JPH05218672A - 電子素子を保有するカード用の支持体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電子素子がその上に取り付けられ且つ小さい熱
抵抗のプリントカード用支持体を提供する。 【構成】プリントカード用支持体は、前記素子から放出
される大量の熱を、該支持体が接触しているエネルギ放
散用シャシに向かって放散することができ、且つそれら
の間に単一スペースを規定する同形の２つの平行な金属
平板を備えており、前記スペースが前記平板の周囲に沿
って完全に密閉されており、更に前記スペースが、前記
平板と接触しており且つ前記支持体の動作温度で気化し
得る液体で部分的に満たされている多孔質金属材料を含
んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子素子を担うカード
の裏板に関しており、本発明の裏板は小さい熱抵抗性
で、前記素子によって放出された大量の熱を、ヒートシ
ンクとして機能するシャシに向けて容易に放散し得る。

【０００２】

【従来の技術】通常電子素子は、それらを相互に接続す
るプリント回路を含むカード上に取り付けられている。
一般にかかるカードには電気接続デバイスが備えられて
おり、該デバイスによってカードを、ケーシングを形成
する開放または閉鎖金属シャシ（またはラック）中に、
カードがその中を摺動する同じく金属のトラックを介し
て差し込むことができる。それらは明らかに電気的に絶
縁されているが、十分に優れた熱伝導体である。

【０００３】素子が熱を放出しているときは、素子が損
傷を受けないように熱は放散されねばならない。故障危
険率（より一般的には“平均故障間隔”または“ＭＴＢ
Ｆ”なる用語によって公知である）の増大を避けるため
に越えてはならない温度は約１２５℃である。

【０００４】カードがエポキシ樹脂、ガラスファイバ／
エポキシ樹脂複合材料、または優れた熱伝導体ではない
任意の他の同様の材料のものである場合には、ヒートシ
ンクまたはラジエータとして作用するシャシと協働する
カード支持トラックまたはスライドに素子を連結する熱
ドレインによって熱を分散することができる。

【０００５】放散されるべき熱量が増大した場合にはこ
のようなデバイスは不適当である。従って、より手の込
んだ構造のカードを使用することが提案された。通常か
かるカードは、電子素子がその上に取り付けられた２つ
の狭義のプリント回路基板または２つのセラミック相互
接続回路（以降はこれを“プリントカード”と表記す
る）を構成する２つの平行な外側平板を含む。また外側
平板は、優れた熱伝導体である偏平な金属支持体を包囲
している。

【０００６】プリント回路基板は電気的に絶縁である
が、容認可能なレベルの熱伝導性を提供せねばならな
い。従って、プリント回路基板用の原料としては通常は
薄い焼結アルミナシートが選択され、支持体材料として
は、アルミナと同じ膨張率を有するＣｕ−インバール−
ＣｕまたはＣｕ−Ｍｏ−Ｃｕタイプの相互積層金属サン
ドイッチ構造体が選択される。

【０００７】上記デバイスの熱放散能は、冷却液を金属
支持体中に循環させることにより増大することができ
る。しかしこれは、プリント回路基板用の電気接続手段
に加えて、カードまたは回路基板の金属支持体とシャシ
との間に冷却回路用の流水接続手段を付与する必要があ
ることを意味しており、従って流水接続は電気接続と重
なり合う。

【０００８】文献ＩＥＥＥ１９８５，Ｎａｔｉｏｎａｌ
Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（Ｖｏｌ．２，１９８５年５
月２０日，Ｄａｙｔｏｎ，Ｕ．Ｓ．，ｐｐ．１２４４−
４７）から、プレートによって密閉されたハネカム型枠
組内に収納された複数の単位熱伝導性エンクロージャか
らなる回路基板支持体も公知である。このような構造体
は十分に均一ではなく、枠組を構成する部材が存在する
が故に高温点が生じる危険性がある。

【０００９】放散され得る熱の量は、電子素子からシャ
シに至る系の熱抵抗性によって制限され、シャシは、ど
のような熱がそこに運ばれようとそれを十分に放散する
能力を有すべきことは明らかである。

【００１０】従って本出願人らは、前記系内の不可欠な
部品であるプリント回路基板支持体の熱抵抗性を小さく
するよう試み、熱を発生する電子素子を担うプリントカ
ードと、前記熱放散用シャシと熱接触するシャシ内のレ
ールとの間の熱リンクを提供する。

【００１１】また本出願人らは、電子素子に悪影響を及
ぼし得るいかなる局所加熱をも防止するため、プリント
回路基板またはカード用支持体を通して温度をより均一
にするよう試みた。

【００１２】従って本発明は、例えばプリントカード上
に固定された素子の出力または密度を増大することによ
ってより大きくなった熱流を放散し得る優れた熱特性を
有するプリントカード用支持体を提供することを目的と
する。

【００１３】また本出願人は、製造及び実用が容易なプ
リントカード用支持体を目指している。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、電子素子がそ
の上に取り付けられているプリントカード用支持体（ま
たは相互接続セラミック回路）であって、前記素子から
放出された大量の熱を、該支持体が接触しているエネル
ギ放散用シャシに向かって放散することができ、且つ熱
伝導性エンクロージャを含んでおり、前記熱伝導性エン
クロージャが、それらの間に単一スペースを規定する同
形の２つの平行な金属平板を含んでおり、前記スペース
が前記平板の周囲に沿って完全に密閉されており、更に
前記スペースが、前記平板と接触しており且つ前記支持
体の動作温度で気化し得る液体で部分的に満たされてい
る多孔質金属ライニング材料を含んでいることを特徴と
するプリントカード用支持体に関する。

【００１５】一般にプリントカードは、最高の熱伝導性
を与える電気絶縁セラミック材料でできている。通常は
焼結アルミナが使用されるが、例えば窒化アルミニウ
ム、酸化ベリリウム、炭化ケイ素などの他のセラミック
材料を使用することもできる。プリントカードの厚さ
は、小さい熱抵抗性及び適正な機械的強度が同時に得ら
れるように決定される。

【００１６】プリントカードが固定される金属プレート
の特性は、プリントカードに適合された膨張率を与える
ようなものとする。例えばカードがアルミナであるなら
ば、銅−インバール−銅またはＣｕ−Ｍｏ−Ｃｕの相互
積層プレートを選択するのが有利である。

【００１７】本発明の支持体は、通常は、周縁に沿って
完全に気密封止されており且つ最小限の厚さ（一般には
数ミリメートル）を有する平行六面体中空プレートの形
態をとる。プレートの全表面積に広がる内部スペース
は、その蒸気とのみ平衡状態で作用する液体で一部満た
された多孔質金属材料で完全に占められている。

【００１８】本発明の支持体が機能する態様は次のよう
に要約することができる。所定の電子素子によって放出
された熱は、支持体のその位置に存在する液体に伝達さ
れ、液体は気化する。次いで蒸気は低温ゾーンにおいて
凝縮し、一方で液体は、支持体の向きがどうであろうと
多孔質媒質の毛管作用によって高温ゾーンに戻る。

【００１９】放散されるべき熱は、最も低温の領域、即
ち支持体が取り付けられているレールに至り、ついには
熱放散枠組またはシャシに至る。

【００２０】本発明のプリントカード用支持体は、全て
の向きで機能する、水平方向寸法が大きく且つ水平方向
厚さが最小限の単一の熱伝導性エンクロージャとみなし
得る。

【００２１】このことで本発明のプリントカード用支持
体は、単位熱伝導体として作用する複数のセルを含む上
述の文献ＩＥＥＥ１９８５に従うプリントカード用支持
体とは異なる。従って、最も単純な概念及び構造をもた
らすと結論される。特に、所定の厚さの垂直部材によっ
て仕切られていない単一の熱伝導性エンクロージャによ
って構成されており、無駄なスペースはより少なく、従
って優れた熱交換能力及び均一性を与え、細心の注意を
要する充填作業は一回しか必要でない。

【００２２】より多量の作用液の気化の潜熱の使用のお
かげで、より大量の熱を高温点から低温点へ、最終的に
は熱放散機構へ運搬することができ、また動作温度は、
セルを規定する垂直部材がないためにより均一となり、
支持体の全表面域は１つの均一な気化表面となる。

【００２３】更に、一般には細心の注意を要するそれに
作用液を充填する作業はただ１回しか必要でない。

【００２４】本発明は種々の方法で実現することができ
る。

【００２５】支持体の剛性と、外側平板と内側充填材
（多孔質及び液体材料）の間の熱伝導を向上するため、
単一スペースを維持しながら２つのプレート間に隔壁を
置くことも有利である。特定の実施例によれば、かかる
隔壁は、例えば正弦曲線の頂部がプレートの内側表面上
に固定（例えば溶接）された正弦波形に波うつ剛性また
は穿孔金属シートによって構成することができ、得られ
る概観はボール紙に類似しており、このような金属シー
トは単一スペースの一部分のみを占める。このタイプの
構造体は、Ｍｅｔａｌ Ｉｍｐｈｙ Ｃｏｍｐａｎｙに
よって、有利にはその膨張率がアルミナベースのプリン
トカードに適合されている商品名ＰｈｙｃｌａｄのＣｕ
−インバール−Ｃｕラミネートから製造されている。多
孔質金属材料及び液体は、正弦曲線と平板との間の位置
を占める。

【００２６】多孔質金属材料は、焼結金属、織布、編組
もしくは網組み金属コード、ファイバフロックまたは金
属フォームなどから構成することができる。金属は、Ｃ
ｕ、Ｎｉ、Ａｌ、一般には優れた熱伝導体である任意の
金属とすることができる。金属糸の形状、数及び寸法
は、例えば円形ワイヤか偏平側部を有するワイヤか、直
径は０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍとするなど、変えること
ができる。重要なことは、使用する液体及び金属を考慮
する場合、その重量もしくは負の加速時にかかわらず、
また支持体の向きがいかようであろうとも、蒸気の移動
に対向する装入物の損失が過剰に増大することなく、毛
管圧は液体が循環し得るのに十分であることである。

【００２７】支持体が正弦波形隔壁を含む場合には、正
弦曲線内の通路内に網組みまたは編組金属コードを組み
込み、次いで前記通路から飛び出すコード端部の全てを
覆う横断方向繊維束によって補足する。

【００２８】熱交換に使用される作用液は通常は、１２
５℃以下の沸点、優れた化学的安定性及び不活性、出来
る限りで最大の気化潜熱を有しており、電気的に絶縁性
であるのが好ましい。即ち、水、炭化フッ素またはクロ
ロフルオロカーボン、所定のアルコールまたは液体混合
物、例えば水−メタノールなどを使用することができ
る。作用液は、支持体の満足の行く動作に悪影響を及ぼ
す微量の非凝縮ガスを除去するために、真空に引き且つ
完全に脱気した後に支持体中に導入される。そうすると
作用液はその蒸気とのみ平衡になる。

【００２９】

【実施例】非限定的な実施例を図１に示す。図１は、閉
じる前で且つ長さの一部を割愛した偏平長方形カード支
持体の分解図である。参照番号１及び２はそれぞれ上方
及び下方の銅−インバール−銅の積層金属平板を表して
いる。各平板の外側平面１ａ及び２ａ上には電子素子
（図示なし）を担うプリントカードまたは回路基板が固
定されている。平板１と２の間に位置するスペース３内
には、その頂部が平板１及び２の内側表面に固定されて
いる正弦波形を呈する例えば金属の剛性シートである隔
壁４がある。この実施例においては、隔壁の正弦波形横
断面は、平板１及び２によって形成されている長方形の
主軸に直角である。

【００３０】正弦波と平板１及び２とによって形成され
ている通路内には銅の網組み金属コード５が挿入されて
おり、コード５は通路の端部に出ている。

【００３１】上記ケースでは、スペース３はその短い方
の側部においては、平板１及び２並びに隔壁４によって
形成されているサンドイッチアセンブリと同じ幅及び厚
さの中空ストッパ６によって閉鎖される。中空ストッパ
６はＵ字形横断面を有しており、更にこの中には、一旦
ストッパ６が平板１及び２内に嵌め込まれたならば、熱
連続性を保証するように、通路の外まで伸びているコー
ド５の端部をカバーする金属フロックまたは詰め物７が
導入されている。スペース３の長い方の側部は、ストッ
パ６のＵ字形スペースの縁をも閉鎖する平行六面体ロッ
ド８によって形成される。ストッパ６の一方は、スペー
ス３に作用液を充填する作業を行なうための管９を有し
ており、管９は最終的に閉鎖される。

【００３２】本発明の回路基板またはカード用支持体は
寸法が制限されることはなく、例えば（１／２ＡＴＲ標
準サイズに対応する）１４０〜１７０ｍｍ×８０〜１０
０ｍｍの支持体の製造に適用することができる。また本
発明の支持体は、実用化しにくい単に液体の循環によっ
て冷却される銅または金属をベースとする支持体の流水
接続に起因する欠点を有することなく、このような支持
体によって得られるよりも著しく高い（１０の数乗倍ほ
ど）驚くべき総合熱伝導率を有する。いかなる問題もな
く、支持体表面のどこにも５〜６Ｗ／ｃｍ²に達する電
力を分散させることができる。

【００３３】動作態様によって、支持体全体に均一な温
度分布が得られ、プリントカード及びその素子の平均故
障間隔を下げるので不利な高温点は排除される。

【００３４】同様に膨張率は、それを製造する材料の選
択によってプリントカードの膨張率に適合させることが
できる。

【００３５】密閉スペースを充填するのに使用する材料
（多孔質金属材料及び作用液）の適正な選択によって、
支持体の総合熱伝導率を変えてその要求に適合すること
もできる。

【００３６】特に多孔質材料の適当な毛管作用によっ
て、密閉スペースを充填することによって支持体は、前
述したように全ての向きで機能できるだけでなく負の加
速時においても機能することができる。このことで本発
明の支持体は、輸送手段、特に航空機用の電力を提供す
る電子装置に使用するのに特に適したものとなり、更に
その操作、位置決定及び使用が簡単なこと、中実金属支
持体と比較して軽量なこと、通常の支持体と等しく小型
であることは好ましい重要な要素である。

【図面の簡単な説明】

【図１】閉じる前で且つ長さの一部を割愛した偏平長方
形カード用支持体の分解図である。

【符号の説明】

１ 上方金属平板 ２ 下方金属平板 ３ スペース ４ 正弦波形隔壁 ５ 編組コード ６ 中空ストッパ ７ 金属フロック

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子素子がその上に取り付けられている
   プリントカード支持体であって、前記素子から放出され
   る大量の熱を、該支持体が接触しているエネルギ放散用
   シャシに向けて放散することができ、且つ熱伝導性エン
   クロージャを含んでおり、前記熱伝導性エンクロージャ
   が、それらの間に単一スペースを規定する同形の２つの
   平行な金属平板を含んでおり、前記スペースが前記平板
   の周囲に沿って完全に密閉されており、更に前記スペー
   スが、前記平板と接触しており且つ前記支持体の動作温
   度で気化し得る液体で部分的に満たされている多孔質金
   属ライニング材料を含んでいることを特徴とするプリン
   トカード用支持体。
2. 【請求項２】 前記支持体が、ヒートシンクとして作用
   するシャシと協働するレール内に嵌め込まれていること
   を特徴とする請求項１に記載の支持体。
3. 【請求項３】 前記平板が隔壁によって仕切られている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の支持体。
4. 【請求項４】 前記隔壁が、前記単一スペースの一部分
   のみを占める正弦波形態の波状剛性金属シートによって
   構成されていることを特徴とする請求項３に記載の支持
   体。
5. 【請求項５】 前記平板が、焼結アルミナのプリントカ
   ードの場合にはＣｕ−インバール−Ｃｕラミネートのも
   のであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一
   項に記載の支持体。
6. 【請求項６】 前記多孔質材料が、焼結金属、織布、フ
   ァイバフロック、フォームまたは金属コードからなるこ
   とを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の
   支持体。