JPH08139477A - プリント配線板装置 - Google Patents
プリント配線板装置Info
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- JPH08139477A JPH08139477A JP7107623A JP10762395A JPH08139477A JP H08139477 A JPH08139477 A JP H08139477A JP 7107623 A JP7107623 A JP 7107623A JP 10762395 A JP10762395 A JP 10762395A JP H08139477 A JPH08139477 A JP H08139477A
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- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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Abstract
用を可能にするとともに、最高の熱伝達作用を奏するプ
リント配線板装置をえること。 【構成】 プリント配線板用のハウジング(32,3
6)を形成するヒートシンクを備えた半導体のような電
子回路装置(13,44)を有するプリント配線板。電
子装置の一つ(13)は大きい熱伝導度を有する材料か
ら形成された熱拡散器の一部(12)に取付けられ、熱
拡散器の他の部分(10)はヒートシンクへの熱エネル
ギの流路を形成し、それにより電子装置(13)の接合
部の温度を低下し、配線板の信頼性を増進する。
Description
る電子装置に関する。
ランジスタ、半導体および他の回路要素のような回路要
素用のベースまたキャリヤとしてプリント回路板を形成
することは電子装置の製造において普通の技術である。
プリント回路板はガラス充填エポキシ、紙、フェノール
樹脂、カルバー等のシートを有する。シートは回路要素
を取付ける開口を形成するため、型打ち用ダイにおいて
型打ちされるかまたは穿孔されかつ切断される。ついで
スクリーンがシートに取付けられる。要素との電気的接
続を画定するパッドを形成するため、開口が設計位置に
おいてスクリーンに形成される。スクリーンは低温ペー
ストの形式のすず鉛合金がスクリーンに塗布されるとき
ステンシルとして作用する。合金は回路板の設計位置に
沈着される。
よって回路板にエッチングされ、バッド、端子ピンおよ
び回路要素の間の電気的接続を形成する銅線を有する。
回路要素は板の両側に取付けることができる。各回路要
素に対してまずプラスチックパッケージを形成しかつパ
ッケージされた要素を種々の固定技術によって回路板に
組立てることにより、回路板に電子シリコンチップのよ
うな回路要素を取付けることは通常の技術である。この
組立工程の例は従来技術の米国特許第 5,095,404号およ
び同第 4,978,638号の各明細書に見出すことができる。
米国特許第 5,095,404号明細書に記載された装置におい
て、パッケージされたチップは、プリント回路板に形成
された開口を通って延びる台座を有するベースに取付け
られる。取付パッドは板の一側に形成され、これらは通
常の形式で導線によってチップに接続される。チップの
取付板は伝熱性エポキシによって取付パッドに固定され
る。
要素とくに出力ダイからの熱エネルギの放散を促進する
ことが必要である。例えば、もし出力ダイの容量が約1
0ワットであるならば、出力ダイの接合部がほぼ150
℃の温度で作動することは普通でない。しかしながら、
もし出力ダイがある期間に亘って連続して高温で作動す
るならば、ダイの信頼性は悪影響をうける。接合部の温
度が10℃上昇するごとに、電子装置の信頼性は50%
づつ低下することが分かっている。従来技術の構造にお
いて、熱エネルギを放散することにより温度上昇を制御
することが試みられた。米国特許第 5,095,404号明細書
に記載された構造の場合、高密度集積回路チップを支持
する取付板は、プリント回路板の下にヒートパイプを形
成された。ヒートパイプは熱拡散器に取付けられ、チッ
プによって発生された熱がヒートパイプによって除去さ
れかつ冷却ひれに分配されることができるようになって
いる。熱拡散器はチップの下側に取付けられる。しかし
て、チップからはただ一つの熱の流路が形成されるにす
ぎない。
構造において、パッケージされた回路要素は、パッケー
ジの一部を構成するヒートシンクとともにプラスチック
カバー内にモールドされる。伝熱性のインターフェース
材料は、パッケージのヒートシンク部分とプラスチック
パッケージの一面との間に設置される。従来技術の米国
特許第 5,168,926号および同第 5,175,613号明細書は、
パッケージされたチップキャリヤを備えたヒートシンク
の装置を形成する従来技術の別の例を教示している。い
ずれの場合にも、伝熱性テープまたは接着剤がパッケー
ジされた部分の一側に設けられて、その部分からヒート
シンクへの熱の流路を形成し、テープは接着剤によって
その部分に固定される。かくして、その部分の一側から
だけのただ一つの熱の流路を通ってシンクに達する熱伝
達が行われる。
ヤ材料の熱伝導度はきわめて低い。しかして、もし出力
半導体が直接板に取付けられるならば、接合部の温度を
低く維持することは困難である。したがって、装置を低
い出力水準で作動することが必要である。もし、上記の
ような従来技術の構造の場合のように、出力半導体が直
接ヒートシンクに取付けられるならば、ダイの区域の一
部だけがヒートシンクに接触するにすぎない。さらに、
特殊な組立装置および工程がこの種の出力ダイトランジ
スタの製造に必要である。組立工程の複雑さは製造中に
必要な時間および材料をいちじるしく増加する。
は、プリント配線板装置の製造において簡単な組立技術
および装置を使用できるようにするとともに、最高の熱
伝達作用を奏する。本発明の進歩した構造は、大きい熱
伝導度を有する熱拡散器上に取付けられた、一つ以上の
裸の半導体ダイを有する。ダイは伝熱性エポキシまたは
ろうを使用して熱拡散器上に取付けられる。熱拡散器は
それぞれ板と一体の部分を形成するため、要素キャリヤ
のプリント配線板にろう付けされる。板自体はハウジン
グの一部を構成するベースヒートシンクに固定される。
このことは伝熱性で、電気的に絶縁性の材料よりなる積
層体を使用して実施される。板はベースと上部ハウジン
グ部分との間に挾持される。各ハウジング部分を挾持す
ることは、熱拡散器からベースヒートシンクへのまた上
部ハウジング部分への熱エネルギの伝達に対する抵抗を
最小にする。そこで回路装置の低い接合部温度がえられ
る。プリント配線板装置の一体部分として出力トランジ
スタ装置を備えたプリント配線板装置を形成することに
より、装置および組立工程は簡単になる。
のダイ13は銅または銅合金のような、熱伝導度の大き
い材料から形成された熱拡散器上に取付けられる。熱拡
散器は図1(a) から(e) に図示されている。ダイ13は
ろう付けによりまたは伝熱性エポキシによりもしくは他
の取付け技術よって取付けられる。ダイは簡単な、自動
化された、ピックアンドプレース設備によって正確に熱
拡散器上に設置される。各熱拡散器はプリント配線回路
板キャリヤにろう付けによって固定するのに適した部分
12を有する。図1(a) から1(e) に図示された実施例
において、部分10は、後記するように、熱エネルギを
ベースヒートシンクおよび上部カバーに移送すべく抵抗
を減少するように設けられている。部分10および12
は上または下のいずれかから見たとき“T”字型をして
いる。裸のダイ13は好ましい実施例において、上記の
ように、各部分12に取付けられている。部分12の周
辺は、三つの側において、図1(e) に示すように肩部1
4を形成されている。
プリント回路板キャリヤを示す。キャリヤ16は全体的
に長方形である。切欠き部分またはノッチが、右辺18
および左辺20のように、周辺に形成されている。図示
の特殊な実施例において、各辺18および20はそれぞ
れ二つの切欠き部分22および二つの切欠き部分24を
有する。図3に示すように、各熱拡散器の部分12はキ
ャリヤ16のノッチまたは切欠きの一つにうけ入れられ
ている。部分12の側面の肩部14は、キャリヤ16の
上面に載置している。正負の要素44およびボンドバッ
ド28はろう付け用ペーストが塗布された後、プリント
回路板キャリヤの上に設置される。ワイヤボンド30は
図3および図5に示すようにダイ13をボンドパッド2
8に接続する。
電気的に絶縁性の積層材料をベースまたはキャリヤ16
の下側もしくはそれらの両方に塗布することにより、ヒ
ートシンクベースに積層される。ベースは、プリント回
路板キャリヤ底部のプリントされた回路要素と電気的に
適合するため複数の凹所34を備えている。凹所は図5
にもっともよく示されている。ワイヤボンド30はキャ
リヤ16をベース32に接合する前もしくは後で装置に
設置することができる。図5に符号36で示されたカバ
ー装置は、長方形装置の対向する周辺の間に延びる冷却
ひれ38を備えている。開示された実施例の冷却ひれは
左辺と右辺との間に延びているが、それらは斜め方向を
含む他の方向に延びることができる。伝熱性テープ40
はカバー装置の下側に対向する周辺に固定されている。
カバー装置がヒートシンクベースに固定されるとき、テ
ープ40は熱拡散器の部分10に接触する。熱拡散器
は、熱をダイから伝熱性テープを通ってカバー装置に伝
達するけれども、カバーからは電気的に絶縁されてい
る。
置32に取付けるために使用される伝熱性材料は、熱拡
散器の下側をベースに接合し、それによりダイから熱拡
散器を通りまた伝熱性材料を通ってヒートシンクベース
32に達する熱の流路を確立するのにも使用される。カ
バー装置がヒートシンクベース上に設置されるとき、テ
ープ40は熱拡散器部分10と接触し、それによりベー
スヒートシンク部分に対して熱拡散器を確実に積極的に
挾持する。上部ひれ付きカバーは、感圧性で、伝熱性の
材料がプリント配線板キャリヤをベース32に積層する
ため使用されるとき、クランプとして作用する。上部ひ
れ付きカバーは、ねじまたは他の固定手段によってベー
スに固定される。熱拡散器とカバーのインターフェース
および熱拡散器とベースのインターフェースの熱抵抗は
最小にされる。また個々の要素の製造誤差は、伝熱性テ
ープの可撓性のため解消することができる。プリント配
線板キャリヤは、ベース32へのキャリヤの積層に先立
って、ラッカーのような絶縁材料によってカバーされ、
それにより銅の配線回路42に対して絶縁性を生ずる。
図5に符号42で示された配線は、正負の回路要素44
を端子ピン46に接続する。
ス32の底部は装置の一つの周辺から他の周辺に延びる
ひれ48を有する。図7の断面図は間にプリント配線板
キャリヤ16を挾持して組立てられた上部および底部を
示している。図7に示されたように、熱拡散器部分10
は、熱がカバー装置36およびベース32の隣接面に至
る二つの平行な流路を形成する両方の周辺を通って伝達
されるように、伝熱性テープ40および伝熱性材料50
と接触している。伝熱性テープはアルミナ(酸化アルミ
ニウム)を充填したエポキシとすることができる。伝熱
性テープは、3M・インダストリアル・スペシャリティ
ーズ(3MIndustrial Specialities)、ザ・バーギスト・
カンパニー(The Bergguist Com-pany) 、エー・アイ・
テクノロジー・インコーポレーテッド(A. I. Technolog
yInc.) ダウ・コーニング(Dow Corning) およびチョメ
リクス(Chomerics) の各社から製造、販売されている。
伝熱性接着材料50もこれらの供給業者から市販されて
いる。
はアルミニウムまたは他の材料から形成することができ
る。もしアルミニウムが使用されるならば、陽極処理が
伝熱性を改善するため使用される。陽極処理は表面に薄
い酸化アルミニウムの層を形成し、材料の放熱特性を改
善する。組立て中、熱拡散器の部分12は回路板キャリ
ヤの凹所または切欠き部分に嵌合することができ、それ
らはろう付けまたは溶接を実施するとき所定位置に密嵌
して保持される。いかなる数の正負の回路要素もプリン
ト配線板上に取付けることができる。それらは前記のよ
うに板の両側に取付けることができ、凹所34はこれら
の装置に適合する。空間または凹所34の間の突出部は
プリント配線板キャリヤを支持する。
的に高価なパッケージ部分を使用する必要なしに、回路
板に取付けることができるようにする。さらに、裸のダ
イを使用する構造を利用しうるため、一層大きい定格出
力を発生するとともに、回路要素の必要空間を減少する
ことができる。上記のように、アルミナをエポキシ中に
使用しうるが、窒化ほう素および窒化アルミニウムのよ
うな他の材料も同様に使用することができる。ろう付け
用ペーストは、要素と電気的に接触させようとする所定
の設計位置に開口を有するステンシルを使用して、板に
塗布することができる。導電性パターン線42は、キャ
リヤ16として参照された銅被覆層をエッチングするこ
とによってえられる。
上記のように暗色を発生し、熱放散目的の放熱特性を改
善する。陽極処理工程中にアルミニウム合金に施された
コーティングは薄い被膜を形成し、その被膜はカバー装
置と伝熱性テープ40のインターフェースおよびベース
と伝熱性材料50のインターフェースの伝熱性をいくぶ
ん低下する。この点においてわずかの機能交換が生ずる
が、全体の結果は、完成した装置の放熱特性における、
従来技術に比較して、いちじるしい改善である。陽極処
理工程中に被膜を形成するアルミニウム酸化物は厚さが
わずか数ミクロンに過ぎない。以上本発明の好ましい実
施例について説明したが、特許証によって保護されるこ
とを望む範囲は特許請求の範囲に記載のとおりである。
器をキャリヤに固定し、熱拡散器をカバーとベースとの
間に挾持することにより熱の流路を形成することによっ
て、電子要素の発生した熱を有効に放散することができ
る。
成する、熱拡散器の一側の平面図、(b) は(a) に示され
た熱拡散器の端面図、(c) は熱拡散器の反対側の平面
図、(d) は(a) に示された熱拡散器の上面図、そして
(e) は(a) の断面線1(e) −1(e) 線の平面に沿う断面
図。
るガラス充填エポキシシートの斜視図、(b) は熱拡散器
の一部に対応する(a) に示された板材料の破断拡大図。
図1(a) から(e) の熱拡散器を備えた図2(a) の板を示
す斜視図、ただし正負の回路要素は図示されていない。
プリント配線キャリヤ板を有する、本発明のプリント配
線板装置の分解図。
図。
ス充填エポキシシートを示す図で、(a)は斜視図、
(b)は熱拡散器の一部に対応する(a)に示された板
材料の破断拡大図。
Claims (3)
- 【請求項1】 電気的に非伝導性の要素キャリヤシー
ト、前記キャリヤシート上に取付けられた多数の電子要
素および前記キャリヤシート上にプリントされ前記要素
とともに電子回路を画定する電気配線を有するプリント
配線板装置において、 少なくとも一つの前記要素がその第1部分に取付けられ
る、前記キャリヤシートの周辺においてキャリヤシート
に連結される伝熱性材料から形成された少なくとも一つ
の熱拡散器、 ベースハウジング部分およびカバーハウジング部分を有
し、前記ハウジング部分の少なくとも一つが伝熱性材料
から形成された、前記キャリヤシートおよび前記要素を
収納するハウジング、 を有し、 前記熱拡散器の第2部分が前記キャリヤシートの周辺を
越えて延長し、かつ前記両ハウジング部分の間に設置さ
れ、それにより前記ハウジングは熱エネルギの流路が前
記熱拡散器を通って前記一つの要素と前記ハウジングと
の間に形成されるときヒートシンクとして作用する、 前記プリント配線板装置。 - 【請求項2】 前記キャリヤシートは複数の導電性接合
パッドおよび配線用導電性要素を有し、 前記第1熱拡散器部分はろう付け金属によって前記キャ
リヤシート周辺において前記導電性要素に固定されてい
る、 請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 前記キャリヤシート周辺は少なくとも一
つの開口を形成され、前記第1キャリヤシート部分は前
記開口にうけ入れられかつ固定され、前記ろう付け金属
は前記開口を囲んでいる請求項2に記載の装置。
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