JP2011155118A

JP2011155118A - ヒートシンク取付体およびヒートシンク取付け方法

Info

Publication number: JP2011155118A
Application number: JP2010015355A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hashimoto; 智橋本; Akiyoshi Kadoya; 明由角屋; Yasushi Ideguchi; 泰井手口; Koki Morii; 弘毅森井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】穴加工等の特殊なヒートシンクを新規に作製せず、既存のヒートシンクと電子部品間にヒートシンク取付け部材を取付けることで容易にヒートシンクと電子部品の着脱を可能にして、かつ効率的な放熱効果を得る。
【解決手段】ヒートシンク４と電子部品３間に上部材１および下部材２をはめ合わせたヒートシンク取付け部材を熱伝導接着剤で固定することにより、電子部品３の熱が下部材２に伝導して上部材１の１ａはめ込み溝と凹部１ｂを熱膨張した下部材２の２ａはめ込み用突起と凸部２ｂが圧縮方向に力をかけるため上部材１と下部材２が大きな接触面積で密着することとなり、効率的な放熱効果を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートシンク取付体およびヒートシンク取付け方法に係り、様々な構造のヒートシンクの交換および変更にも対応するヒートシンク取付体およびヒートシンク取付け方法に関する。

電子パッケージの高密度化に伴って、電子部品の発熱の問題が多くなり、電子パッケージ組立完了後に実装された電子部品のヒートシンクを交換する要求が高くなっている。

ヒートシンクを容易に着脱する技術としては、特許文献１がある。特許文献１の第１図には、穴加工がされている専用ヒートシンクを半導体部品に取付けられた支持板と熱伝導体にスタッドとナットとで取付けるヒートシンク構造体が開示されている。しかし、このヒートシンク構造体では、ヒートシンクの交換のたびに穴加工した専用のヒートシンクを新規に作製する必要がある。また、専用ヒートシンクは１点支持なので、発熱によるそりの影響で専用ヒートシンクと半導体部品の間に隙間が発生して、効率のよい放熱効果が得られない虞がある。

特開平１０−２８４６５９号公報

本発明が解決しようとする課題は、穴加工等の特殊な構造のヒートシンクを新規に作製せず、既存の一般的なヒートシンクを用いて、容易にヒートシンクと電子部品の着脱を可能とすることにある。

上述した課題は、電子部品に熱伝導性接着剤で接続された下部材と、ヒートシンクと熱伝導性接着剤で接続された上部材と、からなるヒートシンク取付体であって、下部材は、一方向に延在する凸部を備え、上部材は、凸部に挿入する延在する凹部を備え、凸部の第１の幅と凹部の第２の幅とは、精転合の関係にあるヒートシンク取付体により、達成できる。

また、下部材の一面に一方向に延在する凸部を形成するステップと、上部材の一面に凸部に挿入する延在する凹部を形成するステップと、電子部品に下部材の他面を熱伝導性接着剤で固定するステップと、ヒートシンクに上部材の他面を熱伝導性接着剤で固定するステップと、凸部に凹部を精転合するステップと、からなるヒートシンク取付け方法により、達成できる。

本発明のヒートシンク取付け構造は、電子部品のヒートシンクを早急に交換する要求に対して速やかに対応することが可能である。

ヒートシンク取付体の側面図である。ヒートシンク取付体の組み立て側面図である。ヒートシンクと上部材の斜視図である（その１）。ヒートシンクと上部材の斜視図である（その２）。ヒートシンクと上部材の斜視図である（その３）。電子部品と下部材の斜視図である。他のヒートシンク取付体の側面図である。また他のヒートシンク取付体の側面図である。さらに他のヒートシンク取付体の側面図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。

まず、図１を参照して、ヒートシンク取付体１００の構成を説明する。図１において、ヒートシンク取付体１００は、電子部品３、下部材２、上部材１、ヒートシンク（放熱フィン）４から構成されている。ヒートシンク４は、その下面で上部材１と、熱伝導性接着剤で全面接着する。また、電子部品３は、その上面で下部材２と、熱伝導性接着剤で全面接着する。なお、図１の電子部品３は、ＢＧＡ（Ball Grid Array）を描いている。しかし、電子部品３のプリント基板への接続方法は、ＢＧＡに限らず、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＬＧＡ（Land Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size/Scale Package）であってもよい。

図２を参照して、ヒートシンク取付体１００の組み立てを説明する。図２（ａ）は、ヒートシンク４の側面図である。図２（ｂ）は、上部材１の側面図である。図２（ｃ）は、下部材２の側面図である。図２（ｄ）は、電子部品３の側面図である。なお、紙面をｚｙ平面、紙面に垂直手前方向をｘ方向（右手系）とする。

図２（ｂ）において、上部材１は、その両側にはめ込み用溝１ａと、下部に凹部１ｂと、両側下部の１箇所に半球状のへこみ部１ｃを形成している。凹部１ｂのｙ寸法は、２.５ｍｍ、公差＋０ｍｍ〜＋０.０１ｍｍである。

また、図２（ｃ）において、下部材２は、その両側にはめ込み用突起２ａと、上面に凸部２ｂと、両側のはめ込み用突起２ａの内側の１箇所に半球状の突起部２ｃを形成している。凸部２ｂのｙ寸法は、２.５ｍｍ、公差−０.００２ｍｍ〜−０.００８ｍｍである。

凹部１ｂと凸部２ｂのｙ寸法は、隙間嵌めＨ７ｇ６相当である。Ｈ７ｇ６は、精級のガタの無い可動あるいは位置決め嵌め合いである。したがって、上部材１は、下部材２に上方向からはめ合わせることで、上部材１のはめ込み用溝１ａと凹部１ｂとが、下部材２のはめ込み用突起２ａと凸部２ｂとが嵌合する。この結果、上部材１と下部材２とが大きい面積で接触する構造となっている。

なお、Ｈ７ｇ６は、Ｈ６ｇ５でもよい。Ｈ７ｇ６およびＨ６ｇ５は、精転合と呼ばれている。また、他の実施例においても同様の隙間嵌めである。さらに、精転合は、滑合であってもよい。
また、上部材１の半球状のへこみ部１ｃと、下部材２の半球状の突起部２ｃと嵌合させ、両部材１、２をはめ合わせた際にｘ方向を固定する構造となっている。

ヒートシンク取付体１００は、上部材１と下部材２を嵌合させたヒートシンク取付け部材を電子部品３の上面と下部材２の下面およびヒートシンク４の下面と上部材１の上面とを熱伝導接着剤で固定する。上部材１と下部材２は、熱伝導性の高いアルミ等の金属で作成する。この結果、電子部品３が発熱した際に下部材２に熱が伝導して、下部材２が膨張する。このため下部材２の凸部２ｂも膨張する。

よって、上部材１の凹部１ｂを膨張した下部材２の凸部２ｂが圧縮する方向に力が加わる。このため、振動および熱による反りの影響を受けずに上部材１と下部材２が大きな接触面積で密着することとなる。この結果、電子部品３から発生する熱をヒートシンク４に効率的に伝導することができる。

また、熱源である電子部品３と接着した下部材２は、放熱材であるヒートシンク４と接着した上部材１と比較して常に高温の状態である。このため、電子部品３が発熱している状態では下部材２は、上部材１より膨張する。この結果、上部材１と下部材２とは、大きな接触面積で密着する。

図３および図４を参照して、ヒートシンクの交換を説明する。ここで、図３Ａは、図１および図２の上部材１とヒートシンク４の斜視図である。図３Ｂは、上部材１とヒートシンク４Ｂの斜視図である。図３Ｃは、上部材１とヒートシンク４Ｃの斜視図である。図４は、図１および図２の電子部品３と下部材２の斜視図である。

図３Ｂにおいて、ヒートシンク４Ｂは、図３Ａのヒートシンク４に比べて、ｘｙ面内の面積が小さい。また、ヒートシンク４Ｂは、ｚ方向のフィン長が短い。したがって、ヒートシンク４Ｂは、発熱量の少ない電子部品用である。

図３Ｃにおいて、ヒートシンク４Ｃは、図３Ａのヒートシンク４に比べて、ｘｙ面内の面積が大きい。また、ヒートシンク４Ｃは、ｚ方向のフィン長が長い。したがって、ヒートシンク４Ｃは、発熱量の大きい電子部品用である。

図１の状態から、ヒートシンクを交換する際は、図３Ａに示すように電子部品３に固定した下部材２からヒートシンク４を固定した上部材１をｚ方向に取外す。次に、ヒートシンク４Ｂまたはヒートシンク４Ｃを固定した別の上部材１を電子部品３に固定した下部材２に上方向から取り付けて交換を実施する。

上部材１と下部材２の取付けおよび取外しは、±ｚ方向で実施できるため、高密度実装基板において電子部品３と隣接して他の大きな部品が実装された場合もヒートシンクの取外しが可能である。

また、電子部品３が発熱している場合、下部材２および上部材１が膨張して密着しているため下部材２と上部材１が外れない。しかし、電子部品３が発熱していない場合、下部材２と上部材１とは、容易に取外すことができる。

したがって、本実施例によれば上部材１の交換のみで電子部品に負荷をかけずに容易にヒートシンクの交換ができ、効率的に電子部品の放熱ができるヒートシンク取付け構造を実現できる。

図５を参照して、はめ込み用突起を上部材１に設置したヒートシンク取付体１００Ｂの構成を説明する。図５において、シートシンク取付体１００Ｂは、電子部品３、下部材２Ｂ、上部材１Ｂ、ヒートシンク４から構成されている。上部材１Ｂは、両側にはめ込み用突起１ｄを形成する。また、下部材２Ｂは、両側にｘ方向に連続するはめ込み用溝２ｄを有する。はめ込み用突起１ｄとはめ込み用溝２ｄは、互いに嵌合して、ヒートシンク４のｚ方向への移動（すなわち外れ）を防止する。

ヒートシンク４は、その下面で上部材１Ｂと、熱伝導性接着剤で全面接着する。また、電子部品３は、その上面で下部材２Ｂと、熱伝導性接着剤で全面接着する。シートシンク取付体１００Ｂは、図２のヒートシンク取付体１００と同様に上部材１Ｂに半球状のへこみ部（図示せず）を、下部材２Ｂに半球状の突起部（図示せず）を設けることで、両部材１Ｂ、２Ｂをはめ合わせた際にｘ方向を固定する構造となっている。上部材１Ｂと下部材２Ｂを嵌合させたヒートシンク取付け部材を電子部品３の上面と下部材２Ｂの下面およびヒートシンク４の下面と上部材１Ｂの上面とを熱伝導接着剤で固定する。

上部材１Ｂと下部材２Ｂは、熱伝導性の高いアルミ等の金属で構成されており、電子部品３が発熱した際に下部材２Ｂに熱が伝導して下部材２Ｂが膨張するため下部材２Ｂの凸部２ｂも膨張する。

よって、シートシンク取付体１００Ｂは、上部材１Ｂの凹部１ｂを膨張した下部材２Ｂの凸部２ｂが圧縮する方向に力が加わる。このため、振動や熱による反りの影響を受けずに上部材１Ｂと下部材２Ｂが大きな接触面積で密着する。この結果、電子部品３から発生する熱をヒートシンク４に効率的に伝導する。

また、熱源である電子部品３と接着した下部材Ｂ２は、放熱材であるヒートシンク４と接着した上部材１Ｂと比較して常に高温の状態である。このため、電子部品３が発熱している状態では下部材２Ｂが上部材１Ｂより膨張して上部材１Ｂと下部材２Ｂが大きな接触面積で密着する。

上部材１Ｂと下部材２Ｂの取付けおよび取外しは、±ｚ方向で実施可能なため、高密度実装基板において電子部品３と隣接して他の大きな部品が実装された場合もヒートシンクの取外しができる。

また、電子部品３が発熱している場合、下部材２Ｂおよび上部材１Ｂが膨張して密着しているため下部材２と上部材１が外れない。しかし、電子部品３が発熱していない場合、下部材２Ｂと上部材１Ｂを容易に取外すことができる。

したがって、本実施例によれば、ヒートシンクを接続した上部材１Ｂの交換のみで電子部品３に負荷をかけずに容易にヒートシンクの交換ができ、効率的に電子部品の放熱ができるヒートシンク取付け構造を実現できる。

図６を参照して、上部材１に対して下部材２を横方向から取付ける構造としたヒートシンク取付体１００Ｃを説明する。図６において、ヒートシンク取付体１００Ｃは、電子部品３、下部材２Ｃ、上部材１Ｃ、ヒートシンク４から構成されている。ヒートシンク４は、その下面で上部材１Ｃと、熱伝導性接着剤で全面接着する。また、電子部品３は、その上面で下部材２Ｃと、熱伝導性接着剤で全面接着する。なお、図６の電子部品３は、ＢＧＡを描いている。しかし、電子部品３のプリント基板への接続方法は、ＢＧＡに限らず、ＱＦＰ、ＬＧＡ、ＣＳＰであってもよい。

ヒートシンク取付体１００Ｃは、上部材１Ｃと下部材２Ｃに先端が広くなっている凸部と奥側が広くなっている凹部を設けている。上部材１Ｃと下部材２Ｃとは、ｘ方向から互いに挿入することで、ｙｚ面内で固定する。

上部材１Ｃと下部材２Ｃは、熱伝導性の高いアルミ等の金属で構成されており、電子部品３が発熱した際に下部材２Ｃに熱が伝導して下部材２Ｃが膨張するため下部材２Ｃの凹部および凸部も膨張する。

よって、ヒートシンク取付体１００Ｃは、上部材１Ｃの凸部および凹部を膨張した下部材２Ｃの凹部および凸部が圧縮する方向に力がかかるため、振動や熱による反りの影響を受けずに上部材１Ｃと下部材２Ｃが大きな接触面積で密着する。この結果、電子部品３から発生する熱をヒートシンク４に効率的に伝導することができる。

また、熱源である電子部品３と接着した下部材２Ｃは、放熱材であるヒートシンク４と接着した上部材１Ｃと比較して常に高温の状態である。このため、電子部品３が発熱している状態では下部材２Ｃが上部材１Ｃより膨張して上部材１Ｃと下部材２Ｃが大きな接触面積で密着する。

また、電子部品３が発熱している場合、下部材２Ｃおよび上部材１Ｃが膨張して密着しているため下部材２と上部材１が外れない。しかし、電子部品３が発熱していない場合、下部材２Ｃと上部材１Ｃを容易に取外すことができる。

したがって、本実施例によれば上部材１Ｃの交換のみで電子部品に負荷をかけずに容易にヒートシンクの交換ができ、効率的に電子部品の放熱ができるヒートシンク取付け構造を実現できる。本実施例では、上部材１Ｃとヒートシンク４をｘ方向から挿入するためプリント基板の実装位置に制約がある。しかし、ｙｚ面内、ｚｘ面内のそり量を低減することができる。

図７を参照して、上部材とヒートシンクを一体型構造とした上部材一体型ヒートシンク８を下部材２と接着された電子部品３に取付けるヒートシンク取付体１００Ｄを説明する。図７において、ヒートシンク取付体１００Ｄは、電子部品３と、下部材２と、上部材一体型ヒートシンク８とから構成される。電子部品３は、その上面で下部材２と、熱伝導性接着剤で全面接着する。

図２を参照して説明したように上部材一体型ヒートシンク８に図示しない半球状のへこみ部設ける。また、下部材２に図示しない半球状の突起部を設ける。これによって、両部材８、２をはめ合わせた際に横方向を固定する構造となっている。おり、上部材一体型ヒートシンクと下部材２を嵌合させたヒートシンク取付け部材を電子部品３の上面に熱伝導接着剤で固定するものである。

上部材一体型ヒートシンク８と下部材２は熱伝導性の高いアルミ等の金属で構成されており、電子部品３が発熱した際に下部材２に熱が伝導して下部材２が膨張するため下部材２の凸部も膨張する。

よって、ヒートシンク取付体１００Ｄは、上部材一体型ヒートシンク８の凹部を膨張した下部材２の凸部が圧縮する方向に力が加わる。このため、振動および熱による反りの影響を受けずに上部材一体型ヒートシンクと下部材２が大きな接触面積で密着する。この結果、電子部品３から発生する熱を上部材一体型ヒートシンク８に効率的に伝導することができる。

また、熱源である電子部品３と接着した下部材２は放熱材である上部材一体型ヒートシンクと比較して常に高温の状態であるため、電子部品３が発熱している状態では下部材２が上部材一体型ヒートシンクより膨張して上部材一体型ヒートシンクと下部材２が大きな接触面積で密着する。

上部材一体型ヒートシンク８と下部材２の取付けおよび取外しは、±ｚ方向で実施する。このため、高密度実装基板において電子部品３と隣接して他の大きな部品が実装された場合も上部材一体型ヒートシンク８の取外しが可能となる。

また、電子部品３が発熱している場合、下部材２は、上部材一体型ヒートシンク８に膨張して密着しているため下部材２と上部材一体型ヒートシンク８とは、外れない。しかし、電子部品３が発熱していない場合、下部材２から上部材１を容易に取外すことができる。

したがって、本実施例によれば、電子部品３に負荷をかけずに容易に上部材一体型ヒートシンク８の交換ができ、効率的に電子部品の放熱ができるヒートシンク取付け構造を実現できる。また、上部材一体型ヒートシンク８を採用したので、ｚ方向の熱抵抗が小さい。

１…上部材、１ａ…はめ込み用溝、１ｂ…凹部、２…下部材、２ａ…はめ込み用突起、２ｂ…凸部、３…電子部品、４…ヒートシンク、８…上部材一体型ヒートシンク、１００…ヒートシンク取付体。

Claims

電子部品に熱伝導性接着剤で接続された下部材と、ヒートシンクと熱伝導性接着剤で接続された上部材と、からなるヒートシンク取付体であって、
前記下部材は、一方向に延在する凸部を備え、
前記上部材は、前記凸部に挿入する延在する凹部を備え、
前記凸部の第１の幅と前記凹部の第２の幅とは、精転合の関係にあることを特徴とするヒートシンク取付体。
請求項１に記載のヒートシンク取付体であって、
前記下部材と前記上部材とは、前記凸部の高さ方向に互いの移動を制約する係止部を有することを特徴とするヒートシンク取付体。
下部材の一面に一方向に延在する凸部を形成するステップと、
上部材の一面に前記凸部に挿入する延在する凹部を形成するステップと、
電子部品に前記下部材の他面を熱伝導性接着剤で固定するステップと、
ヒートシンクに前記上部材の他面を熱伝導性接着剤で固定するステップと、
前記凸部に前記凹部を精転合するステップと、からなるヒートシンク取付け方法。