JP2007305649A - 放熱器固定手段 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板への負荷を減らし、回路パターンの配置制限を減らした、安価で信頼性が高く、容易に取付け取外しが可能な放熱器固定手段を提供することを目的とする。
【解決手段】電子部品１０１が接続された回路基板１０５と、電子部品１０１の発熱を放熱器１０３の受熱部へ伝熱する手段と、放熱器１０３の受熱部と回路基板１０５と固定具１０６と固定ねじ１０４と、から構成され、固定ねじ１０４の完全ねじ部１０４ｂが固定具ねじ孔部１０６ｃを通過し、固定ねじ不完全ねじ部１０４ａで空転することで、電子部品と放熱器を一定の荷重で密着させ、回路基板への負荷を減らし、回路パターンの配置制限を減らした放熱器の固定手段を提供することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は電子部品に取り付けられた放熱器の固定手段に関するものである。

近年、電子部品の高密な集積化や動作の高速化に伴い、電子部品の発熱量が増大する傾向にある。発熱による電子部品の不安定な動作を防止するための手段として、電子部品と放熱器を接続することが一般的である。発熱を効率よく放熱器に伝えるためには、電子部品と放熱器の隙間を減じ、しっかりと固定されることが肝要であり、且つサービスやメンテナンス性または電子部品の交換による性能の向上などを考慮して、放熱器が取り外せる構造が求められている。

そのための放熱器固定手段として、段付ネジで回路基板と放熱器と電子部品とコイルバネを貫通しナットで締付けることにより、コイルバネによって放熱器を電子部品表面に押し付けて密着性を良くし、段付ネジの段の径が大きくなっている部分が放熱器の穴を貫通できないことによりナットがコイルバネを圧縮しすぎるのを防ぎ、その結果コイルバネの荷重を設定値に安定させ、放熱器を均一に電子部品へ密着させた放熱器の固定手段がある（例えば特許文献１参照。）。

また、特許文献１と同様であるが、放熱器と回路基板の間に支持部材を介した固定手段がある（例えば特許文献２参照。）。

さらに、回路基板に電子部品と共に実装された支持部にフック状の係止爪を２ヶ所設け、線状バネまたは板状バネにて放熱器と固定することで放熱器を電子部品に密着させた固定手段がある（例えば特許文献３参照。）。
特開平５−２４３４３９号公報（段落（００１４〜００１５）、図１、図２） 特開２００４−２３５４８１号公報（段落（００２３〜００３３）、図１〜図８） 特開２００２−２１７３４５号公報（段落（００２５〜００４３）、図１〜図１３）

しかしながら、特許文献１のコイルバネを用いて段付ネジで回路基板とともに放熱器を固定した構成では、コイルバネの荷重により発生する回路基板の反りが電子部品と回路基板の接続部の信頼性を悪化させ製品不良増加や製品寿命を短くするという問題点を有していた。また、放熱器のネジ頭が回路基板に直接接することで、配線パターンを配置する面積を減少せしめているという問題点を有していた。

また、特許文献２、特許文献３の放熱器固定手段においてはバネによる負荷は支持部材によって軽減されるが、支持部材によるコスト増加の課題があり、更には支持部材による回路基板上の配線パターン面積の減少や部品配置に制限が生じるという問題点を有していた。

また、高密度な電子部品周辺は回路基板の配線パターンも高密度に配されており、これら配線面積の減少により配線パターンが配置できない場合、回路基板を多層化する必要が生じコストが増加するという問題点を有していた。

特に回路基板における銅箔の幅や配線長または銅箔間の間隔を考慮する必要があるような電子部品の場合では、実績のある配線パターンをそのまま転用する場合も多いが、ネジ頭や支持部材を避けて配置することができない場合、配線パターンの設計と検証を新たに初めからやり直さなければならないため多くの時間と労力が必要となり、最悪の場合には部品配置ができなくなるという問題点を有していた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、回路基板への負荷を減らし、回路パターンの配置制限を減らした、安価で信頼性が高く、容易に取付け取外しが可能な放熱器固定手段を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明の放熱器固定手段は、固定具と、前記固定具の固定具支持部上に配置された回路基板と、前記回路基板上に配置された電子部品と、前記電子部品の発熱部上に配置された伝熱体と、前記伝熱体上に受熱部が配置された放熱器と、固定ねじ頭が前記放熱器の放熱器固定用孔で係止され固定ねじ完全ねじ部が前記放熱器の放熱器固定用孔および前記回路基板の回路基板固定孔および前記固定具の固定具ねじ孔部を挿通し固定ねじ不完全ねじ部が空転可能状態にある固定ねじとを備えた構成を有している。

また、前記固定具ねじ孔部はスピードナットである構成を有している。

さらに、前記固定具は前記固定具支持部の周囲に複数の固定具弾性部を備えた構成を有している。

また、前記固定具を固定する場合に前記固定具弾性部に変形を生じさせ、前記変形の復元力により前記放熱器または前記放熱器の前記受熱部を前記電子部品に付勢する構成を有している。

さらに、前記放熱器は前記受熱部と放熱部とが一体である構成を有している。

また、前記放熱器は前記受熱部と放熱部が伝熱手段を介して接続される構成を有している。

以上のように本発明は、回路基板への負荷を減らし、回路パターンの配置制限を減らした、安価で信頼性が高く、容易に取付け取外しが可能な放熱器固定手段を提供することができるという優れた効果が得られる。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。各図において同じ構成要素をあらわす場合は同じ符号を用い、説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における放熱器固定手段の構成を示す斜視図である。図１における電子部品１０１は半導体からなる集積回路であり、伝熱体１０２は電子部品１０１の発熱を効率よく放熱器１０３の受熱部へ伝えるためのシートである。伝熱体１０２の素材はシリコンラバーのように、電子部品１０１との密着性を高めるため柔らかく、熱をよく伝えるために熱抵抗の低い素材が良い。放熱器１０３はアルミまたは銅等の熱伝導性の高い金属からなり、固定ネジ１０４を貫通するための放熱器固定用孔１０３ａが設けられており、熱を効率よく周囲へ放出するために放熱部１０３ｂが設けられている。回路基板１０５は電子部品１０１と電気的に接続され所望の働きをする電気回路が配置されており、固定ネジ１０４が貫通するための回路基板固定孔１０５ａが設けられている。回路基板１０５の、電子部品１０１が実装されている真裏には伝熱体１０７が配置されており、この伝熱体１０７は回路基板１０５と固定具１０６の固定具支持部１０６ａとに密着している。固定具１０６は放熱器１０３が充分な放熱能力を持つ場合には必ずしも放熱性に優れた素材である必要はなく、従って回路基板の裏側に配置された伝熱体１０７は電子部品１０１と回路基板１０５との接続部より伝わる熱を固定具１０６へ伝える目的としては補助的な役割とすることもでき、必ずしも必要では無い。但し固定具１０６を金属で構成し且つ回路基板１０５と接する部分にＧＮＤ以外の回路パターンが存在する場合には電気的絶縁を目的に配置する場合もある。固定具１０６は固定具支持部１０６ａと固定具弾性部１０６ｂと固定具ねじ孔部１０６ｃからなり、固定具ねじ孔部１０６ｃは固定ねじ１０４とねじ締めされる。固定ねじ１０４は固定ねじ不完全ねじ部１０４ａと固定ねじ完全ねじ部１０４ｂと固定ねじ頭１０４ｃと固定ねじ太軸１０４ｄからなり、この固定ねじ１０４は放熱器固定用孔１０３ａと回路基板固定用孔１０５ａを貫通して固定具ねじ孔部１０６ｃにねじ締めされている。

図２、図３にて更に詳細に説明する。図２は本発明の実施の形態１における放熱器固定部の断面図であり、図１の構成にて放熱器を固定する場合を示す。図２の電子部品１０１は小基板１０１ａと半田ボール１０１ｂによって回路基板１０５に実装されている。固定ねじ不完全ねじ部１０４ａは固定ねじ完全ねじ部１０４ｂおよび固定ねじ太軸１０４ｄよりも細く形成されている。図２は固定ねじ１０４は放熱器固定用孔１０３ａと回路基板固定用孔１０５ａを貫通し、固定ねじ完全ねじ部１０４ｂが固定具ねじ孔部１０６ｃを通過中に固定ねじ頭１０４ｃが放熱器固定用孔１０３ａに接触した状態である。

図３は本発明の実施の形態１における放熱器固定部の断面図であり、図２の場合より更に固定ねじ１０４をねじ締める場合の放熱器固定部の断面図である。固定具弾性部１０６ｂが弾性変形し、固定具ねじ孔部１０６ｃが固定ねじ不完全ねじ部１０４ａに達することで、固定ねじ１０４をねじ締めしても空転する状態である。固定ねじ１０４を４ヶ所、空転するまでねじ締めすることにより電子部品１０１に放熱器１０３を固定する。このとき固定具１０６の弾性部１０６ｂの材質、厚み、幅、長さ、形状、変形量により所望のばね力を決定する。すなわち電子部品１０１と伝熱体１０２の密着強度を適度に設定することが可能となる。図１の固定具１０６の例では、一般的な板ばねであり、その計算は容易であるが、電子部品１０１や放熱器１０３の大きさや、その他の都合により固定具弾性部１０６ｂの強度が不足する場合にはフランジ曲げを追加するなどして適宜強度を増せば良い。

なお、伝熱体１０２のシート材は一般に取り扱い性に優れる反面、熱抵抗が高いかコストが高いため、代わりに熱伝導性の良いグリスを薄く塗ったり、熱溶融性素材を薄く貼って更に熱抵抗を低くすることが可能である。

また、図１では放熱器１０３と放熱部１０３ｂは一体に形成されているが、同種金属を溶着または圧接または接着により接続しても良い。

さらに、電子部品１０１から離れた場所で放熱したい場合や、より周囲温度が低い場所で放熱したい場合には放熱部１０３ｂを放熱器１０３とは別々に構成し、電子部品１０１から離れた場所で放熱することが可能である。その場合放熱器１０３と放熱部１０３ｂはヒートパイプまたはヒートレーンまたは銅等の高い熱伝達手段により接続することが望ましい。

また、図４は本発明の実施の形態１における他の放熱器固定部の断面図であり、固定ねじ１０４は、図２の固定ねじ太軸１０４ｄを無くし不完全ねじ部４０４ａを直接固定ねじ頭１０４ｃへ繋がる形状としても良い。図４は本発明の実施の形態１における放熱器固定部の断面図である。

また、図２の固定具ねじ孔部１０６ｃはプレスによるバーリング加工を施したものであるが、固定ねじ完全ねじ部１０４ｂをタッピングねじもしくはタップタイトねじとすれば、特にねじ加工をあらかじめ施す必要は無い。もちろんあらかじめタップ加工によりねじ孔を形成しておいても良い。

また、図５は本発明の実施の形態１における他の放熱器固定部の断面図であり、固定具孔部１０６ｃは、図５に示す固定具ねじ孔部５０６ｃのように固定ねじ完全ねじ部１０４ｂのピッチに合わせた絞り形状と貫通孔のみで形成してもよい。

図６は本発明の実施の形態１における他の放熱器固定手段の構成を示す斜視図である。固定具孔部１０６ｃは、図６の固定具ねじ孔部６０６ｃに代表されるようなスピードナット形状としても差し支えない。

また、図７は本発明の実施の形態１における他の放熱器固定部の断面図であり、固定ねじ太軸１０４ｄと固定ねじ不完全ねじ部１０４ａの境界部を回路基板固定孔１０５ａより固定ねじ頭１０４ｃ側に構成し、回路基板固定孔１０５ａの直径を固定ねじ太軸１０４ｄの直系よりも細くすれば、一時的に放熱器１０３に偏った負荷が発生した場合にも、固定ねじ太軸１０４ｄがストッパーとなり、より安定して放熱器１０３を電子部品１０１と伝熱体１０２に密着させておくことが可能となる。

なお固定具弾性部１０６ｂは弾性を意図した形状ではなく、物質の元々持つ弾性のみを利用しても良い。

以上のように、放熱器と電子部品と伝熱体を密着させることにより熱抵抗を小さくできる。

そして、固定ねじを空転可能状態にすることにより、下記特徴を有する放熱器固定手段を提供することができる。
（１）固定による負荷を一定に保つ。
（２）弾性変形するのは固定具であるため、回路基板を反らせる負荷を与えず、電子部品の実装部における長期信頼性が良い。
（３）回路基板上のデッドスペースは固定ねじが貫通する穴のみとなり、パターン設計の制限を軽減する。
（４）弾性ばねにより部品の高さ方向のバラツキに対し許容性がある。
（５）ねじ締めによる過剰な負荷が加わらないため作業管理が容易となり作業性が良い。（６）放熱器はねじにより固定されているため振動、衝撃により容易に外れず、かつ取り外しには一般的な工具により容易に可能である。
（７）部品点数が少ない。
（８）部品自体も一般的なプレス加工や鍛造加工により安価に生産が可能であり経済的である。
（９）材質を金属で構成可能した場合には電子部品の発熱や放熱器の密着による負荷に対し長期信頼性が良く、経年変化特性が良い。

以上のように本実施の形態１によれば、回路基板への負荷を減らし、回路パターンの配置制限を減らした、安価で信頼性が高く、容易に取付け取外しが可能な放熱器の固定手段を提供することができる。

本発明の放熱器固定手段は、回路基板への負荷を減らし、回路パターンの配置制限を減らした、安価で信頼性が高く、容易に取付け取外しが可能な放熱器固定手段を提供することができるという優れた効果を有しているため、放熱器固定手段等において有用である。

本発明の実施の形態１における放熱器固定手段の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１における放熱器固定部の断面図 本発明の実施の形態１における放熱器固定部の断面図 本発明の実施の形態１における他の放熱器固定部の断面図 本発明の実施の形態１における他の放熱器固定部の断面図 本発明の実施の形態１における他の放熱器固定手段の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１における他の放熱器固定部の断面図

符号の説明

１０１ 電子部品
１０１ａ 小基板
１０１ｂ 半田ボール
１０２、１０７ 伝熱体
１０３ 放熱器
１０３ａ 放熱器固定用孔
１０３ｂ 放熱部
１０４ 固定ねじ
１０４ａ、７０４ａ 固定ねじ不完全ねじ部
１０４ｂ 固定ねじ完全ねじ部
１０４ｃ 固定ねじ頭
１０４ｄ、７０４ｄ 固定ねじ軸
１０５ 回路基板
１０５ａ 回路基板固定孔
１０６ 固定具
１０６ａ 固定具支持部
１０６ｂ 固定具弾性部
１０６ｃ 固定具孔部
５０６ｃ、６０６ｃ 固定具ねじ孔部

Claims (6)

1. 固定具と、
   前記固定具の固定具支持部上に配置された回路基板と、
   前記回路基板上に配置された電子部品と、
   前記電子部品の発熱部上に配置された伝熱体と、
   前記伝熱体上に受熱部が配置された放熱器と、
   固定ねじ頭が前記放熱器の放熱器固定用孔で係止され固定ねじ完全ねじ部が前記放熱器の放熱器固定用孔および前記回路基板の回路基板固定孔および前記固定具の固定具ねじ孔部を挿通し固定ねじ不完全ねじ部が空転可能状態にある固定ねじと、
   を有する放熱器固定手段。
2. 前記固定具ねじ孔部はスピードナットである請求項１に記載の放熱器固定手段。
3. 前記固定具は前記固定具支持部の周囲に複数の固定具弾性部を備えた請求項１乃至２の何れかに記載の放熱器固定手段。
4. 前記固定具を固定する場合に前記固定具弾性部に変形を生じさせ、前記変形の復元力により前記放熱器または前記放熱器の前記受熱部を前記電子部品に付勢する請求項３に記載の放熱器固定手段。
5. 前記放熱器は前記受熱部と放熱部とが一体である請求項１乃至４の何れかに記載の放熱器固定手段。
6. 前記放熱器は前記受熱部と放熱部が伝熱手段を介して接続される請求項１乃至４の何れかに記載の放熱器固定手段。

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