JP2005005726A - ヒートシンクアセンブリィおよびクリップ - Google Patents

Abstract

【課題】改良されたヒートシンクアセンブリを提供する。
【解決手段】プリント回路基板16の一領域に搭載するようにした電子部品に使用するヒートシンクアセンブリィであって、ヒートシンク12と、クリップとを備え、クリップが、平坦な水平部20と、水平部の両端に形成される折り返しに沿って設けられた一対のほぼ垂直に延びる脚と、水平部20のエッジの一部に沿って設けられ水平部20の両端の間に位置する掛止部とからなり、プリント回路基板16内でプリント回路基板16の電子部品搭載領域の両側に形成された穴40を介してクリップの脚がプリント回路基板16に掛止するとき、掛止部はヒートシンク12に掛止して、プリント回路基板16に搭載された電子部品に対してヒートシンク12を押圧するようにしてなり、ヒートシンク12がスロットを有し、掛止部が、水平部20から水平に延びてスロットに挿入されるようにしたタブを備えるヒートシンクアセンブリィ。
【選択図】図１

Description

発明の背景
この発明は、一般的にはヒートシンクアセンブリィに関し、特に電子部品にヒートシンクを取り付けるために用いられるクリップ（留め金具）に関する。

当該技術で知られているように、ヒートシンク（冷熱源）は、たとえば電子部品から熱を取り除くために広範囲のアプリケーションに使われている。典型的には、電子部品がたとえばマイクロプロセッサのようなデジタル部品であるとき、その部品は、たとえばボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）技術やピングリッドアレイ（ＰＧＡ）技術を用いてプリント回路基板に搭載される。ヒートシンクは、その電子部品の上部表面と熱的接触を保って取りつけられる。ヒートシンクは、一般的に、アルミニウムのような熱伝導性の金属を含んでおり、この金属は、複数の放熱フィンあるいは基部から突出した表面を持つ単一ユニットとして形成される。基部は、直接的にあるいは中間の熱伝導性のインタフェースを介して電子部品の表面に保持される。クリップあるいは保持物は、典型的には、基部あるいはインタフェースに掛止するように用いられ、電子部品の上表面に対して基部を押しつけそれによって電子部品とヒートシンクの間の熱的に良い伝導路を確保する。このようにクリップとヒートシンクは、ヒートシンクアセンブリィを提供する。

１つの形態において、クリップは、望ましい力を与えるためにヒートシンクの基部との掛止を片よらせる片持ち梁部材を含んでいる。さらに詳細には、１つのそのようなクリップはややＭ字形状である。そのＶ字部分は、Ｍ字形状クリップの一対の脚を橋渡しする。Ｖ字部分は、中央の水平な部分を含んでおり、水平な部分の端で一対の上方に傾斜した部分を持っている。傾斜部分の第１の橋は、水平部分の橋と結合している。傾斜部分の第２の橋は、水平部分の橋と結合している。これらのクリップは、典型的には、独特の外形を持つ細長い平面の板金として組立てられる。そして折り曲げられたときその板金はＭ字形状を与える。

このように、４つの折り返しが一般的に要求される。２つの折り返しは、脚を与えるのに使われる（すなわち、脚と傾斜部分の第２の橋を結合する折り返し）。他の一対の折り返しは、一対の傾斜部分の第１の端と水平部との結合を与えるのに使われる。板金で、これらの折り返しを形成するために、その部分で永久的な折り曲げや変形を得るために、その塑性領域の中の弾性領域をこえて、板金を折り返す必要がある。しかしながら、板金の特性のために、曲げられた後、その材料は曲がろうとする傾向、あるいはそのもとの形状に「スプリングバック」しようとする傾向がある。この傾向は、特に９０度よりも小さい折り曲げのような浅い、あるいは穏やかな傾斜の折り曲げの場合の特徴である。

このために、この傾向は、折り曲げプロセスにおいて過剰な折り曲げをすることによって補正しなければならない。脚の末端は、プリント回路基板の中に形成された穴を通過するような大きさに形成されている。脚の末端は、プリント回路基板の下方の表面部分と掛止するために穴の領域を形成するリップを備えている。電子部品がプリント回路基板の上部表面に搭載される典型的な場合を考慮すると、一対の穴は、電子部品によって占められる基板領域の正反対の両側に、プリント回路基板を貫通するように与えられる。Ｍ字形状クリップは、電子部品の上方に支持される。脚が、部品の正反対の両側にまたがって下方
に穴を通して通過させられた場合、脚を橋渡しするＶ字形状部分の水平部分が、ヒートシンクの基部の上部表面と掛止する。脚の末端のリップが、穴の近くに配置されたプリント回路基板の底面部分と掛止し、かつそれによって、クリップが電子部品の上部表面にヒートシンクをロックするまで、クリップの脚は、Ｖ字形状部分の水平部分に対面する部分の表面によって（さらに特別には、スプリングのような片持ち梁傾斜部分によって生成される偏向力によって）与えられた上方の力に打ち勝つように穴を通して押圧される。

一方、そのような配置は、プリント回路基板が相対的に大きな穴を持つ適切な配置を与えることができれば、部品が基板の表面上にもっと密接にパックされ、穴の大きさと配置が正確に定められる。さらに、穴はときどきいっそうおおい隠される。正確に配置された、小さな穴を使うことは、これらのクリップの製造で要求される許容誤差の点で厳しい要求下におかれる。あとの操作に加えて「スプリングバック」効果は、クリップが望ましい特性を保つことをほとんど不可能にする。この傾向は、特に９０度以下の折り曲げのような浅い、あるいはゆるい傾斜の折り曲げの特徴である。脚は、その正確な垂直の方向性の必要条件を失う。そして、そのために、特に穴がおおい隠されている場合は、穴の中に、脚を定めることは難しい。このように、脚は、垂直方向に維持しなければならない。さらに、これらの「スプリングバック」の力のためにクリップの形状が正確に維持されないために、クリップによって与えられる締めつける力もまた、逆効果となる。たとえば、もし、垂直になっていない脚が穴を貫通するように共に曲げられたなら、脚は変形してし
まう。このように脚が共に折れ曲がることは、中央部上に上方への力をもたらし、それによって、基部上の締めつけ力は望ましい値から減じられる。クリップは、もはや正確に制御された締めつけ力をもたなくなる。さらに、この点において、水平部分とプリント回路基板の底面とを掛止させるために使うリップとの間の距離は、クリップが、ヒートシンクの基部と電子部品とに与えるであろう力の大きさにとって危険なものである。このために、４つの折り返し（すなわちこのために片持ち梁部材を与える）を提供するために用いられた折り返しプロセスは、脚が穴を通って正しく垂直の直線状になってＶ字形状となるように作らなければならず、また、部品とヒートシンクの間の必須の熱伝導性を得るようにするために、ヒートシンクの基部の上部表面に正しく掛止する力を与えるようにしなければならない。

それゆえに、改良されたヒートシンクアセンブリィを提供することをこの発明の目的とする。

発明の要約
この発明の目的は、一般的に、ヒートシンクと電子部品が搭載されたプリント回路基板とクリップとからなるヒートシンクアセンブリィによって達成される。クリップは、平坦水平部と、その平坦水平部の正反対の端に配置された一対の垂直方向に延びる脚と、電子部品を搭載したプリント回路基板に対してヒートシンクを押圧するのに用いられる掛止部とから構成される。単一のユニットとして形成されるクリップは、好ましくは薄い板金から作られる。脚は、水平部の正反対の両側の端で、その材料で形成される折り曲げ部分で水平部と結合される。その折り曲げ部分は、水平部の正反対の端と脚との間に配置されたガセット(gussets)、すなわち補強リブ(stiffening ribs)を持っている。

脚の末端は、電子部品が搭載された領域の正反対の両側にプリント回路基板の中に形成された穴と結合するように成形されている。掛止部は、ヒートシンクの表面と、プリント回路基板と結合する脚の末端とが接触するように作られる。そしてそれによって電子部品に対してヒートシンクを押圧する。

この発明の第１の形態では、掛止部は、脚と同じ方向に沿って水平部材からほぼ垂直な方向に延びた隔離部である。第２の形態では、掛止部は、ヒートシンクに形成されたみぞの中の挿入物として作られた水平方向に延びた一対のタブである。

好ましい実施態様の説明
図１と図２を参照すると、ヒートシンクアセンブリィ１０が示されている。そのようなヒートシンクアセンブリィ１０は、ヒートシンク１２と、プリント回路基板の一領域に搭載される電子部品１４と、クリップ１８を備える。図示しない熱伝導インターフェイスは、ヒートシンク１２の基部１１と電子部品１４の上部結合表面１３との間に挟持されてもよい。クリップ１８は、図３〜図７にさらに明瞭にされるが、平坦な、ここでは細長い水平部２０と、折り返し部２４ａ，２４ｂに沿ってそれぞれ設けられ水平部２０の両端部２６ａ，２６ｂにそれぞれ形成された一対の垂直延出脚２２ａ，２２ｂを備える。従って、好ましくは、水平部２０は、垂直延出脚２２ａ，２２ｂの各々に対して９０度の角度をなす。しかしながら、水平部２０と垂直延出脚２２ａ，２２ｂの各々との間の角度は、６０度から１２０度の範囲にあればよい。掛止部３０（ここでは、垂直延出プラットホーム又は隔離部として図７にその断面が示される）は、水平部２０のエッジ３６，３８の各１部に形成された折り返し部３２，３４に沿って設けられ、水平部２０の両端２６ａ，２６ｂの中央に位置する。好ましくは、隔離掛止部３０と水平部２０との間の角度は９０度であるが、その角度は６０度から１２０度の範囲にあればよい。ここで、両方の折り返し部２４ａ，２４ｂの各々の縦は、水平部２０の長手軸に対して４５度の角度Ａ（図３）で設けられるが、それと異なって、折り返し部２４ａ，２４ｂの各々の縦は、水平部２０の長手軸に対して、９０度の角度というように、どのような方向を向いていてもよい。

隔離掛止部３０は、ヒートシンク１２に掛止し、クリップ１８の脚１８の脚２２ａ，２２ｂがプリント回路基板１６の電子部品１４の搭載領域の両側に、かつ、プリント回路基板１６内に形成された穴４０を介してプリント回路基板の底面に掛止するときに、電子部品を搭載したプリント回路基板に対してヒートシンクを押圧するようになっている。（脚２２ａ，２２ｂの１つの例として、ここでは脚２２ａについて図８Ａ，図８Ｂ参照。）図１〜図７に示すように、隔離掛止部３０は、特に図３５と図４に示すように、互いの背後に設けられ水平部２０から下方に突出する一対の垂直に延出した隔離部材４２ａ，４２ｂを備える。隔離部材４２ａ，４２ｂの高さは、プリント回路基板１６に付設してヒートシンク１２に掛止する場合に、クリップ１８によってもたらされる所望の押圧範囲に応じて選択される。クリップ１８の諸元は、例えば、International Press 、版権１９７８年、第２０版「Machinery Handbook」の第５４７頁、第１８表に記載のような従来の平バネ設計規定を用いて設計できる。クリップ１８用の材料の厚さはその用途によるが、ここでは、その厚さは０．０１２インチから０．０４０インチの範囲である。その厚さは、結合構造に対応して試行されて上記に引用した表に示されるような標準平ばね設計曲線および式を用いて得られるばね特性に応じて選択される。ここで、特定のクリップ１８は、ここでは熱処理後の１０７５シリーズの鋼板であるが、脚２２ａ，２２ｂ間のスパンは２．１１６インチ，隔離掛止部３０の高さは０．２インチ，水平部２０および脚２２ａ，２２ｂの幅は０．１８７インチ，水平部２０および脚２２ａ，２２ｂの厚さは０．０２２インチであり、脚２２ａ，２２ｂの全長は、ロッキング・タブ６０ａ，６０ｂ（図２，図４〜図８Ａ，図８Ｂ）を形成した後では、以下に詳述するように、その末端部において０．６４２インチである。各隔離部材４２ａ，４２ｂの長さは、ここでは０．３４インチであるが、その長さは機械的な安定性を考慮して選択される。ここでは、各隔離部材４２ａ，４２ｂの末端部は一対の脚４４を備え、ここでは高さが０．０１２インチ，長さが０．０８インチである。脚４４は、部品１４の外部ケースを軽くつつくことによって部品１４への良好な把握作用を与える。各隔離掛止部の各壁の外面は、図７に断面を示すように突起４５を備え、ヒートシンク１２の冷却フィンチ４９の内面に形成された突起４７に掛止する。なお、他の材料が用いられてもよく、例えば、４０００シリーズのステンレス鋼がクリップ１８用に使用されてもよい。

クリップ１８は、一対のガセット（gusset、補強リブ）５０ａ，５０ｂを備え、ガセット５０ａ，５０ｂの各々は、折り返し部２４ａ，２４ｂにそれぞれ設けられ、特に図５，図６，図９Ａおよび図９Ｂに示されている（つまり、水平部２０の各々の両端部２６ａ，２６ｂに形成されている）。従って図に示すように、ガセット５０ａ，５０ｂは、水平部２０の末端部と一対の垂直延出脚２２ａ，２２ｂの基端部との間にそれぞれ延出する。平坦水平部２０，一対の垂直延出脚２２ａ，２２ｂ，垂直に延出した隔離掛止部３０，およびクリップ１８のガセット５０ａ，５０ｂは、単一の材料、好ましくは板金で、上述のように一体的に形成される。各ガセット５０ａ，５０ｂは、ここでは、図９に示すガセット５０ａのように、０．０１インチの半径を有し、互いに９０度の角度を有する側壁に達する溝５２を備えるように形成される。ここでは、頂点５６における溝５２の深さは、０．０６インチである。

脚２２ａ，２２ｂの末端は、それぞれロッキング・タブ６０ａ，６０ｂを備える。ロッキング・タブ６０ａ，６０ｂは、プリント回路基板１６に形成された穴４０を通過する形状を有し、ヒートシンク１２にクリップ１８をロックする表面形態を有し、脚２２ａ，２２ｂの末端部がプリント回路基板１６に掛止し、それによって電子部品１４に対してヒートシンク１２を押圧するように形成される。ここでは、ロッキング・タブ６０の各々は、脚２２ａ，２２ｂ間のクリップ１８の領域に向かって内方へ突出する水平肩部６２を有する。肩部６２は、その一端において、脚２２ａ，２２ｂの末端領域に形成された折り返し部６６から形成されるが、これは、ロッキング・タブ６０ａ用の図８Ａと図８Ｂにより明瞭に示されている。肩部６２は、その他方の端が図示するように、傾斜部６８に達している。ここでは、傾斜部６８は、図示するように、垂直軸に対して２７度である。ここでは、水平肩部６２の長さは、０．９８インチである。図示するように、ここでは、ロッキング・タブ６０ａ，６０ｂの外幅は０．１１５インチであり、脚２２ａ，２２ｂの中央垂直軸に対して中央に設けられている。図８Ａを参照すると、傾斜部は穴４０の壁に掛止し、脚２２ａを軽く内側に追い立てて肩部６２を穴４０内を通過させる。穴４０を通り越すと、肩部６２は外側へすばやく動き、肩部６２を上面が、図８Ｂに示すように、プリント回路基板１６の裏面部に掛止する。

図１０Ａ〜図１０Ｄを参照して、ガセット５０ａ，５０ｂの１例を形成する方法を説明する。ロッキング・タブ６０ａ，６０ｂが、従来の進歩的な打抜き金型装置を用いた従来のいずれかの方法で形成された後、クリップ１８は、図１０Ａに示すように、静止金型９０上に置かれる。ダイヤモンド形挿入物９３（図１０Ｅ）を有する型押し器９２が矢印９４の方向に下向きに押圧され、図１０Ｂに示すように水平部２０と脚２２ａとの間に９０度の曲げを形成し、そして、１つのくぼみ、つまりガセット５０ａ（図１０Ｄ）を形成する。

図１１と図１２を参照すると、掛止部３０’を有した異なるクリップ１８’が示されている。ここでは、掛止部３０’は、図示するように、垂直延出脚２２ａ，２２ｂの中央に、水平部２０のエッジから水平に延出する一対のタブ４２' ａ，４２' ｂを備える。タブ４２' ａ，４２' ｂ，水平部２０、および脚２２ａ，２２ｂは、クリップ１８に関連して上述したように、すべて単一の材料で形成される。タブ４２' ａ，４２' ｂは、図１２に示すように、ヒートシンク１２’の冷却フィン４９’に形成されたスロット４２' ａ，４２' ｂの中へ挿入されるようになっている。
他の実施態様は、添付の請求の範囲の精神と範囲の内に存在する。

この発明のヒートシンクアセンブリィの等大の略図である。 図１の線２−２に沿って切りとられた断面図のような、図１のヒートシンクアセンブリィの正面からの断面図である。 図１，２のヒートシンクアセンブリィで用いられるクリップの上面図である。 図３のクリップの正面図である。 図３の線５−５に沿って見た、図３と図４のクリップの正面図である。 図３の線６−６に沿って見た、図３と図４のクリップの正面図である。 図２の線７−７に沿って見た断面図であって、図３のクリップの一部の断面図である。 図８Ａと図８Ｂは、図３から図６のクリップの一対の固定タブの１つの断面図である。 図８Ａは、プリント回路基板上に形成される穴と結合されるタブを示している。 図８Ｂは、プリント回路基板にヒートシンクアセンブリィを固定するための穴を通して通過した後のタブを示している。 図９Ａは、図９Ｂの線９Ａ−９Ａに沿って見た断面図であって、図３から図６のクリップに用いられる一対の「ガセット（gussets ）」の１つの断面図である。 図９Ｂは、図５の領域９Ｂ−９Ｂの拡大図である。 図１０Ａから１０Ｅは、ガセットを形成するのに用いられる方法を理解するのに役立つ。図１０Ｃは、図１０Ｄの線１０Ｃ−１０Ｃに沿った断面図であって、クリップに用いられる一対のガセットの１つの断面図である。図１０Ｅは、図１０Ｂの線１０Ｅ−１０Ｅに沿った断面図であって、ガセットのおのおのを形成するための穴あけ具に用いられるダイヤモンド形状の挿入物の断面図である。 この発明の別の実施例におけるヒートシンクアセンブリィで使用されたクリップの一部の等大の略図である。 ヒートシンクの一部を結合している図１１のクリップの一部の断面図である。

Claims (8)

1. プリント回路基板の一領域に搭載するようにした電子部品に使用するヒートシンクアセンブリィであって、
   ヒートシンクと、クリップとを備え、
   クリップが、
   平坦な水平部と、
   水平部の両端に形成される折り返しに沿って設けられた一対のほぼ垂直に延びる脚と、
   水平部のエッジの一部に沿って設けられ水平部の両端の間に位置する掛止部とからなり、
   プリント回路基板内でプリント回路基板の電子部品搭載領域の両側に形成された穴を介してクリップの脚がプリント回路基板に掛止するとき、掛止部はヒートシンクに掛止して、プリント回路基板に搭載された電子部品に対してヒートシンクを押圧するようにしてなり、
   ヒートシンクがスロットを有し、掛止部が、水平部から水平に延びてスロットに挿入されるようにしたタブを備えるヒートシンクアセンブリィ。
2. 掛止部が足を備えてなる請求項１記載のヒートシンクアセンブリィ。
3. 平坦な水平部と、水平部の両端に形成される折り返しに沿って設けられた一対のほぼ垂直に延びる脚と、
   水平部のエッジの一部に沿って設けられ水平部の両端の間に位置する掛止部とを備え、その掛止部がヒートシンクに掛止するようにしてなり、
   掛止部は水平部から水平に延出するタブを備えてなるクリップ。
4. 掛止部が足を備える請求項３記載のクリップ。
5. 平坦な水平部と、
   水平部の両端に形成される折り返しに沿って設けられた一対のほぼ垂直に延びる脚と、
   水平部のエッジの一部に沿って設けられ水平部の両端の間に位置する掛止部とを備え、その掛止部がヒートシンクに押圧力を与えるようにしてなり、
   掛止部は水平部から水平に延出するタブを備えてなるクリップ。
6. 掛止部が、掛止部のエッジに沿って設けられた足を備える請求項５記載のクリップ。
7. 一対のほぼ垂直に延びる脚と、脚の間に設けられ電子部品に押圧力を与えるようにした中央部とを備え、
   脚は中央部の両端に形成された折り返しに沿って設けられ、
   中央部のエッジの一部に沿って設けられ中央部の両端の間に位置する掛止部を設け、
   掛止部はヒートシンクに掛止するようになっており、掛止部は中央部から延出する棚を備えてなる、ヒートシンクに用いるようにしたクリップ。
8. 棚がヒートシンクに掛止する形態を有する請求項７記載のクリップ。
   

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