KR19980701642A - 인쇄회로기판 및 흡열 장치 - Google Patents

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KR19980701642A
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로만 캐치마
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씨. 더블유. 준킨
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Abstract

흡열부와 인쇄회로기판 조립체는 흡열부에 열교환 접속 관계로 놓여서 이를 관통하는 열교환 요소를 흡열부 상에 마련함으로써 제조된다. 기판과 흡열부를 서로 이격되게 그리고 열교환 요소를 기판 상의 전자 부품에 대하여 정렬된 상태로 위치시킨 후에, 경화성 열전도성 혼합물을 열교환 요소의 구멍을 통해서 주입하여 이를 전자 부품에 결합시킨다. 흡열부는 보수 또는 수리를 수행할 수 있도록 부품들을 반송하는 기판의 측면을 노출시키기 위하여 열교환 요소로부터 분리가능하다. 그 다음에, 흡열부가 조립체의 제위치로 복귀한다.

Description

인쇄회로기판 및 흡열 장치
전자 부품들을 갖고 있는 인쇄회로기판의 구조에서, 열은 사용시에 부품들에 의해 발생하며, 부품중 하나 이상에서의 파손을 일으키는 과열을 방지하기 위해서는 상기 열을 제거할 필요가 있다. 열을 제거하기 위하여 흡열부가 일반적으로 사용되고 있다. 열교환이 효율적으로 일어나게 하기 위해서는 흡열부가 인쇄회로기판에 긴밀하게 직접 부착될 필요가 있다. 그러나, 이는 인쇄회로기판 및 흡열부 조립체를 검사, 변경 또는 수리하기 위하여 분해해야 할 때 문제를 일으키며, 흡열부로부터 기판을 분리하는 것은 조립체의 하나 이상의 부품들을 부수적으로 파손하기 않고는 실질적으로 불가능하다.
또 다른 구조에서, 흡열부는 전자 부품들이 기판과 흡열부 사이에 놓이도록 인쇄회로기판에서 전자 부품과 동일 측면 상에 위치하여 있다. 열은 전자 부품으로부터 전열 매체 화합물에 의해 흡열부에 전달된다. 또한, 상기 구조에서는 어떠한 이유로든 부품들을 분해해야 하는 문제가 있다. 또한, 화합물이 부품들의 조립 이전에 위치하도록 인가되면, 인접 표면들 사이에 만족스러운 열 결합을 이룰 수 없어서 열 전도를 촉진시킬 수 없게 된다. 또한, 후자의 조립 방법은 노동력 및 시간 소모가 많다. 이러한 형태의 구조의 예들이 미국 특허 제4,849,856호 및 제4,914,551호에 개시되어 있다.
알. 캐취마의 미국 특허출원 제08/133,396호(1993. 10. 9)에는 열이 기판 상에 장착된 전자 부품으로부터 인쇄회로기판에 걸쳐 분산되어서 기판으로부터 흡열부에 이르기까지 연장되는 브릿지 부재에 의해 제거되도록 구성된 구조가 개시되어 있다. 이러한 구조에서, 전자 부품들은 이들과 흡열부 사이의 공간으로 유동하여 제위치에서 응고되는 열전도성 화합물에 의해 인쇄회로기판에 결합된다.
본 발명은 상기에 설명한 문제점을 최소화하는 인쇄회로기판 및 흡열부 조립체를 형성하는 방법을 마련하고자 한다.
본 발명은 인쇄회로기판 및 흡열 장치에 관한 것이다.
도1, 도2 및 도3은 제1실시예에 따른 인쇄회로기판과 흡열 구조 조립체의 제조 단계에서 3개의 상이한 단계를 도시하는 단면도.
도4는 제1실시예의 조립체를 도시한 도1 내지 도3과 유사한 도면으로, 인쇄회로기판과 전자 부품을 접근가능한 상태로 두기 위해 흡열부를 조립체로부터 제거한 상태를 도시한 단면도.
도5는 도3과 유사한 도면으로, 제2실시예에 따른 인쇄회로기판과 흡열 구조 조립체를 도시한 단면도.
도6은 도5와 유사한 도면으로, 하우징을 갖춘 전체 조립체를 형성하도록 제2실시예에 따른 두개의 조립체가 함께 장착된 상태를 도시한 단면도.
도7은 도6과 유사한 도면으로, 하나의 흡열부가 제거된 상태를 도시한 단면도.
도8 및 도9는 도3 및 도4와 유사한 도면으로, 제1실시예의 변경예를 도시한 단면도.
도10은 도4와 유사한 도면으로, 제1실시예의 또 다른 변경예를 도시한 단면도.
도11 및 도12는 제3실시예에 따른 인쇄회로기판과 흡열 구조 조립체의 제조 단계중 2개의 상이한 단계를 도시한 단면도.
도13은 제3실시예의 완성 조립체를 도시한 단면도.
도14는 도11 및 도12에 도시된 방법의 변경예를 도시한 것으로, 제3실시예의 조립체의 2개의 제조 단계중 제1단계를 도시한 단면도.
도15는 도13과 유사한 도면으로, 제4실시예를 도시한 단면도.
도16은 제5실시예에 따른 조립체의 단면도.
도17은 제5실시예에 따른 조립체의 확대 단면도.
도18은 도17의 선 XVIII-XVIII을 따라 취한 조립체의 부분 단면도.
도19는 도18과 유사한 도면으로, 제5실시예의 변경예를 도시한 단면도.
도20은 제6실시예의 단면도.
본 발명은, 인쇄회로기판과 이 인쇄회로기판의 제1측면 상에 장착된 전자 부품을 포함하는 구조체를 마련하는 단계와, 자체를 통하여 형성된 구멍을 갖춘 흡열 구조체를 마련하는 단계와, 흡열 구조체의 제1측면이 인쇄회로기판 구조체로부터 대면 이격되게 그리고 자체 축을 갖는 구멍이 전자 부품을 향하는 방향으로 연장되도록 상기 인쇄회로기판 구조체 및 흡열 구조체를 상대적으로 배치하는 단계와, 유동성 열전도성 재료 또는 화합물이 흡열 구조체 및 인쇄회로기판과의 열전도 접촉부 사이의 공간 구역을 점유하여 그 안에서 전자 부품들에 나란한 상태로 잔류하도록 상기 구멍을 통해서 상기 화합물을 유동시킴으로써 흡열 구조체로부터 인쇄회로기판 구조체에 이르기까지 열전도 통로를 생성하는 단계를 포함하는, 인쇄회로기판 및 흡열 구조 조립체를 제조하는 방법을 마련한다.
본 발명의 방법을 사용하면, 인쇄회로기판 및 흡열 구조체는 열전도성 화합물이 제위치에 형성되기 전에 이들의 상대 위치에서 함께 조립된다. 열전도성 재료 또는 화합물이 두개의 구조체를 함께 조립한 후에 그 사이에서 유동하기 때문에, 이러한 유동 재료는 열이 전도되게 되는 두개의 구조체의 표면들에 긴밀하게 접촉하여 조립체의 열전도 효율을 최대화시키게 된다. 또한, 열전도 재료는 다른 구조체가 제위치에 위치하기 전에는 구조체중 하나의 구조체 상에 위치하지 않아서 느리고 지저분한 조립 단계를 피할 수 있기 때문에 상기 방법에 의해 조립체를 제조하는 것이 편리하다. 이와 달리, 유동성 재료는 흡열 구조체의 구멍을 통해서 유동하기 때문에, 상기 방법은 두개의 구조체 사이에 재료를 주입하기 위하여 주입 노즐을 구멍 안에 위치시키게 되는 주입 장치에 사용하기에 특히 적합하다. 이로써, 열전도성 재료를 이의 정확한 위치에 위치결정하는 공정 단계가 용이하고 신속하게 그리고 효율적이고 깨끗하게 수행된다. 이렇게 형성된 인쇄회로기판 및 흡열 구조체의 조립체는 인쇄회로기판 상에 장착된 부품들로부터 열을 제거하는 데 적합하며, 특히 발생된 열이 적절하게 효율적으로 발산되지 않는 경우에 전자 부품의 고장을 일으키게 되는 인쇄회로기판 구조체로부터 열을 제거하는 것과 관련하여 가장 적합한 것으로 알려져 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 상기 공정 단계는 인쇄회로기판 구조체의 제1 또는 제2 측면에 면하는 흡열 구조체에서 수행된다. 인쇄회로기판의 제1측면에 면하는 흡열 구조체에서, 열전도성 재료는 흡열 구조체와 전자 부품 자체 사이의 공간 구역을 충전시키도록 구멍을 통해서 유동하게 된다. 따라서, 열전도성 재료는 흡열 구조체에 가장 근접하게 놓이는 전자 부품에 직접 열전도 상태로 된다. 이와 달리, 인쇄회로기판의 제2측면에 면하는 흡열 구조체에서는 구멍을 통해서 유동하는 열전도성 재료가 흡열 구조체와 인쇄회로기판 자체 사이의 공간 구역을 점유하게 된다. 전자 부품으로부터의 열전도를 최대화시키기 위해서는 공간 구역에 있는 열전도성 재료로부터 기판을 통해서 전자 부품에 이르기까지 약간의 열전도 통로를 마련해야 한다. 이는 열전도성 재료를 공간 구역으로부터 인쇄회로기판의 적어도 하나의 구멍을 통해서 유동시켜서 전자 부품에 열전도 상태로 접촉시킴으로써 편리하게 마련된다. 실제 방법에서, 열전도성 재료의 제1부분은 인쇄회로기판의 제1측면과 전자 부품 사이에서 유동하게 되고, 상기 재료의 제2부분은 인쇄회로기판의 제2측면과 흡열 구조체 사이에서 유동하게 된다. 이는 주입 수단을 흡열 구조체의 구멍을 통해서 인쇄회로기판의 구멍 안에 삽입하고 인쇄회로기판과 부품 사이에 제1부분을 삽입한 후에, 상기 주입 수단이 흡열 구조체의 구멍 안에만 삽입되어 제2부분가 기판의 제2측면과 흡열 구조체 사이에서 유동하도록 상기 구멍으로부터 주입 수단을 취출함으로써 편리하게 수행된다. 또 다른 방법에서, 제1부분은 기판과 전자 부품 등 두개의 구조체가 서로 분리되어 있는 동안에 기판의 제1측면과 전자 부품 사이에서 유동하게 되고, 상기 구조체들이 함께 조립된 후에 제2부분가 구멍을 통해서 유동하게 되어 기판과 흡열 구조체 사이의 공간을 점유하게 된다.
본 발명의 방법은 흡열부 자체를 인쇄회로기판으로부터 제거할 수 있어서 보수, 교체 또는 검사 목적으로 기판 또는 전자 부품에 즉시 접근할 수 있게 해주도록 사용할 수 있다. 이는 흡열부 구조체가 흡열부와 이 흡열부 상에 열전도식으로 장착된 열교환 요소를 포함함으로써 가능해진다. 열교환 요소는 인쇄회로기판으로부터 대향 이격되고 전자 부품에 면하며, 경화성 열전도성 재료는 인쇄회로기판 구조체와 열교환 요소 사이에서 열전도성 접속 상태로 배치되어 있다. 양호한 실시예에서, 열전도성 재료는 인쇄회로기판 구조체와 열교환 요소 사이를 접착시키는 접착 특성을 가지며, 열 방출 수단은 열전도성 재료의 접착 특성에 의해 인쇄회로기판 구조체 상에 반송되어 유지되는 열교환 요소로부터 흡열부가 제거될 수 있도록 하기 위해 마련되어 있다. 열 방출 수단은 나사형성 배열을 이루는 열교환 받침대를 포함한다. 이 나사형성 배열은 열교환 요소 상에 있는 나사와 인쇄회로기판으로부터 이격된 흡열부의 측면 상의 단부 구역 상에 결합가능한 너트를 포함한다. 너트를 제거하면 인쇄회로기판 구조체와 열전도성 재료에 의해 그 위에 반송된 열교환 요소와의 조립 상태를 분리될 수 있게 해준다. 이로써, 전자 부품은 상기에 설명한 것처럼 즉시에 접근 가능해진다. 이와 달리, 너트를 사용하지 않으면 나사형성 수단은 열교환 요소가 흡열부 내에서 회전하는 것을 허용한다. 이러한 기능을 가짐으로써, 열교환 요소가 파손되기 쉬운 구역을 갖거나 또는 열전도성 재료 자체가 파손되기 쉽게 되어 있다. 이로써, 개구 내에서의 일부 열교환 요소의 회전시에 열교환 요소의 파손되기 쉬운 구역 또는 파손되기 쉬운 열전도성 재료가 파손되어 인쇄회로기판으로부터 흡열부를 탈거할 수 있게 된다.
본 발명은 정상적으로는 복수개의 전자 부품이 인쇄회로기판과 흡열부 사이에 배치되어 있는 경우에 특히 유용하다. 인쇄회로기판이 완전 평면이 아니고 전자 부품들의 형상 및 높이가 다르기 때문에 한가지 문제점이 생기는데, 즉 인쇄회로기판, 전자 부품 또는 부품들로부터의 단자 리드 상의 응력을 최소화하면서 열전도성 재료를 사용하여 열전도 방식으로 각 부품을 흡열부에 직접 연결함에 있어서 문제점이 생긴다. 이러한 문제는 설비 사용 환경에서 생기는 열 변형중에 심화된다. 본 발명의 방법은 전자 부품을 기판과 흡열부 사이에 위치시킬 때 흡열부와 전자 부품 상의 공간이 부품들 간에 달라지게 되는 상기 문제점을 최소화하고, 각 부품에 해당된 개개의 구멍을 통해서 주입된 열전도성 재료가 부품으로부터 흡열부에 이르기까지 열전도성 분기를 형성하는 데 필요한 각각의 공간 구역을 충전시키게 된다.
또한, 부품은 기판의 제1측면 상에 장착되고 열전도성 합성물이 기판을 실질적으로 관통 유동하여 전자 부품에 접촉하게 되는 흡열부로부터 이격되며, 이러한 배열은 기판 상에서의 열응력을 최소화시키며 흡열부에 낮은 열저항 통로를 제공하면서 기판 상에 전자 부품의 단자들에서 납땜 결합에 의해 생기는 응력의 양을 최소화시킨다. 또한, 이러한 구조에서는 기판 비틀림 및 거리 변화에 기인하여 구조체가 파손되려는 민감성이 최소화된다. 특히, 흡열부로부터 이격된 기판 측면 상에 전자 부품을 갖춘 구조는 인쇄회로기판에의 단자 결합을 위하여 납땜볼 어레이를 사용하는 전자 부품으로부터 열을 제거하는 데 유용하다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 인쇄회로기판과 이 인쇄회로기판의 제1측면 상에 장착된 전자 부품으로 된 구조체와, 자체를 관통하여 형성된 구멍을 갖춘 흡열 구조체와, 전자 부품 쪽으로 연장되는 구멍과 대면 관계로 이격되어 배치된 두개의 구조체와, 상기 두개의 구조체들 사이에 배치되어 상기 구멍을 교차하여 연장되는 공간 구역을 점유하고 두개의 구조체에 열전도식으로 접촉하고 전자 부품에 나란하게 정렬된 구멍을 통해서 유동하는 열전도성 재료를 포함하는, 인쇄회로기판과 흡열 구조 조립체가 마련된다.
본 발명의 실시예들에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도1에 도시된 제1실시예에서, 흡열 구조체는 자체의 일측면에 일체로 핀(14)이 형성된 평면 부재(12)를 갖춘 흡열부(10)를 포함한다. 또한, 흡열 구조체는 외측 자유단에 나사형성된 원통형 스핀들(20)의 형태인 좁은 부분을 일체로 형성하고 있는 넓은 부분을 각각 포함하는 복수개의 열교환 요소(16; 하나만 도시)를 포함한다. 각각의 요소(16)는 흡열부의 개개의 간극 구멍(22)을 통과하는 통로에 의해 평면 부재(12)의 핀 측면 상에 있고 축(20)의 나사부 상에 나사식으로 수용된 너트(24)의 형태인 연결 수단의 위치에서 흡열부에 조립된다. 따라서, 넓은 부분은 흡열부와의 긴밀한 열전도성 접촉 상태로 유지된다. 필요에 따라서는, 열전도성 그리스 막을 넓은 부분(18)과 흡열부 사이에 인가할 수도 있으며, 이로써 드라이 접속이 정상적으로 충분하게 된다.
제1실시예에서는 인쇄회로기판(26)도 마련된다(도2). 이 인쇄회로기판은 기판 상의 회로 조합체에의 단자 리드(30)에 의해 연결된 복수개의 전자 부품(28)의 일측면에 장착되어 있다.
부품(28)을 포함하는 인쇄회로기판 구조체는 부품(28)으로부터 열교환 요소를 통해서 흡열부에 취해진 열을 사용하여 흡열부에 상에 조립된다. 이를 위하여, 기판 및 흡열부는 도2에 도시된 것과 같은 상대 위치에 배치되며, 여기서 흡열부(6)는 인쇄회로기판으로부터 이격된 거리에 위치하며 고정 볼트(34)에 의해 인쇄회로기판에 고정되는 스페이서(32)에 의해 대면 관계로 위치한다. 열교환 요소(16)는 흡열부(10) 상에 위치하며, 이로써 인쇄회로기판에 조립되었을 때 각 요소(16)가 대응하는 개개의 전자 부품(28)으로부터 이격되고 대향하는 자체의 넓은 부분(18)에 위치한다. 이는 도2에 명확하게 도시되어 있다.
조립을 완료하기 위하여, 접착 특성을 갖는 경화성 열전도성 점성 재료는 각각의 전자 부품(28)과 이의 대응하는 열교환 요소(16)의 넓은 부분(18) 사이의 공간 구역 내에 배치된다. 이 재료는 바람직하게는 365 kg/cm2(5000 psi) 이하인 낮은 탄성 모듈을 갖는 열전도성 탄성중합체 점성 재료로 될 수 있다. 열전도성 매체를 각 공간 내에 배치하기 위하여 요소(16)는 측면으로부터 측면으로, 즉 축(20)을 따라 동축으로 상기 요소를 통해서 그리고 도2에 도시된 것처럼 넓은 부분(18)을 통해서 연장되는 구멍들을 갖추고 있다. 도2에 도시된 단계의 흡열부와 인쇄회로기판 조립체에서는, 열전도성 재료가 부품(28)으로부터 요소(16)에 충분한 열교환 매체를 제공하도록 공간의 각 측면에서 표면들을 긴밀하게 결합하면서 도3에 38로 도시된 것처럼 넓은 부분과 전자 부품(28) 사이의 공간 구역을 점유하여 충전하도록 흡열부의 외부로부터 각 구멍을 통해서 주입된다. 열전도성 재료는 경화된 후에, 인쇄회로기판과 흡열 구조체의 조립 후에 재료(38)를 공간 구역 안에 주입함으로써 요소(16)의 넓은 부분을 도3에 도시된 것처럼 전자 부품(28)에 효과적으로 고정하며, 상기 재료는 상기 표면들과의 긴밀한 결합을 제공하여 각 부품으로부터 흡열부에 이르기까지 최대의 열전도를 보장하도록 대향 표면들에 걸쳐 점진적으로 유동한다. 또한, 주입 공정이 깨끗하게 수행되고 효율이 우수하고 시간을 절약할 수 있다.
도3에 도시된 최종 조립체의 사용시에, 전자 부품에 의해 발생한 임의의 열은 열전도성 접착제(38)를 통해서 요소(16)의 넓은 부분(18)에 최대 효율로 직접 전달되고 넓은 부분과 흡열부의 내측면과의 열전도성 접촉에 의해 흡열부(10) 안에 전달된다. 전자 부품이 장착되어 있는 인쇄회로기판의 측면에 접근할 필요가 있을 때 인쇄회로기판 구조체로부터 흡열부를 해제하기 위해서는 흡열부가 기판으로부터 멀리 당겨지게 하여 소정의 목적을 위하여 부품(28) 및 기판의 회로 조합체를 노출시키도록 너트(24)만 간편하게 제거하면 된다. 이러한 특정 단계가 도4에 도시되어 있으며, 여기서는 각각의 요소(16)가 이들 사이에 놓인 열전도성 재료(38)에 의해 해당 전자 부품(28)에 부착된 상태로 유지된 것을 볼 수 있다. 따라서, 원래의 구조체가 열교환 요소(16)를 갖춘 흡열부로 이루어진 하나의 부조립체를 포함하여 두개의 부조립체로부터 형성되는 반면에, 완전 조립체(40)가 형성된 후에 각 요소(16)로부터 흡열부를 분리함으로써 열교환 조립체를 분리할 필요가 있다. 인쇄회로기판 또는 임의의 전자 부품 상에서 적절한 작업을 수행한 후에, 간격 구멍(22)을 대응 축(20)과 간편하게 정렬시키고 흡열부를 도3에 도시된 것처럼 조립 위치로 후방 이동시킴으로써 조립을 완료하도록 하나 이상의 흡열부를 간편하게 부가할 수 있으며, 그 후에 고정 너트(24)를 부가한다.
상기에 설명한 실시예로부터 알 수 있는 것처럼, 인쇄회로기판과 흡열부 조립체가 마련되며, 여기서 유동가능한 상태의 열전도성 재료는 주입 공정에 의해 용이하고 신속하며 깨끗하게 부가된다. 또한, 인쇄회로기판 또는 전자 부품을 접근가능한 상태로 두기 위하여 흡열부를 분해하는 것은 매우 간단하며, 조립체의 어느 부분에도 손상을 일으키지 않고 신속하게 수행할 수 있다. 또한, 조립체를 재형성하기 위하여 인쇄회로기판을 교체하는 것도 매우 간편하다. 또한, 열전도성 재료(38)에 의해 완전한 열전도성 접촉이 각각의 전자 부품(28)과 흡열부(10) 사이에 생성되지만, 전자 부품과 흡열부 사이에 존재하는 간격이 다르더라도 조립체에 최소의 응력이 생성된다. 예를 들어, 흡열부와 인쇄회로기판 사이의 온도 팽창 차이에 의해 응력이 생성된다. 도시된 것처럼, 요소(16)와 부품(28) 사이의 간격은 폭넓게 변화하지만, 이러한 변화는 요소(16)와 대응 부품(28) 사이에 생성된 임의의 공간 구역이 열전도성 접촉을 보장하면서 재료(38)로 용이하게 충전되기 때문에 중요하지 않다. 따라서, 조립체의 생성 후에 문제점을 일으키게 되는 응력은 흡열부와 인쇄회로기판 사이의 조립체에서 최소로 생성된다.
(온도 변화에 의해 생기게 되는) 측방향 응력은 인쇄회로기판에 이상적으로 일치하는 바람직하게는 ±3×10-6/℃ 이내인 열팽창 계수를 갖는 재료로 이루어진 흡열부를 사용함으로써 최소화된다. 예를 들어, 구리합금 또는 알루미늄 및 실리콘 화합물 또는 그 합금은 값도 싸고 작업도 용이하다.
이후에 설명하게 될 또 다른 실시예 및 변경예에서는 제1실시예에서와 유사한 부분에는 유사한 도면 부호를 사용하여 나타냈다.
도5에 도시된 것처럼 제2실시예에서, 인쇄회로기판(26)은 제1실시예에서 설명한 것처럼 복수개의 전자 부품(28)을 갖춘 인쇄회로기판으로 형성되어 있다. 흡열부(52)는 제1실시예에서와 유사한 평면 부재(54)를 갖고 있으며, 이의 일측면으로부터 연장되는 일체로 형성되어 이격된 평행 핀(56)들을 갖고 있다. 또한, 이 흡열부는 제1실시예에서처럼 요소(16)를 갖추고 있으며, 이들 요소는 완성 조립체(50)에서 요소(16)의 넓은 부분(18)이 전자 부품(28)으로부터 이격 대향하도록 위치하여 있다. 열전도성 재료(38)는 제1실시예에서 설명한 방식으로 전자 부품과 요소(16) 사이에 배치되어 있다. 상기 조립체(50)는 흡열부(52)가 평면 부재(54)의 4개의 여유 에지로부터 그리고 부재(54)의 평면중 일측면으로부터 외향으로 연장되는 측벽(58)을 갖고 있는 점에서 제1실시예의 조립체와는 다르다. 이들 측벽은 외향으로 면하는 평면 결합 표면(60)을 갖고, 이 표면들은 인쇄회로기판(26)의 에지 구역에 결합되어 인쇄회로기판을 부품(28)과 요소(16) 사이에서 주입된 재료(38)로 전파되는 흡열부의 평면 부재(54)로부터 멀리 일정한 거리에 고정하게 된다.
상기 조립체(50)는 도6에 도시된 것처럼 유사하게 형성된 조립체(50)와 조합되었을 때 특히 유용하며, 두개의 조립체가 서로 반전된 위치에서 함께 배치되었을 때 벽(58)들이 인쇄회로기판 구조체를 수납하는 하우징을 형성하도록 하나의 조립체가 다른 조립체와 협동하게 된다. 도6에 도시된 것처럼 두개의 측벽(58)은 이들 측벽을 함께 조립하기 위한 수단을 갖추고 있으며, 이 경우에 상기 수단은 조립 목적을 위하여 함께 인접하고 긴 시일(64)에 대하여 고정되도록 브래킷(도시 생략) 또는 나사형성 구조체에 의해 제위치에 유지되는 외향 돌출 플랜지(62)의 형태를 취한다. 도6에 도시된 것처럼 각 조립체(10)가 인쇄회로기판을 장착하고 있음으로써 최종 조립체의 인쇄회로기판은 서로 이격되며, 전자 부품(28)은 열전도성 재료(38)에 의해 요소(16)에 고정된다.
도7에 도시된 것처럼 흡열부(52)를 제거할 필요가 있으면 합체된 너트(24)를 요소(16)로부터 제거하여 흡열부를 발출한다. 이 상태에서는 도7에 도시된 것처럼 전자 부품(28)이 장착되어 있는 대응 인쇄회로기판(12)이 소정의 필요한 목적을 위하여 노출된다. 이러한 특정의 경우에, 인쇄회로기판은 자체의 사용 위치에 실질적으로 유지되어 이에 이르기까지 연장되는 임의의 전기 도체에 의해 고정된다. 제거된 흡열부를 조립하기 위하여 간격 구멍(22)과 축(20)을 간편하게 정렬시킬 수 있으며 기판을 축 상으로 이동시켜 이를 기판(12)에 조립할 수 있게 된다. 그 다음에, 너트(24)를 사용하여 하우징을 형성하도록 두개의 흡열부(52)를 재조립할 수 있도록 이들을 재정렬시킴으로써 조립이 완료된다.
인쇄회로기판으로부터 흡열부를 분리하는 것을 상기 실시예에서 설명한 방식으로 수행할 필요는 없다. 예를 들어 도8 및 도9에 도시된 제1실시예의 제1변경예에서, 열교환 요소(70)는 요소의 좁은 부분(72)과 넓은 부분(74)과의 결합부에 좁은 부분의 좁은 목부(76)가 마련되어 파열하기 쉬운 것을 제외하고는 상기에 설명한 것과 유사하다. 도8은 변경예의 완성 조립체를 도시하며, 좁은 부분(72)이 흡열부의 평면 부재(12)에 있는 나사형성 구멍(78) 내에 나사식으로 수납된 상기 실시예와는 다르다. 흡열부(10)를 제거할 수 있게 하기 위하여, 나사 드라이버가 열교환 요소의 좁은 부분(72)에 있는 단부 슬롯(80) 안에 삽입되고 좁은 부분이 나사형성 구멍 내에서 회전한다. 회전과 거의 동시에 요소의 넓은 부분(74)이 접착제(38)에 의해 제위치에 유지됨으로써 상기 목부(76)가 파열되어 도9에 도시된 것처럼 좁은 부분(72)이 분리되어 흡열부를 제거할 수 있게 된다. 이러한 형태를 취하는 장치에서는, 흡열부(10)를 재차 제위치에 위치시킬 때 흡열부와 조합된 열교환 요소(70)의 재조립 및 교체 사용을 가능하게 하기 위하여 인쇄회로기판과 전자 부품(28) 및 열교환 요소의 넓은 부분의 조립체를 스트리핑 다운(stripping down)하는 것이 필요하게 된다.
도10에 도시된 것처럼 제1실시예의 또 다른 변경예에서는, 열교환 요소(70)의 단부 슬롯(80) 안으로의 스크류 드라이버의 삽입시에 열 화합물(38)이 파열되어 흡열부(12)가 전체 열교환 요소와 함께 제거되도록 경화성 열전도성 재료(38) 자체를 파열가능하게 할 수 있다.
이후에 설명하는 실시예에서처럼 전자 부품 또는 부품들을 흡열부로부터 멀리 인쇄회로기판의 측면 상에 위치시키는 것도 본 발명의 범위에 속한다.
예를 들어, 도11, 도12 및 도13에 도시된 제3실시예에서처럼 흡열부(10)는 제1실시예에서 설명한 방식으로 자체 상에 장착된 하나 이상의 열교환 요소를 갖고 있다. 제3실시예에서는 이러한 요소중 하나만이 도시되어 있다. 그러나, 인쇄회로기판 구조체는 전자 부품(28)이 인쇄회로기판(26)에 의해 흡열부로부터 이격되도록 제위치에서 반전되어 있다.
도11은 경화성 열전도성 재료(38)의 사용시에 제1단계에서 인쇄회로기판으로부터 멀리 이격되어 있는 흡열부를 갖는 구조체의 상태를 도시한다. 도11에 도시된 것처럼, 복수개의 개구(82)가 인쇄회로기판을 통해서 각 전자 부품(28) 아래의 위치에 마련되어 있다. 실질적으로 중심에 위치한 개구(84)는 각각의 합체된 열교환 요소(16)를 통해서 구멍(36)에 정렬되어 있다. 열전도성 재료(38)는 두개의 분리된 부분(38a, 38b; 도12)에 인가된다. 각각의 경우에, 제1부분(38a)은 주입 노즐(86)의 형태인 주입 수단을 구멍(36)을 통해서 삽입함으로써 인가되고, 상기 노즐은 도11에 도시된 것처럼 대응 개구(84) 안으로 연장되도록 충분히 길게 되어 있다. 부분(38a)은 인쇄회로기판(26)과 전자 부품(28) 사이의 공간 구역에 주입된다. 이 부분은 부품(28) 아래로 점차 이동하여 부품과 인쇄회로기판의 표면을 긴밀하게 결합하게 된다. 그 후에 노즐(86)은 도12에 도시된 것처럼 자체의 출구 단부가 개구(36)에 놓이게 되는 위치로 수축된다. 그 다음에, 제2부분(38b)이 인쇄회로기판의 대향 표면과 넓은 부분(18)의 표면을 긴밀하게 결합하도록 열전도성 재료(38)가 인쇄회로기판과 열교환 요소(16)의 넓은 부분(18) 사이의 공간 구역 안에 주입된다. 이 공정중에, 개구(84)는 재료(38)로 실질적으로 충전된다. 또한, 조립체의 완성 구조를 도시하는 도13에서 개구(84)의 우측에 도시된 것처럼 개구(82)는 기판의 각 측면으로부터의 화합물(38)로 적어도 부분적으로 충전되어야 하며, 상기 화합물은 두개의 부분(38a, 38b)을 상호 연결하도록 각각의 개구(82)를 통해서 연속되는 것이 바람직하다. 이와 달리, 도13의 좌측에 도시된 것처럼 개구(82)는 부분(38a)으로부터 부분(38b)으로의 열전달을 도와주어 열교환 요소(6)를 통해서 흡열부로의 열전달을 도와주도록 납땜(88) 또는 구리 등의 다른 열전도성 재료에 의해 예비충전될 수도 있다.
도13의 구조체를 제조하는 변경된 방법에서는 도14에 도시된 것처럼 인쇄회로기판이 흡열 구조체에 조립되기 전에 각각의 부분(38a)이 이에 합체된 전자 부품(28)과 인쇄회로기판(26) 사이에 위치하여 있다. 이 방법에서, 주입 노즐(86)은 개구(84) 안으로 통과하고 부분(38)은 부품(28) 아래의 공간 구역 안에 주입된다. 모든 부분(38a)이 제위치에 위치하면 부분(38a)을 갖춘 인쇄회로기판 구조체가 완성되어 인쇄회로기판 구조체 상에 조립된다. 그 다음에, 부분(38b)이 도12를 참조하여 상기에 설명한 방식으로 인쇄회로기판과 흡열부(12) 사이에 형성된다. 완성된 구조는 도13에 도시된 것과 같다.
도15에 도시된 제4실시예에서 각 부품(28)은 실질적으로 큰 개구(90)가 마련되어 있는 인쇄회로기판(26) 아래에 장착되어 있다. 이 개구는 합체된 부품(28)의 형상부 아래로 실질적으로 연장되거나 또는 다른 형상을 취할 수도 있다. 함께 조립된 흡열 구조체 및 인쇄회로기판 구조체에서, 노즐(86)은 각각의 구멍(36) 안으로 삽입되며 단일 주입 작업에 의해 열전도성 재료(38)의 단일 완성 부분가 열교환 요소의 넓은 부분(18)의 단부 표면과 합체된 전자 부품(28)의 대향 표면 사이에서 연장되는 공간 구역 안에 주입되고, 상기 부분(38)은 부품으로부터 열교환 요소의 넓은 부분(18)에 이르기까지 직접 열전도 접촉을 이루도록 개구(90)를 통과한다.
전자 부품이 흡열부로부터 멀리 인쇄회로기판의 측면 상에 놓여 있는 상기 모든 실시예에서는 온도 또는 국부적인 열 효과의 변화에 기인하여 인쇄회로기판의 절곡 가능성을 최소로 하게 된다. 또한, 인쇄회로기판의 종결부에서 부품들의 납땜 결합부에 최소 응력이 인가된다.
전자 부품들이 흡열부로부터 인쇄회로기판의 대향 측면 상에 배치되어 있음으로써 이러한 특정 배열은 예를 들어 평면 형상을 취하는 전자 부품으로부터 열을 취출하는 데 양호하게 적용할 수 있고 볼 격자 어레이에 의해 인쇄회로기판에 단자 접속을 이루는 데에도 적용할 수 있다. 예로써, 도16에 도시된 제5실시예에서처럼 평면 전자 부품(92)은 상기 실시예에서 설명한 것처럼 제위치에 위치한 스페이서(32)를 갖고 흡열부(10)로부터 이격된 인쇄회로기판(26)의 측면 상에 배치되어 있다. 각각의 부품(92)에서, 열교환 요소는 재차 사용되어 자체의 넓은 부분(18)이 대응 전자 부품(92) 쪽으로 면하고 인쇄회로기판이 그 사이에 위치한 상태로 배치된다. 도16에 도시된 것처럼 열전도성 재료(38)는 기판과 각 열교환 요소의 넓은 부분 사이의 공간 구역을 점유하며, 인쇄회로기판의 개구(94) 안으로 통과하게 된다. 도17 및 도18에 도시된 것처럼 개구(94)들은 바이어스 형태를 취하고 기판의 먼쪽 측면 상에 도전성 풋프린트(96)를 갖고 있다. 이 풋프린트(96)는 단자 접속부를 형성하기 위해 공지의 방식으로 인가된 납땜볼(98)에 의해 전자 부품의 단자에 연결되어 있다. 개구(94)는 도전성 재료, 예를 들어 전자 부품의 각 단자를 기판 내의 회로 조합체에 연결하기 위한 구리로 된 라이닝(100)을 갖추고 있다. 점성 열전도성 재료(36)는 전자 부품으로부터 열을 제거하기 위해 라이닝(100)에 직접 열전도 접촉하도록 각 개구(94) 안으로 연장된다. 또한, 열전도성 재료는 92 및 96에 의해 형성된 공간에서 유동하게 된다.
도19에 도시된 변경예에서, 추가의 개구(102)는 풋프린트(96)들 사이에서 인쇄회로기판을 통과하며, 각각의 전자 부품(92)과 인쇄회로기판 사이의 공간을 통해서 연장되어 이 공간에 충전되는 열전도성 재료(38)로 충전된다.
도20에 도시된 제6실시예에서는 열교환 요소들이 도시된 순서로 또는 그 역순으로 흡열부 상에 장착되어 인쇄회로기판에의 열접속을 이루는 것이 도시되어 있는데, 이는 상기 요소들이 최종 조립체를 용이하게 분해하는 데에는 바람직하지만 본 발명에 필수적인 것은 아니다.
앞에서 설명한 실시예의 모든 최대화된 열전도 특성을 제공하는 제6실시예에서 흡열부 구조체는 인쇄회로기판(26) 상에 장착된 전자 부품을 정렬시키기 위하여 구멍(102)들을 형성하고 있는 흡열부(110)를 포함한다. 열전도성 재료(38)는 열을 부품으로부터 흡열부에 이르기까지 직접 전달하도록 각 부품(28)과 대향 흡열부 표면 사이의 공간 구역을 점유하기 위해 구멍(112)을 통해서 주입된다.

Claims (25)

  1. 인쇄회로기판과 흡열부 구조 조립체를 제조하는 방법에 있어서,
    인쇄회로기판과 이 인쇄회로기판의 제1측면 상에 장착된 전자 부품을 포함하는 구조체를 마련하는 단계와,
    자체를 통하여 형성된 구멍을 갖춘 흡열 구조체를 마련하는 단계와,
    상기 흡열 구조체의 제1측면이 인쇄회로기판 구조체로부터 대면 이격되게 그리고 자체 축을 갖는 구멍이 전자 부품을 향하는 방향으로 연장되도록 상기 인쇄회로기판 구조체 및 흡열 구조체를 상대적으로 배치하는 단계와,
    유동성 경화성 열전도성 재료가 구멍을 통해서 유동하여 흡열 구조체와 인쇄회로기판 구조체 사이의 공간 구역을 점유하여 전자 부품에 정렬된 상태로 그 안에 잔류하도록 흡열 구조체로부터 인쇄회로기판 구조체에 이르기까지 열전도 통로를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 흡열부 구조체의 제1측면이 인쇄회로기판의 제1측면에 면하도록 인쇄회로기판 구조체와 흡열 구조체를 상대적으로 배치하는 단계와, 흡열 구조체와 전자 부품 사이의 공간을 충전하고 전자 부품에 열전도성 접속을 이루도록 경화성 열전도성 재료를 구멍을 통해서 유동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 흡열 구조체의 제1측면이 인쇄회로기판의 제1측면으로부터 이격되게 면하도록 인쇄회로기판 구조체와 흡열 구조체를 상대적으로 배치하는 단계와, 흡열 구조체와 인쇄회로기판 사이의 공간 구역을 충전하도록 열전도성 재료를 상기 구멍을 통해서 유동시키고 상기 공간 구역으로부터 인쇄회로기판의 적어도 하나의 구멍을 통해서 전자 부품 쪽으로 유동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 열전도성 재료를 인쇄회로기판의 구멍을 통해서 전자 부품과의 열전도 접속부에 유동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 흡열 구조체의 제1측면이 인쇄회로기판의 제1측면으로부터 이격되게 면하도록 인쇄회로기판 구조체와 흡열 구조체를 상대적으로 배치하는 단계와, 열전도성 재료의 제1부분을 인쇄회로기판의 제1측면과 전자 부품 사이를 통해서 전자 부품에의 열전도 접속부 안으로 유동시키는 단계와, 열전도성 재료의 제2부분을 인쇄회로기판의 제2측면과 흡열 구조체 사이에서 구멍을 통해서 흡열 구조체와의 열전도 접속부 안으로 그리고 제1부분과의 열전도 접속부 안으로 유동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 주입 수단을 흡열 구조체의 구멍을 통해서 인쇄회로기판의 개구 안으로 삽입하여 열전도성 재료의 제1부분을 인쇄회로기판의 제1측면과 전자 부품 사이에 주입하는 단계와, 흡열 구조체와 인쇄회로기판의 제2측면 사이의 공간 구역을 점유하도록 제2부분을 구멍을 통해서 유동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 흡열 구조체로부터 인쇄회로기판 구조체를 분리함으로써 열전도성 재료의 제1부분을 인쇄회로기판의 제1측면과 전자 부품 사이에서 전자 부품에의 열전도 접속부 안으로 유동시키는 단계와, 인쇄회로기판 구조체와 흡열 구조체를 조립하고 열전도성 재료를 구멍을 통해서 인쇄회로기판의 제2측면과 흡열 구조체 사이에서 흡열 구조체에의 열전도 접속부 안으로 그리고 제1부분에의 열전도 접속부 안으로 유동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 인쇄회로기판의 제1측면 상에 장착된 복수개의 전자 부품을 마련하는 단계와, 자체를 관통하는 복수개의 구멍을 갖춘 흡열 구조체를 마련하는 단계와, 상기 구멍이 합체된 전자 부품 쪽으로 축방향으로 향하도록 인쇄회로기판 구조체와 흡열 구조체를 상대적으로 배치하는 단계와, 흡열 구조체와 인쇄회로기판 구조체 사이의 공간 구역을 점유하도록 전자 부품에 정렬된 상태로 열전도성 재료를 흡열 구조체의 구멍을 통해서 유동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 흡열 구조체가 흡열부와 이 흡열부 상에 열전도식으로 장착되고 인쇄회로기판 구조체에 이격 대향되고 전자 부품 쪽으로 면하는 열교환 요소를 포함하며, 상기 방법이 인쇄회로기판 구조체와 열교환 요소 사이에 접착력을 제공하는 접착 특성을 갖는 경화성 열전도성 재료를 인쇄회로기판 구조체와 열교환 요소 사이의 공간 구역 안으로 그리고 열교환 요소와의 열전도 접속부 안으로 유동시키는 단계를 포함하며, 열전도성 재료에 의해 인쇄회로기판 구조체에 부착되는 열교환 요소로부터 흡열부가 제거될 수 있도록 흡열부 해제 수단이 마련된 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 측벽이 흡열 구조체 상에 마련되고, 상기 방법이 흡열 구조체에 대한 인쇄회로기판의 위치를 결정하고 열전도성 재료가 상기 구멍을 통해서 유동하기 전에 두개의 구조체들 사이의 거리를 결정하도록 인쇄회로기판의 연부 구역을 측벽의 결합 표면에 대하여 인접시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 인쇄회로기판과 흡열 구조체 조립체에 있어서,
    인쇄회로기판과 이 인쇄회로기판의 제1측면 상에 장착된 전자 부품으로 된 구조체와,
    자체를 관통하여 형성된 구멍을 갖춘 흡열 구조체와,
    상기 두개의 구조체 사이에 배치되도록 구멍을 통해서 유동하여 이 구멍에 걸쳐 연장되는 공간 구역을 두개의 구조체에 열전도 접속 상태로 그리고 전자 부품에 정렬된 상태로 점유하는 열전도성 재료를 포함하며,
    상기 두개의 구조체가 대면 관계로 그리고 전자 부품 쪽으로 연장되는 구멍과는 이격된 관계로 배치된 것을 특징으로 하는 조립체.
  12. 제11항에 있어서, 흡열 구조체가 인쇄회로기판의 제1측면에 면하고, 열전도성 재료가 전자 부품과 흡열 구조체 사이에서 열전도 접속 상태로 배치된 것을 특징으로 하는 조립체.
  13. 제11항에 있어서, 흡열 구조체가 인쇄회로기판의 제2측면에 면하고, 열전도성 재료가 인쇄회로기판의 개구를 통해서 전자 부품과의 열전도 접속부 안으로 연장되는 것을 특징으로 하는 조립체.
  14. 제11항에 있어서, 흡열 구조체가 인쇄회로기판의 제2측면에 면하고, 열전도성 재료가 인쇄회로기판의 제2측면과 흡열 구조체 사이에서 열전도 접속 상태로 연장되고 전자 부품과 인쇄회로기판의 제1측면 사이에서 열전도 접속 상태로 연장되며, 상기 기판의 일측면 상에 있는 열교환 재료가 기판의 다른 측면 상의 열교환 재료에 대하여 열전도 관계로 위치한 것을 특징으로 하는 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 열전도성 재료가 기판의 양측면 상의 열전도성 재료를 상호 연결하도록 인쇄회로기판의 적어도 하나의 개구를 통해서 연장되는 것을 특징으로 하는 조립체.
  16. 제14항에 있어서, 또 다른 열전도성 재료가 인쇄회로기판의 적어도 하나의 개구 내에 위치하여 있고, 기판의 각 측면 상의 열전도성 재료에 열전도 접속 상태로 있는 것을 특징으로 하는 조립체.
  17. 제11항에 있어서, 흡열 구조체가 인쇄회로기판의 제2측면에 면하고, 전자 부품이 납땜볼 격자 어레이에 의해 인쇄회로기판의 단자들에 부착된 단자를 갖고, 열전도성 재료가 흡열 구조체와 인쇄회로기판의 제2측면 사이에서 열전도 접속 상태로 연장되고 인쇄회로기판의 개구 안으로 납땜볼 격자 어레이와 열전도 관계로 연장되는 것을 특징으로 하는 조립체.
  18. 제11항에 있어서, 흡열 구조체가 흡열부와 이 흡열부를 통해서 연장되어 전자 부품에 면하는 열교환 요소를 포함하고, 열전도성 재료가 접착 특성을 갖고 인쇄회로기판 구조체와 열교환 요소 사이에 열전도 접속 상태로 배치되고, 열교환 요소가 열전도성 재료가 유동하게 되는 구멍을 형성하며 열교환 요소가 열전도성 재료에 의해 인쇄회로기판 구조체 상에 반송된 상태로 유지되면서 흡열부가 열교환 요소로부터 제거될 수 있도록 열전도성 재료에 의해 인쇄회로기판에 부착되어 흡열부 상에 장착된 것을 특징으로 하는 조립체.
  19. 제18항에 있어서, 열교환 요소가 넓은 부분과 좁은 부분을 포함하고, 상기 구멍이 넓은 부분과 좁은 부분을 통해서 연장되고, 좁은 부분이 흡열부와 인쇄회로기판에 면하는 흡열부의 측면 상의 넓은 부분을 통해서 연장되는 상태로 상기 열교환 요소가 흡열부 상에 장착되고, 열전도성 재료가 넓은 부분과 인쇄회로기판 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 조립체.
  20. 제19항에 있어서, 열교환 요소를 흡열부에 장착하고 흡열부를 상기 구조체로부터 분리하기 위해 나사형성 장치가 마련된 것을 특징으로 하는 조립체.
  21. 제20항에 있어서, 열교환 요소의 좁은 부분이 넓은 부분으로부터 이격된 단부 구역을 갖고, 나사형성 장치가 상기 단부 구역에 나사부를 갖고 흡열부의 제2측면 상의 단부 구역에 결합가능한 너트를 갖는 것을 특징으로 하는 조립체.
  22. 제21항에 있어서, 열교환 요소가 좁은 부분 상에 파손되기 쉬운 구역을 갖고, 좁은 부분이 개구 내에 유지된 상태에서 열교환 요소의 파열을 일으키고 흡열부의 분리를 가능하게 하도록 열교환 요소가 흡열부의 개구 내에서 회전가능한 것을 특징으로 하는 조립체.
  23. 제18항에 있어서, 열전도성 재료가 파손가능하고, 열교환 요소가 상기 구조체로부터 열교환 요소와 함께 흡열부의 분리를 허용하기 위하여 상기 구조체와 열교환 요소의 넓은 부분 사이에서 접착제의 파열을 일으키도록 흡열부의 개구 내에서 회전가능한 것을 특징으로 하는 조립체.
  24. 제19항에 있어서, 측벽이 흡열부 상에 마련되어 있으며 흡열부가 좁은 부분 상의 제위치에 장착되었을 때 인쇄회로기판의 단부 구역에 인접하기 위한 결합 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 조립체.
  25. 제10항에 있어서, 흡열부가 인쇄회로기판 구조체를 완전하게 둘러싸기 위해 하우징의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 조립체.
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