(57)【要約】      （修正有）【課題】パッケージ化したパワーコンバータと，パッケージ化パワーコンバータを放熱を考慮して外部回路基板へ実装した電力変換装置を提供する。【解決手段】パッケージ化されたパワーコンバータ３２は，電力変換回路と電力変換回路を実装する回路基板で構成されている。電力変換回路は磁気コアを含むコンバータを回路基板に実装してカプセル化材料でモールドしており，外部の回路基板３９と電気的に接続するインタフェース接点３３が底面に設けられている。パワーコンバータ３３は外部回路基板の開口部４５に実装される。外部回路基板上の導電経路３７，３８は熱放散のためパワーコンバータのインタフェース接点３３結合し，パワーコンバータが発生する熱をヒートシンクを介して除去する。【選択図】図３Ａ
2004215491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面及び底面を備えた回路基板と、電力変換回路と、パッケージと、を備えたパワーコンバータを含む装置であって、
前記電力変換回路は透磁性コア備えた磁気回路と、前記回路基板の上面上の第１領域にある上側回路と、前記回路基板の底面上の第２領域にある下側回路と、を有し、
前記パッケージは外部上面を画定する上側部分と、外部底面を画定する下側部分と、を有し、
前記上側部分は前記上側回路及び前記上側回路と前記回路基板との間の接続を含む前記第１領域を囲繞し、
前記下側部分は前記下側回路及び前記下側回路と前記回路基板との間の接続を含む前記第２領域を囲繞し、
前記第２領域は前記第１領域より狭く、
前記第１及び第２領域が配置されて前記回路基板の前記底面上の突出部領域を画定し、前記突出部領域は前記回路基板の前記底面の周囲の２つ以上の側面に沿って伸びており、
前記回路基板の前記底面上の前記突出部領域内に配置されて前記パワーコンバータに電気的接続を成す複数のインタフェース接点を更に有することを特徴とする装置。
【請求項２】
上面及び底面と、回路と、パッケージとを備えた回路基板を含む装置であって、
前記回路は前記回路基板の前記上面上の第１領域にある上側回路と、前記回路基板の底面上の第２領域にある下側回路と、を有し、
前記パッケージは外部上面を画定する上側部分と、外部底面を画定する下側部分と、を有し、
前記上側部分は前記上側回路及び前記上側回路と前記回路基板との間の接続を含む前記第１領域を囲繞し、
前記下側部分は前記下側回路及び前記下側回路と前記回路基板との間の接続を含む前記第２領域を囲繞し、
前記第２領域は前記第１領域より狭く、
前記第１及び第２領域が配置されて前記回路基板の前記底面上の突出部領域を画定し、前記突出部領域は前記回路基板の前記底面の周囲の２つ以上の側面に沿って伸びており、
前記回路基板の前記底面上の前記突出部領域内に配置されて前記回路に電気的接続を成す複数のインタフェース接点を更に有することを特徴とする装置。
【請求項３】
前記上側部分がカプセル化材料を含むことを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記下側部分がカプセル化材料を含むことを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項５】
前記突出部領域が前記回路基板の前記底面の全周囲に沿って伸びていることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項６】
前記下側部分が前記外部底面と前記回路基板の前記底面との間の最大距離によって画定される第１厚さを含み、
前記上側部分が前記外部上面と前記回路基板の前記上面との間の最大距離によって画定される第２厚さを含み、
前記第１厚さが前記第２厚さより少なくとも１０％を上回って厚い、
ことを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項７】
前記インタフェース接点を用いて、前記外部底面と前記回路基板の前記底面との間の高所で前記パワーコンバータと接続を成すことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記磁気コアは前記回路基板の中を通って伸びていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記上側部分及び前記下側部分は前記電力変換回路の全てを囲繞することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記インタフェース接点は導体素子を更に含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記導体素子はボールグリッド・アレーを含むことを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記導体素子はランドグリッド・アレーを含むことを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
前記導体素子はピンを含むことを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
前記電力変換回路は前記回路基板の前記上面上に配置された熱放散電力変換コンポーネントを含み、前記回路基板の前記上面の１平方インチにつき３Ｃ／ワットより少ない前記外部上面と前記回路基板の上面との間の平均熱抵抗を更に含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１５】
前記熱放散電力変換コンポーネントはＭＯＳＦＥＴを含むことを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
基板の厚さによって隔てられた第１面及び第２面を備え、前記第２面上に導電領域を備えて前記パワーコンバータと接続を成す外部回路基板と、
前記外部回路基板に実装される前記パワーコンバータと、
を更に含む請求項１記載の装置。
【請求項１７】
前記外部回路基板は基板開口部を含み、
前記下側部分は前記基板開口部へと伸び、かつ
前記インタフェース接点は前記導電領域に接続されることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記下側部分は、前記外部底面と前記回路基板の前記底面との間の最大距離によって画定される第１厚さを含み、
前記上側部分は、前記外部上面と前記回路基板の前記上面との間の最大距離によって画定される第２厚さを含み、
前記第１厚さは前記第２厚さより厚く、前記下側部分の一部が前記第１面の下方に伸びている、
ことを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
インタフェース導体を有して前記インタフェース導体を前記導電領域に接続し、前記突出部領域と結合する第１面領域と前記外部回路基板と結合する第２面領域とを有するインターコネクトエクステンダを更に含み、
前記パワーコンバータが前記第１面領域に実装され、前記第２面領域が前記外部回路基板に実装されることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項２０】
前記インターコネクトエクステンダはエクステンダ開口部を含み、前記下側部分が前記エクステンダ開口部へ伸びていることを特徴とする請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記エクステンダは前記突出部の前記外周に大体一致する外周を更に含むことを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記エクステンダ開口部は前記下側部分の前記外周に大体一致することを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
前記下側部分は前記外部底面と前記回路基板の前記底面との間の前記最大距離によって画定される第１厚さを含み、
前記インターコネクトエクステンダは前記第１面領域と前記第２面領域との間の厚さを含み、前記厚さは前記第１厚さより厚い、
ことを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２４】
前記外部回路基板は基板開口部を更に含み、
前記下側部分は、前記外部底面と前記回路基板の前記底面との間の前記最大距離によって画定される第１厚さを含み、
前記インターコネクトエクステンダは、前記第１面領域と前記第２面領域との間の厚さを含み、前記厚さは前記第１厚さより薄く、
前記下側部分は前記基板開口部へ伸びることを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２５】
前記導電領域に接続される導電ソケットを有するコネクタを更に含む請求項２０記載の装置。
【請求項２６】
前記インタフェースコネクタの第１端が前記インタフェース接点に接続され、前記インタフェースコネクタの第２端は前記ソケットに接続するピンを含むことを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
前記インタフェース接点は導体素子を更に含むことを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項２８】
前記導体素子はボールグリッド・アレーを含むことを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記導体素子はランドグリッド・アレーを含むことを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項３０】
前記導体素子はピンを含むことを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項３１】
前記インタフェース導体の第１端を用いて前記第１接点に接続し、前記インタフェース導体の第２端を用いて前記導電領域に接続することを特徴とする請求項１９記載の装置。
【請求項３２】
前記導体素子はボールグリッド・アレーを含むことを特徴とする請求項３１記載の装置。
【請求項３３】
前記導体素子はランドグリッド・アレーを含むことを特徴とする請求項３１記載の装置。
【請求項３４】
前記導体素子はピンを含むことを特徴とする請求項３１記載の装置。
【請求項３５】
前記導体素子はＪリード線を含むことを特徴とする請求項３１記載の装置。
【請求項３６】
前記回路基板は電気導電材料及び絶縁材料から成る交互の層を有する多層回路基板を含み、前記インタフェース接点は前記多層回路基板に接続されることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項３７】
前記インタフェース接点はＢＧＡ接点を含むことを特徴とする請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
前記多層基板の前記上面及び前記底面は大体長方形であり、前記長方形面は短い辺と長い辺とを備え、前記 ＢＧＡ接点は前記長い辺に沿って配置されることを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項３９】
前記長方形の面の寸法は大体２１ｍｍ×３２ｍｍであって、前記ＢＧＡ接点は１ｍｍのパターン上にあることを特徴とする請求項３８記載の装置。
【請求項４０】
パッケージ周囲１ｃｍにつき４０Ｃ／ワットより低い、前記外部回路基板の前記第２面上の導電領域と前記多層基板の前記上面との間の熱抵抗を更に含むことを特徴とする請求項３６記載の装置。
【請求項４１】
前記外部回路基板に実装されるカードエッジコネクタを更に含み、
前記第２面領域は接点指状突起を含んで前記カードエッジコネクタと結合し、前記エクステンダは前記コネクタを用いて前記外部回路基板に実装されることを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項４２】
前記第１面領域は前記第２面領域に大体垂直であり、前記開口部は前記下側部分の前記外周に大体一致することを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項４３】
パワーコンバータをパッケージするステップを含む方法であって、
上面と底面とを備えた回路基板を設けるステップと、
前記回路基板の上面上の第１領域にある上側回路と前記回路基板の底面上の第２領域にある下側回路とを備えた前記回路基板の前記上面上及び前記底面上に電力変換回路を配置するステップと、
前記第１領域、前記上側回路、及び前記上側回路と上側部分筐体内の前記回路基板との間の接続を囲繞するステップと、
前記第２領域、前記下側回路、及び前記下側回路と下側部分筐体内の前記回路基板との間の接続を囲繞し、前記第２領域は前記第１領域より狭いことを特徴とするステップと、
前記第１及び第２領域を配置して前記回路基板の前記底面上の突出部領域を画定し、前記突出部領域は前記回路基板の前記底面外周の２つ以上の側面に沿って伸びていることを特徴とするステップと、
前記突出部領域の前記回路基板の前記底面上にインタフェース接点を設けて前記パワーコンバータに電気的接続を成すステップと、
を含む方法。
【請求項４４】
前記第１領域を囲繞するステップは、カプセル化するステップを含むことを特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
前記第２領域を囲繞するステップは、カプセル化するステップを含むことを特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項４６】
前記第１領域を囲繞するステップは、前記回路基板の前記上面上の前記電力変換回路の全てを囲繞するステップを含むこと特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項４７】
前記第１及び第２領域を囲繞する前記ステップは、前記電力変換回路の全てを囲繞するステップを含むことを特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項４８】
前記第１及び第２領域を囲繞する前記ステップは、カプセル化するステップを更に含むことを特徴とする請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
インタフェース接点を設ける前記ステップは、前記第２領域をカプセル化する前にインタフェース接点を前記回路基板に取り付けるステップを含むことを特徴とする請求項４８記載の方法。
【請求項５０】
前記取り付けステップは、ボールグリッド・アレーを前記回路基板に取り付けるステップを更に含むことを特徴とする請求項４９記載の方法。
【請求項５１】
前記カプセル化ステップは、前記インタフェース接点を実装するステップオーバー・キャビティを備えた金型を用いるステップを更に含むことを特徴とする請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
基板の厚さによって隔てられた上面及び底面を備えた外部回路基板を設けるステップと、
前記外部回路基板の前記上面上に導電領域を設けて前記パワーコンバータと接続を成すステップと、
前記外部回路基板に前記パワーコンバータを実装するステップと、
を更に含む請求項４３記載の方法。
【請求項５３】
前記外部回路基板に開口部を設けて前記下側部分筐体を収容するステップを更に含み、前記実装ステップは前記開口部内に前記下側部分筐体を配置するステップと前記導電領域に前記インタフェース接点を接続するステップとを含むことを特徴とする請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
前記下側部分の筐体は外部底面と前記回路基板の前記底面との間の最大距離によって画定される第１厚さを含み、
前記上側部分は外部上面と前記回路基板の前記上面との間の最大距離によって画定される第２厚さを含むことを特徴とする請求項５３記載の方法であって、
前記第１厚さを前記第２厚さより厚くするステップと、前記外部回路基板の前記底面の下方に伸びる前記下側部分の筐体の一部を前記パワーコンバータに実装するステップを更に含む前記方法。
【請求項５５】
インターコネクトエクステンダを設けて前記突出部領域及び前記外部回路基板の前記上面を結合し、前記インターコネクトエクステンダはインタフェース導体を備えて前記インタフェース接点を前記導電領域に接続するステップを更に含む請求項５２記載の方法。
【請求項５６】
エクステンダ開口部を備えた前記インターコネクトエクステンダを設けて前記下側部分の筐体を収容するステップを更に含む請求項５５記載の方法。
【請求項５７】
前記突出部の前記外周に大体一致する外周を備えた前記インターコネクトエクステンダを設けるステップを更に含む請求項５６記載の方法。
【請求項５８】
前記エクステンダ開口部を前記下側部分の筐体の前記外周に一致させるステップを更に含む請求項５６記載の方法。
【請求項５９】
前記下側部分筐体は、外部底面と前記回路基板の前記底面との間の最大距離によって画定される第１厚さを含むことを特長とし、前記第１厚さより厚い厚さを備えた前記インターコネクトエクステンダを設けるステップを更に含む請求項５５記載の方法。
【請求項６０】
前記下側部分筐体は、外部底面と前記回路基板の前記底面との間の最大距離によって画定される第１厚さを含むことを特徴とし、
前記外部回路基板の基板開口部を設けるステップと、
前記第１厚さより薄い厚さを備えた前記インターコネクトエクステンダを設けるステップと、
前記下側部分筐体を前記エクステンダ開口部の中へかつ前記基板開口部の中に配置するステップと、
を更に含む請求項５５記載の装置。
【請求項６１】
ボールグリッド・アレーを用いる前記導電領域に前記インタフェース接点を接続するステップを更に含む請求項５２記載の方法。
【請求項６２】
パッケージの直径１ｃｍにつき４０Ｃ／ワットより低い、前記回路基板の前記上面と前記外部回路基板の前記上面上の前記導電領域との間の熱抵抗を設けるステップを更に含む請求項５３記載の方法。
【請求項６３】
前記パワーコンバータを前記インターコネクトエクステンダに実装するステップと、前記突出部面が前記外部回路基板の前記上面または前記底面に大体垂直な前記外部回路基板に前記インターコネクトエクステンダを実装するステップと、を更に含む請求項５５記載の方法。
【請求項６４】
前記インターコネクトエクステンダを前記基板に機械的に安定させるステップを更に含む請求項６３記載の方法。
【請求項６５】
前記パワーコンバータを前記インターコネクトエクステンダに実装するステップと、
前記外部回路基板上にカードエッジコネクタを設けて前記インターコネクトエクステンダを支えるステップと、
を更に含み、
前記突出部面は前記外部回路基板の前記上面または底面に大体垂直であることを特徴とする請求項５５記載の方法。
【請求項６６】
基板の両側をカプセル化する方法であって、
第１キャビティを備えて前記基板の第１面の第１領域をカプセル化する第１金型部分と、第２キャビティを備えて前記基板の第２面の第２領域をカプセル化する第２金型部分と、を含む金型を設けるステップと、
充填導管を設けて前記金型の第１端でカプセル化材料を前記第１キャビティへ導くステップと、
前記第１端の反対の端で前記第１キャビティ内に開口部を有してカプセル化材料が前記第１キャビティから前記第２キャビティへ流れることを可能にするチャネルを設けるステップと、
を含む方法。
【請求項６７】
基板の両側をカプセル化する方法であって、
前記基板の第１面の第１領域をカプセル化するための第１キャビティを備えた第１金型部分と、前記基板の第２面の第２領域をカプセル化するための第２キャビティを備えた第２金型部分と、を含む前記基板上の金型を閉じるステップと、
前記第２金型部分に前記基板を押しつける密閉力を生成し、前記第１キャビティへカプセル化材料を注入することによって前記第２キャビティを密閉するステップと、
を含む方法。
【請求項６８】
前記第２キャビティの外側の前記第２金型部分の中にステップオーバー・キャビティを設けて前記基板の前記第２面から突出する特徴を収容するステップを更に含む請求項６６または６７記載の方法。
【請求項６９】
前記基板上の前記金型を閉じるステップと、
圧力をかけてカプセル化材料を前記充填導管の中を通させるステップと、
前記第１キャビティから前記チャネルを通して送られたカプセル化材料で前記第２キャビティを充填するステップと、
を更に含む請求項６６記載の方法。
【請求項７０】
前記第２領域は前記第１領域より狭いことを特徴とする請求項６６または６７記載の方法。
【請求項７１】
前記第１キャビティからチャネルを通してカプセル化材料を送って前記第２キャビティを満たすステップを更に含む請求項６７記載の方法。
【請求項７２】
前記チャネルは前記基板を通る開口部を含むことを特徴とする請求項６６または７１記載の方法。
【請求項７３】
前記カプセル化材料は前記第１キャビティの第１端へ注入され、前記第１端の反対の第２端から前記第１キャビティから送られることを特徴とする請求項７１記載の方法。
【請求項７４】
上面と底面とを備えた回路基板と電力変換回路とを有するパワーコンバータを含む装置であって、
前記電力変換回路は、透磁性コア、前記回路基板の前記上面上の第１領域にある上側回路、及び前記回路基板の前記底面上の第２領域にある下側回路を有する磁気回路を備え、
前記第２領域は前記第１領域より狭く、
前記第１及び第２領域が配置されて前記回路基板の前記底面上の突出部領域を画定し、前記突出部領域は前記底面の周囲の２つ以上の側面に沿って伸びており、
インタフェース接点が前記底面上の前記突出部領域内に配置されて前記パワーコンバータと電気的接続を成し、
外部回路基板は前記パワーコンバータの前記第２領域より大きい開口部と導電領域とを備えて前記パワーコンバータと接続を成し、
前記パワーコンバータは前記外部回路基板と前記開口部の中へ伸びている前記パワーコンバータの前記第２領域とに接続されている、
ことを特徴とする装置。
【請求項７５】
前記インタフェース接点はＢＧＡを含むことを特徴とする請求項７４記載の装置。
【請求項７６】
前記インタフェース接点はＬＧＡを含むことを特徴とする請求項７４記載の装置。
【請求項７７】
前記インタフェース接点はインターコネクトエクステンダを含むことを特徴とする請求項７４記載の装置。
【請求項７８】
請求項１または２記載の装置であって、
基板の厚さによって隔てられた第１面及び第２面を備え、前記回路と接続を成す前記第２面上の導電領域を備える外部回路基板と、
前記インタフェース接点を前記導電領域に接続するインタフェース導体を備え、前記突出部領域と接合する第１面領域と前記外部回路基板に接合する第２面領域とを備えるインターコネクトエクステンダと、を更に含み、
前記インターコネクトエクステンダはヒートシンクを有しており、
前記回路基板は前記第１面領域に実装され、前記第２面領域は前記外部回路基板に実装されることを特徴とする装置。
【請求項７９】
前記ヒートシンクは前記第１面領域に取り付けられることを特徴とする請求項７８記載の装置。
【請求項８０】
前記インターコネクトエクステンダは熱伝導層を含み、前記ヒートシンクは前記熱伝導層の延長部分を含むことを特徴とする請求項７８記載の装置。
【請求項８１】
基板の厚さによって隔てられた第１面及び第２面を備え、前記第２面上に導電領域を備えて前記装置の前記回路基板と接続を成す外部回路基板と、
前記外部回路基板上に配置されて前記外部回路基板に熱的に接続されるヒートシンクと、
を含み、
前記回路基板は前記外部回路基板に実装され、前記回路は前記回路基板と前記外部回路基板とを通して前記ヒートシンクに熱的に接続されることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項８２】
前記ヒートシンクは前記外部回路基板の前記第２面に実装されることを特徴とする請求項８１記載の装置。
【請求項８３】
前記パッケージは周囲を含み、前記パッケージの周囲１ｃｍにつき８０Ｃ／ワットより少ない前記回路基板の前記上面と前記ヒートシンクとの間の熱抵抗を含むことを特徴とする請求項８１記載の装置。
【請求項８４】
厚さによって隔てられた第１面及び第２面を有するサーマルエクステンダと、
熱放散パワーコンバータと結合するよう用いられる前記第１面上の第１面領域と、
外部回路基板上に実装されるよう用いられる前記第２面上の第２面領域と、
熱放散パワーコンバータ上の接点と結合する第１面上の第１端と前記外部回路基板の導電領域と結合する第２端とを備えた複数のインタフェース導体と、
前記第１面に熱的に接続されて前記パワーコンバータによって生成される熱を放散するヒートシンクと、
を含む装置。
【請求項８５】
前記ヒートシンクは前記第１面に実装される面であることを特徴とする請求項８４記載の装置。
【請求項８６】
前記第１面領域から前記ヒートシンクに伸びる熱伝導層を更に含み、前記ヒートシンクは前記熱伝導層の延長部分を含むことを特徴とする請求項８４記載の装置。
【請求項８７】
前記サーマルエクステンダは熱伝導成型物を含み、前記ヒートシンクは成型されたヒートシンク素子を含むことを特徴とする請求項８４記載の装置。
【請求項８８】
前記サーマルエクステンダは開口部を含んで前記熱放散パワーコンバータの下側部分を支え、前記第１面領域は前記サーマルエクステンダへの前記コンバータの表面実装に用いられることを特徴とする請求項８４記載の装置。
【請求項８９】
周囲を有するパワーコンバータを冷却する方法であって、
前記パワーコンバータを外部回路基板に熱的に接続するステップと、
前記外部回路基板をヒートシンクに熱的に接続するステップと、
を含み、
前記パワーコンバータは前記ヒートシンクに熱的に接続され、前記ヒートシンクと前記パワーコンバータとの間の熱抵抗が前記パワーコンバータの周囲１ｃｍにつき８０Ｃ／ワットより低いことを特徴とする方法。
【請求項９０】
前記熱抵抗は前記パワーコンバータの周囲１ｃｍにつき４０Ｃ／ワットより低いことを特徴とする請求項８９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパワーコンバータに関する。より具体的には、パワーコンバータのパッケージ化及びその熱管理に関する。
【技術背景】
【０００２】
電子パワーコンバータは入力電源から電力を受けて、負荷によって使用に適した形式へと変換する。ここに定義するように、パワーコンバータはＡＣ電源またはＤＣ電源から電力を変換し、ＡＣ電圧またはＤＣ電圧で負荷にそれを供給する装置であって、同時に以下の機能のいくつかを設ける。即ち、ガルバニ絶縁を用いてのまたは用いない、電圧逓昇、電圧逓降調整、電圧制御である。パワーコンバータの例にはＤＣ−ＤＣコンバータ、スイッチレギュレータ、及びアクティブフィルタが含まれる。
【０００３】
ここに定義されるようにパワーコンバータの出力密度とは、コンバータによって占有される容量で割ったパワーコンバータの全定格出力である。現在の電力変換における傾向によって市場性のあるパワーコンバータの出力密度が劇的に増加するという結果が生じた。１９８４年より前は、出力密度は主として１立方インチにつき１０ワット未満だった。それに対して、１立方インチにつき５００ワットより大きい出力密度が今日では可能となった。「ＶＴＭ」と呼ばれる超高密度でガルバニ絶縁されたＤＣ−ＤＣ負荷点トランスフォーマーが、「正弦波振幅コンバータ負荷点を備えたファクタライズされたパワー・アーキテクチャ」のタイトルで２００２年１月３１日に出願された米国特許出願第１０／０６６，４１８号と２００２年１０月１日に出願されたＣＩＰ出願第１０／２６４，３２７号とでヴィンチアレッリ（Vinciarelli）氏により開示されている。
【０００４】
パワーコンバータの電流密度は、コンバータによって占有される基板領域で割った全定格出力電流としてここに定義される。（ＣＰＵの）マイクロプロセッサに必要な電流は増大して、今や１００アンペアに近づいており、ＣＰＵに近接する小さな設置面積の範囲内で係る電流を供給する必要性が現代の電力供給技術の容量を凌いでしまった。市販の解決法は１０Ａ／ｉｎ２より少ない電流密度によって特徴付けられており、将来のＣＰＵの要件に対応するには不十分である。同書のファクタライズされたアプリケーションにおいて開示された種類の正弦波振幅コンバータは、５０Ａ／ｉｎ２を超える電流密度で将来のマイクロプロセッサが必要な低電圧を設けることができる。それらは両面回路基板アセンブリを利用し、回路基板の両面から突出しているトランスフォーマーコア構造を含む。５０アンペアを超える出力電流が１回の上昇でコンバータのＰＣ基板から運ばれ、別の上昇でＣＰＵ基板へと運ばれる必要がある。これらの配線は、高ダイナミック負荷を必要とする電流スルー・レートと一致しながら、低抵抗及び低インダクタンスで成されることが必要である。
【０００５】
パワーコンバータは作動中熱を放散する。出力密度の増加は熱管理をより難しくする。特に出力密度の増加が、熱密度において純増加を生じる効率性において対応する増加を超えるときにである。よって、パワーコンバータ技術における進歩は熱管理技術に関する重要な課題をしばしば示すかもしれない。これらの課題は、コンバータ及びその入出力端子を収容するために用いられるパッケージ構造上に制約を課す。パッケージは、その２つの内部熱地点間、特に、その半導体接合部間、及び外部ヒートシンク間で低熱抵抗を示さなければならない。パワーコンバータを取り巻く固有の熱環境に依存して、コンバータのパッケージからそのケース及び／または端子を経由して熱を取り除くことが望ましい。接合部からケース及び接合部から端子の低熱抵抗は、内部の熱上昇が条件を満たすように保たれなければならない。更に、良い熱インタフェースの必要性は、コンバータのパッケージ及びコンバータが接続されるシステムの機械的許容誤差と関連する制約に留意しつつ、パワーコンバータのパッケージの柔軟な実装の必要性と整合すべきでない。
【０００６】
高密度パワーコンバータを実装する１つの方法は、図１に示され、（この出願と同じ出願人によって出願されかつ参照として組み込まれている）ヴィンチアレッリ氏その他による米国特許第５，５２６，２３４号の「電装品のパッケージ化」において説明されている。図において、パワーコンバータ１０のケース上の段差によってコンバータ１２の上板が回路基板１６内の孔１４内にあることが可能になる。一体化されたパワーコンバータパッケージ及び回路基板の実効高は減じられる。なんとなれば、パッケージの高さの一部が回路基板１６の厚さと同一の広がりを持つからである。熱管理は強化される。なんとなれば、パワーコンバータの上面１２及び下面１３の両方が、（例えば、強制換気の使用によってや、ヒートシンク付属品による）熱除去にさらされるからである。パワーコンバータ１０の熱密度は、スタンドアロンを原則とし、コンバータによって占有される総容量で割ったコンバータの全定格出力である。しかしながら、コンバータの同等の出力密度は、図１に示されたように実装されると、スタンドアロン出力密度より高い。なんとなれば、パワーコンバータパッケージの高さの一部は回路基板１６の厚さと同一の広がりを持ち、回路基板１６の上方及び下方のコンバータによって占有される増分容量はスタンドアロンコンバータの全体の容量より少ないからである。
【０００７】
米国マサチューセッツ州ハドソンのシンコア（ＳｙｎＱｏｒ）社は、ＤＣ−ＤＣコンバータ及びＤＣトランスフォーマーを製造し、それらはプリント回路基板の両側に実装されたコンポーネントと、プリント回路基板上の開口及び別の回路基板に接続されるピンを貫通する磁性コンポーネントとを含む。「バスコアTMバスコンバータ」と呼ばれる１つの係るコンバータが、２００２年８月７日付けシンコアドキュメントＮｏ．００５−２ＢＱ５１２Ｊ、Ｒｅｖ．の「狭域入力、絶縁ＤＣ／ＤＣバスコンバータの予備的技術スペック」のデータシートにおいて説明されている。
【０００８】
ヴィンチアレッリ氏その他による（本出願と同じ出願人によって出願され参照として取り込まれている）米国特許第６，０３１，７２６号「コンバータ本体を有するパワーコンバータの開口部における薄型実装」は、パワーコンバータ２０が回路基板２３の開口部２１を通って伸びる電力変換装置を説明する。１つの係る実施例は図２Ａから図２Ｃに示される。図において、パワーコンバータ２０は端子盤２２に機械的かつ電気的に接続され、導電経路及びはんだ接合を介して、端子盤上の導体パッド２６からパワーコンバータ本体から伸びる導体パッド２４へと電力及び信号の入力及び出力の経路が定められる。ヒートシンク２７はパワーコンバータの外側を囲み熱除去に役立つ。端子盤２２の長さＬ２は、回路基板２３の開口部２１の長さＬ１より長い。導体パッド２６は回路基板２３上の経路２５にはんだ付け（図示せず）で接続される。パワーコンバータ２０の本体の一部が回路基板２３と同一の広がりを持つので、パワーコンバータの同等の出力密度は、図１に関して上記に説明したように、スタンドアロンの出力密度より大きい。
【０００９】
パワーコンバータが回路基板の開口部に実装され、パワーコンバータの両側に沿って対応する接続の仕組みが装置内でパワーコンバータの延長の変動を許容する電力変換装置が、１９９９年６月２９日に出願され、「回路基板上における電子部品の実装」と表題が付けられたヴィンチアレッリ氏その他による米国特許出願第０９／３４０，７０７号で説明される。パワーコンバータが回路基板の開口部に実装され、回路基板面の完全に上方及び下方にある２つの側面を含むパワーコンバータの少なくとも４つの側面がパワーコンバータからの熱除去に役立つヒートシンクで覆われている電力変換装置が、（本出願と同じ出願ににより出願され参照として取り込まれている）ヴィンチアレッリ氏その他により米国特許６，４３４，００５号「パワーコンバータパッケージ化」において説明されている。
【００１０】
高谷氏による日本国特許第２−１４２１７３号「統合化回路部分及びその実装構造」は図１８で示したアセンブリ４５０を説明し、それはリード線４５４によって基板４５６の両側の回路エッチング（図示せず）に接続された一組のオーバーモールドされた統合非励振ネットワーク４５２、４５３から成る。図において示されたように、アセンブリはプリント回路基板４６０の開口部４５８の上方に実装されて、開口部を貫通する基板の片側のオーバーモールドされた統合非励振ネットワーク４５３及び基板４５６の周辺面上に配置された導電パッド４６０が開口部４５８の周辺に沿ってプリント回路基板上であわせ面の接点４６２にはんだ付けされる。
【００１１】
基板の片側に電子コンポーネントをオーバーモールドする技術は公知である。１つの例では、回路基板アセンブリの片側に実装された電子装置がカプセル材料でオーバーモールドされる。プリント回路基板アセンブリのもう片側は、オーバーモールドされておらず、電気接点のボールグリッド・アレーまたはランドグリッド・アレーを含む。図１３は、米国カリフォルニア州エルセガンドのインターナショナル・レクティファイアー社から発行された「全機能搭載同期バックパワーブロック」モデルｉＰ１００１についてのデータシートで示された種類のボールグリッド・アレーパッケージを示す。図において、電力変換回路（図示せず）は回路基板の一番上に実装されたコンポーネントから成る。コンポーネントと基板はカプセル材料でオーバーモールドされてパッケージ化された装置２３２を形成する。接点のボールグリッド・アレー（例えば、図１３における接点２３３）は装置の底面に沿って配置される。アプリケーションでは、接点のボールグリッド・アレーはプリント回路基板（「ＰＣＢ」）２３９の表面であわせ面の導体パッドまたは経路（例えば、導体パッド２３５）にはんだ付けされる。上記に例示されたパッケージ構造は、ときどき「パッケージ内システム（ＳＩＰ）」として参照され、高出力密度コンバータ及び高電流密度コンバータに必要な電気的特性、機械的特性、及び熱管理特性の一部を設ける。しかしながら、ＳＩＰ構造は、同書のファクタライズされたアプリケーションにおいて説明されたような、回路基板の両側から突出するトランスフォーマーのコア構造を含む両面回路基板アセンブリと互換性がない。更に、ＳＩＰパッケージは機械的柔軟性及び熱管理柔軟性に制限を設ける。
【００１２】
米国カリフォルニア州サンタクララのインテル株式会社はパッケージにパッケージされているマイクロプロセッサを製造しており、それはマイクロ−ＦＰＧＡと呼ばれ、基板の片側にオーバーモールドされたコンポーネントと、基板のもう片側のピングリッド・アレー及び露出したコンデンサとを含む。
【００１３】
サクセルビィ・ジュニア氏その他による米国特許第５，７２８，６００号「回路カプセル化処理」及びサクセルビィ・ジュニア氏その他による米国特許第６，４０３，００９号「回路カプセル化」（いずれも本出願と同じ出願人によって出願され全体が参照として取り込まれている）はプリント回路基板アセンブリの両側をオーバーモールドする方法を説明し、同時にカプセル化を必要としないプリント回路基板の両面に対向する領域を残す。このことは基板の両側でプリント回路基板の端に沿って伸びる１列の接点を露出するために有効である。
【発明の概要】
【００１４】
概して、１つの態様において、装置は上面及び底面を有する回路基板、電力変換回路、及びパッケージを備えたパワーコンバータを含む。電力変換回路は、透磁性のあるコアを有する磁気回路、回路基板の上面の第１領域内の上側回路、及び回路基板の底面の第２領域内の下側回路を含む。パッケージは、外部上面を画定する上側部分及び外部底面を画定する下側部分を含む。上側部分は上側回路及び上側回路と回路基板との間の接続を含む第１領域を囲繞する。下側部分は下側回路及び下側回路と回路基板との間の接続を含む第２領域を囲繞する。第２領域は第１領域よりも狭く、第１及び第２領域は配置されて回路基板の底面の突出部領域を画定する。突出部領域は底面の周囲の２つ以上の側面に沿って伸びている。インタフェース接点は回路基板の底面の突出部領域内に配置され、パワーコンバータへの電気的接続を成す。
【００１５】
概して、別の態様（２）において、装置は上面及び底面を有する回路基板、回路、及びパッケージを含む。回路は回路基板の上面の第１領域及び回路基板の底面の第２領域を含む。パッケージは外部上面を画定する上側部分及び外部底面を画定する下側部分を含む。上側部分は上側回路及び上側回路と回路基板との間の接続を含む第１領域を囲繞する。下側部分は下側回路及び下側回路と回路基板との間の接続を含む第２領域を囲繞する。第２領域は第１領域より狭く、第１及び第２領域は配置されて回路基板の底面の突出部領域を画定する。突出部領域は底面の周囲の２つ以上の側面に沿って伸びている。インタフェース接点は回路基板の底面の突出部領域内に配置され回路への電気的接続を成す。
【００１６】
装置の実施には以下の特徴の１つ以上が含まれるかもしれない。上側部分（３）または下側部分（４）はカプセル化材料を含むかもしれない。（５）突出部は回路基板の底面の全周囲に沿って伸びるかもしれない。（６）下側部分は外部底面と回路基板底面との間の最大距離によって画定される第１厚さを有する。上側部分は外部上面と回路基板の上面との間の最大距離によって画定される第２厚さを有する。第１厚さは第２厚さより厚いかもしれない。（７）インタフェース接点が用いられて外部底面と回路基板の底面との間の高所でパワーコンバータと接続するかもしれない。（８）磁気コアは回路基板の中を通って伸びているかもしれない。（９）上側部分及び下側部分は電力変換回路のすべてを囲繞するかもしれない。（１０）インタフェース接点は導体素子を含むかもしれない。導体素子は（１１）ボールグリッド・アレー、（１２）ランドグリッド・アレー、または（１３）ピンを含むかもしれない。（１４）電力変換回路は回路基板の上面に配置された熱放散電力変換コンポーネントを含み、回路基板の上面と外部上面との間の平均熱抵抗は回路基板の上面の１平方インチにつき３Ｃ／ワットより少ないかもしれない。（１５）熱放散電力変換コンポーネントはＭＯＳＦＥＴを含むかもしれない。（１６）パワーコンバータは基板の厚さによて隔てられた上面及び底面と、パワーコンバータと接続を成すための上面上の導電領域とを有する外部回路基板に実装されるかもしれない。（１７）外部回路基板は基板開口部を有し、下側部分が基板開口部へ伸び、かつインタフェース接点が導電領域に接続されるかもしれない。（１８）下側部分は外部底面と回路基板の底面との間の最大距離によって画定される第１厚さと、外部上面及び回路基板の上面との間の最大距離によって画定される第２厚さとを有するかもしれない。第１厚さは第２厚さよりも厚く、下側部分の一部は第１面の下方に伸びているかもしれない。（１９）インターコネクトエクステンダは、インタフェース接点を導電領域に接続するインタフェース導体と、突出部領域と結合する第１面及び外部回路基板と結合する第２面とを有する。パワーコンバータは第１面領域に実装され、第２面領域は外部回路基板に実装されるかもしれない。（２０）インターコネクトエクステンダはエクステンダ開口部を有し、下側部分はエクステンダ開口部に及ぶかもしれない。（２１）インターコネクトエクステンダは突出部の外周に大体一致する外周を有するかもしれない。（２２）エクステンダ開口部は下側部分の外周に大体一致するかもしれない。（２３）下側部分は外部底面と回路基板の底面との間の最大距離によって画定される第１厚さを有し、インターコネクトエクステンダは第１面領域と第１厚さより厚い第２面領域との間の厚さを有するかもしれない。（２４）外部回路基板は基板開口部を含むかもしれない。下側部分は外部底面と底面との間の最大距離によって画定される第１厚さを有し、インターコネクトエクステンダは第１面領域と第２面領域との間の第１厚さより薄い厚さを有するかもしれない。下側部分は基板開口部に及ぶかもしれない。（２５）コネクタは導電領域に接続される導電ソケットを有するかもしれない。（２６）インタフェース導体の第１端はインタフェース接点に接続され、インタフェース導体の第２端はソケットに接続するためのピンを有するかもしれない。（２７）インタフェース接点は導体素子を含むかもしれない。（２８）導体素子は（２８）ボールグリッド・アレー、（２９）ランドグリッド・アレー、または（３０）ピンを含むかもしれない。（３１）インタフェース導体の第１端が使用されてインタフェース接点に接続し、インタフェース導体の第２端が使用されて導電領域に接続されるかもしれない。導体素子（３２）はボールグリッド・アレー、（３３）ランドグリッド・アレー、（３４）ピン、または（３５）Ｊリード線を含むかもしれない。（３６）回路基板は電気的導電体及び絶縁材を交互に含む多層回路基板であって、インタフェース接点は多層回路基板に接続されるかもしれない。（３７）インタフェース接点はＢＧＡ接点であるかもしれない。（３８）多層基板の上面及び底面は、概して長方形であって長い辺に沿って配置されるＢＧＡ接点を備えるかもしれない。（３９）長方形面の寸法は約２１ｍｍ×３２ｍｍであり、ＢＧＡ接点は１ｍｍのパターン上にあるかもしれない。（４０）多層基板の上面と外部回路基板の第２面上の導電領域との間の熱抵抗はパッケージ周囲１ｃｍにつき４０Ｃ／ワットより低いかもしれない。（４１）カード・エッジコネクタは外部回路基板に実装されるかもしれない。第２面領域は接点指状突起を有しカード・エッジコネクタに結合するかもしれない。エクステンダはコネクタを用いて外部回路基板に実装されるかもしれない。（４２）第１面領域は第２面領域に大体垂直であり、開口部は下側部分の外周に大体一致するかもしれない。（７８）外部回路基板は基板の厚さによって隔てられた第１面及び第２面と、回路への接続を成す第２面上の導電領域とを有する。インターコネクトエクステンダはインタフェース導体を有し、導電領域、突出部領域に結合する第１面領域、及び外部回路基板に結合する第２面領域へインタフェース導体を接続するかもしれない。インターコネクトエクステンダはヒートシンクを含むかもしれない。回路基板は第１面領域に実装され、第２面領域は外部回路基板に実装されるかもしれない。（７９）ヒートシンクは第１面領域に取り付けられるかもしれない。（８０）インターコネクトエクステンダは熱伝導層を含み、ヒートシンクは熱伝導層の延長部を含むかもしれない。（８１）外部回路基板は基板の厚さによって隔てられた第１面及び第２面を含み、第２面上に導電領域を有して回路基板への接続を成す。ヒートシンクは外部回路基板上に配置され、外部回路基板に熱的に接続されるかもしれない。回路基板は外部回路基板に実装され、回路は回路基板及び外部回路基板を通してヒートシンクに熱的に接続されるかもしれない。（８３）パッケージは周囲を有し、ヒートシンクと回路基板の上面との間の熱抵抗はパッケージ周囲の１ｃｍにつき８０Ｃ／ワットより低いかもしれない。
【００１７】
概して、別の態様において、（４３）方法はパワーコンバータをパッケージするステップを含む。上面及び底面を有する回路基板が設けられ、電力変換回路は、回路基板の上面上の第１領域の上側回路と回路基板の底面上の第２領域の下側回路とを備えた回路基板の上面及び底面に配置される。第１領域、上側回路、及び上側回路と回路基板との間の接続は上側部分の筐体に囲繞されている。第２領域、下側回路、及び下側回路と回路基板との間の接続は下側部分の筐体に囲繞されている。第２領域は第１領域よりも狭い。第１領域及び第２領域が配置され、回路基板の底面の周囲の２つ以上の側面に沿って伸びる突出部領域を備えた回路基板の底面上の突出部領域を画定する。インタフェース接点は突出部領域の底面上に設けられてパワーコンバータへの電気的接続を成す。
【００１８】
一般的な方法の実施には１つ以上の以下の特徴が含まれるかもしれない。第１領域（４４）または（４５）第２領域はカプセル化によって囲繞されるかもしれない。（４６）回路基板の上面上の電力変換回路のすべては第１領域の中に囲繞されるかもしれない。（４７）第１領域及び第２領域を囲繞するステップはすべての電力変換回路を囲繞するかもしれない。（４８）第１領域及び第２領域を囲繞するステップはカプセル化を含むかもしれない。（４９）インタフェース接点は第２領域をカプセル化する前にプリント回路基板に取り付けられるかもしれない。（５０）取り付けステップはＢＧＡをプリント回路基板に取り付けるステップを含むかもしれない。（５１）カプセル化はインタフェース接点を収容するステップオーバー・キャビティを有する金型を用いるステップを含むかもしれない。（５２）基板の厚さによって隔てられた上面及び底面を有する外部回路基板と、パワーコンバータへの接続を成す上面上の導電領域とが設けられるかもしれない。パワーコンバータは外部回路基板に実装されるかもしれない。（５３）外部回路基板の開口部が設けられて下側部分の筐体を収容する。下側部分の筐体は開口部に配置され、インタフェース接点が実装の間導電領域に接続されるかもしれない。（５４）下側部分の筐体は外部底面と回路基板の底面との間の最大距離によって画定される第１厚さを有し、上側部分は外部上面と回路基板の上面との間の最大距離によって画定される第２厚さを有する。第１厚さは第２厚さより厚く成され、パワーコンバータは外部回路基板の下方に伸びる下側部分の筐体の一部に実装されるかもしれない。（５５）インタフェース導体を有してインタフェース接点を導電領域に接続するインターコネクトエクステンダが設けられ突出部領域及び外部回路基板の上面と結合するかもしれない。（５６）エクステンダの開口部がインターコネクトエクステンダに設けられ下側部分の筐体を収容するかもしれない。（５７）インターコネクトエクステンダの外周は突出部の外周に大体一致するかもしれない。（５８）エクステンダの開口部は下側部分の筐体の外周に一致するかもしれない。（５９）下側部分の筐体は外部底面と底面との間の最大距離によって画定される第１厚さを有し、インターコネクトエクステンダは第１厚さより厚い厚さが設けられるかもしれない。（６０）下側部分の筐体は外部底面と回路基板の底面との間の最大距離によって画定される第１厚さを有し、インターコネクトエクステンダは第１厚さより薄い厚さが設けられるかもしれない。基板開口部は外部回路基板に設けられ、下側部分の筐体がエクステンダの開口部の中へ、かつ基板開口部の中に配置されるかもしれない。（６１）インタフェース接点はボールグリッド・アレーを用いて導電領域に接続されるかもしれない。（６２）回路基板の上面と外部回路基板の上面上の導電領域との間の熱抵抗はパッケージの周囲１ｃｍにつき４０Ｃ／ワットより低いかもしれない。（６３）パワーコンバータはインターコネクトエクステンダに実装され、インターコネクトエクステンダは外部回路基板の上面または底面に大体垂直の突出部面を備えた外部回路基板に実装されるかもしれない。（６４）インターコネクトエクステンダは基板に機械的に固定されるかもしれない。（６５）パワーコンバータはインターコネクトエクステンダに実装されるかもしれない。カード・エッジコネクタは外部回路基板上に設けられ、外部回路基板の上面または底面に大体垂直の突出部面でインターコネクトエクステンダを支える。
【００１９】
概して別の態様では、（６６）基板の両面をカプセル化する方法は、基板の第１面の第１領域をカプセル化するための第１キャビティを有する第１金型部分と基板の第２面の第２領域をカプセル化するための第２キャビティを有する第２金型部分とを含む金型を設けるステップを含む。第１キャビティへカプセル化材料を導く充填導管が金型の第１端で設けられる。第１端の反対の端で第１キャビティ内で開口部を有してカプセル化材料を第１キャビティから第２キャビティへ流れることを可能にするチャネルも設けられる。
【００２０】
概して別の態様では、（６７）基板の両面をカプセル化する方法は基板上の金型を閉じるステップを含む。第１金型部分は基板の第１面の第１領域をカプセル化する第１キャビティを有し、第２金型部分は基板の第２面の第２領域をカプセル化する第２キャビティを有する。基板を第２金型部分に押し込んで第２キャビティを密閉する密閉力が第１キャビティへカプセル化材料を注入することによって生成される。
【００２１】
一般的な方法の実施には１以上の以下の特徴が含まれるかもしれない。（６８）ステップオーバー・キャビティが第２キャビティの外側の第２金型部分に設けられ基板の第２面から突出する特徴を収容するかもしれない。
【００２２】
（６９）金型は回路基板上で閉じられ、カプセル化材料は圧力をかけられて充填導管を通されるかもしれない。第２キャビティは第１キャビティからチャネルを通して運ばれたカプセル化材料で満たされるかもしれない。（７０）第２領域は第１領域より狭いかもしれない。（７１）チャネルは回路基板を貫通する開口部を含むかもしれない。（７２）カプセル化材料は第１キャビティからチャネルを通って送られて第２キャビティを満たすかもしれない。（７３）カプセル化材料は第１キャビティの第１端へ注入され第１端の反対の第２端から第１キャビティから送られるかもしれない。
【００２３】
概して、別の態様では、（７４）装置は上面及び底面を備えた回路基板を有するパワーコンバータ、及び電力変換回路を含む。電力変換回路は透磁性コア、回路基板の上面上の第１領域内の上側回路、及び回路基板の底面上の第２領域内の下側回路を含む。第２領域は第１領域よりも小さく、第１領域及び第２領域は配置されて回路基板の底面の周囲の２つ以上の側面上の及び側面に沿って伸びる突出部領域を画定する。インタフェース接点は回路基板の底面上の突出部領域内に配置されてパワーコンバータへの電気的接続を成す。パワーコンバータは、パワーコンバータの第２領域より広い開口部と開口部へ伸びるパワーコンバータの第２領域でパワーコンバータへの接続を成す導電領域とを有する外部回路基板に接続される。
【００２４】
一般的な装置の実施には１つ以上の以下の特徴が含まれるかもしれない。インタフェース接点には（７５）ＢＧＡ、（７６）ＬＧＡ、または（７７）インターコネクトエクステンダが含まれるかもしれない。
【００２５】
概して、別の態様では、（８４）装置は厚みによって隔てられた第１面と第２面とを有するサーマルエクステンダを含む。第１面の第１面領域が使用されて熱放散パワーコンバータと結合し、第２面の第２面領域が使用されて外部回路基板上に実装される。複数のインタフェース導体は、熱放散パワーコンバータ上の接点と結合する第１面上の第１端と、外部回路基板上の導電領域と結合する第２端とを有する。ヒートシンクは第１面領域に熱的に接続されパワーコンポーネントによって生成される熱を放散する。
【００２６】
一般的な装置の実施には１つ以上の以下の特徴が含まれるかもしれない。（８５）ヒートシンクは第１面に実装される面であるかもしれない。（８６）熱伝導層は第１面領域からヒートシンクへ伸び、ヒートシンクは熱伝導層の延長部を含むかもしれない。（８７）サーマルエクステンダは熱伝導金型を含み、ヒートシンクはヒートシンク素子を含むかもしれない。（８８）サーマルエクステンダはキャビティを含んで熱放散パワーコンバータの下側部分を支持し、第１面領域はエクステンダへのコンバータの表面実装に使用されるかもしれない。
【００２７】
概して別の態様では、（８９）パワーコンバータを冷却する方法は、パワーコンバータを外部回路基板に熱的に接続するステップと、外部回路基板をヒートシンクに熱的に接続し、ヒートシンクとパワーコンバータとの間の熱抵抗がパワーコンバータの周囲１ｃｍにつき８０Ｃ／ワットより低いことを特徴とするステップとを含む。
【００２８】
一般的な方法の実施には１つ以上の以下の特徴が含まれるかもしれない。（９０）熱抵抗はパワーコンバータの周囲１ｃｍにつき４０Ｃ／ワットより低いかもしれない。
【００２９】
本発明の１つ以上の実施例の詳細が添付図面と以下の説明において示される。本発明の他の特徴、目的、及び利点は説明及び図面から、並びに請求項から明らかになるだろう。
【発明の詳細な説明】
【００３０】
様々な図における同様の参照記号は同様の要素を示す。
【００３１】
図３Ａ及び３Ｂは、それぞれ、パワーコンバータ装置３０の分解断面図及び断面斜視図を示す。装置はパワーコンバータ３２及び回路基板アセンブリ３９を含む。下方から見たパワーコンバータ３２の斜視図が図４Ａ及び４Ｂに示される。図３及び４を参照すると、パワーコンバータは概して直方体の形を持つ上側部分３６及び下側部分３１を含む。上側部分は概して長方形の上面３５及び突出面４２を有する。下側部分は概して長方形の底面３４を有する。下側部分３１の側面（例えば、側面４６ａ、４６ｂ）は上側部分３６の側面（例えば、側面４４ａ、４４ｂ）より長さが短く、上側部分３６が下側部分３１の上にかかることを可能にし突出面４２を露出させる。下側部分は、図４Ａ及び４Ｂに示されたように上側部分の中央にあって突出面４２上に左右対称の突出部領域（例えば、対称領域４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ）を構築する。パワーコンバータへの電力及び信号の入力−出力接点接続は、突出面４２上に領域４２ａ−ｄに沿って形成されるインタフェース接点３３（例えば、ボールグリッド・アレー（「ＢＧＡ」）またはランドグリッド・アレー（「ＬＧＡ」）などのはんだ付けが可能な接点）経由で成されるかもしれない。インタフェース接点３３は全周囲（例えば、図４Ａに示される領域４２ａ−ｄ）または周囲の一部（例えば、図４Ｂに示されるような２つの長い領域４２ｂ、４２ｄ）に沿って配置されるかもしれない。
【００３２】
パワーコンバータ３２は図３Ａ及び３Ｂに示されるような「スルーボード」構成において回路基板３９に実装されるかもしれない。開口部４５が回路基板３９に設けられて下側部分３４が開口部へ突出することを可能にする。開口部４５は寸法及び形において下側部分の外周３４に一致することが望ましい。導電経路（例えば、経路３７、３８）が回路基板上に設けられてインタフェース接点３３と結合する。装置３０はパワーコンバータ３２の下側部分３４を回路基板３９の開口部４５へと配置して導電経路（例えば、経路３７、３８）へインタフェース接点３３をはんだ付けすることによって組み立てられる。
【００３３】
図４Ｂのコンバータ３２の実施例の内部の詳細が図５Ａ及び５Ｂの透視図で示される。コンバータは、同書のファクタライズされたアプリケーションにおける図４０Ａ及び４０Ｂと関連して説明された種類の正弦波振幅コンバータであるかもしれない。図５Ａ及び５Ｂの中で用いられた参照番号は、ファクタライズされたアプリケーションの図４０Ａ及び４０Ｂで用いられた参照番号に大体対応する。図５Ａ及び５Ｂは回路基板４４２の平面図及び底面図を示す。図５Ａ及び５Ｂに示したように、コンポーネントは回路基板４４２の両面に実装される。ＭＯＳＦＥＴパワー・スイッチ４４８、同期整流器４５３、４５４、及び／または他のコンポーネント（「上側電装品」）などの電力放散コンポーネントは回路基板４４２の上面上に配置されるかもしれない。入力コンデンサ４５６、共振コンデンサ４３０、出力フィルタコンデンサ４５８、４６０、及び／または他のコンポーネント（「下側電装品」）は回路基板４４２の底面上に配置されるかもしれない。絶縁トランスコアセット４２２ａ、４２２ｂなどの磁気コンポーネントは回路基板の上面および底面に及んでいるかもしれない。熱が強制空気流または上面３５に接続された外部ヒートシンクによって主として取り除かれるアプリケーションでは、ＭＯＳＦＥＴパワー・スイッチ４４８などの冷却は、大きな上面３５に近接する回路基板４４２の上面上に装置を配置することによって向上される。一方、セラミックコンデンサ（例えば４５６、４５８）などのエネルギー保存素子は、有効な熱量は生成しないが、より厚いのでより大きな上部空間を必要とする。係るコンポーネントは、より大きなパッケージ上部空間が設けられる回路基板の底面上に配置されることが望ましい。好適実施例において、上側部分は１．２ｍｍより低い高さを備えたコンポーネントを収容し、下側部分は２．０ｍｍより低い高さのコンポーネントを収容する。
【００３４】
回路基板の上面及び底面は熱伝導性エポキシ（例えば、住友ベークライト株式会社によって製造されるＥＭＥ−ＬＫ４−２）でカプセル化されて、図３及び４に示された直方体の上側部分３６及び下側部分３１などの上側部分及び下側部分を形成するかもしれない。カプセル化材料の外面は図５Ａ及び５Ｂで示した（点線３３６で示したような）上面３５及び（点線３３１で示したような）底面３４を含む上側部分３６及び下側部分３１の外面を形成するかもしれない。１．２ｍｍより低い高さのコンポーネントに対する上側部分の範囲内の許容値で、回路基板の上面と上記で参照したＬＫ４−２を用いてカプセル化されたパッケージの外部上面との間の平均熱抵抗は、回路基板の上面の１平方インチにつき約１．６Ｃ／ワットである。突出部領域４２に対応する回路基板４４２の一部（領域４２ａ−４２ｄ）は非カプセル化のままであって導体パッド（例えば、図５Ｂの導体パッド６３）を露出しており、そこにインタフェース接点３３（例えば、ＢＧＡのはんだボール、または他の接点）が取り付けられるかもしれない。例えば、図３、４及び５に示した２重化直方体パッケージなどの完全な突出部パッケージ構造は、例えば、単一の直方体面実装パッケージなどの突出部を欠く既存のパッケージ構造を超える電気的相互接続、機械的実装、及び熱冷却の利点を提供する。
【００３５】
概して、パッケージ相互接続抵抗及びインダクタンスは、電気的に、様々な相互接続素子をパッケージ本体に含まれるコンポーネントに接近させることによって最適化される。パッケージは、機械的に、パッケージの上側部分の比較的薄い半導体電力装置及びパッケージの下側部分の比較的厚いエネルギー蓄積コンポーネントを最適に配置することによってパワーコンバータの出力密度を最適化する。このパッケージを備えたパワーコンバータを組み込んでいるシステムの有効出力密度は、回路基板の突出部で回路基板にわたるパッケージを保持しながら、外部回路基板の開口部内にパッケージの下側部分を挿入することができることよって更に最適化される。機械的実装もインターポーザー素子またはエクステンダ素子を通してパッケージを接続することができることによって柔軟性が設けられ、基板の表面に平行なパッケージ本体を用いて外部基板にわたる表面実装が可能になる。パッケージの突出部の下の容量を用いることによって、薄型表面実装及び最小限に抑えた設置面積での垂直実装の両方に対して、全体的なパッケージの高さを実質的に高くすることなくインターポーザーが追加されるかもしれない。パッケージ内で生成された熱の熱管理は、パッケージの上側部分の範囲内に含まれる半導体接合部への低熱抵抗を用いて、パッケージの上面から伝導及び対流によって熱を取り出すことができることによって促進される。熱管理は、回路基板の上面に熱的に接続された半導体接合部と外部回路基板へのインタフェース接点との間の低熱抵抗を用いて、外部回路基板またはインターポーザー素子への伝導することによっても効果的に設けられる。熱除去は、パッケージ突出部の下のインタフェース接点、または端子へのパッケージの範囲内で回路基板に沿った側面の伝導によって促進される。
【００３６】
インターフェース接点３３（例えば、ＢＧＡにおけるはんだボールまたは真ちゅうボール）は、カプセル化またはオーバーモールドする前または後で導体パッド６３に使用されるかもしれない。個々のはんだボールが導体パッドに使用されて標準的な接着テープキャリアー、ロボット配置、またはステンシル方法を用いてＢＧＡを形成するかもしれない。金型の分割線で起きるいくつかの樹脂の滲出または鋳ばりなしで金型処理を行うことは実際には難しく、分割線が露出された突出部４２とカプセル化された下側部分３１との間に存在するので、導体パッドの汚染がそうしないと生じる樹脂の滲出をきれいにする追加の処理ステップがなければ、樹脂の滲出はインタフェース接点３３の適切な取り付けを妨げて導体パッド６３へ接着するかもしれない。カプセル化の前に接点３３を取り付けることによって専用の除去ステップの必要性が回避される。事前に取り付けられた接点で、はんだ付け球体の基部のまわりに滲出する樹脂は、滲出している膜の厚さがボールの直径より実質的に少ない限りＢＧＡの完全性を妨げないだろう。カプセル化された金型キャビティは、金型処理の前に導体パッド６３に取り付けられたインタフェース接点３３（例えば、ＢＧＡのはんだボールまたは他の接点）を「またぐ」ように設計されるかもしれない。
【００３７】
図１４Ａを参照すると、金型５１０の断面は、回路基板４４２の底面で閉じるキャビティ５０２を備えた金型部分５０１と、回路基板４４２の上面で閉じて下側部分３１及び上側部分３６をそれぞれカプセル化する金型部分５０３を備えた金型部分５０４とを含む。回路基板４４２の露出した突出部面４２は図１４Ａの参照記号５０７によって指示される領域において金型部分５０１と結合する。図１４Ｂに示された金型５２０は金型部分５０５のステップオーバー・キャビティ５０６を含み、示されたようにあらかじめ取り付けたはんだ球に対して間隔を設ける。ステップオーバー・キャビティは他のタイプのインタフェース接点でも用いられるかもしれない。あらかじめ取り付けられたインタフェース接点３３（例えば、ＬＧＡまたはＢＧＡ接点）の間の領域の突出部面は別の実施例ではカプセル化されるかもしれない。
【００３８】
図３、４、及び５を参照して説明されたパッケージ構造は、形が大体直方体である上側部分及び下側部分を有するパッケージに限定されない。上記に説明された上側部分及び下側部分を形成するカプセル化方法は、事実上どんな形ででも（例えば、多面体、円筒形、その他）上側部分及び下側部分を成形することに特に良く適している。大体直方体の上側領域の場合では、パッケージはその突出部領域の全てまたは一部の上にインタフェース接点を含むことが有利であるかもしれない。具体的には、突出部面は直方体の多様な面上（例えば、２、３その他）に形成されるかもしれない。上側領域が大体直方体の形ではない実施例では、インタフェース接点は突出部領域に沿ってどこでも配置され得る。
【００３９】
「スルーボード」実装を用いることができないかまたは望ましくないアプリケーションでは、突出部パッケージはインターコネクトエクステンダなどのインターポーザーを用いる「オンボード」構造の回路基板面の上方に実装されるかもしれない。図６Ａ及び６Ｂは上記に説明した種類の突出部パッケージにパッケージされたパワーコンバータ３２、回路基板３９、及びインターコネクトエクステンダ５０を含むパワーコンバータ装置５４の分解斜視図及び斜視図をそれぞれ示す。インターコネクトエクステンダ５０は、突出部パッケージの下側部分３１及びエクステンダ接点５３を収容する開口部５２を有し、エクステンダ接点５３はコンバータ３２上で接点３３を回路基板３９上の導電経路３７、３８に接続する。エクステンダ５０の高さＨ１は、底面３４と回路基板３９との間の必要な間隔を設けるためのすべての正当な許容範囲の条件下で、パワーコンバータの下側部分３１の高さＨ２より高いか等しいことが望ましい。
【００４０】
インターコネクトエクステンダ５０はまた、パワーコンバータへの様々な替わりのリード線端子を設けるために用いられるかもしれない。図７を参照すると、上記で説明した種類のパッケージ化されたパワーコンバータ３２、導電経路３８を備えた回路基板３９、及びインターコネクトエクステンダ５０を含むパワーコンバータアセンブリの一部の断面図が示されている。回路基板３９上の導電経路３８に取り付けるエクステンダ接点５３の端部５５はＪリード線形式である。替わりに、スルーホール・リード線またはガルウイング端子などの他のリード線端子が用いられるかもしれない。
【００４１】
インターコネクトエクステンダが用いられて、上記した種類のパッケージ化されたコンバータと回路基板アセンブリとの間のプラグ・ソケット接続を成す。図８を参照すると、エクステンダピン６０を備えたインターコネクトエクステンダ５０を用いるパワーコンバータ装置の分解断面図が示される。エクステンダピンの上端（図示せず）は図７で示したのと同様の方法でパワーコンバータ３２上のインタフェース接点３３にはんだ付けされる。ピン６０の下端はインターコネクトエクステンダ５０の底面から伸びてソケット６１へ挿入され、ソケット自体が回路基板３９上の経路３８にはんだ付けされているかもしれない。図８は「オンボード」実装構成としてパワーコンバータ３２及びエクステンダ５０アセンブリを示すが、プラグ・ソケット技術は、エクステンダ５０（図６Ａ）の高さＨ１を下側部分３１の高さＨ２（図６Ａ）より低くし下側部分が回路基板面に突出するのを可能にすることによって「スルーボード」アプリケーションにおいても用いられるかもしれない。
【００４２】
インターコネクトエクステンダは「スルーボード」構造でも用いられ、例えば下側部分３１が回路基板へまたは回路基板の中を通って伸びる深さなどのパワーコンバータ本体が実装面へ突出する範囲を変化させる。例えば、図９Ａ及び９Ｂは２つのパワーコンバータアセンブリの一部分の断面図を示す。図９Ａのアセンブリはエクステンダ５７ａを用いており、それは図９Ｂのアセンブリのエクステンダ５７ｂより高さが低い。結果として、パワーコンバータ３２の底面から回路基板５９の底面への距離は図９Ｂにおいて図９Ａにおける距離より短い。回路基板３９の表面に関連するパワーコンバータ３２の上面及び底面の関連延長部分を調整してコンバータの上面及び底面を横切る関連空気流が調整されるかもしれない。
【００４３】
固定された寸法の複数のインタフェース接点３３が用いられる実施例（例えば、ボールグリッド・アレータイプのインタフェース接点など）では、個々の接点の通電容量は相対的に低いかもしれない。係る場合には、複数の接点を一緒に用て高電流インタフェースを生じることができる。入力端子はパッケージの一方の側に配置され、出力端子は反対側に配置されるかもしれない。長い辺と短い辺を含む長方形の形をしたパッケージを用いると、長い辺に沿って入力接点及び出力接点を配置することが望ましい。このことは、インタフェース接点と電流がそこにまたはそこから流れることが必要なパッケージの内部との間をより接近させ、パッケージ内の半導体接合部とそのインタフェース接点との間の熱抵抗を減じる。
【００４４】
上記に説明した電力変換パッケージ及び装置のいくつかの利点は以下の通りである。即ち、小さなサイズと、インタフェース接点の配置のための突出部４２の範囲におけるパッケージ周囲の可用性による高インタフェース接点密度と、熱除去及び冷却のための例えば上面及び底面３４、３５などの、総パッケージ表面領域の有効割合を表す２つの大きな面の露出と、回路基板３９の厚さと同一の広がりを持つパッケージの一部による概して高く同等である出力密度と、コンバータと回路基板との間の電気的接続における相対的に低い抵抗及びインダクタンスを生じさせる短い直接のインタフェース接続と、「スルーボード」及び「オンボード」アプリケーションの両方において柔軟で容易なアセンブリと、である。
【００４５】
パワーコンバータパッケージからの、特にパッケージ内に含まれる電力放出コンポーネントからの熱除去は、図５に示された種類のコンバータの実施例のプリント回路基板４４２及びインタフェース接点３３を用いて設けられるかもしれない。図１０を参照すると、パワーコンバータ３２は、図５に示した種類のものであって、回路基板３９へ実装されているところが断面で示されている。コンバータ３２は多層ＰＣＢ４４２及び熱伝導エポキシ４５１にカプセル化された回路コンポーネント（例えば、多層ＰＣＢの上面及び底面にそれぞれ実装されるコンポーネント４４７、４４９など）を含む。図１０の特徴、特にＰＣＢ４４２及び回路基板３９の相対的な厚さ、は比べるために描かれていない。多層基板４４２は、導電経路（例えば、導電経路６５ａから６５ｆ）及び例えば含浸グラスファイバー基板またはセラミック基板などを含む絶縁層（例えば、絶縁層６７ａから６７ｅ）から成るいくつかの交互の層を含むかもしれない。導電経路６５はＰＣＢ４４２の上面及び底面に実装される回路コンポーネントの間の接続及び、リフローされたＢＧＡの一部を表すはんだ付け接続６２として図１０に示されたコンバータ回路とインタフェース接点３３との間の接続を形成する。はんだ付け接続６２は多層ＰＣＢ４４２の底面の導電経路６７ｆを回路基板３９上の導電経路６６に接続する。
【００４６】
図１０では、熱放出コンポーネント４４７が多層回路基板４４２の上面で導電経路６５ａ上へと実装される。図の矢印７２で示したように、熱はコンポーネント４４７から多層基板４４２へと垂直及び水平の両方に流れる。６４経由の金属メッキされた貫通部は、はんだ付け接続６２を通って回路基板３９上の導電経路６６へと熱を伝導することに関与する。
【００４７】
図１０に示された熱除去技術の有効性は以下の実施例で示され、そこでは熱放出コンポーネントを含むパワーコンバータが多層基板の上面に渡ってほぼ均一に熱を放出すると仮定されている。多層基板は、へりに沿って０．８２インチ（２１ｍｍ）×１．２６インチ（３２ｍｍ）であって、導電経路にエッチング加工された、０．００４インチ（．１６ｍｍ）の厚さで比較的高い熱伝導性（２．５ワット／ｍ−Ｃ）の絶縁層によって隔てられた２オンスの銅でできている１４層（約０．０８５インチ（２．１６ｍｍ）の厚さ）から成っていると仮定すると、多層基板の上面とパッケージの２つの長いへりとの間の「有効熱抵抗」は１Ｃ／ワットとほぼ同程度だろう。セラミックなどの熱伝導フィルタを組み込んでいる誘電性基板（プレプレッグ）材料が用いられて熱伝導プリント回路基板が組み立てられるかもしれない。例えば、４４１０２−２２１６オハイオ州クリーブランドデトロイトアベニュー４７０７のサーマゴン（Thermagon）社から市販されているＴ−Ｌａｍ、及び５５３１７ミネソタ州チャンハッセンＷ．７８番のバーグキスト（Bergquist）社から市販されているサーマルクラッド（Thermal-Clad）が用いられるかもしれない。直径が０．７５ｍｍの１０８個のはんだボールから成るボールグリッド・アレーが突出部面上のインタフェース接点３３に対して用いられていると仮定すると、はんだボールはリフローされて多層基板の底面上の導電経路（例えば、図１０の経路６５ｆ）と回路基板上の導電経路（図１０の経路６６）との間のはんだ接合部を形成する。得られるはんだ接合部の各々は約２０Ｃ／ワットの熱抵抗を有するだろう。（１０８個の係るはんだボールから成る）ＢＧＡはそれゆえ約０．２Ｃ／ワットの熱抵抗に寄与するだろう。多層基板４４２の最上層と回路基板３９との間の総「有効熱抵抗」は約１．２ワット／Ｃ（または、１３．５ｃｍの周囲を与えられたときに、周囲１ｃｍにつき１６Ｃ／ワット）になるだろう。１０ワット未満の熱負荷で、多層基板４４２の上面と回路基板３９上の経路６６上のはんだ接合６２との間の「平均」温度上昇は１２Ｃより下に保持されてコンバータの有効で低コストの熱管理を可能にし得る。
【００４８】
コンバータ３２から回路基板３９へ伝導された熱は様々な方法で周囲のシステムとやりとりされるかもしれない。図１１Ａを参照すると、回路基板の表面領域は、コンバータ３２の上面及び／または底面の表面領域と接続されるとき、いくつかのアプリケーションにおいてコンバータの冷却手段として周辺空気と熱交換するのに十分であるかもしれない。図１１Ａの波線矢印は、パワーコンバータ３２から、はんだ接合（例えば、はんだ接合６２）を通って、回路基板３９及び周囲の環境への熱の流れを示す。示したように、熱拡散は回路基板３９上の高熱伝導金属経路６９を用いて向上されるかもしれない。熱は回路基板３９の表面、経路６９及びコンバータ３２の表面から、自然または強制対流によって除去される。コンバータ３２及び回路基板３９の最上面だけが図１１Ａに示されているが、（基板アプリケーションを通した）コンバータ３２の底面、回路基板３９の底面、及びその上の導電経路が周囲への熱伝導に寄与するかもしれない。
【００４９】
替わりに、１つ以上の小さなヒートシンクがコンバータパッケージの両側に沿って分散されるかもしれない。図１１Ｂを参照すると、２つのヒートシンク７１が、例えば回路基板３９上の導電経路６９へ（例えば、はんだまたは熱伝導接着剤を用いて）表面実装されて示されている。ヒートシンク７１は、アプリケーションに応じてコンバータ３２と同じ高さを有しているかまたはそれより高いかまたは低いかもしれない。コンバータパッケージに隣接して、回路基板上で相対的に小さい表面領域を占めながら熱対流のための実質的な表面領域を設けるヒートシンクを使用することによって、図１１Ａの技術と比較してより空間的に有効となる。隣接するヒートシンクは、回路基板３９において熱がその上を移動する距離を減じて図１１Ａの実施例のコンバータとまわりの環境との間の熱伝導を更に改善する。上面に実装されて示されているが、ヒートシンク７１は回路基板の一番上のヒートシンクの代わりにまたはそれらに加えて回路基板３９の底面に実装されるかもしれない。コンバータ３２の上面及び底面のいずれかまたは両方は熱除去に役立つかもしれない。加えて、ヒートシンクはパワーコンバータの上面、底面、及び側面のいずれかまたは全てに取り付けられて、周囲への熱伝導を更に改善するかもしれない。自然または強制対流が用いられるかもしれない。
【００５０】
更に、図１０で例示したようにパワーコンバータから外部回路基板へ伝導された熱があると、熱はシステムの他の部分へ接続されたヒートシンクを通して伝導されて外部回路基板から除去されるかもしれない。例えば、ヒートシンクは外部回路基板の上面と回路基板の最上面の上方に配置された冷却板との間に接続されるかもしれない。替わりに、ヒートシンクは外部回路基板の底面と回路基板の底面の下方に配置された冷却板との間に接続されるかもしれない。
【００５１】
図１０と１１に関連して上記で検討した熱管理技術は、インターコネクトエクステンダが用いられるアプリケーションに適応されるかもしれない。図１２Ａを参照すると、インターコネクトエクステンダ２５０が用いられて、外部回路基板への電気的相互接続に加えて、ヒートシンクへの低熱抵抗を設けるかもしれない。係るサーマルエクステンダはヒートシンクに組み込まれてパワーコンバータから熱を除去し、周囲の空気と熱交換するかもしれない。サーマルエクステンダはパワーコンバータとそのまわりのシステムとの間の総熱抵抗を減じる。１つ以上のヒートシンク７１は、インターコネクトエクステンダ２５０の上面上の経路６９に実装される面であるかもしれない。パワーコンバータ３２はＢＧＡまたはＬＧＡを用いてインターコネクトエクステンダ２５０に接続されるかもしれない。インターコネクトエクステンダ２５０は、前に述べたように、ＢＧＡ、ＬＧＡ、または替わりのリード線端子を用いて回路基板３９の上面に接続されることが望ましい。図１２Ａのヒートシンクは、熱がパワーコンバータ３２から、はんだ接合（図示せず）を通って、（回路基板上というよりはむしろ）エクステンダ上の導電経路６９に沿って伝導されて、ヒートシンク７１を通って周囲に出ていくということをのぞいては、図１１Ｂに関して上記に説明したように主として動作するだろう。インターコネクトエクステンダ２５０は、図１０の回路基板４４２に関連して上記で説明した材料と同様の材料を用いて構成されるかもしれない。
【００５２】
ヒートシンク素子を備えた替わりのサーマルエクステンダが図１２Ｂに示される。図１２Ｂを参照すると、サーマルエクステンダ２５１は型に入れて作られるか、そうでなければ高熱伝導材料（０２８８６米国ロードアイランド州ワーウィック、ストロベリーフィールド・ロード３３３のクールポリマー（CoolPolymer）社からのクールポリ(CoolPoly)など）を用いて組み立てられるかもしれない。係る熱伝導プラスチック（例えば、熱伝導液体結晶性ポリマーであるクールポリＤなど）は１５Ｗ／ｍＫとほぼ同程度の熱伝導性を実現し、比較的低熱勾配を有する有効な熱伝達を可能にする。冷却の有効性が金属に匹敵すると同時に、熱伝導プラスチックは軽量で、成型しやすく、絶縁性である。これらの実施例において、ヒートシンク素子７２は、図１２Ａに関連して上記で検討したように、エクステンダの表面に取り付けられた別個の表面実装ヒートシンクの代わりに、熱拡張装置２５１の底部の延長として成型されるかもしれない。誘電材料であるサーマルエクステンダの底面で、電気相互接続素子は、エクステンダの底部内に型作られた孔または他の特徴の中で、真ちゅうピンなどの金属ピンを挿入することによってエクステンダに組み込まれるかもしれない。エクステンダの組立は、相互接続素子の挿入を含み、電気コネクタの組み立てに利用される処理と同様の処理を用いて実施されるかもしれない。様々な異なるヒートシンク構造７１を用いるサーマルエクステンダ（例えば、図１２Ａのエクステンダ２５０及び図１２Ｂの２５１）を設けることによって、ほかの同一のコンバータ３２がエクステンダを適当に選択して異なる熱環境において動作するように供給されることに用いられるかもしれない。
【００５３】
図１０、１１及び１２に示した熱管理技術の利点には、回路基板を含む超低プロファイルシステムを可能にすること、コンバータ３２の上面及び底面へ１つ以上のヒートシンクを取り付ける必要を避けながらなお熱変換のためにこれらの表面を効果的に用いること、及び異なる回路基板及び環境へコンバータを供給することに素早く適合する柔軟性、が含まれる。
【００５４】
いくつかのアプリケーションではパワーコンバータ３２を垂直に実装することが望ましいかもしれない。プリント回路基板にパワーコンバータを垂直に実装することについてのいくつかの問題には、はんだ付けの間（転倒や場所の移動を防ぐこと）や製品寿命にわたって（耐衝撃や耐振動）機械的安定性を設けること、及び垂直実装アセンブリが顧客のＰＣ基板にはんだ付けされている間、パワーコンバータ３２と垂直実装インタフェースエクステンダとの間のはんだ接続の完全な状態を保持すること、が含まれる。
【００５５】
これらの問題を解決する１つの垂直実装技術が図１５Ａ及び１５Ｂに示される。図１５Ａ及び１５Ｂを参照すると、パワーコンバータ３２はインターコネクトエクステンダに実装され、それはプリント回路基板であるかもしれない。パワーコンバータ３２は図３Ａ及び３Ｂに示した構造と同様のスルーボード構造においてエクステンダ２５３に実装されているのが示されている。コンバータ３２の下側部分の底面３４は図１５Ａのインターコネクトエクステンダ２５３の開口部を通って伸びているのが示されている。コンバータの上面３５は図１５Ｂに見られる。インターコネクトエクステンダ２５３は、例えばエッジ−フィンガー接点２６０、２６１などの接点を含み、それらは例えば、カード・エッジコネクタなどのコネクタ２６２と結合するエクステンダの一方または両方の側面上でエクステンダのへりに沿って配置される。接点２６０、２６１はパワーコンバータ３２上のインタフェース接点（例えば、図３Ａのインタフェース接点３３）へ導電経路（図示せず）経由で接続されるかもしれない。カード・エッジコネクタ２６２は表面実装または他の技術を用いて回路基板３９上の導電経路へはんだ付けされるかもしれない。
【００５６】
図１５Ａ及び１５Ｂのカード・エッジコネクタ技術は必要な機械的基盤を提供して、はんだ付けで見つかった問題を回避するが、それは熱や電気性能などの多くの観点から相対的に低性能の垂直実装解決法であるかもしれない。図１５Ａ及び１５Ｂのインターコネクトエクステンダ２５３は図１２Ａ及び１２Ｂで示したようなヒートシンクを更に含むかもしれない。
【００５７】
替わりに、ＰＣＢにはんだ付けされるように適応される垂直実装インターコネクトエクステンダが用いられるかもしれない。図１６Ａから１６Ｅを参照すると、パワーコンバータ３２を支持する垂直インターコネクトエクステンダ２５４が示されている。図１６Ｃを参照すると、エクステンダ２５４は、開口部２５５を備えたＰＣＢ２５２を含み、開口部２５５は図３Ａ、３Ｂで示したもののような「スルーボード」実装配置におけるパワーコンバータ３２の下側位置に対応する。コンバータ３２の底面３４は図１６Ａ及び１６Ｄのインターコネクトエクステンダ２５４を通って伸びているのが示されている。図１５のエクステンダ２５３と同様のＰＣＢ２５２を、インターコネクトエクステンダ２５４で用いられるかもしれないが、カード・エッジコネクタと結合する代わりに、垂直実装エクステンダ２５４が、回路基板３９への表面実装アセンブリに対して形成される、例えばＮＡＳ／インタープレックス社の「２段相互接続」などの（図１６Ｅでより詳細に示した）リード線２６３を含むということは除かれる。ＰＣＢ２５２は導電経路（図示せず）を含み、パワーコンバータ上のインタフェース接点をリード線２６３に接続する。リード線２６３ははんだ付けされ、回路基板３９への次のはんだ付けの間、安定のために回路基板２５２に接着されるかもしれない。熱伝導ガセット板２７０が設けられて機械的安定性を増し、エクステンダと回路基板３９との間の熱抵抗を減じるかもしれない。ガセット板２７０はエクステンダ２５４の回路基板２５２へ機械的に取り付けられ（またははんだ付け及び接着されて）、回路基板３９上のパッド（例えば、図１６Ｅのパッド２７１）にはんだ付けされるかもしれない。ガセット板２７０及びリード線２６３は、図１０−１１に関連して上記で検討した技術と同様に、コンバータ３２からかつ回路基板３９へ熱が伝導するのを助ける。ヒートシンクは、エクステンダ２５４、パワーコンバータ３２の１つ以上の面、または上記で検討したような回路基板３９へ追加されるかもしれない。スプリングクリップ（図示せず）または接着剤が加えられ、パワーコンバータ３２は上記で説明したインターコネクトエクステンダへしっかりと取り付けられてはんだ付け処理の間機械的な安定が設けられるかもしれない。垂直エクステンダを回路基板３９へ取り付ける為に用いられるはんだ付けの融点より高い融点を備えたはんだ付けが、パワーコンバータ３２、リード線２６３、及びガセット板２７０を回路基板２５２に取り付けるために用いられて、後のはんだ付け処理の間の問題を回避するかもしれない。ガセット板もピンや指状突起などの特徴が与えられ、それらは回路基板３９またはＰＣＢ２５２へ取り付けられて組み立てやはんだ付け処理の間すべるのを防ぐかもしれない。
【００５８】
上記で説明したように、上側部分及び下側部分（例えば、図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、及び４Ｂで示した大体直方体をした上側部分３６及び下側部分３１）が回路基板の上面及び底面をカプセル化することによって形成されるかもしれない。図１７Ａから１７Ｃは、カプセル化材料でない基板の片側の所定の領域を残しながら、どのようにプリント回路基板の上面および底面が金型においてカプセル化されるかを示す。図１７Ａ及び１７Ｂの断面図は同じ第１位置で取られている。図１７Ｃの断面図は第２の位置で取られ、それは図１７Ａ及び１７Ｂの断面に直角である。
【００５９】
図１７Ａ及び１７Ｂを参照すると、上側金型部分４０１はプリント回路基板４４２の上面４０６の上方で上側キャビティ４０４を形成し、上側接点領域４１３ａ、４１５ａでプリント回路基板４４２の上面４０６と接触している。同様に、下側金型部分４０２はプリント回路基板４４２の底面４０５の下方で下側キャビティ４０３を形成し、下側接点領域４０９ａ、４１１ａでプリント回路基板４４２の底面４０５と接触している。図１７Ｃの断面を参照すると、上側金型部分４０１は上側接点領域４１３ｂ、４１５ｂでプリント回路基板４４２の上面４０６と接触するようになり、下側金型部分４０２は下側接点領域４０９ｂ、４１１ｂでプリント回路基板４４２の底面４０５と接触するようになる。更に、下側金型部分４０２は下側接点領域４０９ｃ、４１１ｃでプリント回路基板４４２の底面４０５と任意で接触するようにしてもよい。下側金型部分４０２のステップオーバー・キャビティ４１７ａ、４１７ｂはプリント回路基板４４２の底面４０５状のＢＧＡはんだボール３３（または他のインタフェース接点）に対してすき間を設ける。上側金型キャビティ４０４が用いられてプリント回路基板４４２の上面４０６上で（例えば、図４Ｂの上側部分３６に対応する）カプセル化された上側部分を形成する。下側金型キャビティ４０３が用いられてプリント回路基板４４２の底面４０５上で（例えば、図４Ｂの下側部分３１に対応する）カプセル化された下側部分を形成する。プリント回路基板４４２の底面４０５上の領域４２３ａ、４２３ｂはカプセル化せずに保たれているので、プリント回路基板４４２（「下側領域部分」）の底面４０５上の下側接点領域４０９ａ、４０９ｂ、４１１ａ、４１１ｂによって画定される周囲の内にある表面領域が、プリント回路基板（「上側領域部分」）の上面４０６上の上側接点領域４１３ａ、４１３ｂ、４１５ａ、４１５ｂによって画定される周囲の内にある表面領域より小さい。以下に説明するように、図１７Ａ−１７Ｃに示した金型及びプリント回路基板の配置は、上側部分及び下側部分を成形することを可能にし、同時に（プリント回路基板４４２の底面上のステップオーバー・キャビティ４１７ａ、４１７ｂの下で）接点領域４２３ａ、４２３ｂを本質的にカプセル化せずに保つ。
【００６０】
図１７Ａ及び１７Ｂを参照すると、プランジャー４０７の移動によって溶融されたカプセル化材料４２０は矢印によって指示された方向に圧力をかけられて上側キャビティ４０４へと押しやられる。カプセル化材料４２０の流れが上側キャビティ４０４を満たすにつれて、プリント回路基板の上面４０６上のカプセル化材料によって加えられた圧力によって最終的な下向きの密閉力が生成される。それは下側接点領域４０９ａ、４０９ｂ、４１１ａ、４１１ｂによって画定される周囲に沿って下側金型部分４０２に対して基板の底面４０５を押す。最終的な下向きの密閉力はカプセル化材料が接点領域４２３ａ、４２３ｂへ流れるのを防ぐ。上側キャビティ４０４がカプセル化材料４２０で満たされた後に、カプセル化材料はプリント回路基板４４２（図１７Ｂ）に形成された導管４１９経由で下側キャビティ４０３へと流れるだろう。「下側領域部分」が「上側領域部分」より小さいので、最終的な下向きの密閉力は、図１７Ｃの実線矢印によって示されたように、下側キャビティ４０３がカプセル化材料４２０で満たされる間中維持される。
【００６１】
いくつかのオープンフレームのアプリケーションでは、上記したようなパッケージの範囲内でカプセル化は不要であって、パワーコンバータのコンポーネントを外部の空気流へさらしてコンポーネントを直接冷却するという利点があるかもしれない。オープンフレームのアプリケーションは、パワーコンバータ回路基板の底面上の突出部領域内に配置されたインタフェース接点の使用から生じる態様を含む、上記に説明した発明の様々な態様からも利益を得る。特に、パワーコンバータと電気的接続を成すＢＧＡが突出部領域内に配置され、パワーコンバータがＢＧＡ接続によって外部回路基板へ実装されるかもしれない。パワーコンバータの底部の回路は外部回路基板の開口部へ伸び、アセンブリの全体的な高さを減じ、同時に電気的及び熱的相互接続インピーダンスを最小化するかもしれない。図５及び１０のパワーコンバータは、オープンフレームのアプリケーションでの使用に対して、（図５において外形として示された）パッケージまたはカプセル化素子を用いずに組み立てられて実装されるかもしれない。得られるオープンフレームのパワーコンバータは図１０で示した方法と同じ方法で、外部回路基板（しかしながら、エポキシ４５１は省かれるであろう）の開口部にあるコンポーネント（例えば、コンポーネント４４９）を用いて外部回路基板に実装されるかもしれない。図に示された（例えば、図５Ａ、５Ｂにおける）パッケージの外形及び（例えば図１０における）カプセル化素子は、パッケージまたはカプセル化を省いたオープンフレームのアプリケーションにおいてパワーコンバータの外形として見なされるかもしれない。オープンフレームのパワーコンバータも図６Ａ、６Ｂ、９Ａ、及び９Ｂで示したような突出部領域の下に位置するインターコネクトエクステンダを用いて、外部回路基板に実装されるかもしれない。
【００６２】
本発明に関する多くの実施例が説明された。それでもなお、様々な変化形が本発明の精神及び範囲から乖離することなく成されるかもしれないということが理解されるだろう。従って、他の実施例は以下の請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】従来技術による電力変換装置を示す。
【図２Ａ】従来技術による別の電力変換装置の分解斜視図を示す。
【図２Ｂ】従来技術による別の電力変換装置の断面斜視図を示す。
【図２Ｃ】従来技術による別の電力変換装置の側面図を示す。
【図３Ａ】本発明によるパワーコンバータ装置の分解斜視図を示す。
【図３Ｂ】本発明によるパワーコンバータ装置の断面斜視図を示す。
【図４Ａ】本発明によるパワーコンバータの斜視図を示す。
【図４Ｂ】本発明によるパワーコンバータの斜視図を示す。
【図５Ａ】図４Ｂに示した種類のパワーコンバータの底面透視斜視図を示す。
【図５Ｂ】図４Ｂに示した種類のパワーコンバータの平面透視斜視図を示す。
【図６Ａ】本発明によるインターコネクトエクステンダを含むパワーコンバータ装置の分解斜視図を示す。
【図６Ｂ】本発明によるインターコネクトエクステンダを含むパワーコンバータ装置の斜視図を示す。
【図７】本発明によるインターコネクトエクステンダを含むパワーコンバータ装置の一部の断面図を示す。
【図８】インターコネクトエクステンダ並びにピン及びソケット配置を含むパワーコンバータ装置の分解断面図を示す。
【図９Ａ】図６のパワーコンバータ装置の異なる実施例の断面図を示す。
【図９Ｂ】図６のパワーコンバータ装置の異なる実施例の断面図を示す。
【図１０】パワーコンバータのコンポーネントと回路基板との間の熱流を示すパワー。コンバータ装置の部分断面図である。
【図１１Ａ】回路基板に接続され、回路基板に取り付けられたヒートシンクによって冷却されるパワーコンバータ装置の斜視図を示す。
【図１１Ｂ】回路基板に接続され、回路基板に取り付けられたヒートシンクによって冷却されるパワーコンバータ装置の斜視図を示す。
【図１２Ａ】サーマルエクステンダを含むパワーコンバータ装置の分解斜視図を示す。
【図１２Ｂ】サーマルエクステンダを含むパワーコンバータ装置の斜視図を示す。
【図１３】ボールグリッド・アレーを含む従来技術によるパッケージの分解斜視図を示す。
【図１４Ａ】事前に取り付けられたインタフェース接点に対するステップオーバー・キャビティなしの金型の断面図を示す。
【図１４Ｂ】事前に取り付けられたインタフェース接点に対するステップオーバー・キャビティありの金型の断面図を示す。
【図１５Ａ】垂直のインターコネクトエクステンダ及びカード・エッジコネクタ経由で回路基板に実装されるパワーコンバータの斜視図を示す。
【図１５Ｂ】垂直のインターコネクトエクステンダ及びカード・エッジコネクタ経由で回路基板に実装されるパワーコンバータの側面図を示す。
【図１６Ａ】垂直のインターコネクトエクステンダを用いる回路基板に実装されるパワーコンバータの側面斜視図を示す。
【図１６Ｂ】垂直のインターコネクトエクステンダを用いる回路基板に実装されるパワーコンバータの側面斜視図を示す。
【図１６Ｃ】垂直のインターコネクトエクステンダの斜視図を示す。
【図１６Ｄ】垂直のインターコネクトエクステンダを用いる回路基板に実装されるパワーコンバータの側面斜視図を示す。
【図１６Ｅ】垂直のインターコネクトエクステンダと共に使用する接点を示す。
【図１７Ａ】成形装置及び方法を示す。
【図１７Ｂ】成形装置及び方法を示す。
【図１７Ｃ】成形装置及び方法を示す。
【図１８】回路基板の開口部にわたって実装される従来技術による統合励振ネットワークの分解斜視図を示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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