JP2001119182A

JP2001119182A - ヒートシンク固定構造

Info

Publication number: JP2001119182A
Application number: JP29675499A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Yoshida; 裕一吉田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品の実装上の制限を少なくしたヒート
シンク固定構造を提供することにある。【解決手段】配線基板上に実装された電子部品から発
生する熱を拡散するヒートシンクを固定するヒートシン
ク固定構造であって、前記配線基板上に形成した固定部
と、前記電子部品の上に搭載したヒートシンクを上から
弾持するヒートシンク押さえを備えたので、電子部品の
実装上の制限を最小限にする事が出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は半導体装置からの発熱に
よる温度を下げるヒートシンクに関し、特に、ヒートシ
ンクを固定するためのヒートシンク固定構造に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、
ＱＦＰ（Quad Flat Package ）等の半導体装置におい
て、ヒートシンク等の放熱装置を取り付ける必要がある
場合には、半導体装置の上面にアルミニウム等の軽量で
熱伝導性に優れたヒートシンクを熱伝導性に優れた樹脂
材料等で直接接着する構造や、修理が必要な場合には接
着せずに熱伝導シート等をヒートシンクと半導体装置の
間に挟むこむようにして固定する構造が用いられてい
る。電話交換機や大型コンピュータ等の装置では半導体
装置を実装した配線基板を縦にして取り付けることもあ
り、ヒートシンクを半導体装置に直接接着する構造で
は、ヒートシンクの重さによって半導体装置と配線基板
の接続部に過剰な負荷がかかることもある。この場合、
長期間そのままの状態で使用すると、半導体装置と配線
基板との接続部が破損して接続不良が発生するおそれが
あった。そのため、配線基板を縦にして使用する場合
や、半導体装置の修理のためにヒートシンクを取り外せ
るようにする場合には、図１８の従来図に示すようにヒ
ートシンク１２を半導体装置１に直接接着せずに配線基
板２に固定する構造が用いられていた。図１８では配線
基板２上にＢＧＡタイプの半導体装置１がはんだボール
３を用いて実装されており、その半導体装置１のはんだ
ボール３と反対面には熱伝導材４を挟むようにヒートシ
ンク１２が固定される。このヒートシンク１２の固定は
ヒートシンク押さえ６を配線基板２を貫通するように設
けた穴２ａに差し込んで行うようになっている。この
際、ヒートシンク押さえ６は板バネのようになりヒート
シンク１２を熱伝導材４の方向に押さえつけて固定す
る。

【０００３】また、実開平７−３１８６号には、電子部
品をプリント板に固定する構造が開示されている。しか
し、ここに開示された技術は、ヒートシンクに穴を明け
てネジ４０で枠２０を介してプリント板に固定するもの
である。したがって、ヒートシンクに穴を明ける事は、
ヒートシンクの加工工程が必要であるために製造コスト
が高くなると云う欠点が存在する。また、ここに開示さ
れた技術は、電子部品をプリント板に固定する構造に関
するものであるが、本願発明は、配線基板上に既に実装
され固定されている半導体装置或いは、電子部品にヒー
トシンクを固定する構造に関するものである。

【０００４】また、特開平４−２８７３４９号では、集
積回路パッケージに関するものであり、ヒートシンクの
側面に取り付けられたフックを、集積回路パッケージを
構成するセラミック基板に設けられた止め具にかける事
によりセラミック基板とヒートシンクとを固定する構造
が開示されている。ここで、ヒートシンクが集積回路パ
ッケージに固定される事になるため、例えば上記公報の
図１に示すように集積回路パッケージを配線基板に実装
した場合で、配線基板を水平以外の方向（例えば垂直方
向等）で使用するときには、ヒートシンクの重さを集積
回路パッケージのリードが支えることになる。特に、配
線基板を垂直方向、或いは集積回路パッケージが配線基
板の下になるようにして、使用する場合には、ヒートシ
ンクの重さによる力がリードフレームを引き剥がす方向
に働くため、リードフレーム接続部が破断して接続不良
が発生する可能性が高い。また、ここに開示された例で
は、ヒートシンクにフックを取り付けなければならず、
ヒートシンクのコストが高くなってしまう欠点が存在し
た。

【０００５】また、特開平９−２２９０２６号は、ＩＣ
ソケット等にヒートシンクを取付金具で固定する構造が
開示されている。しかし、ここに開示されたヒートシン
クの固定構造は、１本の線材を折り曲げて取付金具と
し、ヒートシンクの端部に受け部を形成し、ヒートシン
ク自体の形状を特殊な構造としている。このため、製造
コストが高くなると云う問題が存在した。また、取付金
具の形状が複雑になり、コストが高騰すると云う欠点が
存在した。

【０００６】また、特許第２８６１９８１号では、配線
基板に熱伝導路を貫通させ、半導体装置を実装した側面
と反対側面に設けた放熱装置を通じて発生した熱を発散
させる構造が開示されている。しかし、この構造では、
配線基板に熱伝導路を貫通させなければならず、配線基
板の実装密度を向上させる事ができない。また、配線基
板の裏面に電子部品を実装する事もできなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一方、上記のヒートシ
ンク固定構造では、以下のような問題点を有していた。
第１の問題点は、図１８に示す構造では配線基板を貫通
する穴をあける必要があるため、配線基板２の表層、内
層ともに穴の部分を避けて配線形成をしなければならな
いという配線形成上の制約、穴を避けて部品実装を行わ
なければならないという部品実装上の制約が生まれてい
た。つまり、ヒートシンクを固定するための穴２ａがあ
るために、配線密度、実装密度を低くせざるを得ないと
いう問題が発生していた。

【０００８】そこで本発明の目的は、上記した従来の欠
点を改良するべく、配線基板を貫通する穴を設ける事な
くヒートシンクを固定する事のできるヒートシンク固定
構造を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、基本的に以下に記載されたような構成を採用
するものである。すなわち本発明に係るヒートシンク固
定構造は、配線基板上に実装された電子部品から発生す
る熱を拡散、放熱するためのヒートシンクを固定するヒ
ートシンク固定構造であって、前記配線基板上に形成し
た固定部と、前記電子部品の上に搭載したヒートシンク
を上から弾持するヒートシンク押さえを備えたことを特
徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のヒートシンク固定構造
は、上記した様な従来技術に於ける問題点を解決する
為、配線基板上に実装された電子部品から発生する熱を
拡散、放熱するためのヒートシンクを固定するヒートシ
ンク固定構造であって、前記配線基板上に形成した固定
部と前記電子部品の上に搭載したヒートシンクを上から
弾持するヒートシンク押さえとを備えたので、配線密度
及び実装密度を向上することが出来る。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明に係るヒートシンク固定構造
の一具体例の構成を図面を参照しながら詳細に説明す
る。図１は、本発明に係るヒートシンク固定構造の第１
の実施例を示す断面図である。ここで、ヒートシンク固
定構造は、配線基板１０上に実装された電子部品１１か
ら発生する熱を拡散、放熱するためのヒートシンク１２
を固定するヒートシンク固定構造であって、配線基板１
０上に形成した固定部１３と、前記電子部品１１の上に
搭載したヒートシンク１２を熱伝導材１４を介して上か
ら弾持するヒートシンク押さえ１５とを備えている。

【００１２】図１に示すように、本発明のヒートシンク
固定構造では、配線基板１０の表面にヒートシンク押さ
え１５の端部を固定するための固定部１３が取り付けら
れている。また、電子部品１１からの熱を効率良くヒー
トシンク１２に伝えるために熱伝導材１４がヒートシン
ク１２と電子部品１１との間に挟まれており、ヒートシ
ンク１２は上面側からヒートシンク押さえ１５を弾持固
定されている。また、前記ヒートシンク押さえ１５は、
ヒートシンク１２の平行溝１２ａ間に挿入されるように
構成されている。更に、前記ヒートシンク１２は、溝状
のフィン又は、複数の独立した突起１８ａから構成され
てもよい。ヒートシンク押さえ１５を固定部１３に固定
する際には、ヒートシンク１２が熱伝導材１４に押し付
けられて固定されるようにヒートシンク押さえ１５の形
状、固定部１３の配置が決められている。この構造の場
合、ヒートシンク押さえ１５が配線基板１０の表面に取
り付けられた固定部１３に取り付けられるため、配線基
板１０にヒートシンク押さえ１５固定用の穴をあける必
要がない。

【００１３】図２は同ヒートシンク固定構造に使用する
ヒートシンク押さえ１５の第１の実施例を示す斜視図で
ある。ここで、ヒートシンク押さえ１５は、薄板状の弾
性体から形成されており、鈍角に曲がった脚部分１５ａ
を有している。また、脚部分１５ａの先端である脚端部
１５ｂは、再度水平になっている。ヒートシンク押さえ
１５は、横から見ると中心点Ｏの左右に対称に形成され
ている。また、ヒートシンク押さえ１５は図６に示すよ
うに棒状に形成してもよい。

【００１４】そのため、配線基板１０の配線は固定部１
３を取り付ける部分を避ける以外は配線設計上の制約を
受けないため、配線密度を低下させることなくヒートシ
ンク１２を取り付けることが可能となる。また、穴を設
けた場合と異なり配線基板１０の固定部１３を取り付け
た部分の裏面には電子部品１７の実装が可能となるた
め、部品実装上の制約を最小限にすることが可能とな
る。

【００１５】図１では、ＢＧＡ（Ball Grid Array）タ
イプの電子部品１１がはんだボール１６を用いて配線基
板１０に実装されており、電子部品１１の上部には電子
部品１１からの熱を放熱するためのヒートシンク１２が
取り付けられている。また、電子部品１１の熱を効率よ
くヒートシンク１２に伝えるために熱伝導材１４が配置
されており、熱伝導材１４は電子部品１１とヒートシン
ク１２に挟まれるように固定される。ここで、ヒートシ
ンク１２の材料としては、例えばアルミニウムや銅等の
金属やカーボン等のような熱伝導性に優れた材料が用い
られる。熱伝導材１４の材料としては、例えば銀等の熱
伝導性に優れた金属やアルミナ、窒化ボロン等の熱伝導
性に優れたセラミック材料を含有させて熱伝導率を高め
たシリコーン、ゴム状材料等の柔軟性、弾性を有する材
料や放熱用の液状樹脂等の熱伝導性に優れた材料で構成
される。

【００１６】ヒートシンク１２の固定には、細い棒状あ
るいは板状の金属等の材料からなるヒートシンク押さえ
１５が用いられており、ヒートシンク１２を押し付けて
押さえるように、配線基板１０に取り付けられた固定部
１３に固定されている。固定部１３は、図３に示すよう
に基端部１３ａと、これから鉤状に立ち上がったフック
１３ｂを有しており、ヒートシンク押さえ１５の端部を
はめ込んで固定できるように、接着剤、はんだ等を用い
て配線基板１０の表面に直接接合される。また、図３に
示した形状以外にもヒートシンク押さえ１５の端部をは
め込んで固定できる構造であれば他の形状でも良い。

【００１７】以上、電子部品（半導体装置）１１がはん
だボールで接続されるＢＧＡタイプの場合について説明
をしたが、本発明における半導体装置はＢＧＡ以外のＱ
ＦＰ（Quad Flat Package）等の半導体装置、あるいは
その他の配線基板表面に実装するタイプの電子部品等で
あってもかまわない。

【００１８】次に、以上の様なヒートシンク固定構造を
使用した電子部品（半導体装置）の固定方法について図
４を用いて説明する。図４は表面に電子部品１１を、ま
た裏面に電子部品１７を実装した配線基板１０にヒート
シンク１２を取り付ける方法をあらわしている。（実装
される部品等については図では簡略化した。）また、ヒ
ートシンク１２を固定するための固定部１３は、ヒート
シンク１２を取り付ける前にあらかじめ接着、はんだ付
け等の方法で配線基板１０に接合されている。特に、は
んだ材料を用いる場合には、配線基板１０上に実装する
半導体装置、チップ部品等と一括でリフローすることも
可能である。

【００１９】ヒートシンク１２を電子部品１１に固定す
る場合、電子部品１１からの熱を効率よくヒートシンク
１２に伝えるために、熱伝導材１４を矢印で示すよう
に電子部品１１上に配置する。次に熱伝導材１４の上に
矢印で示すようにヒートシンク１２を配置する。さら
に、ヒートシンク１２の上からヒートシンク押さえ１５
を矢印の方向から配置して、その上からヒートシンク
１２を押さえるようにヒートシンク押さえ１５で配線基
板１０方向に押圧固定する。このとき、図１に示すよう
に、ヒートシンク押さえ１５の脚端部５ｂを配線基板１
０に取り付けられた固定部１３にはめ込むようにして、
ヒートシンク１２の固定を行う。また、ヒートシンク押
さえ１５を固定部１３にはめ込む際には、ヒートシンク
押さえ１５を図４に示した矢印方向に反らせるように
弾性変形させて行うと円滑に行う事ができる。

【００２０】このとき、ヒートシンク押さえ１５は変形
が元に戻ろうとする力を利用してヒートシンク１２を押
さえつける。そのため、ヒートシンク押さえ１５は、固
定部１３にはめ込んだときにヒートシンク１２を押さえ
る力が働くように、取り付けを行うヒートシンクごとに
形状を合わせて作成される。

【００２１】図５は、本発明のヒートシンク押さえ１５
を使用してヒートシンク１２を固定する状態を説明する
要部斜視図である。本実施例のヒートシンク１２は、複
数の平行溝１２ａが形成されており、この平行溝１２ａ
にヒートシンク押さえ１５を挿通して固定する事が出来
る。

【００２２】図７は、本発明に使用される他のヒートシ
ンク形状を示す斜視図である。このヒートシンク１８
は、図７に示されるような円柱状または角柱状の突起１
８ａが複数本立設されている。このようなヒートシンク
１８に対しては、第１の実施例の様なヒートシンク押さ
えを使用する事もできるが、図８に示す様な全体形状を
Ｈ字形に構成したヒートシンク押さえ１９を使用する事
が出来る。本実施例のヒートシンク押さえ１９は、棒状
或いは板状の弾性部材をＨ字状に構成したものである。
このように構成した場合、ヒートシンク１８の横ずれ、
捻れ等を防止する事が出来る為に、より安定した固定が
可能である。

【００２３】図９は、本発明に使用されるヒートシンク
押さえの第４の実施例を示す平面図である。ここでは、
ヒートシンク押さえ２０は、梯子状に形成されている。
このように構成した場合も、ヒートシンク１８の横ず
れ、捻れ等を防止する事が出来る為に、より安定した固
定が可能である。

【００２４】図１０は、同ヒートシンク固定構造に使用
される固定部２１の第２の実施例を示す斜視図である。
本実施例では、固定部２１は、長尺状のフック２１ａを
有しており、このように構成した場合、ヒートシンク押
さえが横から外れ難い。また、複数のヒートシンク押さ
えを固定することも可能である。

【００２５】図１１は、同ヒートシンク固定構造に使用
される固定部２２の第３の実施例を示す斜視図である。
ここでは、固定部２２は長尺状のフック２２ａを有して
おり、且つ両端部に垂下部２２ｂを有している。この垂
下部２２ｂの存在によってヒートシンク押さえの脚部分
が外れ難くなる。

【００２６】図１２は、同ヒートシンク固定構造に使用
される固定部の第４の実施例を示す斜視図である。ここ
で、固定部２３は、丁度ヒートシンク押さえの幅よりや
や大きい幅を有しており、フックの端に垂下部２３ａを
有している。

【００２７】このように構成した場合、固定部２３の配
線基板１０上に占める面積が小さく、配線密度、実装密
度を高める事ができる。

【００２８】図１３は、本発明のヒートシンク固定構造
の第２の実施例を示す断面図である。ここでは、配線基
板１０上に電子部品（半導体装置）１１が実装されてお
り、その上に熱伝導材１４を挟むようにヒートシンク１
２がヒートシンク押さえ１５を用いて固定されている。
ここで、ヒートシンク押さえ１５の先端には、ねじ２４
を通して固定するための穴が設けられており、配線基板
１０の表面にはねじ穴を有する固定部２５が接着剤等を
用いて接合されている。また、固定部２５にねじ穴２５
ａが形成されており、ヒートシンク押さえ１５と固定部
２５をねじ２４で固定することで、ヒートシンク１２を
電子部品１１上に取り付ける。この構造の場合、ヒート
シンク押さえ１５をねじ２４を用いて固定するため、確
実に固定できるという利点もある。

【００２９】図１４は、同ヒートシンク固定構造の第３
の実施例を示す断面図である。第１の実施例同様にヒー
トシンク押さえ１５を用いてヒートシンク１２を押さえ
て固定する。ただし、第３の実施例においては、ヒート
シンク押さえ１５を固定するための固定部２６は配線基
板１０の表面には接合されておらず、図１５及び図１６
に示すように配線基板１０の外周部に接着、ねじ止め、
はめ込み等の方法により固定され、配線基板１０上に係
止フック２６ａ、２７ａ、２８ａが所定の距離を有して
跨る構造となっている。この構造の場合、係止フック２
６ａ、２７ａ、２８ａが配線基板１０の表面から離れて
いるため、図１４に示すように、ヒートシンク押さえ１
５を固定した係止フック２６ａの下の部分にも他の部品
１７等を実装することが可能となり、ヒートシンク１２
を固定することによって、配線基板１０の実装密度が低
下することはない。図１７は、固定部２７を平行に配置
し、両端部で配線基板１０に固定している。図１８に示
す例では、平行な固定部を相互に腕２８ｂで結合し、強
度を増している。

【００３０】図１７は、本発明のヒートシンク固定構造
に使用される固定部の第７の実施例を示す斜視図であ
る。本実施例では、第１の実施例において説明したヒー
トシンク押さえをはめ込んで使用する固定部２９を、図
に示すように電子部品１１の周囲を囲む構造としてい
る。この場合も固定部２９は配線基板１０の電子部品１
１が実装される部分の周囲に接着等の方法によりあらか
じめ接合される。この構造ではヒートシンク押さえ１５
を取り付ける方向に制限がないため、風向きに対して方
向性のあるヒートシンクを取り付ける場合にも容易に対
応ができる。例えば、後から風の方向が変更になった場
合に、容易にヒートシンクの取り付け方向を変更して対
応する事が出来る。

【００３１】尚、本発明は以上の実施例に限ることなく
本発明の技術思想に基づいて種々の設計変更が可能であ
る。

【００３２】

【発明の効果】第一の効果は、配線密度及び実装密度を
向上することが出来る事である。その理由は、配置基板
の表層及び内層に穴を開ける必要がないからである。ま
た、穴が配線基板上に無いので、ヒートシンクの固定部
を取り付けた側の裏面にも電子部品を実装する事が出来
る。

【００３３】第二の効果は、配線基板の外側部分にヒー
トシンクの固定部を取り付ける構造の場合、ヒートシン
クを固定する部材の下側にある配線基板表面にも電子部
品を搭載が可能となる。つまり、配線基板上の両面と
も、電子部品の全面実装が可能となり、実装密度の低下
を阻止する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係るヒートシンク固定構造の
第１の実施例を示す断面図である。

【図２】図２は、同ヒートシンク固定構造に使用するヒ
ートシンク押さえの第１の実施例を示す斜視図である。

【図３】図３は、同ヒートシンク固定構造に使用される
固定部を示す斜視図である。

【図４】図４は、同ヒートシンク固定構造の組立手順を
示す説明図である。

【図５】図５は、同ヒートシンク固定構造の固定状態を
示す要部斜視図である。

【図６】図６は、本発明のヒートシンク固定構造に使用
されるヒートシンク押さえの第２の実施例を示す斜視図
である。

【図７】図７は、本発明に使用される他のヒートシンク
形状を示す斜視図である。

【図８】図８は、本発明に使用されるヒートシンク押さ
えの第３の実施例を示す平面図である。

【図９】図９は、本発明に使用されるヒートシンク押さ
えの第４の実施例を示す平面図である。

【図１０】図１０は、同ヒートシンク固定構造に使用さ
れる固定部の第２の実施例を示す斜視図である。

【図１１】図１１は、同ヒートシンク固定構造に使用さ
れる固定部の第３の実施例を示す斜視図である。

【図１２】図１２は、同ヒートシンク固定構造に使用さ
れる固定部の第４の実施例を示す斜視図である。

【図１３】図１３は、同ヒートシンク固定構造の第２の
実施例を示す断面図である。

【図１４】図１４は、同ヒートシンク固定構造の第３の
実施例を示す断面図である。

【図１５】図１５は、同ヒートシンク固定構造に使用さ
れる固定部の第３の実施例を示す斜視図である。

【図１６】図１６は、同ヒートシンク固定構造に使用さ
れる固定部の第３の実施例を示す斜視図である。

【図１７】図１７は、同ヒートシンク固定構造に使用さ
れる固定部の第４の実施例を示す斜視図である。

【図１８】図１８は、従来のヒートシンク固定構造の一
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１半導体装置２配線基板２ａ貫通穴３はんだボール４熱伝導材６ヒートシンク押さえ１０配線基板１１電子部品１２ヒートシンク１３固定部１４熱伝導材１５ヒートシンク押さえ１５ａ脚部分１５ｂ脚端部１６はんだボール１７電子部品１８ヒートシンク１９，２０ヒートシンク押さえ２１固定部２２固定部２３固定部２４ねじ２５固定部２５ａねじ穴２６固定部２７固定部２８固定部２９固定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配線基板上に実装された電子部品から発
生する熱を拡散、放熱するためのヒートシンクを固定す
るヒートシンク固定構造であって、前記配線基板上に形
成した固定部と、前記電子部品の上に搭載したヒートシ
ンクを上から弾持するヒートシンク押さえを備えたこと
を特徴とするヒートシンク固定構造。
【請求項２】前記固定部は、電子部品の両側に平行に
配置されたことを特徴とする請求項１記載のヒートシン
ク固定構造。
【請求項３】前記固定部は、枠型に形成されたことを
特徴とする請求項１または２記載のヒートシンク固定構
造。
【請求項４】前記固定部には、ねじ穴が形成されてお
り、ヒートシンク押さえを当該ねじ穴に螺合されるねじ
で固定することを特徴とする請求項１記載のヒートシン
ク固定構造。
【請求項５】前記固定部は、配線基板から所定の間隔
を有した係止フック部を有したことを特徴とする請求項
１または２記載のヒートシンク固定構造。
【請求項６】前記固定部は、前記ヒートシンク押さえ
の脚部分を係止する凹溝が形成されていることを特徴と
する請求項１から３のいずれかに記載のヒートシンク固
定構造。
【請求項７】前記ヒートシンク押さえは、細幅の薄板
状に形成されたことを特徴とする請求項１から３のいず
れかに記載のヒートシンク固定構造。
【請求項８】前記ヒートシンク押さえは、棒状に形成
されたことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載
のヒートシンク固定構造。
【請求項９】前記ヒートシンク押さえは、全体形状が
Ｈ字状に形成されたことを特徴とする請求項１から３の
何れかに記載のヒートシンク固定構造。
【請求項１０】前記ヒートシンク押さえは、梯子状に
形成されたことを特徴とする請求項１から９の何れかに
記載のヒートシンク固定構造。
【請求項１１】前記ヒートシンク押さえは、ヒートシ
ンクの溝間に挿入されるように構成されたことを特徴と
する請求項１から１０の何れかに記載のヒートシンク固
定構造。
【請求項１２】前記ヒートシンクは、溝状のフィン又
は、複数の独立した突起状フィンからなることを特徴と
する請求項１から１１の何れかに記載のヒートシンク固
定構造。