JP7116843B2

JP7116843B2 - Ｒｆコンポーネント用マルチスタック冷却構造

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Publication number: JP7116843B2
Application number: JP2021507997A
Authority: JP
Inventors: グリデアンドレ; グリューナーダニエル; ラバンクアントン
Original assignee: コメットアーゲー
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2022-08-10
Anticipated expiration: 2038-08-20
Also published as: CN112586090A; EP3841849B1; TW202010373A; KR102564297B1; US20210259092A1; CN112586090B; US11382206B2; TWI738019B; EP3841849A1; KR20210042902A; WO2020040725A1; JP2021534588A

Description

この文献は、一般に、ＲＦコンポーネントのためのマルチスタック冷却構造（ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｃｋｃｏｏｌｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）に関する。

一部の高周波（Ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＲＦ）電力コンポーネントまたはモジュールは、インダクタ、変圧器または伝送ラインなどの平面電源ＲＦ構造を含む。動作中、このようなＲＦ電力コンポーネントは、かなりの量の熱を発生する可能性がある。したがって、ＲＦ電力コンポーネントを冷却することが必要であるか、または望ましい場合がある。

一部のＲＦコンポーネントは、マイクロ波範囲の周波数（３００ＭＨｚ～３００ＧＨｚなど）以上で動作する。このようなＲＦコンポーネントの場合、ＲＦコンポーネントが実装されているプリント回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）にヒートシンクを直接結合することができる。このような状況では、ＲＦコンポーネントが誘導性コンポーネントの比較的低いインダクタンスおよび／または伝送ラインの低いインピーダンスを必要とするので、ＲＦコンポーネントに金属ヒートシンクが比較的近接していることが許容される場合がある。低い周波数の場合は、この限りではない。

第１の態様では、装置は、第１の位置に高周波（ＲＦ）構造を有する回路基板であって、回路基板の導電性トレースから形成されたＲＦ構造であり、熱伝導体と、回路基板と熱伝導体とを互いに結合するマルチスタック冷却構造であって、マルチスタック冷却構造は第１の位置でＲＦ構造に隣接する第１スタック（ｆｉｒｓｔｓｔａｃｋ）および第２の位置にある第２スタック（ｓｅｃｏｎｄｓｔａｃｋ）を含み、第１スタックは熱伝導体に隣接する誘電体層と、誘電体層と回路基板とを互いに結合する熱界面材料（Ｔｈｅｒｍａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｍａｔｅｒｉａｌ；ＴＩＭ）と、を含み、誘電体層はＴＩＭよりも高い熱伝導率および高い剛性を有し、第２スタックは熱伝導体に隣接する金属層と、金属層と回路基板とを互いに結合するＴＩＭと、を含む。

実施形態は、以下の特徴のいずれかまたは全てを含むことができる。ＴＩＭは、熱パッド、粘着剤（ａｄｈｅｓｉｖｅ）、結合フィルム、マトリックス繊維集合体、はんだ、または接着剤（ｇｌｕｅ）のうちの少なくとも一つを含む。ＲＦ構造は、中央開口部を有し、装置は、中央開口部と整列した回路基板上の少なくとも一つのコンポーネント（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）をさらに備える。ＲＦ構造は、インダクタ、変圧器、または伝送ラインのうちの少なくとも一つを含む。回路基板は、マルチスタック冷却構造に対向する第１の層と、第１の層に対向する第２の層と、を有する。ＲＦ構造は、第１層に配置されている。誘電体層は、セラミック材料または強磁性セラミック材料のうちの少なくとも一つを含む。誘電体層と金属層とは共通の形状を有する。誘電体層と金属層とは、共通の大きさを有する。装置は、金属層の表面に、めっきをさらに含む。めっきには、スズまたは金の少なくとも一方を含む。装置は、マルチスタック冷却構造は、回路基板と熱伝導体との間に２つ以上のスタックを含む。金属層に実装された電力コンポーネントをさらに備える。装置は、回路基板に、電力コンポーネントを収容する凹部をさらに備える。

第２の態様では、装置は、第１の表面の第１の位置に高周波（ＲＦ）構造を有するプリント回路基板であって、プリント回路基板は第１の表面の反対側に第２の表面を有し、ＲＦ構造は、導電性トレースから形成され、インダクタ、変圧器、または伝送ラインのうち少なくとも一つを含み、ヒートシンクまたは水冷プレートのうちの少なくとも一つを含む熱伝導体と、プリント回路基板と熱伝導体とを互いに結合するマルチスタック冷却構造であって、マルチスタック冷却構造は第１の位置でＲＦ構造に隣接する第１スタックおよび第２の位置で第２スタックを含み、第１スタックは、熱伝導体に結合された誘電体パッドを含み、誘電体パッドとプリント回路基板とを互いに結合する熱パッド、粘着剤、結合フィルム、マトリックス繊維集合体、はんだ、または接着剤のうちの少なくとも一つを含む熱界面材料とを含み、誘電体パッドは、熱界面材料よりも高い熱伝導率およびより高い剛性を有し、第２スタックは熱伝導体に結合された金属層に積層され、金属層はプリント回路基板の第１表面に結合され、第１スタックは第２スタックに隣接している。

装置の一例を示す。回路基板の一例を示す。フレームの一例を示す。フレームアイレットの一例を示す。アセンブリの例を示す。アセンブリの例を示す。アセンブリの例を示す。アセンブリの例を示す。インダクタを備える装置の一例を示す。インダクタを備える装置の一例を示す。変圧器を備えた装置の一例を示す。変圧器を備えた装置の一例を示す。伝送ラインを有する装置の実例を示す。伝送ラインを有する装置の実例を示す。図１の装置の別の例を示す。回路基板との配置の例を示す。回路基板との配置の例を示す。回路基板との配置の例を示す。

本書では、ヒートシンクと回路基板（ＰＣＢなど）との間に構築できる冷却スタックの例について説明する。いくつかの実施形態では、平面ＲＦ構造の冷却を設けることができる。平面電源ＲＦ構造のために、強制冷却を設けることができる。平面ＲＦ電源構造を冷却するために、ハイブリッド層スタックを設けることができる。

マイクロ波範囲（例えば、約数分の１ＭＨｚ～約１００ＭＨｚ程度）よりも低い周波数を有するＲＦ回路は、典型的にはより高い周波回路に比べて、誘導性コンポーネントのインダクタンスが高く、および／または伝送ラインのインピーダンスが高くなる可能性がある。このようなより低い周波数に関連する装置の例には、ＲＦ電力送達のための発電機が含まれるが、これらに限定されない。例えば、限定するものではないが、ＲＦ電力発電機は、半導体製造、ＬＥＤディスプレイまたはＬＣＤの製造、ソーラーパネルのような光起電システムを含む薄膜蒸着、サイクロトロンのようなプラズマ研究、工業的または医学的用途、および／またはレーザー電源のような分野で使用することができる。

サブマイクロ波ＲＦ発電機における高いインダクタンスおよび／または高いインピーダンスにより、導電性ヒートシンクまたは他の機械的な熱伝導体をＰＣＢに直接的に結合することが不可能または実用的でない場合がある（この熱伝導体は通常グランド電位に接続される）。このような金属コンポーネントが近接して存在すると、ＲＦコンポーネントの磁場と熱伝導体内の渦電流の磁場とが破壊的に重畳することによって、インダクタンスまたはインピーダンスが著しく減少する。さらに、ＰＣＢを厚くすることは、熱抵抗が典型的には高すぎて冷却が不十分であるため、許容できる解決策ではない場合がある。

熱伝導性のＰＣＢ材料と比較して、異なるより優れた熱伝導性材料を含むマルチスタック冷却構造を提供することができる。いくつかの実施形態では、回路基板は、１以上の切欠きまたはキャビティを特徴とするフレームを含むマルチスタック冷却構造に結合することができる。一例として、マルチスタック冷却構造を熱伝導体に実装することができる。キャビディは、マルチスタック冷却構造に、熱伝導率は良好であるが電気絶縁が必要な追加のスペースを設けることができる。例えば、キャビティは、誘導性素子または伝送ラインのようなＲＦ構造に隣接して設けることができる。キャビティは、一つ以上の良好な熱伝導性インレー（例えば、プレート）と、回路基板とインレーとの間の一つ以上の熱界面材料とで少なくとも部分的に充填することができる。熱界面材料は、少なくとも製造工程中は、柔らかくなっている。例えば、接着剤またはラミネート（ｌａｍｉｎａｔｅ）が使用される場合、高さの許容誤差が補正された後、熱界面層は、その後硬化される。熱界面材料はまた、インレーとヒートシンクまたは他の熱伝導体との間に、またはその代わりに設けることもできる。このスタックは、インダクタンスおよび／またはインピーダンスに重大な有害な影響を与えることなく、ＲＦ構造を冷却することができる。誘導特性がないコンポーネントが配置されている場所などの回路基板の別の面積は、フレームによって形成された別のスタックを介して直接的に冷却することができる。これにより、熱の拡散と熱抵抗の低減を実現することができる。フレームおよび／またはそのようなスタックの他の部分の厚さは、それに応じて選択することができる。

図１は、装置１００の一例を示す。装置１００は、本明細書で説明する任意の例によるＲＦ装置の一部とすることができる。装置１００は、回路基板１０２を含む。いくつかの実施形態では、回路基板１０２はＰＣＢである。例えば、回路基板１０２は、装置１００のコンポーネントを形成および／または接続する導電性トレースを有することができる。

回路基板１０２は、上層１０４を含むことができる。上層１０４は、回路基板１０２の１つ以上のコンポーネントおよび／または導電性トレースを含むことができ、ここでは、説明のために図面に概略的に示す。いくつかの実施形態では、コンポーネント１０６は、「集中」コンポーネントと見なすことができる。例えば、概略的に示されるコンポーネント１０６は、少なくとも一つのキャパシタおよび／または少なくとも一つの抵抗器を表すことができる。装置１００のいくつかのコンポーネントは、ＲＦ構造を含むことができ、サブマイクロ波周波数などの１以上の周波数を有する信号で処理することができる。例えば、既に増幅された高電力信号は、負荷インピーダンスを電力トランジスタに整合させるため、および／またはフィルタリングを提供するために受動コンポーネントを通過させることができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ構造１０８は、インダクタ、変圧器、または伝送ラインを含むか、またはそれらの一部でありうる。例えば、ＲＦ構造１０８は、回路基板１０２の導電性トレース（例えば、銅トレース）から形成することができる。上層１０４は、回路基板１０２のコア１１０に形成することができる。いくつかの実施形態では、コア１１０がＰＢＣ基板を含むことができる。

回路基板１０２は、コア１１０に形成された下層１１２を含むことができる。下層１１２は、回路基板１０２の一つ以上のコンポーネントおよび／または導電性トレース（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｔｒａｃｅｓ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ構造１１４は、インダクタ、変圧器、または伝送ラインを含むか、またはそれらの一部でありうる。例えば、ＲＦ構造１１４は、回路基板１０２の導電性トレース（例えば、銅トレース）から形成することができる。上部および下部という用語は、本図面に関する例示目的のたのみ使用される。

ＲＦ構造１０８および／または１１４は、平面ＲＦ構造と呼ぶことができる。ＲＦコンポーネントは、回路基板の導電性トレースから（例えば、コア１１０に配置される金属層のエッチングによって）形成される場合、平面的なＲＦ構造とみなすことができる。例えば、平面ＲＦ構造は、インダクタ、変圧器および／または伝送ラインを含むことができる。

ここで、装置１００は、回路基板１０２のためのマルチスタック冷却構造１１６（ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｃｋｃｏｏｌｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ＭＳＣＳ）を含む。ＭＳＣＳ１１６は、回路基板１０２のコンポーネント／構造が所望の再現性のあるインダクタンスおよび／またはインピーダンスを有することを容易にしながら、回路基板１０２から放熱された熱を除去する役割を果たすことができる。ＭＳＣＳ１１６は、回路基板１０２と熱伝導体１１８との間に配置される。いくつかの実施形態では、ＭＳＣＳ１１６は、下層１１２に隣接して（例えば、当接して）配置することができる。例えば、ＭＳＣＳ１１６は、ＲＦ構造１１４に対して配置することができる。熱伝導体１１８は、ＭＳＣＳ１１６からの熱を除去することができる構造を含むことができる。例えば、限定するものではないが、熱伝導体１１８は、ヒートシンク（例えば、金属構造）、冷水プレート、および／または別の熱伝導機械的キャリアを含むことができる。

ＭＳＣＳ１１６は、互いに同じまたは異なる方法で、回路基板１０２からの熱エネルギーの除去を容易にする役割を果たす２つ以上のスタックを含むことができる。ここで、ＭＳＣＳ１１６は、少なくともスタック１２０とスタック１２２とを含む。ＭＳＣＳ１１６の各スタックは、２つ以上の層を含むことができる。いくつかの実施形態では、スタック１２０は、熱界面材料（ＴＩＭ）１２４と、インレー１２６と、層１２８の一部である部分１２８Ａとを含む。ここで、部分１２８Ａは、スタック１２０の一端を形成し、熱伝導体１１８に隣接して（例えば、当接して）配置される。スタック１２０の他端では、ＴＩＭ１２４は、回路基板１０２の下層１１２に隣接して（例えば、当接して）配置される。例えば、ＴＩＭ１２４は、ＲＦ構造１１４に隣接して配置することができる。

ＴＩＭ１２４は、回路基板１０２とインレー１２６との間の熱接続を提供するソフトサーマルインターフェースとして機能することができる。ＴＩＭ１２４は、電気的に絶縁性である。いくつかの実施形態では、ＴＩＭ１２４は、熱パッド、粘着剤、結合フィルム、マトリックス繊維集合体、はんだ、および／または接着剤を含むことができる。いくつかの実施形態では、マトリックス繊維集合体は、ポリマーマトリックス中に分散された繊維から形成することができる。例えば、マトリックス繊維集合体は、予め含浸されたコンポジット繊維、またはプリプレグを含むことができる。ＴＩＭ１２４は、装置１００内の一つ以上の不一致を補償する役割を果たすことができる。例えば、ＴＩＭ１２４は、装置１００の設計パラメータ内にあると考えられる機械的公差（例えば、スタック１２２のような一つ以上のサイズの変化量）を補償することができる。別の例として、ＴＩＭ１２４は、下層１１２とインレー１２６との間の空隙を埋めることができる。

インレー１２６は、電気絶縁性を提供する良好な熱伝導性を有する比較的剛性の高い材料片とすることができる。インレー１２６は、回路基板１０２と熱伝導体１１８との間に熱的に導通し、電気的に絶縁されたブリッジを提供することができる。いくつかの実施形態では、インレー１２６は、ＴＩＭ１２４よりも高い熱伝導率を有する。インレー１２４は、ＴＩＭ１２４よりも高い剛性を有する。例えば、インレー１２６は、スタック１２２と、スタック１２２からスタック１２０の反対側にある別のスタック１３２との間に形成されるキャビティ１３０内に収まる最大サイズを有するように選択することができる。例えば、ストック材料または板の一片は、キャビティ１３０を可能な限り満たすように寸法をカスタマイズすることができ、次いで、ＴＩＭ１２４は、残りの空間の一部または全部を満たすことによって補償することができる。インレー１２６の材料は、熱伝導率と材料のコストとの間の良好なトレードオフを提供するように選択することができる。インレー１２６の厚さは、総熱伝導率と機械的公差の効率的な補償との間の良好なトレードオフを提供するように選択することができる。

インレー１２６は、適切な熱伝導率および電気絶縁性を提供する一つ以上の材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、インレー１２６は、フェライトなどの強磁性セラミック材料、Ａｌ_２Ｏ_３またはＡｌＮなどのセラミック材料、および／または別の熱伝導性硬質材料を含むことができる。インレー１２６の熱伝導率は、金属の熱伝導率よりも小さくてもよいが、インレー１２６は、インダクタンスおよび／またはインピーダンスを著しく低下させることなく、回路基板１０２を冷やすために使用することができる。

部分１２８Ａ（例えば、熱グリース）は、ＭＳＣＳ１１６の複数または全てのスタック（ここではスタック１２０、１２２および１３２）にまたがることができる全体の層（ここでは層１２８）の一部であり得る。部分１２８Ａは、一方では、スタック１２０の他の部分（ここでは最も直接的にインレー１２６）と、他方では熱伝導体１１８との間に、良好な接触（例えば、粗さを補正するために）および良好な熱伝導性を提供することが好ましい。いくつかの実施形態では、別の材料を代わりにまたは追加的に使用することができる。例えば、部分１２８Ａ（または層１２８全体）は、熱パッド、粘着剤、結合フィルム、マトリックス繊維集合体、はんだ、および／または接着剤を含むことができる。

ＭＳＣＳ１１６のスタック１２２は、フレーム１３４を含むことができる。フレーム１３４は、回路基板１０２の一部から熱伝導体１１８への熱の除去を容易にするように回路基板１０２に結合された熱伝導性構造であってもよい。フレーム１３４は、電気的に導電性であってもよい。フレーム１３４は、１以上のキャビティまたは開口部を有することができる。例えば、スタック１２２と１３２との間のスタック１２０を収容するキャビティ１３０は、フレーム１３４によって設けることができる。フレーム１３４は、ＰＣＢ基板（クラッド金属、ポリマー箔、布および／または紙を含むが、これらに限定されない）、または金属（銅を含むが、これらに限定されない）で形成することができる。フレーム１３４は、スタック１２２またはスタック１３２、あるいはその両方に設けることができる。フレーム１３４は、ＲＦ構造１１４以外の回路基板１０２の一つ以上の面積を直接冷やすことができる。例えば、コンポーネント１０６（スタック１２２または１３２、あるいはその両方）は、フレーム１３４によって冷却することができる。その冷却を提供することで、フレーム１３４は、熱拡散を容易にし、熱抵抗を低減することができる。例えば、フレームの厚さは、適切な熱拡散を提供するように選択することができる。

回路基板１０２と熱伝導体１１８との間の方向におけるフレーム１３４の厚さは、装置１００における一つ以上の他の寸法に影響を与えるか、またはそれを定義することができる。フレーム１３４は、熱伝導体１１８から適切な距離に回路基板１０２（例えば、そのＲＦ構造１１４）を保つように設計することができる。いくつかの実施形態では、インレー１２６は、フレーム１３４の厚さおよびキャビティ１３０の深さに基づいて少なくとも部分的に選択される。例えば、インレー１２６は、フレーム１３４の厚さの少なくとも半分である厚さを有するように設計することができる。いくつかの実施形態では、インレー１２６は、キャビティ１３０によって収容されうる最大サイズを有することができ、次いで、（実質的に）フレーム１３４と同じ厚さにすることができる。いくつかの実施形態では、インレー１２６は、キャビティ１３０よりも厚く（すなわち、フレーム１３４よりも厚く）することができる。次に、インレー１２６は、ヒートシンクまたは他の熱伝導体のキャビティによって部分的に収容することができる。ＴＩＭ１２４は、先に例示したように、フレーム１３４の公差変化量を補償することを含むが、これに限定されず、装置１００の公差変化量を補償することができる。

ＭＳＣＳ１１６は、下層１１２と（スタック１２２および／または１３２内の）フレーム１３４との間、または下層１１２と（スタック１２０内の）ＴＩＭ１２４との間、またはその両方に配置された層１３６を含むことができる。いくつかの実施形態では、層１３６は、下層１１２とフレーム１３４とを互いに結合し、熱伝導率を与えることができる。例えば、層１３６は、粘着剤、接着剤および／または熱グリースを含むことができる。

装置１００は、その第１の位置（例えば、スタック１２０に対向する下層１１２上の位置）にＲＦ構造（例えば、ＲＦ構造１１４）を有する回路基板（例えば、回路基板１０２）を含む装置の一例であり、ＲＦ構造は、回路基板の導電性トレースから形成される。装置は、回路基板と熱伝導体とを互いに結合する熱伝導体（例えば、熱伝導体１１８）およびマルチスタック冷却構造（例えば、ＭＳＣＳ１１６）を有する。ＭＳＣＳは、第１の位置でＲＦ構造に隣接する第１スタック（例えば、スタック１２０）と、第２の位置（例えば、スタック１２２に対向する下層１１２上の位置）で第２スタック（例えば、スタック１２２）と、を含む。第１スタックは、熱伝導体に隣接するインレー（例えば、インレー１２６）、およびインレーと回路基板とを互いに結合する熱界面材料（例えば、ＴＩＭ１２４）を含む。インレーは、熱界面材料よりも高い熱伝導率および高い剛性を有する（例えば、インレーがセラミックまたはフェライトから作られるのに対し、ＴＩＭは、軟質熱パッド、粘着剤、結合フィルム、プリプレグ、または接着剤から作られる）。

図２は、回路基板２００の一例を示す。回路基板２００は、本明細書で説明する１以上の例とともに使用することができる。例えば、回路基板２００は、回路基板１０２（図１）として機能することができる。回路基板２００は、２つの例を挙げると、クラッド金属基板を用いてもよいし、複合材料を用いてもよい。回路基板２００は、その片面または両面に一つ以上の導電性トレースを有するＰＣＢであってもよい。回路基板２００は、長方形を含むが、これに限定されず、任意の適切な形状を有することができる。

回路基板２００は、コンポーネントの機能を容易にする１以上の表面特徴を含むことができる。いくつかの実施形態では、回路基板２００は、１以上のビア接続部２０２を有する。例えば、ビア接続部２０２は、回路基板２００の一方の側（例えば、図１の上層１０４から）から、回路基板２００の反対側（例えば、図１の下層１１２）の回路（例えば、ＲＦ構造）への接続を提供することができる。

基板２００は、一つ以上の開口部を含むことができる。ここで、回路基板２００は、２つの凹部２０４を有する。いくつかの実施形態では、（複数の）凹部２０４は、回路基板２００の対向する表面の両方に向かって開くことができる。（複数の）凹部２０４は、例えば、以下に説明するように、回路基板２００に実装されていない一つ以上のコンポーネントを収容するために使用することができる。

図３は、フレーム３００の一例を示す。フレーム３００は、本明細書で説明する１以上の例とともに使用することができる。例えば、フレーム３００は、フレーム１３４（図１）として機能することができる。フレーム３００は、２つの例を挙げると、金属（例えば、銅）またはＰＣＢ基板から形成することができる。フレーム３００は、長方形を含むが、これに限定されず、任意の適切な形状を有することができる。

フレーム３００は、一つ以上の開口部を含むことができる。ここで、フレーム３００は、２つの凹部３０２および２つの凹部３０４を有する。いくつかの実施形態では、（複数の）凹部３０２がフレーム３００の対向する表面の両方に向かって開くことができる。（複数の）凹部３０２は、例えば、以下に説明するように、中央開口部を有するＲＦ構造を収容するために使用することができる。いくつかの実施形態では、（複数の）凹部３０４は、フレーム３００の対向する表面の両方に向かって開くことができる。（複数の）凹部３０４は、例えば以下に説明するように、中央開口部を有さないＲＦ構造を収容するために使用することができる。

図４は、フレームアイレット４００（ｆｒａｍｅｉｓｌｅｔ４００）の一例を示す。フレームアイレット４００は、本明細書に記載される一つ以上の例と共に使用することができる。例えば、フレームアイレット４００は、例えば、以下に説明するように、ＲＦ構造によって囲まれている場合のように、回路基板の一部（コンポーネント）を支持する島としての役割を果たすことができる。フレームアイレット４００は、２つの例を挙げると、金属（例えば、銅）またはＰＣＢ基板から形成することができる。フレームアイレット４００は、長方形を含むがこれに限定されず、任意の適切な形状を有することができる。

図５～図９は、アセンブリの例を示す。アセンブリは、本明細書に記載される装置のいずれかのような、装置のアセンブリの様々な段階を示すことができる。図５では、回路基板２００とフレーム３００とが互いに結合された状態で示されている。例えば、これは、回路基板１０２とフレーム１３４とが互いに結合されている図１における結合に対応することができる。フレーム３００の凹部３０２および凹部３０４（図３）を覆う回路基板２００の一部には、インダクタ、変圧器、および／または伝送ラインを含むが、これらに限定されず、１以上のＲＦ構造を設けることができる。例えば、（複数の）ＲＦ構造は、凹部３０２および凹部３０４に対向する回路基板２００の表面、または回路基板２００の反対側の表面、またはその両方に配置することができる。

回路基板２００に実装されていないフレーム３００には、１以上のコンポーネントを実装することができる。ここで、フレーム３００には、コンポーネント５００が実装されている。回路基板２００の凹部２０４は、コンポーネント５００を収容することができる。例えば、コンポーネント５００は、凹部２０４のほぼ全体を満たすことができる。幾つかの実施形態では、コンポーネント５００は、フレーム３００（例えば、金属材料によって）によって直接冷却される電力トランジスタ、電力抵抗器等とすることができる。例えば、コンポーネント５００がフレーム３００上に直接的に配置される場合、コンポーネント５００と熱伝導体との間には、回路基板の熱抵抗が存在しない。加えて、コンポーネント５００からの熱は、熱伝導体（図示せず）に向かって直接的に移動するだけでなく、フレーム３００内に広がることができる。実施の他の特性に基づいて、フレーム３００の適切な厚さを有することにより、コンポーネント５００と熱伝導体との間の熱抵抗を低減することができる。例えば、フレーム３００の厚さが大きすぎる場合、熱は拡散するが、フレーム３００の材質（例えば、銅）から追加の熱抵抗がある場合がある。しかし、フレームの厚さが小さすぎると、有意な熱拡散は得られない。

上述の例では、装置は、フレーム（例えば、フレーム３００）に実装された電力トランジスタ（例えば、コンポーネント５００）を含み、回路基板（例えば、回路基板２００は、電力コンポーネント、例えば、トランジスタを収容する凹部（例えば、凹部２０４）を含むことができることを例示している。

図６は、フレーム３００および回路基板２００を図５とは別の観点から示しており、ここでは、凹部３０２および凹部３０４が現在視認可能である。フレームアイレット４００は、凹部３０２内の回路基板２００に実装されている。

図７は、ＲＦ構造７００がフレーム３００の凹部３０２のうちの少なくとも一つの内部で、回路基板２００上に配置されていることを示す。同様に、ＲＦ構造７０２は、フレーム３００の凹部３０４のうちの少なくとも一つの内部で、回路基板２００上に配置されている。幾つかの実施形態では、ＲＦ構造７００は、フレームアイレット４００と、フレームアイレット４００によって支持されるために回路基板２００に実装される（複数の）コンポーネントを収容する中央開口部７０４を有することができる。アイレット４００による回路基板の支持は、回路基板の撓みや、ＴＩＭの圧縮によってコンポーネントを損傷することを回避するために有利である。

図８は、ボルト８００によって回路基板２００（フレーム３００の凹部を通して部分的に見える）に結合されたフレーム３００を示す。粘着剤のような別の取り付け形態を、追加的にまたは代わりに使用することができる。フレーム３００は、熱伝導体に結合することもできる。

図９Ａ～図９Ｂは、インダクタ９０２を備える装置９００の一例を示す。装置９００および／またはインダクタ９０２は、本明細書で記載された任意の例とともに使用することができる。例えば、ＲＦ構造１１４（図１）は、インダクタ９０２の一部を形成することができる。図９Ａに示されるジャンパピン９０３は、インダクタ９０２のインダクタンス調整のために使用することができる。装置９００は、キャビティ９０６を画定するフレーム９０４を含む。例えば、フレーム１３４（図１）は、フレーム９０４の一部を形成することができる。キャビティ９０６は、キャビティ１３０（図１）と同様または同一の機能を果たすことができる。インダクタ９０２は、インダクタンスを調整するために、１以上のジャンパブリッジを設けることができる。インダクタ９０２の外周とフレーム９０４の内面との間のクリアランス９０８は、フレーム９０４の材料（例えば、金属）がインダクタ９０２のインダクタンスに過度に影響しないように選択することができる。ここで、インダクタ９０２は、中央開口部９１０を有する。いくつかの実施形態では、中央開口部９１０は、例えば、次に説明するように、装置９００の一つ以上のコンポーネント（図示せず）を収容するために使用することができる。インダクタ９０２は、熱伝導体（図示せず）に対向する回路基板（図示せず）の層に配置することができる。例えば、インダクタ９０２は、下層１１２（図１）に配置することができる。ビア接続部９１２は、回路基板の異なる層間に設けることができる。例えば、ビア接続部９１２は、上層１０４（図１）と下層１１２（図１）との間に配置することができる。熱伝導体（図示せず）は、インダクタ９０２からフレーム９０４の反対側に設けることができる。

図１０Ａ～図１０Ｂは、変圧器１００２を備える装置１０００の一例を示す。装置１０００および／または変圧器１００２は、本明細書で説明される任意の例とともに使用することができる。例えば、ＲＦ構造１１４（図１）は、変圧器１００２（例えば、その一次巻線または二次巻線）の一部を形成することができる。装置１０００は、キャビティ１００６を画定するフレーム１００４を含む。例えば、フレーム１３４（図１）は、フレーム１００４の一部を形成することができる。キャビティ１００６は、キャビティ１３０（図１）と同様または同一の機能を果たすことができる。変圧器１００２の外周とフレーム１００４の内面との間のクリアランス１００８は、フレーム１００４の材料（例えば、金属）が変圧器１００２のインダクタンスに過度に影響しないように選択することができる。ここでの変圧器１００２は、中央開口部１０１０を有する。いくつかの実施形態では、中央開口部１０１０は、装置１０００の１以上のコンポーネント１０１２を収容するために使用され得る。いくつかの実施形態では、（複数の）コンポーネント１０１２は、インダクタ、変圧器、または伝送ライン以外のコンポーネントとすることができる。例えば、（複数の）コンポーネント１０１２は、抵抗器および／またはコンデンサであり得る。（複数の）コンポーネント１０１２は、ＰＣＢの曲がりによるそれらの損傷を回避するために、フレームアイレット４００（図４）によって支持することができる。（複数の）コンポーネント１０１２は、熱伝導体からさらに離れた回路基板（例えば、図１の上層１０４）の表面に取り付けることができる。熱伝導体（図示せず）は、変圧器１００２からフレーム９０４の反対側に設けることができる。

変圧器１００２の一次巻線は、回路基板（図示せず）の層に配置することができ、変圧器１００２の二次巻線は、回路基板の同じ層または反対側の層に配置することができる。例えば、一次巻線および二次巻線の一方を上層１０４（図１）に配置し、一次巻線および二次巻線の他方を下層１１２（図１）に配置することができる。

装置１０００は、ＲＦ構造（例えば、変圧器１００２）が中央開口部（例えば、中央開口部１０１０）を有し、装置が中央開口部に位置合わせされた回路基板上のコンポーネント（例えば、（複数の）コンポーネント１０１２）を含む装置の一例である。装置１０００は、フレームアイレット（例えば、フレームアイレット４００）が、回路基板に結合することができ、フレームアイレットは、コンポーネント（例えば、（複数の）コンポーネント１０１２）を支持することを例示する。

図１１Ａ～図１１Ｂは、伝送ライン１１０２を備えた装置１１００の一例を示す。装置１１００および／または伝送ライン１１０２は、本明細書で説明される任意の例を使用することができる。例えば、ＲＦ構造１１４（図１）は、伝送ライン１１０２の一部を形成することができる。伝送ライン１１０２は、マイクロストリップと考えることができる。装置１１００は、キャビティ１１０６を画定するフレーム１１０４を含む。例えば、フレーム１３４（図１）は、フレーム１１０４の一部を形成することができる。キャビティ１１０６は、キャビティ１３０（図１）と同様または同一の機能を果たすことができる。伝送ライン１１０２の外周とフレーム１１０４の内面との間のクリアランス１１０８は、フレーム１１０４の材料（例えば、金属）が、伝送ライン１１０２のインピーダンスに過度に影響しないように選択され得る。ここで、伝送ライン１１０２は、キャビティ１１０６によって設けられる空間を蛇行している。コンポーネント１１１０は、フレーム１１０４上に配置され、それによってフレーム１１０４によって冷却することができる。熱伝導体（図示せず）は、伝送ライン１１０２とは反対側のフレーム１１０４に設けることができる。

図１２は、図１の装置１００の別の例を示す。装置１００は、本明細書に記載される任意の例と共に使用することができる。装置のいくつかの要素は、図１の同じ参照番号の要素に対応し、以下では言及しない。ＲＦ構造１０８’および１１４’は、回路基板１０２の平面誘導性コンポーネントであり得る。ここで、ＭＳＣＳ１１６は、スタック１２０および１２２を含み、スタック１２２は、層１２８（例えば、熱材料）の部分１２８Ａ、金属層１３４’（例えば、銅）、およびＴＩＭ１２４’を含む。金属層１３４’は、ここではフレームとして形成されておらず、スタック１２０は、ここではいかなるキャビティまたは凹部にも形成されていない。むしろ、金属層１３４’は、多角形の形状（例えば、パッドまたは他の長方形の形状）を有することができる。スタック１２０は、スタック１２２に隣接して形成される。スタック１２０は、部分１２８Ａと、誘電体層１２６’（例えば、セラミックパッド）と、ＴＩＭ１２４’とを含む。すなわち、部分１２８Ａおよび／またはＴＩＭ１２４’は、スタック１２０および１２２に共通であり得る。誘電体層１２６’は、多角形の形状（例えば、パッドまたは他の長方形の形状）を有することができる。金属層１３４’および誘電体層１２６’は、互いに同じ形状、または異なる形状を有することができる。装置１００は、一つ以上の金属層１３４’（例えば、一つ以上の金属パッド）を含むことができる。装置１００は、一つ以上の誘電体層１２６’（例えば、一つ以上のセラミックパッド）を含むことができる。スタック１２０は、ＲＦ構造１０８’および１１４’に隣接して（例えば、下方に）配置され、インダクタンスおよび／またはインピーダンスの著しく低下させることなく、回路基板１０２のための冷却を提供する。装置１００は、また、フレームベースのスタック手法（例えば、図１を参照して説明したように）の一つ以上のインスタンスを含むことができる。別の例として、フレームベースのスタック手法（例えば、図１を参照して説明したように）を使用する装置は、また、本例に対応する一つ以上のインスタンスを含むことができる。

金属層１３４’は、その外面の全部または一部を覆う少なくとも一つの層１２７を有することができる。層１２７は、酸化から保護するために金属層１３４’の表面処理から生じる。いくつかの実施形態では、層１２７は、スズを含むことができる。いくつかの実施形態では、層１２７は金を含むことができる。例えば、金は、金属層１３４’のニッケルめっきの上に塗布することができる。回路基板１０２は、金属層１３４’に塗布された層１２７と同様または同一の物質で処理されてもよい。

図１３Ａ～図１３Ｃは、回路基板との配置の例を示す。図１３Ａにおいて、回路基板１３００（例えば、ＰＣＢ）は上面図で示され、誘電体層１３０２（例えば、セラミック材料）および金属層１３０４（例えば、銅）を有する。回路基板１３００、誘電体層１３０２、および金属層１３０４は、本明細書に記載される任意の例と共に使用することができる。例えば、誘電体層１３０２を使用して、回路基板１３００の平面誘導性コンポーネントを冷却することができる。例えば、金属層１３０４を使用して、回路基板１３００の非平面（例えば、はんだ付けされた）コンポーネントに冷却することができる。ここで、誘電体層１３０２と金属層１３０４とは、回路基板１３００上（例えば、粘着剤によって貼り付けられている）に並んで配置されている。誘電体層１３０２および金属層１３０４は、それらの間に境界１３０６を形成する。誘電体層１３０２および金属層１３０４を使用することにより、金属層（キャビティ１３０を有する図１の層１３４を比較する）内に凹部またはキャビティを機械加工する必要性を回避することができる。したがって、本実施例は、冷却を提供するより低コストおよび／またはより単純な方法を表すことができる。

一つ以上のコンポーネントは、金属層１３０４と直接接触して配置することができる。幾つかの実施形態では、回路基板１３００は、金属層１３０４に対向する少なくとも一つの凹部１３０８を含むことができる。凹部１３０８は、凹部２０４（図２）と同様または同一の目的を果たすことができる。例えば、凹部１３０８は、金属層１３０４に取り付けられるべき１つ以上の電力コンポーネント１３１０（例えば、トランジスタ）を収容することができる。凹部１３０８および電力コンポーネント１３１０は、この例では金属プレート１３０４によって不明瞭にされるため、ファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）で示される。

図１３Ｂでは、誘電体層１３０２および金属層１３０４は、図１３Ａの例に比べて離間している。層１３１２は、誘電体層１３０２と金属層１３０４との間に配置される。いくつかの実施形態では、層１３１２は、プリプレグを含むが、これに限定されず、粘着特性を有する材料を含む。例えば、誘電体層１３０２および金属層１３０４は、回路基板１３００に（例えば、プリプレグの塗布によって）接着されている場合の組立工程において、粘着剤は、誘電体層１３０２と金属層１３０４（例えば、プレス動作の間）との間の間隔に入り得る。

回路基板１３００は、誘電体層１３０２のうちの一つ以上を備えることができる。回路基板１３００は、一つ以上の金属層１３０４を備えることができる。誘電体層１３０２および金属層１３０４の各々は、回路基板１３００およびそのそれぞれのコンポーネントを考慮して適切な任意の形状および／またはサイズを有することができる。図１３Ｃは、回路基板１３００が先の実施例と同様に、誘電体層１３０２を有することを示す。誘電体層１３０２に隣接して、金属層１３０４（図１３Ａ～図１３Ｂ）よりも小さい金属層１３０４’が配置される。別の誘電体層１３０２’は、誘電体層１３０２および金属層１３０４’に隣接して配置される。例えば、これはそのマルチスタック冷却構造において２つ以上（例えば、３つ以上）のスタックを有する装置に対応することができ、図１３Ｃにおける構成は、回路基板１３００は、はんだ付けされたコンポーネントよりも大きな割合の平面誘導性コンポーネントを有する場合に使用することができる。誘電体層１３０２および１３０２’は、いくつかの実施形態では一つの一体層とすることができる。

さらなる実施形態は、以下の実施例に要約される：

（実施例１）
第１の位置に高周波（ＲＦ）構造を有する回路基板であって、回路基板の導電性トレースから形成されたＲＦ構造であり、
熱伝導体と、
回路基板と熱伝導体とを互いに結合するマルチスタック冷却構造であって、マルチスタック冷却構造は第１の位置でＲＦ構造に隣接する第１スタックおよび第２の位置にある第２スタックを含み、第１スタックは熱伝導体に隣接する誘電体層と、誘電体層と回路基板とを交互に結合する熱界面材料（ＴＩＭ）と、を含み、誘電体層はＴＩＭよりも高い熱伝導率および高い剛性を有し、第２スタックは熱伝導体に隣接する金属層と、金属層と回路基板とを互いに結合するＴＩＭと、を含む、装置。

（実施例２）
第２スタックは、回路基板に結合されたフレームによって形成される、実施例１に記載の装置。

（実施例３）
フレーム内にキャビティをさらに含み、キャビティは第１スタックを収容する、実施例２に記載の装置。

（実施例４）
第１熱界面材料は、フレームの公差変化量を補償する、実施例２または３のいずれかに記載の装置。

（実施例５）
フレームは、金属または回路基板の少なくとも一つを含む、実施例２～４のいずれかに記載の装置。

（実施例６）
第１熱界面材料は、フレームを回路基板にさらに結合する、実施例２～５のいずれかに記載の装置。

（実施例７）
フレームを回路基板に結合する第２熱界面材料をさらに備える、実施例２～６のいずれかに記載の装置。

（実施例８）
回路基板と熱伝導体との間の方向におけるインレーの寸法は、前記方向におけるフレームの寸法の半分よりも大きい、実施例２～７のいずれかに記載の装置。

（実施例９）
第２の位置においてフレームに取り付けられた電力コンポーネントをさらに含み、回路基板は、電力コンポーネントを収容するキャビティを含む、実施例２～８のいずれかに記載の装置。

（実施例１０）
第１熱界面材料は、熱パッド、粘着剤、結合フィルム、マトリックス繊維集合体、はんだ、または接着剤のうちの少なくとも一つを含む、先行する実施例のいずれかに記載の装置。

（実施例１１）
ＲＦ構造は中央開口部を有し、中央開口部と位置合わせされた回路基板上に少なくとも一つのコンポーネントをさらに備える、先行する実施例のいずれかに記載の装置。

（実施例１２）
回路基板に結合されたフレームアイレットをさらに含み、該フレームアイレットは該コンポーネントを支持する、実施例１１に記載の装置。

（実施例１３）
回路基板は、フレームアイレットに対向する第１の層と、第１の層に対向する第２の層と、第２の層に実装された少なくとも一つのコンポーネントと、を有する、実施例１２に記載の装置。

（実施例１４）
ＲＦ構造は、インダクタ、変圧器、または伝送ラインのうちの少なくとも一つを含む、先行する実施例のいずれかに記載の装置。

（実施例１５）
回路基板は、マルチスタック冷却構造に対向する第１の層と、第１の層に対向する第２の層と、を有する、先行するいずれかの実施例の装置。

（実施例１６）
ＲＦ構造は、第１層に配置されている、実施例１５に記載の装置。

（実施例１７）
インレーは、セラミック材料または強磁性セラミック材料のうちの少なくとも一つを含む、先行する実施例のいずれかに記載の装置。

（実施例１８）
第１の表面の第１の位置に高周波（ＲＦ）構造を有するプリント回路基板であって、プリント回路基板は、第１の表面の反対側に第２の表面を有し、プリント回路基板の導電性トレースから形成され、インダクタ、変圧器、または伝送ラインのうちの少なくとも一つを含むＲＦ構造と、ヒートシンクまたは水冷プレートのうちの少なくとも一つを含む熱伝導体と、プリント回路基板と熱伝導体とを互いに結合するマルチスタック冷却構造と、を備え、マルチスタック冷却構造は第１の位置でＲＦ構造に隣接する第１スタックと、第２の位置で第２スタックと、を含み、第１スタックは熱グリースによって熱伝導体に結合されたセラミックパッドと、セラミックパッドとプリント回路基板とを互いに結合する熱パッド、粘着剤、結合フィルム、マトリックス繊維集合体、はんだ、または接着剤のうちの少なくとも一つを含む熱界面材料とを含み、セラミックパッドは、熱界面材料よりも高い熱伝導率および高い剛性を有し、第２スタックは熱グリースによって熱伝導体に結合されたフレームを含み、フレームは銅および回路基板のうちの少なくとも一つを含み、フレームは接着剤によってプリント回路基板の第１の表面に結合され、フレームは第１スタックを収容するキャビティを内部に有する。

多数の実施形態が記載されている。それにもかかわらず、本明細書の精神および範囲から逸脱することなく、種々変更を行うことができることが理解される。

さらに、図に示された論理フローは、望ましい結果を達成するために、示された特定の順序、または逐次的な順序を必要としない。加えて、記載されたフローから、他のステップが加えられてもよく、またはステップが排除されてもよく、記載されたシステムに他のコンポーネントが追加されてもよく、または記載されたシステムからコンポーネントが排除されてもよい。したがって、他の実施態様は、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。

本明細書に記載されているように、記載されている実施形態の特定の特徴が例示されているが、多くの修正、置換、変更、および等価物が、当業者には今や思い浮かぶであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのような修正および変更の全てを、実施形態の範囲内に入るものとして包含することを意図していることを理解されたい。それらは、単に例として提示されたものであり、限定ではなく、形態および詳細において様々な変更がなされ得ることを理解されたい。本明細書に記載された装置および／または方法の任意の部分は、相互に排他的な組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わされてもよい。本明細書で説明される実施形態は、説明される異なる実施形態の機能、コンポーネント、および／または特徴の様々な組合せおよび／またはサブコンビネーションを含むことができる。

Claims

第１の位置に高周波（ＲＦ）構造を有する回路基板であって、前記回路基板の導電性トレースから形成された前記ＲＦ構造であり、
熱伝導体と、
前記回路基板と前記熱伝導体とを互いに結合するマルチスタック冷却構造であって、前記マルチスタック冷却構造は前記第１の位置で前記ＲＦ構造に隣接する第１スタックおよび第２の位置にある第２スタックを含み、前記第１スタックは前記熱伝導体に隣接する誘電体層と、前記誘電体層と前記回路基板を交互に結合する熱界面材料（ＴＩＭ）と、を含み、前記誘電体層は前記ＴＩＭよりも高い熱伝導率および高い剛性を有し、前記第２スタックは前記熱伝導体に隣接する金属層と、前記金属層と前記回路基板とを互いに結合する前記ＴＩＭと、を含む、装置。
前記ＴＩＭは、熱パッド、粘着剤、結合フィルム、マトリックス繊維集合体、はんだ、または接着剤の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の装置。
前記ＲＦ構造は、中央開口部を有し、前記装置は、前記中央開口部と整列した前記回路基板上の少なくとも一つの構成要素をさらに備える、請求項１に記載の装置。
前記ＲＦ構造は、インダクタ、変圧器、または伝送ラインのうち少なくとも一つを含む請求項１に記載の装置。
前記回路基板は、前記マルチスタック冷却構造に対向する第１の層と、前記第１の層に対向する第２の層と、を有する、請求項１に記載の装置。
前記ＲＦ構造は、前記第１の層に配置されている、請求項５に記載の装置。
前記誘電体層は、セラミック材料または強磁性セラミック材料のうち少なくとも一つを含む、請求項１に記載の装置。
前記誘電体層と前記金属層とは、共通の形状を有する、請求項１に記載の装置。
前記誘電体層と前記金属層とは、共通の大きさを有する、請求項１に記載の装置。
前記金属層の表面に、めっきをさらに含む、請求項１に記載の装置。
前記めっきは、スズまたは金のうちの少なくとも一つを含む、請求項１０に記載の装置。
前記マルチスタック冷却構造は、前記回路基板と前記熱伝導体との間に２つ以上のスタックを含む、請求項１に記載の装置。
前記金属層に実装された電力コンポーネントをさらに備える、請求項１に記載の装置。
前記回路基板に、前記電力コンポーネントを収容する凹部がさらに形成されている、請求項１３に記載の装置。
第１の表面の第１の位置に高周波（ＲＦ）構造を有するプリント回路基板であって、前記プリント回路基板は、前記第１の表面の反対側に第２の表面を有し、ＲＦ構造は、導電性トレースから形成され、インダクタ、変圧器、伝送ラインのうち少なくとも一つを含み、
ヒートシンクまたは水冷プレートの少なくとも一つを含む熱伝導体と、
前記プリント回路基板と前記熱伝導体とを互いに結合するマルチスタック冷却構造あって、前記マルチスタック冷却構造は、第１の位置で前記ＲＦ構造に隣接する第１スタックおよび第２位置で第２スタックを含み、前記第１スタックは、前記熱伝導体に結合された誘電体パッドを含み、前記誘電体パッドと前記プリント回路基板とを互いに結合する熱パッド、粘着剤、結合フィルム、マトリックス繊維集合体、はんだ、または接着剤のうち少なくとも一つを含む熱界面材料とを含み、前記誘電体パッドは、前記熱界面材料よりも高い熱伝導率および高い剛性を有し、前記第２スタックは、前記熱伝導体に結合された金属層に積層され、前記金属層は、前記プリント回路基板の第１表面に結合され、前記第１スタックは、前記第２スタックに隣接している、装置。