Устройство крепления электронного компонента
Полезная модель относится к устройству крепления тепловыделяющих электронных компонентов. Сущность заявленного технического решения - обеспечение эффективного отвода тепла от электронного компонента без тепловой нагрузки на печатную плату. Такой результат обеспечивается тем, что тепловое сопротивление между тепловыделяющим электронным компонентом и внешней средой гораздо меньше теплового сопротивления между этим компонентом и печатной платой. В заявленном техническом решении тепловыделяющий электронный компонент закрепляется, например, на DBC прокладке, а его выводы подсоединяются к соответствующим контактным площадкам печатной платы через «посредник», выполненный в виде соответствующих контактных площадок на DBC прокладке и металлических стержней, расположенных между этой прокладкой и печатной платой. Площадь поперечного сечения этих стержней минимальна и определяется только величиной протекающего тока и требованиями к механической прочности изделия, в котором применяется заявленное устройство.
Заявленная полезная модель касается теплоотводов от тепловыделяющих электронных компонентов, в частности, теплоотводов от активных и пассивных электронных компонентов поверхностного монтажа.
В известных из уровня техники решениях активные и пассивные электронные компоненты поверхностного монтажа (ЭК) крепятся на поверхности печатной платы. Отвод тепла от них во внешнюю среду осуществляется либо через плату, либо с помощью радиаторов.
Известен миниатюрный радиатор для элементов поверхностного монтажа (Miniature surface mount heatsink element and method of use), патент US6621705, МПК H05K 7/20, приоритет от 12.04.2002 г. (см. фиг. 4 в описании к патенту). Это техническое решение включает печатную плату 402 с металлическим слоем 406, к которому припаян ЭК поверхностного монтажа 408. Этот металлический слой 406 отводит тепло от корпуса ЭК вдоль поверхности печатной платы 402, увеличивая тем самым, эффективность теплоотвода. Так как теплопроводность печатной платы достаточно низкая, то для увеличения площади рассеивания тепла на теплорассеивающей поверхности слоя 406 располагается множество элементов теплоотвода 410. Таким образом, множество элементов теплоотвода и слой 406 выполняют функцию радиатора. Множество элементов теплоотвода 410, расположенных на верхней теплоотдающей поверхности корпуса ЭК дополнительно рассеивают тепло непосредственно от ЭК поверхностного монтажа.
Данное решение позволяет достаточно эффективно отводить тепло от ЭК, но при этом множество элементов теплоотвода занимает достаточно большую площадь печатной платы.
Кроме того, при большой интенсивности теплового потока, данная конструкция радиатора может не справляться с теплоотдачей при пассивном отводе тепла. Увеличение количества элементов теплоотвода не решает проблему, так как при этом затрудняется конвекция и увеличивается занимаемая ими площадь. Увеличение высоты этих элементов увеличивает габариты теплорассеивающего элемента и, следовательно, габариты изделия.
Задачей заявленного в качестве полезной модели технического решения является уменьшение количества тепла, передаваемого от электронного компонента к печатной плате.
Другой задачей является увеличение количества тепла, отводимого от электронного компонента во внешнюю среду, минуя печатную плату.
Решение этих задач позволит снизить перегрев печатной платы и увеличить плотность ее упаковки.
Технический результат достигается тем, что устройство крепления электронного компонента, включающее: по крайней мере, один тепловыделяющий пассивный или активный электронный компонент, выполненный, по крайней мере, с одним теплоотдающим элементом, соединенным с теплопроводным диэлектрическим основанием, и по крайней мере, с одним токопроводящим элементом, соединенным с одним из изолированных друг от друга токопроводящих элементов вышеупомянутого основания, соединенными с токопроводящими элементами печатной платы через токопроводящие элементы, расположенные между печатной платой и теплопроводным диэлектрическим основанием.
Возможен вариант, в котором теплопроводное диэлектрическое основание выполнено в виде пластины из теплопроводной керамики, на одной стороне которой расположены изолированные друг от друга токопроводящие слои.
Возможен вариант, в котором на теплопроводном диэлектрическом основании размещены, по крайней мере, один пассивный и один активный электронные компоненты, имеющие электрические соединения с токопроводящими элементами теплопроводного диэлектрического основания.
Возможен вариант, в котором пространство между теплопроводном основанием и печатной платой заполнено теплопроводным диэлектрическим материалом, например, эпоксидным компаундом.
Для понимания сущности заявленного технического решения ниже приведено описание варианта устройства крепления тепловыделяющего электронного компонента - MOSFET транзистора в корпусе PowerFlat на теплопроводном основании, выполненном в виде DBC пластины с односторонней металлизацией.
Все тепловыделяющие электронные компоненты, в том числе дискретные электронные компоненты и интегральные схемы, могут крепиться к печатной плате аналогичным образом с помощью заявленного устройства крепления электронного компонента.
На фиг. 1 приведен внешний вид электронного компонента со стороны контактных площадок.
На фиг. 2 приведен внешний вид теплопроводного основания со стороны установки ЭК.
На фиг. 3 приведен вид сбоку варианта устройства крепления ЭК к печатной плате (ПП) и перераспределения тепла в этом варианте.
На фиг. 1 показан ЭК 1, и его токопроводящие элементы - выводы 1.1-1.3. В описываемом варианте технического решения все выводы являются теплоотводами.
На фиг. 2 показано диэлектрическое теплопроводное основание 2, к изолированным друг от друга токопроводящим элементам которого - металлизированным областям 2.1-2.3 присоединяются любым известным способом, например, пайкой, соответствующие выводы 1.1-1.3 ЭК 1.
На фиг. 3 показан вид сбоку устройства крепления ЭК 1 в сборе со стороны токопроводящих элементов 4.2 и 4.1 (выводы 1.3, 2.3, 3,3 и 4,3 на фиг. 3 не показаны). Теплопроводное основание 2 с установленным на нем ЭК 1 крепится (например, припаивается) к токопроводящим элементам - контактным площадкам 3.1-3.3 медных дорожек печатной платы 3 с помощью токопроводящих элементов 4.1-4.3, например, медных стержней. Тем самым обеспечивается механическое крепление ЭК 1 к ПП 3 и электрическое соединение между ЭК и дорожками печатной платы. В зависимости от конфигурации токопроводящих элементов - металлизированных дорожек печатной платы, токопроводящие элементы 4.1-4.3 могут быть выполнены так же в виде фигур вращения - пустотелых цилиндров.
В отличие от прототипа, где ЭК устанавливается на печатную плату, в заявленном решении ЭК устанавливается на теплопроводное диэлектрическое основание 2, и затем полученная конструкция монтируется на печатную плату 3 таким образом, что тепло от электронного компонента 1 передается на печатную плату 3 только через токопроводящие элементы 4.1-4.3.
В заявленном устройстве крепления электронного компонента максимальная площадь поперечного сечения токопроводящих элементов 4.1-4.3 определяется только величиной протекающих токов и требованиями к механической прочности конструкции. Следовательно, они занимают минимально возможную площадь на ПП 3, что увеличивает ее полезную площадь (позволяет уменьшить ее габариты).
Размещение тепловыделяющего электронного компонента ЭК1 вне печатной платы 3 также увеличивает ее полезную площадь.
На теплопроводном основании могут устанавливаться пассивные ЭК, непосредственно соединяемые с ЭК 1. Такой вариант заявленного решения так же увеличивает полезную площадь ПП 3.
Для улучшения процессов теплообмена и придания дополнительной жесткости заявленному техническому решению, пространство между теплопроводным основанием 2 и печатной платой 3 может заполняться полимеризованным теплопроводным компаундом.
Известны конструкции корпусов дискретных элементов, у которых отвод тепла осуществляется от специальной теплоотводящей площадки, не соединенной электрически с внешними сигнальными цепями схемы. Например, для корпуса DirectFET отвод тепла возможен не только от выводов, но и от крышки. В этом случае крышка корпуса DirectFET распаивается на изолированную от токопроводящих элементов металлизированную поверхность. Дополнительный отвод тепла в этом случае осуществляется через выводы ЭК, размещенного в этом корпусе.
При изготовлении заявленного технического решения, используются известные автоматизированные или ручные технологии установки SMD компонентов для монтажа ЭК 1 и токопроводящих элементов 4.1-4.3. Монтаж устройства крепления электронного компонента на печатную плату может осуществляться, например, методом пайки в печи.
1. Устройство крепления электронного компонента, характеризующееся наличием электронного компонента, выполненного, по крайней мере, с одним теплоотдающим элементом, соединенным с теплопроводным диэлектрическим основанием, и, по крайней мере, с одним токопроводящим элементом, соединенным с одним из расположенных на одной поверхности вышеупомянутого основания изолированных друг от друга токопроводящих элементов, соединенных с токопроводящими элементами печатной платы через токопроводящие элементы, расположенные между теплопроводным диэлектрическим основанием и печатной платой.
2. Устройство крепления электронного компонента по п. 1, характеризующееся тем, что теплопроводное диэлектрическое основание выполнено в виде пластины из теплопроводной керамики с расположенным на одной её стороне слоем металлизации, состоящим из изолированных друг от друга токопроводящих областей.
3. Устройство крепления электронного компонента по п. 1, характеризующееся тем, что, по крайней мере, соединение между одним токопроводящим элементом электронного компонента и одним токопроводящим элементом теплопроводного диэлектрического основания, соединенного с токопроводящими элементами печатной платы через токопроводящие элементы, расположенные между печатной платой и вышеуказанным основанием, образуется через один пассивный электронный компонент.
4. Устройство крепления электронного компонента по п. 1, характеризующееся тем, что пространство между теплопроводным диэлектрическим основанием и печатной платой заполнено теплопроводным диэлектрическим материалом.
