puedan desmontar rápidamente, para que no ocurra ningún daño por termochoque. En particular se debe mejorar la resistencia a los cambios térmicos.

Conforme a la invención se consigue este objetivo por las características de la reivindicación 1.

Puesto que con el cuerpo de soporte van unidos uno o varios materiales emisores de luz o uno o varios elementos de construcción emisores de luz, así como combinaciones de ellos, los máximos locales de temperatura que se forman en brevísimo tiempo a partir de los materiales emisores de luz o de los elementos de construcción emisores de luz por el funcionamiento de los mismos, se pueden desmontar rápidamente. De este modo no se produce daño alguno por termochoque. La resistencia a los cambios térmicos se ha mejorado.

Para la simplificación del cuerpo de soporte, al mismo tiempo que la evacuación de calor extremadamente mejorada, el cuerpo de soporte se ha diseñado conforme a la invención de una pieza con elementos de refrigeración que evacuen o aporten calor.

Conforme a la invención el cuerpo de soporte es una pletina. Sobre el cuerpo de soporte están dispuestas entonces las pistas conductoras. Conforme a la invención sobre la superficie del cuerpo de soporte están dispuestas zonas de metalización sinterizadas. Las pistas conductoras de la pletina pueden estar íntimamente unidas con el cuerpo de soporte, por ejemplo mediante un proceso térmico o las pistas conductoras metálicas pueden estar pegadas encima o también encuentran empleo los pegamentos conductores. También se pueden utilizar combinaciones de distintos tipos de pistas conductoras.

Los componentes tienen preferentemente un flujo de calor directo a los cuerpo de soportes o también a los elementos de refrigeración. Los componentes pueden estar unidos, por ejemplo, directamente o a través de una o varias capas con el cuerpo de soporte.

Los conceptos, elementos de construcción y componentes, describen los mismos objetos.

Preferentemente, los elementos de refrigeración son taladros, canales, nervaduras y/o escotaduras, que pueden admitir un medio refrigerante.

El medio calefactor o refrigerante puede ser un gas como, por ejemplo, aire o un líquido como, por ejemplo, agua o aceite.

En una forma preferente el cuerpo de soporte consta de al menos un componente cerámico o de un conjunto de diferentes cerámicas. En sentido cristalográfico los componentes cerámicos pueden ser monocristalinos o policristalinos o se pueden presentar en una combinación de estos.

Componentes cerámicos o cerámicas pueden ser, por ejemplo, óxido de aluminio, óxido de aluminio técnico, óxido de circonio, óxidos de circonio dopados de distintas formas, nitruro de aluminio, nitruro de silicio, óxido de silicio, cerámica de vidrio, cerámicas LTCC (low Temperature Cofired Ceramics, (cerámicas cocidas a alta temperatura) ) , carburo de silicio, nitruro de boro, óxido de boro.

Son de un significado especialmente interesante, óxido de aluminio técnico del 96% con conductividades térmicas de aproximadamente 24 W/mK, así como óxido de aluminio técnico al >99% con aproximadamente 28 W/mK, nitruros de aluminio técnicos o puros con, por ejemplo, aproximadamente 180 W/mK, óxidos de aluminio reforzados con óxido de circonio con aproximadamente 24 W/mK, así como cerámicas de vidrio con aproximadamente 2 W/mK.

Altas conductividades térmicas son de particular importancia técnica en aplicaciones como electrónica de potencia, LED de alta potencia, fusibles lentos para cargas elevadas, resistencias de potencia. Bajas conductividades térmicas son de particular importancia técnica en resistencias rápidas para cargas elevadas, así como para aplicaciones en las que se tenga que garantizar una distribución de temperaturas lo más homogénea posible sobre una superficie (el cuerpo de soporte) . En este caso, se podrían mencionar, por ejemplo, estructuras de medición termo analítica.

De manera conveniente los elementos de refrigeración están sinterizados con el cuerpo de soporte, por lo que se simplifica la fabricación y en muchos casos también se mejora con ello la durabilidad del conjunto.

En formas de ejecución especiales el cuerpo de soporte se compone de un material compuesto, y el material compuesto contiene materiales matriz no conductores eléctricos o casi no conductores eléctricos, con aditivos conductores del calor.

Como materiales matriz se utilizan preferentemente resinas, polímeros o siliconas.

En una forma de ejecución preferente los materiales compuestos son sistemas de varios componentes constituidos por polímeros o siliconas mezclados con componentes cerámicos como, por ejemplo:

a) Polímeros con Al2O3

b) Polímeros con AlN

c) Siliconas con Al2O3/AlN

d) Siliconas y polímeros con ZrO2/Y2O3

El cuerpo de soporte y/o el elemento de refrigeración puede ser también un material compuesto de metal y/o cerámica o una unión de cerámica y metal.

En una forma de ejecución el cuerpo de soporte y/o el elemento de refrigeración están construidos en capas múltiples.

De manera conveniente los elementos de construcción están unidos con el cuerpo de soporte de forma conductora de la electricidad y/o del calor. Elementos de construcción pueden ser, por ejemplo, cuerpos eléctrica o electrónicamente activos o pasivos o cuerpos geométricos o combinaciones arbitrarias de los mismos.

En un perfeccionamiento de la invención, al cuerpo de soporte o al elemento de refrigeración puede estar unida al menos una posibilidad de montaje.

A través de la posibilidad de montaje el cuerpo de soporte puede... [Seguir leyendo]

1. Cuerpo de soporte (1, 2) para elementos de construcción eléctricos o electrónicos (6a, 6b, 6c, 6d) o circuitos, en donde el cuerpo de soporte (1, 2) no es o casi no es conductor eléctrico, el cuerpo de soporte (1, 2) está provisto formando una pieza con elementos de refrigeración (7) que aportan o evacuan calor, sobre la superficie del cuerpo de soporte (1, 2) se han dispuesto zonas de metalización (41) sinterizadas, y el cuerpo de soporte (1, 2) es una pletina, caracterizado porque con el cuerpo de soporte (1, 2) van unidos una o varias sustancias emisoras de luz o uno o varios elementos de construcción emisores de luz (6a, 6b, 6c, 6d) , así como combinaciones de éstos.

2. Cuerpo de soporte según la reivindicación 1, caracterizado porque sobre el cuerpo de soporte (1, 2) las sustancias o los elementos de construcción (6a, 6b, 6c, 6d) emisores de luz están sujetos en la misma o diferente dirección espacial.

3. Cuerpo de soporte según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los elementos de construcción (6a, 6b, 6c, 6d) emisores de luz son LEDs o LEDs encasillados.

4. Cuerpo de soporte según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las sustancias emisoras de luz

o los elementos de construcción (6a, 6b, 6c, 6d) emisores de luz están provistos de conectores eléctricos normalizados o no normalizados.

5. Cuerpo de soporte según la reivindicación 4, caracterizado porque los conectores eléctricos son portalámparas tales como E27, E14, serie GU, serie G, serie U, serie R.

6. Cuerpo de soporte según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el cuerpo de soporte (1, 2)

está embutido arbitrariamente o en el mismo sentido en un material matriz, preferentemente un material sintético.

7. Cuerpo de soporte según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el cuerpo de soporte (1, 2) y los elementos de refrigeración (7) están constituido por una cerámica.