JP6314199B2 - 電子デバイスの熱管理のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
本開示は、電子回路に関する。より特定的には、本開示は、電子デバイスのための熱管理システムおよび方法に関する。
半導体(例えば、トランジスタおよびダイオード等)は、いくつかの場合おいては、半導体パッケージで製造され、機械的搭載部が電気的接続と組み合される。いくつかの場合おいては露出タブパッケージと呼ばれるこのようなパッケージの上面図102および底面図104の例が、図1に示されている。露出タブ半導体パッケージは、いくつかの場合おいては、カプセル化されたパッケージの代わりに利用される。なぜなら、露出タブパッケージは、カプセル化された半導体パッケージと比べて、より良好な熱伝達能力、電力処理能力、および電流処理能力を呈し得るからである。露出タブ半導体パッケージは、少なくとも2つの構成で入手可能である。すなわち、1つの構成は、機械的ハードウェア(例えば、ネジ、ナット、および/または絶縁体)を用いて搭載されるように設計された、図1に示されているようなものであり、別の構成は、印刷回路基板(PCB)の半田付け可能表面または別の半田付け可能表面に半田付けされるように設計された、図2に図示されているようなものである。各露出タブパッケージ構成は、その利点および不利点を有する。
本開示の局面に従うと、電子デバイスのための熱管理システムが提供され、該熱管理システムは、電子デバイスと、ヒートシンクと、熱伝導および電気絶縁サーマルブリッジとを含む。サーマルブリッジは、電子デバイスとヒートシンクとの間に挿入されており、電子デバイスをヒートシンクに熱的に結合しており、電子デバイスをヒートシンクから電気的に絶縁している。電子デバイス、ヒートシンク、およびサーマルブリッジは、印刷回路基板の同一の平面状表面上に搭載されている。
本明細書は、例えば、以下の項目を提供する。
(項目1)
電子デバイスのための熱管理システムであって、
少なくとも1つの電子デバイスと、
ヒートシンクと、
熱伝導および電気絶縁サーマルブリッジであって、上記サーマルブリッジは、上記少なくとも1つの電子デバイスと上記ヒートシンクとの間に挿入されており、上記サーマルブリッジは、上記少なくとも1つの電子デバイスを上記ヒートシンクに熱的に結合しており、上記少なくとも1つの電子デバイスを上記ヒートシンクから電気的に絶縁している、熱伝導および電気絶縁サーマルブリッジと
を含み、
上記少なくとも1つの電子デバイス、上記ヒートシンク、および上記サーマルブリッジは、印刷回路基板の同一の平面状表面上に搭載されている、システム。
(項目2)
上記少なくとも1つの電子デバイスは、上記システム内に含まれている複数の電子デバイスのうちの1つであり、
上記サーマルブリッジは、上記システム内に含まれている複数のサーマルブリッジのうちの1つであり、
上記複数のサーマルブリッジの各々は、上記ヒートシンクと上記複数の電子デバイスのそれぞれの電子デバイスとの間に挿入されており、上記複数の電子デバイスの上記それぞれの電子デバイスを上記ヒートシンクに熱的に結合しており、上記複数の電子デバイスの上記それぞれの電子デバイスを上記ヒートシンクから電気的に絶縁しており、
上記複数の電子デバイス、上記複数のサーマルブリッジ、および上記ヒートシンクは、上記印刷回路基板の上記同一の平面状表面上に搭載されている、上記項目に記載のシステム。
(項目3)
上記複数の電子デバイスは、上記ヒートシンクに熱的に結合されており、上記ヒートシンクから、および、互いから、電気的に絶縁されている、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目4)
上記複数の電子デバイスの隣接するペアの間に挿入されている第2の複数のサーマルブリッジをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目5)
上記複数の電子デバイスは、そのそれぞれの複数の端子により、互いに電気的に結合されており、これにより、上記複数の電子デバイスのうちの電子デバイスの個別の電流処理能力よりも大きい集約的電流処理能力を生み出す、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目6)
上記ヒートシンクに結合されており、かつ上記ヒートシンクおよび上記複数の電子デバイスの温度を感知するように配列されている温度センサをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目7)
上記複数のサーマルブリッジは、上記ヒートシンクと上記複数の電子デバイスのそれぞれの電子デバイスとの間に挿入されており、上記複数の電子デバイスの上記それぞれの電子デバイスを上記ヒートシンクに熱的に結合しており、上記複数の電子デバイスの上記それぞれの電子デバイスを上記ヒートシンクから電気的に絶縁している、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目8)
上記少なくとも1つの電子デバイスは、上記印刷回路基板に半田付けされた露出タブ半導体パッケージとして形成されている、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目9)
上記ヒートシンクは、電気接地に電気的に結合されている、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目10)
上記サーマルブリッジは、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、または酸化ベリリウムのうちの少なくとも1つから形成されている、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目11)
電子デバイスのための熱管理システムを修理する方法であって、
上記システムは、
印刷回路基板であって、上記印刷回路基板は、
第1の電子デバイスと、
ヒートシンクと、
熱伝導および電気絶縁サーマルブリッジであって、上記サーマルブリッジは、上記第1の電子デバイスと上記ヒートシンクとの間に挿入されており、上記サーマルブリッジは、上記第1の電子デバイスを上記ヒートシンクに熱的に結合しており、上記第1の電子デバイスを上記ヒートシンクから電気的に絶縁している、熱伝導および電気絶縁サーマルブリッジと
を自身の上に有している、印刷回路基板
を含み、
上記第1の電子デバイス、上記ヒートシンク、および上記サーマルブリッジは、上記印刷回路基板の同一の平面状表面上に搭載されており、
上記方法は、
上記ヒートシンクまたは上記サーマルブリッジのうちの少なくとも一方が上記印刷回路基板に取り付けられたままである間に、上記第1の電子デバイスを上記印刷回路基板から除去することと、
上記ヒートシンクまたは上記サーマルブリッジのうちの少なくとも一方が上記印刷回路基板に取り付けられたままである間に、上記第1の電子デバイスの代わりに、上記印刷回路基板に第2の電子デバイスを取り付けることと
を含む、方法。
(項目12)
上記第1の電子デバイスは、上記システム内に含まれている複数の電子デバイスのうちの1つであり、
上記サーマルブリッジは、上記システム内に含まれている複数のサーマルブリッジのうちの1つであり、
上記複数のサーマルブリッジの各々は、上記ヒートシンクと上記複数の電子デバイスのそれぞれの電子デバイスとの間に挿入されており、上記複数の電子デバイスの上記それぞれの電子デバイスを上記ヒートシンクに熱的に結合しており、上記複数の電子デバイスの上記それぞれの電子デバイスを上記ヒートシンクから電気的に絶縁しており、
上記複数の電子デバイス、上記複数のサーマルブリッジ、および上記ヒートシンクは、上記印刷回路基板の上記同一の平面状表面上に搭載されており、
上記方法は、
上記ヒートシンクまたは上記サーマルブリッジのうちの少なくとも一方が上記印刷回路基板に取り付けられたままである間に、上記複数の電子デバイスの第1のグループを上記印刷回路基板から除去することと、
上記ヒートシンクまたは上記サーマルブリッジのうちの少なくとも一方が上記印刷回路基板に取り付けられたままである間に、上記複数の電子デバイスの上記第1のグループの代わりに電子デバイスの第2のグループを上記印刷回路基板に取り付けることと
をさらに含む、上記項目に記載の方法。
(項目13)
上記複数の電子デバイスは、上記ヒートシンクに熱的に結合されており、上記ヒートシンクから、および、互いから、電気的に絶縁されている、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目14)
上記システムは、上記複数の電子デバイスの隣接するペアの間に挿入されている第2の複数のサーマルブリッジをさらに含み、
上記第2の複数のサーマルブリッジは、上記複数の電子デバイスの上記第1のグループの上記除去または電子デバイスの上記第2のグループの上記取り付けのうちの少なくとも一方の間に、上記印刷回路基板に取り付けられたままである、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目15)
上記複数の電子デバイスは、そのそれぞれの複数の端子により、互いに電気的に結合されており、
上記複数の電子デバイスのサブセットは、上記複数の電子デバイスの上記第1のグループの上記除去または電子デバイスの上記第2のグループの上記取り付けのうちの少なくとも一方の間に、上記印刷回路基板に取り付けられたままである、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目16)
上記システムは、上記ヒートシンクに結合されており、かつ上記ヒートシンクおよび上記複数の電子デバイスの温度を感知するように配列されている温度センサをさらに含み、
上記温度センサは、上記複数の電子デバイスの上記第1のグループの上記除去または電子デバイスの上記第2のグループの上記取り付けのうちの少なくとも一方の間に、上記印刷回路基板に取り付けられたままである、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目17)
上記複数のサーマルブリッジは、上記ヒートシンクと上記複数の電子デバイスのそれぞれの電子デバイスとの間に挿入されており、上記複数の電子デバイスの上記それぞれの電子デバイスを上記ヒートシンクに熱的に結合しており、上記複数の電子デバイスの上記それぞれの電子デバイスを上記ヒートシンクから電気的に絶縁しており、
上記複数のサーマルブリッジは、上記複数の電子デバイスの上記第1のグループの上記除去または電子デバイスの上記第2のグループの上記取り付けのうちの少なくとも一方の間に、上記印刷回路基板に取り付けられたままである、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目18)
上記第1の電子デバイスは、露出タブ半導体パッケージとして形成されており、上記第2の電子デバイスの上記取り付けは、半田付けを用いることにより上記第2の電子デバイスを上記印刷回路基板に搭載することを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目19)
上記ヒートシンクは、電気接地に電気的に結合されている、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目20)
上記サーマルブリッジは、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、または酸化ベリリウムのうちの少なくとも1つから形成されている、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(摘要)
電子デバイスのための熱管理システムおよび方法が提供される。システムは、電子デバイス、ヒートシンク、および電子デバイスとヒートシンクとの間に挿入された熱伝導および電気絶縁サーマルブリッジを含む。サーマルブリッジは、電子デバイスをヒートシンクに熱的に結合しており、電子デバイスをヒートシンクから電気的に絶縁している。電子デバイス、ヒートシンク、およびサーマルブリッジは、印刷回路基板の同一の平面状表面上に搭載されている。
図3は、電子デバイスのための熱管理システム300のグラフィック描写を示している。システム300は、1つ以上の電子デバイス302、ヒートシンク304、および1つ以上の熱伝導および電気絶縁サーマルブリッジ306を含んでいる。一例において、半導体デバイス302は、電界効果トランジスタ(FET)であるか、または、動作中に熱(該熱は、正常動作限界内にとどまるようにデバイス温度を調節するためにデバイスから離れる方向に伝導されなければならない)を生成するその他のデバイスである。
Claims (19)
- 電子デバイスのための熱管理システムであって、
少なくとも1つの電子デバイスと、
ヒートシンクと、
熱伝導および電気絶縁サーマルブリッジであって、前記サーマルブリッジは、前記少なくとも1つの電子デバイスと前記ヒートシンクとの間に挿入されており、前記サーマルブリッジは、前記少なくとも1つの電子デバイスを前記ヒートシンクに熱的に結合しており、前記少なくとも1つの電子デバイスを前記ヒートシンクから電気的に絶縁している、熱伝導および電気絶縁サーマルブリッジと
を含み、
前記少なくとも1つの電子デバイス、前記ヒートシンク、および前記サーマルブリッジは、印刷回路基板の同一の平面状表面上に搭載されており、
前記サーマルブリッジは、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、または酸化ベリリウムのうちの少なくとも1つから形成されている、システム。 - 前記少なくとも1つの電子デバイスは、前記システム内に含まれている複数の電子デバイスのうちの1つであり、
前記サーマルブリッジは、前記システム内に含まれている複数のサーマルブリッジのうちの1つであり、
前記複数のサーマルブリッジの各々は、前記ヒートシンクと前記複数の電子デバイスのそれぞれの電子デバイスとの間に挿入されており、前記複数の電子デバイスの前記それぞれの電子デバイスを前記ヒートシンクに熱的に結合しており、前記複数の電子デバイスの前記それぞれの電子デバイスを前記ヒートシンクから電気的に絶縁しており、
前記複数の電子デバイス、前記複数のサーマルブリッジ、および前記ヒートシンクは、前記印刷回路基板の前記同一の平面状表面上に搭載されている、請求項1に記載のシステム。 - 前記複数の電子デバイスは、前記ヒートシンクに熱的に結合されており、前記ヒートシンクから、および、互いから、電気的に絶縁されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記複数の電子デバイスの隣接するペアの間に挿入されている第2の複数のサーマルブリッジをさらに含む、請求項2に記載のシステム。
- 前記複数の電子デバイスは、そのそれぞれの複数の端子により、互いに電気的に結合されており、これにより、前記複数の電子デバイスのうちの電子デバイスの個別の電流処理能力よりも大きい集約的電流処理能力を生み出す、請求項4に記載のシステム。
- 前記ヒートシンクに結合されており、かつ前記ヒートシンクおよび前記複数の電子デバイスの温度を感知するように配列されている温度センサをさらに含む、請求項2に記載のシステム。
- 前記複数のサーマルブリッジは、前記ヒートシンクと前記複数の電子デバイスのそれぞれの電子デバイスとの間に挿入されており、前記複数の電子デバイスの前記それぞれの電子デバイスを前記ヒートシンクに熱的に結合しており、前記複数の電子デバイスの前記それぞれの電子デバイスを前記ヒートシンクから電気的に絶縁している、請求項2に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの電子デバイスは、前記印刷回路基板に半田付けされた露出タブ半導体パッケージとして形成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記ヒートシンクは、電気接地に電気的に結合されている、請求項1に記載のシステム。
- 電子デバイスのための熱管理システムを修理する方法であって、
前記システムは、
印刷回路基板であって、前記印刷回路基板は、
第1の電子デバイスと、
ヒートシンクと、
熱伝導および電気絶縁サーマルブリッジであって、前記サーマルブリッジは、前記第1の電子デバイスと前記ヒートシンクとの間に挿入されており、前記サーマルブリッジは、前記第1の電子デバイスを前記ヒートシンクに熱的に結合しており、前記第1の電子デバイスを前記ヒートシンクから電気的に絶縁している、熱伝導および電気絶縁サーマルブリッジと
を自身の上に有している、印刷回路基板
を含み、
前記第1の電子デバイス、前記ヒートシンク、および前記サーマルブリッジは、前記印刷回路基板の同一の平面状表面上に搭載されており、
前記方法は、
前記ヒートシンクまたは前記サーマルブリッジのうちの少なくとも一方が前記印刷回路基板に取り付けられたままである間に、前記第1の電子デバイスを前記印刷回路基板から除去することと、
前記ヒートシンクまたは前記サーマルブリッジのうちの少なくとも一方が前記印刷回路基板に取り付けられたままである間に、前記第1の電子デバイスの代わりに、前記印刷回路基板に第2の電子デバイスを取り付けることと
を含む、方法。 - 前記第1の電子デバイスは、前記システム内に含まれている複数の電子デバイスのうちの1つであり、
前記サーマルブリッジは、前記システム内に含まれている複数のサーマルブリッジのうちの1つであり、
前記複数のサーマルブリッジの各々は、前記ヒートシンクと前記複数の電子デバイスのそれぞれの電子デバイスとの間に挿入されており、前記複数の電子デバイスの前記それぞれの電子デバイスを前記ヒートシンクに熱的に結合しており、前記複数の電子デバイスの前記それぞれの電子デバイスを前記ヒートシンクから電気的に絶縁しており、
前記複数の電子デバイス、前記複数のサーマルブリッジ、および前記ヒートシンクは、前記印刷回路基板の前記同一の平面状表面上に搭載されており、
前記方法は、
前記ヒートシンクまたは前記サーマルブリッジのうちの少なくとも一方が前記印刷回路基板に取り付けられたままである間に、前記複数の電子デバイスの第1のグループを前記印刷回路基板から除去することと、
前記ヒートシンクまたは前記サーマルブリッジのうちの少なくとも一方が前記印刷回路基板に取り付けられたままである間に、前記複数の電子デバイスの前記第1のグループの代わりに電子デバイスの第2のグループを前記印刷回路基板に取り付けることと
をさらに含む、請求項10に記載の方法。 - 前記複数の電子デバイスは、前記ヒートシンクに熱的に結合されており、前記ヒートシンクから、および、互いから、電気的に絶縁されている、請求項11に記載の方法。
- 前記システムは、前記複数の電子デバイスの隣接するペアの間に挿入されている第2の複数のサーマルブリッジをさらに含み、
前記第2の複数のサーマルブリッジは、前記複数の電子デバイスの前記第1のグループの前記除去または電子デバイスの前記第2のグループの前記取り付けのうちの少なくとも一方の間に、前記印刷回路基板に取り付けられたままである、請求項11に記載の方法。 - 前記複数の電子デバイスは、そのそれぞれの複数の端子により、互いに電気的に結合されており、
前記複数の電子デバイスのサブセットは、前記複数の電子デバイスの前記第1のグループの前記除去または電子デバイスの前記第2のグループの前記取り付けのうちの少なくとも一方の間に、前記印刷回路基板に取り付けられたままである、請求項13に記載の方法。 - 前記システムは、前記ヒートシンクに結合されており、かつ前記ヒートシンクおよび前記複数の電子デバイスの温度を感知するように配列されている温度センサをさらに含み、
前記温度センサは、前記複数の電子デバイスの前記第1のグループの前記除去または電子デバイスの前記第2のグループの前記取り付けのうちの少なくとも一方の間に、前記印刷回路基板に取り付けられたままである、請求項11に記載の方法。 - 前記複数のサーマルブリッジは、前記ヒートシンクと前記複数の電子デバイスのそれぞれの電子デバイスとの間に挿入されており、前記複数の電子デバイスの前記それぞれの電子デバイスを前記ヒートシンクに熱的に結合しており、前記複数の電子デバイスの前記それぞれの電子デバイスを前記ヒートシンクから電気的に絶縁しており、
前記複数のサーマルブリッジは、前記複数の電子デバイスの前記第1のグループの前記除去または電子デバイスの前記第2のグループの前記取り付けのうちの少なくとも一方の間に、前記印刷回路基板に取り付けられたままである、請求項11に記載の方法。 - 前記第1の電子デバイスは、露出タブ半導体パッケージとして形成されており、前記第2の電子デバイスの前記取り付けは、半田付けを用いることにより前記第2の電子デバイスを前記印刷回路基板に搭載することを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記ヒートシンクは、電気接地に電気的に結合されている、請求項10に記載の方法。
- 前記サーマルブリッジは、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、または酸化ベリリウムのうちの少なくとも1つから形成されている、請求項10に記載の方法。
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