JP2001345405A - 回路モジュール及び回路モジュールを搭載した電子機器 - Google Patents
回路モジュール及び回路モジュールを搭載した電子機器Info
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Abstract
る熱を放熱器に伝達する。 【解決手段】 半導体チップ1のような発熱電子部品か
ら発生する熱を放熱器5に伝達するために、所定の弾性
力を持った複数の薄板を有する熱接続部材7を発熱電子
部品1と放熱器5の間に介在させている。
Description
な発熱する電子部品の熱を放熱する機構を備えた回路モ
ジュールに関する。
タ、あるいは、いわゆるモバイルコンピュータと呼ばれ
る携帯可能で小型の電子機器が広く普及している。この
種の電子機器は、携帯性を高めるために機器本体の小型
化が進められ、同時に一層の性能の向上が求められてい
る。
め、内部の電子部品は高い実装密度で設けられていると
ともに、高性能化に伴い電子部品の発熱量も大きくなる
傾向にある。従って、電子機器内部の温度上昇の影響に
よる電子部品への障害が問題となる。
発生した熱を放熱するための放熱機構が種々検討されて
いる。この放熱機構としては、ヒートシンク(放熱器)
を用いたものが広く用いられている。このヒートシンク
は、熱伝導率の高いアルミニウム等の材料で加工され、
より発熱効率を高めるために表面積を大きくする工夫も
なされている。このヒートシンクなどの放熱器を、半導
体チップなどの発熱源と熱伝導するように接続する。発
熱源から発生する熱は、放熱器を介して例えば空気中に
放出させている。
熱を発する電子部品である半導体チップ(発熱電子部
品)、半導体パッケージ、ヒートシンク(放熱器)等の
部品から構成されており、各部品の設計誤差が生じる。
また、最近では半導体チップの小型・多ピン化に対応す
る半導体パッケージとしてBGA(Ball Grid
Array)パッケージが広く用いられるようになって
いる。このBGAパッケージは、印刷配線基板との接合
部分にボール状のハンダが用いられており、組立時にハ
ンダボール変形による公差が生じる。
には、各種の寸法公差が生じることになる。この寸法公
差の絶対量が大きくなると、熱を発生する電子部品であ
る半導体チップ(発熱電子部品)とヒートシンク(放熱
器)との間に隙間が生じて放熱効率が悪化したり、逆に
寸法公差によっては各部品が押しつぶされて部品接合部
分に必要以上の過重がかかり長期信頼性が劣化すること
も考えられる。
手法を、以下に挙げる。
体チップ(発熱電子部品)とヒートシンク(放熱器)と
の間に、例えば、クールシートやグリス等の熱接続部材
を介在させて公差を吸収する手法、第二に印刷配線基板
とヒートシンクの取付部分にバネ構造を用いて公差を吸
収する手法がある。
た場合、シートを厚くすると熱抵抗が大きくなり放熱効
果を下げたり、各部品の公差が最大になりシートを押し
つぶす量が大きくなると必要以上のストレスが生じてし
まい部品接合部の長期信頼性を劣化させてしまう。ま
た、グリスを用いた場合、部品接合部のストレスは小さ
くできるが、グリスを厚くしすぎると周りに漏れだして
しまい、十分な放熱をすることができなくなることも考
えられる。
ンクの取付部分に配置したバネの弾性力を調節すれば、
部品接合部のストレスを吸収することもできるが、取付
構造が複雑になり組立に余計な作業を伴うことになる。
は、金属細線を発熱体と放熱器の間に配設して、発熱体
の熱を放熱器に伝える技術が示されている。さらに、金
属細線を熱伝導性があり弾性を有する部材で構成する旨
の記載がある。熱伝導性があり弾性を有する金属細線を
用いることで、寸法公差は吸収できるものの、金属細線
では前記発熱体及び放熱器に接触する面積が少なく熱伝
導効率と言う点で十分な放熱効果を得られない。また、
同公報には、金属細線を弾性を有したフェルト状に形成
した例も示されているが、この場合、金属細線同士の結
合により熱を伝導させており、この場合も熱伝導効率と
言う点で十分な放熱効果を得られない。
が要求される小型の電子機器に用いられる回路モジュー
ルにおいて、半導体チップ(発熱電子部品)から発生す
る熱を放熱器で逃がす場合には、回路モジュールを構成
する各種部品の設計誤差等による寸法公差を配慮する必
要がある。しかしながら、従来考えられた手法では、発
熱電子部品からの熱を効率よく放熱する点と、部品の寸
法公差を吸収して部品接合部のストレスを少なくする点
の両者を兼ね備えた回路モジュールが存在していなかっ
た。
り、その目的とするところは、放熱効率が高く、部品に
対するストレスを軽減した回路モジュール及び、該回路
モジュールを搭載した電子機器を提供することにある。
め、本発明は熱を発生する発熱電子部品と、この発熱電
子部品から発生する熱を放出する放熱器と、前記発熱電
子部品と前記放熱器の間に介在し、前記発熱電子部品か
ら発生するる熱を前記放熱器に伝導するよう接続され、
所定の弾性力を有した薄板を複数配置した熱接続部材と
を具備することを特徴としている。
により寸法公差を吸収し、複数の薄板により発熱電子部
品から発生する熱を確実に放熱器に伝達することができ
る。
施形態について説明する。
1は、放熱機構を備えた回路モジュールの断面を示して
いる。
に実装されている。この半導体パッケージ2は、例え
ば、BGAタイプパッケージを用いている。半導体パッ
ケージ2の底には、入出力用のパッドをアレイ状にボー
ル形のハンダで構成される電極部3を有している。この
電極部3のハンダを融解することで、半導体パッケージ
2と印刷配線基板4とを接合している。本実施形態で
は、半導体チップ1を発熱電子部品と想定している。
の放熱器5は、ネジなどの固定部材6により印刷配線基
板4に固定されている。この放熱器5は、アルミニウム
等の熱伝導率の高い材料で形成されている。放熱器5の
上部には、フィンと呼ばれるヒレ状の部材を有してい
る。このフィンを設けることで、放熱器5の実質的な表
面積を増やし、放熱効果を高めている。
部品である半導体チップ(発熱電子部品)1、半導体パ
ッケージ2、ヒートシンク(放熱器)5等を回路モジュ
ール10と呼んでいる。
しては、アルミニウムを例に挙げて説明しているが、他
に銅、マグネシウム、タングステン、モリブデン等の材
料を使用しても良い。本実施形態に適用するには、熱伝
導性、加工性、弾力性、価格面を考慮してて最適なもの
を適宜選択すれば良い。
こし加工して熱接続部材を形成している。図2を参照し
て、熱接続部材7の構造を説明する。図2は、熱接続部
材7の部分を拡大した断面図である。
こし加工することで放熱器5と一体化されている。この
ように形成することで、熱接続部材7と放熱器5の熱伝
導効率は良くなっている。また、熱接続部材7は、切り
起こしによってできた複数の薄板7aを有している。薄
板7aは、所定の曲率をもって湾曲させることで弾性力
を持たせた構造としている。この熱接続部材7の薄板7
aを湾曲形状とすることにより、回路モジュールを構成
する各部品の寸法公差を吸収するように設計されてい
る。
ップ1と放熱器7間に掛かる荷重と、薄板の熱抵抗のト
レードオフで決定することになる。
90℃、放熱器7の熱抵抗を6℃/Wとし、薄板を板幅
10mm、板厚0.2mm、板長9mm、たわみ0.5
mm、弾性係数(図2において垂直方向)7000、曲
げこわさ47、熱伝導率210W/m・Kと仮定し、さ
らに薄板1枚あたりの荷重を0.1kgf、そして薄板1
枚あたりの熱抵抗を43℃/Wとした場合、薄板の枚数
は15枚となった。
ぶし量(たわみ量)を0.5mmとして、本発明の湾曲
した薄板形状の熱接続部材を用いた場合と、従来のクー
ルシートを熱接続部材として用いた場合とを比較する。
半導体チップ1にかかる過重は、クールシートを用いた
場合に比べ、本発明の湾曲した薄板形状の熱接続部材の
方は約1/6に押さえることがでる一方、熱抵抗はほぼ
同様の値を取っている。よって、同じ寸法公差を想定し
た場合、従来のクールシートに比べ、本熱接続部材を用
いると、熱抵抗をほぼ同じ値に保ちながら、荷重が大幅
に少なくすることができるので回路部品に対するストレ
スの軽減を図ることが可能となる。
て図2に示すように、薄板7aの下部にアルミ板8を蝋
付けしている。さらにアルミ板8と半導体チップ1の間
には、グリス9を介在させている。これらは、熱伝導効
率をより高めるために構成したものであり、必要に応じ
て、これらの部材を追加削除してもよい。
薄板形状の熱接続部材を用いることで、発熱電子部品か
らの熱を効率よく放熱する点と、部品の寸法公差を吸収
して部品接合部のストレスを少なくする点の両者を兼ね
備えた回路モジュールを構成することが可能となる。
は、例えば、図3に示すようにノートタイプのパーソナ
ルコンピュータ等の電子機器に実装されている。図3
は、回路モジュールを搭載した電子機器の断面を示す図
である。
キーボード16やデータを表示するための液晶ディスプ
レイ17を有している。液晶ディスプレイ17は、電子
機器本体に対して矢印方向に回動自在に取り付けられて
いる。この電子機器15内には、回路モジュール10が
収容配置されている。
7等は、電気的に回路モジュール10と接続されてお
り、回路モジュール10に実装されている半導体チップ
により各種データ処理が行われる。また、電子機器15
には、冷却ファン18が取り付けられており、この冷却
ファン18により外気が電子機器内に取り込まれ、この
外気で内部の回路モジュール10に実装された発熱電子
部品である半導体チップを冷却している。
いて説明する。第2の実施形態は、第1の実施形態に対
して、熱接続部材が放熱器とは別部材として形成されて
いる点が異なり、他は第1の実施形態と略同一である。
第2の実施形態において、第1の実施形態と同一部分に
ついては同一符号を付し、該当部分の重複する部分の説
明は省略する。
面図である。熱接続部材7の薄板7aは第1の実施形態
と同様に湾曲した形状となっている。この薄板7aは、
基材となるアルミ板の放熱器5若しくは半導体チップ1
と接する一方の面を切り起こして湾曲加工している。ま
た、熱接続部材7の他方の面にアルミ板等を蝋付けする
ことで形成している。
けられている。この切り欠き部分に熱接続部材7を配置
規定することによって、熱接続部材7の移動範囲が規制
される。すなわち、切り欠き部7を放熱したい半導体チ
ップ1の位置に合わせて形成することで、熱接続部材7
は放熱器5と半導体チップ1に確実に接続することにな
る。
熱器5に接触する面については、グリス9等を介在させ
ることによって熱伝導効率を高めることができる。この
グリス9は、必要に応じて、追加削除してもよい。
1から発生する熱を、熱接続部材7を介して放熱器5よ
り放熱することが可能となる。熱接続部材7を別部材で
構成することにより、半導体チップ1と放熱器5との間
に生じる寸法公差による間隙に合わせて、部材を選択で
きるようになる。これは、放熱器5から熱接続部材を切
り起こした場合に比べ、熱接続部材を回路モジュールに
合わせて汎用に用いることも可能となる。
体チップ1と接する面の構成については、前述のように
一方の面を基材として切り起こし処理しても良いし、湾
曲した薄板をアルミ板2枚で上下から挟み込むようにし
ても良い。
で構成した場合でも、発熱体からの熱を効率よく放熱す
る点と、部品の寸法公差を吸収して部品接合部のストレ
スを少なくする点の両者を兼ね備えた回路モジュールを
構成することが可能となる。
材の薄板部分を湾曲形状としたものを例に挙げて説明し
たが、薄板部分の形状はこれに限定されるものではな
い。
の形状について説明する。放熱器5の下部を切り起こし
加工して複数の薄板7aを形成し、その後薄板7aの所
定位置で折り曲げ加工することで、薄板7aを屈折形状
としている。そして、この薄板7aにアルミ板8を蝋付
けしている。この例では、熱接続部材は薄板7aとアル
ミ板8とか構成されると共に、切り起こし加工とするこ
とで放熱器7と一体化した構造となっている。このよう
な形状の熱接続部材7を半導体チップ1に接続する場
合、グリス9を熱接続部材7のアルミ板8と半導体チッ
プ1の間に介在させることで接触面の熱抵抗を小さくし
ている。
こし加工後屈折部分を形成しているが、前記第2の実施
形態のように熱接続部材7を放熱器5とは別部材として
も構わない。その他、熱接続部材の薄板の形状は、回路
モジュールとして組み立てられた各部品の寸法公差を吸
収できるような弾性力を有するもであればどの様な形状
としてもよい。
性力を有した薄板形状の熱接続部材を用いることで、発
熱電子部品から発生する熱を効率よく放熱するととも
に、部品の寸法公差を吸収して部品接合部のストレスを
少なくすることができる。
明の熱接続部材を実装した回路モジュールの断面を示す
図。
す図。
接続部材の他の構成を説明するための拡大図。
るための拡大図。
Claims (7)
- 【請求項1】熱を発生する発熱電子部品と、 この発熱電子部品から発生する熱を放出する放熱器と、 前記発熱電子部品と前記放熱器の間に介在し、前記発熱
電子部品から発生するる熱を前記放熱器に伝導するよう
接続され、所定の弾性力を有した薄板を複数配置した熱
接続部材とを具備することを特徴とする回路モジュー
ル。 - 【請求項2】前記熱接続部材は放熱器の一部の面を切り
起こして一体形成したものであることを特徴とした請求
項1記載の回路モジュール。 - 【請求項3】熱を発生する発熱電子部品と、 この発熱電子部品から発生する熱を放出し、前記発熱電
子部品と対抗する面に切り欠きを有する放熱器と、 前記発熱電子部品と前記放熱器の間に介在して前記発熱
電子部品から発生する熱を前記放熱器へ伝導するよう接
続され、前記放熱器の切り欠き部分により位置が規定さ
れる、所定の弾性力を有した薄板を複数配置した熱接続
部材とを具備することを特徴とする放熱機構を有した回
路モジュール。 - 【請求項4】前記放熱器の切り欠きを前記発熱体が存在
する位置と略同一に配置したことを特徴とする請求項3
記載の回路モジュール。 - 【請求項5】前記熱接続部材の薄板は湾曲形状とするこ
とで所定の弾性力を持たせたことを特徴とする請求項1
乃至4のいずれか記載の回路モジュール。 - 【請求項6】前記熱接続部材の薄板は屈折形状とするこ
とで所定の弾性力を持たせたことを特徴とする請求項1
乃至4のいずれか記載の回路モジュール。 - 【請求項7】熱を発生する発熱電子部品と、この発熱電
子部品から発生する熱を放出する放熱器と、前記発熱電
子部品と前記放熱器の間に介在し、前記発熱電子部品か
ら発生する熱を前記放熱器に伝導するよう接続され、所
定の弾性力を有した薄板を複数配置した熱接続部材とか
らなる回路モジュールと、この回路モジュールを収容し
た筐体とを具備することを特徴とした電子機器。
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