JP2021141326A - 2カードアセンブリ、および2カードアセンブリの組み立て方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 2カードアセンブリ内の電子モジュール用の熱伝導管理アーキテクチャを提供する。【解決手段】 2カードアセンブリは、2カードアセンブリの第1の側に第1のプリント配線板(PWB)と、第1のPWBに固定された第1の補強材とを含む。2カードアセンブリは、また、2カードアセンブリの第2の側に第2のPWBと、第2のPWBに固定された第2の補強材とを含む。中央補強材は第1の補強材と第2の補強材との間に配置され、1つ以上の電子モジュールは中央補強材に固定される。中央補強材は、熱を1つ以上の電子モジュールから放散する。【選択図】図2

Description

例示的な実施形態は、電子モジュールの技術に関し、具体的には、2カードアセンブリ内の電子モジュール用の熱伝導管理アーキテクチャに関する。
幅広い利用では、電子部品は電子モジュールとしてパッケージ化される。電子モジュールは、プリント配線板(PWB)によって支持され、PWBと相互接続される。例えば、2カードアセンブリは、2つのPWBの間に電子モジュールが積み重ねられている2つのPWBを指す。一般的に、PWBに直接設置された電子部品は、PWBを通って熱を放散する。電子モジュールは、PWBと接触する側の反対側から熱を放散する。
従って、本発明は、改良された熱伝導管理アーキテクチャを有する2カードアセンブリ、およびその組み立て方法を提供する。
一実施形態では、2カードアセンブリは、2カードアセンブリの第1の側に第1のプリント配線板(PWB)と、第1のPWBに固定された第1の補強材と、2カードアセンブリの第2の側に第2のPWBとを含む。2カードアセンブリは、また、第2のPWBに固定された第2の補強材と、第1の補強材と第2の補強材との間に配置された中央補強材とを含む。1つ以上の電子モジュールは中央補強材に固定される。中央補強材は、熱を1つ以上の電子モジュールから放散する。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、ウェッジロックは、圧縮力に基づいて、第1の補強材と第2の補強材との間に中央補強材を固定する。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第1のウェッジロック取付レールはウェッジロックの第1のセットを支持し、第2のウェッジロック取付レールはウェッジロックの第2のセットを支持する。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第2の補強材及び中央補強材の第1の端は第1のウェッジロック取付レールを形成し、第2の補強材及び中央補強材の第2の端は第2のウェッジロック取付レールを形成する。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第2の補強材は、中央補強材が配置されるスロットを含む。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第1の補強材は第1のPWBに結合され、第2の補強材は第2のPWBに結合される。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第1の補強材、第2の補強材、及び中央補強材の材料はアルミニウム合金である。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第1の1つ以上の電子モジュールは中央補強材の第1の側に固定され、第2の1つ以上の電子モジュールは中央補強材の第2の側に固定される。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第1の1つ以上の電子モジュールは、また、第1のPWBに固定される。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第2の1つ以上の電子モジュールは、また、第2のPWBに固定される。
別の実施形態では、本方法は、2カードアセンブリの第1の側で、第1のプリント配線板(PWB)を第1の補強材に固定することと、2カードアセンブリの第2の側で、第2のPWBを第2の補強材に固定することとを含む。本方法は、また、第1の補強材と第2の補強材との間に中央補強材を配置することを含む。1つ以上の電子モジュールは中央補強材に固定され、中央補強材を介して熱を放散する。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、圧縮力は、ウェッジロックを介して伝達され、第1の補強材と第2の補強材との間に中央補強材を固定する。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、ウェッジロックの第1のセットは、第2の補強材及び中央補強材の第1の端から形成される第1のウェッジロック取付レール上で支持され、ウェッジロックの第2のセットは、第2の補強材及び中央補強材の第2の端から形成される第2のウェッジロック取付レール上で支持される。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、中央補強材を配置することは、中央補強材を第2の補強材内部のスロット内に配置することを含む。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第1のPWBを第1の補強材に固定することは、第1の補強材を第1のPWBに結合することを含み、第2のPWBを第2の補強材に固定することは、第2の補強材を第2のPWBに結合することを含む。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第1の補強材、第2の補強材、及び中央補強材は、アルミニウム合金から製造される。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、1つ以上の電子モジュールを中央補強材に固定することは、第1の1つ以上の電子モジュールを中央補強材の第1の側に固定することを含む。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第1の1つ以上の電子モジュールは、第1のPWBに固定される。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、1つ以上の電子モジュールを中央補強材に固定することは、第2の1つ以上の電子モジュールを中央補強材の第2の側に固定することを含む。
追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第2の1つ以上の電子モジュールは、第2のPWBに固定される。
以下の説明は、決して限定的であると見なすべきではない。添付の図面に関して、類似の要素には類似の番号が付されている。
上側プリント配線板(PWB)が見える1つ以上の実施形態による、例示的な2カードアセンブリの一側を示す。 PWBが見える図1Aに示される2カードアセンブリの反対側を示す。 1つ以上の実施形態による、例示的な2カードアセンブリの断面斜視図である。 1つ以上の実施形態による、中央補強材の上側を示す。 1つ以上の実施形態による、中央補強材の下側を示す。 1つ以上の実施形態による、中央補強材の上側に固定された電子モジュールを示す。 1つ以上の実施形態による、中央補強材の下側に固定された電子モジュールを示す。 図4Aに示されるA−Aを通る断面図である。 例示的な実施形態による、下側補強材及び中央補強材を示す。 例示的な実施形態による、上側補強材を示す。 上側補強材が上にあり下側補強材が下にある、中央補強材の上側を示す。 上側補強材が下にあり下側補強材が上にある、中央補強材の下側を示す。 下側PWBが下側補強材の下にある、図8Aの構造を示す。 上側PWBが上側補強材の下にある、図8Bの構造を示す。 1つ以上の実施形態による、2カードアレイの分解図である。 1つ以上の実施形態による、熱流を示す2カードアセンブリの断面図である。
開示される装置及び方法の1つ以上の実施形態の詳細な説明は、図面を参照して、限定ではなく例示として本明細書に提示される。
前述のように、PWB上の電子モジュールは、PWBと接触している側の反対側から熱を放散する。電子モジュールの熱放散側が露出し得る場合、空冷が可能になるであろう。しかしながら、2カードアセンブリでは、電子モジュールは2つのPWBの間に挟まれる。加えて、多くの利用では、2カードアセンブリがシャーシに固定される。本発明の実施形態は、2カードアセンブリ内の電子モジュールのための熱伝導管理アーキテクチャに関する。説明の目的で詳述される例示的な電子モジュールは、ハーフブリッジモジュールである。しかしながら、本明細書で詳述されるアーキテクチャによって容易になる伝導性熱伝達は、ハーフブリッジモジュールと同じ方式で熱を放散する他の電子モジュールにも同様に適用可能である。これらの実施形態の例示的な利用には、深宇宙の利用、水中ベースの利用、及び地上ベースの利用が含まれる。
図1A及び図1Bは、1つ以上の実施形態による、2カードアセンブリ100の2つの側を示す。用語「上側」及び「下側」は、説明の目的だけで使用され、決して2カードアセンブリ100の配向を限定するものではない。図1Aは、上側PWB110aが見える2カードアセンブリ100の一側を示す。穴115は、上側PWB110aのオプションのカバー用のオプションのねじ穴に対応する。ウェッジロック120は、また、図1Aの図で見ることができる。これらのウェッジロック120を使用して、2カードアセンブリ100を電子ボックスのシャーシの内側に固定する。
図1Bは、下側PWB110bが見える図1Aの2カードアセンブリ100の反対側を示す。図1Aの上側PWB110aのように、図1Bの下側PWB110bには、オプションのカバー用のオプションの穴115がともに示される。上側PWB110aと下側PWB110bとの間にある下側補強材130及び中央補強材140の一部が見える。中央補強材140は、また、図6に示される下側補強材130の中央部のスロット1010(図9)に適合するため、下側補強材130の中央部と称され得る。3キロワット(kW)の双方向直流DC−DCコンバータ用の2カードアセンブリ100の例示的な非限定的な寸法は、約15インチの長さ、約11インチの幅、及び約2インチの深さである。
図2は、1つ以上の実施形態による、例示的な2カードアセンブリ100の断面等角図である。断面図では、上側PWB110aと下側PWB110bとの間の構成要素が露出している。2カードアセンブリ100のいずれかの側にあるウェッジロック120及びウェッジロック取付レール230が示される。前述のように、ウェッジロック120を使用して、2カードアセンブリ100を電子ボックスのシャーシに固定する。トルクをウェッジロックねじ(図示せず)に加えて、ウェッジロック120をシャーシに取り付ける。ウェッジロックねじトルクは、ウェッジロック120に軸力及び垂直力の両方を与える。垂直力は、中央補強材140が下側補強材130の中央にあるスロット1010(図9)にしっかりと保持されることを確実にする圧縮力として、下側補強材130及び中央補強材140に伝達される。下側補強材130は下側PWB110bに結合され、上側補強材220は上側PWB110aに結合され、中央補強材140は、下側補強材130の中央におけるスロット1010(図9)に位置し、ウェッジロック120によって所定の位置だけに保持される。結果として、中央補強材140は容易に取り外し可能であり、これにより、中央補強材140に取り付けられた電子モジュール210は、修理または交換できる。
図2の2カードアセンブリ100は、上側PWB110aと下側PWB110bとの間に4つの電子モジュール210を含む。例示的な電子モジュール210は、ハーフブリッジモジュールを含む。例えば、図2に示される4つのハーフブリッジモジュールは、合計190ワットを消費する。ハーフブリッジモジュールのそれぞれの内側に、14個の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)及び13個のダイオードがある。1つ以上の実施形態に従った2カードアセンブリ100のアーキテクチャに基づいて、MOSFET及びダイオードの接合部温度は、摂氏125度のディレーティングされた接合部温度未満に維持される。これは、2カードアセンブリ100の熱分析を介して検証できる。代替の実施形態によると、電子モジュール210は、ダイオード、トランジスタ、磁性物、またはDC−DCコンバータであり得る。1つ以上の実施形態に従った2カードアセンブリ100は、温度要件を満たすために必要な熱流を提供するだけでなく、補強材は、振動要件及びパイロショック要件を満たすために必要な構造的支持も提供する。これを検証するために、2カードアセンブリ100の構造分析を使用し得る。
図3A及び図3Bは、1つ以上の実施形態による、中央補強材140を詳述する。図3Aは、中央補強材140の上側310を示す。中央補強材140の上側310は、2カードアセンブリ100の上側PWB110aに対面している。中央補強材140の上側310は、図4Aに示されるように、中央に2つの電子モジュール210を収容する。電子モジュール210を中央補強材410に固定するためのねじ穴315が示される。図3Bに示されるように、中央補強材140の上側310のねじ325が反対側のねじ穴315に対応するのと同様に、ねじ穴315は中央補強材140の反対側のねじ325に対応する。
図3Bは、中央補強材140の下側320を示す。中央補強材140の下側320は、2カードアセンブリ100の下側PWB110bに対面している。中央補強材140の下側320は、図4Bに示されるように、両端に2つの電子モジュール210を収容する。図3Aに示されるねじ325は、図3Bに示されるねじ穴315に対応し、ねじ325を使用して、電子モジュール210を中央補強材140の下側320に固定する。図3Bに示されるねじ325は、図3Aに示されるねじ穴315に対応し、ねじ325は、電子モジュール210を中央補強材140の上側310に固定する。
図4A及び図4Bは、1つ以上の実施形態による、中央補強材140の各側に固定された電子モジュール210を示す。図4Aは、中央補強材140の上側310に固定された電子モジュール210を示す。電子モジュール210の角に示されるねじ穴410は、図4Bに示されるねじ325に対応し、電子モジュール210を中央補強材140の上側310に固定する。電子モジュール210のそれぞれごとに3列に並んで示されるねじ穴420を使用して、電子モジュール210のそれぞれを上側PWB110aに固定する。前述のように、電子モジュール210からの熱は、上側PWB110aに固定される側の反対側に放散する。すなわち、熱は、電子モジュール210から中央補強材140の上側310の表面に放散する。A−Aとして示される断面が図5に示される。
図4Bは、中央補強材140の下側320に固定された電子モジュール210を示す。電子モジュール210の角に示されるねじ穴410は、図4Aに示されるねじ325に対応し、電子モジュール210を中央補強材140の下側320に固定する。また、電子モジュール210を下側PWB110bに固定するために使用されるねじ穴420を示す。図4Bに示される電子モジュール210の場合、熱は、下側PWB110bに固定される側の反対側に放散する。したがって、熱は、電子モジュール210から中央補強材140の下側320の表面に放散する。
図5は、図4Aに示されるA−Aを通る断面図である。断面図は、中央補強材140の上側310に固定された電子モジュール210を通るものである。この図は、電子モジュール210のねじ穴410に対応する中央補強材140の下側320の2つのねじ325を示す。
図6は、1つ以上の実施形態による、下側補強材130及び中央補強材140を示す。図6に示される斜視図は、中央補強材140が下側補強材130のスロットに対して下がっており、中央補強材140の下側320が見え、下側補強材130が中央補強材140の上に示されるようなものである。したがって、領域610で下側補強材130によって中央補強材140に提供される構造的支持が見える。
図7は上側補強材220を示す。上側補強材220は、中央補強材140の下側補強材130とは反対側(すなわち、中央補強材140の上側310と同じ側)にある。下側補強材130、中央補強材140、及び上側補強材220は、全て、アルミニウム合金から製造され得る。例えば、2000、6000、または7000シリーズのアルミニウム合金を使用し得る。
図8A及び図8Bは、1つ以上の実施形態による、補強材130、140、220の構造の反対側を示す。図8Aは、上側補強材220が上にあり下側補強材130が下にある、中央補強材140の上側310を示す。上側補強材220が中央補強材140に支持を提供する領域810は、中央補強材140の下側320の電子モジュール210の場所に対応する。図8Bは、上側補強材220が下にあり下側補強材130が上にある、中央補強材140の下側320を示す。下側補強材130が中央補強材140を支持する領域610は、中央補強材140の上側310の電子モジュール210の場所に対応する。
図9A及び図9Bは、各々、PWB110b及びPWB110aの図8A及び図8Bの構造を示す。図9Aは中央補強材140の上側310を示し、上側補強材220が上にあり下側補強材130が下にあり、下側PWB110bが下側補強材130の下にある。ウェッジロック120も示される。図9Bは中央補強材140の下側320を示し、上側補強材220が下にあり下側補強材130が上にあり、上側PWB110aが上側補強材220の下にある。図9Bの図は、ウェッジロック取付レール230が、下側補強材130及び中央補強材140の端で構成されることを示す。図4A及び図4Bを参照して説明したように、電子モジュール210からの熱は、中央補強材140の表面に放散する。中央補強材140は、その表面の両側にある電子モジュール210からウェッジロック取付レール230に熱を送ることによって、伝導熱放散を達成する。これは、図11を参照してさらに詳細に説明される。
図10は、1つ以上の実施形態による、2カードアセンブリ100の分解図である。ウェッジロック120は図示されない。上側PWB110aは上側補強材220に結合され、下側PWB110bは両面接着剤を使用して下側補強材130に結合される。中央補強材140は、図10に示されるように、くさび形断面を有する。電子パワーモジュール210が両面に固定された中央補強材140は、下側補強材130に形成されたくさび形スロット1010内に位置する。したがって、いったん電子モジュール210が固定されるPWB110a、110bのいずれかから電子モジュール210のねじを緩めると、必要に応じて、電子モジュール210の修理または交換のために、中央補強材140をスロット1010から持ち上げできる。
図11は、1つ以上の実施形態による、熱流を示す2カードアセンブリ100の断面図である。図11に示される例示的な配向に従って、下向き矢印は、中央補強材140の上側310に固定された電子モジュール210から中央補強材140の表面への熱流を示す。上向き矢印は、中央補強材140の下側320に固定された電子モジュール210から中央補強材140の表面への熱流を示す。次に、中央補強材140の表面における熱は、ウェッジロック取付レール230に対して外向きに伝導される。ウェッジロック取付レール230の温度は、例えば、ヒートシンク(例えば、対流ヒートシンク、放射ヒートシンク、2つの組み合わせ)によって制御され得る。
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態だけを説明する目的のためのものであり、本開示を限定することが意図されない。本明細書で使用される場合、単数形の「a」、「an」、及び「the」は、文脈が別段に明確に示さない限り、同様に複数形も含むことが意図される。用語「備える(comprise)」及び/または「備えている(comprising)」は、本明細書で使用されるとき、記載している特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び/または構成要素の存在を指定するが、1つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び/またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されよう。
本開示は例示的な実施形態または複数の実施形態を参照して説明されているが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ得、均等物がその要素の代わりになり得ることは当業者によって理解されよう。加えて、本開示の必須の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本開示の教示に適応させるために、多くの修正がなされ得る。したがって、本開示は、本開示を実行するために企図された最適の形態として開示される特定の実施形態に限定されるのではなく、本開示は、「特許請求の範囲」の中にある全ての実施形態を含むことが意図される。

Claims (20)

  1. 2カードアセンブリであって、
    前記2カードアセンブリの第1の側に第1のプリント配線板(PWB)と、
    前記第1のPWBに固定された第1の補強材と、
    前記2カードアセンブリの第2の側に第2のPWBと、
    前記第2のPWBに固定された第2の補強材と、
    前記第1の補強材と前記第2の補強材との間に配置された中央補強材と、
    前記中央補強材に固定された1つ以上の電子モジュールであって、前記中央補強材は熱を前記1つ以上の電子モジュールから放散する、前記1つ以上の電子モジュールと、
    を備える、2カードアセンブリ。
  2. 圧縮力に基づいて前記第1の補強材と前記第2の補強材との間に前記中央補強材を固定するように構成されるウェッジロックをさらに備える、請求項1に記載の2カードアセンブリ。
  3. 前記ウェッジロックの第1のセットを支持するように構成される第1のウェッジロック取付レールと、前記ウェッジロックの第2のセットを支持するように構成される第2のウェッジロック取付レールとをさらに備える、請求項2に記載の2カードアセンブリ。
  4. 前記第2の補強材及び前記中央補強材の第1の端は前記第1のウェッジロック取付レールを形成し、前記第2の補強材及び前記中央補強材の第2の端は前記第2のウェッジロック取付レールを形成する、請求項3に記載の2カードアセンブリ。
  5. 前記第2の補強材は、前記中央補強材が配置されるスロットを含む、請求項1に記載の2カードアセンブリ。
  6. 前記第1の補強材が前記第1のPWBに結合され、前記第2の補強材が前記第2のPWBに結合される、請求項1に記載の2カードアセンブリ。
  7. 前記第1の補強材、前記第2の補強材、及び前記中央補強材の材料はアルミニウム合金である、請求項1に記載の2カードアセンブリ。
  8. 第1の1つ以上の電子モジュールは前記中央補強材の第1の側に固定され、第2の1つ以上の電子モジュールは前記中央補強材の第2の側に固定される、請求項1に記載の2カードアセンブリ。
  9. 前記第1の1つ以上の電子モジュールは、また、前記第1のPWBに固定される、請求項8に記載の2カードアセンブリ。
  10. 前記第2の1つ以上の電子モジュールは、また、前記第2のPWBに固定される、請求項8に記載の2カードアセンブリ。
  11. 2カードアセンブリの組み立て方法であって、
    前記2カードアセンブリの第1の側で、第1のプリント配線板(PWB)を第1の補強材に固定することと、
    前記2カードアセンブリの第2の側で、第2のPWBを第2の補強材に固定することと、
    前記第1の補強材と前記第2の補強材との間に中央補強材を配置することと、
    1つ以上の電子モジュールを前記中央補強材に固定し、前記中央補強材を介して熱を放散することと、
    を含む、方法。
  12. ウェッジロックを介して伝達される圧縮力を使用して、前記第1の補強材と前記第2の補強材との間に前記中央補強材を固定することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
  13. 前記第2の補強材及び前記中央補強材の第1の端から形成される第1のウェッジロック取付レール上の前記ウェッジロックの第1のセットを支持することと、前記第2の補強材及び前記中央補強材第2の端から形成される第2のウェッジロック取付レール上の前記ウェッジロックの第2のセットを支持することとをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記中央補強材を前記配置することは、前記中央補強材を前記第2の補強材の内部のスロット内に配置することを含む、請求項11に記載の方法。
  15. 前記第1のPWBを前記第1の補強材に前記固定することは、前記第1の補強材を前記第1のPWBに結合することを含み、前記第2のPWBを前記第2の補強材に前記固定することは、前記第2の補強材を前記第2のPWBに結合することを含む、請求項11に記載の方法。
  16. 前記第1の補強材、前記第2の補強材、及び前記中央補強材をアルミニウム合金から製造することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
  17. 前記1つ以上の電子モジュールを前記中央補強材に前記固定することは、第1の1つ以上の電子モジュールを前記中央補強材の第1の側に固定することを含む、請求項11に記載の方法。
  18. 前記第1の1つ以上の電子モジュールを前記第1のPWBに固定することをさらに含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記1つ以上の電子モジュールを前記中央補強材に前記固定することは、第2の1つ以上の電子モジュールを前記中央補強材の第2の側に固定することを含む、請求項11に記載の方法。
  20. 前記第2の1つ以上の電子モジュールを前記第2のPWBに固定することをさらに含む、請求項19に記載の方法。
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