JP2013536587A - 少なくとも１つのセラミック部品を含むプリント回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのセラミック部品（２、３、４）が、セラミック部品（２、３、４）によって生成された熱が放出されることを可能とするとともに、セラミック部品（２、３、４）および基板（１）における亀裂を防ぐように取り付けられた基板（１）を含むプリント回路に関する。この目的のために、セラミック部品（２、３、４）は、金属マトリクス複合材料からなる２つのコネクタ（５、６）によって基板（１）上に取り付けられている。前記２つのコネクタは、さらに、好ましくは、基板内で及ぼされる機械応力がコネクタに引き込まれることを可能にするように切り込みを有している。

Description

本発明は、少なくとも１つの電子または電気セラミック部品を含むプリント回路に関する。より具体的には、本発明は、特にプリント回路がオンボードの苛酷な環境、例えばターボジェットエンジン内にある場合の、プリント回路上の電気または電子セラミック部品のための組み立て解決法に関する。

電子ボードまたは組立部上でのセラミックコンデンサの使用は、部分的にセラミックコンデンサの材料の脆弱性による信頼性の問題を引き起こす。確かに、セラミックは、その弾性限界を超える機械応力を支持せず、したがって、それは、破損する傾向がある。これらの亀裂は、コンデンサーの能力を制限し、さらに絶縁破壊を引き起こす可能性がある。この問題は、１ｃｍより大きなコンデンサーにおいて特に重要である。

同様に、セラミック抵抗器は、プリント回路板上に実装される場合に信頼性の問題を有する。この問題は、支持体および支持体上に支えられた部品が互いに異なる熱膨張係数を有する場合に一般的に観察される。

この問題に対処する現在の解決法は、部品のサイズを 制限し、それは部品の容量をも制限し、またはそれらの支持体にセラミック部品を取り付けるために中間コネクタを使用することからなる。これらの中間コネクタは、セラミック部品の亀裂を防ぐために、セラミックに近い熱膨張係数を有さなければならない。したがって、現在、中間コネクタは、ＦｅＮｉＣｏなどの合金からなり、およそ６ｐｐｍ／Ｋの熱膨張係数を有する。

出願人は、そのような中間コネクタの使用が、セラミック部品の加熱をもたらし、それは、コネクタの容量の減少をもたらす可能性があることが分かった。特に、いくつかのセラミック部品が２つのＦｅＮｉＣｏコネクタを介して並列接続されている場合には、出願人は、支持体から最も遠く平行に実装された部品が、支持体から最も近く平行に実装された部品よりも暖まることが分かった。この温度分布は、平行に実装されることが可能な部品の数を制限する。さらに、この温度分布は、特に１２５℃を超える温度に達する場合に、支持体から最も遠くに位置するコンデンサーの容量の減少を引き起こす可能性がある。出願人は、また、先行技術のコネクタの使用が、セラミック部品内で熱機械応力を増大させる可能性があることが分かった。

本発明は、少なくとも部分的に、すべてのサイズのセラミック部品が取り付けられることが可能なプリント回路を提供することによって先行技術の不都合を克服することを目標とする。

本発明の他の目的は、セラミック部品が、これらのセラミック部品における亀裂の危険性が低減された状態で取り付けられることが可能なプリント回路を提供することである。

本発明の他の目的は、部品の加熱を制限することが可能なプリント回路上にセラミック部品を取り付けるための手段を提供することである。

本発明の他の目的は、支持体から最も遠いセラミック部品の加熱を制限することが可能なプリント回路上にいくつかのセラミック部品を平行に取り付けるための手段を設けることである。

本発明の他の目的は、セラミック部品が安全に取り付けられるプリント回路を提供することである。

本発明の他の目的は、機械応力が低減されたプリント回路を提供することである。

上記を行うために、本発明の第１の態様によれば、少なくとも１つのセラミック部品が実装された支持体を含むプリント回路であって、セラミック部品は２つのコネクタによって支持体に取り付けられており、各コネクタは金属マトリクス複合材 料からなるプリント回路が提供される。

金属マトリクス複合材料からなるコネクタの選択は、それがセラミックに近い熱膨張係数を有するので特に有利であり、したがって、それは、セラミック部品における亀裂の危険性を低減することが可能である。

さらに、金属マトリクス複合材料からなるコネクタは、高い熱伝導率を有しており、したがって、セラミック部品が並列接続される場合を含めて、１つまたは複数のセラミック部品から熱の良好な放出をもたらす。確かに、 金属マトリクス複合材料からなるコネクタは、３００Ｗ／ｍＫを越える熱伝導率を有し、それは、亀裂が防がれるのでその機械的に完全な状態を維持しながらセラミック部品の自己発熱を著しく低減する。

さらに、金属マトリクス複合材料からなるコネクタは、プリント回路と第１の部品の間の形状に関する著しいばらつきにもかかわらず、プリント回路にわたって均一な温度を有することが可能である。さらに、支持体から最も遠くに位置するセラミック部品の熱が、セラミックマトリクス複合材料からなるコネクタによって放出されることができるので、本発明は、２つのコネクタ間で多くのセラミック部品を並列接続することを可能にする。

有利には、金属マトリクス複合材料は、次の群：Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ダイヤモンド、Ａｌ−Ｃ、Ａｌ−ＳｉＣ、Ａｌ−ダイヤモンドから選択される。用語「Ｃｕ−Ｃ」は、銅マトリクスおよび炭素強化材を有する複合材料を意味することが理解される。同様に、前述の他の複合材料に関して、最初に指定された化学元素は、マトリクスを形成する元素を指し、指定された第２の化学元素は、強化材を構成する元素である。

コネクタ用のこれらの材料の選択は、６〜１６ｐｐｍ／Ｋの熱膨張係数および１５０Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を有するコネクタを付与することが可能であり、それは、セラミック部品における亀裂を回避するとともに、これらのセラミック部品によって生成される熱を取り除くことを可能にする。

好ましい実施形態によれば、各コネクタは、セラミック部品と支持体との間に位置したベースを含み、ベースは切り込みで切断されている。各コネクタのベースにおけるこの切り込みは、支持体での機械および熱応力を制限することを可能にする。確かに、この切り込みは、切り込みでベースに応力を伝達することを可能にし、それら応力は、支持体内に通常存在する。しかし、コネクタが支持体より耐久性があるので、それは、プリント回路の寿命を向上することも可能である。

コネクタが良好な熱伝導率を有するので、これらの切り込みは唯一可能性がある。確かに、もしこれがそうでなければ、各コンダクタのベース部分を縮小することは、熱がセラミック部品から放出されることを防ぎ、したがって、セラミック部品の加熱をもたらす。

有利には、支持体はＸＺ平面と平行に延在し、セラミック 部品はＸ軸と平行に延在し、コネクタはＸＺ平面に垂直なＹ軸と平行に延在する。

有利には、切り込みは各コネクタのベース内に３つの区域を画定する：
切り込みに位置する縮小断面の部分、
縮小断面の部分の両側に位置する足部および接続部であり、したがって、縮小断面の部分より大きな部分を表す。

切り込みがコネクタ内で作製される場合には、それは、好ましくは、Ｘ軸に沿って延在する。

有利には、足部は、また、いくつかのタブに切断される。有利には、この切断は、切り込みの方向に垂直な方向で行われる。したがって、足部は、好ましくは、Ｚ軸に沿って切断される。

例えば溝による足部のこの分割は、切断軸に沿って足部における熱機械応力を低減し、それは、組立部の寿命を向上させることを可能にする。

様々な実施形態によれば：
足部は、セラミック部品に向けられることが可能であり、これはつまり、足部がコネクタのひと続きにおいて切り込みと支持体との間に位置したベースの一部によって形成され、この実施形態は、空間の節約を可能にする；または、
足部は、セラミック部品から外側に向けて広げられることを可能にし、これはつまり、足部が先の位置から１８０°にあるように回転されている。この場合、足部は、もはやセラミック部品の下になく、この実施形態は、支持体へのコネクタのより良好な取り付けを可能にする。

本発明は、特に、セラミック部品がセラミックコンデンサである場合に関する。

有利には、少なくとも２つのセラミック部品は、２つのコネクタによって並列接続されている。確かに、本発明は、支持体から最も遠くに位置するセラミック部品を、支持体に最も接近して位置するセラミック部品よりも上の温度に 加熱することなく、いくつかのセラミック部品を並列接続することを可能にする。

有利には、ベースは、４ｍｍを越えるＹ軸に沿った高さを有する。

有利には、切り込みは、支持体に最も接近している部品からＹ軸に沿って２ｍｍ〜６ｍｍ離れた位置にあり、それは、支持体への取り付け後にコネクタの熱機械応力を回避することを可能にする。

有利には、コネクタは、Ｘ軸に沿って約２ｍｍの厚みを有する。

有利には、縮小断面の部分は、熱機械応力を制限するとともに、部品の寿命を向上させるために、軸Ｘに沿って０．２５〜１ｍｍの厚みを有する。

本発明は、また、プリント回路内の支持体にセラミック部品を接続するための金属マトリクス複合材料の使用に関する。

本発明は、また、プリント回路内の支持体にセラミック部品を接続するためのこれらの金属マトリクス複合材料：Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ダイヤモンド、Ａｌ−Ｃ、Ａｌ−ＳｉＣ、Ａｌ−ダイヤモンドのうちの１つの使用に関する。

本発明は、また、プリント回路内の支持体にいくつかのセラミック部品を並列接続するための金属マトリクス複合材料の使用に関する。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことで明らかとなる。

本発明の実施形態によるプリント回路の斜視図である。 図１のプリント回路の正面図である。 本発明の他の実施形態によるプリント回路の正面図である。 図３のプリント回路の側面図である。 図３のプリント回路の平面図である。

明確にするために、同一または類似の要素は、すべての図において同一の参照符号で示される。

図１および図２は、本発明の第１の実施形態によるプリント回路を示す。このプリント回路は支持体（１）を含む。この支持体（１）は、好ましくは、絶縁材料によって分離された銅の１つまたは複数の薄い層の組立部から構成されている。この絶縁材料は、例えば、ポリアミド、エポキシ樹脂、またはガラス繊維とすることが可能である。支持体（１）は、一般的に４〜２５ｐｐｍ／Ｋの係数を有する。

支持体（１）はＸＺ平面と平行である。

プリント回路は、さらに、支持体（１）に並列接続された３つのセラミック部品（２、３、４）を含む。この例において、並列接続されたセラミック部品の数は３に等しいが、本発明の範囲から逸脱することなく、セラミック部品の異なる数が選択されることが可能である。通常、数ｎのセラミック部品が並列接続されることが可能であり、ここで、ｎは１以上である。

セラミック部品（２、３、４）は、この実施形態においてセラミックコンデンサであるが、本発明は、他のタイプのセラミック部品、例えば、セラミック抵抗器で行われることが可能である。

各セラミック部品はＸ軸と平行に延在している。

３つのセラミック部品（２、３、４）は、２つのコネクタ（５、６）によって支持体（１）に接続されており、その各々はＹ軸と平行に延在している。

本発明は、各コネクタ（５、６）が金属マトリクス複合材料からなるという点で特に注目すべきである。この金属マトリクス複合材料は、好ましくは、次の材料：Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ダイヤモンド、Ａｌ−Ｃ、Ａｌ−ＳｉＣ、Ａｌ−ダイヤモンドのうちの１つである。

したがって、各コネクタ（５、６）は、ＹおよびＺ軸に沿って熱膨張係数を有し、それはセラミックスの熱膨張係数に類似している。確かに、各コネクタ（５、６）は、８〜１６ｐｐｍ／Ｋの範囲にＹおよびＺ軸に沿って熱膨張係数を有し、それは、支持体（１）上でのセラミック部品（２、３、４）の組み立ての間に熱機械応力を制限することが可能である。したがって、コネクタ（５、６）の存在は、支持体（１）とセラミック部品（２、３、４）との間の熱膨張係数の差によるセラミック部品の亀裂の危険性を低減することが可能である。

さらに、各コネクタ（５、６）は、このように、ＹおよびＺ軸に沿って１５０Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有し、それは、熱流れの放散を促進することが可能である。したがって、各セラミック部品（２、３、４）によって発生された熱は、コネクタ５および６を通って放出されることが可能であり、それは、セラミック部品（２、３、４）の過熱を防ぐ。したがって、本発明は、多くのセラミック部品が積み重ねられる場合でさえ、生成された熱が放出されることが可能であるので、多くのセラミック部品の並列接続を可能にする。

各コネクタ（５、６）は、はんだ付け、蝋付け、溶接、接着、またはプリント回路に部品を取り付けるために通常使用されるいずれかの他の組み立て手段によって支持体（１）に取り付けられることが可能である。

同様に、各セラミック部品（２、３、４）は、はんだ付け、蝋付け、溶接、接着、またはコネクタに部品を取り付けるために通常使用されるいずれかの他の組み立て手段によって各コネクタ（５、６）に固定されることが可能である。

各コネクタ（５、６）はベース（７、８）を有する。ベース（７、８）は、支持体（１）と支持体（１）に最も近いセラミック部品（２）との間に位置するコネクタ（５、６）の一部である。ベース（７、８）は、好ましくは、セラミック部品と支持体との間の空気の循環を可能にするとともに、支持体と支持体に最も近いセラミック部品（２）との間の熱機械応力を低減するために、Ｙ軸に沿って少なくとも４ｍｍの高さを有する。

各ベース（７、８）は、好ましくは、切り込み（９、１０）によってＸ軸に沿って切り込みを入れられている。各切り込み（９、１０）の底は、好ましくは、コネクタが切り込み（９、１０）で破壊することを防止するために円形である。各切り込み（９、１０）は、それが属するベース（７、８）を３つの区域に分割している：
縮小断面（１１、１２）の部分、
支持体の近くに位置する足部（１３、１４）、
セラミック部品の近くに位置する接続部（１５、１６）。

各コネクタ（５、６）は、好ましくは、Ｘ軸沿って２ｍｍに実質的に等しい厚みを有する。

この場合、各縮小断面（１１、１２）の部分がＸ軸に沿って０．２５〜１ｍｍの厚みを有するように、切り込み９および１０が、好ましくは作製されている。この切り込み（９、１０）の存在は、コネクタ（５、６）の足部（１３、１４）に、支持体内に通常存在する熱機械応力を伝達させることを可能にする。しかし、コネクタ（５、６）が支持体よりも機械的に耐久性があるので、熱機械応力の引き込みは、プリント回路の寿命を向上させることが可能である。

さらに、切り込み（９、１０）は、好ましくは、コネクタ（５、６）へのセラミック部品（２）の取り付け後に熱機械応力を制限するために、支持体（１）に最も近いセラミック部品（２）からＹ軸に沿って２〜６ｍｍの距離で行われる。

さらに、セラミック部品（２、３、４）は、好ましくは、互いに十分に離れており、空気がそれらの間を循環することを可能にする。したがって、セラミック部品（２、３、４）は、好ましくは、Ｙ軸に沿って０．５〜１ｍｍの距離だけ離れている。

図３〜図５は、各コネクタ（５、６）上のベース（７、８）が、図１および図２の実施形態におけるものとは別の形態を示す他の実施形態を示す。この実施形態では、各ベース（７、８）の足部（１３、１４）は、各コネクタ（５、６）に沿わずに、セラミック部品（２、３、４）の外側に向きを変えている。より具体的には、図１および図２の実施形態では、足部（１３）は、コネクタ５のひと続きであり、＋Ｘ軸に沿って向けられている。対照的に、この実施形態では、足部（１３）は、図１および図２の足部と比較して１８０°曲げられており、その結果、足部（１３）は−Ｘ軸に沿って向けられている。同じことが、図１および図２の実施形態で−Ｘ軸に沿って向けられる足部１４に適用され、一方、この実施形態では、足部１４は、図１および図２の実施形態と比較して＋Ｘ軸に沿って向けられるように１８０°曲げられている。

さらに、図４および図５でよりはっきり分かることが可能であるように、各足部（１３、１４）は、いくつかのタブ（１３〜１３ｎ、１４ｎ〜１４ａ）にＺ軸に沿ってそれぞれ切断されている。足部（１３、１４）は、好ましくは、溝切断されている。この切断は、足部がＺ軸に沿って熱機械応力を低減することを可能にし、それは、コネクタ（５、６）と支持体（１）との間で組立部の寿命を向上させる。

図１および図２のプリント回路の足部（１３、１４）を切断して、同様にこの実施形態においてＺ軸に沿って応力を低減することが検討されることも可能である。

当然、本発明は、図を参照して説明された実施形態に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく、変形を考えることが可能である。一例は、支持体に単一の電子部品を接続することである。各ベースで他の形状を備えた切り込みが行われることも可能である。さらに、Ｚ軸に続く足部の切断は、他の形態をとることが可能である。

Claims (10)

1. 少なくとも１つのセラミック部品（２、３、４）が 実装された支持体（１）を含むプリント回路であって、
   セラミック部品（２、３、４）は２つのコネクタ（５、６）によって支持 体（１）に取り付けられており、
   各コネクタ（５、６）は金属マトリクス複合材料からなることを特徴とする、プリント回路。
2. 金属マトリクス複合材料が、次の群：Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ダイヤモンド、Ａｌ−Ｃ、Ａｌ−ＳｉＣ、Ａｌ−ダイヤモンドから選択されることを特徴とする、請求項１に記載のプリント回路。
3. 各コネクタ（５、６）がセラミック部品（２）と支持体（１）との間に位置したベース（７、８）を含み、ベース（７、８）は切り込み（９、１０）で切断されていることを特徴とする、請求項１および２のうちのいずれか一項に記載のプリント回路。
4. 切り込み（９、１０）が、各コネクタ（５、６）のベース（７、８）内に３つの区域：
   切り込み（９、１０）に位置する縮小断面（１１、１２）の部分、
   縮小断面（１１、１２）の部分の両側に位置する足部（１３、１４）および接続部（１５、１６）を画定することを特徴とする、請求項１から３に記載のプリント回路。
5. 足部（１３、１４）が、いくつかのタブ（１３ａ・・・１３ｎ、１４ａ・・・１４ｎ）に切断されていることを特徴とする、請求項１から４に記載の回路。
6. 足部（１３、１４）が、さらに、セラミック部品（２、３、４）から外側に向けて広げられていることを特徴とする、請求項４または５のうちのいずれか一項に記載の回路。
7. セラミック部品（２、３、４）がセラミックコンデンサであることを特徴とする、請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の回路。
8. 少なくとも２つのセラミック部品（２、３、４）が、２つのコネクタ（５、６）によって並列接続されていることを特徴とする、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の回路。
9. プリント回路内の支持体（１）にセラミック部品（２、３、４）を接続するための金属マトリクス複合材料の使用。
10. プリント回路内の支持体（１）にいくつかのセラミック部品（２、３、４）を並列接続するための金属マトリクス複合材料の使用。

Images