JP2007258464A - ヒートシンクの取り付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒートシンクが持ち上がらず、ネジをスタッドへ容易に合わせることができるようにしたヒートシンクの固定構造を提供する。
【解決手段】 ヒートシンクの取り付け構造１０は、基板１８の一面に設けられた半導体素子５０の上面に接触面を接触することで放熱する外側に複数の取り付け部を備えたヒートシンク４０と、内部にネジ３を備えたソケット２０と、前記基板１８の他面側から貫通して一面側に突出するとともに、内部に前記ネジ３と螺合するスタッド８とを備えている。前記ソケット２０と前記ガイド３０は互いに係合する係合部１，２をそれぞれ備えている。前記ソケット２０は、前記ヒートシンク４０の取り付け部１５の一つを前記ガイド３０側に付勢しながら、前記ガイド３０の係合部２と前記ソケット２０の係合部２とを係合させて仮止めした後、前記ネジ３と前記スタッド８とを螺合させて締結する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートシンクの取り付け構造に関し、詳しくは、基板上のソケット等に装着されたＣＰＵ等の半導体素子の放熱のためのヒートシンク取り付け構造に関する。

従来の技術によるバネ式固定ヒートシンクを図８を参照して説明する。

図８は従来技術によるバネ固定ヒートシンクの取り付け構造を示す部分斜視図である。図８において、基板１８上には、ＣＰＵソケット６１が設けられ、ＣＰＵソケット６１にＣＰＵ５０が装着され、ＣＰＵ５０の上面を、下方に取り付け部１５を備えた支持部４２とヒートシンク本体４１とからなるヒートシンク４０が設けられている。

一方、基板６０の取り付け部１８のＣＰＵソケット６１側の外部には、固定板１９の一面側から突出した円筒状のスタッド９０が基板１８を貫通して、基板６０の取り付け部１８の上方に突出している。スタッド９０を基板６０の取りつけ付部１８に固定するために、一対の固定バネ９１，９２が設けられている。頭部を備えた締結部材８０は、ネジ３と、ネジ３の中央部の外周に装着されたコイルバネ７とを備えている。バネ７は、ネジ３とヒートシンク４０の取り付け部１６との間に存在し、ネジ３を、スタッドの先端面に嵌合した後、締めつける際に押さえ付けられる圧力により圧着力を生み出す。その圧着力によりヒートシンク４０と熱源（ここではＣＰＵ５０）を密接にさせることで接触面積を増加させ、冷却効率が増加する。これは一見ヒートシンク４０とＣＰＵ５０共に表面は平らに見えるが、実際はミクロの凹凸があるため、単に接触させただけでは一部が未接触となる。その為に、シリコーングリス等の熱伝導剤を介して適度な加圧（ＣＰＵ５０のコアが欠けない程度の圧力）を加え、より多くの接触面積を増やす必要がある。

ところで、特許文献１には、図８に示したものと同様のヒートシンクの取り付け構造が開示されているが、基板６０の取り付け部１８の裏面側から段つきネジを挿入して、ヒートシンク４０の取り付け部１５を貫通して、取り付け部１５から上面側に突出したネジ３にコイルバネ７を挿入して、これが抜けないようにナットによって、ネジ先端を止める構成である。

特許文献１と図８に示したものとは、ナットで締め付けるか、ボルトで締め付けるかの相違であり、その問題は実質的に同じである。

このような従来のネジ留め式のバネ式固定ヒートシンクの取り付け構造では、以下の２つの課題があった。

まず、その１つ目の課題は、「取り付け位置が上面より目視できず、わかりづらい」ことである。

図９は従来技術によるヒートシンクの固定構造のヒートシンク取り付け前の状態を示す上面図、図１０は従来のヒートシンクの固定構造のヒートシンク取り付け後の状態を示す上面図である。図９及び図１０を参照すると、ＣＰＵ５０側のスタッド９０のネジ穴９５がヒートシンク４０に覆われることにより隠れてしまい的確にヒートシンク４０の取り付け部１６をＣＰＵ側のスタッド９０へ合わせることが容易とは言えない。今後冷却性能向上の為、ヒートシンク４０を図１１のように体積（面積）が増加すると、取り付け部１５の見える部分が切り欠き部４６の面積部分に限定されてしまうために、さらに取り付け位置を合わせることが困難となってしまう。尚、５５はＣＰＵのチップの金属カバー、５６はＣＰＵ基板である。

次に、２つ目の課題は、「ネジ留めが困難」なことである。

図１２は図９及び図１０の従来技術によるヒートシンク構造の欠点の説明に供せられる部分斜視図である。図１２に示すように、４箇所留めのバネ付ヒートシンクの場合、ドライバーである一箇所のネジ３を矢印１０１に示すように、締め付けると、ネジの張力によって平面の対角線上に配置したヒートシンク４０の取り付け部が浮き上がってきてしまい他の３箇所を留めることが難しい。特にネジ留めした位置の対角線上にあるネジにおいては、顕著である。これは、バネ７の張力により同様の力が上向きに働いてしまう（反作用の力）為である。ネジを固定する際、一般的に仮留め（途中まで固定）と本締め（完全に固定）の２回に分けて行う。これは、一度に本締めを行うと製造のばらつきなどによって生じる公差により、スタッドならびにネジ位置が各々離れる方向（最悪公差）で製造されてしまった際に、ネジとネジ山が噛み合わない現象が発生してしまうこともある。そのため一旦仮留めを行い、すべてのネジが取り付いたのを確認して本締めすることにより互いの公差を吸収できる位置で固定できるからである。よって、今回取り扱っている４箇所ネジ留め式のヒートシンクでは、計８回のドライバーによる締め付けが必要となってしまう。

以上のように、従来技術によるバネ式固定ヒートシンクの構造においては、次のような課題がある。第１の課題は、ドライバーでネジ３を締め付けていくとヒートシンク４０が圧着力増強のために追加されたバネ３によって持ち上がってしまうため、容易に取り付けできないということである。

第２の課題は、スタッド９０がヒートシンク４０に覆われてしまうため、的確にヒートシンク４０のネジ３をスタッド９０へ合わせることが容易にできないということである。

特開平５−２４３４３９号公報

そこで、本発明の目的は上記２つの課題を解決する為に、ヒートシンクが持ち上がらず、ネジをスタッドへ容易に合わせることができるようにしたヒートシンクの固定構造を提供することにある。

本発明によれば、基板の一面に設けられた半導体素子の上面に接触面を接触することで放熱する外側に複数の取り付け部を備えたヒートシンクと、内部にネジを備えたソケットと、前記基板の他面側から貫通して一面側に突出するとともに、内部に前記ネジと螺合するスタッドとを備え、前記ソケットと前記ガイドは互いに係合する係合部をそれぞれ備え、前記ソケットは、前記ヒートシンクの取り付け部の一つを前記ガイド部側に付勢しながら、前記ガイドの係合部と前記ソケットの係合部とを係合させて仮止めした後、前記ネジと前記スタッドとを螺合させて締結することを特徴とするヒートシンクの取り付け構造が得られる。

また、本発明によれば、前記ヒートシンクの取り付け構造において、前記半導体素子は、前記基板に設けられたソケットに装着されていることを特徴とするヒートシンクの取り付け構造が得られる。

また、本発明によれば、前記いずれか一つに記載のヒートシンクの取り付け構造において、前記係合部のそれぞれは、互いに嵌合する突起部と切欠部とからなることを特徴とするヒートシンクの取り付け構造が得られる。

また、本発明によれば、前記いずれか一つのヒートシンクの取り付け構造において、前記半導体素子の放熱面は半導体ベアチップの上面か、半導体ベアチップを覆う金属カバーの上面であることを特徴とするヒートシンクの取り付け構造が得られる。

また、本発明によれば、前記いずれか一つに記載のヒートシンクの取り付け構造を備えていることを特徴とする半導体搭載基板が得られる。

さらに、本発明によれば、前記半導体搭載基板を備えていることを特徴とする情報処理装置が得られる。

以上説明したように、本発明においては、バネを２段に分けているので、ヒートシンクに必要とされる圧着力が仮留め時の加圧と本締め時の加圧をネジの材質・寸法で調整できる。

また、本発明によれば、ドライバレスで仮留めができ、ヒートシンクの対角線上を同時に固定できる為、ヒートシンクの浮き上がる問題も改善できる。

また、本発明によれば、取り付け位置の識別の容易さと取り付け時の位置ズレの誤差を吸収できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態によるヒートシンクの取り付け構造を示す部分斜視図である図２は図１の取り付け構造を示す正面図、図３は図１、図２の取り付け構造の内部を示す正面図である。

図１及び図２を参照すると、取り付け部１８を備えた基板６０の一面にＣＰＵソケット６１が設けられ、そのＣＰＵソッケット６１に半導体素子であるＣＰＵ５０が設けられている。

ＣＰＵソケットの周囲には、ヒートシンク取り付け構造１０をなすソケット２０及びガイド３０が設けられている。

図２を参照すると、ヒートシンク４０の固定前の状態が示されている。図２において、ソケット２０は仮留めを容易に行う為の機構の一つであり、下部に突起１が設けられており、後に説明するガイド３０の切り欠き部２と噛み合わせることで仮留めを行う。

ガイド３０は、ネジ３の先端部に設けられたネジ部６を受けるネジ穴であるスタッド８（図３参照）の外側に設けられた円筒状の支柱であり、仮留めとヒートシンクの位置決めの２つの役割を持つ。

また図３を用いて、固定部の内部機構について説明する。図３に最も良く示されるように、ソケット２０は、円筒状で、径の大きな頭部１１と、頭部１１よりも径の小さな円筒部１２とを備えている。

円筒部１２の下端には、半径方向外側に突出して係合部をなす突起部１が設けられている。また、円筒部１２には、外部コイルバネ１３が設けられている。

ソケット２０の円筒部に設けられた外部コイルバネ１３は仮留めの際に用いる機構の一つであり、ソケット２０とヒートシンク４０の取り付け部１５間に存在する。ソケット２０を押し込んでガイド３０の切り欠き部２に引っ掛けるまでに適度な圧力をヒートシンク４０に加える為に使用される。

ソケット２０の内側には、頭部４と、先端にネジ部６が設けられ、これらを結んで柱状のロッド部５を備えたネジ３を備えている。このネジ３は、円筒部１２の下端よりも下方に突出するように長く形成されている。

内部コイルバネ７は、本締めの際に用いる機構であり、ネジ３とソケット２０の内部の間に存在する。ドライバーでネジ３を本締めする際に、外部コイルバネ１３だけでは不足しているヒートシンク４０への取り付け部１５を介在した圧力（圧着力）を補う為のものである。

ガイド３０は、金属板状の固定板１９から上方に基板１８を貫通して上方に突出した円筒状で、先端面の一円周部分に端部から、このガイド３０の長さ方向に設けられた縦溝２ａと縦溝２ｂの末端から時計回りに円周方向に設けられた周溝２ｂとを備えたＬ字形状の切り欠き部２が形成されている。ガイド３０の内部は中空で、固定板上の底面部に、ネジ穴であるスタッド８が設けられている。

ヒートシンク４０は本体４１と支持部４２とを備え、支持部４２の外周には、板状で穴の設けられた取り付け部１５が設けられている。

ソケット２０は外部コイルバネ１３の復帰力に抗して、ヒートシンク４０の取り付け部１５に設けられた穴１６内を下方に移動可能である。受け側（ＣＰＵ側）のガイド３０は、ソケット２０の外部コイルバネ１３によって、下方に付勢されたヒートシンク４０の取り付け部１５を受ける。

また、ソケット２０を下方に移動して、突起部１とガイド３０の切り欠き部２とが係合すると、ヒートシンク４０が、ガイド３０に仮留めされた状態となる。

次に、ネジ３をスタッド８と螺合させると、固定された状態となる。ソケット２０の円筒部は、ネジ３のぐらつき防止の機構を有し、取り付けにかかる負担を軽減する。

このような構造の本発明の実施の形態では、ばね等の張力を用いたＣＰＵとヒートシンク間の圧着時に、ヒートシンク４０にかかる反発力をガイド３０によって押さえ込んでいるので、容易に取り付けができる。

上述したように、本発明の実施の形態によるヒートシンクの取り付け構造においては、３つの特有構造を備えている。

まず、１つ目は、ネジ３のガイド３０である。ガイド３０があることによりある程度取り付け位置がずれたとしてもガイド３０の機能により位置ずれを補正し、正しい位置へ定めることができる。

次に、２つ目は、ドライバレスによるネジ仮留め機構である。従来では仮留めにもドライバーを用いらなければならなかったが、本発明においては、ドライバレスを可能とし、ヒートシンク４０のネジ固定の際の浮き上がるという問題も改善できる。

更に、３つ目は、バネの２段化である。ソケット２０にバネを仮留め用の外側コイルバネ１３と本締め用の内側コイルバネ７の２段（２本）に分けることによって、仮留め時にかかるバネの張力（反作用の力）を減らすことができる為、従来よりも仮留めが容易・確実となる。

それでは、本発明について更に詳細に説明する。

本発明が主に使用されるものは、パソコンやサーバに用いられているＣＰＵヒートシンクである。本発明の長所が「取り付け・取り外しが容易」と「圧着力の追加が容易」の為、本用途には最善とされる。

次に本発明の実施の形態によるヒートシンクの取り付け動作を図４から図７に示す順で説明する。図４は、本発明の実施の形態によるヒートシンク取り付け構造におけるネジとガイドとを合わせた状態を示す部分斜視図である。図５はネジの締め付け状態を示す部分斜視図である。図６はヒートシンクの上面図である。図７はネジの締め付けを示す部分斜視図である。

まず、図４において、ヒートシンク４０に一体に設けられたネジ３付のソケット２０をガイド３０に合わせる。ここで、真上からスタッド８が見えない場合は、図のような斜視にてある程度の位置を定めてガイド３０に合わせて、矢印５１に示すように載せる。

次に、図５において図６の上面図をも参考にしてヒートシンク４０の対角線上にあるソケット２０をネジ３とともに両手の親指で１本ずつ同時に、矢印５２に示すように、押し込む。ガイド３０と突き当たるところであるガイド３０の切り欠き部２の縦溝２ａの底部まで押し込んだら、矢印５３に示すように、ソケット２０を時計回りに４５度回転させソケット２０の突起部１がガイド３０の切り欠き部２の周溝２ｂと噛み合うので両手の親指をネジから離す。残り２本のソケット２０についても同様に作業を行う。

最後に図７において、ドライバーを用い、ソケット２０内部に存在するネジ３がスタッド８に、矢印５４に示すように、捩じ込まれ完全に固定されるまで締め付ける。

以上説明したように、本発明の実施の形態においては、バネを２段に分けているので、ヒートシンク４０に必要とされる圧着力（Ｚ［Ｎ］）が仮留め時の加圧（Ｘ［Ｎ］）と本締め時の加圧（Ｙ［Ｎ］）をネジの材質・寸法で調整できる。その場合には、最終的にＺ＝Ｘ＋Ｙの数式が成り立てものを選べば良い。

また、ネジ３の外周に親指で押しやすくガイド３０と噛み合うソケット２０を追加しているので、ドライバレスで仮留めができることである。また、ヒートシンク４０の対角線上を同時に固定できる為、ヒートシンク４０のＣＰＵの放熱面から浮き上がる問題も改善できる。

また、本発明の実施の形態によれば、ガイド３０を追加しているので、取り付け位置の識別の容易さと取り付け時の位置ズレの誤差を吸収できる。

以上の説明の通り、本発明のヒートシンクの固定構造は、電子機器、電気機器等の回路基板に設けられた発熱性の半導体素子の放熱用のヒートシンクの固定に適用される。

本発明の実施の形態によるヒートシンクの取り付け構造を示す部分斜視図である。 図１の取り付け構造を示す正面図である。 図１及び図２の取り付け構造の内部を示す正面図である。 本発明の実施の形態によるヒートシンク取り付け構造におけるネジとガイドとを合わせた状態を示す部分斜視図である。 ネジの締め付け状態を示す部分斜視図である。 ヒートシンクの上面図である。 ネジの締め付けを示す部分斜視図である。 図８は従来技術によるヒートシンクの固定構造を示す正面図である。 従来のヒートシンクの固定構造のヒートシンク取り付け前の状態を示す上面図である。 従来のヒートシンクの固定構造のヒートシンク取り付け後の状態を示す上面図である。 従来の他の例によるヒートシンクの固定構造のヒートシンク取り付け後の状態を示す上面図である。 図９及び図１０の従来技術によるヒートシンク構造の欠点の説明に供せられる部分斜視図である。

符号の説明

１ 突起部
２ 切り欠き部
２ａ 縦溝
２ｂ 周溝
３ ネジ
４ 頭部
５ ロッド部
６ ネジ部
７ 内部コイルバネ（コイルバネ）
８ スタッド
１０ ヒートシンク取り付け構造
１１ 頭部
１２ 円筒部
１３ 外部コイルバネ
１５ 取り付け部
１６ 穴
１８ 基板の取り付け部
１９ 固定板
２０ ソケット
３０ ガイド
４０ ヒートシンク
４１ ヒートシンク本体
４２ 支持部
４６ 切り欠き部
５０ ＣＰＵ
５５ 金属カバー
５６ 基板
６０ 基板
６１ ＣＰＵソケット
８０ 締結部材
９０ スタッド
９１，９２ バネ
９５ ネジ穴

Claims (6)

1. 基板の一面に設けられた半導体素子の上面に接触面を接触することで放熱する外側に複数の取り付け部を備えたヒートシンクと、内部にネジを備えたソケットと、前記基板の他面側から貫通して一面側に突出するとともに、内部に前記ネジと螺合するスタッドとを備え、前記ソケットと前記ガイドは互いに係合する係合部をそれぞれ備え、前記ソケットは、前記ヒートシンクの取り付け部の一つを前記ガイド部側に付勢しながら、前記ガイドの係合部と前記ソケットの係合部とを係合させて仮止めした後、前記ネジと前記スタッドとを螺合させて締結することを特徴とするヒートシンクの取り付け構造。
2. 請求項１に記載のヒートシンクの取り付け構造において、前記半導体素子は、前記基板に設けられたソケットに装着されていることを特徴とするヒートシンクの取り付け構造。
3. 請求項１又は２に記載のヒートシンクの取り付け構造において、前記係合部のそれぞれは、互いに嵌合する突起部と切欠部とからなることを特徴とするヒートシンクの取り付け構造。
4. 請求項１乃至３の内のいずれか一つに記載のヒートシンクの取り付け構造において、前記半導体素子の放熱面は半導体ベアチップの上面か、半導体ベアチップを覆う金属カバーの上面であることを特徴とするヒートシンクの取り付け構造。
5. 請求項１乃至４の内のいずれか一つに記載のヒートシンクの取り付け構造を備えていることを特徴とする半導体搭載基板。
6. 請求項５に記載の半導体搭載基板を備えていることを特徴とする情報処理装置。
   

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