KR100304521B1 - 전자부품을기판상에장착하기위한장치와방법 - Google Patents

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비센트 비.인그라시아, 알크 엠 아헨
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Abstract

전자 부품(10)은 하나의 다이(22) 및 이 다이(22)에 결합된 터미널(14)을 가진다. 기판은 제1 면(20) 및 제2 면(82)과 자신을 관통하는 관통로(26)를 가진다. 터미널(14)은 제1 면(20)과 연통하며, 다이(22)는 관통로(26) 내에 배치된다. 본 발명의 장치는 다이(22)와 터미널(14)의 적어도 일부분을 봉입하며 고정부(28)와 착탈가능부를 가진 커버(16)를 구비한다. 고정부(28)는 터미널(14)에 결합된 결합 구역과 관통로(26) 내에 배치된 연장 구역을 갖는다. 연장 구역은 제2 면(82)과 실질적으로 동평면을 이루는 표면을 갖는다. 연장 구역과 기판(18) 사이에는 공간이 존재한다. 접착제(34)는 연장 구역의 표면에 배치되며 공간 내로 연장한다. 시일링 프레임(36)은 상기 공간과 중첩하며 접착제(34) 및 제2 면(82)과 연통한다.

Description

전자 부품을 기판 상에 장착하기 위한 장치와 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MOUNTING AN ELECTRONIC COMPONENT TO A SUBSTRATE}
인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCBs), 멀티-칩 모듈(multi-chip module: MCMs) 및 전자 하이브리드 어셈블리(electronic hybrid assemble)와 같은 전자 모듈은 일반적으로 공통의 기판 상에 장착된 다수의 개별 전자 부품들, 예로서 집적 회로들, 수동 소자 및 전력 트랜지스터들로 이루어진다. 개별 전자 부품들은 시험 및 조정 중에서 뿐만 아니라 정상적인 동작 중에도 냉각을 필요로 하는 열원(heat source)일 수도 있다.
간혹, 전자 부품들을 자연적인 또는 강제적인 공기 대류 방식에 의해 냉각시키나, 이들 방식은 공기의 열 용량 및 열 전달 계수가 비교적 불량하기 때문에 대량의 공기가 전자 부품들을 통과케 하거나 그들 전자 부품에 부착된 대형 열 방출 수단을 통과케 해야 한다. 또한, 공기 냉각 방식은 전자 모듈 내에 있는 각각의 열 발생 전자 부품을 균등하게 냉각시키지 못할 수도 있으며, 바람직하지 못한 음향 잡음(acoustic noise) 또는 먼지와 같은 오염물을 전자 부품에 도입시킬 수도 있다.
증발 스프레이 냉각(evaporative spray cooling)은 세분화된 유체 방울들(atomized fluid droplets)을 전자 부품과 같은 열 발생원의 표면에 직접적으로 또는 간접적으로 분무시키는 것을 특징으로 한다. 유체 방울들이 전자 부품의 표면에 충돌하는 경우에, 전자 부품 상에 얇은 액체 막이 피복되고, 주로 유체가 전자 부품의 표면으로부터 증발하는 것에 의해서 열이 제거된다.
이러한 증발 스프레이 냉각이 대다수의 전자공학의 응용에서 열을 제거하는 양호한 방법이기는 하나, 공지된 스프레이 냉각 시스템들은 일반적으로 대형 전자 모듈의 전체 표면을 냉각시키도록 설계된 것이다. 유체는 전자 모듈의 표면상에 직접 분무되기 때문에, 그 유체는 전자 부품으로부터 용제 잔류물(flux residue)과 같은 미립자를 포획할 수도 있는데, 이들 미립자는 노즐 구멍을 막아 유체의 효과적인 분무를 방해할 가능성이 있다. 또한, 열 발생 전자 부품들 외에는 열적 부하가 작은 여러 전자 모듈을 갖는 영역 내에서 열 발생 전자 부품들이 분리되어 있을 수 있어서, 전체 전자 모듈을 스프레이 냉각하는 것은 바람직하지 못하거나 실용적이지 않을 수도 있다.
또한, 스프레이 냉각 시스템을 동작시키기 전에 광범위한 밀봉(sealing) 작업이 요구되므로, 전자 부품에 자유롭게 접근할 수 있어야 하는 모듈 시험 및 조정 과정 중에는 그 냉각 시스템을 동작시키지 못할 수도 있다.
따라서, 모듈 시험 및 조정 과정 중에 전자 부품의 스프레이 냉각을 용이하게 하고, 고열 발생 부품들이 다른 모든 부품들과 동일한 전자 모듈 면상에 배치될 수 있게 하면서도 반대쪽 전자 모듈 면으로부터 냉각될 수 있게 하여서, 전술한 오염의 문제가 감소되게 하는, 전자 부품을 기판 상에 장착하기 위한 장치 및 방법이 필요하다.
〈발명의 요약〉
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기한 필요성을 다루어 해결하는 전자 부품을 기판 상에 장착하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치에서는, 전자 부품들이 하나의 다이(die)를 가지며, 이 다이에는 터미널이 결합된다. 기판은 제1 면 및 제2 면을 가지며, 기판에는 그 기판을 관통하는 관통로가 제공된다. 터미널은 제1 면과 연결되며, 다이는 관통로 내에 배치된다. 본 발명의 장치는 커버를 포함하는데, 이 커버는 다이와 터미널의 적어도 일부분을 둘러싸는(enclosing) 것으로서, 이 커버는 고정부와 이 고정부에 분리가능하게 결합된 착탈가능부를 갖는다. 고정부는 결합 구역과 연장 구역을 갖는다. 결합 구역은 터미널에 결합되며, 연장 구역은 관통로 내에 배치된다. 연장 구역은 제2 면과 실질적으로 동평면을 이루는 표면을 갖는다. 이 연장 구역과 기판 사이에는 공간이 존재한다. 상기한 연장 구역의 표면에는 접착제가 제공되는데, 이 접착제의 적어도 일부분은 상기한 공간 내로 연장한다. 밀봉 프레임(sealing frame)은 상기한 공간과 중첩하며, 접착제 및 제2 면과 통한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다이를 가진 전자 부품을 제1 면 및 제2 면을 가진 기판 상에 장착하기 위한 방법이 제공되는데, 이 방법은 기판을 관통하는 관통로를 제공하는 단계와; 다이의 적어도 일부분을 둘러싸는 커버를 관통로 내에 위치시키는 단계 - 커버는 고정부와 착탈가능부를 가지며, 착탈가능부는 고정부에 분리가능하게 결합되고, 고정부는 제1 단부와 제2 단부를 가지며, 제1 단부는 제1 면에 결합되고, 제2 단부는 그와 대체로 동평면을 이루는 표면을 가짐-와; 접착제를 상기 표면에 공급하는 단계와; 밀봉 프레임을 접착제 및 제2 면과 연통관계로 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 다이를 가진 전자 부품을 제1 면 및 제2 면을 가진 기판 상에 장착하기 위한 방법이 제공되는데, 이 방법은 기판을 관통하는 관통로를 제공하는 단계와; 다이를 에워싸며 베이스 표면 및 상부 표면을 가진 벽을 관통로 내에 위치시키는 단계 - 베이스 표면은 제1 면에 결합되며, 상부 표면은 제2 면과 대체로 평면을 이룸 - 와; 접착제를 상부 표면과 통하도록 공급하는 단계와; 밀봉 프레임을 접착제 및 제2 면과 통하도록 제공하는 단계와; 챔버(chamber)를 규정하며 밀봉 프레임을 둘러싸는 하우징(housing)을 제2 면에 결합하는 단계를 포함한다.
당업자라면, 본 발명의 장점들을 도면에 도시하고 예시적으로 설명한 다음의 실시예에 대한 설명으로부터 쉽게 알 수 있을 것이다. 본 발명의 다른 실시예들도 가능하며 본 발명의 세부사항에 대한 변형도 가능한 바, 도면 및 명세서의 설명은 단지 설명만을 위한 것으로서 제한적으로 해석되어서는 안될 것이다.
본 발명은 일반적으로 전자 부품에 관한 것으로, 특히 전자 부품을 기판 상에 장착하기 위한 장치와 방법, 및 기판 상에 장착된 전자 부품을 스프레이-냉각(spray-cooling)하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 전형적인 전자 부품의 사시도.
도 2는 다른 전형적인 전자 부품의 사시도.
도 3은 도 1에 도시한 전자 부품의 3-3선에 따라 절취한 정면도로서 전자 부품을 기판에 장착하기 위한 전형적인 방식을 도시한 도면.
도 4는 도 2에 도시한 전자 부품의 4-4선에 따라 절취한 단면도로서 전자 부품을 기판에 장착하기 위한 전형적인 방식을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 양호한 실시예에 따라 기판에 장착된 도 2 및 도 4에 도시한 전자 부품의 정면도.
도 6은 도 5에 도시한 전자 부품의 일부분에 대한 확대도.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시한 전자 부품의 정면도로서, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 폐루프 유체 흐름을 갖는 스프레이 냉각 시스템을 추가적으로 도시한 도면.
도 8은 도 7에 도시한 시스템과 같은 폐루프 유체 흐름을 갖는 스프레이 냉각 시스템과 더불어 사용하기 위한 도 1 및 도 3에 도시된 전자 부품의 다른 플랜지 디자인(flange design)에 대한 저면도.
동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 사용한 도면을 참조하는데, 도 1은 전형적인 전자 부품(10)의 사시도로서, 이 전자 부품은 소자 받침대(device pedestal)(12) 또는 플랜지(flange), 다수의 터미널(14), 커버(cover)(16) 및 이 커버에 의해서 보호되는 하나 이상의 다이(die)(도시되지 않음)를 구비한다.
전자 부품(10)은 예를 들어 주문 번호 MRF899/D로서 모토로라사로부터 구입가능한 NPN 실리콘 고주파(RF) 전력 트랜지스터일 수도 있다. 전자 부품으로서는 도 1에 도시된 부품(10) 뿐만 아니라 도 2에 도시된 다른 구성의 전력 트랜지스터(10) 예를 들어 주문 번호 SRF7016으로서 모토로라사로부터 구입가능한 플랜지가 없는 RF 전력 트랜지스터의 것도 적합하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전자 부품(10)은 터미널(14), 커버(16), 얇은 두께를 갖고 있으며 커버(16)로부터 약간 연장하는 알루미나와 같은 베이스(17), 및 예를 들어 트랜지스터 베이스, 트랜지스터 에미터 및 트랜지스터 콜렉터일 수도 있는 하나 이상의 다이(도시되지 않음)를 구비한다. 다이는 커버(16)에 의해 봉입된다. 도 2에 도시된 부품(10)은 도 1에 도시된 부품(10)과는 달리 플랜지(12)를 포함하지 않는다.
도 3은 도 1에 도시된 전자 부품(10)의 선 3-3에 따라 절취된 정면도로서, 이 도면은 캐리어 플레이트(carrier plate)(19)를 사용하여 전자 부품(10)을 기판(18)에 장착하는 전형적인 방식을 도시한다. 기판(18)은 유리 충진 에폭시(glass-filled epoxy), 테프론(teflon), 알루미나(alumina), 세라믹(ceramic) 또는 플라스틱(plastic) 재질로 된 하나 이상의 층으로 이루어진다. 캐리어 플레이트(19)는 예를 들어 구리(copper), 알루미늄 실리콘 카바이드(aluminum-silicon carbide: AlSiC) 또는 그라파이트(graphite)로 만들어진다.
도시한 바와 같이, 터미널(14)은 기판(18)의 제1 면(20)과 신호를 주고받을 수 있다. 터미널(14)은 여러 가지 방식으로 예를 들어 땜납 또는 도전성 에폭시에의해서 기판(18)에 부착되거나 그 기판 상에 위치하는 다른 소자(도시되지 않음)에 부착될 수도 있다. 적어도 하나의 열 발생 다이(22)를 봉입하는 커버(16)는 터미널(14)에 결합되며 기판(18)의 제1 면(20) 위에 위치한다. 다이(22)에 대한 전기적 접지 표면 및 강화된 열 확산을 제공하는 플랜지(12)는 여러 가지 방식으로 예를 들어 나사를 사용하여 캐리어 플레이트(19)에 고정 장착될 수도 있다. 그러므로, 다이(22)는 전형적으로 하나의 측면상으로는 커버(16)에 의해 둘러싸이고 다른 측면상으로는 플랜지(12)에 의해 둘러싸인다.
도 4를 참조하면, 도 2에 도시된 전자 부품(10)은 전형적인 방식으로 캐리어 플레이트(19) 및 기판(18)에 장착된다. 부품(10)의 베이스(17)는 적어도 부분적으로 기판(18) 내로 연장한다. 터미널(14)은 기판(18)의 제1면(20)과 통한다. 터미널(14)은 여러 가지 방식으로 예를 들어 땜납 또는 도전성 에폭시에 의해서 기판(18)에 부착되거나 그 기판 상에 위치하는 (도 3에 도시된) 다른 소자에 부착될 수도 있다. 커버(16)는 적어도 하나의 열 발생 다이(22)(도시되지 않음)를 보호하는 것으로서, 이 커버는 터미널(14)에 결합되며 기판(18)의 제1 면(20) 위에 위치한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 기판(18)의 면을 기준으로 해서 180° 회전시킨 도 2 및 도 4에 도시한 전자 부품(10)의 정면도이다. 따라서, 부품(10)은 전통적인 장착 기법과 비교하여 뒤집어져서 또는 반전되어 장착된다(reverse-mounted). 관통로(26)는 기판(18) 및 캐리어 플레이트(19)가 있다면 캐리어 플레이트(19)를 통해 기판(18)의 제1 면(20)으로부터 제2 면(82)으로 연장한다(도 5 및 도 6에 캐리어 플레이트(19)를 도시하지는 않았으나, 이후에서는 설명의 간략화를 위해 기판(18)을 또한 기판(18)과 캐리어 플레이트(19)의 조합을 간단히 기판(18)으로 지칭한다). 관통로(26)는 원통형의 형상, 장방형의 형상 또는 다른 적합한 형상을 가질 수도 있다. 커버(16)는 바람직하게는 벽과 같은 고정부(28) 및 착탈가능부(24)를 구비하는 것으로서, 다이(22) 및 터미널(14)의 적어도 일부분을 봉입한다. 고정부(28)는 세라믹 재질로 만드는 것이 바람직하나, 고온 플라스틱이나 액정 폴리머(liquid-crystal polymer)와 같은 다른 적합한 재질로 만들 수도 있다. 착탈가능부(24)는 플라스틱으로 만드는 것이 바람직하나, 세라믹이나 금속 충진재(metal fill)와 같은 다른 재질로 만들 수도 있다. 착탈가능부(24)는 고정부(28)에 분리가능하게 결합되는 것으로서, 예를 들어 플랜지(21) 및 범프(bump)(35)를 통해 고정부(28)에 스냅(snap) 결합되거나, 접착제(도시되지 않음)에 의해 고정 장착되며, 차후에 분리될 수도 있다.
고정부(28)는 바람직하게는 터미널(14)의 결합 구역(27)에 B-단계(B-staged) 에폭시와 같은 에폭시(25)에 의해서 고정 장착된다. 사전 도포한 B-단계 에폭시를 갖는 단일(one-piece) 커버(이것은 본 명세서에서 설명하는 바와 같이 변형되어 사용될 수도 있음)는 주문 번호 B15523C010으로서 RJR 폴리머사로부터 구입가능하다. 터미널(14)은, 예를 들어, 터미널 상의 금속화 구역(23)을 통해 기판(18)의 제1 면(20)에 납땜되거나 다른 방식으로 고정 장착될 수도 있다. 고정부(28)의 연장 구역(30)은 기판(18)의 제2 면(82)과 실질적으로 동평면(coplanar)을 이루는 표면을 가지며, 연장 구역(30)과 기판(18) 사이에는 공간(32)이 존재하므로 관통로(26)가 완전히 채워지는 것은 아니다.
연장 구역(30)의 표면상에는 접착 재료(34), 예를 들어, 널리 알려지고 광범위하게 사용될 수 있는 폴리아미드 고온 용융(polyamid hot-melt) 재료가 제공되는데, 이 접착제(34)의 일부는 바람직하게는 공간(32) 내로 연장한다. 기판(18)의 제2면(82)에 결합되고 공간(32)과 중첩하는 밀봉 프레임(sealing frame)(36)이 또한 접착제(34)와 접촉한다. 밀봉 프레임(36)은 바람직하게는 관통로(26)를 둘러싸고, 공간(32)을 커버하는 황동(brass)과 같은 금속 프레임이다. 밀봉 프레임(36)은 고온 땜납을 이용하여 제2 면에 납땜될 수도 있으나, 초음파 용접이나 레이저 용접에 의해 제2 면(82)에 용접되거나 실리콘과 같은 접착제 또는 다른 고온 접착제에 의해 제2 면(82)에 부착될 수도 있다.
부품(10)이 전통적인 장착 기법과 비교하여 뒤집혀서 장착되도록 부품(10)을 기판(18)에 조립할 수 있는 한가지 방법에 따르면, 스크린 인쇄법(screen-printing)과 같은 잘 알려진 방법을 사용하여 터미널(14) 영역 내에 있는 기판(18)의 제1 면(20)에 땜납 페이스트(paste)를 도포한다. 그 다음에 가스켓(gasket) 형상으로 사전 형성되고 연장 구역(28)의 표면 상에 배치될 수도 있는 접착제(34)를 가진 부품(10)을 커버 측으로 아래로 하여 관통로(26) 내에 배치시켜서, 접착제(34)를 밀봉 프레임(36)과 접촉시킨다. 그 다음에 전체 조립체가 표준 온도 리플로우 프로파일(standard temperature reflow profile)을 사용하여 가열될 수도 있다. 땜납 페이스트의 용융 시에 터미널(14)은 전기적으로 결합된다. 접착제(34)의 용융 시에 밀봉(hermetic seal)이 커버(16)의 고정부(28)와 기판(18)의 제2 면(82) 사이에 형성된다. 커버(16)의 착탈가능부(24)를 분리가능한 상태로 유지하기 위해, 착탈가능부(24)를 리플로우 프로세스 전에 잘 공지되고 광범위하게 이용되는 재료인 몰드 이형재(mold-release material)(도시되지 않음)로 처리할 수도 있다.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 장착된 전자 부품(10)의 측면도로서, 커버(16)의 착탈가능부(24)가 제거된 상태를 도시한 것이며, 또한 본 발명의 양호한 실시예에 따른 폐루프 유체 흐름 방식의 스프레이 냉각 시스템을 도시한 것이다. 측면(42) 및 상면(44)을 가지며 챔버(chamber)(45)를 규정하는 하우징(40)은 기판(18)의 제2 면(82)에 결합된다. 하우징(40)은 장방형의 형상을 가진 것이 바람직하나 다른 기하학적 형상 예를 들어 원통형의 형상을 가질 수도 있으며, 플라스틱 재질로 만드는 것이 바람직하나 다른 적합한 재질, 예를 들어서 금속으로 만들 수도 있다. 하우징(40)은 전자기 방해 감쇄재(electromagnetic interference-attenuating material)(도시되지 않음)를 또한 포함할 수도 있다.
하우징(40)의 상면(44)에는 바람직하게 하나 이상의 노즐(60)이 배치된다. 이 도면에서는 하나의 노즐(60)을 도시했다. 노즐(60)은 유체 유입구(46)와 연결된 리셉터클 단부(receptacle end)(62)와, 바람직하게는 직경이 약 0.15㎜ 정도인 개구(66)를 포함하는 스프레이 단부(64)와, 와류판(swirl plate) 또는 삽입물(insert, 68)을 갖는다. 와류판(68)은 예를 들어 프레스 피팅(press-fitting), 납땜 또는 본딩(bonding)에 의해 리셉터클 단부(62)에 고정 장착될 수도 있다. 그러나, 노즐(60)을 와류판(68)과 함께 하우징(40) 내에 일체로 형성할 수도 있을 것이다.
노즐(60)은 높이가 대략 1.5㎜이고, 임의의 적합한 재료로 만들어 질 수도 있는 단일 압력 와류 분무화기(simplex pressure-swirl atomizer)와 같은 소형 분무화기(miniature atomizer)가 바람직하다. 적합한 재료의 예로서는 황동 또는 스테인레스 스틸과 같은 금속을 들 수 있다. 단일 압력 와류 분무화기는 본 명세서의 일부로서 참조된 틸톤(Tilton) 등에게 허여된 미국 특허 제5,220,804호에 상세히 개시되고 있으며, 미국 워싱턴 콜튼에 소재하는 이소써멀 시스템즈 리서치사(Isothermal Systems Research, Inc.)로부터 구입가능하다.
튜브(52)를 통해 유체 유입구(46)에 연결된 유체 펌프(50)는 와류판(68)과 정합된 노즐(60)의 리셉터클 단부(receptacle end, 62)에 냉각 유체를 공급한다. 스프레이 단부(64)는 냉각 유체(coolant)를 분무화시켜 분무화된 유체(70)를 구멍(66)을 통해서 챔버(45) 내로 그리고 하나 이상의 다이(22) 상으로 방출한다. 유체(70)는 구멍(66)으로부터 상면(44)에 대하여 소정의 각도로, 바람직하게는 상면(44)에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 방출될 수도 있다. 분무화된 유체(70)가 다이(22)의 표면에 충돌할 때, 다이(22)는 얇은 유체 막으로 덮이며, 주로 다이(22)로부터의 유체(70)의 증발에 의해서 열이 제거된다. 초과되는 유체는 수집되어 하우징(40)으로부터 유체 유출구(48)를 통해 제거된다.
냉각 유체는 잘 알려져 있고 광범위하게 이용가능한 유전성 냉각 유체일 수도 있다. 적합한 냉각 유체의 일 예로서는 주문 번호 FC-72로서 3M사로부터 구입가능한 3M 플루오리너트(Fluorinert)TM유전성 유체를 들 수 있다. 3M 플루오리너트(Fluorinert)TM유전성 유체와 유사한 다른 플루오로카본(Fluorocarbon) 유체로서는 아우시몬트 갈덴(Ausimont Galden)TM이 있다.
튜브(54)에 의해서 펌프(50)에 연결되고 튜브(56)에 의해서 유체 유출구(48)에 연결된 응축기(condenser, 53)는 유체 유출구(48)로부터 유체를 받는다. 응축기(53)는 유체로부터 열을 빼앗아 유체를 주로 액체 상태로 돌려놓는다. 응축기(53)의 냉각 능력을 향상시키기 위해 팬(fan)(58)을 사용할 수도 있다. 냉각된 유체는 응축기(53)로부터 펌프(50)로 공급된다. 따라서, 냉각 유체의 폐루프 흐름이 형성된다. 임의의 주어진 지점에서, 냉각 유체는 증기, 액체 또는 증기와 액체의 혼합물일 수도 있다.
다른 목적을 위해서, 냉각 유체의 흐름을 제공하기 위한 임의의 통상적인 수단을 본 발명의 상술한 실시예와 함께 사용하거나, 또한 예비용으로 둘 이상의 하우징(40)을 하나의 냉각 유체 공급원에 연결하거나, 둘 이상의 냉각 유체 공급원을 하나의 하우징(40)에 연결하는 것을 생각할 수도 있다.
유체 펌프(50), 응축기(53) 및 팬(58)의 크기는 열 제거 및 유속 요건을 고려하여 선택해야만 한다. 예를 들어, 전형적인 폐루프 유체 흐름은 500W 내지 1000W의 열 소모를 위해 500㎖/분 내지 1000㎖/분이다. 각종 크기의 펌프 및 응축기 조립체는 이소써멀 시스템즈 리서치사로부터 구입가능하며, 적절한 튜브 및 정합 수단은 미국 일리노이즈 버논 힐에 소재하는 코울-파머사(Cole-Parmer)로부터구입가능하다.
300W/cm2까지의 전력 밀도를 가진 단일 전자 부품 또는 일군의 전자 부품은 상술한 장치에 의해 효과적으로 냉각된다. 전체 전자 모듈로부터 열을 제거하는 것이 아니라, 개별 반전 장착 전자 부품(reverse-mounted electronic components) 및 반전 장착 부품 군들로부터 직접적으로 열을 제거하는 것은 전자 부품의 동작 온도를 감소시켜, 열 변화 및 그에 관련된 열 응력을 감소시킴으로써 신뢰성이 높아지게 한다.
하우징(40)은 반전 장착 부품들이 기판을 지나서 연장되지 않고 또한 공간의 간격도 공기량 요건에 의해서 좌우되지 않기 때문에, 전자 모듈의 표면에 아주 가깝게 배치될 수도 있다. 따라서, 전자 모듈의 패킹 사이즈가 감소될 수도 있다. 또한, 예를 들어 대형 열 방출 수단 위에 분포하는 경우와 같이, 열이 큰 면적에 걸쳐 확산되는 경우에 가장 효율적인 공기 냉각 방식과는 달리, 스프레이 냉각 방식은 열 집중도를 높이는데, 이는 패킹 부피 및 중량을 감소시키는 다른 요인이다.
스프레이 냉각 방식에 의해 냉각되는 전자 부품을 뒤집어서 장착하는 것은 다른 비반전 장착된 부품들로부터의 오염물이 냉각 유체에 의해 포획되어 그들 오염물로 인해서 유체 분무화 노즐의 구멍이 막히게 될 가능성을 상당히 감소시킨다. 그리고, 뒤집혀서 장착된 부품과 연관된 남땜 용제(flux)가 일반적으로 유체로부터 전자 부품의 반대편에 위치하게 되므로, 오염 가능성이 또한 감소된다.
전자 부품들을 선택적으로 뒤집어서 장착하는 것은 ―뒤집어서 장착된 전자부품들은 전자 모듈에서 열적 부하가 작은 영역내에서 열적 부하가 큰 격리된 점들이 될 수 있음― 스프레이 냉각 시스템의 장착에 사용되는 전자 모듈 표면적을 감소시키도록 할 수 있다. 따라서, 이러한 스프레이 냉각 시스템 때문에 전자 모듈 크기가 증가되지 않는다.
상술한 장착 장치 및 방법에 의하면 전자 부품이 밀봉 시일링되고, 하우징(40)의 설치 및 제거가 용이하다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 테스트 및 조정 과정 중의 전자 부품 냉각에 바람직하다. 예를 들어, 시험 설비물 및 스프레이 냉각을 필요로 하지 않는 전자 소자들에 대해 사용되는 하나의 면과 열 소모가 큰 반전 장착되는 전자 부품에 대해 사용하는 다른 면을 가지는 전자 모듈이 설계될 수 있다. 그 뒤에, 전자 모듈은 동시에 테스트되고 스프레이 냉각될 수도 있다. 전통적인 방식으로 장착되는 부품 및 반전 장착되는 부품 모두가 전자 부품의 동일 면으로부터 장착되기 때문에, 전자 모듈 조립의 용이성이 유지될 수 있다.
상술한 폐루프 유체 흐름 시스템은 또한 많은 장점을 가진다. 예를 들어, 이 시스템은 개별 전자 부품들에 대한 접근을 방해하지 않으므로, 스프레이 냉각 시스템 및 전자 부품들에 대한 검사(inspection), 테스트 및 수리가 용이해 진다.
본 발명은 반전 장착되는 전자 부품의 냉각에 국한되지 않으며, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 전통적인 방식으로 기판에 장착된 열방출 수단 또는 플랜지의 냉각에도 적합할 수 있다는 점이 이해될 수 있다. 도 3을 참조하면, 절개 부분(cut-away portion, 13)을 사전설정된 지점에서 기판(18) 및 캐리어 플레이트(19)를 통해 완전히 연장되도록 하거나 홀(hole)을 캐리어 플레이트(19)내에 형성하여 플랜지(12)를 노출시킬 수도 있다. 그 다음, 도 7에 도시된 시스템과 같은 폐루프 유체 흐름의 스프레이 냉각 시스템을 캐리어 플레이트(19)에 결합하여 플랜지(12)를 스프레이 냉각하기 위하여 사용할 수도 있다.
도 8은 다이(22)로부터의 열이 용이하게 제거되게 할 플랜지(12)에 대한 다른 구성의 저면도이다. 도시된 바와 같이, 플랜지(12)는 하나 이상의 홀(80)을 가져 냉각 유체가 다이(22) 및/또는 터미널(14) 상에 직접적으로 충돌되게 할 수도 있다. 플랜지(12)를 전통적인 방식으로 장착하거나 상술한 바와 같이 반전 장착된 전자 부품과 함께 사용할 수도 있다고 생각된다.
또한, 밀봉 및/또는 고정(fastening)이 필요한 경우마다 수많은 방법 및 재료를 사용할 수도 있다고 생각된다. 예를 들어, 나사, 컴플라이언트 가스켓(compliant gasket), 초음파 용접, 브레이징(brazing), 납땜 또는 스웨징(swaging)과 같은 고정기구(fastener)를 이용할 수도 있다.
당업자라면, 청구범위의 사상 및 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다른 형태들도 가능하므로, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 어떠한 식으로든 국한되어서는 안되고 청구범위에 의해서만 규정될 것임을 알 것이다.

Claims (10)

  1. 전자 부품을 기판 상에 장착하기 위한 장치―상기 전자 부품은 하나의 다이(die) 및 상기 다이에 결합된 터미널을 가지고, 상기 기판은 제1 면 및 제2 면과, 상기 기판을 관통하는 관통로(passage)를 가지며, 상기 터미널은 제1 면과 연결되며, 상기 다이는 상기 관통로 내에 배치됨―에 있어서,
    상기 다이와 상기 터미널의 적어도 일부분을 둘러싸는(enclosing) 커버 - 상기 커버는 고정부와 상기 고정부에 분리가능하게 결합된 착탈가능부를 가지며, 상기 고정부는 결합 구역과 연장 구역을 가지며, 상기 결합 구역은 상기 터미널에 결합되고, 상기 연장 구역은 상기 관통로 내에 배치되며 상기 제2 면과 실질적으로 동평면을 이루는(coplanar) 표면을 갖고 있으며, 상기 연장 구역과 상기 기판 사이에는 공간이 존재함 - 와,
    상기 연장 구역의 표면에 배치되며, 적어도 일부분이 상기 공간 내로 연장하는 접착제와,
    상기 접착제 및 상기 제2 면과 통하며, 상기 공간과 중첩하는(overlapping) 밀봉 프레임(sealing frame)
    을 구비하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자 부품은 전력 트랜지스터 및 집적 회로 중의 하나인 것을 특징으로하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 인쇄 회로 기판(printed circuit board) 및 알루미나(alumina) 기판 중의 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정부는 세라믹(ceramic)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 착탈가능부는 플라스틱(plastic)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 착탈가능부는 상기 플라스틱에 도포된 몰드 이형재(mold-release material)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 착탈가능부는 상기 고정부에 스냅(snap) 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 터미널은 상기 제1 면에 납땜되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 상기 결합 구역을 상기 터미널에 결합하는 에폭시(epoxy) 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 접착제는 폴리아미드(polyamid) 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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