JP2005038878A

JP2005038878A - 放熱装置

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Publication number: JP2005038878A
Application number: JP2003197017A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tanabe; 博之田邊
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-15
Also published as: JP4193618B2

Abstract

【課題】フラットパッケージへの取り付け・取り外しが容易で、取り付け後もフラットパッケージのリードの状態確認や不具合の修正を容易に行うことができるフラットパッケージ用放熱装置を提供する。
【解決手段】複数の放熱フィンを備え、放熱部１１の側辺近傍からＬ型の固定ピン１２，１３を延出させた形状の放熱装置（ヒートシンク）における放熱部１１の当接面２１に熱伝導性両面テープ１４をほぼ全面に貼り付けておく。また、フラットパッケージ２のプリント配線基板３における実装位置近傍に固定ピン１２，１３を挿入するためにランドを備えたスルーホール４，５を形成しておく。そして、固定ピン１２，１３をスルーホール４，５に挿入してから、フラットパッケージ２の上面４１とほぼ同じサイズの当接面２１を、ずれないように上面４１に両面テープ１４で貼り付け、放熱装置を半田付けしてプリント配線基板に固定する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フラットパッケージ型の半導体集積回路から発生する熱を吸収・発散させる放熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラットパッケージ型の半導体集積回路（以下、フラットパッケージと称する。）は、近年、高速化・高機能化及び高集積化が進んでおり、それに伴って回路動作時の発熱量も増加の傾向にある。半導体集積回路は高温になると各素子の動作が不安定になるため、回路を安定動作させるためには回路の冷却が不可欠である。従来、フラットパッケージを冷却するための安価な方法としては、ヒートシンクを用いてフラットパッケージから発生する熱を吸収・発散させる方法が一般的であった。また、フラットパッケージにヒートシンクを取り付ける方法としては、熱伝導性の両面テープや接着剤を用いる方法が一般的であった。
【０００３】
しかし、ヒートシンクをフラットパッケージに取り付けるために両面テープを使用した場合、フラットパッケージから発生する熱により両面テープが加熱されると、両面テープの粘着材が柔らかくなり、両面テープがはがれやすくなる。そのため、ヒートシンクが振動などによりフラットパッケージから脱落することがあった。また、ヒートシンクをフラットパッケージに取り付けるために接着剤を使用した場合、接着剤の乾燥に時間が必要なため、作業効率が悪いという問題があった。また、ヒートシンクの接着後にフラットパッケージの交換が必要になった場合、フラットパッケージをヒートシンクから容易に取り外しできないために、フラットパッケージの取り外しにくいという問題があった。
【０００４】
そこで、従来、ＩＣ、ＬＳＩなどの電子部品に対してヒートシンクを、コイルバネとこれと組み合わせたネジを利用して圧接固定するヒートシンクの取り付け機構が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、放熱板が、プリント配線基板上に設けたバネ部材によりＱＦＰＩＣ上に押圧固定された構成の半導体集積回路が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２４３４３９号公報（第３頁、第１−２図）
【特許文献２】
特開２０００−１８３２５６号公報（第２−３頁、第１−８図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載されたヒートシンクの取り付け機構や、特許文献２に記載された半導体集積回路を用いることで、ヒートシンク（放熱板）の取り外しが容易となるので、プリント配線基板に実装したフラットパッケージも容易に取り外しできるようになる。しかしながら、上記のヒートシンクの取り付け機構や半導体集積回路を採用してヒートシンクをフラットパッケージに取り付けるためには、コイルバネと組み合わせたネジをプリント配線基板上に取り付けるための複数のネジ穴や、バネ部材を取り付けるためにコの字型の金属製ピンをプリント配線基板上に設ける必要があり、所定のスペースが必要である。そのため、部品の実装密度が高いプリント配線基板の場合、これらを設けるスペースの確保が困難なために、これらの方法でヒートシンクを取り付けられない場合があるという問題があった。また、特許文献１に記載されたヒートシンクの取り付け機構の場合、ヒートシンクがフラットパッケージのリードを覆ってしまうため、半田ブリッジやリードの浮きなどによって不具合が発生した場合、ヒートシンクからネジを取り外してこれらを修正し、再度ヒートシンクをネジで取り付けなければならず、作業が手間であった。
【０００８】
そこで、この発明は、上記の問題を解決するために、フラットパッケージへの取り付け・取り外しが容易で、取り付け後もフラットパッケージのリードの状態確認や不具合の修正を容易に行うことができるフラットパッケージ用放熱装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。
【００１０】
（１）プリント配線基板に実装されたフラットパッケージ上に載置される放熱装置であって、
上面に複数のフィンが立設された放熱板と、
放熱板に一端が固着され、放熱板の側方に延出したのち放熱板の下面側に屈曲した金属棒である固定ピンと、
を有する。
【００１１】
この構成においては、半導体集積回路を内蔵するフラットパッケージのプリント配線基板上の実装位置近傍に、固定ピン用のスルーホールとランドを形成しておくことで、フラットパッケージ用の放熱装置から延出する固定ピンをスルーホールに挿入後に半田付けして、放熱装置をプリント配線基板に固定することができる。また、放熱装置の固定ピンは、プリント配線基板に挿入された他のディスクリート部品やプリント配線基板のパターン面に接着剤で取り付けられたチップ部品などとともにフロー半田付け装置によって半田付けを行うことができ、この放熱装置を採用したプリント配線基板の組み立て工程を簡略化することができる。さらに、放熱装置をプリント配線基板上に固定するためには、プリント配線基板に固定ピンを挿入するスルーホールとランドを設けるだけで良く、放熱装置の固定のためのスペースがほとんど必要ない。
【００１２】
（２）前記放熱板の下面に熱伝導性の粘着材が貼り付けまたは塗布されている。
【００１３】
この構成においては、放熱装置のフラットパッケージとの当接面に、熱伝導性を有する両面テープが接着されているので、フラットパッケージ上に放熱装置を仮固定することができ、放熱装置を取り付けてから固定ピンに半田付けするまでの間に、放熱装置が脱落するのを防止することが可能となる。また、この粘着材は熱伝導性を有し、フラットパッケージと放熱部とを密着させることができるので、フラットパッケージから発生した熱の放熱効率を高めることができる。
【００１４】
（３）前記放熱部は、前記フラットパッケージとの当接面が、このフラットパッケージとほぼ同じサイズである。
【００１５】
この構成においては、放熱装置をフラットパッケージの上面に取り付けた際に、放熱装置はフラットパッケージ全体を覆わないので、フラットパッケージの周囲は露出した状態になる。したがって、フラットパッケージがＳＯＰやＱＦＰのようにリードを有している場合、放熱装置を取り付けた後でもリードの状態確認や半田ブリッジの確認・修正などを行うことができる。
【００１６】
（４）前記フラットパッケージがリードを有する場合、
前記固定ピンは、前記フラットパッケージのリードの前記当接面に平行な方向の長さよりも長く、前記当接面に平行な方向に前記放熱部から延出している。
【００１７】
この構成においては、固定ピンは当接面に平行な方向においてフラットパッケージのリードよりも延出しているので、放熱装置の固定ピンとフラットパッケージのリードとが接触してショートすることがない。また、当接面から所定の距離をおいて放熱部の側面から固定ピンが延出する構成にすることで、放熱装置を取り付け後に、固定ピンの下部に位置するリードの状態確認や半田ブリッジの修正などを容易に行うことができる。
【００１８】
（５）前記固定ピンは、前記放熱部の側辺近傍から延出している。
【００１９】
この構成においては、ＳＯＰやＱＦＰなどのようなリードを有するフラットパッケージの場合、放熱装置を取り付けても固定ピンが放熱部の端部近傍から延出しているので、固定ピンがリードの上にさしかかることがなく、リードの状態を容易に確認することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係るフラットパッケージ用放熱装置の概略構成を示した３面図である。図２は、本発明の実施形態に係るフラットパッケージ用放熱装置の概略構成を示した斜視図である。フラットパッケージ用放熱装置であるヒートシンク１は、放熱板である放熱部１１、固定ピン１２、固定ピン１３、両面テープ１４を備えている。放熱部１１は、アルミニウムや銅など熱伝導率の高い金属製で、フラットパッケージ２に密着する台板上に複数の放熱フィンが立設された構造である。すなわち、放熱部１１のフラットパッケージ２と当接させる当接面２１は正方形または長方形で凹凸のない平面であり、フラットパッケージ２の上面４１とほぼ同じサイズである。また、この当接面２１の裏面から所定の長さの板状である放熱フィン２２〜２９が当接面２１に対して垂直方向にほぼ等間隔で延出している。なお、放熱部１における放熱フィンの枚数は、フラットパッケージ２の発熱量に応じて変更すると良い。また、放熱フィンの形状は、柱状や他の形状であっても良い。
【００２１】
放熱フィン２２と放熱フィン２３との間の底部には、放熱部１１の側面３２から固定ピン１２を差し込んでカシメ固定するための溝３０が、放熱フィン２２と平行に、かつ放熱部１１の当接面２１とほぼ平行な方向に形成されている。また、放熱フィン２８と放熱フィン２９との間には、放熱部１１の側面３３から固定ピン１３を差し込んでカシメ固定するための溝３１が、放熱フィン２９と平行に、かつ放熱部１１の当接面２１とほぼ平行な方向に形成されている。
【００２２】
固定ピン１２は、放熱部１１に一端が固着され、放熱部の側面３２から側方に延出したのち放熱板の下面側に屈曲したＬ型形状の金属製ピンである。また、固定ピン１２は、放熱部１１に差し込んでカシメ固定した状態では、放熱部１１の側辺近傍である放熱フィン２２と放熱フィン２３との間に設けられた溝３０の端部から所定の長さ（例えば、約５ミリ）だけ当接面２１と平行な方向に延出し、当接面２１の方向に直角に曲がっている。
【００２３】
固定ピン１３は、固定ピン１２と同様、放熱部１１に一端が固着され、放熱部の側面３２から側方に延出したのち放熱板の下面側に屈曲したＬ型形状の金属製ピンである。また、固定ピン１３は、放熱部１１に差し込んでカシメ固定した状態では、放熱部１１の別の側辺近傍である放熱フィン２８と放熱フィン２９との間に設けられた溝３１の端部から所定の長さ（例えば、約５ミリ）だけ当接面２１と平行な方向に延出し、当接面２１の方向に直角に曲がっている。
【００２４】
なお、固定ピン１２，１３はＬ型形状に限るものではなく、後述するスルーホール４，５に対して垂直に挿入できる形状であれば、例えばＣ型（円弧）形状やくの字形状であっても良い。また、固定ピン１２，１３は、半田の濡性を向上させるために、少なくとも先端部付近に半田メッキまたはクロムメッキなどを施すと良い。
【００２５】
また、放熱フィン２２〜２９の長さは、ヒートシンク１を取り付けるフラットパッケージ２の発熱量や、プリント配線基板３を取り付ける装置内に取り付けられた他の部品との位置関係に応じて調整すると良い。
【００２６】
熱伝導性の両面テープ１４は、放熱部１１の当接面２１のほぼ全面に貼り付けられている。この両面テープ１４は、放熱部１１の当接面２１とフラットパッケージ２の上面４１とを密着させることができる。また、フラットパッケージ２にヒートシンク１を貼り付け後も所定の力を加えることで、フラットパッケージ２がプリント配線基板３からはがれることなく、フラットパッケージ２からヒートシンク１を取り外すことができる。
【００２７】
なお、この両面テープ１４に代えて、フラットパッケージ２に対していつでも放熱部１１を着脱することができ、熱伝導性を有した接着剤を放熱部１１の当接面２１に塗布しておいても良い。また、プリント配線基板に実装したフラットパッケージ２の上面に両面テープ１４を貼り付けてから、ヒートシンク１を取り付けるようにしても良い。
【００２８】
ヒートシンク１は上記のように簡単な構造であるため、安価に製造することができる。また、設計変更も容易であり、後述する固定ピンの位置変更やピン数の増加も容易に行うことができる。
【００２９】
図３は、本発明の実施形態に係るフラットパッケージ用放熱装置をフラットパッケージに取り付けた状態を示した３面図である。図４は、本発明の実施形態に係るフラットパッケージ用放熱装置をフラットパッケージに取り付けた状態を示した斜視図である。
【００３０】
固定ピン１２及び固定ピン１３が放熱部１１から当接面２１と平行な方向に延出する長さＡは、放熱部１１を取り付けるフラットパッケージ２のリード４１における当接面２１と平行な方向の長さＢよりも長くしておく。例えば、フラットパッケージ２のリード４２の当接面２１と平行な方向の長さＢが３ミリの場合、固定ピン１２，１３の当接面２１と平行な方向の長さＡを５ミリ程度にすると良い。これにより、固定ピン１２，１３とリード４２とが接触することがない。
【００３１】
また、ヒートシンク１をフラットパッケージ２に取り付けられるようにするために、プリント配線基板３の設計時に、フラットパッケージ２の実装位置近傍の所定位置に予め固定ピン１２及び固定ピン１３を挿入して半田付けするためにランドを備えたスルーホール４，５を設けておく。
【００３２】
プリント配線基板３の組み立て時には、フラットパッケージ２を実装後にリフローを行いフラットパッケージ２をプリント配線基板３上に固定してからヒートシンク１を取り付ける。すなわち、ヒートシンク１の固定ピン１２をスルーホール４へ挿入し、また固定ピン１３をスルーホール５へ挿入して、放熱部１１の当接面２１とフラットパッケージ２の上面４１とをほぼ一致させて、放熱部１１をフラットパッケージ２に貼り付ける。続いて、プリント配線基板３に挿入された他のディスクリート部品や、プリント配線基板のパターン面に接着剤で取り付けられたチップ部品などとともに、フロー半田付け装置によってフロー半田付けを行って固定ピン１２，１３の半田付けが完了すると、固定ピン１２，１３のプリント配線基板３から延出している部分を所定の長さ（例えば２〜３ミリ）だけ残して切断する。なお、固定ピン１２，１３は、フラットパッケージ２の上面４１にヒートシンク１を取り付けたときに、スルーホール４，５から２ミリ以上突出するように予め長さを調整しておくと良い。
【００３３】
このように、プリント配線基板３の組み立て時には、ヒートシンク１を両面テープ１４でフラットパッケージ２の上面４１に貼り付けるので、ヒートシンク１をフラットパッケージ２に取り付けてからフロー半田付けを行うまでの間に、ヒートシンク１がはずれてしまうことがない。また、フロー半田付け後には、固定ピン１２，１３が半田によって固定されるので、振動などによりヒートシンク１がはずれることがない。
【００３４】
また、前記のように、ヒートシンク１の当接面２１とフラットパッケージ２の上面４１とはほぼ同じサイズであり、また、固定ピン１２，１３は放熱部１１の側辺近傍である溝３０と溝３１とに挿入されているので、図３に示すように、フラットパッケージ２のリード４２を容易に確認することができる。したがって、プリント配線基板３の組み立て完了後に、フラットパッケージ２や他部品のリードの状態を確認できるので、製造工程や検査工程を簡略化することができ、また、検査後に半田ブリッジやリードの浮きの修正などを容易に行うことができる。
【００３５】
さらに、プリント配線基板３の検査の結果、フラットパッケージ２を交換しなければならなくなった場合、半田吸い取り器などでヒートシンク１の固定ピン１２，１３の半田を取り除いてから、ヒートシンク１に対して所定の力を加えることで容易にヒートシンク１を取り外すことができる。したがって、フラットパッケージ２の取り外しも容易に行うことができる。
【００３６】
加えて、前記のように、ヒートシンク１の固定ピン１２，１３をプリント配線基板３に固定するためには、プリント配線基板３にランドを備えたスルーホールを２カ所だけ設ければ良いので、ヒートシンク１の固定部材をプリント配線基板３上に設けるためのスペースがほとんど不要であり、部品実装密度の高い基板にも本発明を適用することができる。また、部品配置の関係で固定ピン１２，１３が邪魔になる場合には、固定ピン１２，１３を挿入する溝の位置を変更することも可能であり、例えば、冷却フィン２５と冷却フィン２６との間に溝３０を設けて、冷却フィン２５と冷却フィン２６との間から固定ピン１２を延出するようにすることもできる。この場合も、前記のように、固定ピン１２が放熱部１１から当接面２１と平行な方向に延出する長さを、放熱部１１を取り付けるフラットパッケージ２のリード４１における当接面２１と平行な方向の長さよりも長くなるように設定しておけば良い。これにより、固定ピン１２がリード４２と接触することがなく、また、プリント配線基板３の検査時には固定ピン１２の側方からリードの状態を確認することができ、半田修正時には、固定ピン１２の側方から半田ごての先を挿入することができる。
【００３７】
また、フラットパッケージ２のサイズが大きい場合には、ヒートシンク１をプリント配線基板３に対して確実に固定するために、ヒートシンク１の固定ピンを３本や４本に増加させても良い。この場合も、もちろんヒートシンク１の側辺近傍から各固定ピンが延出するように設計すると良い。
【００３８】
なお、ヒートシンク１の固定ピン１２，１３を挿入するスルーホール４，５を、プリント配線基板３のグランドパターンに接続しておく良い。これにより、フラットパッケージ２に内蔵された半導体集積回路から放射されるノイズをヒートシンク１によって抑制することができる。
【００３９】
次に、プリント配線基板３の動作時には、フラットパッケージ２から発生した熱は、熱伝導性両面テープ１４を介してヒートシンク１に吸収され、放熱フィン２２から２９から発散（放熱）される。前記のように、フラットパッケージ２の上面４１とヒートシンク１の当接面２１とは、熱伝導性両面テープ１４によって密着されるので、フラットパッケージ２から発生した熱をヒートシンク１に高効率で伝導させることができる。また、前記のように、熱伝導性両面テープ１４によってフラットパッケージ２の上面４１に固定され、固定ピン１２，１３とによってプリント配線基板３に固定されているので、ヒートシンク１が振動などによってフラットパッケージ２からはずれることがない。
【００４０】
なお、以上説明では、フラットパッケージがＱＦＰの場合を図示して説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、フラットパッケージがＳＯＰ、ＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＢＧＡ、ＣＳＰなどであっても本発明を適用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４２】
（１）フラットパッケージ用の放熱装置から延出する固定ピンをスルーホールに挿入後に半田付けして、放熱装置をプリント配線基板に固定することができる。また、放熱装置の固定ピンは、プリント配線基板に挿入された他のディスクリート部品やプリント配線基板のパターン面に接着剤で取り付けられたチップ部品などとともにフロー半田付け装置によって半田付けを行うことができ、この放熱装置を採用したプリント配線基板の組み立て工程を簡略化することができる。さらに、放熱装置をプリント配線基板上に固定するためには、プリント配線基板に固定ピンを挿入するスルーホールとランドを設けるだけで良く、放熱装置の固定のためのスペースがほとんど必要ない。
【００４３】
（２）放熱装置のフラットパッケージとの当接面に、熱伝導性を有する両面テープが接着されているので、フラットパッケージ上に放熱装置を仮固定することができ、放熱装置を取り付けてから固定ピンに半田付けするまでの間に、放熱装置が脱落するのを防止することができる。また、この粘着材は熱伝導性を有し、フラットパッケージと放熱部とを密着させることができるので、フラットパッケージから発生した熱の放熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るフラットパッケージ用放熱装置の概略構成を示した３面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るフラットパッケージ用放熱装置の概略構成を示した斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るフラットパッケージ用放熱装置をフラットパッケージに取り付けた状態を示した３面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るフラットパッケージ用放熱装置をフラットパッケージに取り付けた状態を示した斜視図である。
【符号の説明】
１−ヒートシンク、２−フラットパッケージ、３−プリント配線基板、
４，５−スルーホール、
１１−放熱部、１２−固定ピン、１３−固定ピン、１４−両面テープ
２１−（ヒートシンク１の）当接面、２２〜２９−放熱フィン、
４１−（フラットパッケージ２の）上面、４２−リード

Claims

プリント配線基板に実装されたフラットパッケージ上に載置される放熱装置であって、
上面に複数のフィンが立設された放熱板と、
放熱板に一端が固着され、放熱板の側方に延出したのち放熱板の下面側に屈曲した金属棒である固定ピンと、
を有する放熱装置。
前記放熱板の下面に熱伝導性の粘着材が貼り付けまたは塗布された請求項１に記載の放熱装置。