JP2009512203A - 冷却アッセンブリを備えたｉｃ構成素子 - Google Patents

Abstract

本発明は、ヒートシンク（７）を有する電子装置ケーシングとして構成されている冷却アッセンブリ（１）を備えたＩＣ構成素子（２）に関する。本発明によれば、ＩＣ構成素子（２）は、電子装置ケーシングにおけるヒートシンク（７）に直接配置されている。本発明は、塚的な構成部品を必要とすることなく、まず有利にはＩＣ構成素子のための、ＩＣ構成素子（２）の効果的で且つ直接的な冷却と簡単な組付けとを可能にする冷却アッセンブリ（１）を提供する。当該冷却アッセンブリ（１）は、特に自動車領域における電子装置ケーシングでの使用に適している。

Description

本発明は、冷却アッセンブリを備えたＩＣ構成素子に関する。冷却アッセンブリは、特に自動車の領域用の、ヒートシンクを有する電子装置ケーシングとして形成されている。

ＩＣ構成素子、つまり組み込まれたヒートシンクを有していない電子的な回路支持体は、要求に基づき極端な運転状況においては、ＩＣ構成素子にとって典型的ではなく、許容できない加熱にさらされる。許容できない加熱は、周辺条件により、つまりたとえば組込み場所と、ＩＣ構成素子の固有の損失出力の固有加熱により発生する。温度上昇がＩＣ構成素子に伝わっている時間は、通常、数分の範囲である。この理由から、この短い時間で内部熱を電子的な回路支持体から導出するか、もしくは外部熱を防ぐという解決手段が求められる。余分に手間をかけて熱を導出しなければならない原因は、ＩＣ構成ブロックがガラス繊維と空気とを備えたエポキシ樹脂によって囲まれていて、前記全てのコンポーネントが、劣悪な熱伝導体であるということにある。ケーシングとプリント配線板との間に熱伝導ペーストまたは熱伝導シート等が排気のために供給されても、プリント配線板自体は、絶縁作用を有していて、熱を極めて劣悪にしかさらに伝えていかない。それどころか回路支持体の下側での幅での、つまりＸ−Ｙ方向での熱の流れは、プリント配線板自体を抜ける（Ｚ方向）熱流れよりもさらに悪い。

目下、電子的な回路支持体の過剰加熱を回避する、種々異なる解決手段が講じられる。

単純で、さらに廉価で、また熱伝導に関してそれほど高性能でない解決手段は、銅管片（ヒートシンクバイアス）である。この銅管片はＩＣ構成ブロックの下側においてプリント配線板を抜けて位置決めされていて、ある程度まで熱をＩＣ構成ブロック基部からプリント配線板の下面にさらに導く。ここから、熱エネルギは熱伝導ペーストまたは熱伝導シートまたは他のエアギャップ閉鎖体によってケーシングに放出される。スクリーン印刷により供給されたはんだペーストによって、はんだプロセス時にはＩＣヒートシンクは、プリント配線板と銅管片とに熱的に良好に接合される。このコンセプトは、簡単な形式で且つ付加的な製造手間無しである程度までは僅かな範囲で、発生する温度ピークもしくは超過温度を緩和する手段を提供する。

より手間のかかる手段は、電子的な回路支持体の領域におけるプリント配線板においてメタルコアを使用することである。このメタルコアはたいていの場合には、プリント配線板厚さの銅薄板から打抜き成形される。さらにプリント配線板にはメタルコアの形をした切欠きが加工される。メタルコアは、プリント配線板製造メーカによるプレス嵌めによって、同一の広がりをもって（同一平面を成して）プリント配線板に埋め込まれる。この大きな銅質量体により、比較的迅速に多くの熱を、ＩＣ構成ブロックからプリント配線板厚さを抜けて、熱伝導ペーストもしくは熱伝導シートを介してケーシングに排熱することができる。このケーシングは、理想的には良好な熱伝導特性を有していて、冷却リブを備えている。このメタルインレイ解決手段の基本は、ＩＣ構成ブロックが、そこに組み込まれたヒートシンクを介してプリント配線板にはんだ付けされる、ということにある。これにより、ＩＣ構成ブロックはメタルコアに対して理想的な接続を獲得し、その結果、熱はさらに導出される。メタルコアの下面とプリント配線板との間には僅かな段部がある。より大きな段部が、メタルコアの上面とプリント配線板との間に設けられている。これによりＩＣヒートシンクとメタルインレイとの間に生じるギャップは、スクリーン印刷により供給されたはんだペーストにより補償される。この場合、はんだ付けプロセスの際には、固定接合がもたらされる。

構造的及び製造技術的に且つ経済的に手間と費用とがかかる、ＩＣ構成部品上面を介して熱を導出するという手段は、弾性・塑性的な、圧縮可能でない熱伝導クッション（ギャップ・パッド）を使用することにある。このクッションは最高で２５％までしか変形しないことが望まれ、この場合、約１ｍｍの挿入領域の組込み範囲と公差範囲とを計算に入れなければならないので、クッションは約４ｍｍの厚さをもって設計される。このことはやはり、こういった構成スペースが設けられていて、熱伝導クッションの変形時に発生する力を、プリント配線板とカバーとの組付けの間は吸収することができ、プリント配線板は過度に強力に緊張されないもしくは撓まないということを要求する。そうでなければこれにより、たとえばセラミックス製のコンデンサといった別の電子的な構成部品の破壊に繋がることがある。

ここから出発して、本発明の根底にある課題は、ＩＣ構成素子のための冷却アッセンブリを、僅かな構成部品で可能な限り簡単に実施したい組付けプロセスによって提供することであり、当該冷却アッセンブリは、ＩＣ構成素子における効果的で直接的な冷却を可能にする。

この課題は、請求項一記載の特徴を備えた冷却アッセンブリにより解決される。個別または互いに組み合わせて使用することができる有利な構成および改良形は、従属請求項の対象である。

ヒートシンク（たとえば冷却リブ、冷却ピン）を有する電子装置ケーシングとして構成されているＩＣ構成素子のための本発明による冷却アッセンブリは、ＩＣ構成素子が電子装置ケーシングにおけるヒートシンクに直接配置されていることを特徴とする。そのためにＩＣ構成ブロックの周辺に位置する、空気とプリント配線板とから成る絶縁層は開かれるので、電子的な回路支持体は、熱伝導性のケーシングに直接結合することができる。このケーシングは有利な形式では、アルミニウムから製造されている。ＩＣ構成ブロックの位置において、ＩＣ脚部端子の内側のプリント配線板は、有利には円形にまたは方形に切り欠かれる。この開口を抜けて、電子装置ケーシングは凸部によってＩＣ構成ブロックにまで接近される。この場合、ケーシングドームはこの開口孔壁に対して十分な空隙を有しているので、プリント配線板の位置決めもしくは組込み時に重畳寸法部は生じない。また適切な事例において必要な場合には、プリント配線板におけるこの孔はケーシングドームに対する間隙を最小限にすることにより、センタリングゼロ点として使用することもできる。ＩＣ構成部品下面とケーシングドーム先端との間の公差補償のために必要な間隙は、最終組付けプロセスにおいて熱伝導ペーストで埋められる。これにより絶縁空隙は取って代わられる。これによりＩＣケーシングは、電子装置ケーシングに直接接合されていて、熱を電子装置スペースの外側に取り付けられた冷却リブを介して周辺に導出することができる。

ケーシングにプリント配線板を組み付ける際には、ＩＣ構成部品脚部は、ケーシングドーム先端に積まれる熱伝導ペーストを側方に押し出すことにより生じる力を吸収する。このことを避けるために、作用するプリント配線板組付け力は、ＩＣ構成部品上面に載置している組付けポンチによって、ＩＣケーシングを介して熱伝導ペーストに導入することができる。この過程において作用する引張力はＩＣ構成部品脚部によって除かれる。さらに、プリント配線板組付け方向に対して反対に作用する、熱伝導ペーストを押し出すことにより発生する力は、ケーシングドーム先端の最適化により減じられる。ケーシングドーム先端の適切な成形手段により、ＩＣ構成ブロックに対する間隔は減じられる。これにより熱伝導は表面の拡大により改良される。組付けの質は先行技術と比べて、この設計時に公差域サイズ全体を減じることにより改良される。このことは、とりわけ公差チェーンにおける公差の数をより僅かにすることにより達成される。

ＩＣ構成素子のための本発明による冷却アッセンブリは、改良された熱伝導という利点を提供する。この改良された熱伝導は、とりわけ表面を高くすることによる熱導出ドームの最適化された成形により達成される。さらに絶縁体としての空隙は、本発明によるアセンブリにより排除することができる。熱源とヒートシンクとの間では、さらに１つの肉薄面状の熱伝導ペーストだけをその間に配置することにより、コンポーネント数を減じることができる。これにより、極めて効果的で迅速な熱導出が可能である。さらに、本発明による冷却アッセンブリにより設計制限は、比較的大きなＩＣ構成部品高さ公差は、当該冷却アッセンブリにおいてどんな影響ももはや有していない、ということにより減じることができる。製造プロセスおよび組付けプロセスに関して、コストは冷却アッセンブリの比較的簡単な取扱いにより減じられるという利点が存在する。従って、プリント配線板メーカにおける、外側輪郭もしくはセンタリング孔および配向孔の形成のための、プリント配線板のフライス加工が既に製造プロセスに含まれている。さらに、最終組付け時には、熱伝導ペーストの供給部は、プリント配線板とケーシングとの間に既に組み込まれているか、もしくは存在してもいる。

電子装置ケーシングが、たとえばアルミニウムといった熱伝導金属から製造されていて、その結果、外方への効果的な熱導出が達成されると有利である。アルミニウムから成るヒートシンクは、経済的な観点を考慮して、たとえばプラスチックケーシングと比べて、最良の熱伝導特性を有している。またヒートシンクは別の材料から製造することもできる。ヒートシンクを切削加工により完全な塊からフライス加工することも可能である。しかし理想的には、ヒートシンクは、たとえばアルミニウムダイカスト成形またはプラスチック射出成形といった、キャスティング法から製造したい。

電子装置ケーシングとＩＣ構成ブロックとの間に挟まれたプリント配線板が、ＩＣ構成ブロックの位置に切欠きを有していて、その結果、ＩＣ構成素子がヒートシンクに直接面状に接触していると有利である。

電子装置ケーシングが、ＩＣ構成ブロックの位置にケーシングドームを有していると有利である。このケーシングドームは、ＩＣ構成ブロックのための載置面として働く。このケーシングドームは、冷却エレメントとＩＣ構成ブロックとの間の直接の接触接続を可能にし、別の構成素子、たとえばＩＣ構成ブロックのための保持部を、その間に接続する必要はない。

有利には、ＩＣ構成エレメントは熱伝導ペーストによりケーシングドームに接合されている。熱伝導ペーストは、その熱伝導能に基づき熱をＩＣ構成ブロックから最適に導出する。

ケーシングドームが、成形部を備えたＩＣ構成ブロックのための載置面を有していると、有利でもある。載置面の成形により表面は拡大される。このことは改良された熱伝導に貢献し、組付け力の減少に貢献する。

本発明は、付加的な構成部品を必要とせずに、ＩＣ構成素子の効果的で直接的な冷却、および簡単な組付けを可能にする、ＩＣ構成素子のための冷却アッセンブリを提供する。当該冷却アッセンブリは、高められた温度要求に基づき、特に自動車領域の電子装置ケーシングにおける使用に適している。

本発明に係る冷却アッセンブリを備えたＩＣ構成素子は、冷却アッセンブリを備えたＩＣ構成素子であって、前記冷却アッセンブリが、殊に自動車の領域用の、ヒートシンクを有する電子装置ケーシングとして構成されている形式のものにおいて、ＩＣ構成素子が、電子装置ケーシングにおけるヒートシンクに直接配置されていることを特徴とする。

本発明に係るＩＣ構成素子は、有利には、電子装置ケーシングが、アルミニウムから製造されている。

本発明に係るＩＣ構成素子は、有利には、電子装置ケーシングとＩＣ構成素子との間に支承されたプリント配線板が、ＩＣ構成素子の位置に切欠きを有している。

本発明に係るＩＣ構成素子は、有利には、電子装置ケーシングが、ＩＣ構成素子の位置にケーシングドームを有している。

本発明に係るＩＣ構成素子は、有利には、ＩＣ構成素子が、ケーシングドームに熱伝導ペーストにより接合されている。

本発明に係るＩＣ構成素子は、有利には、ケーシングドームが、ＩＣ構成素子のための、成形部を備えた載置面を有している。

以下に、本発明の別の利点および構成を実施例と図面とに基づき詳しく説明する。

図１の斜視図には、ＩＣ構成素子２を備えた本発明による冷却アッセンブリ１が示されている。ＩＣ構成素子２は、端子脚部とはんだ部３とを介してプリント配線板４に接触接続されている。このプリント配線板４は、熱伝導ペースト５から成る層を介してケーシング壁６に接続されている。このケーシング壁６は冷却リブ７に通じている。

図２の断面図には、ＩＣ構成素子２を備えた本発明による冷却アッセンブリ１が示されている。断面図から、ケーシング壁６はＩＣ構成素子２の位置に、有利には平坦な載置面を備えたケーシングドーム８を有している。載置面はケーシング壁６から突出していて、ＩＣ構成素子２の載置領域を有している。ドームとＩＣ構成素子との間のギャップには、熱伝導ペーストが、ＰＣＢとケーシングとの間に設けられているのと同じように設けられている。さらに、ケーシング壁６は、有利には２つの円形の溝９を有している。これらの溝９は円形のケーシングウェブ１０により互いに離間されている。このケーシングウェブ１０は、プリント配線板が孔縁部に沿ってウェブに載置するように位置決めされている。

図３の分解図には、ＩＣ構成素子２と、プリント配線板４と、熱伝導ペースト５から成る層とを備えた冷却アッセンブリ１が示してある。プリント配線板４は、有利には円形の切欠き１１を有している。この切欠き１１の上側にＩＣ構成素子２が位置決めされている。これにより冷却しようとするＩＣ構成素子２は、ケーシング壁６もしくはヒートシンクに直接接触させることが可能である。プリント配線板４とＩＣ構成素子２とを位置固定するために、ケーシングドーム８の載置面と、ケーシング壁６の溝９の周囲の平坦な載置面とに、熱伝導ペースト５から成る層が供給される。

図４の縦断面図には、ＩＣ構成素子２を備えた本発明による冷却アッセンブリ１が示されている。この実施例では、ケーシングドーム８は有利には凹面状の載置面を有している。

図５の分解図には、ケーシングドーム８の凹面状の載置面に調和するように成形された、熱伝導ペースト５から成る凸面状の層が示されている。

図６の別の実施例の断面図には、ＩＣ構成素子２を備えた本発明による冷却アッセンブリ１が示されている。この場合、図７の分解図から判るように、ケーシングドーム８の載置面は、有利には十字目に類似した成形部を有している。ケーシングドーム８に載置している熱伝導ペースト５から成る層は、ローレット切りされた成形部によりもたらされた割れ目を埋め、ＩＣ構成素子２に対する側では平坦に成形されている。

図８のさらに別の実施例の断面図には、ＩＣ構成素子２を備えた本発明による冷却アッセンブリ１が示されている。この場合、図９の分解図から判るように、ケーシングドーム８の載置面は、有利には２つの平面において、尖って先細りしている、載置面の中央点においてぶつかる先端を有する楔形部により形成されている。ケーシングドーム８に載置している熱伝導ペースト５から成る層は、成形部からもたらされた割れ目を埋め、ＩＣ構成素子２に平坦に接触している。

図１０のさらに別の実施例の断面図には、ＩＣ構成素子２を備えた本発明による冷却アッセンブリ１が示されている。この場合、図１１の分解図から判るように、ケーシングドーム８の載置面は、有利には突起状の成形部を有している。この場合、突起の分割はレゴブロックに類似している。ケーシングドーム８に載置している熱伝導ペースト５から成る層は、突起状の成形部によりもたらされた割れ目を埋め、ＩＣ構成素子２に対する上面では平坦に形成されている。

図１２のさらに別の実施例の断面図には、ＩＣ構成素子２を備えた本発明による冷却アッセンブリ１が示されている。この場合、図１３の分解図から判るように、ケーシングドーム８の載置面は、有利には方形に成形されている。これにより、プリント配線板４に同様に方形の切欠と、方形に形成された溝９もしくは方形に形成されたケーシングウェブ１０とがもたらされる。このために熱伝導ペースト５から成る層にも、ケーシングドーム８の載置面の方形の成形部が考慮される。

本発明は、第１に有利には、ＩＣ構成素子２のための冷却アッセンブリ１を提供する。この冷却アッセンブリ１はＩＣ構成素子２の効果的で直接的な冷却と簡単な組付けとを、付加的な構成部品を必要とせずに可能にする。当該冷却アッセンブリ１は、特に自動車領域において電子装置ケーシングでの適用に適している。

ＩＣ構成素子を備えた本発明による冷却アッセンブリの斜視図である。 ＩＣ構成素子を備えた本発明による冷却アッセンブリの縦断面図である。 図２のＩＣ構成素子を備えた本発明による冷却アッセンブリの分解図である。 ＩＣ構成素子を備えた冷却アッセンブリの第２の実施例の縦断面図である。 図４の冷却アッセンブリの分解図である。 ＩＣ構成素子を備えた冷却アッセンブリの第３の実施例の縦断面図である。 図６の冷却アッセンブリの分解図である。 ＩＣ構成素子を備えた冷却アッセンブリの第４の実施例の縦断面図である。 図８の冷却アッセンブリの分解図である。 ＩＣ構成素子を備えた冷却アッセンブリの第５の実施例の縦断面図である。 図１０の冷却アッセンブリの分解図である。 ＩＣ構成素子を備えた冷却アッセンブリの第６の実施例の縦断面図である。 図１２の冷却アッセンブリの縦断面図である。

Claims (6)

1. 冷却アッセンブリ（１）を備えたＩＣ構成素子（２）であって、前記冷却アッセンブリ（１）が、殊に自動車の領域用の、ヒートシンク（７）を有する電子装置ケーシングとして構成されている形式のものにおいて、
   ＩＣ構成素子（２）が、電子装置ケーシングにおけるヒートシンク（７）に直接配置されていることを特徴とする、冷却アッセンブリを備えたＩＣ構成素子。
2. 電子装置ケーシングが、アルミニウムから製造されている、請求項１記載のＩＣ構成素子。
3. 電子装置ケーシングとＩＣ構成素子（２）との間に支承されたプリント配線板（４）が、ＩＣ構成素子（２）の位置に切欠き（１１）を有している、請求項１または２記載のＩＣ構成素子。
4. 電子装置ケーシングが、ＩＣ構成素子（２）の位置にケーシングドーム（８）を有している、請求項１から３までのいずれか一項記載のＩＣ構成素子。
5. ＩＣ構成素子（２）が、ケーシングドーム（８）に熱伝導ペースト（５）により接合されている、請求項１から４までのいずれか一項記載のＩＣ構成素子。
6. ケーシングドーム（８）が、ＩＣ構成素子（２）のための、成形部を備えた載置面を有している、請求項１から５までのいずれか一項記載のＩＣ構成素子。

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