KR101478518B1 - 전자 컴포넌트 모듈 - Google Patents

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오스람 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 제 1 다층 회로 보드 모듈(21, 22; 31, 32; 41, 42) 및 냉각 장치(23, 33, 43)를 포함하는 전자 컴포넌트 모듈에 관한 것이고, 상기 냉각 장치(23, 33, 43)는 회로 보드 모듈(21, 22; 31, 32; 41, 42)의 상부 측면과 접촉한다. 냉각 장치(23, 33, 43)는 전자 컴포넌트 모듈(2, 3, 4)의 동작 동안 생성된 폐기 열이 냉각 장치(23, 33, 43)를 사용하여 회로 보드 모듈(21, 22; 31, 32; 41, 42)의 배열에 대해 측면 방향으로 추출되도록 설계된다.

Description

전자 컴포넌트 모듈{ELECTRONIC COMPONENT MODULE}
본 발명은 적어도 하나의 다층 회로 캐리어 어셈블리를 포함하는 전자 컴포넌트 모듈에 관한 것이다.
컴포넌트 기술은 한 편으로는 이러한 컴포넌트 모듈들의 성능을 훨씬 더 높게 향상시키면서, 다른 한 편으로는 상기 컴포넌트 모듈들을 훨씬 더 작게 만드는 것을 목적으로 하는 끊임없는 노력과 관련된다. 새로운 재료들, 프로세스 기술들 및 구조적인 기술 개념들은 전자 컴포넌트들이 더 빠른 스위칭 사이클들 및 더 컴팩트한 디자인을 갖게 한다. 그러한 소형화의 과정에서 일어나는 한 가지 문제점은 이러한 컴포넌트 모듈들의 동작 동안 일어나는 폐기 열의 분산에서 볼 수 있다. 그러한 컴포넌트 모듈들의 밀집도(compactness)는 여러 방식으로 달성되고, 통상적인 2차원 회로 보드들이 3차원의 영역 재분포에 의해 많이 소형화될 수 있기 때문에 다층 회로 캐리어 어셈블리들이 부각된다. 일반적으로, 열 손실을 분산시키는 문제는 회로 캐리어 어셈블리들에 대해 이용가능한 전기적 절연 재료들이 단지 제한된 열 전도만 가능케 한다는 사실로부터 일어난다.
손실이 많은 전기 장치들로부터 열 분산을 시키기 위한 재료 및 공정 기술적인 해결책들이 주로 전력 전자장치들로부터 공지된다. 그리하여, WO 2004/045016 A2는 LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic; 저온 동시소성 세라믹) 기술을 사용하는 다층 세라믹 기판의 합성물을 개시하고, 여기서 금속 캐리어는 이러한 세라믹 기판 아래에 형성되고, 전력 컴포넌트들은 이러한 세라믹 기판의 최상부 측면 상에 설치된다. 금속 써멀 비아(thermal via)들이 세라믹 기판을 통해 형성되고, 상기 비아들은 수직 방향으로 생성된 폐기 열을 분산시킬 수 있도록 금속 캐리어로 유도된다.
부가의 열적 커플링이 회로 캐리어의 개구부에서 금속 캐리어 상에 직접 설치된 전력 컴포넌트들에 의해 달성될 수 있다. 이러한 타입의 구성들은 US 2003/0062185 A1 및 US 2004/0222433 A1으로부터 공지된다.
이러한 경우, 세라믹 회로 캐리어와 금속 열 싱크 간의 접속이 예컨대, 접착식 본딩 연결, 납땜 연결에 의해, 또는 세라믹의 소결(동시소성) 동안에 생성될 수 있다. 그러나, 이러한 해결책들은 컴포넌트들, 예컨대, 발광 다이오드들의 2차원 배열들에 대해 의도되고, 생성된 폐기 열은 실제적으로 오직 금속 캐리어의 평면에 대해서만 수직으로 하방으로 분산된다.
다층에 대하여, 열적으로 강건한 회로 캐리어들의 제공은 또한 LTCC 기술을 사용하는 것에 대하여 이루어질 수 있고, LTCC 기술은 실제적으로 무제한적인 개수의 층들을 가능케 하고, 또한 써멀 비아들 및 압인된 윈도우(stamped-out window)들을 가능케 한다. 부가하여, 복수 개의 세라믹 회로 캐리어들이 3차원 모듈을 형성하기 위하여 소위 볼 그리드 어레이(ball grid array)들을 사용하여 기계적 그리고 전기적 조립으로 층층이 적층하는 것이 가능하다. 그러나, 직접적으로 말하자 면 이러한 모듈들의 경우에 장치들의 냉각은 구현될 수 없다.
부가하여, 층층이 쌓인 복수 개의 회로 캐리어 어셈블리들의 적층능력은 공지된 컴포넌트 모듈들의 경우에 그 내에서의 수직 열 분산 때문에 가능하지 않다.
따라서 본 발명은 밀집하여 구성될 수 있고 개선된 열 분산을 가능케 하는 전자 컴포넌트를 제공하는 목적에 기초한다.
이러한 목적은 청구범위 제1항에 따른 특징들을 가진 전자 컴포넌트 모듈을 사용하여 달성된다.
그러한 해결책에 따른 전자 컴포넌트 모듈은 적어도 하나의 제 1 다층 회로 캐리어 어셈블리 및 냉각 장치를 포함하고, 상기 냉각 장치는 회로 캐리어 어셈블리의 최상부 측면에, 특히 최대 가능 면적 위에서 콘택-연결되고 전자 컴포넌트 모듈의 동작 동안 생성된 폐기 열이 냉각 장치를 사용하여 회로 캐리어의 배치 및 배향에 대하여 측면 방향으로 분산될 수 있는 방식으로 구현된다. 이러한 구성은 한 편으로는 다층 회로 캐리어 어셈블리를 포함하는 컴팩트 컴포넌트 모듈을 가능하게 하면서, 생성된 폐기 열은 개선된 설계를 사용하여 분산될 수 있다. 결과적으로, 금속 캐리어에 대한 콘택-연결을 달성하기 위하여 비아들의 형성에 수반되는 열의 수직 분산은 더 이상 수행되지 않고, 오히려 수평 방향 분산이 수행된다. 이러한 열 분산 개념은 전자 컴포넌트 모듈의 컴팩트한 정육면체-형 모양과 관련하여 회로 캐리어 어셈블리들의 개선된 적층능력을 가능케 한다. 다층 회로 캐리어 어셈블리들에 대하여 폐기 열의 측면 방향 추출은 또한 엘리먼트들로부터 열이 더 효과적으로, 그리고 더 효율적으로 분산될 수 있게 한다. 회로 캐리어 어셈블리들과 열 싱크들 간의 가능한 최저 열 저항을 달성하기 위하여, 가능한 최대 열 전도성을 갖는 재료가 바람직하게 냉각 장치를 위해 사용되어야 한다.
바람직하게, 냉각 장치는 회로 캐리어 어셈블리의 적어도 한 측면에서 측면 방향으로 회로 캐리어 어셈블리의 치수들을 너머 연장된다. 그에 의하여, 효과적인 분산 및 전자 컴포넌트 모듈의 하우징에 대한 단순한 콘택-연결을 달성하는 것이 가능하다.
냉각 장치는 적어도 국부적으로 플레이트-타입 방식으로 구현된다. 그에 의하여, 전자 회로 캐리어 어셈블리에 대한 상대적으로 넓은 면적 콘택-연결을 달성하는 것이 가능하다.
바람직하게, 냉각 장치는 전자 컴포넌트 모듈의 하우징의 측벽으로서 적어도 국부적으로 구현된다. 그에 의하여, 매우 컴팩트한 배열을 달성하는 것이 가능하다.
적어도 하나의 다층 회로 캐리어 어셈블리가 적어도 하나의 절연층, 적어도 하나의 장치 층 및 적어도 하나의 도전체 트랙 층을 갖는 것이 제공될 수 있다. 언급된 층들은 서로에 대한 배열에 관련하여, 그리고 그 개수와 관련하여 가변될 수 있다. 층 순서 면에서, 절연층 다음에 장치 층이 오고, 장치 층 다음에 도전체 트랙 층이 올 수 있다. 또한, 도전체 트랙 층은 최상부 층을 구성하고, 그 다음 장치 층이 수반되며, 그 다음 절연 층이 수반될 수도 있다. 또한 추가 절연층이 장치 층과 도전체 트랙 층 사이에 형성될 수도 있다. 냉각 장치는 바람직하게 장치 층 또는 존재할 수도 있는 추가 절연층으로부터 떨어져 있는 도전체 트랙 층의 측면에 배열될 수 있다. 부가하여, 추가 냉각 장치가 또한 절연층 다음에 올 수 있고, 그에 의하여 측면 방향으로 열을 분산시키기 위한 냉각 장치는 각각의 경우에 회로 캐리어 어셈블리의 양쪽 측면들 - 최상부 및 바닥 측면들 - 상에 배열될 수 있다.
바람직하게, 사이층(interlayer), 특히 절연 사이층이 제 1 회로 캐리어 어셈블리와 제 2 회로 캐리어 어셈블리 사이에 형성되고, 냉각 장치는 각각의 경우에 상기 사이층으로부터 떨어진 회로 캐리어 어셈블리들의 최상부 측면들에 배열된다. 도전체 트랙 층은 바람직하게 사이층에 인접하고, 냉각 장치는 유리하게 절연층에 인접한다.
회로 캐리어 어셈블리는 각각의 경우에 사이층의 대향 측면들에 배열될 수 있고, 상기 어셈블리들은 동일하게 또는 대안적으로 층 배열 및 층들의 개수와 관련하여 상이하게 구현될 수 있다.
냉각 장치는 바람직하게 회로 캐리어 어셈블리들에 대하여, 특히, 열 전도성 스페이서 엘리먼트들에 의해 측면 방향으로 에지 영역들에서 서로 연결된다. 이러한 연결은 바람직하게 수직으로 배향된 스페이서 엘리먼트들에 의해 형성될 수 있고, 상기 스페이서 엘리먼트들은 특히 열 전도성이 있는 방식으로 구현된다. 그리하여, 각각의 경우에 사이층의 대향 측면들에서 다층 회로 캐리어를 갖는 전자 컴포넌트 모듈을 구현하는 것이 가능하고, 회로 캐리어 어셈블리들은 적어도 커버되지 않은 최상부 측면들, 특히 본질적으로 수평인 최상부 측면들에 있는 영역들에서 각각의 냉각 장치에 연결된다. 냉각 장치들은 상기 최상부 측면 상에 직접적으로 기댄다. 적층물에 냉각 장치, 특히 냉각 층, 인접한 제 1 다층 회로 캐리어 어셈블리, 그 다음의 사이층, 차례로 그 다음의 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리 및 마지막으로 다시 냉각 장치를 포함하는 그러한 샌드위치 배열은 더 나은 열 분산을 보장하는 컴포넌트 모듈의 매우 컴팩트한 구현을 가능케 한다. 더욱이, 그러한 샌드위치 구조는 목적할 때마다 서로의 최상부 상에 층층이 적층될 수 있다.
그러나 냉각 장치들, 회로 캐리어 어셈블리들 및 사이층들의 다른 적층 순서들 또한 가능하다.
회로 캐리어 어셈블리의 자유 최상부 측면들에 있는 냉각 층들의 배열, 및 특히 수평 냉각 장치들이 스페이서 엘리먼트들에 의해 수직 방향으로 연결되는 구현은 냉각 장치들이 전자 컴포넌트 모듈의 하우징을 동시에 구성하는 효과를 달성할 수 있게 한다.
이러한 경우, 사이층, 특히 PCB 기판 또는 DCB(Direct Copper Bonded Aluminum Nitride Substrate; 직접 구리 본딩 알루미늄 나이트라이드 기판) 기판도 마찬가지로 열-분산 방식으로 구현될 수 있다. 예컨대, 사이층은 금속 코어, 특히, 알루미늄 또는 구리 코어를 갖도록 제공될 수 있다. 제시된 본 발명은 몰딩된 리드프레임 기술과의 연결이 존재한다면 특히 유리함이 입증된다. 이러한 경우, 냉각 장치들, 회로 캐리어 어셈블리들 및 사이층들을 포함하는 개별적인 또는 모든 엘리먼트들이 몰딩된 리드프레임 기술을 사용하여 구현될 수 있다. 그러한 실시예에서, 회로 캐리어 어셈블리들의 모든 층들이 또한 적어도 국부적으로 공간적으로 커브가 있는 방식으로 구현될 수 있고, 그에 의하여 절연층 및 장치 층, 그리고 도전체 트랙 층이 공간적으로 휘어질 수 있다. 그 결과, 임의의 목적하는 장치들이 본질적으로 그들의 모든 커버되지 않은 영역들 위에서 냉각될 수 있다. 그 다음 비교적 두꺼운 도전체 트랙들 또는 금속 딥-드론 부품(metal deep-drawn part)들, 예컨대, 알루미늄 또는 구리 딥-드론 부품들은 적어도 국부적으로 사출성형(injection molding)에 의해 플라스틱으로 캡슐화될 수 있고, 이러한 구성들 및 일반화는 궁극적으로 단지 전류 로딩(current loading) 및 열 로딩(thermal loading)의 합 및 전자 컴포넌트 모듈에서의 절연 강도에만 의존한다. 그에 의하여, 전류 운반 및 냉각의 통합이 가능해질 수 있다. 부가하여, 회로 캐리어 어셈블리들의 외부 측면들은 임의의 냉각 휜(cooling fin)들을 포함하는 하우징을 형성하고, 절연을 위한 인레이 몰드(inlay mold)를 가지며, 그럼에도 불구하고 다음 층의 열적 결합이 달성될 수 있다. 포팅 실시예(potting embodiment)와 대조적으로, 그러한 샌드위치 구성의 경우에 또한 가능한 것은 사이층에 대한 회로 캐리어 어셈블리의 접착성 본딩이 전혀 제공되지 않는다는 것이다. 냉각 장치에서, 바람직하게 냉각 장치와 전기적 콘택을 형성하기 위한 플러그 또는 소켓으로서 동시에 형성된 섹션을 제공하는 것이 가능하다.
바람직하게, 적어도 하나의 냉각 장치들 및/또는 적어도 하나의 사이층들 및/또는 적어도 하나의 회로 캐리어 어셈블리들은 몰딩된 리드프레임 기술을 사용하여 구현될 수 있다.
바람직하게, 냉각 장치는 적어도 국부적으로 금속으로 형성되고 유리하게 금속 플레이트로서 형성된다.
냉각 장치는 바람직하게 제 1 회로 캐리어 어셈블리와 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리 사이의 사이층으로서 적어도 국부적으로 배열된다. 그에 의하여, 하나의 냉각 장치를 사용하여 2개의 회로 캐리어 어셈블리들의 측면 냉각을 달성하는 것이 가능하다. 부가하여, 구성의 밀집도는 부가적으로 개선될 수 있다.
추가 냉각 장치와 콘택-연결되는 적어도 하나의 제 3 회로 캐리어 어셈블리가 배열될 수 있고, 제 1 및 제 2 회로 캐리어 어셈블리들에 콘택-연결된 냉각 장치는 적어도 하나의 스페이서 엘리먼트에 의해 추가 냉각 장치에 연결된다.
바람직하게, 적어도 하나의 볼 그리드 어레이 및/또는 적어도 하나의 스프링 콘택 및/또는 적어도 하나의 플러그 가능 핀(pin)이 제 3 회로 캐리어 어셈블리와 제 1 또는 제 2 회로 캐리어 어셈블리 간의 전기적 콘택-연결로서 형성된다. 그에 의하여, 엘리먼트들의 열적 팽창들의 경우조차 신뢰성 있는 콘택-연결을 보장하는 것이 가능하다. 그에 의하여, 공통의 사이층 또는 냉각 장치의 대향 측면들에 배열되지 않은 회로 캐리어 어셈블리들의 전기적 콘택-연결은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 가능한 가장 좋은 전기적 콘택-연결은 제조 기술에 의존하여 구현될 수 있다.
바람직하게, 서로 간에 2개의 회로 캐리어 어셈블리들과 콘택을 형성하기 위한 연속적인 전기적 콘택-연결들, 특히 비아들이 냉각 장치에 형성되고, 전기적 콘택-연결들은 냉각 장치로부터 절연된다.
바람직하게, 적어도 하나의 회로 캐리어 어셈블리는 바람직하게 통합된 장치들을 갖는 복수 개의 LTCC 층들을 갖는다. 그 결과, 전자 컴포넌트 모듈의 3차원 적층 형태는 컴팩트한 정육면체-형 방식으로 가능해질 수 있고, 금속-세라믹 복합물의 열 분산 개념으로 구현될 수 있다.
바람직하게, 전자 컴포넌트 모듈과 외부적으로 전기 접촉을 형성하기 위한 플러그 연결은 냉각 장치 안으로 도입된다. 이것은 특히 적어도 하나의 냉각 장치가 전자 컴포넌트 모듈의 하우징 벽을 구성할 때 유리하다. 상기 하우징 벽은 주된 열 싱크를 구성할 수 있다.
바람직하게, 스페이서 엘리먼트들은 전기적으로 절연 방식으로 구현되고, 그러한 스페이서 엘리먼트들에 의해 연결된 냉각 장치들은 바람직하게 상이한 전기 전위들에 놓일 수 있다. 상이한 전기 전위들에 있는 적어도 2개의 냉각 장치들을 사용하여 외부 쪽으로 전자 컴포넌트 모듈과의 전기적 콘택이 이루어질 수 있다.
바람직하게, 냉각 휜들이 적어도 냉각 장치들의 에지 영역들에서 형성된다.
바람직하게, 냉각 장치들은 측면 방향으로 연장되고, 그리하여 스페이서 엘리먼트들의 위치를 너머 회로 캐리어 어셈블리들에 대하여 측면 방향으로 연장된다. 이것은 수직 배향된 스페이서 엘리먼트들이 회로 캐리어 어셈블리들 쪽 방향으로 냉각 장치들의 에지 영역들로부터 만입됨을 의미하고, 그 결과 냉각 장치들의 자유 단부들이 수평 방향으로 형성된다. 냉각 휜들은 바람직하게 냉각 장치들의 에지 영역들에 형성될 수 있다. 그에 의하여, 생성된 폐기 열의 분산은 부가적으로 개선될 수 있다.
부가의 유리한 실시예들은 개략적인 도면들을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명되는 예시적인 실시예들로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 개략적인 도면들을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 전자 컴포넌트 모듈의 전형적인 제 1 실시예의 단면도를 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 전자 컴포넌트 모듈의 전형적인 제 2 실시예의 단면도를 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 전자 컴포넌트 모듈의 전형적인 제 3 실시예의 단면도를 보여준다.
도 4는 전자 컴포넌트 모듈의 전형적인 제 4 실시예의 단면도를 보여준다.
도 5는 본 발명에 따른 전자 컴포넌트 모듈의 전형적인 제 5 실시예의 단면도를 보여준다.
도 6은 본 발명에 따른 전자 컴포넌트 모듈의 전형적인 제 6 실시예의 단면도를 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 전자 컴포넌트 모듈의 전형적인 제 7 실시예의 단면도를 보여준다.
도 8은 전자 컴포넌트 모듈의 전형적인 제 8 실시예의 단면도를 보여준다.
도 9는 전자 컴포넌트 모듈의 전형적인 제 9 실시예의 단면도를 보여준다.
도면들에서 동일하거나 기능적으로 동일한 엘리먼트들에는 동일한 참조 부호들이 제공된다.
도 1은 3개의 전자 컴포넌트 모듈들(2, 3 및 4)을 포함하는 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 전형적인 제 1 실시예에 대한 단면도를 보여준다. 제 1 전자 컴포넌트 모듈(2)은 제 1 다층 회로 캐리어 어셈블리(21) 및 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리(22)를 포함한다. 사이층(23)은 2개의 회로 캐리어 어셈블리들(21 및 22) 사이에 배열되고, 상기 사이층은 예시적인 실시예에서 금속 플레이트로서 구현된다. 상기 사이층(23)은 전자 컴포넌트 모듈(2)을 냉각시키도록 설계되고, 이하에서는 냉각 장치(23) 또는 냉각층으로서 언급된다. 그리하여 이러한 냉각 장치(23)는 한 구역의 영역 위에서 서로에 대해 직접 압박하는 회로 캐리어 어셈블리들(21 및 22)의 최상부 측면들로 형성된다. 이러한 배열 때문에, 특히 측면 방향(x 방향)으로, 냉각 장치(23)와 회로 캐리어 어셈블리들(21 및 22) 사이에 비교적 큰 접촉 영역을 형성하는 것이 가능하고, 그에 의하여 개선된 열 분산이 달성될 수 있다. 특히, 이러한 구역의 콘택 영역은 x-z 평면(도면들의 지면에 수직)에서 전체 면적 영역에 걸쳐 연장된다.
예시적인 실시예에서, 제 1 다층 회로 캐리어 어셈블리(21)는 수직으로 층층이 배치된 3개의 LTCC 층들(21a 내지 21c)을 갖는다. 컴포넌트들 및 도전체 트랙들(더 특정해서 지정되지는 않음)은 LTCC 층들(21a 내지 21c)에서 형성된다. 알 수 있듯이, 집적회로(21d)는 층(21c) 상에 배치되고, 상기 집적회로는 층(21a) 및 층(21b) 양자 모두에 형성된 컷아웃(21e)에 배치된다. 도시된 전형적인 실시예에 서, 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리(22)는 냉각 장치(23)의 대향 측면 상에 배치되고, 마찬가지로 3개의 LTCC 층들(22a 내지 22c)을 포함하며, 상기 3개의 LTCC 층들(22a 내지 22c)은 마찬가지로 LTCC 글래스 세라믹으로서 형성된다. 여기서, 역시 집적회로(22d)가 층(22c) 상에 배열되고, 상기 집적회로는 층들(22a 및 22b)의 컷아웃(22e)에 배치된다.
도 1의 도시 내용으로부터 알 수 있듯이, 냉각장치(23)는 x 방향으로 연장되고, 그리하여 2개의 회로 캐리어 어셈블리들(21 및 22)의 수치들을 너머 전체 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 측면 또는 수평 방향으로 연장된다. 2개의 회로 캐리어 어셈블리들(21 및 22)과 전기적 접촉을 형성하기 위하여, 전기적으로 콘택-연결하는 비아들(23a, 23b, 23c 및 23d)이 냉각 장치(23)에서 형성된다. 그러나 전기적 콘택을 형성하기 위해 제공되는 상기 비아들(23a 내지 23d)은 냉각 장치(23)로부터 전기적으로 절연된다. 예시적인 실시예에서, 냉각 장치(23)는 또한 도면들의 지면에 수직으로 진행하는 평면(x-z 평면)에서 2개의 회로 캐리어 어셈블리들(21 및 22)의 수치들을 너머 연장된다. 그러나, 냉각 장치는 또한 도시된 단면도의 우측 및 좌측 상에서 단지 측면 방향(x 방향)으로 회로 캐리어 어셈블리들(21 및 22)의 구성을 너머 연장되도록 제공될 수 있다.
냉각 장치(23)를 사용하여, 전자 컴포넌트 모듈(2)의 동작 동안 생성된 폐기 열은 외부 쪽으로 측면 방향으로(x 방향으로) 전도될 수 있고, 특히 측면 방향으로 회로 캐리어 어셈블리들(21 및 22)에 대하여 측 방향으로 분산될 수 있다. 3차원 예시에서, 그러한 열의 분산은 x-z 평면으로 가능할 것이고, 냉각 장치(23)는 또한 바람직하게 z 방향으로(도면들의 지면에 대해 수직으로) 대응하여 연장된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 컴포넌트 모듈 시스템(1)은 제 2 전자 컴포넌트 모듈(3)을 갖고, 제 2 전자 컴포넌트 모듈(3)은 제 1 전자 컴포넌트 모듈(2) 아래에 배치되고 제 1 전자 컴포넌트 모듈(2)과 유사하게 형성된다. 이러한 컴포넌트 모듈(3)은 또한 2개의 다층 회로 캐리어 어셈블리들(31 및 32)을 구비하고, 2개의 다층 회로 캐리어 어셈블리들(31 및 32)은 전형적인 실시예에서 각각의 경우에 또한 각각 3개의 LTCC 층들(31a, 31b, 31c 및 32a, 32b, 32c)을 포함하며, 3개의 LTCC 층들은 LTCC 글래스 세라믹 층들로서 형성된다. 여기서, 또한 냉각 장치(33)는 캐리어로서 배열되고, 회로 캐리어 어셈블리들(31 및 32)의 최상부 측면들은 대향 측면들에서 냉각 장치(33)에 인접한다.
각각의 집적회로(31d 및 32d)는 각각 LTCC 층들(31c 및 32c)에 배열된다. 여기서, 또한 LTCC 층들(31c 및 32c)에 대하여 컷아웃들(31e 및 32e)은 그 위에 배치된 층들에서 각각 형성된다. 냉각 장치(33)의 대향 측면들에 배열된 회로 캐리어 어셈블리들(31 및 32)과 전기적 접촉을 형성하기 위하여, 수직 비아들(33a, 33b, 33c 및 33d)의 형태를 가진 전기적 콘택-연결들이 냉각 장치(33)에 형성된다. 이러한 비아들(33a 내지 33d)은 또한 금속 냉각 장치(33)로부터 전기적으로 절연된 방색으로 배열된다.
제 1 전자 컴포넌트 모듈(2)을 제 2 전자 컴포넌트 모듈(3)에 전기적으로 연결하기 위하여, 소위, 볼 그리드 어레이들(61 및 62)이 도시된 실시예에 형성되고, 각각 LTCC 층들(22a 및 31a)의 최상부 측면들 또는 외곽 측면들(22f 및 31f)에 콘 택-연결된다.
컴포넌트 모듈 시스템(1)의 제 3 전자 컴포넌트 모듈(4)은 전자 컴포넌트 모듈들(2 및 3)과 유사하게 형성된다. 제 3 전자 컴포넌트 모듈(4)은 y 방향으로 제 2 전자 컴포넌트 모듈(3) 아래에 배치되고, 그 결과 컴팩트한 정육면체-형 형태를 가진 3차원 적층 형태는 컴포넌트 모듈 시스템(1)에 의해 형성되며, 상기 컴포넌트 모듈 시스템(1)은 금속-세라믹 복합물의 열 분산 개념을 갖는다.
제 3 전자 컴포넌트 모듈(4) 또한 금속 중심 플레이트-형 냉각 장치(central metallic, plate-type cooling arrangement)(43)를 포함하고, 여기서 다층 회로 캐리어 어셈블리들(41 및 42)은 상기 냉각 장치(43)의 대향 측면들에서 형성된다. 여기서, 또한 각각의 경우에 회로 캐리어 어셈블리들(41 및 42)은 각각 3개의 LTCC 글래스 세라믹 층들(41a, 41b, 41c 및 42a, 42b, 42c)을 갖는다. 집적회로들(41d 및 42d)은 각각 LTCC 층들(41c 및 42c) 상에 배열된다. LTCC 층들(41c 및 42c)에 대하여 컷아웃들(41e 및 42e)은 각각 차례로 위에 놓인 층들(41a, 41b 및 42a, 42b)에 형성된다. 여기서, 또한 2개의 회로 캐리어 어셈블리들(41 및 42)과 콘택을 형성하기 위하여, 비아들(43a, 43b, 43c 및 43d)의 형태로 전자 콘택-연결들이 냉각 장치(43)에 형성되고, 상기 비아들은 전기적으로 절연된다.
2개의 냉각 장치들(33 및 43)은 그들의 수치들의 관점에서 냉각 장치(23)에 대응하는 방식으로 구현된다.
스페이서 엘리먼트들(51 및 52)은 각각의 경우에 냉각 장치들(23 및 33) 간의 연결, 그리고 각각 33 및 43을 생성하기 위하여 냉각 장치들(23, 33 및 43)의 에지 영역들에 형성된다. 각각의 스페이서 엘리먼트(51 및 52)는 각각 코어 영역(51a 및 52a)을 갖고, 코어 영역은 각각 덮개 엘리먼트(sheath element)(51b 및 52b)에 의해 둘러 싸인다. 코어 영역(51a, 52a)은 홀로서 형성될 수 있다. 나사 연결이 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 엘리먼트들을 설치하고 고정하기 위하여 제공될 수 있고, 나사는 홀들 안으로 삽입될 수 있고, 마찬가지로 냉각 장치들(23, 33 및 43)의 에지 영역들에 형성되고 도시된 홀들 안으로 삽입될 수 있다.
그러나, 연결은 또한 예컨대, 리벳 연결에 의해 형성되도록 제공될 수 있다. 그 다음 리벳 엘리먼트들 또는 볼트들은 코어 영역들(51a 및 52a) 안으로 삽입될 것이다.
스페이서 엘리먼트들(51 및 52)은 열 전도 방식으로 구현되고, 컴포넌트 모듈 시스템(1)에서 생성된 폐기 열을 측면 방향으로 분산시키기 위하여 배열된다. 도 1의 도시 내용으로부터 알 수 있듯이, 스페이서 엘리먼트들(51 및 52)은 냉각 층들(23, 33 및 43)의 측면 에지들과 본질적으로 수평으로 배열되는 방식으로 x 방향으로 배치된다.
제 2 전자 컴포넌트 모듈(3)은 또한 대응하는 층들(32a 및 41a)의 최상부 측면들(32f 및 41f)에 형성된 볼 그리드 어레이들(63 및 64)을 사용하여 제 3 전자 컴포넌트 모듈(4)에 전기적으로 콘택-연결된다.
부가하여, 볼 그리드 어레이들(65 및 66)의 형태를 가진 전기적 콘택-연결들이 층(42a)의 외곽 측면 또는 최상부 측면(42f)에 제공되어, 적절하다면, 추가 전자 컴포넌트 모듈 또는 심지어 추가 컴포넌트 모듈 시스템과 콘택을 형성할 수 있 게 한다. 볼 그리드 어레이들(61 내지 66)을 사용하여 콘택-연결은 엘리먼트들의 열적 부정합, 즉, 엘리먼트들이 현저히 상이한 열적 팽창 계수를 갖는 것에 의해 생성된 물리적 응력들을 상쇄하는 것을 가능하게 한다.
생성된 폐기 열의 측면 방향 분산 및 상기 회로 캐리어 어셈블리들(21, 22, 31, 32, 41 및 42)에 대하여 측면 방향으로 배열된 스페이서 엘리먼트들(51 및 52)과 결합하여 회로 캐리어 어셈블리들(21, 22, 31, 32, 41 및 42)의 수치들을 너머 냉각 장치들(23, 33 및 43)을 형성하는 것에 의해, 효과적인 열 분산 개념이 가능해질 수 있다. 그러면서, 더욱이 전체 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 매우 컴팩트한 실시예를 달성하는 것이 가능하다.
각각의 회로 캐리어 어셈블리들(21, 22, 31, 32, 41 및 42)의 세라믹 LTCC 층들은 도 1에 도시된 전형적인 실시예로부터 개수 및 배열 면에서 다양하게 가변될 수 있고, 또한 완전히 다르게 배치 및 설계될 수 있다. 필수적인 것은 냉각 장치들(23, 33 및 43)이 측면 냉각 개념이 구현될 수 있는 방식으로 배치 및 형성된다는 것이다.
세라믹 LTCC 층들(21a 내지 21c, 22a 내지 22c, 31a 내지 31c, 32a 내지 32c, 41a 내지 41c 및 42a 내지 42c)은 전기 회로의 캐리어들로서 구현되고, 상기 전기 회로는 예컨대, 스크린-인쇄된 도전체 트랙들에 의해 생성될 수 있다. 각각의 냉각 장치들(23, 33 및 43)에 회로 캐리어 어셈블리들(21, 22, 31, 32, 41, 42)을 설치하는 것(fitting)은 예컨대, 접착성 본딩 연결 또는 납땜 연결 또는 소결 프로세스를 사용하여 수행될 수 있다. 냉각 장치들(23, 33, 43)의 금속 재료는 합금 또는 복합 재료로서 선택되거나 생성되고, 그 결과 한 편으로는 요구된 온도 윈도우에 대하여 언급된 층들의 세라믹에 열적으로 정합되고, 다른 한 편으로는 가능한 최대 열 전도성을 갖는다. 그러한 상호적인 정합의 일 예시는 회로 캐리어 어셈블리들(21, 22, 31, 32, 41 및 42)의 층들이 이미 설명된 바와 같이, LTCC 글래스 세라믹 층들로서 형성되고, 냉각 장치들(23, 33 및 43)이 구리-몰리브덴 복합 재료로부터 형성되는 구현예에서 볼 수 있다. 이러한 구리-몰리브덴 복합 재료는 바람직하게 8 ppm/K의 열 팽창 계수 및 200 W/mK 내지 300 W/mK의 열 전도성을 갖는다. 이러한 경우에, 팽창 계수들은 사용된 LTCC 세라믹의 팽창 계수에 매우 근접하게 선택되었다.
도 1에 도시된 전자 컴포넌트 모듈 시스템(1)은 하우징(미도시)에 배치되도록 제공될 수 있다. 하우징으로부터 열을 분산시키기 위하여, 하우징과 적어도 하나의 냉각 장치(23, 33, 43) 사이에, 그리고/또는 하우징과 적어도 하나의 스페이서 엘리먼트들(51, 52) 사이에 열 전도성 콘택-연결을 형성하는 것이 가능하다. 그리하여, 예컨대, 냉각 장치들(23, 33 및 43)의 에지들로부터 형성된, 도 1의 우측 상의 수직 에지 영역, 그리고 또 스페이서 엘리먼트들(51 및 52)의 에지들은 하우징의 내부 벽에 기댄다. 컴포넌트 모듈 시스템(1)은 하우징에 나사고정될 수 있다. 컴포넌트 모듈 시스템(1)과 하우징 사이의 열 분산을 위하여 복수 개의 콘택-연결부들을 형성하는 것 또한 가능하다.
도 1에 따른 전형적인 실시예에서 구현된 볼 그리드 어레이들(61 내지 66) 외에도, 소위 이중 직렬(dual in-line; DIL) 하우징들의 경우에 구현될 수 있는 바와 같이, 스프링 콘택들을 사용하여 또는 플러그 가능한 핀 스트립들을 사용하여 전기적 콘택-연결을 제공하는 것 또한 가능하고, 상기 이중 직렬 하우징들은 존재할 수도 있는 열적 부정합을 상쇄한다. 부가하여, 스프링 콘택들 또는 핀 스트립들에 대해 요구되는 개별 평면들 간의 더 큰 수직 거리(y 방향)는 또한 인접 평면들 간에 큰 전기 전위차들이 존재하는 경우에 대하여 더 나은 전기적 절연을 위해 역할한다. 볼 그리드 어레이들(61 내지 66) 대신에, 예컨대, 본딩 와이어들을 제공하는 것 또한 가능하다.
회로 캐리어 어셈블리들 간의 전기적 전압 분리가 더 증가되도록 의도되면, 예컨대, 캡톤(Kapton)으로 구성된 적어도 하나의 절연막이 결과적인 중간 영역 내로 배치되도록 제공될 수 있다. 이것은 예컨대, 도 2의 단면도에 따른 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 구성에서 보여진다. 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 이러한 전형적인 실시예는 도 1에 따른 구성에 대응하고, 따라서 명료함을 위하여 단지 상위 엘리먼트들에 대한 참조부호들만을 보여주며, 상위 엘리먼트들의 세부 구성은 이미 도 1에 대한 설명에서 더 상세히 특정되었다.
도 1에 따른 구성과 대조적으로, 도 2의 실시예는 제 2 전자 컴포넌트 모듈(3)과 제 3 전자 컴포넌트 모듈(4) 사이에 배열된 절연막(7)을 갖는다. 상기 절연막(7)은 전형적인 실시예에서 캡톤 막으로서 구현되는데, 상기 절연막(7)은 특히 다층 회로 캐리어 어셈블리(32)와 다층 회로 캐리어 어셈블리(41) 사이에 배열된다. 여기서 알 수 있듯이, 상기 절연막(7)은 회로 캐리어 어셈블리(32)의 LTCC 층(32a)으로부터 일정 거리에, 그리고 회로 캐리어 어셈블리(41)의 LTCC 층(41a)으 로부터 일정 거리에 배치된다.
부가하여, 막(7)은 볼 그리드 어레이들(63 및 64) 또는 대안적인 전기적 접속을 통해 안내될 수 있도록 하기 위하여 압인된 부분들 또는 컷아웃들(71)을 갖는다. 알 수 있듯이, 컷아웃들(71 및 72)은 볼 그리드 어레이들(63 및 64)가 절연막(7)으로부터 일정 거리에 배치되는 방식으로 수치가 정해진다. 절연막(7)은 수평 방향(x 방향)으로 회로 캐리어 어셈블리들(32 및 41)의 수치들을 너머 연장된다.
그러나, 절연막(7)은 또한 절연막(7)이 단지 수평 방향으로 볼 그리드 어레이들(63 및 64) 사이에서만 연장되는 방식으로 선택된 수치들을 갖도록 제공될 수 있다. 이러한 타입의 구성의 경우에, 상기 절연막(7)은 회로 캐리어 어셈블리들(32 및 41) 사이의 공간(interspace) 안으로 삽입된다. 그것은 이러한 경우 상기 공간에 느슨하게 놓일 수 있다. 상기 절연막(7)을 사용하여, 회로 캐리어 어셈블리들(32 및 41) 간의 공기 틈새(air clearance)가 연장될 수 있고, 그 결과 회로 캐리어 어셈블리(32)의 LTCC 층으로부터 회로 캐리어 어셈블리(41)의 LTCC 층으로의 플래시오버(flashover)들이 방지될 수 있다. 이러한 타입의 절연막(7)은 또한 회로 캐리어 어셈블리들(22 및 31) 사이에 부가적으로 또는 대신에 배열될 수 있다. 절연막(7)은 또한 회로 캐리어 어셈블리들(32 또는 41) 중 하나에 고정될 수 있고, 예컨대, 점착성 있게 본딩될 수 있다. 절연막(7)은 또한 스페이서 엘리먼트들(52)에 고정되도록 제공될 수 있다.
도 3은 복수 개의 전자 컴포넌트 모듈들(2, 3 및 4')을 구비한 컴포넌트 모 듈 시스템(1)의 부가의 전형적인 실시예에 대한 단면도를 보여준다. 도 1 및 도 2에 따른 실시예들과 대조적으로, 전자 컴포넌트 모듈(4')은 이러한 구현예에서 단지 단일 다층 회로 캐리어 어셈블리(41')로 형성된다. 상기 회로 캐리어 어셈블리(41')는 가장 바닥의 열 분산층으로서 형성된 냉각 장치(8) 상에 배열된다. 이러한 냉각 장치(8)는 전체 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 주요 열 싱크로서 구현되고, 수평 및 수직 양 방향으로 냉각 장치(23 및 33)보다 더 큰 수치들을 갖도록 수치가 정해진다. 밑면(8a)에서, 냉각 플레이트 또는 금속 냉각 장치(8)가 존재하지 않고, 따라서 아무런 전자 장치들 또는 컴포넌트들 또는 회로 캐리어들을 갖지 않는다. 특히, 이러한 경우 냉각 장치(8)는 전체 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 하우징의 하우징 벽으로서 사용될 수 있다.
도 3의 도시 내용으로부터 알 수 있듯이, 연속적인 컷아웃(81)은 이러한 냉각 장치(8) 안으로 형성되고, 플러그 연결 장치(9)는 상기 컷아웃에 끼워진다. 플러그 연결 장치(9)는 플러그 엘리먼트(9a)를 갖고, 상기 플러그 엘리먼트(9a)는 컷아웃(81)에 고정적으로 배치되며 외부에서 액세스 가능하며, 상기 플러그 엘리먼트(9a) 안으로 플러그 엘리먼트(9b)가 삽입될 수 있다. 그에 의하여 외부적인 전기 콘택-연결이 가능해질 수 있다. 전기적인 콘택-연결부들(91, 92 및 93)이 냉각 장치(8)로 통합된 플러그 엘리먼트(9a)에 설치, 특히 납땜되고, 회로 캐리어 어셈블리(41')의 LTCC 층(41a')에 전기적으로 연결된다. 컷아웃들이 냉각 장치들(23 및 33)에 형성되도록 제공될 수 있고, 상기 컷아웃들을 통해 더 큰 플러그 엘리먼트(9a)가 연장될 수 있고, 전자 컴포넌트 모듈들(2 및 3)의 대응하는 회로 캐리어 어셈블리들에 대한 전기적 콘택-연결이 가능하다.
냉각 장치(8)의 아무 장치도 없는 밑면(8a)의 경우에, 추가 열 싱크에 대한, 또는 예컨대 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 하우징(미도시)의 하우징 바닥에 대한 전체-면적 링크가 달성될 수 있고, 이것은 추가 열 싱크로서 기능한다.
개별적인 레벨들 또는 개별적인 전자 컴포넌트 모듈들(2 내지 4 또는 2 내지 4')은 상이한 기능들 및 실용성으로 구현될 수 있다. 그리하여, 예컨대, 상대적으로 높은 전압들 및 전류들을 가진 전력 전자 장치들은 제어 기능부들(제어기) 및 디지털 엘리먼트들로부터 공간적으로 분리되고, 그에 의하여 바람직스럽지 못한 또는 파괴적인 상호작용들이 방지될 수 있다. 예컨대, 이것은 도 2에 따른 실시예에서 구현된다.
전자 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 추가 구성이 도 4에 따른 단면도에 제공된다. 도 3에 따른 실시예와 대조적으로, 여기서 스페이서 엘리먼트들(51 및 52)은 전기 절연 방식으로 형성되고, 이것은 냉각 장치들(23' 및 33')이 상이한 전기 전위들에 있는 것을 가능케 한다. 특히, 덮개 엘리먼트들(51b 및 52b)은 전기 절연 재료로부터 형성된다. 코어 영역들(51a 및 52a)의 연결부들은 또한 전기 절연 재료로부터 형성되거나, 만약 전기적으로 도전성 있는 부분들이 연결 엘리먼트들로서 제공된다면 적어도 전기적으로 절연된다. 그러한 전기적으로 절연성 있는 스페이서 엘리먼트들(51 및 52)을 사용함으로써, 그리고 적절하다면 부가적인 하우징을 사용함으로써, 냉각 장치들(23', 33' 및 8')이 각각 회로 기술 관점에서 유리한 전위에 놓이는 것이 가능하다. 그 결과, 그것들은 부가적으로 예컨대, 용접되거나 경납(hard solder)된 케이블들(10a 및 10b)을 사용하는 연결된 부하에 대한 전류-운반 연결부로서 기능할 수 있다. 전기적 연결부는 부가적으로 플러그 연결부들에 의해 달성될 수 있다. 이러한 경우, 냉각 장치는 소켓 또는 플러그의 기능을 수행하는 방식으로 구현될 수 있다.
케이블들(10a 및 10b)의 그러한 전기적 콘택-연결을 가능하게 하기 위하여, 도 4에 따른 구성은 전자 컴포넌트 모듈들(2, 3 및 4')의 회로 캐리어 어셈블리들의 방향으로 x 방향으로 배치된 스페이서 엘리먼트들(51 및 52)을 제공한다. 따라서 냉각 층들(23', 33' 및 8')은 자유 에지 영역들을 갖는데, 그 이유는 스페이서 엘리먼트들(51 및 52)이 더 이상 측면 방향으로 냉각 장치들(23', 33' 및 8')의 에지들과 수평으로 배치되지 않기 때문이다.
도 5는 복수 개의 전자 컴포넌트 모듈들(2, 3 및 4')을 가진 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 전형적인 추가 실시예를 단면도로 보여준다. 스페이서 엘리먼트들의 전기 절연성으로 인한, 스페이서 엘리먼트들(51 및 52)의 열 저항성의 손상(이것은 도 4에 따른 구성에서 일어날 수 있음)은 도 5에 따른 구성에서 구현되는 바와 같은 대류 냉각에 의해 상쇄된다. 이러한 목적으로, 도 5에 따른 구성은 수평 방향(x 방향)으로 스페이서 엘리먼트들(51 및 52)의 위치를 더 너머 돌출된 수평으로 지향된 냉각 플레이트들 또는 냉각 장치들(23'', 33'' 및 8'')을 제공한다. 부가하여, 냉각 러그(cooling lug)들(23f 및 23h)은 부가적으로 냉각 장치(23'')의 연장된 에지 영역들(23e 및 23g)에서 형성될 수 있다. 이것은 냉각 장치(33'')의 연장된 에지 영역들(33e 및 33g)에서 복수 개의 냉각 러그들(33f 및 33h)의 형성에 의해 유사한 방식으로 달성된다. 이것은 대응적으로 냉각 러그들(82a 및 83a)이 수평으로 연장된 에지 영역들(82 및 83)에서 형성된 냉각 장치(8'')의 경우에 구현된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 냉각 러그들(23f, 23h, 33f, 33h, 82a 및 83a)은 수직 방향(y 방향)으로 상방으로 지향된다. 이것은 단지 예이나, 상기 냉각 러그들은 또한 하방으로 수직으로 배향되거나 그렇지 않으면 상이한 방향으로 배향된다.
상기 냉각 러그들(23f, 23h, 33f, 33h, 82a 및 83a)의 배치에 의해, 냉각 장치(23'', 33'' 및 8'')의 표면적의 확대를 달성하는 것이 가능하고, 그리하여 측면 방향 또는 수평 방향으로 열 분산을 개선하는 것이 가능하다.
컴포넌트 모듈 시스템(1)의 추가 실시예가 도 6에 도시된 개략도에 도시된다. 이러한 실시예의 경우에, 냉각 장치들(23''' 및 33''' 및 8''')이 서로로부터 이격된 방식으로 배열된다. 냉각 장치들(23''', 33''')은 도가니-형(pot-shape) 방식으로 구현되고, 예컨대, 주조 부품(cast part)으로서 구현될 수 있다. 이러한 구성에서, 그리하여 스페이서 엘리먼트들은 각각의 냉각 층들(23''' 및 33''') 안으로 통합된다. 그 결과, 먼지 및 물 분무에 대해 보호되는 다층 하우징이 적층 중에 형성될 수 있다. 밀봉 링들(12a 및 12b)은 이음매(seam)들에 배치된다. 상기 밀봉 링들(12a 및 12b)은 예컨대, 알루미늄, 구리, 바이톤(Viton), 플라스틱 또는 이와 유사한 것으로 구성될 수 있다. 부가하여, 어셈블리 프로세스 이후에, 액상 또는 기상 코팅, 예컨대 패럴린(Parylene)에 의한 밀봉이 마찬가지로 가능해질 수 있다. 냉각 휜들(23f 및 23h)의 형성은 또한 냉각 장치(23''')의 전체 최상부 측면 위에서 연장될 수 있다. 여기서, 또한 예컨대, 컴포넌트 모듈들을 설치하기 위한 나사 연결을 제공하는 것이 가능하고, 여기서 나사 엘리먼트들 또한 홀들(예컨대, 도 1에서 코어 영역들(51, 52a)) 안으로 나사 고정될 수 있으며, 대응하는 나사산들이 냉각 장치(8'')에 형성될 수 있다.
적층 가능성 및 컴팩트한 설계는 각각의 개별 레벨로부터의 열 손실이 측면 방향으로 분산됨으로써 달성된다. 개별적인 레벨들이 모듈의 코어 영역의 관통-도금(through-plating)에 의해 전기적으로 연결되고, 열적 콘택은 주변 영역에서 공간적으로 분리되어 달성된다. 열적 콘택은 물리적 안정화 기능을 수행하는 동시에, 완전한 하우징을 형성한다. 거꾸로 스페이서 엘리먼트들을 가진 구조물이 또한 중심에 배치될 수 있고 회로 캐리어들에 의해 둘러싸일 수 있음은 말할 것도 없지만, 하우징의 부분적 기능부와 같은 부분적 기능부들은 더 이상 제공되지 않는다. 열 전도성 스페이서 엘리먼트들은 함께 수평 금속 캐리어들(냉각 층들)과 함께 나사 고정될 수 있고, 그 결과 각각의 레벨은 개별적으로 모듈이 함께 결합되기 이전에 개별적으로 테스트될 수 있다. 부가하여, 순환하는 냉각제는 온도를 균일화하기 위하여 또는 능동적으로 낮추기 위하여 스페이서 엘리먼트들 및 레벨들을 통해 흐를 수 있다. 냉각제는 열 용량을 증가시키기 위하여 예컨대, "열 파이프들"의 원리에 따라 상 전이(phase transition)를 경험할 수 있다.
전자 컴포넌트 모듈(2'')을 가진 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 추가 실시예는 도 7에 도시된 단면도에 제공된다. 컴포넌트 모듈(2'')은 제 1 다층 회로 캐리어 어셈블리(21') 및 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리(22'')를 갖는다. 이러한 경우, 절연 사이층(24)은 제 1 회로 캐리어 어셈블리(21')와 제 2 회로 캐리어 어셈블리(22'') 사이에 배치된다. 냉각 장치(25 및 26)은 각각 상기 사이층(24)으로부터 떨어진 회로 캐리어 어셈블리들(21' 및 22'')의 최상부 측면들에 각각 배치된다. 도시된 실시예에서, 제 1 다층 회로 캐리어 어셈블리(21')는 2개의 절연층들(21a' 및 21c'), 내부에 매립된 장치 층(21b'), 및 또한 도전체 트랙 층(21d')을 포함한다. 도전체 트랙 층(21d')은 사이층(24)에 인접한다. 절연층들(21a' 및 21c') 및 또한 사이층(24)은 양 측면들 상에 배열된 층들과 전기적 콘택을 형성하기 위하여, 도금된 관통홀들, 소위 비아들(미도시)을 포함한다. 예컨대, 상기 비아들은 또한 외부적 콘택-연결을 가능케 하기 위하여, 냉각 장치(25)와 전기적 콘택이 형성될 수 있게 하고, 전류 운반이 도전체 트랙 층(21d')에 의해서 수행될 수 없거나 수행되어서는 안 된다면, 냉각 장치(25)에 의해 전류가 운반될 수 있게 한다.
제 2 회로 캐리어 어셈블리(22'')는 제 1 회로 캐리어 어셈블리(21')와 유사하게 구현된다. 그것은 또한 2개의 절연층들(22b'' 및 22d'')을 갖고, 그들 사이에 형성된 장치 층(22c'')을 갖는다. 도전체 트랙 층(22a')이 절연층(22b'')과 사이층(24) 사이에 형성되고, 절연층들(22b'' 및 22d'') 외에도 상기 도전체 트랙 층, 및 또한 장치 층(22c'')이 제 2 회로 캐리어 어셈블리(22'')에 할당된다. 추가의 냉각 장치(26)가 더 하부의 절연층(22d'')에 인접하는 방식으로 배열된다.
그러한 구성은 LTCC 기술을 사용할 뿐만 아니라, 통상적인 기술을 사용하여 구현될 수 있다. 장치 층들(21b' 및 22c'')은 그 다음 SMD 컴포넌트들 및 배선된 컴포넌트들을 포함한다. 각각 냉각 장치들(25 및 26)과 마주하거나 인접하는 절연층들(21a' 및 22d')은 높은 열 전도성을 가진 전기적 절연성 포팅 화합물들로서 구현된다. 각각 도전체 트랙 층들(21d' 및 22a'')을 마주하는 절연층들(21c' 및 22b'')은 도전체 트랙 층들(21d' 및 22a'') 상에 제공된 납땜 레지스트(soldering resist)에 의해 구현된다. 사이층(24)은 예컨대, FR4 또는 FR5 재료로 구성된 인쇄 회로 기판에 의해 형성된다. 인쇄 회로 기판은 또한 유연성 있는 인쇄 회로 기판으로서 구현될 수 있고, 상기 유연성 있는 인쇄 회로 기판은 또한 플렉스보드(flexboard)로서 언급된다. 부가하여, 사이층(24), 도전체 트랙 층들(21d' 및 22a'') 및 절연층들(21a', 21c', 그리고 각각 22b'' 및 22d'')은 몰딩된 리드프레임 기술을 사용하여 제공될 수 있다.
제시된 실시예들에서, 냉각 장치들(25 및 26) 외에도, 사이층(24) 및/또는 하나 이상의 절연층들(21a', 21c', 22b'' 및 22d'')은 물리적으로 지지력이 있을 수 있거나 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 물리적 강도에 기여한다.
냉각 장치들(25 및 26)은 바람직하게 특히 열 전도성 스페이서 엘리먼트들을 사용하여 회로 캐리어 어셈블리들(21' 및 22'')에 대하여 측면 방향으로 에지 영역들에서 서로 연결된다. 이러한 연결은 바람직하게 수직으로 배향된 스페이서 엘리먼트들(미도시)에 의해 형성될 수 있고, 상기 스페이서 엘리먼트들은 특히 열 전도성 있는 방식으로 형성된다. 특정된 구성은 사이층(24)의 대향 측면들에서 각각의 다층 회로 캐리어 어셈블리(21' 및 22'')를 갖는 전자 컴포넌트 모듈(2'')을 구현하는 것이 가능하고, 회로 캐리어 어셈블리들(21' 및 22'')은 적어도 커버되지 않는 최상부 측면들에 있는 영역들에서, 특히 본질적으로 수평인 최상부 측면들에 있 는 영역들에서 각각의 냉각 장치(25 및 26)에 연결된다. 냉각 장치들(25 및 26)은 상기 최상부 측면에 직접 기댄다.
컴포넌트 모듈 시스템(1)의 추가 실시예는 도 8에 도시된 단면도에 제공된다. 이것은 도 7에 도시된 실시예에 대응하나, 스페이서 엘리먼트(51')를 갖고, 상기 스페이서 엘리먼트(51')는 수직으로 배향되며 동시에 열 싱크로서 기능하고, 그리하여 2개의 냉각 장치들(25 및 26)로부터의 열 분산을 가능케 한다. 복수 개의 냉각 휜들(51c')이 스페이서 엘리먼트(51) 상에 형성되고, 상기 냉각 휜들은 본질적으로 수평으로 배향되고 회로 캐리어 어셈블리들(21' 및 22'')로부터 벗어난 방식으로 연장된다.
컴포넌트 모듈 시스템(1)의 추가 실시예는 도 9에 도시된 단면도에 제공된다. 도 9의 도시 내용으로부터 알 수 있듯이, 냉각 장치(25')는 냉각 매체를 위한 채널(25a')을 포함한다. 사이층(24)은 이것에 인접하여 형성되고, 상기 사이층은 아래에 놓인 도전체 트랙 층(21d')으로부터 전기적 절연을 야기한다. 절연층(21a' 및 21c')은 장치 층(21b')의 양쪽 측면들 상에 배열되고, 상기 절연층들은 바람직스럽지 못한 전기적 연결을 방지한다. 언급된 층들(21a' 내지 21d')은 회로 캐리어 어셈블리(2''')에 할당된다. 도 7 및 도 8에 도시된 컴포넌트 모듈 시스템(1)의 실시예와 대조적으로, 장치 층(21b')으로부터 나온 열의 분산은 이제 양쪽 측면들 상에 배치된 2개의 냉각 장치들(25' 및 26')에 의해 달성된다.
모든 실시예들에서, 냉각 장치들은 또한 수평 방향으로 상이하게 수치가 정해질 수 있고, 상이한 형태를 가질 수 있다. 특히, 컴포넌트 모듈 시스템 안으로 추가적인 전자 엘리먼트들을 배열할 수 있기 위하여, 하나 또는 복수 개의 컷아웃들이 또한 냉각 장치들에 제공될 수 있다. 그리하여, 점화 변압기(ignition transformer)가 부가적으로 컴포넌트 모듈 시스템(1)에 배열되고, 그 결과 컴포넌트 모듈 시스템(1)은 예컨대, 가스 방전 램프 동작을 위해 사용될 수 있다. 전자식 안정기 또는 램프 동작 장치들 또한 이러한 시스템에 배열될 수 있다. 그러나, 그러한 컴포넌트 모듈 시스템(1)이 자동차 엔지니어링 분야에 대해 구현되고 예컨대, 엔진 제어를 위해 설계되는 것이 제공될 수 있다.
실시예들에서, 예컨대, 집적 회로들이 LTCC 층들 상에 형성된다. 전력 트랜지스터들, 저항기들 또는 발광 다이오드들과 같은 다른 컴포넌트들 또한 집적 회로에 부가하여, 또는 집적 회로 대신에 배열될 수 있다. 냉각 장치를 누르는 LTCC 층들 상에 이러한 집적회로들을 배치하는 것은 위에 놓인 LTCC 층들을 관통하는 무도금-관통 홀들이 필요하다는 이점을 갖는다. 부가하여 이러한 구성에 의해 달성될 수 있는 것은 냉각 장치들로 더 나은 열 분산이 가능해질 수 있다는 것이다. 이와 관련하여, 상대적으로 큰 측면 방향 베어링 영역(bearing area)은 부가적인 비아들 없이 특히 효과적인 수평 열 분산을 가능케 하는데, 그 이유는 회로 캐리어 어셈블리가 냉각 장치에 직접 링크되기 때문이다.

Claims (19)

  1. 상부 측면 및 바닥 측면을 갖는 적어도 하나의 제 1 다층 회로 캐리어 어셈블리 및 냉각 장치를 포함하는 전자 컴포넌트 모듈로서,
    상기 냉각 장치는 상기 제 1 다층 회로 캐리어 어셈블리의 상기 상부 측면에 콘택-연결되고(contact-connected),
    상기 적어도 하나의 제 1 다층 회로 캐리어 어셈블리는 상기 바닥 측면에서 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리에 전기적으로 연결되어 스택이 형성되며,
    상기 전자 컴포넌트 모듈의 동작 동안에 생성되는 열이 상기 냉각 장치에 의해 상기 제 1 및 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리들의 배열에 대해 측 방향으로 분산될 수 있는 방식으로 상기 냉각 장치가 구성되고,
    상기 제 1 다층 회로 캐리어 어셈블리 및 상기 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리 사이에 절연 사이층(interlayer)이 형성되고, 상기 냉각 장치는 상기 절연 사이층으로부터 떨어진 상기 제 1 다층 회로 캐리어 어셈블리 및 상기 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리의 상부 측면들에 배열되며,
    상기 냉각 장치는, 적어도 하나의 열 전도성 스페이서 엘리먼트에 의해 상기 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리의 상부 측면 상에 위치되는 적어도 하나의 제 2 열 냉각 장치에 연결되고,
    상기 스페이서 엘리먼트들은 전기적 절연 방식으로 배열되고, 상기 냉각 장치들은 상이한 전위들에 놓일 수 있으며,
    상이한 전위들에 있는 적어도 두 개의 냉각 장치들에 의해 외부 쪽으로 상기 컴포넌트 모듈과의 전기적 접촉이 만들어지는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 장치들은, 상기 제 1 및 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리들의 적어도 하나의 측면에서 측 방향으로 상기 제 1 및 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리들을 넘어 연장되는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 장치들은 적어도 국부적으로 플레이트-타입 방식으로 배열되는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 장치들은 상기 전자 컴포넌트 모듈의 하우징의 측벽으로서 적어도 국부적으로 배열되는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리 중 적어도 하나는 적어도 하나의 절연층, 적어도 하나의 장치 층 및 적어도 하나의 도전체 트랙 층을 갖는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 도전체 트랙 층은 상기 절연 사이층에 인접하고, 상기 냉각 장치들은 상기 절연층에 인접하는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 장치들은 적어도 국부적으로 금속으로 형성되는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    추가 냉각 장치에 콘택-연결되는 적어도 하나의 제 3 다층 회로 캐리어 어셈블리가 배열되고, 상기 제 1 및 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리들에 콘택-연결되는 상기 냉각 장치들이 적어도 하나의 스페이서 엘리먼트에 의해서 상기 추가 냉각 장치에 연결되는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    볼 그리드 어레이들, 스프링 콘택들 및 플러그가능한 핀들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 컴포넌트들이 상기 제 3 다층 회로 캐리어 어셈블리 및 상기 제 1 또는 제 2 다층 회로 캐리어 어셈블리 사이의 전기적 콘택-연결로서 형성되는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    층층이 배열된 회로 캐리어 어셈블리들과 콘택을 형성하기 위한 연속적인 전기적 콘택-연결부들이 상기 냉각 장치들에 형성되고, 상기 전기적 콘택-연결부들은 상기 냉각 장치들로부터 절연되는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 다층 회로 캐리어 어셈블리는 집적 장치들을 갖는 다수의 LTCC 층들을 갖는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 전자 컴포넌트 모듈과 외부적으로 전기적 콘택을 형성하기 위한 플러그 연결부가 상기 냉각 장치들 안으로 도입되는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    냉각 휜(fin)들이 적어도 상기 냉각 장치들의 에지 영역들에 형성되는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  14. 삭제
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 장치들은 적어도 국부적으로 플레이트-타입 방식으로 배열되는,
    전자 컴포넌트 모듈.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
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