JPH0680913B2 - 非常に高い加速度に耐える回路基板パッケージ構造 - Google Patents
非常に高い加速度に耐える回路基板パッケージ構造Info
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- JPH0680913B2 JPH0680913B2 JP1503272A JP50327289A JPH0680913B2 JP H0680913 B2 JPH0680913 B2 JP H0680913B2 JP 1503272 A JP1503272 A JP 1503272A JP 50327289 A JP50327289 A JP 50327289A JP H0680913 B2 JPH0680913 B2 JP H0680913B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
- H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
- H05K7/1427—Housings
- H05K7/1434—Housings for electronics exposed to high gravitational force; Cylindrical housings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
- B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor
- B41J2/17593—Supplying ink in a solid state
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
- H05K7/20236—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures by immersion
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、電気回路基板用のパッケージ構造に関し、特
に回路基板の表面に対してあらゆる方向から与えられ
る、特に回路基板の表面に垂直に与えられる非常に高い
加速度（100,000g以上）にも耐えることができる回路基
板パッケージの構造に関する。
に回路基板の表面に対してあらゆる方向から与えられ
る、特に回路基板の表面に垂直に与えられる非常に高い
加速度（100,000g以上）にも耐えることができる回路基
板パッケージの構造に関する。
［発明の背景］ 例えば100,000gの範囲の非常に高い加速度にさらされる
環境において動作する機会が増加している。このような
場合における今日までの最も著しい技術的対策の１つ
は、通常のプリント回路基板、セラミック基板等が高レ
ベルの加速度によって生じる高い動的負荷によって故障
しないように回路基板を保護することのできる電気回路
基板のパッケージ構造を製作することである。そのため
100,000g以上の加速度を受ける回路基板を保護し収容で
きるパッケージ構造は必要である。
環境において動作する機会が増加している。このような
場合における今日までの最も著しい技術的対策の１つ
は、通常のプリント回路基板、セラミック基板等が高レ
ベルの加速度によって生じる高い動的負荷によって故障
しないように回路基板を保護することのできる電気回路
基板のパッケージ構造を製作することである。そのため
100,000g以上の加速度を受ける回路基板を保護し収容で
きるパッケージ構造は必要である。
［発明の概要］ 本発明の回路パッケージ構造は、剛性の側壁と剛性の端
壁とから成る外部ハウジングと、電気回路をその上面で
支持して前記ハウジング内に設置され、前記ハウジング
の内部を少なくとも２つのチャンバに分割する少なくと
も１つの平面部材とを具備し、各チャンバは液体によっ
て完全に満たされ、平面部材は１つのチャンバ内の液体
と別のチャンバ内の液体とを連通させる通路孔を具備し
ていることを特徴とする。
壁とから成る外部ハウジングと、電気回路をその上面で
支持して前記ハウジング内に設置され、前記ハウジング
の内部を少なくとも２つのチャンバに分割する少なくと
も１つの平面部材とを具備し、各チャンバは液体によっ
て完全に満たされ、平面部材は１つのチャンバ内の液体
と別のチャンバ内の液体とを連通させる通路孔を具備し
ていることを特徴とする。
このような本発明では、各チャンバは実質的に圧縮でき
ない液体によって真空または空気の空間が存在しないよ
うに完全に満たされており、１つのチャンバの液体は、
回路を支持する平面部材に設けられた液体の通路孔の寸
法によって制御された非常に遅い速度でのみ、（例えば
熱膨張によって）隣接したチャンバ内に流れることが可
能である。したがって、これらの液体は高い加速度によ
って回路基板に加えられる大きい力に対して平面部材を
支えて破損しないように保護することができる。
ない液体によって真空または空気の空間が存在しないよ
うに完全に満たされており、１つのチャンバの液体は、
回路を支持する平面部材に設けられた液体の通路孔の寸
法によって制御された非常に遅い速度でのみ、（例えば
熱膨張によって）隣接したチャンバ内に流れることが可
能である。したがって、これらの液体は高い加速度によ
って回路基板に加えられる大きい力に対して平面部材を
支えて破損しないように保護することができる。
図面の簡単な説明 図は、本発明の高いｇに耐えるパッケージ構造の縦断面
図を示す。
図を示す。
［実施例］ 本発明の１実施例の回路基板パッケージ構造10は、構造
10を設けることが可能なミサイル（図示せず）の縦軸と
一致し整列されることが可能な縦軸12を有する円筒形で
あることが好ましい外部のハウジング15を含む。ハウジ
ング15は、図の断面図に示されている剛性の縦の側壁20
と剛性の端壁部分25を有する。ハウジングは鋳造アルミ
ニウムまたはその他の適切な剛性材料で構成され得る。
側壁20は、電気回路を支持するための１以上の平面部材
35をハウジング15の内部に設置し、支持するための適切
な手段30（図では縦の側壁20に形成された平面部材35の
端部を受ける溝として示されている）を備えている。そ
のような平面部材35は、プリント回路基板、セラミック
ボードまたは特定の応用に適したその他の適切な形態を
取ることも可能である。平面部材35は、図においては円
形であるハウジング15の断面と同様な形状を有すること
が好ましい。平面部材35の上部の表面には、電子パッケ
ージ40,42,44が設けられている。そのようなパッケージ
は、抵抗やキャパシタのような個別の回路素子、表面に
取り付けられた集積回路パッケージ、或いは平面部材35
に直接接着され接続配線される半導体ダイ等である。さ
らに平面部材35は、表面またはウエハの表面上に良く知
られた方法によって適当に配置された電気回路を有する
単一半導体ウエハであることも可能である。上部端壁25
と上部の平面部材35との間には第１のチャンバ50が形成
されている。２個の平面部材35の間に形成された別のチ
ャンバ52があり、さらに第３のチャンバ54が下部の平面
部材35と底部の端壁25との間に形成されている。チャン
バ50,52,54のそれぞれは、実質的に圧縮不可能な液体60
によって満たされている。各チャンバは、全く真空また
は気体の存在する空間を残すことがないように十分に液
体で満たされている。電子パッケージ40,42,44自身につ
いてもその内部が液体で満たされておらず、内部に真空
の空間または気体で充填された空間が存在しているパッ
ケージである場合には、それらは開けられてそのような
空間は液体で満たされなければならない。チャンバは、
それぞれのチャンバ内に液体を閉じ込めて、平面部材に
設けられた70,72のような非常に小さい通路孔を通って
のみ他のチャンバ内と連通するように構成されている。
通路孔の寸法は、チャンバ内の液体が非常に遅い速度で
のみ隣接するチャンバ内に流出可能であるような小さい
寸法である。このような小さい寸法の通路孔のみで結合
しているため構造10が急激に高い加速度を受けた場合に
は液体は遅い速度でしか他のチャンバに流れることがで
きないからほとんどそのチャンバに止まっており、液体
が圧縮されないため加速度によって生成された力に対し
て電子パッケージ40,42,44等を支持し、それらの電子パ
ッケージ40,42,44等に加えられる加速度により生成され
る力を軽減する。この通路孔は液体の熱膨張により各チ
ャンバ内の圧力に不平衡が生じないようにゆっくりとし
た圧力変化に適応するように平衡させるためのものであ
る。また、熱膨張の結果として生じる全体的な容量の増
減に対する調整は、ライン76と通路孔74を通ってチャン
バの１つと連結された貯蔵器78によって吸収される。こ
の通路孔74は非常に遅い液体速度のみを可能にするよう
に通路孔70,72と同様に小さい寸法に選定される。すな
わち通路を通る液体速度は、構造が非常に高い加速度を
受ける時の力で液体がチャンバの外に急速に流出できな
いように非常に低く保たれている。大量の液体が余りに
も速くチャンバから流出する場合、平面部材はチャンバ
内の液体によって力を支えられることができなくなり湾
曲して損傷が生じる恐れがある。
10を設けることが可能なミサイル（図示せず）の縦軸と
一致し整列されることが可能な縦軸12を有する円筒形で
あることが好ましい外部のハウジング15を含む。ハウジ
ング15は、図の断面図に示されている剛性の縦の側壁20
と剛性の端壁部分25を有する。ハウジングは鋳造アルミ
ニウムまたはその他の適切な剛性材料で構成され得る。
側壁20は、電気回路を支持するための１以上の平面部材
35をハウジング15の内部に設置し、支持するための適切
な手段30（図では縦の側壁20に形成された平面部材35の
端部を受ける溝として示されている）を備えている。そ
のような平面部材35は、プリント回路基板、セラミック
ボードまたは特定の応用に適したその他の適切な形態を
取ることも可能である。平面部材35は、図においては円
形であるハウジング15の断面と同様な形状を有すること
が好ましい。平面部材35の上部の表面には、電子パッケ
ージ40,42,44が設けられている。そのようなパッケージ
は、抵抗やキャパシタのような個別の回路素子、表面に
取り付けられた集積回路パッケージ、或いは平面部材35
に直接接着され接続配線される半導体ダイ等である。さ
らに平面部材35は、表面またはウエハの表面上に良く知
られた方法によって適当に配置された電気回路を有する
単一半導体ウエハであることも可能である。上部端壁25
と上部の平面部材35との間には第１のチャンバ50が形成
されている。２個の平面部材35の間に形成された別のチ
ャンバ52があり、さらに第３のチャンバ54が下部の平面
部材35と底部の端壁25との間に形成されている。チャン
バ50,52,54のそれぞれは、実質的に圧縮不可能な液体60
によって満たされている。各チャンバは、全く真空また
は気体の存在する空間を残すことがないように十分に液
体で満たされている。電子パッケージ40,42,44自身につ
いてもその内部が液体で満たされておらず、内部に真空
の空間または気体で充填された空間が存在しているパッ
ケージである場合には、それらは開けられてそのような
空間は液体で満たされなければならない。チャンバは、
それぞれのチャンバ内に液体を閉じ込めて、平面部材に
設けられた70,72のような非常に小さい通路孔を通って
のみ他のチャンバ内と連通するように構成されている。
通路孔の寸法は、チャンバ内の液体が非常に遅い速度で
のみ隣接するチャンバ内に流出可能であるような小さい
寸法である。このような小さい寸法の通路孔のみで結合
しているため構造10が急激に高い加速度を受けた場合に
は液体は遅い速度でしか他のチャンバに流れることがで
きないからほとんどそのチャンバに止まっており、液体
が圧縮されないため加速度によって生成された力に対し
て電子パッケージ40,42,44等を支持し、それらの電子パ
ッケージ40,42,44等に加えられる加速度により生成され
る力を軽減する。この通路孔は液体の熱膨張により各チ
ャンバ内の圧力に不平衡が生じないようにゆっくりとし
た圧力変化に適応するように平衡させるためのものであ
る。また、熱膨張の結果として生じる全体的な容量の増
減に対する調整は、ライン76と通路孔74を通ってチャン
バの１つと連結された貯蔵器78によって吸収される。こ
の通路孔74は非常に遅い液体速度のみを可能にするよう
に通路孔70,72と同様に小さい寸法に選定される。すな
わち通路を通る液体速度は、構造が非常に高い加速度を
受ける時の力で液体がチャンバの外に急速に流出できな
いように非常に低く保たれている。大量の液体が余りに
も速くチャンバから流出する場合、平面部材はチャンバ
内の液体によって力を支えられることができなくなり湾
曲して損傷が生じる恐れがある。
本発明のパッケージ構造は非常に高いｇに耐えるように
意図されたものがあるが、高いｇが持続する時間は非常
に短い時間であることが知られている。従って１つのチ
ャンバから別のチャンバへの通路孔70,72を通る液体の
速度を制限することによって、非常に高い加速度レベル
の持続時間中チャンバから流出する液体の量は非常にわ
ずかとなり、チャンバ内の液体の量はほとんど変化しな
いために加速度によって平面部材35に加えられる力に対
して反対側のチャンバ内の液体がそれを支えて平面部材
35が損傷を受けることはない。しかし、これらの通路孔
70,72,74はゆっくりした変化の液体の熱膨張に適応する
ようにゆっくりとした速度で液体を流すことが可能でで
あるから液体の熱膨張によって障害を生じることはな
い。
意図されたものがあるが、高いｇが持続する時間は非常
に短い時間であることが知られている。従って１つのチ
ャンバから別のチャンバへの通路孔70,72を通る液体の
速度を制限することによって、非常に高い加速度レベル
の持続時間中チャンバから流出する液体の量は非常にわ
ずかとなり、チャンバ内の液体の量はほとんど変化しな
いために加速度によって平面部材35に加えられる力に対
して反対側のチャンバ内の液体がそれを支えて平面部材
35が損傷を受けることはない。しかし、これらの通路孔
70,72,74はゆっくりした変化の液体の熱膨張に適応する
ようにゆっくりとした速度で液体を流すことが可能でで
あるから液体の熱膨張によって障害を生じることはな
い。
この構造10内で使用する液体は上記のような作用をする
ものであるから高い加速度を受ける時に容積が変化しな
いことが必要であり、圧縮が実質的に生じないような材
料である必要がある。この目的には例えば3M社（Commer
cial Chemicals Division）によって市販されている
“フルオリナート”（Fluorinert）（商品名）電子装置
用液体のような材料が適当である。その他の液体の性
質、例えば密度や粘度はそれ程臨界的ではない。
ものであるから高い加速度を受ける時に容積が変化しな
いことが必要であり、圧縮が実質的に生じないような材
料である必要がある。この目的には例えば3M社（Commer
cial Chemicals Division）によって市販されている
“フルオリナート”（Fluorinert）（商品名）電子装置
用液体のような材料が適当である。その他の液体の性
質、例えば密度や粘度はそれ程臨界的ではない。
粘度については、液体が通路孔70,72,74等を通過する速
度を遅くするためには或程度の粘性でなければならない
が、この速度は通路孔の寸法も関係するから粘度と通路
孔の寸法の適切な選定によって必要な低い速度を得るこ
とが可能である。
度を遅くするためには或程度の粘性でなければならない
が、この速度は通路孔の寸法も関係するから粘度と通路
孔の寸法の適切な選定によって必要な低い速度を得るこ
とが可能である。
構造10は発射状態においては、例えば矢印100によって
示されているような方向に100,000g以上の加速度を受け
る可能性がある。矢印100で示される方向の加速度が加
えられるとき、矢印105で示される荷重が平面部材35上
に加えられるが、シミュレーション解析によれば、平面
部材35の反対側の（チャンバ52内の）で液体によって生
じる反作用を示す力（矢印110）によってほぼ平衡され
ることが認められる。このとき液体60による平面部材35
の浮力（アルキメデスの法則）は、矢印105によって示
されているように加速度による力と反対方向に力を生じ
るから、これは加速度による力に対して平面部材を支え
る方向である。
示されているような方向に100,000g以上の加速度を受け
る可能性がある。矢印100で示される方向の加速度が加
えられるとき、矢印105で示される荷重が平面部材35上
に加えられるが、シミュレーション解析によれば、平面
部材35の反対側の（チャンバ52内の）で液体によって生
じる反作用を示す力（矢印110）によってほぼ平衡され
ることが認められる。このとき液体60による平面部材35
の浮力（アルキメデスの法則）は、矢印105によって示
されているように加速度による力と反対方向に力を生じ
るから、これは加速度による力に対して平面部材を支え
る方向である。
平面部材35と液体が同じ密度を有する場合には高い加速
度のもとで液体は１つのチャンバから別のチャンバへ流
出する傾向は少なくなる。従って通路孔70,72を大きく
することが可能になり、そのため浄化および流入速度を
適切にするのに十分な大きさに通路孔70,72を形成する
ことが可能である。このようにするためには適当な密度
の液体を選択し（または適当な高い密度の非常に小さい
球体を液体に添加してその密度を調節し）、また平面部
材35の密度を調整することによって液体と平面部材35の
密度を整合させ、平面部材35の浮力をゼロにして中性の
浮力状態にすることができる。しかしながらこのような
中性浮力にすることは本発明において好ましいことでは
あるが不可欠な要件ではない。
度のもとで液体は１つのチャンバから別のチャンバへ流
出する傾向は少なくなる。従って通路孔70,72を大きく
することが可能になり、そのため浄化および流入速度を
適切にするのに十分な大きさに通路孔70,72を形成する
ことが可能である。このようにするためには適当な密度
の液体を選択し（または適当な高い密度の非常に小さい
球体を液体に添加してその密度を調節し）、また平面部
材35の密度を調整することによって液体と平面部材35の
密度を整合させ、平面部材35の浮力をゼロにして中性の
浮力状態にすることができる。しかしながらこのような
中性浮力にすることは本発明において好ましいことでは
あるが不可欠な要件ではない。
装置10が高い横方向のｇ（矢印100に垂直、すなわち平
面部材35の表面に平行な方向の加速度）を受ける場合、
平面部材からパッケージ40,42,44を剪断する力が作用す
るが、その場合にも同様の原理によって液体で支えられ
るためにそのような破壊を阻止することができる。
面部材35の表面に平行な方向の加速度）を受ける場合、
平面部材からパッケージ40,42,44を剪断する力が作用す
るが、その場合にも同様の原理によって液体で支えられ
るためにそのような破壊を阻止することができる。
実験は、高さ約0.25インチの側壁を有する直径約２イン
チのハウジング内に設けられた直径約２インチの薄膜ウ
エハ上について行われた。ウエハはその表面上に設けら
れた部品を有する。構造は、ウエハの面に垂直な方向に
16,000gの加速度を受けた。ウエハおよびその部品は、
どのような損傷も検出されなかった。実験の結果および
シミュレーションに基づいた発射に基づいて、本発明の
ようなそのような装置は100,000g以上の非常に高い加速
度に耐えることができることが明らかにされた。実験の
結果はまた高い密度の液体によって改善された結果が得
られることを示している。
チのハウジング内に設けられた直径約２インチの薄膜ウ
エハ上について行われた。ウエハはその表面上に設けら
れた部品を有する。構造は、ウエハの面に垂直な方向に
16,000gの加速度を受けた。ウエハおよびその部品は、
どのような損傷も検出されなかった。実験の結果および
シミュレーションに基づいた発射に基づいて、本発明の
ようなそのような装置は100,000g以上の非常に高い加速
度に耐えることができることが明らかにされた。実験の
結果はまた高い密度の液体によって改善された結果が得
られることを示している。
以上本発明によって非常に高い加速度の環境から電気回
路を保護するためのパッケージ構造が開発された。添付
の請求の範囲にのみ限定された本発明の技術的範囲を逸
脱することなしに、当業者によってパッケージ構造の各
種の変形および修正ができることは明白に理解されるで
あろう。
路を保護するためのパッケージ構造が開発された。添付
の請求の範囲にのみ限定された本発明の技術的範囲を逸
脱することなしに、当業者によってパッケージ構造の各
種の変形および修正ができることは明白に理解されるで
あろう。
Claims (4)
- 【請求項１】剛性の側壁と剛性の端壁とから成る外部ハ
ウジングと、 電気回路をその上面で支持して前記ハウジング内に設置
され、前記ハウジングの内部を少なくとも２つのチャン
バに分割する少なくとも１つの平面部材とを具備し、 前記各チャンバは液体によって完全に満たされ、 前記平面部材は１つのチャンバ内の液体と別のチャンバ
内の液体とを連通させる通路孔を具備していることを特
徴とする加速度に耐える回路パッケージ構造。 - 【請求項２】前記通路孔が液体の熱膨張を補償するのに
十分な液体流速度を可能にするのに充分な大きさである
請求項１記載のパッケージ構造。 - 【請求項３】前記液体の密度と上面に電気回路を支持す
る前記平面部材の密度とが互いに一致しており、前記通
路孔の寸法がチャンバの浄化および充填を行うための液
体の流速に適応するのに十分な大きさである請求項１記
載のパッケージ構造。 - 【請求項４】平面部材中の通路孔と同じ寸法の通路を通
って少なくとも１つの液体で満たされたチャンバと連通
する貯蔵器を備えている請求項１記載のパッケージ構
造。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US146,634 | 1988-01-21 | ||
| US07/146,634 US4891688A (en) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | Very high-acceleration tolerant circuit card packaging structure |
| PCT/US1988/004563 WO1989006895A1 (en) | 1988-01-21 | 1988-12-20 | Very high-acceleration tolerant circuit card packaging structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02503377A JPH02503377A (ja) | 1990-10-11 |
| JPH0680913B2 true JPH0680913B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=22518260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1503272A Expired - Lifetime JPH0680913B2 (ja) | 1988-01-21 | 1988-12-20 | 非常に高い加速度に耐える回路基板パッケージ構造 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4891688A (ja) |
| EP (1) | EP0356509B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0680913B2 (ja) |
| CA (1) | CA1294059C (ja) |
| DE (1) | DE3879198T2 (ja) |
| DK (1) | DK462689A (ja) |
| ES (1) | ES2012226A6 (ja) |
| IL (1) | IL88866A (ja) |
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