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 - Google Patents
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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、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。
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。
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。
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 (20)
- 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。
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