JPH0773159B2 - 回路カード組立体伝導熱交換器および回路カード組立体冷却方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、対流冷却用に本質的に設計された回路カード
組立体の熱伝導冷却への適用に関する。この適用は凹所
を有する熱的取付板および凹所内の誘電体熱伝導材料を
設けることを含む。回路カード組立体のピン側部は熱的
取付板に対して誘電体中のピンと結合される。熱は部品
からピンを通って誘電体および熱的取付板に伝導され
る。

発明の背景 半導体装置は普通印刷配線板の１側面に取付けられる。
関連する半導体装置を有するそのような印刷配線板の冷
却は半導体装置を臨界的温度以下に保持するために必要
である。そのような回路カード組立体の冷却に対する一
般的な方法は空気を送ることである。もちろん、そのよ
うな空気冷却は除去可能な熱の量に関する明確な制限を
有する。特に回路カード組立体が電子部品によって密集
してパックされるか、或いは回路カードへの直接の外部
空気の侵入が望ましくないか或いは禁止される環境にお
いて適用されるときである。さらに、そのような回路カ
ード組立体は冷却のために十分な空気が組立体間を流れ
るように間隔を隔てなければならない。熱伝導冷却は熱
的取付板を半導体装置パッケージに直接結合する、通常
では部品と回路カードの間に結合することによって試み
られた。そのような熱的取付板は構成するのに困難であ
り、長い薄い熱伝導部分によりしばしば貧弱な熱の伝導
路を有する。材料の厚さは部品リード長および印刷配線
板の厚さにより制限される。パッケージ自体との接触に
よって回路カード組立体の半導体パッケージを冷却する
試みはパッケージの異なる形態および位置により冷却器
の必要な個々の結合の困難さを有する。さらに、装置の
部品側に位置する冷却器は回路カード組立体がサービス
可能になる前に除去されなければならない。回路カード
上に組立てられた種々の大きさの電子パッケージ装置の
グループが熱伝導的に冷却されることのできる熱伝導冷
却構造およびそれを構成する方法を必要とする。

本発明の特徴は、回路カードを再設計せずに熱伝導によ
る直接の空気侵入対流冷却用に設計された回路カード組
立体を冷却する構造および方法を提供することである。
これは部品の位置および型式に関係なく同じ寸法の任意
の回路カード組立体に適用可能な冷却器を提供する。冷
却器は強制的な対流冷却に同等或いはそれより優れるよ
うに電子装置を熱伝導的に冷却する。

発明の概要 本発明の理解を助けるために、熱的取付板が高い熱伝導
率の軟質誘電体材料を支持することを特徴とする回路カ
ード組立体用のピンサイド冷却器および回路カード組立
体を冷却する方法を提供することが本質的な概要形態に
あることを説明できる。回路カード組立体のピン側から
延在するピンは部品からの熱を熱的取付板に移送するた
めに誘電体中に押付けられる。この方法は誘電体熱伝導
体により熱的取付板を形成し、回路板の側部上のピンを
誘電体に押付けるステップを含む。

したがって、本発明の目的および利点は、熱をピンを通
して部品から抽出するために回路カード組立体のピン側
から延在するピンと結合する熱伝導冷却器を提供するこ
とである。

本発明の別の目的および利点は、ほぼ同じ形状の任意の
回路カードは回路カード組立体上の部品の数、位置、お
よび型式に関係なく冷却器によって冷却されることがで
きる軟質誘電体を有する伝導熱交換器を提供することで
ある。

本発明の別の目的および利点は、回路カード組立体が回
路カード上の部品を再び配置することなく各部品をピン
を通して伝導的に冷却することによって熱伝導冷却に変
換され、カードの縁部分に対する最高放散部品の熱伝導
路長を最小にするようにピンサイド冷却器を現存の回路
カード組立体に付加することである。

本発明の別の目的および利点は、回路カード組立体の修
理のために回路カード組立体から熱的取付板を容易に分
離する回路カード組立体のピン側から回路カード組立体
が冷却されることができる方法を提供することである。

本発明のその他の目的および利点は本明細書の次に述べ
る部分、請求の範囲および添付図面の研究から明らかに
されるであろう。

図面の簡単な説明 図１は分解した位置における回路カード組立体を有する
本発明のピンサイド冷却器を示す分解斜視図である。

図２はピンサイド冷却器並びに回路カードの部分的拡大
断面図である。

図３は本発明の回路カード組立体に関連する複数のピン
サイド冷却器を含むカードボックスの横断面図である。

好ましい実施例の説明 回路カード組立体が図１において全体を符号10として示
されている。回路カード組立体10は電子回路装置のグル
ープが取付けられる印刷配線板12を具備する。装置は抵
抗またはキャパシタでよいが、通常は半導体装置であ
る。半導体装置は単一の接合装置または集積回路装置で
あってもよい。各装置は印刷配線板の回路に接続する多
重外部接続部を有する装置自身のパッケージ中に位置す
る。電子装置14は印刷配線板12に取付けられ電気的に接
続された複数の装置の１実施形態として図１および図２
に詳細に示されている。一連の長方形の電子装置が図１
に示されているが、大抵の場合電子装置は種々の寸法お
よび形状を有する。さらに、配線板12に取付けられた装
置は符号16によって示されているようなコネクタ装置を
含むことができる。印刷配線板12は単層印刷配線板また
は中間レベルに回路トレースを有する多層印刷配線板の
どちらであってもよい。回路板12は端部分18,20および
縁部分22,24で終端するものとして示されている。端部
分および縁部分は印刷配線板の横の寸法を限定する。設
計明細によると、これらの印刷配線板の寸法は標準であ
る。

複雑な回路において、互いに平行に隣接して配置される
複数の回路カード組立体が通常設けられている。それ
故、通常のカードボックスにおいて、組立体の電子装置
の対流冷却のために空気が送られる。密集した回路また
は回路カードへの直接の空気の侵入を許容できない環境
に対して、そのような対流冷却は適切ではなく、発生さ
れた熱を除去するために熱伝導冷却が好ましい。本発明
によると、回路カード組立体の電気抵抗によって発生さ
れた熱を除去するためにピンサイド冷却器が各回路カー
ド組立体を設けられる。

電子装置は複数のピンによって回路板に接続される。こ
れらのピンは列をなして配置され、単純な装置は電子装
置のそれぞれの長い縁部分付近に１列を有し、列をなし
たピンを２列ずつ形成する。他の装置は３列以上の接続
ピンを有することができる。ピンは装置から延在し、回
路に電気的に接続される。ピンは印刷配線板を通って装
置と反対側の印刷配線板のパッドの開口を通って延在す
る。ウェーブ半田付けは多数のピンをそれぞれ対応する
パッドに半田付けするためにしばしば使用される。図２
に示されているように、電子装置14は印刷配線板の対応
する開口を通って延在し装置14の反対側の印刷配線板の
半田パッドの開口を通って延在する４つのピン26,28,3
0,32を有する。これらのパッドは符号34,36,38,40によ
って示されている。特定の回路カード組立体10は空気冷
却のために形成された標準カードである。全ての電子装
置は配置の際ウェーブ半田付けによって適所に半田付け
される。半田付けの後、ピンは均一の長さに、例えば装
置14の反対側の印刷配線板の底面より0.635ミリメート
ル（0.025インチ）下方で切断される。半田フィレット
は電子装置を回路板に電気的に接続し電子装置を回路板
に固定するためにピンおよびパッド上に形成する。その
ような印刷配線板および回路カード組立体は標準設計で
あり、この条件に有用である。回路板において、ソケッ
トはピンを有する電子装置が取外しできるように差込ま
れるために設けられる。これらの差込み装置は修理また
は交換の便査上特に有用である。ピン側からの冷却装置
のために、本発明によって、回路板の後側で半田付けさ
れたピンを有する装置を使用することが好ましい。これ
は差込みソケットの使用と比較して熱伝導率を改良す
る。

回路カード組立体の冷却を改良するために、熱的取付板
50が設けられる。中心部分52はその端部として上向きフ
ランジ54,56を有する。これらのフランジは回路カード
組立体10に対する位置決定フランジとして作用する。フ
ランジ間の間隔は端部18と20の間の回路カード組立体の
長さよりもわずかに大きい。縁部58と60間の中心部分の
幅はその縁部22と24の間の回路カード組立体の幅と同じ
である。ウェブ62,64は上向きフランジに形成され、図
２に見られるように印刷配線板12の厚さに等しい高さに
位置する。熱的取付板のフランジと縁部の間にポケット
66が形成される。ポケット66は誘電体であるべき要求と
調和する最高の熱伝導率のものである誘電体弾性エラス
トマ68を受け入れる。エラストマはポケットを充填する
ので、図１の見られるような取付表面は実質上平坦であ
る。

熱伝導率を最大にするために熱的取付板の材料は金属で
ある。銅は好ましい材料であり、アルミニウムも同様に
好ましい。与えられた特定の実施例において、銅は熱的
取付板の材料であり、中心部分の厚さは2.032ミリメー
トル（0.080インチ）である。ポケットの深さは1.016ミ
リメートル（0.040インチ）である。図１において、回
路カード組立体の印刷配線板側が対向する熱的取付板周
辺全てに、ポケット66の周辺に縁が設けられることに注
目すべきである。さらに、パッドは固定具開口を受ける
のに十分な領域を設けるためにポケットの各コーナーに
設けられる。パッド70,72が図１において熱的取付板の
右方に示され、符号のない対応する対がまた左方に示さ
れている。さらに、パッドは熱的取付板のそれぞれ長い
側に沿って配置されている。パッド74,76が特に符号で
示されている。

ポケットはシリコーンプライマを用いてポケットをスプ
レーすることによってエラストマを受けるために処理さ
れる。ゼネラルエレクトリック社のシリコーンSS4155は
適切であることがわかった。エラストマ68はポケットに
充填され、ドクターブレードで水平にされる。Eccosil
4954は適切なエラストマであることがわかった。エラス
トマは適所に配置された後に真空バッグによって覆わ
れ、実質上全てのガスをポケットおよびエラストマから
抽出するのに十分に長く真空室内に配置される。エラス
トマは回路カード組立体のピン側のピンを受け、突き出
さないように回路カード組立体のピン側部はMiller Ste
enson MS 122のような炭化弗素乾式薄膜剥離剤によって
スプレーされた。ポケットは全てのピンがエラストマ中
に受け入れるように形成される。パッドはピン領域から
離れている。回路カード組立体の位置を固定するため
に、小さいねじ穴はその縁部分に隣接する回路カード組
立体および熱的取付板のパッドを通って設けられる。組
立てられるとき、ねじまたはボルトのような固定具は回
路カード組立体を熱的取付板に対して適所に保持する。
図３に見られるように、エラストマの厚さはピンが熱的
取付板に到達しないでそこから絶縁されるように構成さ
れる。ピンはエラストマを通して熱的取付板に熱的に接
続される。

カードボックス78が図３に示されている。カードボック
ス78は複数の回路カード組立体を受入れ保持して保護
し、他の回路カード組立体および他の電子装置と接続で
きるように組立体を配置する。カードボックス78は熱交
換器84,86によってそれぞれ熱を除去される２つの冷却
板80,82を有する。これらの熱交換器は利用可能な媒体
に依存してガス冷却、液体冷却、または冷却剤で冷却さ
れることができる。冷却板はカードを保存する熱的取付
板の端部を受けるノッチを有する。ノッチ88,90は熱的
取付板50の上方ウェブ62および下方ウェブ64をそれぞれ
受ける。熱的取付板を適所に固定し、良好な熱的接続を
維持する機械的な力を与えるために、くさび92,94はウ
ェブの位置をクランプするためにウェブに隣接するノッ
チに配置される。このようにして、熱が発生される電子
装置からピンおよびエラストマを通って熱的取付板に抽
出される。熱的取付板は冷却板にクランプされることに
よって冷却される。

回路カード組立体の除去はくさびを解除し、電子接続部
を分離しながら回路カード組立体およびそれに関連する
熱的取付板を引出すことによって行われる。このように
して取出されるとき、回路カード組立体を熱的取付板に
取付けるねじは除去され、回路カード組立体は熱的取付
板から浮き上がる。したがって回路カード組立体は試
験、修復および、または交換できる。

本発明が現在の最良の形態で説明されたが、それは発明
の能力を要することなしに当業者の能力内の多くの変
形、形態、および実施例が可能であることは明らかであ
る。したがって、本発明の技術的範囲は以下請求の範囲
によって限定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−59840（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−158655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−21900（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−41191（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−40889（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭57−25980（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印刷配線板のピン側から制御された長さに
   延び出るピンを有する部品を有する印刷配線板を含む冷
   却回路カード組立体において、 前記印刷配線板のピン側部の前記ピンが結合された誘電
   体エラストマを有する熱的取付板を具備し、部品からの
   熱がピンおよびエラストマを通って熱的取付板に伝導す
   ることを特徴とする回路カード組立体。
2. 【請求項２】前記熱的取付板はポケットを有し、前記エ
   ラストマは前記ポケット内に配置され、ピンが前記エラ
   ストマを通って延在することを阻止する手段として作用
   するように前記ポケット周辺に位置する前記熱的取付板
   は回路カード組立体によって結合されるように配置され
   ている請求項１記載の回路カード組立体。
3. 【請求項３】前記熱的取付板は回路カード組立体に対し
   て前記ポケット周辺に連続的な周縁支持体を設けるよう
   に前記ポケット周辺の全てに延在する請求項２記載の回
   路カード組立体。
4. 【請求項４】回路カード組立体によって接続されるよう
   に配置され、前記熱的取付板および回路カード組立体を
   共にクランプするためにそれらを結合する手段が設けら
   れている前記ポケットに隣接するパッドをさらに含んで
   いる請求項２記載の回路カード組立体。
5. 【請求項５】回路カード組立体の１側面に部品を有し、
   部品から出ているピンがピン側から延び出て回路カード
   から制御された長さに延び出ている回路カード組立体を
   形成するステップを含む回路カード組立体を冷却する方
   法において、 １側部に位置する誘電体エラストマを有する熱伝導材料
   の熱的取付板を形成し、 エラストマに対して回路カード組立体のピン側部を適用
   し、ピンをエラストマを貫通しないようにエラストマに
   押付けるステップを含み、回路カード組立体のピン側部
   のピンがピンからの熱をエラストマを通って熱的取付板
   に伝導するようにエラストマに押付けられることを特徴
   とする方法。
6. 【請求項６】回路カード組立体を熱的取付板に取外しで
   きるように固定するステップをさらに含んでいる請求項
   ５記載の方法。
7. 【請求項７】熱的取付板は縁部間にポケットを形成さ
   れ、縁部は回路カード組立体のピン側のピンの制御され
   た長さよりも大きいポケットの底部からの距離を有して
   おり、 エラストマの配置はポケット内のエラストマの配置を含
   む請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】部品側およびピン側を有する印刷配線板を
   含み、前記印刷配線板の前記部品側部に電子部品を設
   け、前記部品のピンは前記印刷配線板を通って、前記印
   刷配線板のピン側から延び出ており、前記ピンは前記部
   品に電気的に接続されるためのものであり、前記印刷配
   線板のピン側で前記印刷配線板のパッドに半田付けさ
   れ、さらに前記印刷配線板の前記ピン側から制御された
   長さに延出ている冷却される回路カード組立体におい
   て、 前記印刷配線板の前記ピン側に隣接して配置された熱的
   取付板と、前記印刷配線板の前記ピン側に対向する前記
   熱的取付板上の誘電体エラストマとを具備し、前記ピン
   は前記エラストマに結合し、前記熱的取付板から離れて
   位置し、前記ピン間の電気的分離が維持されることを特
   徴とする冷却される回路カード組立体。
9. 【請求項９】パッドが前記エラストマ周辺に配置され、
   前記回路カード組立体の前記ピン側は前記パッドに結合
   し、前記ピンは前記エラストマを貫通して延び出ること
   を阻止される請求項８記載の冷却される回路カード組立
   体。
10. 【請求項１０】前記熱的取付板はポケットを有し、前記
    ポケットは前記回路カード組立体の前記ピン側から外に
    延び出る前記ピンの長さよりも深く、前記エラストマは
    前記ポケット内に配置され、前記ポケットは前記エラス
    トマを前記回路カード組立体の前記ピン側によって結合
    させ、前記エラストマへのピンの侵入を制限するために
    周縁壁を有する請求項９記載の冷却される回路カード組
    立体。