JP2001168562A - 回路モジュールの冷却装置およびこの冷却装置を有する電子機器 - Google Patents

回路モジュールの冷却装置およびこの冷却装置を有する電子機器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ICチップと回路基板との接続部分に
加わるストレスを軽減しつつ、ICチップの熱を効率良く
ヒートシンクに逃すことができる回路モジュールの冷却
装置を得ることにある。 【解決手段】冷却装置は、半導体パッケージ26の上に重
ねて配置されたヒートシンク36を備えている。ヒートシ
ンクは、合成樹脂製の回路基板27に電気的に接続された
ICチップ28の熱を受ける受熱部38を有し、この受熱部と
ICチップとの間にグリスや伝熱シートのような柔軟な熱
伝導部材41が介在されている。ヒートシンクは、固定ば
ね44を介してICチップに向けて押圧され、これにより受
熱部とICチップとが熱伝導部材を介して熱的に接続され
ている。回路基板とヒートシンクとの間には、ICチップ
を外れた位置においてヒートシンクを支えるスペーサ50
が介在されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体パッケージ
のような発熱する回路部品の放熱を促進させるための冷
却装置およびこの冷却装置を搭載したパーソナルコンピ
ュータ等の電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】デスクトップ形のパーソナルコンピュー
タやワークステーションのような電子機器は、文字、音
声および画像のような多用のマルチメディア情報を処理
するためのCPUやゲートアレイ等の半導体パッケージを
装備している。この種の半導体パッケージは、処理速度
の高速化や多機能化に伴って消費電力が増加の一途を辿
り、動作中の発熱量もこれに比例して急速に増加する傾
向にある。
【０００３】そのため、半導体パッケージの安定した動
作を保証するためには、半導体パッケージの放熱性を高
める必要があり、それ故、ヒートシンクやヒートパイプ
のような半導体パッケージの冷却性能を高めるための様
々な放熱・冷却手段が必要不可欠な存在となる。
【０００４】従来のヒートシンクは、半導体パッケージ
の熱を受ける受熱部と、この受熱部に伝えられた熱を放
出する放熱部とを備えており、この受熱部が半導体パッ
ケージに熱的に接続されている。この際、受熱部と半導
体パッケージとの間に隙間が存在すると、この隙間が一
種の断熱層として機能し、半導体パッケージから受熱部
への熱伝導が妨げられてしまう。このため、従来では、
受熱部と半導体パッケージとの間に熱伝導性のグリスや
ゴム製の伝熱シートを介在させるとともに、上記ヒート
シンクをばねを介して半導体パッケージに押し付け、こ
れら受熱部と半導体パッケージとの密着性を高めること
が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ヒートシン
クの受熱部を半導体パッケージに押し付けるようにする
と、この半導体パッケージの受熱部との接触部分に荷重
が加わり、この荷重が半導体パッケージに対してストレ
スとなって機能することがあり得る。この場合、半導体
パッケージがストレスに打ち勝てるような強度を有して
いれば何等問題はないけれども、最近の半導体パッケー
ジは、低コスト化、軽量化および小形化といった様々な
要求により構造が簡素化される傾向にあり、それ故、半
導体パッケージの構造によっては、必ずしもストレスに
耐え得るような強度を有していないものも多々見られ
る。
【０００６】具体的には、気密封止パッケージとして代
表的なセラミック・パッケージは、発熱するICチップの
周囲が剛性の高いセラミック基板やセラミックリッドに
よって覆われているので、このセラミック基板やセラミ
ックリッドによって上記ストレスを受け止めることがで
きる。
【０００７】これに対し、合成樹脂製の回路基板の上に
ICチップをフリップチップ接続したBGA(Ball Grid Arra
y)パッケージやPGA(Pin Grid Array)パッケージあるい
はポリイミドテープにICチップをボンディグしたTCP(Ta
pe Carrier Package)では、ICチップが外方に露出され
ているとともに、このICチップを支持する回路基板やテ
ープが柔軟な合成樹脂製であるため、外方から加わるス
トレスに対抗し得るような強度を有しているとは言い難
い。
【０００８】このため、上記ヒートシンクの受熱部を例
えばBGAパッケージのICチップに熱的に接続すると、こ
のICチップにストレスが集中して加わり、ICチップが破
損する虞がある。それとともに、ICチップが回路基板や
ポリイミドテープに向けて押し付けられるような荷重を
受けるので、この荷重が回路基板やテープに曲げ力とし
て作用し、これら回路基板やテープが撓んだり反り返る
ことがあり得る。この結果、ICチップと回路基板又はテ
ープとの接続部分に継続的に応力が加わり、これが原因
で接合不良を引き起こす虞がある。
【０００９】よって、BGAやPGAのような半導体パッケー
ジでは、ヒートシンクをICチップに大きな力で押し付け
ることができないので、ヒートシンクと半導体パッケー
ジとの密着性を充分に確保することが困難となり、半導
体パッケージからヒートシンクへの熱伝達を効率良く行
う上での妨げとなるといった不具合がある。
【００１０】本発明の第１の目的は、発熱体（ICチッ
プ）とベースとの接続部分に加わるストレスを軽減しつ
つ、発熱体（ICチップ）の熱を効率良くヒートシンクに
逃すことができ、発熱体（ICチップ）の放熱効率を高め
ることができる回路モジュールの冷却装置およびこの冷
却装置を有する電子機器を得ることにある。
【００１１】本発明の第２の目的は、ICチップとベース
との接続部分および半導体パッケージとプリント配線基
板との接続部分の破損を防止しつつ、ICチップの熱を効
率良くヒートシンクに逃すことができ、ICチップの放熱
効率を高めることができる回路モジュールの冷却装置を
得ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明に係る回路モジュールの冷却装置は、合
成樹脂製のベースと、このベースの実装面から突出され
るとともに、この実装面に電気的に接続された発熱体と
を有する回路部品と；この回路部品に重ねて配置され、
上記発熱体の熱を受ける受熱部を有するヒートシンク
と；上記発熱体と上記ヒートシンクの受熱部との間に介
在された柔軟な熱伝導部材と；上記ヒートシンクを上記
発熱体に向けて押圧することで、これらヒートシンクの
受熱部と上記発熱体とを上記熱伝導部材を介して熱的に
接続する押圧手段と；備え、上記回路部品のベースと上
記ヒートシンクとの間に、上記発熱体を外れた位置にお
いて上記ヒートシンクを支えるスペーサを介在させたこ
とを特徴としている。
【００１３】また、上記第１の目的を達成するため、本
発明に係る電子機器は、ハウジングと；合成樹脂製のベ
ースと、このベースの実装面から突出されるとともに、
この実装面に電気的に接続された発熱体とを有し、上記
ハウジングの内部に収容された回路部品と；この回路部
品に重ねて配置され、上記発熱体の熱を受ける受熱部を
有するヒートシンクと；上記発熱体と上記ヒートシンク
の受熱部との間に介在された柔軟な熱伝導部材と；上記
ヒートシンクを上記発熱体に向けて押圧することで、ヒ
ートシンクの受熱部と上記発熱体とを上記熱伝導部材を
介して熱的に接続する押圧手段と；を備え、上記回路部
品のベースと上記ヒートシンクとの間に、上記発熱体を
外れた位置において上記ヒートシンクを支えるスペーサ
を介在させたことを特徴としている。
【００１４】このような構成において、ヒートシンクを
発熱体に熱的に接続すると、このヒートシンクは、押圧
手段を介して発熱体に向けて押し付けられるような荷重
を受ける。この荷重の多くは、発熱体の周囲のスペーサ
によって受け止められるので、この発熱体とヒートシン
クとの熱接続部分に過度なストレスが集中して加わるこ
とはない。このため、ベースの撓みや反りを防止するこ
とができ、このベースと発熱体との電気的な接続部分の
剥離や損傷を回避することができる。
【００１５】それとともに、発熱体と受熱部との密着性
は、柔軟な熱伝導部材が受熱部と発熱体との間で適度に
圧縮変形することにより確保される。このため、発熱体
と受熱部との安定した熱接続を維持しつつ、発熱体とベ
ースとの電気的な接続の信頼性を高めることができる。
【００１６】本発明に係る回路モジュールの冷却装置に
よれば、上記スペーサは、上記発熱体を外れた位置にお
いてヒートシンクと一体化されていることを特徴として
いる。
【００１７】この構成によると、ヒートシンクを回路部
品に重ね合わせると同時に、この回路部品のベースとヒ
ートシンクとの間にスペーサが介在されるので、ヒート
シンクの設置作業を容易に行うことができる。それとと
もに、専用のスペーサが不要となるので、部品点数を削
減することができ、冷却装置のコストを低減することが
できる。
【００１８】本発明に係る回路モジュールの冷却装置に
よれば、上記スペーサは、熱伝導性を有することを特徴
としている。
【００１９】この構成によると、発熱体からベースに伝
えられた熱をスペーサを介してヒートシンクに逃すこと
ができる。このため、発熱体からヒートシンクに至る放
熱経路が増大し、発熱体の放熱性能を高めることができ
る。
【００２０】本発明に係る回路モジュールの冷却装置に
よれば、上記回路部品のベースは、多数の通電端子を有
する回路基板にて構成され、この回路基板の通電端子
は、発熱体とは反対側に位置されているとともに、配線
基板に電気的に接続され、また、上記スペーサは、上記
通電端子に対応する位置において上記回路基板に接して
いることを特徴としている。
【００２１】この構成によると、スペーサを介して回路
基板に加わる荷重を多数の通電端子によって受け止める
ことができる。このため、回路基板の変形を防止できる
のは勿論のこと、個々の通電端子の荷重負担が軽減さ
れ、これら通電端子の変形や破損を防止できるととも
に、通電端子とプリント配線基板との接続部分の剥離や
損傷を回避することができる。
【００２２】上記第２の目的を達成するため、本発明に
係る回路モジュールの冷却装置は、配線基板と；多数の
通電端子を有する合成樹脂製のベースと、このベースの
実装面から突出されるとともに、この実装面に電気的に
接続された発熱するICチップとを含み、上記通電端子が
上記配線基板に電気的に接続された半導体パッケージ
と；この半導体パッケージに重ねて配置され、上記ICチ
ップの熱を受ける受熱部を有するヒートシンクと；上記
ICチップと上記ヒートシンクの受熱部との間に介在され
た柔軟な熱伝導部材と；上記ヒートシンクを上記ICチッ
プに向けて押圧することで、上記ヒートシンクの受熱部
と上記ICチップとを上記熱伝導部材を介して熱的に接続
する押圧手段と；を備えている。
【００２３】そして、上記半導体パッケージのベースと
上記ヒートシンクとの間に、上記ICチップを外れた位置
において上記ヒートシンクを支えるスペーサを介在させ
たことを特徴としている。
【００２４】このような構成において、ヒートシンクを
半導体パッケージのICチップに熱的に接続すると、この
ヒートシンクは、押圧手段を介してICチップに向けて押
し付けられるような荷重を受ける。この荷重の多くは、
ICチップの周囲のスペーサによって受け止められるの
で、ICチップとヒートシンクとの熱接続部分に過度なス
トレスが集中して加わることはない。このため、ベース
の撓みや反りを防止することができ、このベースとICチ
ップとの電気的な接続部分の剥離や損傷を回避できる。
【００２５】しかも、上記構成によると、スペーサを介
してベースに加わる荷重を多数の通電端子によって受け
止めることができる。そのため、ベースの変形を防止で
きるのは勿論のこと、個々の通電端子の荷重負担が軽減
され、これら通電端子の変形や破損を防止できるととも
に、通電端子と配線基板との接続部分の剥離や損傷を回
避することができる。
【００２６】それとともに、ICチップと受熱部との密着
性は、柔軟な熱伝導部材がICチップと受熱部との間で適
度に変形することにより確保されるので、ICチップと受
熱部との安定した熱接続を維持しつつ、このICチップと
ベースおよび半導体パッケージと配線基板との電気的な
接続の信頼性を高めることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下本発明の第１の実施の形態
を、デスクトップ形のパーソナルコンピュータに適用し
た図１ないし図５にもとづいて説明する。
【００２８】図１は、電子機器としてのデスクトップ形
のパーソナルコンピュータ１を開示している。このコン
ピュータ１は、液晶一体形の装置本体２と、この装置本
体２に接続して使用するキーボード３とを備えている。
【００２９】図２に示すように、装置本体２は、合成樹
脂製のハウジング５を有している。このハウジング５
は、ベース部６とスタンド部７とで構成されている。ベ
ース部６はフラットな四角形の箱状をなしており、この
ベース部６の内部にCD-ROM駆動装置８又はフロッピーデ
ィスク駆動装置（図示せず）のいずれか一方が選択的に
取り外し可能に収容されている。
【００３０】スタンド部７は、ベース部６の後端から上
向きに延びているとともに、上方に進むに従い前向きに
傾斜されている。スタンド部７は、前壁９ａ、後壁９
ｂ、左右の側壁９ｃ，９ｄおよび上壁９ｅを有する中空
の箱状をなしており、その後壁９ｂに多数の通気孔１０
が形成されている。
【００３１】スタンド部７の上端には、フラットな液晶
ディスプレイユニット１２が支持されている。液晶ディ
スプレイユニット１２は、合成樹脂製のディスプレイハ
ウジング１３と、このディスプレイハウジング１３に収
容された液晶ディスプレイモジュール１４とを備えてい
る。ディスプレイハウジング１３は、表示用の開口部１
５が形成された前面を有し、この開口部１５を通じて液
晶ディスプレイモジュール１４の表示画面１４ａが外方
に露出されている。
【００３２】図３に示すように、スタンド部７の内部に
は、プリント配線基板２０が収容されている。プリント
配線基板２０は、スタンド部７の前壁９ａに沿って配置
されている。プリント配線基板２０は、後壁９ｂと向か
い合う部品搭載面２１を有し、この部品搭載面２１にCP
Uソケット２２が実装されている。CPUソケット２２は、
図４に見られるように、中央に空洞部２３を有する四角
形の枠状をなしている。このCPUソケット２２は、部品
搭載面２１とは反対側に平坦なCPU支持面２４を有し、
このCPU支持面２４に多数の端子孔（図示せず）がマト
リックス状に並べて配置されている。これら端子孔は、
部品搭載面２１に形成したパッド（図示せず）に電気的
に接続されている。
【００３３】図４に示すように、CPUを構成する回路部
品としてのPGA形の半導体パッケージ２６は、CPUソケッ
ト２２を介してプリント配線基板２０に支持されてい
る。半導体パッケージ２６は、ベースとして機能する合
成樹脂製の回路基板２７と、発熱体として機能するICチ
ップ２８とを備えている。
【００３４】回路基板２７は、第１の実装面２９ａと第
２の実装面２９ｂとを有している。第２の実装面２９ｂ
は、第１の実装面２９ａの反対側に位置されている。回
路基板２７の第１の実装面２９ａは、CPUソケット２２
のCPU支持面２４に対応する枠状のピン配置領域３０ａ
と、このピン配置領域３０ａに取り囲まれた部品配置領
域３０ｂとを含んでいる。部品配置領域３０ｂは、回路
基板２７の中央部に位置され、上記CPUソケット２２の
空洞部２３に対応するようになっている。
【００３５】回路基板２７のピン配置領域３０ａには、
ピン状をなす多数の通電端子３１が配置されている。通
電端子３１は、CPUソケット２２の端子孔に対応するよ
うにマトリックス状に並べて配置されており、回路基板
２７の第１の実装面２９ａから下向きに突出されてい
る。また、回路基板２７の部品配置領域３０ｂには、例
えばコンデンサのような複数の回路部品３２が実装され
ている。
【００３６】ICチップ２８は、文字、音声および画像の
ような多用なマルチメディア情報を高速で処理するた
め、動作中の消費電力が大きくなっており、それに伴い
ICチップ２８の発熱量も冷却を必要とする程に大きなも
のとなっている。ICチップ２８は、回路基板２７の第２
の実装面２９ｂに多数の半田ボール３４を介してフリッ
プチップ接続されている。このICチップ２８は、第２の
実装面２９ｂの中央部に設置され、上記部品配置領域３
０ｂの反対側に位置されている。そのため、上記通電端
子３１は、第１の実装面２９ａ上においてICチップ２８
に対応する位置を避けた領域に配置されている。
【００３７】このような半導体パッケージ２６は、通電
端子３１をCPUソケット２２の端子孔に差し込んだ後、C
PUソケット２２のロックレバー（図示せず）を操作する
ことで、CPUソケット２２に取り外し不能にロックさ
れ、これにより通電端子３１と端子孔との電気的な接続
が維持されるようになっている。そして、半導体パッケ
ージ２６をCPUソケット２２に装着した状態では、発熱
するICチップ２８がCPUソケット２２の空洞部２３の真
上に位置されているとともに、この空洞部２３に回路部
品３２が臨んでいる。
【００３８】図４に示すように、半導体パッケージ２６
の上には、ヒートシンク３６が重ねて配置されている。
ヒートシンク３６は、例えばアルミニウム合金のような
熱伝動性に優れた金属材料にて構成され、半導体パッケ
ージ２６の平面形状よりも僅かに大きな形状を有するフ
ラットな板状をなしている。
【００３９】ヒートシンク３６は、半導体パッケージ２
６と向かい合う第１の面３７ａと、この第１の面３７ａ
の反対側に位置された第２の面３７ｂとを有している。
第１の面３７ａの中央部には、ICチップ２８の熱を受け
る受熱部３８が一体に形成されている。受熱部３８は、
第１の面３７ａの中央部から突出されており、この受熱
部３８の突出端は、ICチップ２８の上面と向かい合う平
坦な受熱面３９となっている。受熱面３９は、ICチップ
２８の上面と略同じ大きさを有している。そして、受熱
面３９とICチップ２８の上面との間には、熱伝導性を有
するグリスあるいはゴム製の伝熱シートのような柔軟な
熱伝導部材４１が介在されている。
【００４０】ヒートシンク３６の第２の面３７ｂには、
多数の放熱フィン４２が一体に形成されている。放熱フ
ィン４２は、ピン状をなすとともに、第２の面３７ｂに
マトリックス状に並べて配置されている。
【００４１】ヒートシンク３６は、押圧手段として機能
する固定ばね４４を介してCPUソケット２２に固定され
ている。固定ばね４４は、ヒートシンク３６の第２の面
３７ｂを横切る帯状の押圧部４５と、この押圧部４５の
両端に連なる一対のアーム部４６ａ，４６ｂとを備えて
いる。
【００４２】押圧部４５は、ヒートシンク３６の第２の
面３７ｂに対し反り返るように円弧状に湾曲されてお
り、その長手方向に沿う中央部が第２の面３７ｂに弾性
的に接するようになっている。アーム部４６ａ，４６ｂ
は、押圧部４５の両端を同方向に略直角に折り返すこと
で構成され、これらアーム部４６ａ，４６ｂの先端の係
止部４７ａ，４７ｂがCPUソケット２２の係止孔４８
ａ，４８ｂに取り外し可能に引っ掛かっている。
【００４３】このため、アーム部４６ａ，４６ｂの先端
の係止部４７ａ，４７ｂをCPUソケット２２の係止孔４
８ａ，４８ｂに引っ掛けると、固定ばね４４の押圧部４
５がヒートシンク３６の第２の面３７ｂに弾性的に当接
し、ヒートシンク３６が半導体パッケージ２６に向けて
押圧される。これにより、ヒートシンク３６の受熱面３
９とICチップ２８との間で熱伝導部材４１が圧縮される
とともに、この熱伝導部材４１を介して受熱面３９とIC
チップ２８とが熱的に接続されるようになっている。
【００４４】図４および図５に示すように、ヒートシン
ク３６と半導体パッケージ２６の回路基板２７との間に
は、スペーサ５０が介在されている。スペーサ５０は、
合成樹脂、金属あるいはセラミックのような剛性を有す
る材料にて構成され、その中央部に上記ヒートシンク３
６の受熱部３８やICチップ２８を避ける貫通孔５１を有
している。このため、スペーサ５０は、受熱部３８やIC
チップ２８の周囲を取り囲むような枠状をなしている。
そして、スペーサ５０は、ヒートシンク３６を固定ばね
４４によってCPUソケット２２に固定した時に、ヒート
シンク３６の第１の面３７ａの外周部と回路基板２７の
第２の実装面２９ｂとの間で挟み込まれており、上記通
電端子３１の真上に対応する位置において回路基板２７
の第２の実装面２９ｂに接している。
【００４５】このことから、スペーサ５０は、ICチップ
２８を外れた位置においてヒートシンク３６を支えてお
り、このヒートシンク３６からICチップ２８に加わる荷
重の大部分を受け止めている。よって、このスペーサ５
０の厚み寸法を、回路基板２７に対するICチップ２８の
実装高さや受熱部３８の突出寸法等に応じて適宜設定す
ることで、熱伝導部材４１が受熱面３９とICチップ２８
との間で適度に押し潰され、この熱伝導部材４１が受熱
面３９とICチップ２８との間に隙間なく高密度に充填さ
れるようになっている。
【００４６】このような構成において、パーソナルコン
ピュータ１の使用に伴い半導体パッケージ２６のICチッ
プ２８が発熱すると、このICチップ２８の熱は、熱伝導
部材４１を通じてヒートシンク３６の受熱部３８に伝え
られる。そして、この熱は、受熱部３８からヒートシン
ク３６の全体に拡散された後、放熱フィン４２を通じて
スタンド部７の内部に放出される。
【００４７】ところで、上記構成によると、ヒートシン
ク３６を半導体パッケージ２６のICチップ２８に熱的に
接続した状態において、このヒートシンク３６は、固定
ばね４４を介して半導体パッケージ２６に押し付けられ
るような荷重を受ける。この際、ヒートシンク３６と半
導体パッケージ２６との間には、ICチップ２８の周囲を
取り囲むようなスペーサ５０が介在され、このスペーサ
５０によってヒートシンク３６が支えられているので、
上記荷重の多くはスペーサ５０によって受け止められ
る。
【００４８】このため、ICチップ２８とヒートシンク３
６の受熱部３８との熱接続部分に過度なストレスが集中
して加わることはなく、回路基板２７の中央部の撓みや
反りを防止することができる。よって、回路基板２７と
半田ボール３４との半田付け部が剥離したり、この半田
付け部にクラックが生じることはなく、ICチップ２８と
回路基板２７との電気的な接続を良好に維持することが
できる。
【００４９】それとともに、回路基板２７の中央部は、
この回路基板２７の部品配置領域３０ｂに対応するか
ら、この部品配置領域３０ｂの撓みや反り返りが阻止さ
れる。このため、部品配置領域３０ｂと回路部品３２と
の接続部分の剥離や損傷も防止することができ、回路部
品３２と回路基板２７との電気的な接続の信頼性も充分
に確保することができる。
【００５０】また、スペーサ５０は、CPUソケット２２
に対応する位置において回路基板２７の第２の実装面２
９ｂに接しているので、スペーサ５０から回路基板２７
に加わる荷重をCPUソケット２２を利用して受け止める
ことができる。このため、回路基板２７がより一層変形
し難くなり、この回路基板２７とICチップ２８との半田
付け部の剥離や破損を確実に防止することができる。
【００５１】しかも、上記構成によると、ICチップ２８
とヒートシンク３６の受熱部３８との密着性は、柔軟な
熱伝導部材４１が適度に押し潰されて、これらICチップ
２８と受熱部３８との間に高密度に充填されることで確
保し得る。よって、これらICチップ２８とヒートシンク
３６との間での安定した熱接続状態を維持しつつ、ICチ
ップ２８と回路基板２７との電気的な接続の信頼性を高
めることができる。
【００５２】なお、本発明は上記第１の実施の形態に特
定されるものではなく、図６に本発明の第２の実施の形
態を示す。
【００５３】この第２の実施の形態は、ヒートシンク３
６の構成が上記第１の実施の形態と相違しており、それ
以外のCPUソケット２２や半導体パッケージ２６の構成
は第１の実施の形態と同様である。このため、第２の実
施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成部分
には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００５４】図６に示すように、ヒートシンク３６は、
その受熱面３９の周囲に回路基板２７の第２の実装面２
９ｂに向けて張り出す凸部６１を一体に有している。凸
部６１は、受熱面３９を取り囲むような枠状をなしてお
り、ヒートシンク３６の外周部に位置されている。凸部
６１の先端は、平坦な接触面６２となっている。この接
触面６２は、ヒートシンク３６をCPUソケット２２に固
定した時に、ICチップ２８の外周囲において回路基板２
７の第２の実装面２９ｂに接している。
【００５５】このため、第２の実施の形態では、凸部６
１がスペーサとして機能しており、見かけ上、スペーサ
がヒートシンク３６と一体化されている。
【００５６】このような構成によると、ヒートシンク３
６を半導体パッケージ２６に重ね合わせると同時に、こ
のヒートシンク３６の凸部６１が回路基板２７の第２の
実装面２９ａに接触するので、固定ばね４４を介してヒ
ートシンク３６に加わる荷重をICチップ２８の外周囲に
おいて受け止めることができる。
【００５７】このため、ヒートシンク３６と回路基板２
７との間にスペーサを介在させる作業が不要となり、ヒ
ートシンク３６の固定作業を容易に行うことができる。
しかも、専用のスペーサが不要となるので、部品点数を
削減することができ、コストの低減にも寄与するといっ
た利点がある。
【００５８】加えて、上記構成によれば、凸部６１はヒ
ートシンク３６の一部であるから、この凸部６１自体が
熱伝導性を有することになり、ICチップ２８から回路基
板２７に伝えられた熱を凸部６１を通じてヒートシンク
３６全体に拡散させることができる。このため、ICチッ
プ２８の放熱経路が、受熱部３８を伝わる経路と回路基
板２７から凸部６１を伝わる経路との二系統となるの
で、ICチップ２８からヒートシンク３６に至る放熱経路
が増大し、ICチップ２８の放熱性能を高めることができ
る。
【００５９】図７は本発明の第３の実施の形態を開示し
ている。
【００６０】この第３の実施の形態は、ICチップ２８か
らヒートシンク３６にかけての放熱経路の構成が上記第
１の実施の形態と相違しており、それ以外の構成は第１
の実施の形態と同様である。
【００６１】図７に示すように、ヒートシンク３６を固
定ばね４４を介してCPUソケット２２に固定した状態で
は、このヒートシンク３６の受熱面３９、回路基板２７
の第２の実装面２９ｂおよびスペーサ５０の貫通孔５１
の内周面によって囲まれる部分にグリス充填室７１が形
成され、このグリス充填室７１にICチップ２８が収めら
れている。そして、グリス充填室７１には、熱伝導部材
として機能する熱伝導性の柔軟なグリス７２が隙間なく
高密度に充填されている。
【００６２】このため、ICチップ２８は、グリス７２に
よって全面的に覆われており、このICチップ２８とグリ
ス７２との接触面積は勿論のこと、このグリス７２とヒ
ートシンク３６との接触面積も拡大されている。
【００６３】このような構成によると、ICチップ２８か
らグリス７２を介してヒートシンク３６に至る熱接続面
積を充分に確保することができ、ICチップ２８の熱をグ
リス７２を介して効率良くヒートシンク３６に伝えるこ
とができる。
【００６４】また、グリス７２は、スペーサ５０の貫通
孔５１の内周面にも接しているので、ICチップ２８の熱
をスペーサ５０を介してヒートシンク３６に逃すことが
できる。このため、スペーサ５０も放熱経路の一部とし
て活用することができ、特にこのスペーサ５０を熱伝導
性を有する材料にて構成すれば、スペーサ５０を熱伝達
部材として積極的に利用でき、ICチップ２８の放熱性能
をより高めることができる。
【００６５】図８は本発明の第４の実施の形態を開示し
ている。
【００６６】この第４の実施の形態は、上記図６に示す
第２の実施の形態と類似しており、この第２の実施の形
態との比較においては、ICチップ２８からヒートシンク
３６への熱伝達経路の構成が相違している。
【００６７】図８に示すように、ヒートシンク３６を固
定ばね４４を介してCPUソケット２２に固定した状態で
は、このヒートシンク３６の受熱面３９、回路基板２７
の第２の実装面２９ｂおよび凸部６１の内周面によって
囲まれる部分にグリス充填室８１が形成され、このグリ
ス充填室８１にICチップ２８が収められている。そし
て、グリス充填室８１には、熱伝導部材として機能する
熱伝導性の柔軟なグリス８２が隙間なく高密度に充填さ
れている。
【００６８】このため、ICチップ２８は、グリス８２に
よって全面的に覆われており、このICチップ２８とグリ
ス８２との接触面積は勿論のこと、このグリス８２とヒ
ートシンク３６との接触面積も拡大されている。
【００６９】このような構成によると、グリス８２は、
ICチップ２８の上面と受熱面３９との間ばかりでなく、
このICチップ２８の側面と凸部６１の内周面との間にも
連続して充填されているので、ICチップ２８からグリス
８２を介してヒートシンク３６に至る熱接続面積を充分
に確保することができる。このため、ICチップ２８の熱
をグリス８２を介して効率良くヒートシンク３６に伝え
ることができ、ICチップ２８の放熱性能を高めることが
できる図９は本発明の第５の実施の形態を開示してい
る。
【００７０】この第５の実施の形態は、ICチップ２８の
熱をヒートシンク３６に伝える放熱経路の構成が上記第
１の実施の形態と相違している。
【００７１】図９に示すように、ヒートシンク３６の受
熱面３９とICチップ２８の上面との間には、熱伝導部材
として機能する第１の伝熱シート９１が介在されてい
る。第１の伝熱シート９１は、熱伝導性を有するゴム状
弾性体にて構成されている。
【００７２】ヒートシンク３６は、受熱面３９を外れた
位置に回路基板２７の第２の実装面２９ｂに向けて張り
出す凸部９２を一体に有している。凸部９２は、受熱面
３９を取り囲むような枠状をなしており、ヒートシンク
３６の外周部に位置されている。凸部９２の先端は、平
坦な接触面９３となっており、この接触面９３はヒート
シンク３６をCPUソケット２２に固定した時に、ICチッ
プ２８の外周囲において回路基板２７の第２の実装面２
９ｂと向かい合うようになっている。
【００７３】凸部９２の接触面９３と回路基板２７の第
２の実装面２９ｂとの間には、第２の伝熱シート９４が
介在されている。第２の伝熱シート９４は、上記第１の
伝熱シート９１と同様に、熱伝導性を有するゴム状弾性
体にて構成され、その中央部にICチップ２８を避ける貫
通孔９５を有している。そして、この第２の伝熱シート
９４は、凸部９２の接触面９３と回路基板２７の第２の
実装面２９ｂとの間で挟み込まれている。
【００７４】そのため、本実施形態の場合は、凸部９２
および第２の伝熱シート９４がヒートシンク３６を支え
るスペーサ９６として機能しており、このスペーサ９６
により固定ばね４４を介してヒートシンク３６に加わる
荷重が受け止められるようになっている。
【００７５】このような構成によると、ヒートシンク３
６を支えるスペーサ９６が熱伝導性を兼ね備えているの
で、ICチップ２８から回路基板２７に伝えられた熱をス
ペーサ９６を通じてヒートシンク３６全体に拡散させる
ことができる。このため、ICチップ２８の放熱経路が、
第１の伝熱シート９１から受熱部３８を伝わる経路と回
路基板２７からスペーサ９６を伝わる経路との二系統と
なる。したがって、ICチップ２８からヒートシンク３６
に至る放熱経路が増大し、このICチップ２８の放熱性能
を高めることができる。
【００７６】また、図１０および図１１は、本発明の第
６の実施の形態を開示している。
【００７７】この第６の実施の形態は、CPUを構成する
回路部品としてBGA形の半導体パッケージ１００を適用
したものである。
【００７８】図１０に示すように、上記半導体パッケー
ジ１００は、ベースとして機能する合成樹脂製の回路基
板１０１と、発熱するICチップ２８とを備えている。回
路基板１０１は、第１の実装面１０２ａと、この第１の
実装面１０２ａの反対側に位置された第２の実装面１０
２ｂとを備えている。ICチップ２８は、回路基板１０１
の第１の実装面１０２ａの中央部に多数の半田ボール３
４を介してフリップチップ接続されている。回路基板１
０１の第２の実装面１０２ｂは、その中央部を外れた外
周部分にボール配置領域１０３を有し、このボール配置
領域１０３に通電端子として機能する多数の半田ボール
１０４がマトリックス状に並べて半田付けされている。
このため、半田ボール１０４は、ICチップ２８の真下を
避けた領域に配置されている。
【００７９】このような半導体パッケージ１００は、半
田ボール１０４をプリント配線基板２０の部品搭載面２
１上のパッド（図示せず）に直接半田付けすることで、
このプリント配線基板２０に装着されている。
【００８０】プリント配線基板２０の部品搭載面２１に
は、半導体パッケージ１００の放熱を促進させるための
ヒートシンク１０６が設置されている。ヒートシンク１
０６は、例えばアルミニウム合金のような熱伝導性に優
れた金属材料にて構成されている。ヒートシンク１０６
は、半導体パッケージ１００の平面形状よりも僅かに大
きな形状を有するフラットな板状をなしている。
【００８１】ヒートシンク１０６は、半導体パッケージ
１００と向かい合う第１の面１０７ａと、この第１の面
１０７ａの反対側に位置された第２の面１０７ｂとを有
している。第１の面１０７ａの中央部は、ICチップ２８
の熱を受ける受熱部１０８として機能している。受熱部
１０８は、第１の面１０７ａと同一面上に位置された受
熱面１０９を有し、この受熱面１０９とICチップ２８の
上面との間に、熱伝導部材としての伝熱シート１１０が
介在されている。伝熱シート１１０は、熱伝導性を有す
るゴム状弾性体にて構成されている。
【００８２】また、ヒートシンク１０６は、その第１の
面１０７ａに回路基板１０１の第２の実装面１０２ｂに
向けて張り出す凸部１１２を一体に有している。凸部１
１２は、受熱面１０９を取り囲むような枠状をなしてお
り、ヒートシンク１０６の外周部に位置されている。凸
部１１２の先端は、平坦な接触面１１３となっており、
この接触面１１３は、ICチップ２８の外周囲において回
路基板１０１の第１の実装面１０２ａに接している。こ
のため、第６の実施の形態では、凸部１１２がスペーサ
として機能しており、見かけ上、スペーサがヒートシン
ク１０６と一体化されている。
【００８３】なお、ヒートシンク１０６の第２の面１０
７ｂには、多数の放熱フィン１１４が一体に形成されて
いる。
【００８４】ヒートシンク１０６は、複数の支持脚１１
５を有している。支持脚１１５は、ヒートシンク１０６
の角部に位置され、このヒートシンク１０６の角部から
プリント配線基板２０に向けて延びている。支持脚１１
５の先端部は、プリント配線基板２０の部品搭載面２１
に突き当てられているとともに、この部品搭載面２１に
ねじ１１６を介して固定されている。
【００８５】そのため、支持脚１１５をプリント配線基
板２０に固定すると、ヒートシンク１０６が半導体パッ
ケージ１００に向けて押圧される。これにより、ヒート
シンク１０６の受熱面１０９とICチップ２８の上面との
間で伝熱シート１１０が圧縮され、この熱伝導部材１１
０介して受熱面１０９とICチップ２８とが熱的に接続さ
れる。それとともに、凸部１１２の先端の接触面１１３
が半田ボール１０４の真上に対応する位置において回路
基板１０１の第１の実装面１０２ａに突き当たり、この
凸部１１２がヒートシンク１０６からICチップ２８に加
わる荷重の大部分を受け止めている。
【００８６】したがって、本実施形態では、ねじ１１６
がヒートシンク１０６を半導体パッケージ１００に押し
付ける押圧手段として機能している。
【００８７】また、プリント配線基板２０の部品搭載面
２１とは反対側の裏面１２０には、図１１に示すような
金属製の補強板１２１が取り付けられている。補強板１
２１は、ヒートシンク１０６の外周部に沿うような四角
形の枠状をなしている。この補強板１２１の四つの角部
には、夫々舌片１２２が一体に形成されており、これら
舌片１２２が上記ねじ１１６を介してプリント配線基板
２０に固定されている。
【００８８】このため、補強板１２１は、プリント配線
基板２０の裏面１２０において、半導体パッケージ１０
０やヒートシンク１０６に対応する位置に設置されてお
り、上記ヒートシンク１０６を半導体パッケージ１００
に向けて押圧したことに伴うプリント配線基板２０の撓
みや反りを防止している。
【００８９】このような構成によると、ヒートシンク１
０６を半導体パッケージ１００のICチップ２８に熱的に
接続した状態において、このヒートシンク１０６は、ね
じ１１６の締め付けに伴って半導体パッケージ１００に
押し付けられるような荷重を受ける。この際、ヒートシ
ンク１０６は、スペーサとして機能する凸部１１２を有
し、この凸部１１２の先端の接触面１１３が回路基板１
０１の第１の実装面１０２ａに接している。このため、
凸部１１２によってヒートシンク１０６を支えることが
でき、上記荷重の多くを凸部１１２で受け止めることが
できる。
【００９０】この結果、ICチップ２８とヒートシンク１
０６の受熱部１０８との熱接続部分に過度なストレスが
集中して加わることはなく、回路基板１０１の中央部の
撓みや反りを防止することができる。よって、回路基板
１０１と半田ボール３４との半田付け部が剥離したり、
この半田付け部にクラックが生じることはなく、ICチッ
プ２８と回路基板１０１との電気的な接続を良好に維持
することができる。
【００９１】また、凸部１１２は、半田ボール１０４に
対応する位置において回路基板１０１の第１の実装面１
０２ａに接しているので、凸部１１２から回路基板１０
１に加わる荷重を多数の半田ボール１０４によって受け
止めることができる。このため、回路基板１０１が変形
し難くなるのは勿論のこと、個々の半田ボール１０４の
荷重負担が軽減され、これら半田ボール１０４の変形や
破損を防止できるとともに、半田ボール１０４とプリン
ト配線基板２０との半田付け部分の剥離や損傷を確実に
防止することができる。
【００９２】しかも、上記構成によると、ICチップ２８
とヒートシンク１０６の受熱部１０８との密着性は、弾
性を有する伝熱シート１１０が適度に押し潰されて、こ
れらICチップ２８と受熱部１０８との間に高密度に充填
されることで確保し得る。よって、これらICチップ２８
とヒートシンク１０６との安定した熱接続状態を維持し
つつ、ICチップ２８と回路基板１０１および半導体パッ
ケージ１００とプリント配線基板２０との電気的な接続
の信頼性を高めることができる。
【００９３】なお、上記第６の実施の形態では、通電端
子として機能する半田ボールをICチップに対応する位置
を外れた領域に配置したが、これら半田ボールを回路基
板の第１の実装面の全面に配置し、ICチップの真下にも
介在させるようにしても良い。
【００９４】この構成によれば、回路基板の中央部が半
田ボールによって支えられるので、回路基板の中央部の
変形を確実に防止できるとともに、個々の半田ボールが
荷担する荷重がより少なく抑えられ、半田ボールと回路
基板およびプリント配線基板との電気的な接続の信頼性
がより向上することになる。
【００９５】また、本発明は、PGA形あるいはBGA形の半
導体パッケージを冷却するものに特定されず、例えばベ
ースとしてポリイミドテープを用い、このテープ上にIC
チップをボンディグしたTCP(Tape Carrier Package)形
の半導体パッケージにも同様に適用することができる。
【００９６】さらに、本発明に係る電子機器は、デスク
トップ形のパーソナルコンピュータに特定されるもので
はなく、ブック形のポータブルコンピュータにも適用可
能であることは言うまでもない。
【００９７】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、発熱体
（ICチップ）とヒートシンクの受熱部との熱接続部分に
過度なストレスが集中して加わらずに済むので、回路基
板の撓みや反りを防止することができ、発熱体（ICチッ
プ）と回路基板との電気的な接続を良好に維持すること
ができる。
【００９８】しかも、ヒートシンクを回路部品（半導体
パッケージ）に熱的に接続した状態では、柔軟な熱伝導
部材が発熱体（ICチップ）と受熱部との間に高密度に充
填されるので、これら発熱体（ICチップ）とヒートシン
クとの安定した熱接続状態を維持しつつ、発熱体（ICチ
ップ）と回路基板および回路部品（半導体パッケージ）
とプリント配線基板との電気的な接続の信頼性を高める
ことができるといった利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るデスクトップ
形パーソナルコンピュータの斜視図。
【図２】デスクトップ形パーソナルコンピュータを背後
から見た斜視図。
【図３】コンピュータ本体のハウジングを一部断面で示
すデスクトップ形パーソナルコンピュータの側面図。
【図４】プリント配線基板に実装されたPGA形の半導体
パッケージにヒートシンクを取り付けた状態を示す断面
図。
【図５】図４のF5-F5線に沿う断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態において、プリント
配線基板に実装されたPGA形の半導体パッケージにヒー
トシンクを取り付けた状態を示す断面図。
【図７】本発明の第３の実施の形態において、プリント
配線基板に実装されたPGA形の半導体パッケージにヒー
トシンクを取り付けた状態を示す断面図。
【図８】本発明の第４の実施の形態において、プリント
配線基板に実装されたPGA形の半導体パッケージにヒー
トシンクを取り付けた状態を示す断面図。
【図９】本発明の第５の実施の形態において、プリント
配線基板に実装されたPGA形の半導体パッケージにヒー
トシンクを取り付けた状態を示す断面図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態において、プリン
ト配線基板に実装されたBGA形の半導体パッケージにヒ
ートシンクを取り付けた状態を示す断面図。
【図１１】補強板の平面図。
【符号の説明】
５…ハウジング ２０…プリント配線基板 ２６，１００…回路部品（半導体パッケージ） ２７，１０１…ベース（回路基板） ２８…発熱体（ICチップ） ２９ｂ，１０２ｂ…実装面（第２の実装面） ３６，１０６…ヒートシンク ４１，７２，８２，１１０…熱伝導部材（グリス、伝熱
シート） ４４，１１６…押圧手段（固定ばね、ねじ） ５０，９６，１１２…スペーサ（凸部）

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 合成樹脂製のベースと、このベースの実
    装面から突出されるとともに、この実装面に電気的に接
    続された発熱体とを有する回路部品と；この回路部品に
    重ねて配置され、上記発熱体の熱を受ける受熱部を有す
    るヒートシンクと；上記発熱体と上記ヒートシンクの受
    熱部との間に介在された柔軟な熱伝導部材と；上記ヒー
    トシンクを上記発熱体に向けて押圧することで、これら
    ヒートシンクの受熱部と上記発熱体とを上記熱伝導部材
    を介して熱的に接続する押圧手段と；を具備し、 上記回路部品のベースと上記ヒートシンクとの間に、上
    記発熱体を外れた位置において上記ヒートシンクを支え
    るスペーサを介在させたことを特徴とする回路モジュー
    ルの冷却装置。
  2. 【請求項２】 請求項１の記載において、上記スペーサ
    は、上記ヒートシンクと一体化されていることを特徴と
    する回路モジュールの冷却装置。
  3. 【請求項３】 請求項１の記載において、上記スペーサ
    は、熱伝導性を有することを特徴とする回路モジュール
    の冷却装置。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかの記載にお
    いて、上記発熱体は、上記ベースに電気的に接続された
    多数の接続端子を有することを特徴とする回路モジュー
    ルの冷却装置。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかの記載にお
    いて、上記回路部品のベースは、多数の通電端子を有す
    る回路基板にて構成され、この回路基板の通電端子は、
    上記発熱体とは反対側に位置されているとともに、配線
    基板に電気的に接続されていることを特徴とする回路モ
    ジュールの冷却装置。
  6. 【請求項６】 請求項５の記載において、上記回路基板
    の通電端子は、上記発熱体に対応する位置を避けた領域
    に配置されていることを特徴とする回路モジュールの冷
    却装置。
  7. 【請求項７】 請求項６の記載において、上記回路基板
    の通電端子は、ソケットを介して上記配線基板に電気的
    に接続され、このソケットは上記発熱体に対応する位置
    に空洞部を備えていることを特徴とする回路モジュール
    の冷却装置。
  8. 【請求項８】 請求項６の記載において、上記通電端子
    は、半田ボールにて構成され、この半田ボールは、上記
    配線基板に半田付けされていることを特徴とする回路モ
    ジュールの冷却装置。
  9. 【請求項９】 請求項６ないし８のいずれかの記載にお
    いて、上記スペーサは、上記通電端子に対応する位置に
    おいて上記回路基板に接していることを特徴とする回路
    モジュールの冷却装置。
  10. 【請求項１０】 配線基板と；多数の通電端子を有する
    合成樹脂製のベースと、このベースの実装面から突出さ
    れるとともに、この実装面に電気的に接続された発熱す
    るICチップとを含み、上記通電端子が上記配線基板に電
    気的に接続された半導体パッケージと；この半導体パッ
    ケージに重ねて配置され、上記ICチップの熱を受ける受
    熱部を有するヒートシンクと；上記ICチップと上記ヒー
    トシンクの受熱部との間に介在された柔軟な熱伝導部材
    と；上記ヒートシンクを上記ICチップに向けて押圧する
    ことで、上記ヒートシンクの受熱部と上記ICチップとを
    上記熱伝導部材を介して熱的に接続する押圧手段と；を
    具備し、 上記半導体パッケージのベースと上記ヒートシンクとの
    間に、上記ICチップを外れた位置において上記ヒートシ
    ンクを支えるスペーサを介在させたことを特徴とする回
    路モジュールの冷却装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０の記載において、上記配線
    基板は、上記半導体パッケージとは反対側の面に上記押
    圧手段を介して加わる荷重を受ける補強板を備えている
    ことを特徴とする回路モジュールの冷却装置。
  12. 【請求項１２】 ハウジングと；合成樹脂製のベース
    と、このベースの実装面から突出されるとともに、この
    実装面に電気的に接続された発熱体とを有し、上記ハウ
    ジングの内部に収容された回路部品と；この回路部品に
    重ねて配置され、上記発熱体の熱を受ける受熱部を有す
    るヒートシンクと；上記発熱体と上記ヒートシンクの受
    熱部との間に介在された柔軟な熱伝導部材と；上記ヒー
    トシンクを上記発熱体に向けて押圧することで、上記ヒ
    ートシンクの受熱部と上記発熱体とを上記熱伝導部材を
    介して熱的に接続する押圧手段と；を具備し、 上記回路部品のベースと上記ヒートシンクとの間に、上
    記発熱体を外れた位置において上記ヒートシンクを支え
    るスペーサを介在させたことを特徴とする電子機器。
  13. 【請求項１３】 請求項１２の記載において、上記回路
    部品のベースは、上記実装面とは反対側の面に多数の通
    電端子を有し、これら通電端子は上記ハウジングの内部
    に収容された配線基板に電気的に接続されていることを
    特徴とする電子機器。
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