JPH09510321A - 集積回路のための冷却・シールド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 金属プレート（２６）と、この金属プレート（２６）に一体成形された冷却突起（２８）と、金属プレート（２６）の上面と下面とから延びる複数の孔（３４）とから成る、集積回路のための冷却・シールド装置。前記孔（３４）には、コンタクトピン（３９）が挿入されており、このコンタクトピン（３９）の自由端部はろう接チップ（３８）を形成している。このろう接チップ（３８）は、プリント配線板（２０）に設けられた、スリーホールメッキされた孔（４０）にろう接固定するために規定されている。

Description

【発明の詳細な説明】 集積回路のための冷却・シールド装置 本発明は、集積回路、特にＶＬＳＩチップのための冷却・シールド装置に関す る。 このようなチップは高度に集積された完全な切換回路、たとえば完全なプロセ ッサに内蔵されている。このような切換回路の電力消費は極めて高いので、この 切換回路は付加的な冷却手段なしでは作動させることができない。別の問題は、 前記切換回路が極めて高いサイクル周波数で作動させられるので、この切換回路 からエネルギ富有の電磁妨害放射線が放出される点にある。このような電磁妨害 放射線はシールドされなければならない。 回路ハウジングの表面にヒートシンクを固定することが知られている。このヒ ートシンクの上面は冷却リブまたは冷却ピンを備えている。シールド作用を得る ためには、このヒートシンクがアース電位に接続されなければならない。第５図 には、プリント配線板１に配置された集積回路２のための、公知先行技術に基づ き公知の冷却・シールド装置の分解斜視図が示されている。この冷却・シールド 装置には、ヒートシンク３が設けられており、このヒートシンクは金属プレート ４から成っている。この金属プレートの上面には、直 方体形の冷却突起５が互いに規則的な間隔を置いて配置されている。ヒートシン ク３はその平坦な下面６で集積回路に装着されて、非導電性のスペーサを挟んで フレーム８によってカバーされる。このフレーム８に設けられた貫通孔９は、こ れらの貫通孔に冷却突起５を貫通させることを可能にする。 集積回路２はばね薄板条片１０によって取り囲まれている。このばね薄板条片 １０の下縁部は、規則的な間隔を置いて配置されたろう接チップ１１を備えてい る。このろう接チップ１１は、プリント配線板１に設けられた、スリーホールメ ッキされた孔１２に挿入されて、この孔１２にろう接される。ばね薄板条片１０ の上縁部には、Ｓ字形のコンタクトスプリング１３が打抜き加工されている。こ のコンタクトスプリング１３は、この装置が組み立てられた状態において、カバ ーフレーム８の縁部１４を取り囲んで係合し、このカバーフレーム８とプリント 配線板との間に電気的な接続を形成する。一般に、プリント配線板に設けられた このような装置は、アース電位に接続される。 公知の装置の冷却作用は、カバーフレームが振動によってスプリングから外れ ない限りは十分である。さらに、ときどきシールド問題も生じる。このシールド 問題は、フレーム８はたしかに信頼性良くアース電位に接続されているが、しか し冷却突起５がカバーフレームから突出していて、そのアンテナ作用に基づき（ 冷却突起５の長さに関連して）妨害放射線を放出することにより生じる。 公知のヒートシンク３は、長手方向で上面に形成されたリブを備えた押出成形 体から製造されている。直方体形の冷却突起を得るためには、リブに横方向溝が フライス加工される。この横方向溝はヒートシンクの製造において付加的な作業 工程を必要とする。 本発明の課題は、改善された冷却・シールド特性を示し、しかも少数の構成部 分しか有しないような、集積回路のための冷却・シールド装置を提供することで ある。 この課題は、本発明によれば請求項１の特徴部に記載の構成により解決される 。ヒートシンクはその側縁の近くで貫通孔によって貫通されている。これらの貫 通孔はヒートシンクの下面から上面へ延びている。これらの貫通孔には、コンタ クトピンの一方の端部が挿入されており、この場合、コンタクトピンはヒートシ ンクと共に、信頼性良くかつ耐久性の良い電気コンタクトを形成する。コンタク トピンはヒートシンクの下面から直角に突出しており、それゆえに多接点式の電 気構成素子と同様に、プリント配線板に設けられたスリーホールメッキされた孔 に挿入され、この孔にろう接される。これにより、信頼性の良い電気的接続が得 られるだけでなく、信頼性の良い機械的結合も得られるので、ヒートシンクは機 械的な振動時でも、集積回 路から外れなくなる。 ヒートシンクの冷却作用は、このヒートシンクが流れ押出加工技術でアルミニ ウムブロックから製造されることにより、一層改善することができる。ヒートシ ンクはこの場合、直ちに最終形状を有するので、後加工は不要となる。別の利点 は、面状の部分から冷却突起への移行部における材料密度が特に高くかつ材料流 れ方向が冷却突起の方向に延びていることにある。これにより、冷却突起への熱 流が助成される。この製造法では、冷却突起の多数のジオメトリ形状、特に円形 の形状が製造可能である。この円形の形状は多角形の冷却突起よりも容易に冷却 空気流によって取り囲まれる。 本発明の有利な構成では、コンタクトピンの、ヒートシンクの貫通孔に挿入す るための端部が、アイ状に拡開されていて、このアイの範囲に、規定されて成形 された、有利にはシャープなエッジを有している。ヒートシンクの貫通孔へのコ ンタクトピンの圧入時では、このエッジがヒートシンクの比較的軟質の材料に押 し込まれて、ヒートシンクとコンタクトピンとの間でのガス密な電気接続を形成 する。このことは特にコンタクトピンがばね硬質のスズ・青銅から成っている場 合には、永続的に腐食のない固い結合を生ぜしめる。 本発明の別の改良形では、コンタクトピンの真ん中の範囲が、薄板条片によっ て互いに結合されており、 この薄板条片にコンタクトピンが一体成形されている。すなわち、複数のコンタ クトピンを、これらのコンタクトピンを互いに結合する薄板条片と共に打抜き加 工によって１つの作業工程で簡単に製造することができる。 本発明による装置の第４図に示した実施例では、コンタクトピンの、ヒートシ ンクに近い方の端部が、弾性変形可能でかつＳ字形にヒートシンクの方向に曲げ 戻されており、この場合、Ｓ字体の、アイから遠い方の湾曲部がヒートシンクに 接触している。このばね弾性的な範囲が、プリント配線板のスルーホールメッキ された孔にコンタクトピンをろう接する間、引張応力を受けて保持されると、全 てのコンタクトピンのばね弾性的な範囲の戻し力が、ヒートシンクを集積回路に 固く押圧する。これにより、この集積回路からヒートシンクへの熱伝達は一層改 善される。ヒートシンクと、このヒートシンクに接触する前記湾曲部との間に、 ろう接固定前にスペーサが押し込まれると、ばね弾性的な範囲のプレロードは全 てのコンタクトピンに対して特に簡単でかつ均一に調節することができる。この スペーサは、コンタクトピンのろう接固定後に再び除去される。全てのコンタク トピンのばね弾性的な範囲の戻し力は、ヒートシンクを特に均一に集積回路に押 圧するので、ひっかかり、ひいては悪化された熱伝達が排除されている。 以下に、本発明の実施例を第１図〜第４図につき詳しく説明する。 第１図は、冷却・シールド装置を有する、集積回路を備えたプリント配線板の 分解斜視図である。 第２図は、第１図に示した冷却・シールド装置を３つの方向から見た図である 。 第３図は、コンタクトピンの第１実施例を示す概略図である。 第４図は、コンタクトピンの第２実施例を示す概略図である。 第５図は、公知先行技術による冷却・シールド装置を示す分解斜視図である。 第１図には、ＶＬＳＩチップ２２を備えたプリント配線板２０が図示されてい る。このＶＬＳＩチップ２２には、ヒートシンク２４が装着可能である。このヒ ートシンク２４はプレート２６から成っており、このプレート２６の上面には、 円筒状の冷却突起２８が一体成形されている。ヒートシンク２４の下面３０は少 なくともＶＬＳＩチップとの接触範囲において平坦に形成されている（第２ｃ図 ）。ヒートシンク２４はその下面３０で、電気絶縁性の熱伝導シート３２を挟ん でＶＬＳＩチップ２２に装着可能である。ヒートシンク２４のプレート２６はそ の縁部に対して平行にかつその縁部に対して小さな間隔を置いて、貫通孔３４に より貫通されている。この貫通孔２４はプレート２６ を鉛直な方向で貫通している（第２図ｂ）。 スズ／青銅から成る薄板条片３６はＶＬＳＩチップ２２に対して間隔を置いて 、しかもＶＬＳＩチップ２２の側縁部に対して平行に配置されている（第１図に 部分的にのみ図示する）。この薄板条片３６は、第１図に示したようにそれぞれ 角隅で折り曲げられた唯一つの薄板条片であるか、または第２ｂ図に示したよう に４つの個別の薄板条片であってもよい。薄板条片３６の一方の縁部には、規則 的な間隔を置いて複数の槍形のろう接チップ３８が一体成形されている。このろ う接チップ３８は、プリント配線板２０に設けられた、スリーホールメッキされ た孔４０に挿入され、かつ引き続きこのプリント配線板２０とろう接されるよう になっている。スリーホールメッキされた孔は導体路（図示しない）によって互 いにかつアース電位に接続されている。 薄板条片３６の他方の縁部には、貫通孔３４の間隔に合わせて圧入ピン４２が 一体成形されている。これらの圧入ピン４２の自由端部は先端部４４を有してい る。この先端部４４は、貫通孔３４への圧入ピン４２の手繰り込みを容易にする 。ろう接チップ３８は、それぞれろう接チップ３８に隣接する圧入ピン４２と共 に各１つのコンタクトピン３９を形成している。 特に第３図に認められるように、圧入ピン４２の真ん中の範囲は拡開されてア イ４６を形成している。圧 入ピン４２を貫通孔３４に圧入する場合、このアイ４６の縁部はヒートシンク２ ４の比較的軟質の材料に押し込まれて、このヒートシンクと共に密な電気的およ び機械的なコンタクトを形成する。 第２ａ図には、圧入されたコンタクトピンを備えたヒートシンク２４が示され ている。薄板条片３６はこの場合、ヒートシンク２４の下面３０に対して平行に 位置する。第１図に示したように、ヒートシンク２４と薄板条片３６とから成る 装置が、ろう接チップ３８で、プリント配線板２０のスリーホールメッキされた 孔４０に挿入されると、ＶＬＳＩチップはその５つの面で、アース電位に接続さ れた金属部分によって取り囲まれる。ＶＬＳＩチップの下面は公知の形式で、一 般に多層として形成されたプリント配線板２０の、アース電位に接続された層に よってシールドされる。 第４図には、第２実施例によるコンタクトピン３９‘の側面図が示されている 。このコンタクトピン３９′の構造は第３図に示した実施例にほぼ相当している 。しかし、薄板条片３６とアイ４６との間には、弾性変形可能なＳ字形のばね部 分４８が導入されており、この場合、Ｓ字体の、アイ４６から遠い方の湾曲部５ ０がヒートシンク２４の下面に接触する。 冷却・シールド装置と、ＶＬＳＩチップ２０およびプリント配線板２０との組 付けは、スリーホールメッキされた孔４０におけるろう接チップ３８のろう接前 にヒートシンク２４と湾曲部５０との間にスペーサ５２が押し込まれるようにし て行われる。次いで、ろう接チップ３８が、スリーホールメッキされた孔４０に 挿入され、この場合、ヒートシンク２４の下面３０はＶＬＳＩチップ２２に全面 で載着する。その後に、ろう接チップ３８が、スリーホールメッキされた孔４０ とろう接される。引き続き、スペーサ５２が湾曲部５０とヒートシンク２４との 間のギャップから矢印方向Ａで引き出される。全てのコンタクトピン３９‘のＳ 字形のばね部分４８の戻し力は、ヒートシンク２４をＶＬＳＩチップ表面に押圧 し、これにより、ヒートシンク２４とＶＬＳＩチップとの間に密な熱カップリン グが確保される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年３月１日 【補正内容】 明細書 集積回路のための冷却・シールド装置 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、集積回路、特にＶＬＳＩチ ップのための冷却・シールド装置に関する。このような形式の装置は、欧州特許 出願公開第０３４０９５９号明細書に基づき公知である。 このようなチップは高度に集積された完全な切換回路、たとえば完全なプロセ ッサに内蔵されている。このような切換回路の電力消費は極めて高いので、この 切換回路は付加的な冷却手段なしでは作動させることができない。別の問題は、 前記切換回路が極めて高いサイクル周波数で作動させられるので、この切換回路 からエネルギ富有の電磁妨害放射線が放出される点にある。このような電磁妨害 放射線はシールドされなければならない。 回路ハウジングの表面にヒートシンクを固定することが知られている。このヒ ートシンクの上面は冷却リブまたは冷却ピンを備えている。シールド作用を得る ためには、このヒートシンクがアース電位に接続されなければならない。第５図 には、プリント配線板１に配置された集積回路２のための、公知先行技術に基づ き公知の冷却・シールド装置の分解斜視図が示されて いる。この冷却・シールド装置には、ヒートシンク３が設けられており、このヒ ートシンクは金属プレート４から成っている。この金属プレートの上面には、直 方体形の冷却突起５が互いに規則的な間隔を置いて配置されている。ヒートシン ク３はその平坦な下面６で集積回路に装着されて、非導電性のスペーサを挟んで フレーム８によってカバーされる。このフレーム８に設けられた貫通孔９は、こ れらの貫通孔に冷却突起５を貫通させることを可能にする。 集積回路２はばね薄板条片１０によって取り囲まれている。このばね薄板条片 １０の下縁部は、規則的な間隔を置いて配置されたろう接チップ１１を備えてい る。このろう接チップ１１は、プリント配線板１に設けられた、スリーホールメ ッキされた孔１２に挿入されて、この孔１２にろう接される。ばね薄板条片１０ の上縁部には、Ｓ字形のコンタクトスプリング１３が打抜き加工されている。こ のコンタクトスプリング１３は、この装置が組み立てられた状態において、カバ ーフレーム８の縁部１４を取り囲んで係合し、このカバーフレーム８とプリント 配線板との間に電気的な接続を形成する。一般に、プリント配線板に設けられた このような装置は、アース電位に接続される。単にシールド目的のためにしか働 かない、閉じられたカバープレートを備えた、同様の装置が、欧州特許出願公開 第０２５６２８５号明細書の記載からも公知である。 両構成の場合共に、カバーはばね力によってしか保持されない。カバーとコンタ クトスプリングとの間のガス密な結合は形成されない。 第５図に示した公知の装置の冷却作用は、カバーフレームが振動によってスプ リングから外れない限りは十分である。さらに、ときどきシールド問題も生じる 。このシールド問題は、フレーム８はたしかに信頼性良くアース電位に接続され ているが、しかし冷却突起５がカバーフレームから突出していて、そのアンテナ 作用に基づき（冷却突起５の長さに関連して）妨害放射線を放出することにより 生じる。 公知のヒートシンク３は、長手方向で上面に形成されたリブを備えた押出成形 体から製造されている。直方体形の冷却突起を得るためには、リブに横方向溝が フライス加工される。この横方向溝はヒートシンクの製造において付加的な作業 工程を必要とする。 本発明の課題は、改善された冷却・シールド特性を示し、しかも少数の構成部 分しか有しないような、集積回路のための冷却・シールド装置を提供することで ある。 この課題は、本発明によれば請求項１の特徴部に記載の構成により解決される 。ヒートシンクはその側縁の近くで貫通孔によって貫通されている。これらの貫 通孔はヒートシンクの下面から上面へ延びている。これらの貫通孔には、コンタ クトピンの一方の端部が挿 入されており、この場合、コンタクトピンはヒートシンクと共に、信頼性良くか つ耐久性の良い電気コンタクトを形成する。コンタクトピンはヒートシンクの下 面から直角に突出しており、それゆえに多接点式の電気構成素子と同様に、プリ ント配線板に設けられたスリーホールメッキされた孔に挿入され、この孔にろう 接される。これにより、信頼性の良い電気的接続が得られるだけでなく、信頼性 の良い機械的結合も得られるので、ヒートシンクは機械的な振動時でも、集積回 路から外れなくなる。 ヒートシンクの冷却作用は、このヒートシンクが流れ押出加工技術でアルミニ ウムブロックから製造されることにより、一層改善することができる。ヒートシ ンクはこの場合、直ちに最終形状を有するので、後加工は不要となる。別の利点 は、面状の部分から冷却突起への移行部における材料密度が特に高くかつ材料流 れ方向が冷却突起の方向に延びていることにある。これにより、冷却突起への熱 流が助成される。この製造法では、冷却突起の多数のジオメトリ形状、特に円形 の形状が製造可能である。この円形の形状は多角形の冷却突起よりも容易に冷却 空気流によって取り囲まれる。 コンタクトピンの、ヒートシンクの貫通孔に挿入するための端部は、アイ状に 拡開されていて、このアイの範囲にシャープなエッジを有している。ヒートシン クの貫通孔へのコンタクトピンの圧入時では、このエッジがヒートシンクの比較 的軟質の材料に押し込まれて、ヒートシンクとコンタクトピンとの間でのガス密 な電気接続を形成する。このことは特にコンタクトピンがばね硬質のスズ・青銅 から成っている場合には、永続的に腐食のない固い結合を生ぜしめる。 請求の範囲 １．集積回路、特にＶＬＳＩチップのための冷却・シールド装置において、金 属から成る面状のヒートシンク（２４）が設けられており、該ヒートシンク（２ ４）が、チップ（２２）に載置するための平坦な下面（３０）と、冷却突起（２ ８）を備えた上面とを有しており、前記ヒートシンク（２４）が、その側縁に沿 ってかつ側縁の近くで、下面から上面に延びる複数の貫通孔（３４）によって貫 通されており、コンタクトピン（３９，３９‘）が設けられており、該コンタク トピンの一方の端部（４２）が、電気的な接続を形成するように前記ヒートシン ク（２４）の貫通孔（３４）に挿入されていて、前記コンタクトピン（３９，３ ９’）が、前記ヒートシンク（２４）の下面（３０）から直角に突出している形 式のものにおいて、前記コンタクトピン（３９，３９′）の、前記ヒートシンク （２４）に設けられた貫通孔（３４）に挿入するための端部が、圧入ピン（４２ ）として形成されており、該圧入ピン（４２）がアイ状に拡開されていて、少な くとも拡開部（４６）の範囲でシャープなエッジを有しており、該エッジの範囲 に、前記ヒートシンク（２４）と、前記貫通孔（３４）に挿入された前記圧入ピ ン（４２）との間のガス密な電気接続が形成されており、前記コンタクトピン（ ３９，３９′）のそれぞれ 他方の端部が、前記チップ（２２）を保持する電気的なプリント配線板（２０） に設けられた、スリーホールメッキされた孔（４０）に挿入するためのろう接チ ップ（３８）として形成されていることを特徴とする、集積回路のための冷却・ シールド装置。 ２．前記冷却突起が、上面から直角に突出した、円形または別の横断面を有す る柱体（２８）として形成されており、前記横断面の延びが、平面の両次元でほ ぼ同じである、請求項１記載の冷却・シールド装置。 ３．ヒートシンク（２４）が、流れ押出加工されたアルミニウムから一体に形 成されている、請求項１または２記載の冷却・シールド装置。 ４．前記コンタクトピン（３９，３９‘）が、ばね硬質のスズ・青銅から成っ ている、請求項１から３までのいずれか１項記載の冷却・シールド装置。 ５．複数のコンタクトピン（３９，３９‘）が、その真ん中の範囲で薄板条片 （３６）によって互いに結合されており、該薄板条片（３６）と前記コンタクト ピン（３９，３９’）とが一体の部分から成っている、請求項１から４までのい ずれか１項記載の冷却・シールド装置。 ６．前記コンタクトピン（３９‘）の、ヒートシンク（２４）に近い方の端部 が、弾性変形可能であって、Ｓ字形にヒートシンク（２４）の方向に曲げ戻され ていて、Ｓ字体の、前記アイ状の拡開部（４６）から 遠い方の湾曲部（５０）がヒートシンク（２４）に接触している、請求項５記載 の冷却・シールド装置。 ７．ヒートシンク（２４）と、該ヒートシンクに接触する前記湾曲部（５０） との間にスペーサ（５２）が押し込まれており、該スペーサ（５２）が、前記コ ンタクトピンの前記ろう接チップ（３８）をプリント配線板（２０）のスリーホ ールメッキされた前記孔（４０）に挿入した後に、取り外し可能である、請求項 ６記載の冷却・シールド装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス−イェルク ヨーン ドイツ連邦共和国 Ｄ−33100 パーダー ボルン ランガー ヴェーク 24 (72)発明者 ホルスト ヴェーゲ ドイツ連邦共和国 Ｄ−33106 パーダー ボルン ゲッセルナー シュトラーセ 66

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．集積回路、特にＶＬＳＩチップのための冷却・シールド装置において、 −金属から成る面状のヒートシンク（２４）が設けられており、該ヒートシンク （２４）が、チップ（２２）に載置するための平坦な下面（３０）と、冷却突起 （２８）を備えた上面とを有しており、前記ヒートシンク（２４）が、その側縁 に沿ってかつ側縁の近くで、下面から上面に延びる複数の貫通孔（３４）によっ て貫通されており、 −コンタクトピン（３９，３９‘）が設けられており、該コンタクトピンの一方 の端部（圧入ピン４２）が、電気的な接続を形成するように前記ヒートシンク（ ２４）の貫通孔（３４）に挿入されていて、前記コンタクトピン（３９，３９’ ）が、前記ヒートシンク（２４）の下面（３０）から直角に突出しており、前記 コンタクトピンのそれぞれ他方の端部が、前記チップ（２２）を保持する電気的 なプリント配線板（２０）に設けられた、スリーホールメッキされた孔（４０） に挿入するためのろう接チップ（３８）として形成されている ことを特徴とする、集積回路のための冷却・シールド装置。 ２．前記冷却突起が、上面から直角に突出した、円 形または別の横断面を有する柱体（２８）として形成されている、請求項１記載 の冷却・シールド装置。 ３．ヒートシンク（２４）が、流れ押出加工されたアルミニウムから一体に形 成されている、請求項１または２記載の冷却・シールド装置。 ４．ヒートシンク（２４）に設けられた前記貫通孔（３４）に挿入するための 圧入ピン（４２）が、アイ状に拡開されていて、少なくともアイ（４６）の範囲 に、規定されて成形された、有利にはシャープなエッジを有している、請求項１ から３までのいずれか１項記載の冷却・シールド装置。 ５．少なくとも前記エッジの範囲で、ヒートシンク（２４）と、前記貫通孔（ ３４）に挿入された前記圧入ピン（４２）との間のガス密な電気的接続が形成さ れている、請求項４記載の冷却・シールド装置。 ６．前記コンタクトピン（３９，３９‘）が、ばね硬質のスズ・青銅から成っ ている、請求項４または５記載の冷却・シールド装置。 ７．複数のコンタクトピン（３９，３９‘）が、その真ん中の範囲で薄板条片 （３６）によって互いに結合されており、該薄板条片（３６）に前記コンタクト ピン（３９，３９’）が一体成形されている、請求項１から６までのいずれか１ 項記載の冷却・シールド装置。 ８．前記コンタクトピン（３９‘）の、ヒートシン ク（２４）に近い方の端部が、弾性変形可能であって、Ｓ字形にヒートシンク（ ２４）の方向に曲げ戻されていて、Ｓ字体の、前記アイ（４６）から遠い方の湾 曲部（５０）がヒートシンク（２４）に接触している、請求項７記載の冷却・シ ールド装置。 ９．スリーホールメッキされた前記孔（４０）に前記ろう接チップ（３８）を 挿入する前に、ヒートシンク（２４）と、該ヒートシンクに接触する前記湾曲部 （５０）との間にスペーサ（５２）が押し込まれており、該スペーサ（５２）が 、前記コンタクトピンの前記ろう接チップ（３８）をプリント配線板（２０）の スリーホールメッキされた前記孔（４０）に挿入した後に、再び取り外し可能で ある、請求項８記載の冷却・シールド装置。