JP2023554635A - 電子アセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、印刷回路基板（４）と、前記印刷回路基板（４）の第１の側（５）に固定された電子モジュール（２）と、熱伝導性壁（９）を有するケーシング（３）と、前記印刷回路基板（４）を前記ケーシング（３）内において前記熱伝導性壁（９）から距離を置いて保持するように構成された締結手段（１８）と、前記熱伝導性壁（９）の内側の面（１９）から延びるハウジング（７）と、前記ハウジング（７）に配置されて前記熱伝導性壁（９）および前記電子モジュール（２）の両方に熱的に結合する冷却モジュール（８）と、を備える電子アセンブリ（１）に関する。前記ハウジング（７）は、前記熱伝導性壁（９）に対して平行な任意の方向における前記冷却モジュール（８）の移動を抑制するように構成される。

Description

本発明は、電子装置の技術分野に関し、具体的には自動車で使用される電子装置、例えば、車でのテレマティクス操作に使用される電気通信装置に関し、さらに電子装置を冷却するための手段に関する。特に、本発明は、電子アセンブリに関する。

テレマティクス制御ユニットは、電気通信操作、例えば車両の追跡操作を実施する組み込まれた電子システムである。電気通信性能を最適化するように、テレマティクス制御ユニットは、車両のルーフに設置される。

車両のルーフの温度は、大きく変動する。例えば、直射日光を長時間受けた黒い車のルーフの温度は、９０℃を超え得る。テレマティクス制御ユニットの良好な機能に対する最適な温度は、多くの場合この限界値よりも低い。このような温度上昇は、制御ユニットの適切な機能を妨げ得るため、ドライバーの安全や他の道路ユーザの安全が脅かされ得る。

テレマティクス制御ユニットを冷却するための解決策はいくつか存在している。これらの解決策は、構造が高度に複雑であり、体積が大きすぎ、効率が悪いという欠点を有している。

本発明は、電子装置を冷却するための電子アセンブリにより、従来技術の上述の技術的欠点を解決することを提案するものであり、前記アセンブリは、シンプルな構造を有するとともにコンパクトかつ効率的である。

本発明の一態様によれば、本発明は、印刷回路基板と、前記印刷回路基板の第１の側に固定された電子モジュールと、熱伝導性壁を有するケーシングと、前記印刷回路基板を前記ケーシング内において前記熱伝導性壁から距離を置いて保持するように構成された締結手段と、前記熱伝導性壁の内側の面から延びるハウジングと、前記ハウジングに配置されて前記熱伝導性壁および前記電子モジュールの両方に熱的に結合する冷却モジュールと、を備える電子アセンブリであって、前記ハウジングは、前記熱伝導性壁に対して平行な任意の方向における前記冷却モジュールの移動を抑制するように構成される、電子アセンブリに関する。

本発明によれば、冷却モジュールは、熱伝導性壁に対して平行な方向におけるあらゆる機械的応力から保護される。さらに、ケーシングの壁を熱伝達に使用することにより、放熱量が増加することで、アセンブリの冷却効率が促進される。

本発明の意味において、ある材料がその環境との間で十分な熱の交換ができる場合、すなわち、ここではある材料が５０Ｗ．Ｍ^－１．Ｋ^－１を超える熱伝達係数を有する場合、その材料は熱伝導性を有するとみなされる。

本発明の意味において、「熱的な結合」という表現は、物理的接触を伴う熱伝達、または物理的接触を伴わない熱伝達を含む。

本発明の一実施形態によれば、前記ハウジングは、前記熱伝導性壁の前記内側の面から延びる複数のフィンガを備え、複数の前記フィンガは、前記冷却モジュールの前記移動を抑制するように構成される。

フィンガを備えるハウジングは、アセンブリを軽量化し、冷却モジュールと周囲空気との間での熱伝達を可能にするのに有利である。

本発明の一実施形態によれば、前記ハウジングは、前記熱伝導性壁から前記印刷回路基板まで延びる。

印刷回路基板まで延びるハウジングは、冷却モジュールを熱伝導性壁と印刷回路基板との間における圧縮から保護するため有利である。

本発明の一実施形態によれば、前記印刷回路基板は、前記第１の側と反対の第２の側を備え、前記第２の側は、金属グランド面を備え、前記冷却モジュールは、前記金属グランド面との接触を介して前記電子モジュールに熱的に結合する。

金属グランド面は、冷却モジュールと電子モジュールとの間での熱伝導性を有利に向上させる。

本発明の一実施形態によれば、前記印刷回路基板は、前記電子モジュールの前記外形に対応する領域に配置された貫通孔を備え、前記冷却モジュールは、前記貫通孔を介して前記電子モジュールに接触する。

貫通孔により、電子モジュールと冷却モジュールとが直接的に接触することが可能となるため、これらの要素間での熱伝達が向上する。

本発明の一実施形態によれば、前記冷却モジュールは、熱パッド、熱ペースト、または熱発泡体を介して、前記熱伝導性壁および前記電子モジュールに熱的に結合する。

熱パッド、熱発泡体、または熱ペーストは、冷却モジュールと熱伝導性壁と電子モジュールとの間での熱伝達を向上させる。さらに、熱パッド、熱発泡体、または熱ペーストは、機械的応力の吸収材としても機能する。

本発明の一実施形態によれば、前記内側の面と反対の前記熱伝導性壁の外側の面は、前記冷却モジュールの前記外形に対応する領域に少なくとも部分的に配置された領域であって、複数のフィンを備えた領域を備える。

複数のフィンは、熱伝導性壁の外側の面の表面を増加させることで、ケーシングの外部に対する熱伝達が向上する。

本発明の一実施形態によれば、前記締結手段は、前記熱伝導性壁に固定されるとともに、熱伝導性を有する。

このような締結手段により、印刷回路基板と熱伝導性壁との間の熱経路が有利に可能とされる。

本発明の一実施形態によれば、前記締結手段は、少なくとも１つの金属ネジを備える。

本発明の一実施形態によれば、前記ハウジングは、熱伝導性を有する。

本発明の一実施形態によれば、前記熱伝導性壁および前記ハウジングは、同一材料から作製される。

本発明の一実施形態によれば、前記熱伝導性壁および前記ハウジングは、単一の材料片を形成する。

こうして、ハウジングと熱伝導性壁との間での熱伝達が促進される。

本発明の一実施形態によれば、前記冷却モジュールは、ペルチェ冷却器である。

ペルチェ冷却器または熱電冷却器を使用することにより、アセンブリの冷却能力が促進される。

本発明の一実施形態によれば、前記電子モジュールは、電気通信回路である。

本発明の様々な特徴、変形例、および実施形態は、互いに両立しないか排他的でない限り、種々の組み合わせにおいて互いに組み合わせられ得る。

本発明の他の多くの特徴は、本発明の実施形態を示すがまったく限定的ではない図面を参照してなされる以下の説明から明らかになる。

図１は、本発明による電子アセンブリが車に組み込まれた電気通信システムを示す。 図２は、本発明の実施形態による電子アセンブリを示す。 図３は、本発明の実施形態によるハウジングの断面を示す。 図４は、本発明の他の実施形態による電子アセンブリを示す。

これらの図面において、異なる実施形態に共通する構造的および／または機能的要素には、同じ参照が付され得ることに留意されたい。

説明の理解および図面の見やすさを向上させるため、３つの方向ｘ、ｙ、ｚを定義する直交系が説明において使用されており、これは図２、図３、および図４で見ることができる。

図１は、自動車ＡＶと、自動車が無線通信リンクＷＬを確立することができる遠隔ネットワークＤＮと、遠隔ネットワークＤＮにリンクすることにより自動車ＡＶと機器メーカーバックエンドシステムＥＭとの間に通信チャネルが確立され得る機器メーカーバックエンドシステムＥＭと、を備える電気通信システムＣＳを示す。

本実施形態において、自動車ＡＶ（ここでは車）は、ここでは自動車ＡＶのルーフに配置された、本発明による電子アセンブリ１を備えている。本例の電子アセンブリ１は、電子モジュール２を備えている。電子モジュール２は、ここでは電気通信回路、例えばネットワークアクセス装置である。電子モジュール２は、ここでは、遠隔ネットワークＤＮに対して無線通信リンクＷＬを確立するように構成されている。本実施形態において、遠隔ネットワークは、インターネットネットワークおよび／またはセルラーネットワークを備えている。

自動車ＡＶは、車両ＡＶの種々の電子機器ユニット（例えば、コマンドユニット、ディスプレイ、センサ…）であって、電子アセンブリ１をホストとする電子モジュール２が含まれる電子機器ユニットを備えるとともにこれらを互いにリンクする内部ネットワークＩＮを搭載している。したがって、電子モジュール２は、自動車の内部ネットワークＩＮと通信し得るとともに、遠隔ネットワークＤＮを介して機器メーカーバックエンドシステムＢＳとデータ交換し得る。

交換されるデータは、車の位置および速度に関する情報、機器の故障に関するアラート等の車両のメンテナンスに関する情報、さらに一般的には車両ＡＶのセンサからの種々の信号に関する情報を含み得る。

図２は、電子アセンブリ１の実施形態の断面図である。電子アセンブリ１は、印刷回路基板４を包囲するケーシング３と、印刷回路基板４の第１の側５に固定された電子モジュール２と、印刷回路基板４の第１の側５に固定された複数の電子部品６と、ハウジング７と、ハウジング７に収容された冷却モジュール８と、を備えている。例えば、複数の電子部品６は、アンテナを備えている。

ケーシング３は、熱伝導性壁９を備えている。熱伝導性壁９は、ここでは金属製壁、例えばアルミニウム製壁である。ケーシング３の他の壁は、無線周波数波と干渉しない材料から構成されているため、無線通信リンクＷＬを確立することが可能となっている。例えば、ここではケーシング３の他の壁は、プラスチック材料から作製されている。図２において、熱伝導性壁９は、ｘ‐ｙ平面において延びている。

印刷回路基板４は、ケーシング３内において、第１の側５と反対の印刷回路基板４の第２の側１０が熱伝導性壁９に対面する状態で、熱伝導性壁９から距離を置いて配置されている。印刷回路基板４は、交互となっている電気伝導性層と電気絶縁層とを備えるとともに、貫通孔ビアを備えている。貫通孔ビアは、印刷回路基板４の第１の側５から第２の側１０まで延びるとともに、例えばここでは銅である電気伝導性材料で充填されている。したがって、印刷回路基板４は、本発明の意味において熱伝導性を有している。図２において、印刷回路基板４はｘ‐ｙ平面において延び、貫通孔ビアはｚ方向において延びている。

印刷回路基板４は、締結手段１８により、本例においてネジにより、ケーシング３に、本例において熱伝導性壁９に固定されている。本実施形態において、ネジ１８は、熱伝導性を有し、より正確には金属から作製されている。

ハウジング７は、熱伝導性壁９の内側の面１９に固定されたベースプレート１１を備えている。ベースプレート１１は、本実施形態において、熱伝導性壁における突出部により形成されている。ハウジング７は、ベースプレート１１から離れるように延びる、すなわちここでは印刷回路基板４に向かって延びる複数のフィンガ１２を備えている。本実施形態において、フィンガは、印刷回路基板４に物理的に接触するように延びている。ベースプレートは、ハウジング７の底部を形成し、複数のフィンガ１２は、ベースプレート１１の縁部から延びているため、ハウジング７の測部境界を規定している。

フィンガ１２のｘ‐ｙ平面における断面図である図３に示すように、ベースプレート１１は、矩形、例えば本例において正方形である。そして、ハウジング７は、８本のフィンガ１２を備えている。４本のフィンガ１２ａは、ベースプレート１１の側面から延び、４本の他のフィンガ１２ｂは、ベースプレートの隅部から延びている。図３のフィンガ１２ａおよび１２ｂは、角のある断面を有しているが、他の実施形態において、フィンガは任意の形状の断面を有し得る。

本実施形態において、熱伝導性壁９、ベースプレート１１、およびフィンガ１２は、同一の材料片、ここではアルミニウム片から作製されている。換言すれば、熱伝導性壁９とハウジング７とは、モノリシック構造を形成している。

冷却モジュール８は、複数のフィンガ１２が冷却モジュール８の移動を、熱伝導性壁に対して平行な任意の方向において、ここではｘ方向およびｙ方向において抑制するように、ハウジング７に収容されている。したがって、複数のフィンガのフィンガ１２は、冷却モジュール８に物理的に接触している。

冷却モジュール８は、ベースプレート１１と、ひいては熱伝導性壁９とに熱的に結合するように、そして、電子モジュール２と熱的に結合するように、ハウジング７に収容されている。本実施形態において、冷却モジュール８は、第１面１３と、第１面１３と反対の第２面１４と、を備えている。第１面１３は、第１熱ペースト層１５を介して印刷回路基板４と接触しており、第２面１４は、第２熱ペースト層１６を介してベースプレート１１と接触している。本発明は、熱ペーストに代えて、熱パッドや熱伝導性発泡体にも適合可能である。

印刷回路基板４の第２の側１０は、電子モジュールの外形に対応する第１領域Ａ１に配置されたグランド面１７、すなわち金属面、例えばここでは銅面を備えている。換言すれば、図２の電子アセンブリ１の配向を考慮すれば、グランド面１７は、電子モジュールの下方に配置されている。第１熱ペースト層１５は、グランド面１７と物理的に接触している。

本実施形態の冷却モジュール８は、ペルチェ冷却器または熱電冷却器である。したがって、冷却モジュール８は、電力を供給されることで第１面１３から第２面１４に熱を伝達する。外部エネルギー源に依存する熱伝達は、「能動的」とみなされる。したがって、電気を消費するペルチェ冷却器は、能動的な冷却装置である。逆に、外部エネルギー源に依存しない熱伝達は受動的とみなされる。

熱伝導性壁の外側の面２０は、冷却モジュール８の外形に対応する第２領域Ａ２であって、複数のフィン２１を備える第２領域Ａ２を備えている。したがって、外側の面２０の表面は増加している。

上述の電子アセンブリ１は、電子モジュール２から熱伝導性壁への少なくとも４つの熱経路を備えている。第１熱経路は、印刷回路基板４と（熱ペースト層１５および１６を介して）冷却モジュール８とベースプレート１１とを通る。第２熱経路は、印刷回路基板４とネジ１８とを通る、第３熱経路は、印刷回路基板４と周囲空気とを通る。第４熱経路は、印刷回路基板４とフィンガ１２とベースプレート１１とを通る。

第１熱経路は、熱を消費するペルチェ冷却器８を含むため、能動的な熱経路である。第２熱経路、第３熱経路、および第４熱経路は、エネルギーを消費しないため、受動的な熱経路である。

図４に示す本発明の一実施形態によれば、印刷回路基板４は、第１領域Ａ１に配置された貫通孔２２であって、印刷回路基板４の第１の側５から印刷回路基板４の第２の側１０まで延びる貫通孔２２を備えている。貫通孔２２の寸法は、第１領域Ａ１のものよりも小さいため、電子モジュール２は、印刷回路基板の第１の側５に固定されたままである。

冷却モジュール８は、貫通孔２２を通過して電子モジュール２まで延び、第１熱ペースト層１５を介して電子モジュール２に物理的に接触している。

先に説明した実施形態において、印刷回路基板４の（ｚ方向において測定される）厚さが冷却モジュール８の厚さよりも小さいため、冷却モジュール８は貫通孔２２から突出している。他の実施形態において、印刷回路基板４の厚さは冷却モジュール８よりも大きいため、冷却モジュール８は貫通孔２２から突出しない。

このような実施形態において、ハウジング７のｘおよびｙ寸法は、貫通孔２２のｘおよびｙ寸法よりも小さいため、フィンガ１２は貫通孔２２内に延び得る。この目的は、冷却モジュール８の移動を抑制すること、および冷却モジュール８に接触してこれらの要素間での熱伝達を可能とすることである。

さらに、このような実施形態において、ハウジング７は、ベースプレート１１から冷却モジュール８まで延びて、第２熱ペースト層１６を介して冷却モジュール８と接触する少なくとも１つの中央フィンガまたは中央突出部を備え得る。したがって、このような中央フィンガまたは中央突出部は、フィンガ１２よりも（ｚ方向において）短い。

図１に示すように電子アセンブリが自動車に組み込まれている本発明の実施形態において、熱伝導性壁は、有利には車両の車体に物理的に接触している。したがって、車両の車体がヒートシンクとして機能し、冷却効率が促進される。

本発明は、図１～図４に関して上述した実施形態に限定されない。

例えば、ハウジング７は、ベースプレート１１を有し、そこからフィンガ１２が延びると説明した。他の実施形態において、ハウジングは、ベースプレート１１を備えなくてもよい。この場合、フィンガ１２は、熱伝導性壁９の内側の面１９から直接的に延びる。

さらに、上述のフィンガ１２は、ベースプレート１１または熱伝導性壁９から印刷回路基板４まで延びて、印刷回路基板４に物理的に接触している。この解決策は、冷却モジュール８にｚ方向において加わる機械的応力を低減するのに有利である。しかしながら、本発明の他の実施形態は、印刷回路基板４に向かって延びるが印刷回路基板４に接触しないフィンガ１２のうちの少なくともいくつかを備える。したがって、これらのフィンガの先端部は、印刷回路基板４から距離を置いている。

上述の電子アセンブリ１は、冷却モジュール８がペルチェ冷却器であることにより、能動的な冷却を実施する。本発明は、受動的な冷却にも適合可能であり、本発明の実施形態は、ハウジング７に配置された受動冷却モジュールを備える。

上述のグランド面１７の寸法および位置は、第１領域Ａ１に対応している。他の実施形態において、グランド面１７の寸法は、第１領域Ａ１のもの（すなわち電子モジュールのもの）と異なっていてもよく、例えば小さくても大きくてもよい。例えば、グランド面は、印刷回路基板４の第２の側１０全体を覆ってもよい。また、いくつかの実施形態において、グランド面１７は、第１領域Ａ１の一部においてのみ延び得る。

同様に、複数のフィン２１は、熱伝導性壁９の外側の面２０全体に亘って、または第２領域Ａ２よりも小さい表面において延び得る。フィンについて説明したが、熱伝導性壁９の外側の面２０の表面を増加させるための他の形状も可能である。例えば、外側の面２０は、波状部、円錐部、フィンガ、パッド等を備え得る。

最後に、熱伝導性壁およびハウジングが同一材料からなり、モノリシック構造を形成していることについて説明した。本発明の他の実施形態において、ハウジング７および熱伝導性壁９は、別個の材料片から作製され得るとともに、異なる材料から作製され得る。

Claims (14)

1. 電子アセンブリ（１）であって、
   印刷回路基板（４）と、
   前記印刷回路基板（４）の第１の側（５）に固定された電子モジュール（２）と、
   熱伝導性壁（９）を有するケーシング（３）と、
   前記印刷回路基板（４）を前記ケーシング（３）内において前記熱伝導性壁（９）から距離を置いて保持するように構成された締結手段（１８）と、
   前記熱伝導性壁（９）の内側の面（１９）から延びるハウジング（７）と、
   前記ハウジング（７）に配置されて前記熱伝導性壁（９）および前記電子モジュール（２）の両方に熱的に結合する冷却モジュール（８）と、を備え、
   前記ハウジング（７）は、前記熱伝導性壁（９）に対して平行な任意の方向における前記冷却モジュール（８）の移動を抑制するように構成される、
   電子アセンブリ。
2. 前記ハウジング（７）は、前記熱伝導性壁（９）の前記内側の面（１９）から延びる複数のフィンガ（１２）を備え、
   複数の前記フィンガ（１２）は、前記冷却モジュール（８）の前記移動を抑制するように構成される、
   請求項１に記載の電子アセンブリ。
3. 前記ハウジング（７）は、前記熱伝導性壁（９）から前記印刷回路基板（４）まで延びる、
   請求項１または２に記載の電子アセンブリ。
4. 前記印刷回路基板（４）は、前記第１の側（５）と反対の第２の側（１０）を備え、
   前記第２の側（１０）は、金属グランド面（１７）を備え、
   前記冷却モジュール（８）は、前記金属グランド面（１７）との接触を介して前記電子モジュール（２）に熱的に結合する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の電子アセンブリ。
5. 前記印刷回路基板（４）は、前記電子モジュール（２）の外形に対応する領域（Ａ１）に配置された貫通孔（２２）を備え、
   前記冷却モジュール（８）は、前記貫通孔を介して前記電子モジュール（２）に接触する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の電子アセンブリ。
6. 前記冷却モジュール（８）は、熱パッド、熱ペースト、または熱発泡体を介して、前記熱伝導性壁（９）および前記電子モジュール（２）に熱的に結合する、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の電子アセンブリ。
7. 前記内側の面（１９）と反対の前記熱伝導性壁（９）の外側の面（２０）は、前記冷却モジュール（８）の外形に対応する領域（Ａ２）に少なくとも部分的に配置された領域であって、複数のフィン（２１）を備えた領域を備える、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の電子アセンブリ。
8. 前記締結手段（１８）は、前記熱伝導性壁（９）に固定されるとともに、熱伝導性を有する、
   請求項１～７のいずれか一項に記載の電子アセンブリ。
9. 前記締結手段（１８）は、少なくとも１つの金属ネジを備える、
   請求項８に記載の電子アセンブリ。
10. 前記ハウジング（７）は、熱伝導性を有する、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の電子アセンブリ。
11. 前記熱伝導性壁（９）および前記ハウジング（７）は、同一材料から作製される、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の電子アセンブリ。
12. 前記熱伝導性壁（９）および前記ハウジング（７）は、単一の材料片を形成する、
    請求項１１に記載の電子アセンブリ。
13. 前記冷却モジュール（８）は、ペルチェ冷却器である、
    請求項１～１２のいずれか一項に記載の電子アセンブリ。
14. 前記電子モジュール（２）は、電気通信回路である、
    請求項１～１３のいずれか一項に記載の電子アセンブリ。

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