(57)【要約】  電子回路用パッケージングシステムが提供される。電子回路は、基板上に配設することができ、基板は、パッケージングシステムの１つまたは複数の構成部品の中に入っていてもよく、あるいはその他の方法でそれらに取り囲まれてもよい。パッケージングシステムは、（ｉ）基板を入れる、またはその他の方法で取り囲むことができる内部ハウジングと、（ｉｉ）今度はその領域内に内部ハウジングと基板の組合せを入れる、または取り囲む外部ハウジングと、（ｉｉｉ）電子回路と内部ハウジングと外部ハウジングの間に位置する１つまたは複数の間隙とを含むことができる。間隙は、流体または固体の断熱媒体で充填されてもよい。内部ハウジングと外部ハウジングと間隙の組合せにより、パッケージングシステムが高い温度に短期間露出されるときに、有害で破壊的な加熱の影響から電子回路を隔離することができ、それによって電子回路は、そのように露出される前、その間、その後に動作性を維持することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配設された電子回路のためのパッケージングシステムであって、
前記基板を取り囲む内部ハウジングと、
前記内部ハウジングおよび前記基板を取り囲む外部ハウジングと、
前記内部ハウジングと外部ハウジングの間に配置された間隙との、組合せを含み、
前記間隙が断熱媒体で充填され、これにより、前記パッケージングシステムが高い温度に短期間露出されるときに、前記内部ハウジングと前記外部ハウジングと前記間隙との前記組合せによって、前記電子回路が動作性を維持することができるシステム。
【請求項２】
前記断熱媒体が流体である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記流体が空気である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
その上に配設された前記電子回路を有する前記基板が、シリコンベースの基板、セラミックベースの基板、および回路基板ベースの基板からなる基板のグループから選択された基板を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記電子回路が感知電子部品を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記感知電子部品が近接センサを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記近接センサが、ホール効果感知素子、磁気抵抗感知素子、電位差感知素子、および超音波感知素子からなるグループから選択された感知素子を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記内部ハウジングが、低い熱伝導率を有する材料から製作される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記内部ハウジングが、プラスチック、セラミック、および金属製の材料からなるグループから選択された材料から製作される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記外部ハウジングが、高い熱伝導率を有する材料から製作される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記外部ハウジングが、鋼鉄、プラスチック、およびセラミック製の材料からなるグループから選択された材料から製作される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記内部ハウジングが低い伝導率を有する材料から製作され、かつ前記外部ハウジングが高い熱伝導率を有する材料から製作される場合、前記間隙が第１の厚さを有し、前記内部ハウジングおよび前記外部ハウジングが低い伝導率を有する材料から製作される場合、前記間隙が第２の厚さを有し、前記第１の厚さが前記第２の厚さよりも大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記高い温度が、最大約４２５℃までの温度を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記短期間の露出が、最大約１５秒までの期間を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
高い温度への前記短期間の露出中およびその後、前記電子回路が、動作性を維持する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記内部ハウジングと前記基板の間に配置され、断熱媒体で充填された第２の間隙をさらに含み、前記第２の間隙が追加の断熱層をもたらす、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
基板上に配設された電子回路のためのパッケージングシステムであって、
低い熱伝導率を有する材料から製作され、前記基板を受け入れるための第１の空洞を画成し、少なくとも１つの突出部を有する外側表面を含み、前記少なくとも１つの突出部が前記外側表面から延びる、内部ハウジングと、
前記内部ハウジングおよび基板を受け入れるための第２の空洞を画成し、前記第２の空洞が前記内部ハウジングの前記外側表面から延びる前記少なくとも１つの突出部と接触するための内側表面を含む、外部ハウジングと、
前記内部ハウジングの前記外側表面と前記外部ハウジングの前記内側表面の間に配置され、断熱媒体で充填された間隙との、組合せを含み、
これにより、前記パッケージングシステムが高い温度に短期間露出されるときに、前記内部ハウジングと前記外部ハウジングと前記間隙の前記組合せによって、前記電子回路が動作性を維持することができるシステム。
【請求項１８】
前記内部ハウジングがほぼ円筒形であり、かつ遠位端および近位端を有し、前記近位端が前記第１の空洞のための開口を有し、
前記内部ハウジングの前記外側表面の少なくとも１つの突出部が、（ｉ）前記遠位端上に配置された少なくとも１つの第１の台座と、（ｉｉ）前記遠位端近くの前記内部ハウジングの前記外側表面上に軸方向に配置された複数の第２の台座と、（ｉｉｉ）前記近位端近くの前記内部ハウジングの前記外側表面上に径方向に配置された少なくとも１つのリングとを画定し、
前記外部ハウジングの前記第２の空洞の前記内側表面が、遠位端および近位端を有する円筒形部分を画成し、前記近位端が前記第２の空洞のための開口を有し、前記内部ハウジングが前記外部ハウジング内に挿入されるとき、（ｉ）少なくとも１つの第１の台座が前記第２の空洞の前記遠位端と接触し、（ｉｉ）前記複数の第２の台座が前記第２の空洞の前記内側表面と接触し、（ｉｉｉ）前記少なくとも１つのリングが前記第２の空洞の前記内側表面と接触し、
前記内部ハウジングが前記外部ハウジング内に挿入されるとき、断熱媒体で充填された間隙が、前記内部ハウジングの前記外側表面と前記外部ハウジングの前記内側表面の間の領域を画成する請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記基板が遠位端および近位端を有し、前記基板が前記第１の空洞内に受け入れられると、前記基板の前記遠位端が前記第１の空洞の前記遠位端に近く、前記基板の前記近位端が前記第１の空洞の前記近位端に近くなり、前記電子回路が感知電子部品を含み、前記感知電子部品が外部機器に結合するためのターミネーションケーブルを有し、前記基板が前記第１の空洞内に受け入れられると、前記ターミネーションケーブルが前記第１の空洞の前記近位端から突き出る、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
（ｉ）前記第１の空洞内部の前記基板と、（ｉｉ）前記内部ハウジングの前記近位端および前記外部ハウジングの前記近位端とを互いに密封するための少なくとも１つのシールをさらに含み、前記ターミネーションケーブルが前記シールを貫通する、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１の空洞と前記基板の間に配置され、断熱媒体で充填された第２の間隙をさらに含み、前記第２の間隙が追加の断熱層をもたらす、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記内部ハウジングの前記外側表面と前記基板の間に配置された電磁妨害シールドをさらに含み、前記電磁妨害シールドが前記基板の少なくとも一部分を取り囲む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記内部ハウジングの前記外側表面と前記基板の間に配置された電磁妨害シールドをさらに含み、前記電磁妨害シールドが前記基板の少なくとも一部分を取り囲む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２４】
請求項２１の電子回路用パッケージングシステムと、取り付けハードウェアとを含むキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般に電子回路のパッケージング（packaging）に関し、より詳細には、電子回路が、高い温度に短期間露出された後に動作を継続できるようになる電子回路のパッケージングに関する。本発明は、離着陸など航空機の使用中に短期間高温環境条件が存在する可能性がある、民間および／または軍用航空の応用分野で特に有用である。
【背景技術】
【０００２】
増大する処理速度とより高い周波数の性能を含み、より小さなサイズとより複雑な電力の要求を有する、高性能な電子部品が発達するにつれて、相対的に、電子部品自身の内部に、高い内部温度が発生する可能性がある。マイクロプロセッサ、集積回路、および他の小さなフィーチャ（feature）の電気構成部品およびシステムが他の機器内に組み込まれる、またはそれと並んで配置されると、この高い内部温度がさらに悪化する恐れがある。
【０００３】
大抵のマイクロプロセッサ、集積回路および他の高性能な電子部品は一般に、ある範囲の閾値温度下でのみ効率的に動作する。閾値温度範囲の大半は、電気構成部品の内部温度および他の周囲電子回路の輻射温度で使い尽くされる。多くの現代の電子回路は約８０〜１００℃の外部温度で問題を示し始め、わずか１００℃より上の温度で機能しなくなり始める。その結果、電気構成部品に作用する追加の環境温度条件により、構成部品温度が動作閾値よりも上に引き上げられる可能性があることによって、残念なことに、多くの、望ましいが、厳しい環境条件の位置における電子回路の使用が制限される。
【０００４】
これらの構成部品の動作中に生じる、または加えられる過剰な熱は、それ自身の性能に悪影響を与えるだけでなく、かかる構成部品を含むシステム全体の機能停止のところまで性能および信頼性を低下させる恐れがある。電子システムが動作することが期待される、極端な温度を含む、ますます広がる環境条件の範囲は、上記の悪影響を強める。例えば、電子部品の温度が、短時間でも動作可能な閾値温度より上になると、シリコンデバイスの接合点が不良になる恐れがあり、それによって半田パッドが望ましくない冷接合（cold solder joint）を引き起こし始め、それによってサーミスタおよび他の温度感知構成素子が移動し、電子回路が動作不能になる恐れがある。ならびに、プリント回路基板およびその材料が展性を有するようになり、損傷を受け易くなり、他の電気機械的故障が生じる恐れがある。
【０００５】
超小型電子デバイスを厳しい環境条件下で使用する必要性が増加するにつれて、温度管理が、ますます重要な電子製品設計要素になる。述べたとおり、電子装置の性能信頼性も平均寿命も、その装置の構成部品温度と反比例の関係にある。例えば、典型的なシリコン半導体などのデバイスの動作温度を低減させると、それに対応してデバイスの信頼性および平均寿命が指数関数的に増加する可能性がある。したがって、構成部品の寿命および信頼性を最大にするには、設計者によって設定された限界内でデバイス動作温度を制御することが極めて重要である。
【０００６】
多くの従来のデバイスおよびシステムは、内部の放熱および外部から加えられた熱の悪影響に対処するために、ヒートシンク（heat sinks;脱熱器）を使用している。ヒートシンクは、発熱する電子部品などの熱源の表面から、より冷えた環境（通常は空気）へ放熱し易くする構成部品である。ヒートシンクの主目的は、その設計者および／または製造業者によって指定された最大許容温度より下にデバイス温度を維持する助けとなることである。
【０００７】
しかし、ヒートシンクの使用には限界がある。まず、ヒートシンクは、主に、空気と直接接する表面積を増やすことによって構成部品と周囲空気の間の熱伝導率を増やそうとするので、大型になる可能性がある。多くの応用例では、ヒートシンクは、その表面積を増やして、放熱を電子部品からヒートシンクを介して空気までもたらすために、フィンまたはその他の構造で形成される。ヒートシンクおよび他の関連する電子回路のサイズの制約によって、電子パッケージングの縮小が強く制限されるので、小さな場所への電子回路の配置が妨げられる。
【０００８】
次いで、ヒートシンクから空気への熱伝導は効率が悪いので、ヒートシンクが反応し得る前に、下にある電子回路に損傷が生じることがある。さらに、ヒートシンクは、外部温度が下にある回路の内部熱より非常に高いと、動作回路に熱を実際に伝達することもある。そしてかかるヒートシンクに外部温度が加わるときには、ヒートシンクの熱伝導により、回路への熱の伝達が遅延することもある。したがって、下にある回路を保護するために使用される外部温度センサのあらゆる潜在的な利点が妨げられる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、必要なものは、破壊的な高い温度環境に短期間露出されることから電子デバイスまたはアセンブリを保護または保つための、中にある電子部品のサイズ、重さ、コスト、保守性および信頼性に有害な制限を加えない装置または方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
基板上に配設することができる、電子回路のためのパッケージングシステムが提供される。このパッケージングシステムは、（ｉ）基板を取り囲むことができる内部ハウジングと、（ｉｉ）内部ハウジングおよび基板の組合せを取り囲むことができる外部ハウジングと、（ｉｉｉ）内部ハウジングと外部ハウジングの間に配置された間隙との組合せを含む。この間隙は、空気などの断熱媒体で充填することができる。パッケージングシステムが高い温度に短期間露出されている間およびその後、内部ハウジング、外部ハウジング、および間隙の組合せによって、電子回路は動作性を維持する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付図面と併せて例示的実施形態を以下に説明する。様々な図において、同じ参照番号は同じ要素を表す。以下の詳細な説明には、本発明の完全な理解をもたらすために、多数の具体的な詳細が記載されている。しかし、これらの具体的な詳細がなくても本発明を実施できることが理解されよう。その他の場合には、本発明を曖昧にしないように、周知の方法、手順、構成部品および回路は詳細に説明しなかった。さらに、ここで開示する本明細書において好ましい実施形態は、例示のためだけのものであり、他の実施形態を、ここで開示する実施形態の代わりに、またはそれと組み合わせて用いることができる。
【００１２】
１．構造の例
図１は、例示的実施形態によるパッケージングシステムを組み込んだ、電子モジュール１００の等角図を示している。図１に示す例示的電子モジュール１００は、パッケージングシステム１０２と、パッケージングシステム１０２を航空機などの外部装置に取り付けるための取り付けハードウェア１０４とを含む。電子モジュール１００は、ターミネーションケーブル１０６も含む。ターミネーションケーブル１０６は、パッケージングシステム１０２の中に入った電子回路１０８をコントローラなどの外部機器に電気的に結合することができる。このコントローラは、航空機上に配置し取り付ける、かつ／またはその他の方法で固定することができる。
【００１３】
電子回路１０８は、ベースすなわち基板１１０上に配設することができ、基板１１０は、パッケージングシステム１０２の１つまたは複数の構成部品の中に入っていてもよく、あるいはその他の方法でそれらに取り囲まれてもよい。一実施形態では、パッケージングシステム１０２は、（ｉ）その領域内に基板１１０を入れる、またはその他の方法で取り囲むことができる内部ハウジング１１２と、（ｉｉ）今度はその領域内に内部ハウジング１１２と基板１１０の組合せを入れる、または取り囲む外部ハウジング１１４と、（ｉｉｉ）内部ハウジング１１２と外部ハウジング１１４の間に位置する間隙１１６とを含むことができる。間隙１１６は、空気などの断熱媒体で充填してもよい。内部ハウジング１１２と外部ハウジング１１４と間隙１１６の組合せにより、パッケージングシステム１０２が高い温度（例えば４２５℃）に短期間（例えば、５〜１５秒）露出されるときに、有害で破壊的な加熱効果から電子回路１０８を隔離することができ、それによって電子回路１０８は、そのように露出される前、その間、その後に動作性を維持することができる。
【００１４】
図２は、図１に示した電子モジュール１００の分解図を示す。図２を参照すると、基板１１０は、シリコン、セラミック、回路基板材料（例えばＦＲ４／Ｇｌ０）、フレックステープ、および／または電子回路１０８をその上に形成、蒸着かつ／または成長させることができる他の任意のベースから、製作することができる。図２の例示的形態に示すように、基板は、両面基板、多層基板、プリント回路基板でもよい。
【００１５】
電子回路１０８は、マイクロプロセッサ回路、無線周波数回路、電源回路、レギュレータ回路、感知回路、およびその他の集積回路、モノリシック回路、および／またはディスクリート回路を含む、任意のタイプの電子回路でよい。例示的一実施形態では、電子回路１０８は、金属製の物体の存在および／または電子モジュール１００からの間隔を検出するように配置することができる、近接感知回路およびそれに関連する機能調整電子部品を含むことができる。
【００１６】
電子回路１０８には例えば、１つまたは複数の（ｉ）実際の検出を行い、応答感知信号（例えば、在／不在の離散的信号または間隔検出測定値のアナログ／比例信号）を提供する近接感知素子と、（ｉｉ）電子モジュール１００の温度によって変動する近接感知素子の出力を安定させるために、温度効果を最小限にし、かつ／または除去するための温度補償素子と、（ｉｉｉ）感知信号を増幅し、フィルタをかけるための増幅素子とが含まれてもよい。このタイプの電子回路は、格納庫扉の存在（またはその欠落）を感知して、離陸および着陸のための格納庫扉の位置（例えば、開または閉）を決定するために、航空機の車輪格納庫内に配置することができる。
【００１７】
磁気抵抗感知素子、電位差測定感知素子および超音波感知素子などの他の感知素子が、例示的な近接感知素子の代わりに、またはそれに加えて使用されてもよい。そのような他の感知回路が使用される場合、電子回路１０８は、感知素子に見合うように追加の機能調整回路および／または異なる機能調整回路を含むことができる。あるいは、電子回路１０８は、感知素子だけを含んでもよく、感知素子によって生成された感知信号は、機能調整回路が存在する遠隔位置まで送られる。他の構成も可能である。
【００１８】
再び図２を参照すると、内部ハウジング１１２は、内部ハウジングの空洞１２０を画成している。内部ハウジングの空洞１２０の領域は、基板１１０と電子回路１０８の組合せを中に入れるために使用される。
【００１９】
内部ハウジング１１２は、様々な材料から製作することができる。これらの材料は、プラスチック、セラミック、または金属製の材料、アマルガムおよびその組合せ、および低い熱伝導率を有する他の材料を含むことができる。内部ハウジング１１２は、成型、鋳造、機械加工、打抜き加工、および／または他の形成技術などの周知の製作プロセスを使用して、様々な構造に形成することができる。例示的一実施形態では、内部ハウジング１１２は、摂氏２０９度（℃）以上の成型後融点を有する熱可塑性の、射出成型された２０％ガラス入りの低粘性ポリエーテルイミドから製作される。
【００２０】
表１は、内部ハウジング１１２を製作するのに使用することができる、例示的熱可塑性材の未加工形態（raw-form）特性を示す。これらの特性は、例示的な目的のためだけに示される。同様または異なる特性を有する他の材料も使用することができる。さらに、射出成型に加えて、あるいはその代わりに他の成型／製作プロセスを使用することもできる。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
内部ハウジング１１２は、その形状について様々な構造をとることができるが、図２に示す例示的な円筒形に形成されてもよい。円筒形の内部ハウジング１１２は、近位端１２２および遠位端１２４を有してもよい。内部ハウジング空洞１２０の開口が、近位端１２２のところにあってもよい。円筒形の内部ハウジング１１２は、内側表面１２６および外側表面１２８も含む。内部ハウジング１１２を外部ハウジング１１４から分離するために、１つまたは複数の突出部が外側表面１２８上に配設されている。内部ハウジング１１２が外部ハウジング１１４の中に入っている、あるいはその他の方法でそれに取り囲まれているときに、突出部は外部ハウジング１１４の内側表面１３０と接触することができる。
【００２３】
サイズ、形状、および突出部の数は、外部ハウジング１１４（および電子モジュール１００）が高い温度に短期間露出されているときに外部ハウジング１１４から発する熱の伝導を低減するように変動することができる。しかし、突出部のフィーチャサイズ、形状とその数は相互に関連付けることができる。したがって、これらの特性の１つを変更すると、別のものを変更する必要がある場合があるということを意味し得る。
【００２４】
例えば、例示的一実施形態では、各突出部のフィーチャサイズは、外部ハウジング１１４からの熱の伝導を低減するために最小にすることができ、各突出部の形状は、外部ハウジング１１４との接触領域を最小にするために熱を分散するように選択することができる。しかしそうすると、突出部の数が、より大きいフィーチャサイズを有する他の実施形態の突出部の数より大きくなる可能性がある。
【００２５】
あるいは、突出部のサイズ、形状、および数は、内部ハウジング１１２と外部ハウジング１１４の間の構造上の分離と、熱伝導の低減とのバランスをとるように変動してもよい。突出部のサイズ、形状、および数は、他の理由のために変動することもできる（例えば、製造のコストおよび複雑さ）。
【００２６】
図２に示す円筒形の内部ハウジング１１２構造の例では、突出部は、（ｉ）遠位端１２４に配置された１つまたは複数の第１の台座（スタンドオフとも呼ばれる）１３２と、（ｉｉ）遠位端１２４のところ、またはその近くの外側表面１２８の周囲に軸方向に配置された、１つまたは複数の第２の台座１３４（Ａ〜Ｂ）と、（ｉｉｉ）近位端１２２のところ、またはその近くの外側表面１２８の周囲に径方向に配置された、１つまたは複数のリング１３５（Ａ〜Ｃ）とを含む。
【００２７】
複数のスタンドオフを配置する実施形態では、第１の台座１３２および第２の台座１３４（Ａ〜Ｂ）は、外側表面１２８の周囲にわたって均等に隔置することができる。この第１の台座１３２および第２の台座１３４（Ａ〜Ｂ）は、遠位端１２４と内部ハウジング１１２の外側表面１２８の円筒形部分との間の境界面で交わることができ、それによって連続した台座を形成することができる。
【００２８】
内部ハウジング１１２と同様に、外部ハウジング１１４は、様々な材料から製作することができる。これらの材料は、金属、プラスチック、またはセラミック、および／または他の材料、アマルガムおよびその組合せを含んでもよい。外部ハウジング１１４は、成型、鋳造、機械加工、打抜き加工、および／または他の形成技術などの周知の製作プロセスを使用して、様々な構造に形成することができる。これらの様々な構造は、内部ハウジング１１２の形状を模倣してもよく、あるいはしなくてもよい。
【００２９】
例示的一実施形態では、外部ハウジング材料は、セラミックなどの低い熱伝導率を有する材料のグループから選択される。このような選択によって、厳しい環境条件に対する耐性、ならびに電子モジュール１００のための取り付け位置の同種および異種の材料との材料適合性に加えて、高い温度に対する断熱バリアがもたらされ得る。ただし、その脆い特性のため、セラミック製の外部ハウジングは、応用の可能性の幅を限定されることがある。
【００３０】
他の例示的実施形態では、外部ハウジング１１４は、アルミニウムまたはステンレス鋼などのより高い熱伝導率を有する材料から機械加工される。これらの材料は、上記の基準に加えて構造的剛性などの利益をもたらすことができる。構造的剛性の利益を収めることができるのは、取り付け位置および航空機の動作によって、かかる基準を必要とする可能性がある電子モジュール１００上に物理的応力がかかる、民間および軍用航空機用途である。
【００３１】
かかる例示的一実施形態では、外部ハウジング１１４は、ステンレス鋼ロッドから機械加工される。表２は、この例示的外部ハウジングの特性を示す。この特性は、例示的な目的のためだけに示される。同様または異なる特性を有する他の材料も使用することができる。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
図２に示す例示的実施形態では、外部ハウジング１１４は円筒形である。円筒形の外部ハウジングは、外側表面１３８、遠位端１４０および近位端１４２を有する。内部ハウジング１１２と同様に、外部ハウジング１１４は、空洞１３６（「外部ハウジングの空洞」）を画成する。外部ハウジングの空洞１３６は、内部ハウジング１１２をその中に入れる、またはその他の方法で取り囲むように形成される。外部ハウジング１１４は、例えば、内部ハウジング１１２の周りに外部ハウジング１１４を成型するなど、内部ハウジング１１２の周りに直接形成されてもよい。
【００３４】
あるいは、外部ハウジング空洞１３６は、開口と共に形成されてもよい。外部ハウジングの空洞１３６の開口は、外部ハウジング１１４の近位端１４２に配置することができる。したがって、内部ハウジング１１２は、内部ハウジング１１２および外部ハウジング１１４が共軸の配置にあるように、この開口を通って（例えば、プレス）外部ハウジングの空洞１３６に挿入されてもよい。挿入されると、内部ハウジング１１２の突出部または内部ハウジング自身１１２は、外部ハウジング空洞１３６と、隙間嵌め、滑り嵌め、または締まり嵌めの状態にすることができる。
【００３５】
図２に示す例示的実施形態では、外部ハウジング空洞１３６は同様に円筒形に形成することができる。したがって、内部ハウジング１１２が外部ハウジングの空洞１３６内に挿入されるとき、（ｉ）第１の台座の一部またはすべてがその遠位端１４４に接触することができ、（ｉｉ）第２の台座の一部またはすべてが、リング１３５（Ａ〜Ｃ）の一部またはすべてと共にその内側表面１３０に接触することができる。
【００３６】
図１および図２を併せて参照すると、断熱媒体で充填することができる間隙１１６が、内部ハウジング１１２と外部ハウジング１１４の間に配設されている。断熱媒体は、例えば、空気などの流体、セラミックなどの固体、または流体および固体のある組合せでもよい。この間隙１１６は、様々な構造に形成することができ、各構造は、断熱媒体を保有するための潜在的に異なる容積を有する様々な物理的大きさ（例えば、長さ、幅、高さ）を有する。
【００３７】
ある構造の例では、間隙１１６は、内部ハウジング１１２が外部ハウジング１１４の内部に入った後に、円筒形の外部ハウジングの空洞１３６と内部ハウジング１１２の外側表面１２８の間に配設される。間隙１１６の境界は、外部ハウジング１１４から内部ハウジング１１２を分離することによって画定することができ、これは（ｉ）第１の台座１３２が外部ハウジング空洞１３６の遠位端１４４と接触し、（ｉｉ）第２の台座１３４（Ａ〜Ｂ）が外部ハウジングの空洞１３６の内側表面１３０に接触し、（ｉｉｉ）リング１３５（Ａ〜Ｃ）が外部ハウジングの空洞１３６の内側表面１３０と接触した結果生じる。
【００３８】
上記のように、突出部（例えば、第１の台座１３２、第２の台座１３４（Ａ〜Ｂ）およびリング１３５（Ａ〜Ｃ））のサイズ、形状および数は変動してもよく、これによって、間隙１１６のサイズおよび形状が変動することもある。これらの変形形態は、高い温度に短期間露出されているときに温度の悪条件から断熱電子回路を隔離するために、ハウジング１１４からの熱の伝導を低減するように、かつ／または内部ハウジング１１２と外部ハウジング１１４の間の構造的な分離のバランスをとるように配置することができる。
【００３９】
間隙１１６のサイズおよび形状には、断熱媒体のタイプも影響を及ぼしている。例えば、断熱媒体が低い熱伝導率を有する場合は、低い熱伝導率の断熱媒体の量（例えば、容積）は、高い熱伝導率を有する断熱媒体より少なくてよい。したがって、この例の場合では、間隙１１６（すなわち内部ハウジングと外部ハウジングの間の分離）のサイズおよび形状は、媒体の熱伝導率のタイプに従って、スライド式のスケールに沿って変化することができる。このスケールに沿って、断熱媒体が低い熱伝導率を有するときはより小さい間隙１１６を使用することができ、断熱媒体が高い熱伝導率を有するときはより大きい分離を使用することができる。さらに、内部ハウジング１１２および外部ハウジング１１４を構成する材料も、間隙１１６のサイズ、形状に影響を及ぼす可能性がある。
【００４０】
以下の表３は、内部ハウジング１１２、外部ハウジング１１４、および間隙１１６の、寸法および材料の例を示す。これらの寸法は、例示的な目的のためだけに示される。同様または異なる寸法を有する他の構造も使用することができる。
【００４１】
【表３】
2007505499.tif 000005
【００４２】
内部ハウジング１１２および外部ハウジング１１４に加えて、電磁妨害および無線周波妨害シールド１５０（ＥＭＩ／ＲＦＩシールド）もまた、パッケージングシステム１０２内に含まれてもよい。ＥＭＩおよびＲＦＩは、システム内に電気的障害を引き起こす。こういった障害は、自然現象、電気機械式機器からの低周波または他の電子デバイスからの高周波（ＲＦ１）によるものである。一般的に、ＥＭＩ／ＲＦＩの許容限界は、連邦通信委員会（Federal Communication Commission）または他の管理機関によって定められる。多くの電子サブシステムが入り混じった航空機などの大規模なシステムでは、ＥＭＩ／ＲＦＩノイズによって電子モジュール１００内部に含まれた電子回路に支障が生じ、あるいは望ましくない影響が引き起こされる恐れがある。ＥＭＩを低減または除去するために、ＥＭＩシールド１５０などのＥＭＩシールドを含むことができる。
【００４３】
ＥＭＩシールド１５０は、様々な材料から製作することができる。これらの材料は、様々な導電性のある金属、積層板、アマルガムおよびその組合せを含むことができる。一般的に、ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０は、電子回路１０８の接地ノードに接続され、望ましくないＥＭＩ／ＲＦＩをそのノードへ逃がす。
【００４４】
シールド積層板は、プラスチック製の断熱フィルムと結合された金属箔からなり得る。これらの部品は、アクリル系接着剤を使用して加圧下で接合される。この箔はシールド特性をもたらし、絶縁体は、構成部品または回路基板とのあらゆる電気的短絡を防止する。絶縁体は、最終的なデザインに剛性を追加する。材料は、シールドの形態、嵌め合いおよび機能に基づき選択することができる。これらのシールドは、様々な形状およびサイズに設計、製造することができる。
【００４５】
あるいは、ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０は、打抜き加工された鋼鉄、銅、アルミニウム、および／または他の電気的導電性材料から形成してもよい。ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０は、シールド材料が電子回路に短絡しないように、内部ハウジング１１２内に成型、または設計することができる。例えば、ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０または電子回路は、電子回路と電気的に短絡しないように、噴霧、またはその他の方法で断熱被膜でコーティングすることができる。ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０は、上記の材料に限定されず、同様または異なる特性を有する他の材料も使用することができる。さらに、打抜き加工および成型に加えて、あるいはその代わりに、他の製作プロセスを使用してもよい。
【００４６】
ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０は、図２に示すように例示的円筒形に形成することができる。円筒形のＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０は、近位端および遠位端を有することができる。基板１１０を受け入れるための開口が、ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０の近位端にあってよい。円筒形のＦＭＩ／ＲＦＩシールド１５０はまた、内側表面および外側表面も有する。組み立てるときは、ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０の内側表面および外側表面は、それぞれ基板１１０および内部ハウジングの空洞１２０と、隙間嵌め、滑り嵌め、または締まり嵌めの状態にすることができる。他の構造も可能である。
【００４７】
内部ハウジング１１２を直接基板１１０と電子回路１０８の組合せを覆って成型する場合のように、その組合せを内部ハウジング１１２が密封していないならば、第２の間隙１１７を基板１１０と内部ハウジングの空洞１２０の間に配置することができる。この第２の間隙１１７は、断熱媒体で充填されることができる。間隙１１６と同様に、断熱媒体は、空気などの流体、硬化したシリコーン接着剤などの固体、または流体と固体のいくつかの組合せでもよい。第２の間隙１１７は、間隙１１６に加えて、またはその代わりに配置されることができる。
【００４８】
やはり、図２にシーリングシステム１６０が示されている。シーリングシステム１６０は、内部ハウジングの空洞１２０内部に基板を、かつ内部ハウジング１２２および外部ハウジング１４２の各近位端を密封するが、ターミネーションケーブル１０６を外界へ貫通させる、１つまたは複数の密封機構を含むことができる。例示的実施形態では、シーリングシステム１６０は、ワッシャ１６２、グロメット１６４、およびブッシング１６６を含む。
【００４９】
ワッシャ１６２、グロメット１６４、およびブッシング１６６の材料は、（ｉ）基板１１０と内部ハウジング１１２の間、（ｉｉ）内部ハウジング１１２と外部ハウジング１１４の間、および（ｉｉｉ）ターミネーションケーブル１０６とシーリングシステム１６０の間の、形態および嵌め合いに基づいて選択することができる。例示的実施形態では、ワッシャ１６２はステンレス鋼から製作することができ、グロメット１６４はシリコンまたはシリコンゴムアマルガムから製作することができ、ブッシング１６６はステンレス鋼から製作することができる。他の材料が使用されてもよい。
【００５０】
２．電子モジュールのアセンブリの例
図３は、図１および図２に示されている電子モジュール１００を、例示的実施形態に従って組み立てるためのフローチャート３００を示す。電子モジュール１００を組み立てるための以下の説明は、図２に示されている構成部品の参照番号を使用する。
【００５１】
図３を参照すると、ブロック３１０では、シーリングシステム１６０が組み立てられ、あるいはその他の方法で配置され、ターミネーションケーブル１０６を覆う。これには、後のシーリングに含むために、ターミネーションケーブル１０６をワッシャ１６２、グロメット１６４、およびブッシング１６６の中を通して緩く挿入する必要がある。
【００５２】
ブロック３１２では、ターミネーションケーブル１０６は組み立てられ、基板１１０と結合される。例示的実施形態では、ターミネーションケーブル１０６は、基板に半田付けされるときに張力を緩和するのに十分な長さのケーブルを残して、基板１１０（例えば、プリント回路基板）の中を通して送られる。ターミネーションケーブル１０６は、基板１１０とターミネーションケーブル１０６の境界面にある半田接合に影響を及ぼす恐れのある、振動、熱による膨張、および他の機械的応力から保護するように、基板１１０の中を通して送られてもよい。ターミネーションケーブルは、他の方法で組み立てられ、基板に結合されてもよい。
【００５３】
ブロック３１４では、ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０を組み立てて基板１１０を覆い、それに結合することができる。これには、基板１１０を覆ってＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０を配置し、そのシールドを基板１１０上の接地ノードに半田付けする必要があってもよい。上記のように、ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０は、内部ハウジング１１２内に成型されてもよく、あるいはその他の方法で組み込まれてもよい。したがって、このステップは省略されてもよいが、ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０はやはり、基板１１０が内部ハウジング１１２内に挿入される、あるいはその他の方法でその中に入っているときに、基板１１０に接続される必要があり得る。
【００５４】
ブロック３１６では、基板１１０が、内部ハウジング１１２内に挿入される、あるいはその他の方法でその中に入れられる。この組立ては、機械的に有利な（例えば、梃子）、油圧、または空圧プレス機、および／または他の挿入工具またはツーリングを使用して実行することができる。ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０が組み立てられ、基板１１０に結合される場合は、この組合せを内部ハウジングの空洞１２０内に挿入することができる。実際には、ＥＭＩ／ＲＦＩシールド１５０と基板１１０の組合せは、内部ハウジングの空洞１２０の内側表面１２６と滑り嵌めから締まり嵌めの状態にある。
【００５５】
この組合せを内部ハウジングの空洞１２０内に挿入または「プレス」するには、取り付けを容易にし、環境危険から電子回路を保護するために、温度硬化型シリコン製保護用ゲルなどの潤滑シーリング材を内側表面１２６上ならびに基板１１０一面に使用することができる。ＥＭＩ／ＲＦＩシールドが内部ハウジング１１２の中に成型される、あるいはその他の方法でその中に入っているかどうかに係わらず、基板１１０を内部ハウジングの空洞１２０内に挿入するときに、かかる潤滑剤を使用することができる。
【００５６】
この例示的構造では、第２の間隙１１７が、基板１１０と内部ハウジングの空洞１２０との間に配置され、配設される。この第２の間隙１１７は、空気と、不十分な量の硬化型シリコーン接着剤との組合せで充填することができる。必要に応じて、真空チャンバ内で基板１１０と電子回路１０８の組合せを内部ハウジング１１２内に組み立ててもよく、それによって第２の間隙１１７が挿入され密封されると、第２の間隙１１７は硬化型接着剤と真空の組合せを含むことができる。第２の間隙１１７を配置するときに、内部ハウジング１１２、外部ハウジング１１４、間隙１１６および／または第２の間隙１１７の組合せが電子回路を隔離することができ、それによって電子回路１０８は、パッケージングシステム１０２が高い温度に短期間露出される前、その間およびその後に、動作性を維持することができる。
【００５７】
ブロック３１８では、内部ハウジング１１２が、共軸方向に外部ハウジング１１４の中に入れられる、あるいはその他の方法で挿入される。実際には、内部ハウジング１１２は、梃子の利点をもった、油圧および／または空圧プレス機を使用して、内部ハウジング１１２の突出部が、外部ハウジングの空洞１４２の内側表面１３０と滑り嵌めから締まり嵌めの状態になるように、外部ハウジング１１４内に機械的に「プレス」される。基板１１０を内部ハウジングの空洞１２６へ挿入するプロセスと同様に、外部ハウジングの空洞１４２内への内部ハウジング１１２の取り付けを容易にするために、シリコーンゲルなどの潤滑剤を使用することができる。上記のように、潤滑剤は、外部ハウジングの空洞１４２の内側表面１３０上および／または内部ハウジングの外側表面１２８上にも使用することができる。
【００５８】
ブロック３２０では、内部ハウジング１１２を外部ハウジング１１４内に挿入した後、シーリングシステム１６０を所定の位置に組み立てることができる。シーリングシステム１６０を組み立てる際、ワッシャ１６２を押し込み、内部ハウジングの空洞１２０の近位端１２２および／または外部ハウジング１１４の内側表面１３０に突き当てて接着する（例えば接着剤または熱融解処理を使用して）ことによって、あるいは他の密封機構によって、基板１１０と電子回路１０８の組合せを内部ハウジングの空洞１２２内に密封することができるが、ターミネーションケーブルは密封しない。上記のように、これは真空下で行うことができる。あるいは、シーリングシステム１６０の部分は、基板１００と電子回路の組合せを内部ハウジングの空洞１２０内に密封するブロック３１６のところで配置されていてもよい。
【００５９】
基板１１０と電子回路の組合せを密封した後、グロメット１６４およびブッシング１６６を、硬化型接着剤（例えば、高温硬化型エポキシ樹脂）と共に外部ハウジング１１４の近位端１４２内にプレス、またはその他の方法で挿入することができる。そのような構造では、リング１３５（Ａ〜Ｃ）は、外部ハウジング１１４の内側表面１３０に対して滑り締めまたは締まり嵌めの状態にするのが有利である。これによって、時間硬化および／または温度硬化中、粘着阻害物質が排除されるときに、硬化型接着剤が間隙１１６内に流れ込まないようにすることができる。ワッシャ１６２と同様に、グロメット１６４およびブッシング１６６は、内部ハウジング１２２および外部ハウジング１４２の各近位端を共に密封することができるが、ターミネーションケーブル１０６を通過させる。
【００６０】
シーリングシステム１６０を上記のように組み立てる際は、間隙１１６は、内部ハウジング１１２の外側表面１２８と外部ハウジング１１４の内側表面１３０の間に配置され配設され、空気と、硬化型シリコーンパッシベーションの不十分なトランスで充填してもよい。ただし、必要に応じて、内部ハウジング１１２、外部ハウジング１１４、および基板１１０の組合せに対するシーリングシステム１６０の組立ては、真空チャンバ内で行うことができ、それによって間隙１１６が挿入され密封されると、間隙１１６は排気され、真空を有することができる。
【００６１】
（ｉ）内部ハウジング１１２、（ｉｉ）外部ハウジング１１４、（ｉｉｉ）間隙１１６、および／または（ｉｖ）第２の間隙１１７の組合せの配置および組立ては、電子回路１０８にとっての有害温度の危険のいくつか、または多くを克服することができ、それによって広い範囲の閾値温度にわたって、回路が効率的に動作することができる。組合せ（ｉ）〜（ｉｖ）は、その他の方法では電気構成部品の内部温度および他の周囲の電子部品の輻射温度で尽きるはずの、閾値温度の範囲を拡大することができる。さらに、この組合せによって、電気回路１０８は、従来の故障点温度より上の外部温度を受けることができ、それによって、多くの望ましく、厳しい環境の場所で電子モジュール１００を使用する大きな可能性が広がる。
【００６２】
上記の組合せ（ｉ）〜（ｉｖ）が、その他の方法では電子部品の温度を動作可能閾値温度より上に上昇させるはずの高い温度に短期間露出されているとき、この組合せによって、その露出の間、シリコンデバイスの接合点は耐え抜き動作することが可能になり、半田パッドのリフローが防止され、サーミスタおよび他の温度感知部品が不安定になることが避けられ、基板１１０の展性が低減され、他の電気機械の故障が回避される。
【００６３】
３．実験結果
下記の表４は、近接センサとして実施された電子モジュール１００の、８つの例示的サンプルの動作特性を示す。したがって、電子モジュール１００は、近接感知素子およびそれに関連する機能調整回路を含む。各サンプルには、動作位置（「ｏ．ｐ．」）、解放位置（「ｒ．ｐ．」）、電圧降下すなわち「飽和電圧」（「Ｖｓａｔ」）、電子回路１０８作動中の電流負担（「Ｉ  ｂｕｒｄｅｎ、作動中」）、および電子回路１０８非作動中の電流負担（「Ｉ  ｂｕｒｄｅｎ、非作動中」）が示されている。
【００６４】
動作位置は、近接センサが、物体の存在および／または物体の、いくつかの基準点からの間隔を検出する、１つまたは複数の点として定義することができる。これらの点は、外部ハウジング１１４の遠位端１４０、すなわち、近接センサの基準点から測定することができる。解放位置は、近接センサがもう物体を検出しない、１つまたは複数の点として定義することができる。動作位置と同様に、これらの点は、近接センサの基準点から測定することができる。
【００６５】
飽和電圧は、電子回路１０８の出力に結合された負荷の両端間で降下した電圧としてとして定義することができる。この電圧降下すなわち飽和電圧は、電子回路１０８の出力部および負荷を通過する電流量によってしばしば変わる。これは電流条件によって指定されるべきである。したがって、この表では、電子回路１０８を作動させるときの電流負担と、電子回路１０８を作動させないときの電流負担を示す。
【００６６】
【表４】
2007505499.tif 000006
【００６７】
４．結論
本発明の原理が適用されることができる様々な実施形態を見て、例示した実施形態は例示的なものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものと受け取れられるべきではないと理解されたい。上記の動作は説明した以外のシーケンスで実行されてもよく、ブロック図では、より多くまたはより少ない要素が使用されてもよい。
【００６８】
さらに、特許請求の範囲は、その趣旨で述べられていなければ、説明した順序または要素に限定されるとみなされるべきではない。さらに、任意の請求項における用語「手段（means）」の使用は、米国特許法１１２条、パラグラフ６を適用するためのものであり、手段「means」という語がない請求項は何れもそのことを意図しない。したがって、以下の特許請求の範囲およびその均等物の範囲および趣旨内に入るすべての実施形態は、本発明として請求される。本発明の好ましい実施形態および代替実施形態を示し、説明した。ただし、以下の特許請求の範囲によって定義される、本発明の本来の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明に変更および改変を行うことができることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】例示的実施形態による、部分的に分解された電子回路用パッケージングシステムの等角図である。
【図２】例示的実施形態による、図１の組み立てられた電子回路用パッケージングシステムの分解等角図である。
【図３】例示的実施形態による、図１および図２に示した電子回路用パッケージングシステムを組み立てるためのフローチャートである。
【図１】
2007505499.tif 000007
【図２】
2007505499.tif 000008
【図１】
2007505499.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月9日(2006.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配設された電子回路のためのパッケージングシステムであって、
低い熱伝導率を有する材料から製作され、前記基板を受け入れるための第１の空洞を画成し、少なくとも１つの突出部を有する外側表面を含み、前記少なくとも１つの突出部が前記外側表面から延びる、内部ハウジングと、
前記内部ハウジングおよび基板を受け入れるための第２の空洞を画成し、前記第２の空洞が前記内部ハウジングの前記外側表面から延びる前記少なくとも１つの突出部と接触するための内側表面を含む、外部ハウジングと、
前記内部ハウジングの前記外側表面と前記外部ハウジングの前記内側表面の間に配置され、断熱媒体で充填された間隙との、組合せを含み、
これにより、前記パッケージングシステムが高い温度に短期間露出されているときに、前記内部ハウジングと前記外部ハウジングと前記間隙の前記組合せによって、前記電子回路が動作性を維持することができるシステム。
【請求項２】
前記内部ハウジングがほぼ円筒形であり、かつ遠位端および近位端を有し、前記近位端が前記第１の空洞のための開口を有し、
前記内部ハウジングの前記外側表面の少なくとも１つの突出部が、（ｉ）前記遠位端上に配置された少なくとも１つの第１の台座と、（ｉｉ）前記遠位端近くの前記内部ハウジングの前記外側表面上に軸方向に配置された複数の第２の台座と、（ｉｉｉ）前記近位端近くの前記内部ハウジングの前記外側表面上に径方向に配置された少なくとも１つのリングとを画定し、
前記外部ハウジングの前記第２の空洞の前記内側表面が、遠位端および近位端を有する円筒形部分を画成し、前記近位端が前記第２の空洞のための開口を有し、前記内部ハウジングが前記外部ハウジング内に挿入されるとき、（ｉ）少なくとも１つの第１の台座が前記第２の空洞の前記遠位端と接触し、（ｉｉ）前記複数の第２の台座が前記第２の空洞の前記内側表面と接触し、（ｉｉｉ）前記少なくとも１つのリングが前記第２の空洞の前記内側表面と接触し、
前記内部ハウジングが前記外部ハウジング内に挿入されるとき、断熱媒体で充填された間隙が、前記内部ハウジングの前記外側表面と前記外部ハウジングの前記内側表面の間の領域を画成する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記基板が遠位端および近位端を有し、前記基板が前記第１の空洞内に受け入れられると、前記基板の前記遠位端が前記第１の空洞の前記遠位端に近く、前記基板の前記近位端が前記第１の空洞の前記近位端に近くなり、前記電子回路が感知電子部品を含み、前記感知電子部品が外部機器に結合するためのターミネーションケーブルを有し、前記基板が前記第１の空洞内に受け入れられると、前記ターミネーションケーブルが前記第１の空洞の前記近位端から突き出る、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
（ｉ）前記第１の空洞内部の前記基板と、（ｉｉ）前記内部ハウジングの前記近位端および前記外部ハウジングの前記近位端とを互いに密封するための少なくとも１つのシールをさらに含み、前記ターミネーションケーブルが前記シールを貫通する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の空洞と前記基板の間に配置され、断熱媒体で充填された第２の間隙をさらに含み、前記第２の間隙が追加の断熱層をもたらす、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記内部ハウジングの前記外側表面と前記基板の間に配置された電磁妨害シールドをさらに含み、前記電磁妨害シールドが前記基板の少なくとも一部分を取り囲む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記内部ハウジングの前記外側表面と前記基板の間に配置された電磁妨害シールドをさらに含み、前記電磁妨害シールドが前記基板の少なくとも一部分を取り囲む、請求項１に記載のシステム。
【国際調査報告】
2007505499.tif 000010
2007505499.tif 000011