JP2007251045A - ヒートシンク及びヒートシンクの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】集積回路パッケージに対する効率のよい冷却を可能にする。
【解決手段】熱伝導性のよい金属材料により形成したベース部２に漏斗状の空気流通路３を水平方向に向けて設けた構造として、ベース部２を熱伝導性の接着剤１０により集積回路パッケージ８上に固定し、集積回路パッケージ８からの熱をベース部２に伝達させ、その熱を空気流通路３により加速される空気流により排出して空気中に放出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱する集積回路パッケージの冷却を行うヒートシンク、及びそのヒートシンクの取付構造に関する。

図１０は従来のこの種のヒートシンクとその取付構造を示す分解斜視図、図１１はその使用例を示す分解斜視図である。
３０はヒートシンクで、このヒートシンク３０は図１０に示したように、複数の放熱フィン３１を剣山状に設けたベース３２上に送風手段としてのファン組立体３３を取付け、このファン組立体３３におけるプロペラ３４の回転軌跡の外側に位置する円環状突起３５を有するカバー部材３６をネジ３７によりベース３２の上面に固定したものである。

このような構成を有するヒートシンク３０は、図１１に示したプリント配線板４５上に実装された集積回路パッケージ４６に取付ける場合、まず枠部３８とその四隅に設けた支柱部３９からなるガイド部材４０を集積回路パッケージ４６の周囲に配置して、プリント配線板４５の下面側から通したネジ４１を支柱部３９に締め付けることによりガイド部材４０をプリント配線板４５上に固定した後、ヒートシンク３０を集積回路パッケージ４６の上面に密着するようにガイド部材４０の内周に着座させ、ヒートシンク３０の上面を露出させるための開口部４２を有する押さえカバー４３をネジ４４でガイド部材４０の支柱部３９の上面に固定することにより、この押さえカバー４３でヒートシンク３０を押さえつけて固定している。

このように集積回路パッケージ４６上に取付けたヒートシンク３０は、集積回路パッケージ４６の熱を放熱フィン３１に伝達させ、ファン組立体３３を回転させることでそのプロペラ３４により放熱フィン３１に空気流を送って強制冷却を行うものとなっている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０７−１３０９２４号公報（段落「００１８」〜段落「００２９」、図１、図２）

しかしながら、上述した従来の技術においては、剣山状に設けた複数の放熱フィンにファン組立体により空気流を送って冷却するため、放熱フィン間で空気流の渦が生じ、その渦により空気の流れが停滞して放熱効果が低下するという問題がある。
また、ヒートシンクをプリント配線板上に取付けるには、ガイド部材や押さえカバーが必要であるため、部品点数が多くなって高価なものとなり、しかもこれらをネジ止めしなければならないため、取付工数がかかるとともに組立性が悪いという問題もある。

更に、ガイド部材はその支柱部が集積回路パッケージの四隅でプリント配線板上に固定されるため、この支柱部が集積回路パッケージにおける周辺部品の配置の妨げになったり、配線の引き出しに大きな制約を与えるという問題もある。
本発明は、このような問題を解決することを課題とする。

そのため、本発明のヒートシンクは、発熱部を有する集積回路パッケージ上に固定するベース部に漏斗状の空気流通路を水平方向に向けて設けたことを特徴とする。
また、本発明のヒートシンクの取付構造は、発熱部を有する集積回路パッケージ上に固定するベース部に漏斗状の空気流通路を水平方向に向けて設けたヒートシンクを前記集積回路パッケージを搭載するプリント配線板上に取付けるものであって、前記ベースに２つの係合穴を設け、上部に前記係合穴と対応する２つのＵ字形の係合部を形成し、かつ各係合部の外側から下方に垂下する２本の脚部の下端に取付部を設けたバネ性を有する取付金具を形成すると共に、前記取付部が係合可能な取付穴を前記プリント配線板に設け、前記集積回路パッケージ上に固定したヒートシンクをプリント配線板上に載置し、上方から前記取付金具の各係合部を前記ヒートシンクのベース部に設けた係合穴に圧入すると共に、前記取付金具の取付部をプリント配線板に設けられた取付穴に挿入して係止させることを特徴とする

このようにした本発明のヒートシンクは、ベース部に漏斗状の空気流通路を水平方向に向けて設けた構成としているため、集積回路パッケージ上に取付けることで、集積回路パッケージからの熱をベース部に伝達させ、その熱を空気流通路により加速される空気流により効排出して空気中に放出することができ、これにより対流による放熱効果が向上するので、効率のよい冷却を行うことが可能になるという効果が得られる。

また、本発明のヒートシンクの取付構造は、バネ性を有する取付金具のみで、ヒートシンクを集積回路と共にプリント配線板上に取付けることができ、取付けのための部品点数が少ないので、安価なものとなり、しかもこれらをネジ止めすることなく取付金具をヒートシンクの上方から被せるような操作のみで取付けることができるので、取付工数が削減され、組立性が向上するという効果が得られる。

更に、取付金具は２個所の取付部でプリント配線板上に固定されるため、集積回路パッケージにおける周辺部品の配置の妨げになることも少なくなり、かつ配線の引き出しに制約を与えることも少なくなくなるという効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明によるヒートシンクの実施例を説明する。

図１は第１の実施例を示す斜視図、図２は集積回路パッケージに取付けた状態を示す正面図、図３はその側断面図である。
図において１はヒートシンクで、熱伝導性が良好でかつ加工がし易い銅やアルミニウムなどの金属材料により形成されている。
このヒートシンク１は、後述する集積回路パッケージと同等の大きさを有しかつ底面を平坦に加工したベース部２に漏斗状の空気流通路３を水平方向に向けて設けたもので、空気流通路３の約下半分はベース部２に溝状に形成され、上半分はベース部２上に突出したトンネル状の外壁部４により形成されていて、この外壁部４の外側表面部は滑らかな面を成すように処理され、風の乱れが発生しにくい構造となっている。

また、空気流通路３はその両端の開口部のうちの断面積の大きい方を吸気口５、小さい方を排気口６として、吸気口５から中央部７に向かって径が漸次減少するものとなっており、吸気口５と中央部７、及び排気口６の各部の断面積を考慮することで、任意に風速を設定することが可能となる。例えば、中央部７の断面積を吸気口５の断面積の１／２とすると、吸気口５での風速に比べて中央部７の風速は２倍となる。

８はプリント配線板に搭載された例えばＢＧＡタイプの集積回路パッケージで、図３に示したように内部にＬＳＩチップ部等の発熱する回路部９を有しており、この回路部９のほぼ直上に空気流通路３の中央部７が位置するようにヒートシンク１は熱伝導性の接着剤１０により集積回路パッケージ８上に固定されている。
尚、接着剤１０の代わりに熱伝導性の両面接着テープを使用してもよい。

図４は上述したヒートシンクの使用例を示す斜視図で、通信装置に適用した例を示している。
図において１１は通信装置の筐体で、周囲４面のうちの対向する２面の一方にファン１２が設けられ、他方に通気孔１３が設けられている。
１４は筐体１１内に配置されたプリント配線板で、このプリント配線板１４上に前記集積回路パッケージ８が搭載され、その集積回路パッケージ８上にヒートシンク１が固定されている。

尚、ヒートシンク１の空気流通路３は吸気口５を通気孔１３側、排気口６をファン１２側に向けている。
次に、上述した構成の作用について説明する。
まず、ファン１２を回転させると筐体１１内に空気流が生じ、筐体１１外部の空気が通気孔１３から筐体１１内に流入すると共に、筐体１１内の空気がファン１２の取付け孔から筐体１１外に排出され、そして筐体１１内ではヒートシンク１の空気流通路３において、吸気口５から空気が流入し、排気口６から流出する。

集積回路パッケージ８の回路部９から発生した熱は、接着剤１０からヒートシンク１のベース２に伝達されるが、このベース２に設けられている空気流通路３の中央部７が回路部９のほぼ直上に位置しているので、回路部９からの熱の多くはこの空気流通路３の中央部７付近に伝達されることになる。
空気流通路３には、上述したように吸気口５から空気が流入し、排気口６から流出しており、従って空気流通路３の中央部７で空気流がベース２から熱を吸収し、排気口６から流出して熱を筐体１１内の空気中に放出するが、空気流通路３の中央部７の断面積は吸気口５の断面積より小さいので、空気流通路３の中央部７で空気流の流速が加速され、これによりベース２の熱は空気流通路３を通る空気流により効率よく筐体１１放出される。

そして、筐体１１内の空気はファン１２の回転により筐体１１外に排出されるので、集積回路パッケージ８を強制冷却がすることができる。
尚、本実施例のヒートシンク１は漏斗状の空気流通路３により対流を作り出すことができるので、ファン１２は必ずしも必要とするものではない。
以上説明した第１の実施例によれば、熱伝導性が良好な材料で形成したベース部に漏斗状の空気流通路を水平方向に向けて設けた構成としているため、集積回路パッケージ上に取付けることで、集積回路パッケージからの熱をベース部に伝達させ、その熱を空気流通路により加速される空気流により効排出して空気中に放出することができ、これにより対流による放熱効果が向上するので、効率のよい冷却を行うことが可能になるという効果が得られる。

図５は本発明の第２の実施例を示す斜視図、図６は集積回路パッケージに取付けた状態を示す正面図である。
この実施例は、ヒートシンク１の空気流通路３内に複数の放熱フィン１５を円周方向に一定の間隔で形成したもので、その他の構成は第１の実施例と同様である。
ここで、各放熱フィン１５は空気流通路３の全長にわたって形成されているが、空気流通路３の全長より短い長さに形成することも可能である。

このようにした第２の実施例は、第１の実施例と同様に集積回路パッケージ８の回路部９からベース部２に伝わる熱を、空気流通路３を通る空気流により放出して冷却を行うが、空気流通路３内に複数の放熱フィン１５により放熱のための表面積が大きくなるので、熱伝導と対流による放熱効果が更に向上し、より効率のよい冷却を行うことが可能になるという効果が得られる。

図７は本発明の第３の実施例を示す斜視図である。
この実施例は、ヒートシンク１の空気流通路３内に複数の放熱フィン１５を円周方向に一定の間隔で形成すると共に、外壁部４の外周にも複数の放熱フィン１５を円周方向に一定の間隔で形成したもので、その他の構成は第１の実施例と同様である。
この場合も、各放熱フィン１５は空気流通路３の全長にわたって形成されているが、空気流通路３の全長より短い長さに形成することも可能である。

このようにした第３の実施例は、第１の実施例と同様に集積回路パッケージ８の回路部９からベース部２に伝わる熱を、空気流通路３を通る空気流により放出して冷却を行うことができ、第２の実施例より更に効率のよい冷却を行うことが可能になるという効果が期待できる。
図８は本発明の第４の実施例を示す斜視図、図９はその正面図、図１０は取付状態を示す正面図である。

この実施例は、ヒートシンク１の外壁部４の両側に位置するように係合穴１６をベース部２に設け、この係合穴１６を利用して取付金具１７によりヒートシンク１を集積回路パッケージ８と共にプリント配線板１４上に固定できるようにしたものである。
取付金具１７はバネ性を有する帯状の金属材により形成されており、上部にヒートシンク１の外壁部４を跨ぐアーチ状の押さえ部１８を有し、その両側に係合穴１６と対応するＵ字形の係合部１９を形成すると共に、各係合部１９の外側から下方に垂下する２本の脚部２０の下端にくの字型の取付け部２１を設けた構造となっていて、この取付部２１に対応する取付穴２２がプリント配線板１４にあけられている。

尚、ヒートシンク１は、第１〜第３の実施例のいずれのものであってもよい。
上述した構成の作用について説明すると、まず、熱伝導性の接着剤（または両面テープ）１０により集積回路パッケージ８上に固定したヒートシンク１をプリント配線板１４上に載置し、その上方から取付金具１７を押さえ部１８でヒートシンク１の外壁部４を押さえつけるように被せると共に、各係合部１９をヒートシンク１のベース部２に設けた係合穴１９に圧入する、そして、このとき取付金具１７の脚部２０の下端に設けた取付部２１をプリント配線板１４に設け取付穴２２に挿入すると、脚部２０のバネ力により取付部２１がプリント配線板１４の裏面に引っ掛かって係止するので、これによりヒートシンク１は集積回路パッケージ８と一体にプリント配線板１４上に固定される。

以上説明した第４の実施例によれば、バネ性を有する取付金具のみで、ヒートシンクを集積回路と共にプリント配線板上に取付けることができ、取付けのための部品点数が少ないので、安価なものとなり、しかもこれらをネジ止めすることなく取付金具をヒートシンクの上方から被せるような操作のみで取付けることができるので、取付工数が削減され、組立性が向上するという効果が得られる。

更に、取付金具は２個所の取付部でプリント配線板上に固定されるため、集積回路パッケージにおける周辺部品の配置の妨げになることも少なくなり、かつ配線の引き出しに制約を与えることも少なくなくなるという効果が得られる。

第１の実施例を示す斜視図 第１の実施例を集積回路パッケージに取付けた状態を示す正面図 第１の実施例を集積回路パッケージに取付けた状態を示す側断面図 第１の実施例の使用例を示す斜視図 第２の実施例を示す斜視図 第２の実施例を集積回路パッケージに取付けた状態を示す正面図 第３の実施例を示す斜視図 第４の実施例を示す斜視図 、第４の実施例の正面図 第４の実施例の取付状態を示す正面図 従来例の斜視図 従来例の取付構造を示す正面図

符号の説明

１ ヒートシンク
２ ベース部
３ 空気流通路
４ 外壁部
５ 吸気口
６ 排気口
７ 中央部
８ 集積回路パッケージ
９ 回路部
１０ 接着剤
１１ 筐体
１２ ファン
１３ 通気孔
１４ プリント配線板
１５ 放熱フィン
１６ 係合穴
１７ 取付金具
１８ 押さえ部
１９ 係合部
２０ 脚部
２１ 取付部
２２ 取付け穴

Claims (4)

1. 発熱部を有する集積回路パッケージ上に固定するベース部に漏斗状の空気流通路を水平方向に向けて設けたことを特徴とするヒートシンク。
2. 請求項１に記載のヒートシンクにおいて、
   前記空気流通路内に複数の放熱フィンを円周方向に間隔をあけて形成したことを特徴とするヒートシンク。
3. 請求項１に記載のヒートシンクにおいて、
   前記空気流通路内に複数の放熱フィンを円周方向に間隔をあけて形成し、かつ前記空気流通路の上部を構成する外壁部の外周に放熱フィンを円周方向に間隔をあけて形成したことを特徴とするヒートシンク。
4. 発熱部を有する集積回路パッケージ上に固定するベース部に漏斗状の空気流通路を水平方向に向けて設けたヒートシンクを前記集積回路パッケージを搭載するプリント配線板上に取付けるヒートシンクの取付構造であって、
   前記ベースに２つの係合穴を設け、
   上部に前記係合穴と対応する２つのＵ字形の係合部を形成し、かつ各係合部の外側から下方に垂下する２本の脚部の下端に取付部を設けたバネ性を有する取付金具を形成すると共に、
   前記取付部が係合可能な取付穴を前記プリント配線板に設け、
   前記集積回路パッケージ上に固定したヒートシンクをプリント配線板上に載置し、上方から前記取付金具の各係合部を前記ヒートシンクのベース部に設けた係合穴に圧入すると共に、前記取付金具の取付部をプリント配線板に設けられた取付穴に挿入して係止させることを特徴とするヒートシンクの取付構造。