JP2015518660A - 冷却構造を備える一体型電子モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】磁気共鳴（ＭＲ）環境と互換性があり、単純な部品から製造することができる一体型電子モジュールが提供される。【解決手段】一体型電子モジュールは、基板１と該基板１の実装面１１に実装される電子部品２とを有する。熱伝導層３は、基板１の冷却面１２に配置され、該冷却面１２は前記基板１の前記実装面１１の反対側にある。流体冷却構造４は、前記熱伝導層へ熱接触して実装される流体導管４１を備え、非磁性材料で作られる。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却構造及び電子部品を備える基板を有する一体型電子モジュールに関する。

一体型電子モジュールは、例えば特許文献１等で知られている。周知の一体型電子モジュールは、集積電子基板とともに熱交換装置として形成されている。この一体型電子基板は、プリント基板と、該プリント回路基板から分離した対向基板（反対側の基板）とを有する。電子部品はプリント基板へ実装されている。
プリント回路基板と対向基板との間の空間は、貯留層を形成する。貯留槽に流体的に対応する、流体導管の流体本体が、電子部品の上面に実装されている。冷却剤である新鮮な空気が導管に入り、プリント回路基板と対向基板との間の貯留層を通して熱を奪う。

米国特許７，３９７，６６５号公報

本発明の目的は、磁気共鳴環境と互換性があり、単純な部品から製造することができる一体型電子モジュールを提供することにある。

本発明の目的は、本発明の一体型電子モジュールによって達成され、該一体型電子モジュールは、
・基板；
・前記基板の実装面に実装される、電子部品；
・前記基板において前記実装面の反対側にある、前記基板の冷却面に配置される、熱伝導層；及び
・前記熱伝導層へ熱接触して実装される流体導管を備え、非磁性材料で作られる、流体冷却構造；
を有する。

本発明のこれら及び他の態様は、添付の図面を特徴とし、以下を参照して説明した実施形態を参照して説明される。

一態様によれば、一体型電子モジュールは、磁気共鳴環境と互換性があり、単純な部品から製造することができる。

本発明における一体型電子モジュールの概略側面図である。

図１は、本発明における一体型電子モジュールの概略側面図である。基板１の実装面１１において、複数の電子部品２が実装されている。基板１はプリント回路基板（printed circuit board:ＰＣＢ）であってもよく、又は電気絶縁層であってもよい。
電子部品２は、電気接続部２１によって、ＰＣＢ表面１１１にある導電トレース１１２に電気的に接続されている。この種のＰＣＢは、熱伝導性を最大にするため、典型的に単一のレイヤーボードであり、それゆえ、接続は、ＰＣＢの部品側でのみ行われる。
絶縁層が基板１として用いられる場合、電気接続部２２は、電子部品２間の直接接続を提供できる。電子部品２間の接続又はＰＣＢにおける電子部品２の接続は、一体型電子モジュールの機能性を規定する電子回路を形成する。
このような絶縁金属基板ＰＣＢは、基本的に、表面実装部品のみで組立てられることが可能になる（スルーホール又はビアなしで組み立てられる）。このようなタイプのＰＣＢは、単一の層のみを備えるので、可能な限り比較的簡潔な回路が好まれ、そうでなければ、信号の経路制御が困難になるおそれがある。従って、このタイプのＰＣＢは、典型的に、アンプ、レギュレーター、パワーＬＥＤ、又はパワー抵抗等のたくさんの電力を消費する部品、のみを有している。
電子部品２は基板１の実装面１１に実装される。基板１の実装面１１の反対側は、冷却面１２と呼ばれる。

動作中、電子部品は熱を発生するものである。熱伝導層３は、高い熱伝導性を持つ連続的な層として、冷却面１２上に配置されている。例えば、熱伝導層３は、連続的な銅の層であってもよい。熱伝導層３は、基板１と流体冷却構造４との間の良好な熱変換を提供する。このように、本発明の一体型電子モジュールの過熱を回避するように、流体冷却構造４は、電子部品２によって発生した熱を奪うことができる。
熱伝導層３の適切な材料は、銅（熱伝導：３８５Ｗ／ｍ Ｋ）又はアルミニウム（熱伝導：２０５Ｗ／ｍ Ｋ）である。アルミニウムの熱伝導性は、十分に良好であることが多く、アルミニウムを用いることによって構造を軽量化できる。

流体冷却構造４は、冷却流体が通る複数の流体導管４１を備える。冷却流体との接触領域が増加し、流体の流れが速くなると、より多い電力が消費されて冷却される。例えば、消費された電力は、通常、５０〜５００Ｗの範囲にある。この種の電力レベルは、通常、空気冷却で行うことができるが、ファンが動作しないＭＲＩ（magnetic resonance imaging:磁気共鳴画像）環境以外では、より長い距離から十分な冷却空気を運ぶことは困難であり、実用的ではない。

冷却導体を流体導管４１へ挿入し加熱された熱を奪うように、流体入力部/出力部４３（コネクタ等）は、流体導管４１に対応して流体内において設けられている。流体導管４１の１つが熱伝導層３と隣接する際に、良好な熱接触が顕著に形成される。また、複数の溝が形成される。これらの溝は、プラスチックブロックにおいて単に加工される。
本例では、熱伝導層３との境界において流体冷却構造４の周り（外周）を環状に形成されている、流体密封シール４２は、流体導管４１の外へ流体が漏れるのを防止する流体固定バリアを形成するように備えられている。例えば、流体密封シール４２のＯリングはＭＲ（magnetic resonance:磁気共鳴）互換性があるバイトン（登録商標）フッ化ゴムで作成される。

流体導管４１は、筐体４４へ収容される。流体導管４１と筐体４４の両方は、例えばプラスチック等の、非磁性で、非電導な、比較的安価な材料で作製される。冷却流体のための導管４１は例えば、単一の層にのみおいて配置される。流体が流れるためのプラスチック冷却ブロックの底部には、シンプルな溝がある。
流体冷却構造４はＲＦ（Radio Frequency:高周波）分野に対応するＲＦ周波数領域の信号は生成せず、磁場パルスの勾配に対応する渦電流も生成しない。
熱伝導層３は銅又はアルミニウムの薄い層であると好ましい。

本発明は、ＭＲ患者テーブルに使用され、撮像容積のすぐ近くでは使用されない程度に、ＭＲ互換性がある、冷却システムを提案する。特に、例えば、コイルを受信するために必要とされる、ＭＲ互換性の要求はそれほど厳格ではない。銅層の厚みが最小化される場合、提案する本発明のＭＲ互換性が改善される。
複数の実在物（entity）への銅層（熱伝導層）のスリット加工（溝付け加工）は、渦電流の影響を低減する。渦電流を避けるための溝付け加工の必要性は、ＭＲ撮像容積への距離によって決定される。

上述により、磁気共鳴環境と互換性があり、単純な部品から製造することができる一体型電子モジュールを提供することができる。

本発明の一態様の一体型電子モジュールは、
・基板；
・前記基板の実装面に実装される、電子部品；
・前記基板において前記実装面の反対側にある、前記基板の冷却面に配置される、熱伝導層；及び
・前記熱伝導層へ熱接触して実装される流体導管を備え、非磁性材料で作られる、流体冷却構造；
を有する。

流体冷却構造及び熱伝導層は、電子部品から一体型電子モジュールの外部へ非常に良好な熱交換を実現する。電子部品の動作中に発生した熱は、熱伝導層の基板を介して伝送される。熱伝導層は銅又はアルミニウムの層であってもよい。銅の熱伝導層は、その高い熱伝導率により、非常に均一な空間温度分布を提供する。冷却流体は、一体型電子モジュールから、熱を奪い外部へ運ぶ。実際には、蒸留水が良好な冷却剤となりうる。

熱伝導層は、電子部品間の電気接続を有する、プリント回路基板（ＰＣＢ）又は電気絶縁性基板等の標準的な基板へ用いられることを可能にする。この基板は、薄く熱抵抗が低いので、基板の実装面上の電子部品と、反対側の冷却面上の熱伝導層との間で良好な熱交換となる。基板の材料の熱抵抗の典型的な値は、ＣＣＡＦ−０１用：１℃／Ｗ、またはＣＣＡＦ−０６用：０．４℃／Ｗである。

流体冷却構造は、非磁性材料から作られているので、一体型電子回路モジュールは、磁気共鳴検査システムの動作に影響を与えない。なお、さまざまなレベルのＭＲＩ互換性がある。電子部品が、撮像容積の内側又は非常に接近している部品（ＭＲＩ、ＲＦ受信コイル等）へ適用される場合、ＭＲＩ互換性がほぼ完全である必要がある。
本発明では、ＭＲＩ互換性は、いくつかの制御電子回路は、完全な磁場中であって、磁気共鳴検査システムの勾配とＲＦフィールドによって影響を受ける、患者テーブルで使用される程度にすべきである。このレベルのＭＲＩ互換性のための、磁気共鳴検査システムの撮像容積への距離は、典型的には１メートル以上である。

本発明の一体型電子モジュールは、制御されるシステム・コンポーネント（制御系統部品）に近い制御電子部品を配置することを可能にする。
例えば、高密度焦点式超音波治療（high-intensity focused ultrasound therapy：ＨＩＦＵ）に導かれるＭＲ画像において、システム駆動アンプは、高密度焦点の超音波ビームを生成するための振動子（Transducer）の近くに取り付けることができる。
また、電気モーターを制御するための電子部品は、モーターの近くに設けることができる。機械的位置決め部/ロボットを制御する、（例えば５つの）長いネジを回転させるために使用される、特殊な非磁性モーターを備える機械的な位置決め装置が利用可能である。ＨＩＦＵシステムの超音波送信振動子は、この位置決め装置に固定される。そして、モーターは、振動子を５つの自由度で要求された位置と角度へ移動させるために使用することができる。
従来の機械的な位置決め装置は、それ自体が国際出願のＷＯ２００８／０２６１３４及びＷＯ２０１１／０３６６０７を形成されたもので、知られている。
直腸又は経尿道のＨＩＦＵ前立腺アプリケーション用の機械的位置決め装置は、回転スティックのみ備える、よりシンプルなモータシステムを備えていてもよく、可能であれば、振動子スティックを「入力/出力」間で移動させるための第二モーターを備えていてもよい。

本発明のこれら及び他の態様はさらに、従属請求項に規定される実施形態を参照して詳述する。

一体型電子モジュールの好ましい実施形態では、流体導管は、熱伝導層に隣接して配置されている。これは、非常に効率的な熱交換が達成されるように、熱伝導層と冷却構造の特に流体導管内の冷却剤との間の優れた熱的接触を提供する。これは、熱伝導層と流体導管内の冷却流体との間の最適な熱交換を実現する。
流体導管と熱伝導層とが接触する場所から流体が漏れないように、流体密封シールは、例えばＯリングシールの形で、流体導管と熱伝導層との間に設けられている。

本発明のさらなる実施形態において、流体導管は、冷却面の領域にわたって分布される。流体導管は、例えば、液体入力コネクタから液体出力コネクタへの単一の溝等のように形成されている。

本発明のさらなる実施形態において、流体冷却構造において、複数の流体導管が設けられている。また、複数の溝が形成されてもよい。熱伝導層と冷却流体との接触面積が最大となり、流体の流れが最大となるときの熱伝達能力が増大する。

本発明の別の好ましい実施形態では、流体導管は、熱伝導層に隣接している。

１ 基板
２ 電子部品
３ 熱伝導層
４ 流体冷却構造
１１ 実装面
１２ 冷却面
２１，２２ 電気接続部
４１ 流体導管
４２ 流体密封シール
４３ 流体入出力部
４４ 筐体

一体型電子モジュールは、例えば特許文献１等で知られている。周知の一体型電子モジュールは、集積電子基板とともに熱交換装置として形成されている。この一体型電子基板は、プリント基板と、該プリント回路基板から分離した対向基板（反対側の基板）とを有する。電子部品はプリント基板へ実装されている。
プリント回路基板と対向基板との間の空間は、貯留層を形成する。貯留槽に流体的に対応する、流体導管の流体本体が、電子部品の上面に実装されている。冷却剤である新鮮な空気が導管に入り、プリント回路基板と対向基板との間の貯留層を通して熱を奪う。
さらに、特許文献２は、プラスチック制御板を開示している。このプラスチック制御板トは、アルミニウム熱伝導体が上方に配置される回路基板を備える。チャネルを通って流れる冷却媒体が熱伝導体に対して直接流れるように、熱伝導体はチャネル上に配置される。

【０００３】
【特許文献】
【特許文献１】米国特許７，３９７，６６５号公報
【特許文献２】 米国出願２００４/００３２４５号公報

本発明の目的は、本発明の一体型電子モジュールによって達成され、該一体型電子モジュールは、
・基板；
・前記基板の実装面に実装される、電子部品；
・前記基板において前記実装面の反対側にある、前記基板の冷却面に配置される、熱伝導層；及び
・溝付き銅層として形成される前記熱伝導層へ熱接触して実装される流体導管を備え、非磁性材料で作られる、流体冷却構造；
を有する。

本発明の一態様の一体型電子モジュールは、
・基板；
・前記基板の実装面に実装される、電子部品；
・前記基板において前記実装面の反対側にある、前記基板の冷却面に配置される、熱伝導層；及び
・溝付き銅層として形成される前記熱伝導層へ熱接触して実装される流体導管を備え、非磁性材料で作られる、流体冷却構造；
を有する。

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板の実装面に実装される、複数の電子部品と、
   前記基板において前記実装面の反対側にある、前記基板の冷却面に配置される、熱伝導層と、
   前記熱伝導層へ熱接触して実装される流体導管を備え、非磁性材料で作られる、流体冷却構造と、
   を有する、
   一体型電子モジュール。
2. 前記流体導管は、前記熱伝導層と隣接しており、
   流体密封シールが、前記流体導管の外周及び前記熱伝導層の表面へ隣接して備えられている、
   請求項１記載の一体型電子モジュール。
3. 前記流体導管は、前記冷却面の領域わたって分布される、請求項１記載の一体型電子モジュール。
4. 前記流体冷却構造は、複数の流体導管を備える、
   請求項１又は２記載の一体型電子モジュール。
   
   

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