JP2011511455A - プリント回路基板内の断熱用開口 - Google Patents

Abstract

システムは、感温性装置とプリント回路基板を備えている。感温性装置はプリント回路基板に接続されている。感温性装置と発熱装置との間のプリント回路基板から、感温性装置に対する断熱材として動作する開口が切り取られる。
【選択図】図１Ａ

Description

ほとんど全ての電子機器は、１つ以上の様々なプリント回路基板（「ＰＣＢ」）を備えている。ＰＣＢは比較的薄い積層基板であり、上に集積回路や他の電子部品が搭載されている。プリント回路基板は一般に、サンドウィッチ状の形状で配列された複数の導電性の層や絶縁層を備えている。導電層は一般に、絶縁層の絶縁材料によって互いに分離され、また面内に引き回された導電経路すなわちトレースを有している。これらのトレースは、通常、ＰＣＢに搭載された電子部品の導電部分を電気的に接続するように設計されて、電気的相互接続体を形成する。絶縁層は、これらの導電経路を互いに電気的に分離する。導電性トレースや絶縁材料による層の原理的な構造は、ＰＣＢ状のパッケージ基板を有するパッケージ化されたマイクロチップ内においても小規模に使用される。

極めて多くの場合、感温性装置がＰＣＢに接続される。しかしながら、これら感温性装置は、感温性装置の近くでＰＣＢに接続される集積回路や装置が発生する熱によって悪影響を受ける。この影響を最小限に抑えるために、全ての不要な導体材料が、感温性装置の周りから取り除かれる。このため、非導体材料が、これは多くの場合ＦＲ４であるが、断熱材として使用される。しかしながら、熱が依然として感温性装置に悪影響を与える可能性がある。従って、ＰＣＢに接続される感温性装置に与える熱の影響を低減させるシステムを設計することが望まれる。

本発明の具体例としての実施形態を詳細に説明するために、ここで添付の図面を参照する。

本発明の実施形態によるプリント回路基板の例示的な実施形態を示す図である。 本発明の実施形態によるプリント回路基板の例示的な実施形態を示す図である。 本発明の実施形態によるプリント回路基板の例示的な実施形態を示す図である。 本発明の実施形態によるプリント回路基板の例示的な実施形態を示す図である。 本発明の実施形態によるプリント回路基板を備える例示的なコンピュータ・システムを示す図である。 本発明の実施形態に基づいて実行される方法の例示的なフローチャートを示す図である。

（表記法及び用語）
個々のシステム構成要素を指すために、特定の用語が下記の説明及び特許請求の範囲を通して使用される。当業者は理解されるように、コンピュータ会社はある構成要素を異なる名前で呼ぶことがある。本願は、機能ではなく名前が異なる構成要素間を区別することを意図していない。下記の説明及び特許請求の範囲では、「含む（including）」及び「包含する（comprising）」という用語は、オープンエンド様式で使用されるため、「含むが〜に限定されない」と意味するものと解釈すべきである。同様に、「接続する（couple）」という用語は、間接的、直接的、光学的、又は無線による電気的接続のどれかを意味することを意図されている。このように、第１の装置が第２の装置に接続する場合、その接続は直接的な電気接続、他の装置又は接続体を介する間接的な電気接続、光電気的な接続、又は無線電気的接続によるものとすることができる。

（詳細な説明）
下記の説明は、本発明の様々な実施形態に関する。１つ以上のこれらの実施形態は好適ではあるが、開示された実施形態は、特許請求の範囲を含め開示内容の範囲を限定するものとして解釈、あるいは使用されるべきではない。さらに、下記の説明は広い応用例を有し、また実施形態の説明はその実施形態を単に例示することを意味するものであり、特許請求の範囲を含む開示内容の範囲がその実施形態に限定されるということを暗に示すことを意図していないことは、当業者には理解されるであろう。

図１Ａは、本発明の実施形態によるプリント回路基板（「ＰＣＢ」）１０２を示している。このＰＣＢ１０２は、集積回路１０８及び１１０を備えている。しかしながら、ＰＣＢ１０２は、多数の他の集積回路や装置も備えることができる。集積回路１０８及び１１０は、ＰＣＢ１０２の全体に広がる熱を発生する。例えば、集積回路１０８は、多量の熱を放散するプロセッサとすることができる。ＰＣＢ１０２は、導電性トレース１１２、１１４、及び１１６も含んでいる。トレース１１２、１１４、及び１１６は一般に、ＰＣＢ上に搭載された電子部品の導電性部分に電気的に接触するように設計され、これにより電気的相互接続体が形成される。これらのトレース１１２、１１４、及び１１６は、ＰＣＢ１０２が製造される間にＰＣＢ１０２においてエッチングされ、例えば、銅から形成される。

図１Ａは、ＰＣＢ１０２に搭載された感温性装置（「ＴＳＤ」）１０６も示している。感温性装置１０６はＰＣＢ１０２上のどの場所においてもＰＣＢ１０２に接続されることができるが、ＰＣＢ１０２の端部近くで感温性装置１０６を接続することが好ましい。また、感温性装置は１つしか示されていないが、複数の感温性装置をＰＣＢ１０２上に搭載することもできる。感温性装置１０６は、感温性装置１０６がＰＣＢ１０２に接続される位置においてＰＣＢ１０２からのリード線の温度を測定できる、ＰＣＢ１０２に接続された集積回路と考えられる。このように、ＰＣＢ１０２の温度は、感温性装置１０６によって測定される。感温性装置１０６は、感温性装置１０６の位置における周囲空気の温度も測定できる。しかしながら、感温性装置１０６は必ずしも温度を測定できる必要はない。感温性装置１０６は、その動作が温度に対して感受性が高い装置である（例えば、その動作が温度によって悪影響を受ける装置である）。

ＰＣＢ１０２の感温性装置１０６が直面する温度は、ＰＣＢ１０２の全体に放散する熱を発生する集積回路１０８及び１１０によって影響される。種々の実施形態によれば、感温性装置１０６を集積回路１０８及び１１０が発生した熱から隔離するために、開口１０４（例えば、切り抜き）がＰＣＢ１０２の中に形成される。幾つかの実施形態では、ＰＣＢ１０２の製造時に、銅のトレース（例えば、トレース１１２、１１４）は、開口１０４が配置されると予想される場所にはエッチング形成されない。１つ以上のトレース１１２又は１１４は、感温性装置１０６をＰＣＢ１０２上の他の装置に接続するために存在する必要がある。このように、感温性装置１０６の３つの側には銅のエッチング１１２及び１１４は存在せず、感温性装置１０６を取り巻く領域は、半島に似ている。

幾つかの実施形態では、開口１０４は、銅が存在しない領域内においてＰＣＢ１０２を切り開くためのドリル又はルーティング（routing）のビットを用いて作製される。このことは、ＰＣＢ１０２の最終的な外形が切り取られるときに行われる。しかしながら、開口１０４は、ＰＣＢ１０２から切り取られる必要はない。例えば、ＰＣＢ１０２が製造されるときにＰＣＢ１０２の一部として、モールドが開口１０４を含んでいてもよい。種々の実施形態では、開口１０４はＰＣＢ１０２の端部まで延長する。空気が、開口１０４を満たし、また感温性装置１０６をＰＣＢ１０２に接続された他の装置や回路が発生した熱から断熱するために使用される。しかしながら、空気以外の断熱材も使用できる。例えば、電子の動きに抵抗性のある任意の断熱材料を開口１０４として使用できる。しかしながら、空気は十分な断熱性を極めて安価に提供する。空気以外の断熱材が使用される場合、空気よりも良好な断熱性を提供するために、そのような断熱材は空気のそれよりも小さい伝導係数を有することが好ましい（しかし必須ではない）。

幾つかの実施形態では、開口１０４は、開口を切り取るために使用されるドリル・ビットの幅に一致する。このため、開口１０４の最小幅（図１Ａでは１０７で示されている）は、開口を切り取るドリル・ビットの直径に等しい。しかしながら、開口１０４の幅は、ドリル・ビットの直径に限定されることはない。開口１０４の幅は、切り取りがＰＣＢ１０２の全層を貫通して完全に行われる限り、ユーザが希望しているものと同じぐらい広くても狭くてもよい。例えば、レーザを用いた場合の開口１０４の切り取りは、幅が１ミル（１インチの１／１０００（約０．０２５４ミリメートル））未満であってもよく、依然として感温性装置１０６を断熱するように動作するだろう。

幾つかの実施形態では、開口１０４が感温性装置１０６と集積回路１０８及び１１０などの発熱装置との間に配置されて、熱分離が行われる。開口１０４の幅と長さは、少なくとも感温性装置１０６と同じ大きさである。例えば、図１Ａは、感温性装置の幅を１１１で、長さを１１３として表している。幾つかの実施形態では、開口１０４の大きさは、少なくとも１１１及び１１３である。しかしながら、開口１０４は、細長い限り特定の長さとする必要はない。開口１０４は、感温性装置１０６と集積回路１０８及び１１０などの発熱装置との間に配置されている限り、ユーザが望むように長く又は短くすることができる。幾つかの実施形態では、開口１０４が感温性装置１０６と隣接する、つまり開口１０４は、感温性装置１０６を断熱するために、それに十分に接近する。

感温性装置１０６が、発熱する集積回路１０８及び１１０から断熱されるため、この感温性装置１０６は、集積回路１０８及び１１０、又はＰＣＢ１０２に接続された他の集積回路又は装置が発生する熱から影響を受けることなく、自身の位置でＰＣＢ１０２の温度を適切に測定することができる。

図１Ｂは、本発明によるＰＣＢ１０２の別の実施形態を示している。図１Ｂは、開口１２０が開口１０４と同じ形状に切り取られていないことを除けば図１Ａと同様である。感温性装置１０６はＰＣＢ１０２に接続され、かつトレース１１２、１１４、及び１１６によって集積回路１０８及び１１０に電気的に接続されている。開口１２０はＰＣＢ１０２を完全に貫通して切り取られるため、集積回路１０８及び１１０が発生した熱から感温性装置１０６を断熱する空気が提供される。しかしながら、開口１２０はＰＣＢ１０２の端まで延長していない。このため、ＰＣＢ１０２は、ＰＣＢ１０２の位置１２２において切り取られる穴部又は開口を有していない。開口１２０がＰＣＢ１０２の端まで延長していないため、ＰＣＢ１０２の剛性は図１Ａのものよりも高くなることができる。

図１Ｃは、本発明によるＰＣＢ１０２の別の実施形態を示している。図１Ｃでは、２つの開口１３０及び１３２が、ＰＣＢ１０２から切り取られている。感温性装置１０６はＰＣＢ１０２に接続され、かつトレース１１２、１１４、及び１１６によって集積回路１０８及び１１０に電気的に接続されている。開口１３０及び１３２はＰＣＢ１０２を完全に貫通して切り取られるため、集積回路１０８及び１１０が発生した熱から感温性装置１０６を断熱する空気が提供される。

図１Ｄは、本発明によるＰＣＢ１０２の別の実施形態を示している。図１Ｄでは、複数（３個以上）の開口１４０及び１４２が、ＰＣＢ１０２から切り取られている。感温性装置１０６はＰＣＢ１０２に接続され、かつトレース１１２、１１４、及び１１６によって集積回路１０８及び１１０に電気的に接続されている。開口１４０及び１４２はＰＣＢ１０２を完全に貫通し、直角に切り取られるため、集積回路１０８及び１１０が発生した熱から感温性装置１０６を断熱する空気が提供される。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄから分かるように、開口１０４、１２０、１３０、１３２、１４０、及び１４２が感温性装置１０６と集積回路１０８及び１１０などの発熱装置との間に配置されている限り、感温性装置１０６は、ある程度断熱される。

図２は、本発明によるＰＣＢ１０２を備える例示的なコンピュータ・システムを示している。システム２００はディスクトップ・コンピュータ２００として示されているが、ユーザ・インターフェースに接続された同程度のコンピューティング能力を有するどのような電子装置も、ＰＣＢ１０２を備えるように構成されることができる。とりわけ、サーバ、携帯用コンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）及び携帯電話は、ＰＣＢ１０２を備えるように構成され得る。

図示のように、システム２００は、筐体２０２、ディスプレイ２０４、及び入力装置２０６を備えている。筐体２０２はディスプレイ２０４及び入力装置２０６と接続されて、ユーザがコンピュータ・システム２００と対話できるようにされる。ディスプレイ２０４と入力装置２０６は、ユーザ・インターフェースとして一緒に動作することができる。ディスプレイ２０４はビデオ・モニタとして示されているが、プリンタ、スピーカ、又はユーザに情報を伝える他の手段など多くの別の形態を取ることができる。入力装置２０６はキーボードとして示されているが、同様に、ボタン、マウス、キーパッド、ダイアル、モーション・センサ（motion sensor）、カメラ、マイクロフォン又はユーザから情報を受け取るための他の手段など多くの別の形態を取ることができる。ディスプレイ２０４と入力装置２０６の両方を、筐体２０２の中に組み込んでもよい。

筐体２０２は、ＰＣＢ１０２に接続されたプロセッサ、メモリ、及び情報記憶装置を備えている。この筐体２０２は、システム２００が有線又は無線のネットワークを介して情報を受信できるようにされるネットワーク・インターフェースをさらに備えることができる。筐体２０２は、システム・ファン２０８も備えている。このシステム・ファン２０８は、ＰＣＢ１０２に接続されたプロセッサや他の集積回路が発生する熱を消散させる気流を作るように設計されている。

幾つかの実施形態では、感温性装置１０６は、システム・ファン２０８の通気孔気流の中のＰＣＢ１０２上に直接配置される。前述されたように、感温性装置１０６は、自身の位置においてＰＣＢ１０２の温度を測定するために使用されることができる。従って、感温性装置１０６がシステム・ファン２０８の通気孔気流の中に直接配置されるので、感温性装置１０６は、ＰＣＢ１０２に接続された集積回路が発生する熱を消散させるために使用される周囲空気温度を測定するために使用されることができる。この周囲空気温度は、音響に優しいファン曲線（acoustic friendly fan curve）を発生するために使用される。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄからの開口１０４、１２０、１３０、１３２、１４０、及び１４２は、より正確なファン曲線を可能にする。ファン曲線は、ファンが温度に基づいてなる必要がある毎分の回転数を示す温度対ファン速度のグラフである。開口１０４、１２０、１３０、１３２、１４０、及び１４２が感温性装置１０６を集積回路１０８及び１１０が発生した熱から断熱するために、感温性装置１０６はより正確に周囲空気温度を測定することができる。このため、より正確なファン曲線をもたらすファン曲線を発生するために、より正確なデータを入手できる。

空気温度の読出しは、筐体２０２の他の領域でも価値がある。このため、ＰＣＢ１０２は筐体２０２内のどこにでも配置することができる。例えば、感温性装置１０６が、筐体２０２の後部の空気温度を測定することが必要とされることがある。従って、この開示内容は、システム・ファン２０８の通気孔気流の中に直接配置されるＰＣＢ１０２に限定されることはない。

図３は、本発明の実施形態に基づいて実行される方法３００の例示的なフローチャートを示している。この方法は、ブロック３０２において、開口１０４、１２０、１３０、１３２、１４０、又は１４２をＰＣＢ１０２から完全に切り取るステップを含んでいる。この開口は、ＰＣＢ１０２上の感温性装置１０６と集積回路１０８又は１１０などの発熱装置との間に配置される。前述されたように、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄでは、１つ又は複数の開口がＰＣＢ１０２から切り取られて、感温性装置１０６に対する断熱が得られる。ＰＣＢ１０２の製造時には、銅トレースは、開口１０４、１２０、１３０、１３２、１４０、又は１４２が切り取られる予定の場所内のＰＣＢ１０２にはエッチング形成されない。銅トレース１１２及び１１４が感温性装置１０６をＰＣＢ１０２に搭載された他の装置に接続するために必要とされるので、感温性装置１０６の最大３つの側が開口１０４、１２０、１３０、１３２、１４０、及び１４２によって断熱され得る。

上記の説明は、本発明の原理及び種々の実施形態を例示することを意図している。多数の変形例や修正例は、上記の開示内容を十分理解すれば、当業者には明らかになるであろう。下記の特許請求の範囲が全てのそのような変形例や修正例を含むと解釈されるものとする。

１０２ プリント回路基板（ＰＣＢ）
１０４ 開口
１０６ 感温性装置（ＴＳＤ）
１０８ 集積回路
１１０ 集積回路
１１２ 導電性トレース
１１４ 導電性トレース
１１６ 導電性トレース

Claims (20)

1. 少なくとも１つの層を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
   断熱材として動作するために、感温性装置の位置と発熱装置の位置との間に配置された、前記ＰＣＢの全ての層を貫通する開口と、
   を備えているシステム。
2. 前記開口が、空気と、伝導係数が空気よりも小さい任意の材料とから成るグループから選択された断熱媒体で充填される請求項１に記載のシステム。
3. 前記感温性装置が、該感温性装置が前記ＰＣＢに接続される位置の前記ＰＣＢの温度、又は前記感温性装置の位置における周囲空気温度のどちらかを測定する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記開口が前記ＰＣＢの端まで延びて前記感温性装置を断熱する、請求項１に記載のシステム。
5. 前記開口が前記ＰＣＢの端まで延びずに、２つ以上の側で前記感温性装置を断熱する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記感温性装置に隣接し、前記ＰＣＢを貫通する第２の開口をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
7. 前記第２の開口が前記開口と直交するパターンで配列される、請求項６に記載のシステム。
8. 少なくとも２つの別の開口をさらに備え、該少なくとも２つの別の開口は、直交するパターンで前記ＰＣＢから切り取られる、請求項１に記載のシステム。
9. 筐体と、
   前記筐体内のプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
   前記ＰＣＢ上に搭載された感温性装置と、
   を備え、
   前記ＰＣＢを貫通する細長い開口が、前記感温性装置と発熱装置との間に配置される、コンピュータ・システム。
10. 前記感温性装置が、該感温性装置が前記ＰＣＢに接続される位置における前記ＰＣＢの温度、又は前記感温性装置の位置における周囲空気温度を測定する、請求項９に記載のコンピュータ・システム。
11. 前記ＰＣＢがファンの通気孔気流の中に直接配置される、請求項９に記載のコンピュータ・システム。
12. 前記感温性装置が２つ以上の側で空気によって断熱されるように前記開口が配置される、請求項９に記載のコンピュータ・システム。
13. 前記開口が前記ＰＣＢの端まで延びて前記感温性装置を断熱する、請求項９に記載のコンピュータ・システム。
14. 前記開口が前記ＰＣＢの端まで延びずに、２つ以上の側で前記感温性装置を断熱する、請求項９に記載のコンピュータ・システム。
15. 前記感温性装置に隣接し、前記ＰＣＢを貫通する第２の開口をさらに備えている、請求項９に記載のコンピュータ・システム。
16. 前記第２の開口が、前記開口と直交するパターンで配列される、請求項１５に記載のコンピュータ・システム。
17. 少なくとも２つの別の開口をさらに備え、該少なくとも２つの別の開口は、直交するパターンで前記ＰＣＢから切り取られる、請求項９に記載のコンピュータ・システム。
18. 感温性装置の位置と発熱装置の位置との間のプリント回路基板（ＰＣＢ）を完全に貫通するように開口を切り取るステップを含む、方法。
19. 前記感温性装置に隣接して前記ＰＣＢを貫通するように第２の開口を切り取るステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記ＰＣＢを貫通するように少なくとも２つの別の開口を直交するパターンで切り取るステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。

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