JP2016502280A - プリント回路基板の冷却装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの面または第１の面と、プリント回路基板の前記少なくとも１つの面にろう付けされた少なくとも１つのヒートシンク（９）とを有するプリント回路基板を備え、前記少なくとも１つのヒートシンク（９）は冷却剤流に設けられうる、プリント回路基板用の冷却装置に関する。本発明は、自動車に適している。

Description

本発明の技術分野は、発熱が想定される電子プリント回路基板と、前記電子コンポーネントを冷却する装置の分野である。このようなプリント回路基板は、自動車の通気、暖房および／または空調設備において空気流を動かすための通気装置に特に適用可能である。

一般に、このようなプリント回路基板において、冷却装置は、放熱器の形態のものであり、すなわち、プリント回路基板に追加される要素であって、電子コンポーネントが発する熱を放散する機能を有する要素の形態のものである。この放熱器は、プリント回路基板の一面に押圧され、前記回路基板と放熱器との間に良好な熱伝導性を確保するように、放熱器とプリント回路基板の面との間に熱伝導性ペーストが設けられる。

上述した構造には多くの欠点がある。まず、このような放熱器は、大きな空間を占める固体部品であり、例えば、自動車の通気、暖房および／または空調設備における通気装置の場合のように、特に、限られた容量のプリント回路基板を使用する場合、プリント回路基板の適用性が制限されるという制約を受ける。さらに、既知の通気装置の重量もまた、このようなアルミニウム合金製の放熱器が存在することで重くなる。放熱器は、通気機能に少なからずコストがかかり、通気機能の追加には、熱ペーストの適用を伴うため、プリント回路基板の生産方法の複雑性を増す部品である。さらに、熱ペーストが存在することで、放熱器の放熱効率が下がるが、それでも、プリント回路基板および放熱器に配設された電子コンポーネント間の熱拡散を確保する必要がある。

本発明の目的は、上述した欠点を解消することである。

この目的のために、本発明の主題は、プリント回路基板用の冷却装置であって、少なくとも１つの面または第１の面を有するプリント回路基板と、プリント回路の前記少なくとも１つの面にろう付けされた（brazed）少なくとも１つのヒートシンク要素とを備え、前記少なくとも１つのヒートシンク要素は、冷媒流に配設されるのに適したものである冷却装置である。

冷媒は、プリント回路基板に適合する任意の熱伝導性流体を意味することを理解されたい。冷媒は、例えば、空気である。

このように、本発明による冷却装置により、ヒートシンク要素とプリント回路基板との間でろう（braze）が物理的に直接接触することによって、熱を良好に放散できる。さらに、ヒートシンク要素がろう付けされるため、プリント回路基板のろう付けステップ中、ヒートシンク要素はプリント回路基板に固定可能であるため、プリント回路基板自体を生産するさいに、同時に、本発明による冷却装置を生産し仕上げることができる。

本発明の別の特徴によれば、前記プリント回路基板は２つの面を備える。

本発明の別の特徴によれば、冷却装置は、２つの面の一方から２つの面の他方へ前記プリント回路基板を貫通する少なくとも１つの孔を備え、前記少なくとも１つの熱量伝導手段は、前記少なくとも１つの貫通孔と対向して配置される。

本発明の別の特徴によれば、前記少なくとも１つの貫通孔は、金属物質で覆われた内面を備える。

本発明の別の特徴によれば、冷却装置は、前記プリント回路基板を貫通する複数の孔を備える。

この複数の孔は、第１の面に存在し電子コンポーネントが発する熱量と、熱量伝導手段上を通過する空気流との間に熱ドレインを形成する。

本発明の別の特徴によれば、プリント回路基板には電子コンポーネントが設けられる。

本発明の別の特徴によれば、電子コンポーネントの外周部は、第１の面に第１の占有域の範囲を定め、前記複数の孔は、第１の面に第２の占有域の範囲を定め、第１の占有域および第２の占有域は、ゼロ以外の距離だけ分離されている。

すなわち、電子コンポーネントは、孔にわたって配置されているわけではなく、この電子コンポーネントと孔との間の熱ドレインは、少なくともこれらの２つの要素間に伸びる導電性トラックによって形成される。

あるいは、第１の占有域および第２の占有域は、少なくとも部分的に重なり合う。

本発明の別の特徴によれば、少なくとも１つのヒートシンク要素は、プリント回路基板に対して支持当接部を形成するヘッドを備える。

さらに、本発明は、空気流を発生させ電気モータにより駆動されることに適したプロペラを備え、上述したようなプリント回路基板を備える、自動車の車室内の通気設備の通気装置に関する。プリント回路基板は、電気モータを駆動するのに適した制御装置を形成する。この制御装置は、自動車によって送信される要求に応じて、プロペラの回転速度を決定する手段である。

本発明により提供される１つの可能性によれば、熱量伝導手段は、導電性トラックと直接接触状態にある。同様に、ヒートシンクは、この熱量伝導手段と直接接触状態にある。直接接触とは、２つの要素間の物理的な接触を意味し、これらの要素の固定は、ろうを用いてなされうる接触を意味することを理解されたい。

本発明による最初の利点として、熱を放散するコンポーネントの冷却機能を確保することによって、自動車分野における使用に適合可能な信頼性を確保しながら、従来技術のものより軽量、小型化および低コスト化されたプリント回路基板を設計できることが挙げられる。このように、熱ドレインは、プリント回路基板の２つの面の間に延伸する熱量伝導手段の存在によって良好に確保される。

このようなプリント回路基板は、特に、通気、暖房および／または空調設備の通気装置において特に適用可能である。

本発明の他の特徴、詳細および利点は、図面に関して例示的に以下に与えられる記載を読むことでより明確になるであろう。

本発明に係るプリント回路基板の部分断面図。 本発明に係るプリント回路基板の第１の変形実施形態を示す部分断面図。 本発明に係るプリント回路基板の第２の変形実施形態を示す部分断面図。 本発明に係るプリント回路基板の第３の変形実施形態を示す部分断面図。 上述した変形例の任意のものに係るプリント回路基板を実装する通気装置の概略図。

なお、図面は、本発明を実施するための詳細な方法において本発明を説明するものであって、本発明を良好に規定するために適宜利用可能であることは言うまでもない。

図１は、本発明に適合するプリント回路基板１を備える冷却装置の例示的な実施形態を示す。プリント回路基板１は、部分的に示されており、平面に延伸するプレートをなす。このようなプリント回路基板は、例えば、通気、暖房および／または空調設備において空気流を動かすための通気装置の制御装置のコンポーネントである。この制御装置の機能は、プロペラを回転駆動する電気モータへ送る電圧または電流を制御することによって、通気装置の部品をなすプロペラの回転速度を管理することである。

プリント回路基板１は、１つ以上の導電性トラック２が形成された電気絶縁基板１０によって形成される。

このプリント回路基板１は、第１の面３と、プリント回路基板の本体に対して第１の面と反対側の第２の面４とを備える。

１つの例示的な実施形態によれば、プリント回路基板１は、少なくとも１つの孔５を備え、このような孔は、貫通孔であり、すなわち、第１の面３および第２の面４に現れる孔である。

プリント回路基板１の第１の面３は、電子コンポーネント１１を支え、特に、熱量を放散するパワーコンポーネントであって、自動車分野における応用に適合可能な信頼性のレベルを保証するように冷却が確保される必要があるパワーコンポーネントを支えうる。熱量を発するこれらのコンポーネントは、例えば、トランジスタ、特に、ＭＯＳＦＥＴタイプのトランジスタであるが、コンデンサや分路（shunts）であってもよい。第１の面３は、例えば、電気モータの駆動または保護を行うことに関与する他の電子コンポーネントを受け入れうることは言うまでもない。

１つまたは複数の孔５は、熱量伝導手段６を受け入れる。図１の一実施形態によれば、この熱量伝導手段は、熱ビア、好ましくは、熱伝導性材料が充填された熱ビアによって生成される。すなわち、孔５と境界を接する基板１０の内壁は、プリント回路基板１の第１の面３から第２の面４まで伸びる延伸する熱ドレインを形成するように金属化される。一変形例によれば、金属化部分７によって囲まれた孔の中央領域は自由であってもよく、ひいては、空間を形成しうる。別の変形例によれば、孔の中央領域は、材料、例えば、銅や、電子コンポーネント１１のろう付けに使用される材料で充填されうる。

金属化された孔の一端は、第２の面４の平面に延伸するため、一端の上部を空気流が通過する。上述した２つの場合において、１つまたは複数の金属化部分７は、電子コンポーネントが発した熱量を空気流の方へ伝えて、熱量を直接的または間接的に放散する熱ドレインを形成する。

図１に示したものによれば、熱量伝導手段６は、孔５、好ましくは、熱伝導性材料が充填された孔５の金属化部分７によって形成された熱ビアのセットである。

孔５の金属化部分７は、例えば、プリント回路基板１の厚みに含まれ、第１の面３に伸びる導電性トラック２に第１の面３の側で接続される。この変形例によれば、熱量を発する電子コンポーネント１１は、孔５のすぐ上に設置されない。逆に、電子コンポーネント１１は、孔から離れた位置に設けられ、導電性トラック２は、電子コンポーネント１１からの熱量を孔５の１つまたは複数の金属化部分７の方へ流す。ここで、電子コンポーネント１１の外周部は、第１の面３において、第１の占有域１２の範囲を定め、熱量伝導手段６を含む１つまたは複数の孔５は、第１の面３に第２の占有域８の範囲を定め、第１の占有域１２および第２の占有域８は、図１に参照番号１３が付与されたゼロ以外の距離だけ分離されていることを理解されたい。第１の占有域１２は、プリント回路基板１の第１の面３である平面に対して直角に、電子コンポーネント１１の突出部によって規定された第１の面３の領域である。第２の占有域８は、孔５が占める第１の面３の領域である。複数の孔５の場合、第２の占有域８は、第１の面３の平面において測定される、複数の孔１８を取り囲む周辺部によって範囲が定められる。

導電性トラック２の反対側で、孔５の金属化部分７は、第２の面４の平面において終端し、ろう付けによってプリント回路基板１にヒートシンク９が固定される。

ヒートシンク９は、好ましくは、熱量伝導手段６と少なくとも部分的に対向している。このようなヒートシンク９は、第２の面４から始まり、空気流が循環するチャネルにおいて終端する。

図示していない１つの例示的な実施形態によれば、このヒートシンク９は、例えば、熱量伝導手段６と少なくとも部分的に対向し、すなわち、第２の占有域８と少なくとも部分的に対向して、ろう付けによって第２の面４に固定されるバー１４によって形成される。

図１によれば、ヒートシンク９は、バー１４が上に固定されるベース１６をさらに備えうる。次に、ベース１６は、孔５に形成された金属化部分７の端部のレベルで、第２の面４に対してろう１５によってろう付けされる。

図２から図４を単純化するために、金属化部分７および孔５は、縞模様で象徴的に示されている。なお、特に、熱量伝導手段６の構造に関しては、上述し図１に示す実施形態の技術的内容を、図２から図４に示す実施形態のいずれに転用してもよいことは明らかである。

図２は、図１に示すものに類似した本発明の第１の変形例を示す。相違点について以下に詳細に説明するが、同一要素については、図１の描写を参照する。

１つの相違点は、熱量の発生が想定される電子コンポーネント１１が占める位置である。図１では、このようなコンポーネントは、１つまたは複数の孔からある一定の距離にあったが、ここでは、電子コンポーネント１１は、複数の孔５の上方、すなわち、熱量伝導手段６の上方の第１の面３に固定され、特に、ろう付けによって固定されている。すなわち、電子コンポーネント１１の外周部は、第１の面３上に第１の占有域１２を規定する。この第１の占有域１２は、複数の孔５を取り囲む周囲部の範囲を定める第２の占有域８に重なり合う。本発明は、図２に示す場合において、第１の占有域１２が、第１の占有域によって覆われた面積より広い面積を有する第２の占有域８に完全に重なり合う場合も含む。

また、本発明は、第１の占有域１２が、第２の占有域８と少なくとも部分的に重なり合う場合も含む。すなわち、本発明は、電子コンポーネント１１が複数の孔５の上方全体にわたって配設される状況を含むが、電子コンポーネント１１が複数の孔５を部分的にしか覆わない場合も含む。同図の変形例は、ヒートシンク９、例えば、図１のものと同一のものを備える。

図３に、本発明の第２の変形例が示されている。プリント回路基板１は、図１または図２のものと同一の熱量伝導手段６を受ける。一方で、ヒートシンク９は、異なる形態を有する。実際、ヒートシンク９は、例えば、熱量伝導手段６の中心で、熱量伝導手段６と同一高さのプリント回路基板１５を貫通している。バー１４は、空気流中に現れる第１の自由端と、バー１４と一体に形成されたヘッド１７で覆いが付けられた第２の端部とを有する。ヘッド１７は、熱量伝導手段６の上方にろう１８によって第１の面３に固定された平坦部を形成する。

図４の変形例は、図３のものに類似している。相違点について以下に詳細に説明するが、同一要素については、図３の描写を参照する。相違点は、ヒートシンク９と熱量伝導手段６との固定方法にある。

ヒートシンク９は、図３の変形例と同一のヘッド１７で覆いが付けられたバー１４を備える。ヘッド１７は、第１の面３上で熱量伝導手段６に対してろう付けされていない。ろう１５は、プリント回路基板１の第２の面４上にて、バー１４と熱量伝導手段６との間に設けられる。そして、ヒートシンク９は、熱量伝導手段６の第１の端部上にヘッド１７で支えられ、第２の面４に設けたろう１５によって第１の端部に固定される。

本発明の第２の変形例および第３の変形例は、ヘッド１７を有するヒートシンク９を採用しており、ヘッド１７は、この第１の面３に固定された電子コンポーネント間の第１の面３の平面から張り出し、すなわち、突出している。ヘッドは、電子コンポーネントが発する熱量をとらえ、空気流が通過するバー１４の方へ熱量を排出することに貢献する。

上記変形例に記載したプリント回路基板１は、複数の孔５と、および／または複数の同一の熱量伝導手段６および複数の同一のヒートシンク９とを備えうる。

別の変形例によれば、本発明によるプリント回路基板１は、上記にて説明した少なくとも２つの変形例により製造された熱量伝導手段６およびヒートシンク９の組み合わせを備えうる。

なお、上述した変形例のいずれかによるヒートシンク９は、好ましくは、アルミニウム合金製であり、好適には、銅製である。

また、好適には、プリント回路基板１は、第２の面４および／または第１の面３の下方に、様々なコンポーネントをろう付けできるようにする銅平面が設けられ、特に。

図５は、通気装置１９における本発明に係るプリント回路基板１の例示的な応用を示す。このような通気装置は、電気モータ２１が内部に収容された支持体２０を備える。

電気モータ２１は、同図において破線で表されたボウル２３からなるプロペラ２２の回転を駆動する。このボウル２３に電気モータからのシャフトが連結されているため、このボウルは、プロペラ駆動手段を形成する。このようなボウルは、例えば、壁に開口がない固体（solid）である。別の変形例によれば、このようなボウル２３は、複数の開口を有する。

このようなボウル２３の周囲部において、複数のブレード２４が、モータシャフトの拡張方向に平行な方向に延伸する。各ブレードの端部は、バンド２５によってつなげられる。このようにして、このようなプロペラ２２は、かご形プロペラ、いわゆる、ラジアルタービンと呼ばれるものを形成する。

電気モータ２１に対してプロペラ２２の反対側には、電気モータ２１に送られる電圧または電流を制御することによって、プロペラ２２の回転速度を管理する機能を有する制御装置２６がある。このような制御装置２６は、プロペラ２２によって生成される空気流にさらされるように、支持体２０に対して設置され、制御装置は、制御装置２６が設置される通気装置の部分内への異物の侵入を制限するようにキャップ２７によって覆われている。

支持体２０は、プロペラ２２によって動きが生じる空気流が循環可能にある開口２８を備える。なお、このような空気流は、２つの参照番号２９および３０によって概略的に示されている。このような開口２８は、少なくとも１つの第１の壁３１、好適には、第２の壁３２によって横方向に境界が定められ、これらの壁の一方および／または他方は、プリント回路基板１に固定可能なものである。このように、空気流２９、３０は、支持体２０および参照番号３１および３２が付与された第１および第２の壁の少なくとも一方および／または他方によってチャネルが形成されることを理解されたい。

また、このチャネルは、制御装置２６によって範囲が定められる。さらに正確に言えば、このチャネルは、制御装置２６を形成するプリント回路基板１によって範囲が定められる。

第１の壁３１および第２の壁３２と組み合わせて、空気流２９、３０を循環させるためのチャネルを閉じるプリント回路基板１の部分は、図１から図４を参照して上述したように、１つまたは複数の孔５、熱量伝導手段６および１つまたは複数のヒートシンク９が形成された前記プリント回路基板の部分を形成する。

プリント回路基板１の第２の面４は、一方では、プロペラ２２によって循環される空気流２９、３０が通過するプリント回路基板１の部分３３と、他方では、プロペラ２２によって生成される空気流にさらされない領域３４とに分けられる。１つ以上の熱量伝導手段６および１つまたは複数のヒートシンク９は、部分３３に形成されているが、領域３４にはない。

プリント回路基板１の部分３３と、この同じ基板の領域３４との分割は、第１の壁３１、好適には、第２の壁３２によって構成される。したがって、少なくとも熱量伝導手段６およびヒートシンク９を備えるプリント回路基板１の部分３３の上方に位置する第２の面４上を空気流２９、３１が通過することで、第２の面４が冷却され、相関的に、熱量を発する電子コンポーネント１１が冷却されることを理解されたい。

プリント回路基板１のこのような部分３３は、導電性トラックの支持体を形成する。すなわち、複数の導電性トラックは、空気流が通過する第２の面４に延伸し、２つの導電性トラック間における短絡の危険性を低減するように配設される。このような配設は、例えば、空気流が通過する部分３３に延伸する導電性トラックを分離する最小距離である。１つの例示的な実施形態によれば、このような距離は、例えば、少なくとも１．５ｍｍである。

１つの例示的な実施形態によれば、領域３４は、領域３４に延伸する第２の面４に固定された少なくとも１つの電子コンポーネント３５を備えうる。また、この領域３４が、特に、第２の面４に対して、例えば、プリント回路基板１の拡張平面に対して直角に押圧された第１の壁３１があることによって循環空気流２９、３０から絶縁されているため、この領域は、短絡を回避するような配設が不要の複数の導電性トラックを備える。

Claims (10)

1. プリント回路基板用の冷却装置であって、
   少なくとも１つの面または第１の面を有するプリント回路基板と、
   前記プリント回路の前記少なくとも１つの面にろう付けされた少なくとも１つのヒートシンク要素（９）とを備え、
   前記少なくとも１つのヒートシンク要素（９）は、冷媒流に配設されるのに適したものである冷却装置。
2. 前記プリント回路基板は、２つの面を有する、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記２つの面の一方から前記２つの面の他方へ前記プリント回路基板を貫通する少なくとも１つの孔を備え、前記１つのヒートシンク要素（９）は、前記少なくとも１つの貫通孔と対向して配設される、請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記少なくとも１つの貫通孔は、金属物質で覆われた内面を有する、請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記プリント回路基板を貫通する複数の孔を備える、請求項３と４のいずれか一項に記載の冷却装置。
6. 前記プリント回路基板には、電子コンポーネント（１９）が設けられる、請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却装置。
7. 前記電子コンポーネント（１９）の外周部は、前記第１の面（１６）に第１の占有域（３０）の範囲を定め、前記複数の孔（１８）は、前記第１の面（１６）に第２の占有域（２６）の範囲を定め、前記第１の占有域（３０）および前記第２の占有域（２６）は、ゼロ以外の距離だけ分離されている、請求項５に従属した請求項６に記載の冷却装置。
8. 前記電子コンポーネント（１９）の外周部は、前記第１の面（１６）に第１の占有域（３０）の範囲を定め、前記複数の孔（１８）は、前記第１の面（１６）に第２の占有域（２６）の範囲を定め、前記第１の占有域（３０）および前記第２の占有域（２６）は、少なくとも部分的に重なり合う、請求項５から７のいずれか一項に記載の冷却装置。
9. 前記少なくとも１つのヒートシンク要素（９）は、前記プリント回路基板（１５）に対して支持当接部を形成するヘッド（３１）を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の冷却装置。
10. 空気流（２９、３０）を生成し、且つ、電気モータ（２１）により駆動されることに適したプロペラ（２２）と、請求項１から９のいずれか一項に記載の冷却装置と、を備える、自動車の車室内の通気設備の通気装置（１９）。

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