JP2006294952A - 電子部品のヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】従来、ＬＳＩ等のヒートシンクは、アルミニウムの押し出し加工で形成された放熱板と、カシメ等の機械加工で固定された押え板バネから構成され、非常に高価であった。
ヒートシンクをプリント基板に半田付けされたＬＳＩに固定する場合、押さえ板バネの片側を固定すると、他端の取り付け部がプリント基板のヒートシンク取り付け孔から浮き上がってしまい、取り付けの作業性が極めて悪かった。その結果、ＬＳＩに対して放熱板が位置ズレを生じてしまい、放熱効果が悪化する場合があった。
【解決手段】本発明は、ヒートシンクの放熱板と押さえ板バネとを、着脱可能に契合することで、放熱板と押さえ板バネとが容易に分解できるので、放熱板をアルミニウム押し出し材のみならず、アルミニウム板材、鉄板、銅板など、ＬＳＩの発熱温度に適した熱伝導率の材質の放熱板が選択できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、ＬＳＩ等、電子部品の発生する熱を放熱するための、ヒートシンクに関するものである。

ヒートシンクとは、ＬＳＩや電子部品など、自身の発熱のために誤動作する可能性のある部品の冷却に使用され、金属などで形成した放熱板と呼ばれる熱伝導率の高い部材を、ＬＳＩなどに密着させて、ＬＳＩや電子部品の熱を逃がす役割を果たす。

ヒートシンクは、一般的には、ＬＳＩ上に固定することで、ＬＳＩ内部で発生した熱を放熱板からフィン（ひれ）に伝へ、空気中へ拡散させるもの（空冷）を言い、放熱板に多数のフィンを付け、表面積を大きくした金属ブロックで作成したものや、アルミニウム押し出し材を用いて、放熱板とフィンを一体化したものや、プレス加工で放熱板とフィンを一体化したものなどが見られる。

ＬＳＩのパッケージの中に放熱板をインサート成形した、ヒートシンク内臓方式のＬＳＩも見受けられる。フィンの近傍を流れる空気を電動の空冷ファンで強制的に対流させ、より放熱能力を高める方法も行われる。また、ヒートシンクをＬＳＩに固定する場合、ヒートシンクの放熱板とＬＳＩパッケージの取り付け傾きや、部材表面の凹凸による隙間により熱伝導性能が悪化しないように、放熱板とＬＳＩの間に熱伝導フィラー入りのシリコンゴムなどの材質で形成される放熱シートを挟み、放熱板とＬＳＩとを密着させ、ＬＳＩの発熱をヒートシンク側へ、より効率的に伝える方法を取る場合が多い。放熱シートの変わりに、放熱グリスを塗布する場合もある。

昨今、ＬＳＩの高密度、高集積化が進み、ＬＳＩから発生する熱も高温化している。そのためヒートシンクの性能は、より放熱効果の高いものが要求されている。放熱効果を高めるためには、放熱板のサイズを大きしフィンの数を増やす方法が考えられるが、それでは大きくなったヒートシンクのために、プリント基板の部品配置面積が狭められてしまい、ヒートシンクのコストも高くなるので採用し難いものである。そこで、放熱効果の高いヒートシンクを、放熱効果がなるべく損なわれないように、効率良くＬＳＩ上に固定する方法が、種々、考案され実施されている。

例えば、図１に示すように、放熱板とフィンがアルミニウム押し出し材で一体形成されたヒートシンクにおいて、ステンレスバネ材などで形成した押さえ板バネを、カシメなどの機械加工によりフィンを部分的に変形させ、押さえ板バネをヒートシンクに固着し、押さえ板バネの孔とプリント基板の孔にプラスチック製のリベットを挿入し、ヒートシンクを固定する方法がある。（例えば、特許文献１参照。）。

図２の方法は、押さえ板バネの先端に爪を設け、直接、押さえ板バネの爪をプリント基板の孔に挿入するもので、プラスチックリベットを使わずにヒートシンクを固定できる。

これら図１や図２の方法は、押さえ板バネと放熱板とをカシメ加工する工数が、コスト的に負担となる。また、図３に示すように、押さえ板バネの片側をプリント基板に装着、固定すると、ヒートシンクが傾き押さえ板バネの他端が持ち上がり、リベットとプリント基板の挿入孔がズレ（Ｂ寸法）るので、もう一方のリベットをプリント基板の取り付け孔に挿入する作業性が非常に悪くなる。

さらに、ＬＳＩ上には、すでに放熱シートが貼り付けられている場合が多いので、リベット挿入時、ヒートシンクの放熱板が放熱シートの粘着性で引っかかり、ＬＳＩと放熱板の位置がズレたままの状態で固定されることもあるので、本来の放熱性能が得られないという欠点があった。加えて、放熱板が傾いた状態から、無理にリベットを装着すると、ＬＳＩの半田付け部に斜めの荷重Ａが加わるので、半田不良が発生する要因もあった。リベットは１２、１３の２部品で構成され、押さえ板バネの孔とプリント基板の孔に貫通させ、リベット１２を押し付けると、リベット１３の先端が開いて、押さえ板バネをプリント基板に固定するものである。

また、図４の方法は、放熱板の底面、両サイドの溝に六角ナットとネジを用いて取り付け金具を固定し、その取り付け金具を介して、コイルバネを挿入したネジを、プリント基板に固定した支え金具にネジ締めし、ヒートシンクを固定するというものである。

図５の方法は、放熱板の取り付け孔にコイルバネとネジを装着し、プリント基板に固定した支え金具にネジ締めし、ヒートシンクを固定する方法である。

これら図４や図５の方法は、ＬＳＩとヒートシンクの放熱板との位置ズレもなく、ヒートシンクをプリント基板に固定するとき、ＬＳＩに過度の斜めの荷重も加わらず、ヒートシンクの取り付け金具とプリント基板の支え金具との位置決めも問題ないので、放熱効果も安定して得られ、半田不良の発生もないので、ヒートシンクの性能的には十分であった。

しかしながら、図４や図５の方式は、図１や図２の方法に比べ、部品点数が多く、組み立て工数も余分にかかるので、コスト的に高価であり、量産には不向きであった。

さらに、図６の方法は、ワイヤークリップを用い、プリント基板の取り付け孔に、ワイヤークリップの先端を契合させ、ヒートシンクを固定する方法である。しかし、図６の方法は、ワイヤークリップの形成に非常に手間が掛かりコストアップになる点と、ワイヤークリップの寸法バラツキが大きく、図１や図２の方法に比べ、所定のバネ力を得ることが困難で、ヒートシンクをＬＳＩに固定する上で安定性に欠けるという欠点があり、量産性に難点があった。 その他、熱伝導性の両面テープや、熱伝導性の接着剤を用いて、ヒートシンクの放熱板とＬＳＩとを接着固定する方法がある。しかしながら、熱伝導性の両面テープで接着する方法は、接着力の確保のため、所定の接着加圧をする必要があり、その作業が手間であるし、加圧し過ぎるとＬＳＩの半田付け部に悪影響を与え、故障の原因となる場合もある。また、熱伝導性の接着剤で接着する方法は、接着剤の塗布量管理、硬化時間管理など、管理項目が増え、工数が多くかかり採用し難いものである。

電動の空冷ファンを取り付ける方法は、それなりに放熱効果は望めるが、空冷ファンの部品コスト、取り付け工数が余分にかかり、やはりコストが高くなる。放熱板内蔵のＬＳＩは、ヒートシンクを取り付ける手間は省けるが、ＬＳＩパッケージのサイズが大きくなることが多く、プリント基板設計の部品配置に影響を及ぼし、ＬＳＩ自身のコストも高くなり、ヒートシンクを取り付ける程の放熱効果も見られない。
特開２００２−３５９３３０号公報

解決しようとする問題点は、プリント基板に半田付けされたＬＳＩに、押さえ板バネを介してヒートシンクを固定する方法における、ヒートシンクの傾きによる組み立てにくさ、ヒートシンクの放熱板とＬＳＩの位置ズレによる熱伝導性能の悪化、ＬＳＩの半田付け部に斜めの力が加えられて発生する半田不良、ヒートシンクの大きさが変わった場合、取り付け孔位置が変わりプリント基板の部品配置設計などに影響を及ぼすこと、押さえ板バネと放熱板をカシメなど機械加工で準備組み立てすることでのコストアップの点である。

本発明は、ヒートシンクの放熱板と、ヒートシンク取り付け用の押さえ板バネとを着脱可能に構成し、押さえ板バネを放熱板に対し位置決め仮固定したことを、最も主要な特徴とする。

本発明のヒートシンクは、ＬＳＩに対して位置ズレが生じず容易に組み立て可能であるため、放熱効果の悪化やＬＳＩの半田不良の発生がなく、部品コストの安価なヒートシンクを提供するものである。

また、熱伝導率の異なる様々な種類の放熱板を選択することが可能で、かつ、ヒートシンクの放熱板のサイズが変わっても押さえ板バネが共用できるので、ヒートシンク取り付け孔を変更する必要がなく、プリント基板の部品配置設計などが影響されないという利点がある。

本発明は、ヒートシンクの放熱板を板金プレス部品などで形成し、放熱板と押さえ板バネを、カシメなど機械加工によらず、着脱可能に構成し、かつ、放熱板に位置決め契合するので、ヒートシンクをプリント基板に取り付ける際の位置ズレが防止でき、ＬＳＩの仕様変更に伴う放熱板の熱伝導率の変更に対しても、放熱板の大きさを変えずに様々な熱伝導率の材質のものが選択可能で、押さえ板バネの大きさを変更しなくても対応できるので、プリント基板の部品配置設計などに影響を及ぼすことがない。

（実施の形態１）
図７は、本発明のヒートシンクを搭載した一実施例を示す、ＤＶＤレコーダーの透視図である。このＤＶＤレコーダーは、フロントパネルユニット３１とシャーシユニット３３、リアパネル３４、ドライブメカニズム３２などで構成され、ＤＶＤレコーダーのプリント基板１４に、リベット（コ）１２とリベット（サ）１３で、押さえ板バネ（ナ）３６と放熱板（チ）２８で構成されたヒートシンクが固定されている。

図８はプリント基板１４に固定された、本発明のヒートシンクの拡大図である。放熱板（チ）２８の方熱効果を高めるために、放熱板（ツ）２９にフィン（テ）３０をプレス加工で一体形成し、放熱板の表面積を増やしたものを採用することも可能である。

以下、本発明によるヒートシンクの一実施例について図９と図１０にて詳細に説明する。まず図９において、放熱板（チ）２８にはフック３７、切り起し３８、軸３９が一体形成されている。両端にリベット（サ）１３を挿入する孔（ト）３５を設けた押さえ板バネ（ナ）３６を、切り起し３８を避けた位置から軸３９に挿入し、矢印Ｇの方向に回転させながら、矢印Ｆ方向に押し付けてフック３７に両端を挿入する。押さえ板バネ（ナ）３６は、放熱板（チ）２８に対して、ＣからＤに位置決めされ、リベット挿入する孔（ト）３５がプリント基板１４に固定されるＥの近傍で位置決め固定されるので、ヒートシンクを取り付ける際、押さえ板バネ（ナ）３６の片側をプリント基板１４に固定しても、取り付け板バネ（ナ）３６の他端は、プリント基板１４から殆ど持ち上がることがない。

図１０に示すように、取り付け板バネ（ナ）３６の持ち上がる寸法の高さＨにおいて、押さえ板バネ（ナ）３６の片側をリベットでプリント基板１４に固定しても、他端のリベット（サ）１３を挿入する孔３５（ト）とプリント基板１４の孔（ニ）４０は、殆どずれることがないので、リベット（サ）１３を挿入する作業性が良く、放熱板（チ）２８とＬＳＩ１８の位置ズレも発生せず、ＬＳＩ１８には斜めの負荷が加わらないので、半田付け部に斜め方向のストレスがない取り付け作業が可能となり、半田不良が発生することがない。

さらに、本発明によれば、放熱効果の良い放熱板（ツ）２９に交換することも可能であり、その時、押さえ板バネ（ナ）３６が共用できるので、プリント基板１４の孔（ニ）４０の位置を変える必要が無く、プリント基板１４の部品配置設計などに影響を及ぼすことが無い。

また、図１１は、リベット（コ）１２、リベット（サ）１３を使わずに、押さえ板バネ（ノ）４３に設けた爪（ネ）４２でプリント基板１４に固定する方法であるが、図９と同様に、押さえ板バネ（ノ）４３は、放熱板（チ）２８に対して、矢印Ｊの方向に押し付けながら矢印Ｉの方向に回転させて位置決め固定する。この図１１の方法においても、放熱効果を改善するために種々の材質で作成した放熱板を、簡単に取り替えることが可能である。

なお、押さえ板バネ（ナ）３６などは、バネとしているが、例えば、ゴムなどの弾性部材で構成しても良い。

本発明にかかるヒートシンクは、放熱板と押さえ板バネが分解でき、放熱板の材質、形状などの異なる放熱板に交換できるので、ＬＳＩのヒートシンクのみならず、例えばトランス、トランジスターなど、種々の発熱部品のヒートシンクとして有効である。

従来の一実施例の斜視図、側面図 別の、従来の一実施例の斜視図、側面図 従来の一実施例、図１の組み立て方法を示す斜視図、側面図、斜視拡大図 別の、従来の一実施例の斜視図、側面図 別の、従来の一実施例の斜視図 別の、従来の一実施例の斜視図 本発明の一実施例を搭載した、ＤＶＤレコーダーの斜視図 本発明の一実施例を示す斜視図、側面図、表面積を増やした放熱板の斜視図 本発明の一実施例を示す斜視図、側面図、平面図 本発明の一実施例を示す斜視図、側面図 本発明の別の一実施例を示す分解斜視図、斜視図、側面図

符号の説明

１ 放熱板（ア）
２ 放熱板（イ）
３ 放熱板（ウ）
４ フィン（エ）
５ フィン（オ）
６ フィン（カ）
７ カシメ部
８ 押さえ板バネ（キ）
９ 押さえ板バネ（ク）
１０ 爪（ケ）
１１ ワイヤークリップ
１２ リベット（コ）
１３ リベット（サ）
１４ プリント基板
１５ 孔（シ）
１６ 孔（ス）
１７ 放熱シート
１８ ＬＳＩ
１９ 六角ナット
２０ ネジ（セ）
２１ 支え金具
２２ 支え金具の爪
２３ コイルバネ
２４ 溝
２５ ネジ（ソ）
２６ 取り付け金具
２７ 放熱板（タ）
２８ 放熱板（チ）
２９ 放熱板（ツ）
３０ フィン（テ）
３１ フロントパネルユニット
３２ ドライブメカニズム
３３ シャーシユニット
３４ リアパネル
３５ 孔（ト）
３６ 押さえ板バネ（ナ）
３７ フック
３８ 切り起し
３９ 軸
４０ 孔（ニ）
４１ 孔（ヌ）
４２ 爪（ネ）
４３ 押さえ板バネ（ノ）

Claims (1)

1. 放熱板と前記放熱板から着脱可能な弾性部材を備え、前記弾性部材が前記放熱板のフックと契合することによって、前記弾性部材の両端は、前記放熱板が取り付けられる基板の垂直位置の近傍で位置決め保持されることを特徴とする電子部品のヒートシンク。

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