JPH0951187A - 熱の発散装置及び熱の発散方法 - Google Patents

熱の発散装置及び熱の発散方法

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JPH0951187A
JPH0951187A JP8194790A JP19479096A JPH0951187A JP H0951187 A JPH0951187 A JP H0951187A JP 8194790 A JP8194790 A JP 8194790A JP 19479096 A JP19479096 A JP 19479096A JP H0951187 A JPH0951187 A JP H0951187A
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housing
heat
pad
integrated circuit
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JP8194790A
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James D Warren
ジェームズ・ディー・ウォーレン
Carl R Vogt
カール・アール・ヴォグト
Charles D Klooz
チャールズ・ディー・クルーズ
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Borg Warner Automotive Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力装置をプリント回路板の表面に取り付け
ることを許容する、電力装置の吸熱方法及び吸熱装置を
提供すること。 【解決手段】 プリント回路板１８に接続された集積回
路から熱を発散させる吸熱装置である。集積回路を回路
板に関して支持し得るよう支持部材が回路板に接続され
ている。集積回路と熱的に連通状態にある金属製タブ４
２が、回路板に対して略平行な面内にて支持部材から伸
長している。電気絶縁性で且つ熱伝導性のある圧縮性パ
ッド４６が、圧縮されたときにタブから熱を受け取るべ
く金属製タブ４２と接触状態に配置されている。熱伝導
性ハウジングは、パッドをタブに対して圧縮し且つ圧縮
されたときにパッドから熱を受け取り得るようパッドに
隣接する位置に配置されている。該ハウジングは、熱を
発散させ得るよう該ハウジングから伸長する複数のフィ
ン６８、７０、７２、７４、７６を備えている。また、
プリント回路板１８に接続された集積回路からの熱の発
散方法も提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸熱即ち降温装
置、より具体的には、集積回路からの熱の発散方法及び
熱の発散装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、プリント回路板と組み合わせ
て使用される、集積回路を有する電力装置（ｐｏｗｅｒ
ｄｅｖｉｃｅ）は、集積回路内に多量の熱が蓄積する
結果、熱を顕著に発散させることが必要である。このよ
うに熱が蓄積する結果、電力装置を降熱するためには、
設計上の特殊な条件が要求される。従って、吸熱に必要
とされる設計条件から組み立て時間及びコストが顕著と
なる。
【０００３】従来、電力装置は、「スルー・ホール（ｔ
ｈｒｕ−ｈｏｌｅ）」技術によりプリント回路板に取り
付けられている。この技術を使用して、電力装置からの
電気コネクタの端部は、プリント回路板の貫通穴に挿入
され、電気コネクタは、超音波はんだ付き機と組み合わ
さって、鉛被覆した挿入機械により手作業でプリント回
路板の反対側にはんだ付け、又は固着される。これと代
替的に、電気コネクタは、「表面に取り付ける」ことが
できる、即ち、電力装置からの電気コネクタは、プリン
ト回路板を貫通して伸長させずに、回路板の上面に直接
固着することもできる。この表面取り付け技術を使用す
る場合、電気コネクタの端部は、固体の結合材に接触す
る位置に配置され、また、回路板の全体が表面取り付け
用の突き／位置決め機械（ｐｉｃｋ−ａｎｄ−ｐｌａｃ
ｅ ｍａｃｈｉｎｅ）及び再流加熱炉を使用して組み立
てられて、結合材を溶融させ、電気コネクタとの接続部
を固着する。この方法は、鉛被覆した挿入機械、及び超
音波はんだ付け機が不要である。このように、表面取り
付け技術は、組み立て工程を著しく簡略化し、総投資額
を軽減する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術において、電
力装置（ｐｏｗｅｒ ｄｅｖｉｃｅ）は、全体として、
プリント回路板に対して垂直に配置され、また、熱の発
散のため、電力装置のタブをＰＣ板ハウジングに接続す
べくねじが設けられる。これらのねじが、金属製タブを
ハウジングに取り付けるため、プリント回路板に対して
平行な方向に挿入される。勿論、この取り付けのために
は、組み立て時間及び費用が必要である。また、プリン
ト回路板組立体の部品の差が集成するため、組立体の各
種の構成要素における部品の許容公差の差が小さいこと
が必要とされる。
【０００５】従って、電力装置から熱を発散させる、改
良に係る方法及び装置を提供することが望まれる。ま
た、電力装置をプリント回路板に取り付けるための表面
取り付け技術を容易にすることが、更に望まれる。更
に、プリント回路板組立体に対して組立体の各種の構成
要素における部品の許容公差をゆるくすることも望まれ
る。
【０００６】本発明の一つの目的は、電力装置をプリン
ト回路板に表面取り付けすることを許容する、電力装置
の熱発散方法及び熱発散装置を提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は、組み立てコストが少
なくて済むアルミニウム・ハウジングを通じて電力装置
の熱発散方法及び熱発散装置を提供することである。
【０００８】本発明の更に別の目的は、組み立て積成体
における各種の組み立て構成要素の全体的な許容公差を
緩和する方法にて電力装置から回路板に熱を伝達する方
法、及びその熱伝達装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本願の一つの発明は、第
一の側部と、第二の側部とを有するプリント回路板に接
続された集積回路から熱を発散する装置にして、前記集
積回路を前記回路板に関して支持すべく、該回路板の前
記第一の側部に接続された支持部材と、前記集積回路と
熱的に連通状態にある金属製タブであって、前記回路板
から離間され且つ該回路板に関して略平行な面内にて前
記支持部材から伸長する金属製タブと、圧縮されたとき
に前記金属製タブから熱を受け取るべく前記金属製タブ
と接触状態に配置された、電気絶縁性で且つ熱伝導性の
ある圧縮性パッドと、前記パッドを前記タブに対して圧
縮するために、また、圧縮されたとき、前記パッドから
熱を受け取るよう、前記パッドに隣接する位置に配置さ
れた熱伝導性ハウジングであって、熱を発散させ得るよ
う該ハウジングから伸長する複数のフィンを備える前記
熱伝導性ハウジングと、を備えて構成されている。
【００１０】本願の他の発明は、第一の側部と、第二の
側部とを有するプリント回路板に接続された集積回路か
ら熱を発散する装置にして、前記集積回路を前記回路板
に関して支持すべく、該回路板の前記第一の側部に接続
された支持部材と、前記集積回路と熱的に連通状態にあ
る金属製タブであって、前記回路板から離間され且つ該
回路板に関して略平行な面内にて前記支持部材から伸長
する前記金属製タブと、圧縮されたときに前記金属製タ
ブから熱を受け取るべく前記金属製タブと接触状態に配
置された電気絶縁性で且つ熱伝導性のあるエラストマー
の圧縮性パッドと、前記パッドを前記タブに対して圧縮
するように、また、圧縮されたとき、前記パッドから熱
を受け取るよう、前記パッドに隣接する位置に配置され
たアルミニウム・ハウジングであって、熱を発散させ得
るように該ハウジングから伸長する複数のフィンを備え
る前記アルミニウム・ハウジングと、前記回路板の前記
第二の側部に接続された基部板と、前記ハウジングに取
り付け得るよう前記基部板を貫通して伸長する締結具手
段と、前記ハウジングと係合して、前記締結具が前記パ
ッドを過度に圧縮したり、前記集積回路を傷付けるのを
防止するストッパ手段と、短絡を防止すべく前記基部板
と前記回路板との間に配置された絶縁体と、を備えて構
成されている。
【００１１】本発明は、プリント回路板に対して、シリ
コン集積回路と熱連通した金属製タブを備える表面取り
付け電力装置を提供することにより、従来技術のプリン
ト回路板に生ずる上述の問題点を解決するものである。
該金属製タブは、プリント回路板に対して略平行に伸長
し、このため、金属製タブと吸熱即ち降温ハウジングと
の間に圧縮性の熱伝導性パッドを使用する新規な方法を
可能にするものである。電気絶縁性で且つ熱伝導性のあ
るパッドは、金属製タブとアルミニウム・ハウジングと
の間にて圧縮され、金属製タブからアルミニウム・ハウ
ジング内に熱を伝達し、熱の発散が行われるようにす
る。該圧縮性パッドは、電子機器から吸熱体内に熱を運
び、その電子機器をハウジングから電気的に絶縁し、組
立体の集成品中の全ての物品による合計許容公差を緩和
し、これにより、各種の組立構成要素に対する部品の許
容公差をゆるくすることが可能となる。
【００１２】より具体的には、本発明は、プリント回路
（ＰＣ）板に接続されたシリコン集積回路（ＩＣ）から
の熱の発散装置を提供するものである。該装置は、ＰＣ
板に対してＩＣを支持すべくＰＣ板に接続された支持部
材を備えている。ＩＣと熱連通した金属製タブは、ＰＣ
板に対して略平行な面内にて支持部材から伸長する。デ
ュロメータ硬さが小さく、電気絶縁性で且つ熱伝導性の
ある圧縮性パッドは、圧縮されたとき、タブから熱を受
け取るため金属製タブと接触状態に配置される。熱伝導
性ハウジングはパッドに隣接する位置に配置され、パッ
ドをタブに対して圧縮し、また、圧縮されたときパッド
から熱を受け取る。このハウジングは、熱を発散させる
吸熱体として機能する。
【００１３】また、本発明は、ハウジングを有するプリ
ント回路板に接続された集積回路を備える電力装置から
の熱の発散方法に関する。この方法は、次のステップを
含む。即ち、（１）ＩＣと熱連通し且つプリント回路板
に対して略平行な面内でＩＣから伸長する金属製タブを
有する電力装置をプリント回路板に取り付けるステップ
と、（２）デュロメータ硬さが小さく、熱伝導性で且つ
電気絶縁性のあるパッドをハウジングに取り付けるステ
ップと、（３）集積回路からハウジングに熱を伝達する
ため、金属製タブとハウジングとの間にパッドが配置さ
れた状態にて、熱伝導性ハウジングをプリント回路板に
取り付けるステップとである。
【００１４】本発明は、電子式の４ホイール・ドライブ
・トランスファー・ケース・コントローラに関して特に
使用される。また、本発明は、電力装置の降熱を必要と
するプリント回路板組立体に一般的に適用可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の上記の目的、及びその他
の目的、並びにその特徴及び利点は、添付図面を参照し
つつ、本発明を実施する最良の形態に関する以下の詳細
な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【００１６】図１及び図２には、プリント回路板組立体
１２に接続されたシリコン集積回路（ＩＣ）からの熱の
発散装置１０が示してある。このプリント回路板組立体
１２は、熱発散ハウジング１４、及び端部キャップ１６
により包み込まれている。
【００１７】このプリント回路板組立体１２は、第一の
表面２０及び第二の表面２２を有するプリント回路板１
８を備えている。電力装置２４は、プリント回路板１８
の第一の表面２０に取り付けられる。プリント回路板組
立体１２は、電気コネクタ２６を更に備えている。電力
装置２４は、シリコン集積回路（ＩＣ）３８を有し、ま
た、プリント回路板１２は、ＩＣを制御するマイクロプ
ロセッサの形態をした制御ロジックを有している。
【００１８】該電力装置２４は、図３及び図４により明
確に示してある。該電力装置２４は、複数の電気コネク
タ２８、３０、３２、３４、３６を備えており、これら
の電気コネクタは、プリント回路板１８の第一の面２０
上に電力装置２４を配置することによりプリント回路板
１８の表面に取り付けられている。該電気コネクタ２
８、３０、３２、３４、３６は、第一の表面２０上の固
体結合材と接触する位置にある。該回路組立体１２は、
次に、加熱炉内で加熱されて結合材を再流動化させ、電
気コネクタ２８、３０、３２、３４、３６とプリント回
路板１８との間に電気的接続部を形成し得るようにす
る。これらの電気コネクタ２８、３０、３２、３４、３
６は、シリコン集積回路（ＩＣ）３８と電気的に連通状
態にある。
【００１９】該シリコン集積回路３８は、プリント回路
板１８上で回路の切換えを行うデバイスである。該シリ
コン集積回路３８は、プラスチック製ハウジング４０内
に支持されている。金属製タブ４２は、シリコン集積回
路３８と熱連通状態に接続されており、また、該金属製
タブは、プリント回路板１８から離間され且つ該プリン
ト回路板１８と略平行な面内でプラスチック製ハウジン
グ４０から伸長している。
【００２０】金属製タブ４２は、電気絶縁性で且つ熱伝
導性を有する圧縮性パッド４６と係合可能な上面４４を
備えている。該パッド４６は、図５ａ乃至図５ｃに詳細
に図示されている。該パッド４６は、圧縮されたとき
に、熱伝導性となって、金属製タブ４２からハウジング
１４内に熱を運ぶ一方、電子機器をハウジングから電気
的に絶縁する。該圧縮性パッド４６は、ハウジング１４
の下面４８に接着剤で固着されている。該圧縮性パッド
４６は、ペンシルベニア州、ウェストチェスターのファ
ブリテック・インコーポレーテッド（ＦａｂｒｉＴｅｃ
ｈ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）から市販されている
「リブ付きチョー・サーモ（Ｃｈｏ−Ｔｈｅｒｍ）・Ｔ
２７４」として公知のデュロメータ硬さが小さい熱伝導
性エラストマーである。熱伝導性の感圧型アクリル系接
着剤が圧縮性パッド４６をアルミニウム・ハウジング１
４の下面４８に固着する。該圧縮性パッド４６は、金属
製タブ４２に対して変形し得るよう該パッドから伸長す
る複数のリブ５０を備えている。
【００２１】また、該熱伝導性を有する圧縮性パッド４
６は、プリント回路板１８及び電力装置２４に応力が加
わるのを防止する許容公差緩和体としても機能する。該
熱伝導性を有するパッド４６が圧縮性であることは、組
立体内のその他の構成要素がより大きい許容公差を持
ち、これにより、組立体の最大の積層許容公差を大きく
し、これにより、個々の構成要素の許容公差を緩和する
ことができる。プリント回路板１８及び電力装置２４に
応力が加わることの防止は、複数の隔離スリーブ５４
（一つのスリーブのみを図２に図示）により行われる。
複数のねじ５２、５３が、熱発散ハウジング１４に形成
された孔５８、５９を通って鋼製の基部板５６から伸長
している。離間スリーブ５４は、ハウジング１４の下面
４８と係合可能な第一の端部６０を備えている。また、
該隔離スリーブ５４は、ねじ頭６４と係合可能な第二の
端部６２を備えている。従って、隔離スリーブ５４の長
さにより、ハウジング１４の下面４８と、ねじ頭６４と
の間の間隔が決まり、これにより、組立体の集成寸法が
得られる。また、これと同一の方法で第二のスリーブ
（図示せず）の長さも選択される。隔離スリーブ５４
は、熱伝導性を有する圧縮性パッド４６の過度の圧縮を
防止し、また、プリント回路板１８が曲がるのを防止す
る。従って、該離間スリーブ５４は、基本的に、ストッ
パ手段を提供する。
【００２２】該圧縮性パッド４６は、厚さが１．５７４
８ｍｍ（０．０６２インチ）であり、望ましい熱抵抗値
３．５Ｗ／°Ｃが達成されるようにすることが好まし
い。また、該熱伝導性を有する圧縮性パッド４６は、プ
リント回路板１８及び電力装置２４の電子機器をハウジ
ング１４から電気的に絶縁する。
【００２３】該組立体は、その間で短絡が生ずるのを防
止すべく、鋼製基部板５６とプリント回路板１８との間
に配置された紙製絶縁体６６を更に備えている。
【００２４】従って、作動時、シリコン集積回路３８か
らの熱は、金属製タブ４２に進み、圧縮性パッド４６に
より金属製ハウジング１４に運ばれる。該ハウジング１
４は、熱の発散を促進すべくハウジング１４の表面積を
増すため、該ハウジングから伸長する複数のフィン６
８、７０、７２、７４、７６を備えている。
【００２５】これと代替的に、複数の電力装置が横に並
べた関係にて回路板に固着されるようにしてもよい。隣
接する電力装置の金属製タブは、圧縮性を有するパッド
４６との均一な加圧接触を促進し得るよう反対の伸長方
向に配置するようにしてもよい。
【００２６】本発明は、金属製タブ４２をプリント回路
板１８に関して平行に配置することにより、熱伝導性を
有する圧縮性パッド４６を使用することを可能にし、ま
た、電力装置を表面に取り付けすることを可能にする点
にて、従来技術の組立体に優る顕著な利点が得られる。
圧縮性パッド４６は、熱発散ハウジング１４の下面４８
に接着剤で固着されるため、組み立て時間は、最小限で
済む。従来、電力装置２４は、プリント回路板に対して
垂直に組み立てられるため、電力装置を熱発散ハウジン
グと熱連通させるためにねじを横方向に挿入する必要が
あった。本発明は、電子機器をハウジングから電気的に
絶縁し且つ組立体の集成体における各種の組み立て構成
要素の総許容公差を緩和する一方で、上記の組立体に伴
う問題点を緩和するものである。
【００２７】本発明を実施する最良の形態について詳細
に説明したが、本発明の当業者は、本発明を実施する代
替的な設計及びその他の実施の形態が認識されよう。こ
のように、上記の好適な実施の形態は、本発明の一例を
示すことを目的とするものであり、本発明は、特許請求
の範囲に記載した範囲内で変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による吸熱ハウジングを備えるプリント
回路板組立体の一部拡大斜視図である。
【図２】本発明による熱の発散装置を備えるプリント回
路板組立体の分解側面図である。
【図３】本発明による電力装置の側面図である。
【図４】本発明による電力装置の底面図である。
【図５】５ａは、本発明による圧縮性で熱伝導性のある
パッドの平面図、５ｂは、本発明による圧縮性で熱伝導
性のあるパッドの側面図、５ｃは、本発明による圧縮性
で熱伝導性のあるパッドの端面図である。
【符号の説明】
１０ 熱発散装置 １２ プリント回路
板組立体 １４ 熱発散／アルミニウム・ハウジング １６ 端部キャップ １８ プリント回路板 ２０ プリント回路
板の第一の表面 ２２ プリント回路板の第二の表面 ２４ 電力装置 ２６、２８、３０、３２、３４、３６ 電気コネクタ ３８ シリコン集積回路（ＩＣ） ４０ プラスチック
製ハウジング ４２ 金属製タブ ４４ 金属製タブの
上面 ４６ 圧縮性パッド ４８ 熱発散ハウジ
ングの下面 ５０ リブ ５２、５３ ねじ ５４ 隔離スリーブ ５６ 鋼製基部板 ５８、５９ 孔 ６０ 隔離スリーブ
の第一の端部 ６２ 隔離スリーブの第二の端部 ６４ ねじ頭 ６６ 紙製絶縁体 ６８、７０、７２、
７４、７６ フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・ディー・ウォーレン アメリカ合衆国ノース・カロライナ州 27520，クレイトン，ウィスパリング・パ インズ・ドライブ 2428 (72)発明者 カール・アール・ヴォグト アメリカ合衆国ノース・カロライナ州 27614，ローリー，サーフィールド・ドラ イブ 6232 (72)発明者 チャールズ・ディー・クルーズ アメリカ合衆国ノース・カロライナ州 27615，ローリー，ルイサンド・コート 6225

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第一の側部と、第二の側部とを有するプ
    リント回路板に接続された集積回路から熱を発散する装
    置にして、 前記集積回路を前記回路板に関して支持すべく、該回路
    板の前記第一の側部に接続された支持部材と、 前記集積回路と熱的に連通状態にある金属製タブであっ
    て、前記回路板から離間され且つ該回路板に関して略平
    行な面内にて前記支持部材から伸長する金属製タブと、 圧縮されたときに前記金属製タブから熱を受け取るべく
    前記金属製タブと接触状態に配置された、電気絶縁性で
    且つ熱伝導性のある圧縮性パッドと、 前記パッドを前記タブに対して圧縮するために、また、
    圧縮されたとき、前記パッドから熱を受け取るよう、前
    記パッドに隣接する位置に配置された熱伝導性ハウジン
    グであって、熱を発散させ得るよう該ハウジングから伸
    長する複数のフィンを備える前記熱伝導性ハウジング
    と、を備える熱の発散装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の熱の発散装置にして、
    前記パッドが、圧縮されたとき、より熱伝導性となるエ
    ラストマー材料から成る熱の発散装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の熱の発散装置にして、
    前記回路板の前記第二の側部に接続された基部板を更に
    備える熱の発散装置。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の熱の発散装置にして、
    前記ハウジングに取り付け得るよう前記基部板を貫通し
    て伸長する締結具手段と、前記ハウジングと係合して、
    前記締結具手段が前記パッドを過度に圧縮したり、前記
    集積回路を傷付けるのを防止するストッパ手段とを更に
    備える熱の発散装置。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の熱の発散装置にして、
    前記ハウジングが押出し成形アルミニウムから成る熱の
    発散装置。
  6. 【請求項６】 請求項３に記載の熱の発散装置にして、
    短絡を防止すべく前記基部板と前記回路板との間に配置
    された絶縁体を更に備える熱の発散装置。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の熱の発散装置にして、
    前記集積回路から前記回路板の前記第一の側部まで伸長
    する電気コネクタを更に備える熱の発散装置。
  8. 【請求項８】 第一の側部と、第二の側部とを有するプ
    リント回路板に接続された集積回路から熱を発散する装
    置にして、 前記集積回路を前記回路板に関して支持すべく、該回路
    板の前記第一の側部に接続された支持部材と、 前記集積回路と熱的に連通状態にある金属製タブであっ
    て、前記回路板から離間され且つ該回路板に関して略平
    行な面内にて前記支持部材から伸長する前記金属製タブ
    と、 圧縮されたときに前記金属製タブから熱を受け取るべく
    前記金属製タブと接触状態に配置された電気絶縁性で且
    つ熱伝導性のあるエラストマーの圧縮性パッドと、 前記パッドを前記タブに対して圧縮するように、また、
    圧縮されたとき、前記パッドから熱を受け取るよう、前
    記パッドに隣接する位置に配置されたアルミニウム・ハ
    ウジングであって、熱を発散させ得るように該ハウジン
    グから伸長する複数のフィンを備える前記アルミニウム
    ・ハウジングと、 前記回路板の前記第二の側部に接続された基部板と、 前記ハウジングに取り付け得るよう前記基部板を貫通し
    て伸長する締結具手段と、前記ハウジングと係合して、
    前記締結具が前記パッドを過度に圧縮したり、前記集積
    回路を傷付けるのを防止するストッパ手段と、 短絡を防止すべく前記基部板と前記回路板との間に配置
    された絶縁体と、を備える熱の発散装置。
  9. 【請求項９】 熱伝導性ハウジングを有するプリント回
    路板に接続された集積回路から熱を発散する方法にし
    て、 金属製タブが伸長する支持部材を有する集積回路であっ
    て、該金属製タブが、前記プリント回路板に対して略平
    行な面内にて該集積回路から伸長する前記集積回路を、
    前記プリント回路板の表面に取り付けることと、 熱伝導性で且つ電気絶縁性のあるパッドを前記ハウジン
    グ上に配置することと、 前記パッドを前記金属製タブに対して圧縮する熱伝導性
    ハウジングであって、熱を発散させるべく該ハウジング
    から伸長するフィンを有する前記ハウジングを、前記プ
    リント回路板に取り付けることとを含む熱の発散方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の方法にして、前記ハ
    ウジングが前記金属製タブに向けて圧縮可能に動くのを
    制限する隔離手段を提供することにより、前記パッドの
    過度の圧縮を防止することを更に含む方法。
  11. 【請求項１１】 請求項９に記載の方法にして、前記集
    積回路を前記プリント回路板に取り付けることが、前記
    集積回路を前記回路板の表面に取り付けることを含む方
    法。
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