JP2004288726A

JP2004288726A - 電子デバイスの放熱方法

Info

Publication number: JP2004288726A
Application number: JP2003076237A
Authority: JP
Inventors: Junichi Yasu; 淳一安; Takashi Sugiura; 孝杉浦
Original assignee: Tektronix Japan Ltd
Current assignee: Tektronix Japan Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: JP4078400B2

Abstract

【課題】表面実装された回路基板の電子デバイスを熱で破損することなく熱伝導プレートを半田付けし、放熱できるようにする。
【解決手段】高発熱のＩＣパッケージ１０の下の回路基板１２の第１主面６及び第２主面８間に複数のサーマルＶＩＡ１４が設けられ、ＩＣパッケージ１０と熱的に結合させる。熱伝導プレート２０には突起２２があり、この突起２２とサーマルＶＩＡ１４の第２主面上の領域が半田付けで熱的及び物理的に結合される。電子デバイス１０で発生した熱は、熱伝導プレート２０を介して筐体１６に伝わり放熱される。半田付けは、突起２２だけで良いので、それほど多くの熱を加える必要がなく、周辺の電子デバイスを破損する危険がすくない。また、ＩＣパッケージ１０近くの第２主面にも他の電子デバイス３０を配置できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイスの放熱方法に関し、特に回路基板上に実装される小型の電子デバイスで発生する熱を効果的に逃がすための放熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】米国特許第６４７７０５４号
【０００３】
近年、電子機器の小型化に伴い、抵抗、コンデンサ、ＩＣデバイス等の電子デバイスも非常に小型化すると共に、表面実装技術を用いた電子デバイスの回路基板への高密度実装が行われている。
【０００４】
また、製品の高性能化に伴い、回路の動作周波数が高速になり、電子デバイスの発熱量が増大している。そこで、電子デバイスの高密度実装と高性能を両立するには、電子デバイスの発する熱を効果的に逃がす方法も重要である。
【０００５】
米国特許第６４７７０５４号は、従来の放熱方法の一例を開示している。これは、回路基板の上面（第１主面）と下面（第２主面）を貫く複数のサーマルＶＩＡをＩＣデバイスの下に配置し、ＩＣデバイスが発する熱をサーマルＶＩＡを介してヒートシンクに伝達することで、放熱している。特にヒートシンクが、ＩＣデバイスの大きさに比較して広い面積で結合していることが、効果的な放熱を可能にしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、米国特許第６４７７０５４号が開示するような一般的な放熱方法では、次のような問題点がある。
【０００７】
１つには、ヒートシンクを、回路基板の第２主面に、高い信頼性で半田付けすること難しいことがあげられる。即ち、溶融した半田には、表面張力があるため、広い面積に均一に半田をのせる工程が存在すると、半田付けの信頼性確保が難しくなる。
【０００８】
２つ目には、ヒートシンクの取付工程における問題である。ヒートシンクを取り付けてからでは、電子デバイスを表面実装できないので、回路基板には、ヒートシンクを取り付ける前に電子デバイスを実装する。よって、もし米国特許第６４７７０５４号が開示するようなＩＣデバイスの大きさに比較して広い面積を専有するヒートシンクを、回路基板の下面（第２主面）に半田付けすると、取付時に半田を溶かすためにヒートシンクに加える熱でＩＣデバイスの近くにある電子デバイスが破壊される恐れがある。このため、ＩＣデバイスの近くに他の電子デバイス（抵抗、コンデンサ等）を配置できなくなり、ＩＣデバイスの特性上の問題が生じることがある。もちろん、高密度実装の実現という点でも問題である。
【０００９】
そこでは本発明は、高い信頼性で取付が可能で、高発熱の電子デバイスの近くに他の電子デバイスの配置を容易にする放熱方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１及び第２主面を有する回路基板の第１主面上に取り付けた電子デバイスの熱を逃がす放熱方法に関する。このとき、第１及び第２主面間に設けられ、電子デバイスと熱的に結合するサーマルＶＩＡの第２主面上の領域に対して熱的及び物理的に結合される突起を有する熱伝導プレートを介して、電子デバイスで発生する熱を放熱媒体に逃がすことを特徴としている。
【００１１】
このとき、放熱媒体は単純に電子機器の筐体でも良いし、フィンを有するヒートシンクなどであっても良い。なお、突起には開口を設け、開口から半田を充填することにより、サーマルＶＩＡの第２主面上の領域と突起を熱的及び物理的に結合すると良い。また、突起の高さは、突起近くの第２主面上に電子デバイスを配置できる程度にすると良い。これによって、突起近くの第２主面上にも電子デバイスを配置できるようになる。
【００１２】
熱伝導プレートを回路基板の第２主面に半田付けする際には、熱伝導プレート全体でなく、突起の部分のみが充分に加熱されていれば良いので、周辺の電子デバイスを半田付けの熱で破損させる危険を低減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の一例を示す断面図である。図２は、本発明による熱伝導プレートの斜視図である。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１４】
マイクロＩＣパッケージ１０は、例えば、５ｍｍ×５ｍｍ程度の小面積で、しかも非常に高い周波数で動作し、信号を出力する。このため、大量の熱を放出する。本発明は、こうした高発熱電子デバイスの熱を逃がすための方法に関する。
【００１５】
マイクロＩＣパッケージ１０は、表面実装技術を用いて回路基板１２の上面（第１主面）６上に実装される。このとき、マイクロＩＣパッケージ１０を動作させるのに必要な抵抗、コンデンサなどの周辺電子デバイス３０及び３２も同時に表面実装技術より回路基板１２の第２主面（下面）８や第１主面６に実装される。
【００１６】
マイクロＩＣパッケージ１０の直ぐ下の第１及び第２主面６及び８の間には、周知の複数のサーマルＶＩＡ１４が設けられる。サーマルＶＩＡ１４には、熱伝導性の金属が充填され、表面実装工程において、マイクロＩＣパッケージ１０と熱的及び物理的に結合される。
【００１７】
複数のサーマルＶＩＡ１４の端部が現れる第２主面８上の領域は、熱伝導プレート２０の突起部２２の上端面２３と半田によって熱的及び物理的に結合される。熱伝導プレート２０を第２主面８に取り付ける工程は、通常、回路基板への電子デバイスの表面実装工程の後に別途行われる。これは、１つにはマイクロＩＣパッケージ１０近くの第２主面８上に実装される周辺電子デバイス３０は、熱伝導プレート２０よりも先に実装する必要があるからである。もう１つには、熱伝導プレート２０が、表面実装で通常扱う部品よりも大きいということもある。
【００１８】
熱伝導プレート２０の突起２２を第２主面８に半田付けする工程においては、突起部２２に開口２４があるので、熱で溶融した半田を第２主面側からこの開口２４を通して充填でき、よって半田付けしたい部分（上端面２３と第２主面８の接触部分）に容易に半田を届かせることができる。更に、固定する部分が突起２２の部分だけであるから、この突起２２部分のみを半田付けに必要な程度に熱を加えれば良いので、周辺の電子デバイスを熱で破損する危険を低減できる。
【００１９】
熱伝導プレート２０は、例えば、熱伝導性の良い銅などで作成すれば良い。突起２２は、打ち抜き加工など比較的容易な板金加工で作成できる。突起２２の高さＨは、第２主面８側に実装する周辺電子デバイス３０の高さを考慮して決めれば良い。
【００２０】
熱伝導プレート２０の高さＴは、大きいほど放熱効果は高くなる。その一方で高さＴが大きいと、突起２２を第２主面８に取り付ける半田付け工程において、それだけ多くの熱を突起２２に加える必要が生じ、作業時間の増加と、周辺にある電子デバイスを破損する危険が増大する。よって、これらがバランスするように高さＴを選択する。
【００２１】
熱伝導プレート２０は、熱伝導シート１８を介して筐体（シャーシ）１６と熱的に結合される。電子機器の筐体（シャーシ）１６は、外気と触れており、マイクロＩＣパッケージ１０からの熱は、筐体１６から外気に放出される。熱伝導シート１８は、柔軟性がありながら熱伝導性にも優れたシートである。これがあることで、熱伝導プレート２０と筐体１６の接触面の不整合を吸収しつつ、熱的な結合を実現している。なお、筐体１６の代わりに、フィンを有するヒートシンクなどの放熱媒体を用いてもよいことは言うまでもない。
【００２２】
熱伝導プレート２０に打ち抜き加工で突起２２を設けた結果として、凹みが生じるので、突起２２と熱伝導シート１８の間に空間２６が生じる。この結果、熱伝導プレート２０と熱伝導シート１８が、よりしっかりとかみ合うように接触する。また、この空間２６のために、突起２２からの熱がまっすぐ下に伝わらずに外側方向に拡散し、放熱効果を高めている。
【００２３】
上述の如く、本発明による放熱方法は、表面実装で回路基板に実装される高発熱電子デバイスの熱を逃がすのに適している。特に、高発熱の電子デバイスの近くに他の電子デバイスを配置しても、熱伝導プレートの突起部分のみを半田付けするだけで良く、加える熱量が少なくて良いので、電子デバイスを半田付けの熱で破損する危険が少ない。また、突起部分のみを半田付けするので、半田付けが容易で作業時間が少なく、コスト低減につながる。突起には開口が設けてあり、ここから溶融した半田を、半田付けしたい突起の上端面とサーマルＶＩＡの第２主面上の領域の部分に届かせるができ、この点でも半田付けが容易となる。また、突起の高さを調節して、高発熱電子デバイス１０近くの第２主面に他の電子デバイス３０を配置することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子デバイスの放熱方法の実施形態の一例の断面図である。
【図２】本発明による熱伝導プレートの斜視図である。
【符号の説明】
６回路基板の第１主面
８回路基板の第２主面
１０高発熱電子デバイス（マイクロＩＣパッケージ）
１２回路基板
１４サーマルＶＩＡ
１６電子機器の筐体（放熱媒体）
１８熱伝導シート
２０熱伝導プレート
２２突起
２３突起の上端面
２４突起の開口
２６空間
２８半田
３０周辺電子デバイス（第２主面側）
３２周辺電子デバイス（第１主面側）

Claims

第１及び第２主面を有する回路基板の上記第１主面上に取り付けた電子デバイスの熱を逃がす放熱方法であって、
上記第１及び第２主面間に設けられ、上記電子デバイスと熱的に結合するサーマルＶＩＡの上記第２主面上の領域に対して熱的及び物理的に結合される突起を有する熱伝導プレートを介して、上記電子デバイスで発生する熱を放熱媒体に逃がすことを特徴とする電子デバイスの放熱方法。