JP2021150645A

JP2021150645A - 電子アセンブリ、および電子アセンブリを組み立てる方法

Info

Publication number: JP2021150645A
Application number: JP2021036810A
Authority: JP
Inventors: ヴィジェイエンドラナヤクヘブリ; Vijayendra Nayak Hebri
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2021-09-27
Also published as: US20210298197A1; EP3882963A1; US11337338B2

Abstract

【課題】過度の重量を追加することなく、必要な構造的支持を提供する補強材を有した電子アセンブリを提供する。【解決手段】電子アセンブリは、プリント配線板（ＰＷＢ）と、ＰＷＢに固定される補強材とを含む。補強材は１つ以上のトレイセクションを含む。１つ以上の電子モジュールは、各々、補強材の１つ以上のトレイセクションに固定されている。【選択図】図１

Description

例示的な実施形態は、電子モジュールの熱管理の技術、具体的には、プリント配線板（ＰＷＢ）アセンブリの補強材を使用する熱伝導管理アーキテクチャに関する。

幅広い利用では、プリント配線板（ＰＷＢ）を使用して、電子部品を支持及び相互接続する。個々の電子部品、及び一緒にパッケージ化された電子部品を含む電子モジュールが存在する。補強材は、ＰＷＢに機械的支持を提供するために使用されるフレームである。概して、補強材は、過度の重量を追加することなく、必要な構造的支持を提供する必要がある。

一実施形態では、電子アセンブリは、プリント配線板（ＰＷＢ）と、ＰＷＢに固定された補強材とを含む。補強材は１つ以上のトレイセクションを含む。１つ以上の電子モジュールは、各々、補強材の１つ以上のトレイセクションに固定されている。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、ウェッジロックは圧縮力に基づいて補強材を固定する。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第１のウェッジロック取付レールはウェッジロックの第１のセットを支持し、第２のウェッジロック取付レールはウェッジロックの第２のセットを支持する。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、補強材の第１の端は第１のウェッジロック取付レールを形成し、補強材の第２の端は第２のウェッジロック取付レールを形成する。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、補強材の材料はアルミニウム合金である。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、ねじは、１つ以上の電子モジュールを各々補強材の１つ以上のトレイセクションに添着する。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、ねじは補強材をＰＷＢに添着する。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、接着フィルムは補強材をＰＷＢに接着する。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、ギャップは、補強材の１つ以上のトレイセクションのそれぞれの両側にある。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、１つ以上の熱パッドは、１つ以上の電子モジュールのそれぞれと、補強材の１つ以上のトレイセクションの各々のものとの間に配置される。

別の実施形態では、電子アセンブリを組み立てる方法は、１つ以上のトレイセクションを伴う補強材を製造することと、補強材をプリント配線板（ＰＷＢ）に固定することとを含む。１つ以上の電子モジュールは、各々、補強材の１つ以上のトレイセクションに固定される。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、ウェッジロックは圧縮力に基づいて補強材を固定するように配列される。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、第１のウェッジロック取付レールは補強材の第１の端から形成され、第２のウェッジロック取付レールは補強材の第２の端から形成される。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、補強材はアルミニウム合金から製造される。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、１つ以上の電子モジュールは、各々、ねじを使用して補強材の１つ以上のトレイセクションに添着される。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、補強材は、ねじを使用してＰＷＢに添着される。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、補強材は、接着フィルムを使用してＰＷＢに接着される。

追加的または代替的に、本実施形態または他の実施形態では、ギャップは、補強材の１つ以上のトレイセクションのそれぞれの両側に形成される。

以下の説明は、決して限定的であると見なすべきではない。添付の図面に関して、類似の要素には類似の番号が付されている。

１つ以上の実施形態による、プリント配線板（ＰＷＢ）アセンブリの分解図である。例示的な実施形態による補強材の上側を示す。図２Ａに示される補強材の下側を示す。１つ以上の実施形態による、補強材のトレイセクションを覆う熱パッドを示す。図３に示される熱パッド上のモジュールを示す。図４に示されるＡ−Ａを通る断面図である。図４に示されるＢ−Ｂを通る断面図である。１つ以上の実施形態によるＰＷＢアセンブリの等角図を示す。１つ以上の実施形態によるＰＷＢアセンブリの上から見た図を示す。１つ以上の実施形態による、ＰＷＢアセンブリの側面図である。図６Ｂに示されるＣ−Ｃを通る断面図である。

開示される装置及び方法の１つ以上の実施形態の詳細な説明は、図面を参照して、限定ではなく例示として本明細書に提示される。

前述のように、ＰＷＢは、電子部品を個々に支持及び相互接続する、または電子モジュールに一緒にパッケージ化された電子部品を支持及び相互接続する。概して、いくつかの電子部品（例えば、抵抗、コンデンサ）は、他の部品（例えば、ダイオード、磁気）よりも放散が少なくなり得、多くの構成要素を収容する電子モジュール（例えば、直流（ＤＣ）−ＤＣコンバータ、トランジスタ、金属酸化膜、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、シリコンカーバイドＭＯＳＦＥＴ（ＳｉＣＦＥＴ））よりもはるかに少ない熱を放散し得る。本明細書に詳述される実施形態は、ＰＷＢの補強材を使用する熱伝導管理アーキテクチャに関する。説明の目的で説明される例示的な電子モジュールは、ＤＣ−ＤＣコンバータである。しかしながら、本明細書に詳述されるアーキテクチャによって容易になる伝導性熱伝達は、他の電子モジュール及び個々の電子部品と同様に適用可能である。これらの実施形態の例示的な利用には、深宇宙の利用、水中ベースの利用、及び地上ベースの利用が含まれる。熱放散要件は、特殊利用よりもむしろ、１つ以上の実施形態に従ったＰＷＢアセンブリの使用を推進する。

図１は、１つ以上の実施形態による、ＰＷＢアセンブリ１００の分解図である。６つの電子モジュール１１０は、６つの熱パッド１２０上に位置する。６つの熱パッド１２０は、補強材１３０のトレイセクション１３５に適合する。補強材１３０は、接着フィルム１５０によってＰＷＢ１６０に接着されている。補強材１３０の端は、ウェッジロック６１０（図６Ａ）のためのウェッジロック取付レール１４０として機能する。電子モジュール１１０によって生成された熱は、熱パッド１２０を通ってトレイセクション１３５に流れ、最終的に、ヒートシンクとして機能するウェッジロック取付レール８１０に流れる。

６つの電子モジュール１１０及び対応する熱パッド１２０及びトレイセクション１３５が説明の目的で示されるが、ＰＷＢアセンブリ１００は拡張可能である。すなわち、トレイセクション１３５のサイズ、その数、及びその位置を変更できる。概して、比較的高い熱放散の電子部品（例えば、ダイオード、磁気）及び電子モジュール１１０は、熱の流れを改善するためにウェッジロック取付レール１４０の近くに設置される一方、より低い熱放散の電子部品（例えば、抵抗器、コンデンサ）は、ＰＷＢ１６０の中央により近く、ウェッジロック取付レール１４０から遠くに設置され得る。加えて、より低い熱放散の電子部品は、トレイセクション１３５上ではなく、ＰＷＢ１６０上に直接設置され得る。電子モジュール１１０がＤＣ−ＤＣコンバータである例示的な場合では、６つの例示的なＤＣ−ＤＣコンバータは、合計５４ワットを放散する。熱分析を行い、特定の利用の温度要件が、ＰＷＢアセンブリ１００の内部の所与の配列によって満たされていることを検証し得る。

図２Ａ及び図２Ｂは、例示的な実施形態による、補強材１３０の両側を示す。例示的な実施形態では、補強材１３０は、６つのトレイセクション１３５を含む。図２Ａは、説明の目的で、上側２１０と称される補強材１３０の片側を示す。図２Ａでは、トレイセクション１３５が電子モジュール１１０を収容するために凹んでいることが示される。ＤＣ−ＤＣコンバータを収容するためのトレイセクション１３５の例示的な寸法は、約３．８インチの長さＬ、約２．８インチの幅Ｗ、及び０．５インチの深さＤであり得る。トレイセクション１３５は約０．０９インチの厚さを有し得る。トレイセクション１３５の熱放散能力は、その厚さに比例しない。補強材１３０全体の寸法は、６つの電子モジュール１１０を収容する例示的な場合では、約１５インチの長さ及び約１１インチの幅であり得る。補強材１３０は、補強材１３０をＰＷＢ１６０に固定するために使用される穴２２０を含む。トレイセクション１３５のそれぞれは、電子モジュール１１０（図１）をトレイセクション１３５に固定するために４つの角のそれぞれに穴２２５を含むことが示される。トレイセクション１３５のそれぞれは、また、ワイヤ及びピンを収容するためのギャップ２３０を含む。例えば、モジュール１１０からのジャンパーワイヤは、ギャップ２３０は通過し、ＰＷＢ１６０にはんだ付けできる。

図２Ｂは、説明の目的で、下側２４０と称される上側２１０の反対側の補強材１３０の側を示す。補強材１３０の下側２４０は、接着フィルム１５０によってＰＷＢ１６０に接着される側である。トレイセクション１３５のそれぞれは、補強材１３０が単一の金属構造であるように機械加工され得る。トレイセクション１３５が補強材１３０の一体部分であるため、トレイセクション１３５のそれぞれと補強材１３０との間の熱界面抵抗は除去される。熱界面抵抗の除去は、トレイセクション１３５が補強材１３０の一部ではない場合（すなわち、熱界面抵抗がある場合）よりも高い熱の放散を容易にする。補強材１３０に使用される材料はアルミニウム合金であり得、この理由として、アルミニウム合金は、例えば、熱伝導特性があり、比較的軽量である（例えば、銅と比較して軽い）ためである。例示的な実施形態に従って、シリーズ２０００、６０００、及び７０００アルミニウム合金を使用し得る。補強材１３０は、熱的機能に加えて構造的機能を果たす。ＰＷＢアセンブリ１００の特殊利用及び関連仕様に基づいて、補強材１３０は、振動及びパイロショックの要件に従って十分な支持を提供する必要がある。構造分析を行い、ＰＷＢアセンブリ１００が特定の利用の構造要件を満たしていることを確実にし得る。

図３は、１つ以上の実施形態による、補強材１３０のトレイセクション１３５を覆う熱パッド１２０を示す。熱パッド１２０は、補強材１３０のトレイセクション１３５と同じサイズであり、固定または接着されるのではなく、トレイセクション１３５上に設置される。熱パッド１２０の厚さは、例えば、約０．０１インチであり得る。トレイセクション１３５に直接接触するであろうモジュール１１０の表面及びトレイセクション１３５自体の表面は、完全に滑らかではない。したがって、モジュール１１０のそれぞれと、対応するトレイセクション１３５との間に熱パッド１２０がない場合、接触が不完全になり、その結果、モジュール１１０とトレイセクション１３５との間の熱流が減ることになる。熱パッド１２０は、熱界面抵抗を減らし、それにより、ＰＷＢアセンブリ１００の熱放散能力を増加する。

図４は、図３に示される熱パッド１２０上のモジュール１１０を示す。例示的なモジュール１１０のそれぞれはＤＣ−ＤＣコンバータであり、ピン４１０は補強材１３０のトレイセクション１３５のそれぞれの一方の側のギャップ２３０の中に延びる。断面Ａ−Ａ及び断面Ｂ−Ｂは、各々、図５Ａ及び図５Ｂに詳述される。図５Ａは、図４に示されるＡ−Ａを通る断面図である。トレイセクション１３５の各側のギャップ２３０、及びギャップ２３０のピン１４０が見える。また、モジュール１１０と補強材１３０のトレイセクション１３５との間の熱パッド１２０は、図５Ａに示される図で見える。図５Ｂは、図４に示されるＢ−Ｂを通る断面図である。図４のように、断面Ｂ−Ｂは、モジュール１１０を補強材１３０に固定するために使用される穴２２５に合わせて整列していることを示す。これらは、図５Ｂのモジュール１１０の一方の側に見える。また、ウェッジロック取付レール１４０の断面は、図５Ｂに見える。

図６Ａ及び図６Ｂは、１つ以上の実施形態による、ＰＷＢアセンブリ１００の２つの異なる図を示す。図６Ａは、ＰＷＢアセンブリ１００の等角図を示す。ウェッジロック６１０は、ウェッジロックねじ（図示せず）にトルクを加えることによって取り付けられる。トルクは、ウェッジロック６１０に軸力と垂直力の両方を与える。垂直力は、例えば、補強材１３０が電子ボックスのシャーシ内の所定の位置にしっかりと保持されることを確実にする圧縮力として補強材１３０に伝達される。ウェッジロック６１０は、図１に示されるウェッジロック取付レール１４０によって支持される。図６Ｂは、ＰＷＢアセンブリ１００の上から見た図である。電子モジュール１１０を補強材１３０に添着するために穴２２５（図２）に適合するねじ６２０が見える。また、補強材１３０をＰＷＢ１６０に添着するために穴２２０（図２）に適合するねじ６３０も見える。図６Ｂに示される断面Ｃ−Ｃは図８に示される。

図７は、１つ以上の実施形態による、ＰＷＢアセンブリ１００の側面図である。また、側面図の一部の拡大図が示される。側面図は、ウェッジロック６１０の下にウェッジロック取付レール１４０を示す。このウェッジロック取付レール１４０は、図４に示されるように、端として延びる補強材１３０の一部である。前述のように、ウェッジロック６１０によってかけられる圧縮力は、補強材１３０をＰＷＢ１６０上の所定の位置にしっかりと保持する。また、補強材１３０とＰＷＢ１６０との間の接着フィルム１５０、及びねじ６３０（図６）は、補強材１３０及びＰＷＢ１６０の取り付けを確実にする。

図８は、図６Ｂに示されるＣ−Ｃを通るＰＷＢアセンブリ１００の断面図である。矢印を使用して、１つ以上の実施形態による、ＰＷＢアセンブリ１００で発生する熱伝達を示す。電子モジュール１１０によって放出された熱は、補強材１３０のトレイセクション１３５に流れ込む。前述のように、熱パッド１２０は、電子モジュール１１０とトレイセクション１３５との間の熱界面抵抗を低減し、それにより、熱放散を増加させる。次に、補強材１３０のトレイセクション１３５に向けられる熱は、補強材１３０の端、ウェッジロック取付レール１４０に向けられる。したがって、ウェッジロック取付レール１４０は、熱源（すなわち、電子モジュール１１０）のヒートシンクとして機能する。ウェッジロック取付レール１４０の温度は、例えば、対流ヒートシンク、放射ヒートシンク、またはそれら両方によって制御される。

本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態だけを説明する目的のためのものであり、本開示を限定する意図はない。本明細書で使用されるように、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が別段に明確に示さない限り、同様に複数形も含むことが意図される。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で使用されるとき、述べられる特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されよう。

本開示は例示的な実施形態または複数の実施形態を参照して説明されているが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ得、均等物がその要素の代わりになり得ることは当業者によって理解されよう。加えて、本開示の本質的の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本開示の教示に適応させるために、多くの修正がなされ得る。したがって、本開示は、本開示を実行するために想到される最適の形態として開示される特定の実施形態に限定されるのではなく、本開示は、特許請求の範囲の中にある全ての実施形態を含むことが意図される。

Claims

電子アセンブリであって、
プリント配線板（ＰＷＢ）と、
前記ＰＷＢに固定された補強材であって、前記補強材は１つ以上のトレイセクションを含む、前記補強材と、
前記補強材の前記１つ以上のトレイセクションに各々固定された１つ以上の電子モジュールと、
を備える電子アセンブリ。
圧縮力に基づいて前記補強材を固定するように構成されるウェッジロックをさらに備える、請求項１に記載の電子アセンブリ。
前記ウェッジロックの第１のセットを支持するように構成される第１のウェッジロック取付レールと、前記ウェッジロックの第２のセットを支持するように構成される第２のウェッジロック取付レールとをさらに備える、請求項２に記載の電子アセンブリ。
前記補強材の第１の端は前記第１のウェッジロック取付レールを形成し、前記補強材の第２の端は前記第２のウェッジロック取付レールを形成する、請求項３に記載の電子アセンブリ。
前記補強材の材料はアルミニウム合金である、請求項１に記載の電子アセンブリ。
前記１つ以上の電子モジュールを各々前記補強材の前記１つ以上のトレイセクションに添着するように構成されるねじをさらに備える、請求項１に記載の電子アセンブリ。
前記補強材を前記ＰＷＢに添着するように構成されるねじをさらに備える、請求項１に記載の電子アセンブリ。
前記補強材を前記ＰＷＢに接着するように構成される接着フィルムをさらに備える、請求項１に記載の電子アセンブリ。
前記補強材の前記１つ以上のトレイセクションのそれぞれの両側にギャップをさらに備える、請求項１に記載の電子アセンブリ。
前記１つ以上の電子モジュールのそれぞれと、前記補強材の前記１つ以上のトレイセクションの各々のものとの間に配置される１つ以上の熱パッドをさらに備える、請求項１に記載の電子アセンブリ。
電子アセンブリを組み立てる方法であって、
１つ以上のトレイセクションを有する補強材を製造することと、
前記補強材をプリント配線板（ＰＷＢ）に固定することと、
１つ以上の電子モジュールを各々前記補強材の前記１つ以上のトレイセクションに固定することと、
を含む方法。
圧縮力に基づいて前記補強材を固定するためにウェッジロックを配列することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
前記ウェッジロックの第１のセットを支持するための第１のウェッジロック取付レールを形成することと、前記ウェッジロックの第２のセットを支持するための第２のウェッジロック取付レールを形成することとをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
前記第１のウェッジロック取付レールを前記形成することは前記補強材の第１の端からであり、前記第２のウェッジロック取付レールを前記形成することは前記補強材の第２の端からである、請求項１３に記載の方法。
前記補強材を前記製造することは、アルミニウム合金からである、請求項１１に記載の方法。
ねじを使用して、前記１つ以上の電子モジュールを各々前記補強材の前記１つ以上のトレイセクションに添着することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
ねじを使用して、前記補強材を前記ＰＷＢに添着することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
接着フィルムを使用して、前記補強材を前記ＰＷＢに接着することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
前記補強材の前記１つ以上のトレイセクションのそれぞれの両側にギャップを形成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
前記１つ以上の電子モジュールのそれぞれと、前記補強材の前記１つ以上のトレイセクションの各々のものとの間に、１つ以上の熱パッドを配置することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。