JPH05506547A - 回路カード組立体伝導熱交換器および回路カード組立体冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 回路カード組立体伝導変換器および方法発明の分野 本発明は、対流冷却用に本質的に設計された回路カード組立体の熱伝導冷却への 適用に関する。この適用は凹所を有する熱的取付板および凹所内の誘電体熱伝導 材料を設けることを含む。回路カード組立体のピン側部は熱的取付板に対して誘 電体中のピンと結合される。熱は部品からピンを通って誘電体および熱的取付板 に伝導される。

発明の背景 半導体装置は普通印刷配線板の１側面に取付けられる。関連する半導体装置を有 するそのような印刷配線板の冷却は半導体装置を臨界的温度以下に保持するため に必要である。そのような回路カード組立体の冷却に対する一般的な方法は空気 を送ることである。もちろん、そのような空気冷却は除去可能な熱の量に関する 明確な制限を有する。特に回路カード組立体が電子部品によって密集してパック されるか、或いは回路カードへの直接の外部空気の侵入が望ましくないか或いは 禁止される環境において適用されるときである。さらに、そのような回路カード 組立体は冷却のために十分な空気が組立体間を流れるように間隔を隔てなければ ならない。熱伝導冷却は熱的取付板を半導体装置パッケージに直接結合する、通 常では部品と回路カードの間に結合することによって試みられた。そのような熱 的取付板は構成するのに困難であり、長い薄い熱伝導部分によりしばしば貧弱な 熱の伝導路を有する。材料の厚さは部品リード長および印刷配線板の厚さにより 制限される。パッケージ自体との接触によって回路カード組立体の半導体パッケ ージを冷却する試みはパッケージの異なる形態および位置により冷却器の必要な 個々の結合の困難さを有する。さらに、装置の部品側に位置する冷却器は回路カ ード組立体がサービス可能になる前に除去されなければならない。回路カード上 に組立てられた種々の大きさの電子パッケージ装置のグループが熱伝導的に冷却 されることのできる熱伝導冷却構造およびそれを構成する方法を必要とする。

本発明の特徴は、回路カードを再設計せずに熱伝導による直接の空気侵入対流冷 却用に設計された回路カード組立体を冷却する構造および方法を提供することで ある。それは部品の位置および型式に関係なく同じ寸法の任意の回路カード組立 体に適用可能な冷却器を提供する。冷却器は強制的な対流冷却に同等或いはそれ より優れるように電子装置を熱伝導的に冷却する。

発明の概要 本発明の理解を助けるために、熱的取付板が高い熱伝導率の軟質誘電体材料を支 持することを特徴とする回路カード組立体用のビンサイド冷却器および回路カー ド組立体を冷却する方法を提供することが本質的な概要形態にあることを説明で きる。回路カード組立体のビン側から延在するピンは部品からの熱を熱的取付板 に移送するために誘電体中に押付けられる。この方法は誘電体熱伝導体により熱 的取付板を形成し、回路板の側部上のピンを誘電体に押付けるステップを含む。

したがって、本発明の目的および利点は、熱をピンを通して部品から抽出するた めに回路カード組立体のビン側から延在するピンと結合する熱伝導冷却器を提供 することである。

本発明の別の目的および利点は、はぼ同じ形状の任意の回路カードは回路カード 組立体上の部品の数、位置、および型式に関係なく冷却器によって冷却されるこ とができる軟質誘電体を有する伝導変換器を提供することである。

本発明の別の目的および利点は、回路カード組立体が回路カード上の部品を再び 配置することなく各部品をピンを通して伝導的に冷却することによって熱伝導冷 却に変換され、カードの縁部分に対する最高放散部品の熱伝導路長を最小にする ようにピンサイド冷却器を現存の回路カード組立体に付加することである。

本発明の別の目的および利点は、回路カード組立体の修理のために回路カード組 立体から熱的取付板を容易に分離する回路カード組立体のビン側から回路カード 組立体が冷却されることができる方法を提供することである。

本発明のその他の目的および利点は本明細書の次に述べる部分、請求の範囲およ び添付図面の研究から明らかにされる図１は分解した位置における回路カード組 立体を有する本発明のピンサイド冷却器を示す分解斜視図である。

図２はピンサイド冷却器並びに回路カードの部分的拡大断面図である。

図３は本発明の回路カード組立体に関連する複数のピンサイド冷却器を含むカー ドボックスの横断面図である。

好ましい実施例の説明 回路カード組立体が図１において全体を符号ｌＯとして示されている。回路カー ド組立体ｌＯは電子回路装置のグループが取付けられる印刷配線板１２を具備す る。装置は抵抗またはキャパシタでよいが、通常は半導体装置である。半導体装 置は単一の接合装置または集積回路装置であってもよい。各装置は印刷配線板の 回路に接続する多重外部接続部を有する装置自身のパッケージ中に位置する。電 子装置１４は印刷配線板１２に取付けられ電気的に接続された複数の装置の１実 施形態として図１および図２に詳細に示されている。一連の長方形の電子装置が 図１に示されているが、大抵の場合電子装置は種々の寸法および形状を有する。

さらに、配線板１２に取付けられた装置は符号１６によって示されているような コネクタ装置を含むことができる。印刷配線板１２は単層印刷配線板または中間 レベルに回路トレースを有する多層印刷配線板のどちらであってもよい。回路板 １２は端部分１８．２０および縁部分２２．２４で終端するものとして示されて いる。端部分および縁部分は印刷配線板の横の寸法を限定する。設計明細による と、これらの印刷配線板の寸法は標準である。

複雑な回路において、互いに平行に隣接して配置される複数の回路カード組立体 が通常設けられている。それ故、通常のカードボックスにおいて、組立体の電子 装置の対流冷却のために空気が送られる。密集した回路または回路カードへの直 接の空気の侵入を許容できない環境に対して、そのような対流冷却は適切ではな く、発生された熱を除去するために熱伝導冷却が好ましい。本発明によると、回 路カード組立体の電気抵抗によって発生された熱を除去するためにピンサイド冷 却器が各回路カード組立体を設けられる。

電子装置は複数のピンによって回路板に接続される。これらのピンは列をなして 配置され、単純な装置は電子装置のそれぞれの長い縁部分付近に１列を有し、列 をなしたピンを２列ずつ形成する。他の装置は３列以上の接続ピンを有すること ができる。ピンは装置から延在し、回路に電気的に接続される。ピンは印刷配線 板を通って装置と反対側の印刷配線板のパッドの開口を通って延在する。ウェー ブ半田付けは多数のピンをそれぞれ対応するパッドに半田付けするためにしばし ば使用される。図２に示されているように、電子装置１４は印刷配線板の対応す る開口を通って延在し装置１４の反対側の印刷配線板の半田パッドの開口を通っ て延在する４つのピン２６、２８．３０．３２を有する。これらのパッドは符号 ３４．３６．３８．４０によって示されている。特定の回路カード組立体１０は 空気冷却のために形成された標準カードである。全ての電子装置は配置の際ウェ ーブ半田付けによって適所に半田付けされる。

半田付けの後、ピンは均一の長さに、例えば装置１４の反対側の印刷配線板の底 面より０．０２５インチ下方で切断される。

半田フィレットは電子装置を回路板に電気的に接続し電子装置を回路板に固定す るためにピンおよびパッド上に形成する。

そのような印刷配線板および回路カード組立体は標準設計であり、この条件に有 用である。回路板において、ソケットはピンを有する電子装置が取外しできるよ うに差込まれるために設けられる。これらの差込み装置は修理または交換の便査 上特に有用である。ピン側からの冷却装置のために、本発明によって、回路板の 後側で半田付けされたピンを有する装置を使用することが好ましい。これは差込 みソケットの使用と比較して熱伝導率を改良する。

回路カード組立体の冷却を改良するために、熱的取付板５０が設けられる。中心 部分５２はその端部として上向きフランジ５４、５６を有する。これらのフラン ジは回路カード組立体ＩＯに対する位置決定フランジとして作用する。フランジ 間の間隔は端部１８と２０の間の回路カード組立体の長さよりもわずかに大きい 。縁部５８と６０間の中心部分の幅はその縁部２２と２４の間の回路カード組立 体の幅と同じである。ウェブ６２．６４は上向きフランジに形成され、図２に見 られるように印刷配線板１２の厚さに等しい高さに位置する。熱的取付板のフラ ンジと縁部の間にポケット６６が形成される。ポケット６６は誘電体であるべき 要求と調和する最高の熱伝導率のものである誘電体弾性エラストマ６８を受け入 れる。エラストマはポケットを充填するので、図１の見られるような取付表面は 実質上平坦である。

熱伝導率を最大にするために熱的取付板の材料は金属である。銅は好ましい材料 であり、アルミニウムも同様に好ましい。与えられた特定の実施例において、銅 は熱的取付板の材料であり、中心部分の厚さは０．０８０インチである。ポケッ トの深さは０．０４０インチである。図１において、回路カード組立体の印刷配 線板側が対向する熱的取付板周辺全てに、ポケット６６の周辺に縁が設けられる ことに注目すべきである。さらに、パッドは固定具開口を受けるのに十分な領域 を設けるためにポケットの各コーナーに設けられる。パッド７０、７２が図１に おいて熱的取付板の右方に示され、符号のない対応する対がまた左方に示されて いる。さらに、パッドは熱的取付板のそれぞれ長い側に沿って配置されている。

パッド７４．７６が特に符号で示されている。

ポケットはシリコーンプライマを用いてポケットをスプレーすることによってエ ラストマを受けるために処理される。

ゼネラルエレクトリック社のシリコーン５５４１５５は適切であることがわかっ た。エラストマ６８はポケットに充填され、ドクターブレードで水平にされる。

Ｅｃｃｏｓｉｌ　４９５４は適切なエラストマであることがわかった。エラスト マは適所に配置された後に真空バックによって被覆され、実質上全てのガスをポ ケットおよびエラストマから抽出するのに十分に長く真空室内に配置される。エ ラストマは回路カード組立体のビン側のピンを受け、突き出さないように回路カ ード組立体のピン側部はＭｉｌｌｅｒ　Ｓｔｅｅｎｇｏｎ　ＭＳ　１２２のよう な炭化弗素乾式薄膜剥離剤によってスプレーされた。ポケットは全てのピンがエ ラストマ中に受け入れるように形成される。パッドはピン領域から離れている。

回路カード組立体の位置を固定するために、小さいねじ穴はその縁部分に隣接す る回路カード組立体および熱的取付板のパッドを通って設けられる。組立てられ るとき、ねじまたはボルトのような固定具は回路カード組立体を熱的取付板に対 して適所に保持する。図３に見られるように、エラストマの厚さはピンが熱的取 付板に到達しないでそこから絶縁されるように構成される。ピンはエラストマを 通して熱的取付板に熱的に接続される。

カードボックス７８が図３に示されている。カードボックス７８は複数の回路カ ード組立体を受入れ保持して保護し、他の回路カード組立体および他の電子装置 と接続できるように組立体を配置する。カードボックス７８は熱交換器８４．８ ６によってそれぞれ熱を除去される２つの冷却板８０．８２を有する。これらの 熱交換器は利用可能な媒体に依存してガス冷却、液体冷却、または冷却剤で冷却 されることができる。冷却板はカードを保持する熱的取付板の端部を受けるノツ チを有する。

ノツチ８８．９０は熱的取付板５０の上方ウェブ６２および下方ウェブ６４をそ れぞれ受ける。熱的取付板を適所に固定し、良好な熱的接続を維持する機械的な 力を与えるために、くさび９２，９４はウェブの位置をクランプするためにウェ ブに隣接するノツチに配置される。このようにして、熱が発生される電子装置か らピンおよびエラストマを通って熱的取付板に抽出される。熱的取付板は冷却板 にクランプされることによって冷却される。

回路カード組立体の除去はくさびを解除し、電子接続部を分離しながら回路カー ド組立体およびそれに関連する熱的取付板を引出すことによって行われる。この ようにして取出されるとき、回路カード組立体を熱的取付板に取付けるねじは除 去され、回路カード組立体は熱的取付板から浮き上がる。

したがって、回路カード組立体は試験、修復および、または交換できる。

本発明が現在の最良の形態で説明されたが、それは発明の能力を要することなし に当業者の能力内の多くの変形、形態、および実施例が可能であることは明らか である。したがって、本発明の技術的範囲は以下請求の範囲によって限定される 。

ＩＧ−３ 要約書 熱的取付板５０は誘電体エラストマ６８を含むポケット６６を有する。回路カー ド組立体１０のビン側のビンは部品からの熱をビンおよびエラストマを通って熱 的取付板に伝導するためにエラストマ中に結合している。熱的取付板は熱を除去 するために冷却カードボックスに取付ける。

国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．印刷配線板のピン側から制御された長さに延び出るピンを有する部品を有す る印刷配線板を含む冷却回路カード組立体において、 前記印刷配線板のピン側部の前記ピンが結合された誘電体エラストマを有する熱 的取付板を具備し、部品からの熱がピンおよびエラストマを通って熱的取付板に 伝導することを特徴とする回路カード組立体。
2. ２．前記熱的取付板はポケットを有し、前記エラストマは前記ポケット内に配置 され、ピンが前記エラストマを通って延在することを阻止する手段として作用す るように前記ポケット周辺に位置する前記熱的取付板は回路カード組立体によっ て結合されるように配置されている請求項１記載の回路カード組立体。
3. ３．前記熱的取付板は回路カード組立体に対して前記ポケット周辺に連続的な周 縁支持体を設けるように前記ポケット周辺の全てに延在する請求項２記載の回路 カード組立体。
4. ４．回路カード組立体によって接続されるように配置され、前記熱的取付板およ び回路カード組立体を共にクランプするためにそれらを結合する手段が設けられ ている前記ポケットに隣接するパッドをさらに含んでいる請求項２記載の回路カ ード組立体。
5. ５．回路カード組立体の１側面に部品を有し、部品から出ているピンがピン側か ら延び出て回路カードから制御された長さに延び出ている回路カード組立体を形 成するステップを含む回路カード組立体を冷却する方法において、１側部に位置 する誘電体エラストマを有する熱伝導材料の熱的取付板を形成し、 エラストマに対して回路カード組立体のピン側部を適用し、ピンをエラストマを 貫通しないようにエラストマに押付けるステップを含み、回路カード組立体のピ ン側部のピンがピンからの熱をエラストマを通って熱的取付板に伝導するように エラストマに押付けられることを特徴とする方法。
6. ６．回路カード組立体を熱的取付板に取外しできるように固定するステップをさ らに含んでいる請求項５記載の方法。
7. ７．熱的取付板は縁部間にポケットを形成され、縁部は回路カード組立体のピン 側のピンの制御された長さよりも大きいポケットの底部からの距離を有しており 、エラストマの配置はポケット内のエラストマの配置を含む請求項６記載の方法 。
8. ８．部品側およびピン側を有する印刷配線板を含み、前記印刷配線板の前記部品 側部に電子部品を設け、前記部品のピンは前記印刷配線板を通って、前記印刷配 線板のピン側から延び出ており、前記ピンは前記部品に電気的に接続されるため のものであり、前記印刷配線板のピン側で前記印刷配線板のパッドに半田付けさ れ、さらに前記印刷配線板の前記ピン側から制御された長さに延出ている冷却さ れる回路カード組立体において、 前記印刷配線板の前記ピン側に隣接して配電された熱的取付板と、前記印刷配線 板の前記ピン側に対向する前記熱的取付板上絵の誘電体エラストマとを具備し、 前記ピンは前記エラストマに結合し、前記熱的取付板から離れて位置し、前記ピ ン間の電気的分離が維持されることを特徴とする冷却される回路カード組立体。
9. ９．パッドが前記エラストマ周辺に配置され、前記回路カード組立体の前記ピン 側は前記パッドに結合し、前記ピンは前記エラストマを貫通して延び出ることを 阻止される請求項８記載の冷却される回路カード組立体。
10. １０．前記熱的取付板はポケットを有し、前記ポケットは前記回路カード組立体 の前記ピン側から外に延び出る前記ピンの長さよりも深く、前記エラストマは前 記ポケット内に配置され、前記ポケットは前記エラストマを前記回路カード組立 体の前記ピン側によって結合させ、前記エラストマヘのピンの侵入を制限するた めに周縁壁を有する請求項９記載の冷却される回路カード組立体。