JP2011155166A

JP2011155166A - 電子装置

Info

Publication number: JP2011155166A
Application number: JP2010016235A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yajima; 貴志矢島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-08-11
Also published as: US20110182035A1

Abstract

【課題】放熱対策及びＥＳＤ（静電気放電）対策を図ることができるとともに、製造コストの低減等を図り、実用により好適な電子装置を提供する。
【解決手段】ＧＮＤ（接地電位）に接続される銅箔層１０６を有するプリント基板上に半導体デバイス１０２が設けられている。半導体デバイスを放熱する放熱板１０４は、固定具１０５にてプリント基板に固定されている。そして、固定具１０５には接続用バネ１２１が巻きつけられており、放熱板１０４と銅箔層１０６とは接続用バネ１２１を介して電気的に接続されている。
【選択図】図２

Description

この発明は放熱板を備えた電子装置に関する。

デジタルテレビなどのデジタルメディア機器は、高い処理速度の半導体デバイス（例えばＣＰＵ）が求められ、動作時の発熱量は年々高くなってきている。過度に高温となった半導体デバイスは誤動作を起こす恐れが高い。従って、消費電力が高く、発熱量の高い半導体デバイスに対しては放熱板を設けることが行われている。放熱板は通常アルミニウム等の熱伝導性の高い金属で作られ、半導体デバイスの上に例えばプラスチック製の固定具にて固定されることが一般的である。

ところで、放熱板は上記のとおり導電体であり電荷の経路となり得るため、静電気の放電先となり得る。従って、静電気放電（ＥＳＤ:Electro-Static Discharge)が生じた場合、逃げ場の無い静電気は放熱板を介して周囲の半導体デバイスの端子等に放電され、当該周囲の半導体デバイスが深刻なダメージ（半導体素子の破壊、誤動作など）を受ける恐れがある。

このＥＳＤの問題を回避する観点から、放熱板そのものをＧＮＤ（接地電位）に接続することが行われている（特許文献１参照）。これによれば、放熱板に放電した静電気は半導体デバイスよりも電位の低いＧＮＤに流れるため、半導体デバイスに対してダメージを与え難い。

特開２００６−８０４５３号公報

上記のように、放熱板を設ける際には放熱対策とともにＥＳＤ対策が重要となる。そこでこの本発明は、放熱対策及びＥＳＤ対策を図ることができるとともに、製造コストの低減等を図り、実用により好適な電子装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その主な特徴は以下のとおりである。すなわち、本発明の電子装置は、接地される導電部を有する基板上に設けられた半導体デバイスと、前記半導体デバイスを放熱する放熱板と、前記放熱板を前記基板に固定する固定具と、前記固定具に巻きつけられて、前記放熱板と前記導電部とを電気的に接続する導電性の第１のバネ部材とを備えることを特徴とする。

本発明では、放熱板とＧＮＤ間がバネを介して接続される。従って、放熱板に放電する静電気はバネを介してＧＮＤへと流れ込むためＥＳＤ対策を図ることが出来る。

本実施形態に係る電子装置の外観を説明するための斜視図である。本実施形態に係る電子装置を説明するための断面図である。本実施形態に係る電子装置の適用例を説明するための斜視図である。

以下、この発明の最良の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一例として、放熱板を固定した半導体デバイスがプリント基板上に実装されたプリント基板ユニット（電子装置１００）の一部の構成を示す斜視図である。図２は図１のＡ方向から見た図である。

図１及び図２に示すように、電子装置１００は主として、プリント基板１０１と、このプリント基板１０１上に実装された半導体デバイス１０２と、この半導体デバイス１０２上に熱伝導シート１０３を介して設けられた放熱板１０４と、この放熱板１０４をプリント基板１０１に固定するための柱状の固定具（柱状固定具）１０５と、プリント基板１０１上の固定具１０５周辺に設けられた銅箔層１０６と、プリント基板１０１等が実装されるケース１１０と、プリント基板１０１をケース１１０に固定するための幾つかのネジ１１１と、銅箔層１０６を接地電位（ＧＮＤ）に接続するとともにプリント基板１０１をケース１１０に固定するためのネジ１１２とを含んで構成されている。

固定具１０５は柱状であって固定用バネ１２０及び接続用バネ１２１が螺旋状に巻きつけられる軸部１０５ａと、軸部１０５ａよりも口径が広い頭部１０５ｂと、軸部１０５ａの先端であって軸部よりも口径が広く、プリント基板１０１に引っかかる突起部１０５ｃとを含んでいる。突起部１０５ｃは、固定具１０５がプリント基板１０１に固定される際にプリント基板１０１の裏面から突出する。

放熱板１０４の一部には固定具１０５が挿入される開口部を有する取り付け部１１５が外側に延在している。なお、本実施形態では、取り付け部１１５が放熱板１０４と一体成型されて構成されているが、放熱板１０４とは別部材として設けられていても良い。

取り付け部１１５の上面と頭部１０５ｂとの間には、放熱板１０４を固定するための固定用バネ１２０が設けられており、取り付け部１１５の他方の面とプリント基板１０１の表面との間には、固定具１０５と銅箔層１０６とを電気的に接続する接続用バネ１２１が配置されている。

図示は省略するが、プリント基板１０１の表面上には、半導体集積回路、抵抗器、コンデンサー等の多数の電子部品が実装され、その部品間が配線で接続されている。

プリント基板１０１上に実装される半導体デバイス（ＩＣチップ）としては、種々の形態のものを用いることが出来る。本実施形態では一例としてＢＧＡ(Ball Grid Array)型の半導体デバイス１０２が実装されている。ＢＧＡ型の半導体デバイス１０２は、図２に示すように、プリント基板１３０と、多数の半導体素子が設けられて樹脂封止された半導体素子部１３１と、プリント基板１３０の裏面に複数配置された入出力用であって半田等から成る複数の電極１３２とを備えている。なお、半導体デバイス１０２としては、トランジスタ等の単一素子から成るものであってもよい。

熱伝導シート１０３は、絶縁性や柔軟性を有し、熱伝導率の高い材料から成る例えばシリコーンシートやグラファイトシートを含んでいる。このように、放熱板１０４と半導体デバイス１０２との間に熱伝導シート１０３を配置することが、動作時に半導体デバイス１０２で生じる熱を効率よく放熱板１０４から放射させる観点から好ましい。なお、熱伝導シート１０３の表面が接着性を有してもよく、かかる構成では、放熱板１０４と半導体デバイス１０２とが熱伝導シートによって仮固定される。なお、熱伝導シート１０３と放熱板１０４との間や、熱伝導シート１０３と半導体デバイス１０２との間に両面テープ等を配置して、各部を固定してもよい。

放熱板１０４は、熱伝導性の高い金属（例えばアルミニウムやアルミニウム合金）から成り、動作時に半導体デバイス１０２で生じる熱を拡散冷却するための放熱器具である。放熱効率を向上させる観点から、略四角形状のベース基板１０４ａから複数のフィン１０４ｂが垂直方向に並列に突出している。基板１０４ａは、半導体デバイス１０２と同等もしくはそれよりも面積が大きいことが好ましい。また、放熱板１０４は、目的とする半導体デバイスの近傍に設けることが放熱効果を高める上で好ましく、さらに言えば、図２に示すように、半導体デバイスの少なくとも一部と重畳させるように設けることが好ましい。本実施形態では基板１０４ａの一部が延在し、当該延在した部分は固定具１０５が取り付けられる取り付け部１１５を構成している。

更に、本実施形態では、フィン１０４ｂの表面や基板１０４ａの表面は酸化処理（例えば、アルマイト処理）が施されて腐食対策がなされている。アルマイト処理は、無色透明な銀白色の酸化皮膜を表明に形成させる処理である。一方、基板１０４ａの裏面（熱伝導シート１０３側の面）はアルマイト処理が施されていない。従って、基板１０４ａの裏面は表面側に比べて導電性が高い。従って、ＥＳＤ対策として、取り付け部１１５の裏面が、接続用バネ１２１を介して銅箔層１０６（ＧＮＤ）と電気的に接続され易くなっている。なお、アルマイト処理が一度なされた基板１０４ａの裏面に対して削るなどして、取り付け部１１５の裏面であって、少なくとも接続用バネ１２１が接触される部分の金属面を露出させてもよい。つまり、少なくとも取り付け部１１５の裏面にて接続用バネ１２１が適切に電気的に接続されるように構成することで、放熱板１０４の腐食対策とＥＳＤ対策の両者を図ることができる。換言すれば、腐食対策とＥＳＤ対策の観点から、取り付け部１１５の接続用バネ１２１と接触する領域を少なくも除いて、放熱板１０４の表面に酸化処理が施されている。

固定具１０５は、放熱板１０４をプリント基板１０１上に固定するための柱状の部材であり、例えばプラスチック等の非導電性（絶縁性）の材料から成る。なお、固定具１０５は鉄等の導電性の材料から構成することも可能である。しかし、プラスチック等の絶縁性材料で構成する方が、金属材料を用いるよりも加工が容易であり製造コストも低く、製造上好ましい。固定具１０５は、取り付け部１１５の開口部及びプリント基板１０１に設けられた開口部に挿入され、プリント基板１０１の裏面に突起部１０５ｃが引っかかることによって固定される。

なお、図示はしないが、固定具１０５は図１の取り付け部１１５の対向する側にも同様に設けられている。すなわち、本実施形態では放熱板１０４の中心を挟んで取り付け部１１５と対向する側にも同様に取り付け部が設けられている。そして、固定具１０５を２箇所で止めることで放熱板１０４がプリント基板１０１上に固定される。

銅箔層１０６は、例えばプリント基板１０１上に多数の配線を形成する際に同時に形成することが出来る導電層である。銅箔層１０６の一方の端部は、固定具１０５周辺に設けられ、接続用バネ１２１と電気的に接続される。他方の端部はネジ１１２を介してＧＮＤに接続されている。つまり、銅箔層１０６はＧＮＤに接地されている。

固定用バネ１２０及び接続用バネ１２１は鉄やアルミニウム等の金属材料（導電性材料）から構成されている。固定用バネ１２０は、固定具１０５の頭部１０５ｂと取り付け部１１５の上面との間であって軸部１０５ａにらせん状に巻きつけられて設けられており、その弾性力で放熱板１０４をプリント基板１０１上に固定する。接続用バネ１２１は、取り付け部１１５の下面（裏面）とプリント基板１０１の銅箔層１０６領域との間に軸部１０５ａに巻きつけられて設けられている。接続用バネ１２１の一端は取り付け部１１５の裏面と接触し、他端は銅箔層１０６と接触している。そのため、取り付け部１１５の裏面（放熱板１０４の裏面）は接続用バネ１２１を介して銅箔層１０６（ＧＮＤ）と電気的に接続される。

また、本実施形態では固定用バネ１２０と接続用バネ１２１の弾性力とが異なる。つまり、接続用バネ１２１の弾性力が固定用バネ１２０の弾性力よりも小さくなるように構成されている。そのため、放熱板１０４から半導体デバイス１０２に圧力がかかって密着し、放熱板１０４はプリント基板１０１上に適切に固定される。

以上説明したように本実施形態では、放熱板１０４の裏面（取り付け部１１５の裏面）とプリント基板１０１上の銅箔層１０６（ＧＮＤ）とが、固定具１０５に巻きつけた接続用バネ１２１を介して電気的に接続されている。このため、予期せぬ静電気によって、放熱板１０４に放電した静電気は接続用バネ１２１を介してプリント基板１０１上の銅箔層１０６に流れ込み、そして、当該静電気は銅箔層１０６及びネジ１１２を介してＧＮＤに流れ込む。すなわち、過度な静電気が放熱板１０４に印加された場合、図２の矢印で示したように、放熱板１０４、取り付け部１１５の裏面、接続用バネ１２１、銅箔層１０６、ネジ１１２の経路でＧＮＤと短絡するため、静電気はＧＮＤへと逃げ、半導体デバイス１０２や周囲の半導体デバイスには静電気が印加されない。従って、本実施形態に係る電子装置１００は静電破壊を回避し易い構成である。

以上のように、放熱板１０４の固定具１０５に対して接続用バネ１２１を追加することでＥＳＤ対策を図ることが出来る。かかる構成であれば、絶縁体であるプラスチック製の汎用的な固定具を用いても、接続用バネのみの追加でＥＳＤ対策が実現出来るため、製造コストが低く実用上も好ましい。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記した電子装置１００は様々な状況に配置することが出来る。例えば、図３に示すように、プリント基板１０１、放熱板１０４、半導体デバイス１０２等が収容される筐体１７０にスリット１７１を複数設け、当該スリット１７１の近傍に放熱板１０４が配置されるようにしてもよい。かかる構成によれば、放熱板１０４には外部からの空気がスリット１７１を介して良く当たるようになり、放熱特性を向上させることができる。

また、スリットのような構成が筐体に設けられていると、当該スリットを介して例えば人体に溜まった静電気が内部の放熱板１０４等に対して放電することがあり得るが、上記のとおり本実施形態ではＥＳＤ対策が図られている。また、放熱板１０４の近傍に冷却ファンを取り付けて更に放熱効果を高めることも可能である。

また、上記実施形態では、熱伝導シート１０３を放熱板１０４と半導体デバイス１０２との間に配置しているが、熱伝導シート１０３を設けずに、放熱板１０４と半導体デバイス１０２とを接着剤や両面テープ等で接着固定してもよい。

また、本実施形態ではプリント基板１０１の表面に設けられた銅箔層１０６を介して放熱板１０４をＧＮＤに接続しているが、ワイヤー状等の配線を用いることも可能である。また、上記した構成の利用形態の一例を説明する。例えば、上記構成は、テレビジョン放送受信装置に好適に用いられる。すなわち、テレビジョン放送受信装置では、放送波（放送信号）を受信するチューナー部があり、当該放送信号を用いて映像表示部に映像を映し出すための映像信号処理系を構成する回路など多数実装されている。そして、これらの様々な回路部品のうち、特にデコーダ部を構成する半導体集積回路に対しては、デジタルデータの高速処理による発熱があるため、放熱対策、ＥＳＤ対策が施された本実施形態にかかる構成が極めて有効である。

本実施形態にかかる発明は、放熱対策、ＥＳＤ対策を施したい電子機器に幅広く適用することが可能である。また、本実施形態では、プリント基板上に半導体デバイスと放熱板とが順に積層された構成であるが、半導体デバイスのチップ構造等の設計に応じて積層の順序は適宜変更することも可能である。半導体デバイスと放熱板との間に熱伝導性の良好な部材を別に介在させることで、半導体デバイスと放熱板とを近傍ではなく離間させて配置することも可能である。

１００…電子装置，１０１…プリント基板、１０２…半導体デバイス、１０３…熱伝導シート、１０４…放熱板、１０４ａ…基板、１０４ｂ…フィン、１０５…固定具、１０５ａ…軸部、１０５ｂ…頭部、１０５ｃ…先端部、１０６…銅箔層、１１０…ケース、１１１…ネジ、１１２…ネジ、１２０…固定用バネ、１２１…接続用バネ、１３０…プリント基板、１３１…半導体素子部、１３２…電極、１７０…筐体、１７１…スリット。

Claims

接地される導電部を有する基板上に設けられた半導体デバイスと、
前記半導体デバイスを放熱する放熱板と、
前記放熱板を前記基板に固定する固定具と、
前記固定具に巻きつけられて、前記放熱板と前記導電部とを電気的に接続する導電性の第１のバネ部材と
を備えることを特徴とする電子装置。
前記固定具が挿入される開口部を有する取り付け部を更に備え、
前記固定具は頭部と軸部とを含み、
前記頭部と前記取り付け部の一方の面との間に設けられた第２のバネ部材を備え、
前記第１のバネ部材は前記取り付け部の他方の面と前記導電部との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
前記第１のバネ部材は、前記第２のバネ部材よりも弾性力が小さいことを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
前記取り付け部は前記放熱板に含まれて構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電子装置。
前記取り付け部の前記第１のバネ部材と接触する領域を少なくも除いて、前記放熱板の表面は酸化処理が施されていることを特徴とする請求項４に記載の電子装置。
放送波を受信するチューナ部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電子装置。
前記半導体デバイスは、前記チューナ部で受信した放送波をデコードするデコーダ部を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電子装置。