JP2008130879A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板の一面上に発熱素子を搭載するとともに発熱素子の回路基板側の面とは反対側の面から放熱するようにした電子装置において、ヒートシンクによる放熱性の向上を実現しつつ小型化に適した構成を提供する。
【解決手段】対向する第１の面１１および第２の面１２を有する筐体１０と、筐体１０の第１の面１１上に搭載された回路基板２０と、回路基板２０の上面に搭載された発熱素子３０、３１と、発熱素子３０、３１の上面に設けられ発熱素子３０、３１に対して熱的に接続されたヒートシンク５０とを備え、ヒートシンク５０における上面を筐体１０の第２の面１２に対して熱的に接続し、ヒートシンク５０における下面に、回路基板２０に向かって突出する突出部５１を設け、回路基板２０に、突出部５１と筐体１０の第１の面１１とを熱的に接続する接続部２１を設けている。
【選択図】図３

Description

本発明は、回路基板の一面上に発熱素子を搭載するとともに発熱素子の回路基板側の面とは反対側の面から放熱するようにした電子装置に関する。

従来より、この種の電子装置としては、特許文献１に記載されているように、回路基板の一面上に発熱素子としての半導体チップをフリップチップ実装し、当該半導体チップの回路基板側の面とは反対側の面に、熱伝導部材を介して、ヒートシンクを接続したものが提案されている。

また、従来では、ＰＱＦＰ（パワー・クワッド・フラット・パッケージ）のように、発熱素子自体を、ヒートシンクを有するパッケージとし、そのヒートシンクの面を回路基板にはんだ付けすることで基板へ放熱させる技術が、知られている。さらに、このＰＱＦＰのような発熱素子をリバースし、筐体へ放熱させる技術も知られている。
特開平６−７７３６１号公報

図１１は、上記ＰＱＦＰのような発熱素子９００をリバースし、筐体１０へ放熱させるという技術に基づいて、本発明者が試作した電子装置の概略断面図である。

発熱素子９００は、半導体チップ９０１をヒートシンク９０２に搭載し、半導体チップ９０１とリードフレーム９０３とをワイヤ９０４にて接続したものを、モールド樹脂９０５にて封止してなるパッケージ、すなわちＰＱＦＰとして構成されている。

そして、この発熱素子９００は、ヒートシンク９０２を回路基板２０とは反対側に向けた状態で回路基板２０の一面に搭載され、リードフレーム９０３のアウターリードにて回路基板２０に接続されている。

この回路基板２０はプリント基板やセラミック基板であり、アルミニウムよりなる筐体１０に収納されている。この筐体１０は、互いに離れて対向する第１の面１１および第２の面１２を有する。そして、回路基板２０は、筐体１０の第１の面１１に搭載されている。そして、発熱素子９００におけるヒートシンク９０２は、これに対向する筐体１０の第２の面１２に対して、放熱ゲルなどよりなる熱伝導部材７０を介して熱的に接続されている。

しかしながら、この試作品では、発熱素子９００は半導体チップ９０１の他に、ヒートシンク９０２、リードフレーム９０３のアウターリードを有しており、発熱素子９００のサイズは半導体チップ９０１のサイズの２倍以上の大きさとなる。また、ヒートシンク９０２を介して主たる放熱が行われるが、そのヒートシンク９０２による放熱方向は筐体１０の第２の面１２へ向かう１つの方向のみである。

そのため、ヒートシンク９０２による放熱性を向上させるためには、ヒートシンク９０２の面積を大きくすることが必要となり、このことが装置体格の小型化を阻害する要因となっている。

また、この試作品において、発熱素子９００をベアチップとして、上記特許文献１に示されるようなフリップチップ実装されたものに置き換えれば、アウターリードなどが無くなる分、小型化が見込まれるが、この場合でも、やはり、より放熱性を向上させるためには、ヒートシンクの面積を大きくすることが必要となり、装置全体の体格の小型化が困難となる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、回路基板の一面上に発熱素子を搭載するとともに発熱素子の回路基板側の面とは反対側の面から放熱するようにした電子装置において、ヒートシンクによる放熱性の向上を実現しつつ小型化に適した構成を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、対向する第１の面（１１）および第２の面（１２）を有する筐体（１０）と、筐体（１０）の第１の面（１１）に搭載された回路基板（２０）と、回路基板（２０）の第１の面（１１）側の面とは反対側の面に搭載された発熱素子（３０、３１）と、発熱素子（３０、３１）における回路基板（２０）側の面とは反対側の面に設けられ発熱素子（３０、３１）に対して熱的に接続されたヒートシンク（５０）とを備え、ヒートシンク（５０）における発熱素子（３０、３１）側の面とは反対側の面を筐体（１０）の第２の面（１２）に対して熱的に接続し、ヒートシンク（５０）における発熱素子（３０、３１）側の面に、回路基板（２０）に向かって突出する突出部（５１）を設け、回路基板（２０）に、突出部（５１）と筐体（１０）の第１の面（１１）とを熱的に接続する接続部（２１、２３）を設けたことを特徴とする。

それによれば、ヒートシンク（１０）による放熱経路を、筐体（１０）の第１の面（１１）側と第２の面（１２）側との２方向、すなわち回路基板（２０）側の筐体（１１）側と回路基板（２０）とは反対側の筐体（１０）側との２方向にすることができるため、ヒートシンクによる放熱経路が１方向であった従来に比べて、ヒートシンク（１０）のサイズを大きくしなくても、ヒートシンク（１０）の放熱性が向上する。よって、本発明によれば、ヒートシンク（１０）による放熱性の向上を実現しつつ小型化に適した構成を提供することができる。

ここで、回路基板（２０）の接続部（２１）を、回路基板（２０）のうち突出部（５１）に対向する部位に設けられ回路基板（２０）を第１の面（１１）まで貫通する貫通穴（２１ａ）と、この貫通穴（２１ａ）に充填された熱伝導部材（２１ｂ）とにより構成し、突出部（５１）を熱伝導部材（２１ｂ）に熱的に接続してもよい。

それによれば、熱伝導部材（２１ｂ）を介して、ヒートシンク（５０）の突出部（５１）から筐体（１０）の第１の面（１１）側への放熱が適切に行われる。

また、回路基板（２０）の接続部を、回路基板（２０）のうち突出部（５１）に対向する部位に設けられ回路基板（２０）を第１の面（１１）まで貫通する貫通穴（２３）とし、突出部（５１）を、貫通穴（２３）を通り抜けて第１の面（１１）に直接接触した状態で熱的に接続すれば、貫通穴（２３）を介して、ヒートシンク（５０）の突出部（５１）から筐体（１０）の第１の面（１１）側への放熱が適切に行われる。

また、ヒートシンク（５０）における発熱素子（３０、３１）側の面とは反対側の面と筐体（１０）の第２の面（１２）とを、直接接触させ、これら両面の少なくとも一方を、複数の針が突出した面としてもよい。

それによれば、ヒートシンク（５０）における発熱素子（３０、３１）側の面とは反対側の面と筐体（１０）の第２の面（１２）とを直接接触させるときに、当該両面を押しつけ合うようにするが、その荷重により針が変形したり潰れたりすることで、当該両面の接触時の応力による発熱素子（３０、３１）へのダメージを緩和できる。

また、ヒートシンク（５０）における発熱素子（３０、３１）側の面とは反対側の面と筐体（１０）の第２の面（１２）との間に、熱伝導性およびバネ弾性を有するバネ部材（８０）を介在させ、これら両面を、バネ部材（８０）を介して熱的に接続するようにしてもよい。

それによれば、ヒートシンク（５０）における発熱素子（３０、３１）側の面とは反対側の面と筐体（１０）の第２の面（１２）とを、バネ部材（８０）を介して接触させるときに、その接触荷重をバネ部材（８０）により緩和できるため、当該両面の接触時の応力による発熱素子（３０、３１）へのダメージを緩和できる。

また、発熱素子（３０、３１）は、その一面にバンプ（４０）を有し、このバンプ（４０）を介して回路基板（２０）に接続されたものであってもよい。発熱素子（３０、３１）としては、このようなフリップチップ実装タイプのものにできる。

また、発熱素子（３０、３１）を、回路基板（２０）の第１の面（１１）側とは反対側の面に複数個搭載されたものとし、ヒートシンク（５０）を、複数個の発熱素子（３０、３１）に共通して接続された１つのものとし、ヒートシンク（５０）における発熱素子（３０、３１）側の面のうち複数個の発熱素子（３０、３１）の間に位置する部位に、突出部（５１）を設けたものとしてもよい。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子装置１００の概略平面構成を示す図であり、筐体１０における上側筐体部１０ｂ（図３参照）を透視した図である。また、図２は図１におけるヒートシンク５０およびその周辺部を示す概略斜視図であり、図３は図１中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。なお、以下に示す「上面」および「下面」とは、図３中の上下方向に対応したものである。

本実施形態の電子装置１００は、自動車のドアモータに搭載されたＥＣＵとして適用されたものである。このようなＥＣＵは、ドアの開閉時のスイッチ制御、ドア開閉速度制御、および、挟み込み防止などの機能を備えたものであり、ドアモータに直接搭載されたものである。

電子装置１００は、その本体を区画形成する筐体１０を備えている。この筐体１０は、アルミニウムのダイカストや鉄系金属よりなるものであり、箱型形状をなすものである。本実施形態では、筐体１０は、上記ドアモータの金属部分として構成されている。なお、それ以外にも、筐体１０としては、ドアモータとは別体のアルミダイカストで作られたケースであってもよい。

ここでは、筐体１０は、箱型をなす下型筐体部１０ａと、この下型筐体部１０ａの開口部を塞ぐように下型筐体部１０ａに取り付けられた板状の上型筐体部１０ｂとを備えたものである。そして、これら両筐体部１０ａ、１０ｂは、図示しないネジなどの締結手段や嵌合などにより、一体に組み付けられている。

ここで、図３に示されるように、筐体１０には、互いに離れて対向する第１の面１１および第２の面１２が設けられている。図３中の下側に位置する第１の面１１は下型筐体部１０ａの底面であり、上側に位置する第２の面１２は上型筐体部１０ｂの内面である。

この筐体１０の第１の面１１には、回路基板２０が搭載されている。回路基板２０は、ネジ止めや接着などにより筐体１０に対して固定されている。ここで、回路基板２０は、主にガラスエポキシを用いたプリント基板であるが、アルミナなどよりなるセラミック基板でもよい。

そして、図１〜図３に示されるように、回路基板２０の第１の面１１側の下面とは反対側の上面には、各種の素子３０〜３６が搭載されている。具体的には、第１のパワー複合デバイス３０、第２のパワー複合デバイス３１、マイコン３２などの能動素子３０〜３２、および、チップコンデンサ３３、電解コンデンサ３４、コンデンサ３５、抵抗３６などの受動素子３３〜３６が、回路基板２０の上面に搭載されている。

これら素子３０〜３６のうち放熱が必要な発熱素子は、第１のパワー複合デバイス３０および第２のパワー複合デバイス３１である。これら発熱素子３０、３１およびマイコン３２は、シリコンチップを本体とし、このシリコンチップに対して半導体プロセスを用いてトランジスタなどを形成したものである。

そして、これら発熱素子３０、３１およびマイコン３２は、図２、図３に示されるように、その一面にバンプ４０を有し、このバンプ４０を介して回路基板２０の上面に接続されている。つまり、これら発熱素子３０、３１およびマイコン３２は、フリップチップ実装タイプのベアチップとして構成されている。

ここで、バンプ４０は、回路基板２０の上面における図示しないランドに電気的・機械的に接続されている。このバンプ４０は金、銅、はんだ、あるいは導電性接着剤などよりなる公知のバンプであり、その形成方法や、当該バンプ４０を介した回路基板２０との接続方法も公知のものである。

また、発熱素子３０、３１およびマイコン３２と回路基板２０の上面との間には、図３に示されるように、エポキシ樹脂などよりなるアンダーフィル４１が充填されている。このアンダーフィル４１は、これらバンプ４０により接合されている素子３０〜３２において、素子３０〜３２と回路基板２０との接合強度を補強するなどの役割を果たすものである。なお、このアンダーフィル４１は、無くてもよい。

そして、図１〜図３に示されるように、発熱素子３０、３１における回路基板２０側の面の下面とは反対側の上面には、ヒートシンク５０が設けられている。このヒートシンク５０は、銅や鉄などの放熱性に優れた金属よりなる板状のものであり、本実施形態では、２個の発熱素子３０、３１の上面側は、矩形板状をなす共通のヒートシンク５０により覆われている。

そして、これら２個の発熱素子３０、３１の上面とヒートシンク５０における発熱素子３０、３１側の下面とは、伝熱性接合部材６０を介して接触しており、この伝熱性接合部材６０により、発熱素子３０、３１とヒートシンク５０とは機械的・熱的に接続されている。

つまり、本実施形態のフリップチップ実装タイプの発熱素子３０、３１においては、当該発熱素子３０、３１におけるバンプ４０側の面とは反対側の面に、ヒートシンク５０が熱的に接続されている。この伝熱性接合部材６０としては、Ａｇペースト、あるいは、はんだなどの熱伝導性、接着性を有する材料が挙げられる。

また、図３に示されるように、ヒートシンク５０における発熱素子３０、３１側の下面とは反対側の上面は、筐体１０の第２の面１２に対向して配置されている。そして、このヒートシンク５０の上面は、第２の面１２に対して放熱ゲル７０を介して熱的に接続されている。

この放熱ゲル７０としては、シリコンゲルなどの放熱性に優れた低弾性材料が挙げられる。また、筐体１０の第２の面１２は、上記した上側筐体部１０ｂと下側筐体部１０ａとを固定するネジや嵌合の力により、放熱ゲル７０を介してヒートシンク５０の上面に押しつけられて固定されている。

また、ヒートシンク５０における発熱素子３０、３１側の下面には、回路基板２０に向かって突出する突出部５１が設けられている。このような突出部５１は、特に限定されるものではないが、型加工やプレス加工、エッチング加工などにより形成される。

上述したように、発熱素子３０、３１は、回路基板２０の上面に２個搭載され、ヒートシンク５０は、２個の発熱素子３０、３１に共通して接続された１つのものであるが、突出部５１は、ヒートシンク５０における下面のうち２個の発熱素子３０、３１の間に位置する部位に設けられている。

ここでは、図３に示されるように、突出部５１は、その突出方向に沿った断面が、当該突出方向に向かって狭くなった台形をなすものである。そして、図３に示されるように、回路基板２０には、突出部５１と筐体１０の第１の面１１とを熱的に接続する接続部２１が設けられている。

本実施形態では、回路基板２０のうち突出部５１に対向する部位に、回路基板２０を第１の面１１まで貫通する貫通穴２１ａが設けられており、この貫通穴２１ａには熱伝導性を有する熱伝導部材２１ｂが充填されている。そして、これら貫通穴２１ａおよび熱伝導部材２１ｂにより、接続部２１が構成されている。本実施形態の接続部２１は、いわゆるサーマルビアとして構成されている。

ここで、貫通穴２１ａは、プレスによる穴あけ加工や切削加工、エッチング加工などにより形成される。また、熱伝導部材２１ｂは、熱伝導性に優れた金属ペースト、バルク、あるいは金属粉などよりなり、具体的には、銅を含むペーストを焼成したものや銅のバルク材を埋め込んだものなどよりなる。そして、熱伝導部材２１ｂは、貫通穴２１ａの全体に充填されることにより、回路基板２０の上面と下面とに露出している。

そして、図３に示されるように、回路基板２０の上面では、ヒートシンク５０の突出部５１の先端部が、Ａｇペーストやはんだなどの上記伝熱性接合部材６０を介して、接続部２１の熱伝導部材２１ｂに接合されている。

一方、回路基板２０の下面では、接続部２１の熱伝導部材２１ｂは筐体１０の第１の面１１に接触している。それにより、突出部５１は、熱伝導部材２１ｂを介して筐体１０の第１の面１１に熱的に接続されている。

このような電子装置１００は、たとえば上記各素子３０〜３６およびヒートシンク５０が組み付けられた回路基板２０を、下側筐体部１０ａの第１の面１１に取り付けた後、ヒートシンク５０の上面に放熱ゲル７０を介して上側筐体部１０ｂを組み付けることにより、製造することができる。

ところで、本実施形態の電子装置１００においては、発熱素子３０、３１の上面にヒートシンク５０を熱的に接続しており、ヒートシンク５０の上面側を筐体１０の第２の面１２に熱的に接続するとともに、ヒートシンク５０の突出部５１および回路基板２０の接続部を設けて、当該突出部５１を筐体１０の第１の面１１に熱的に接続している。

それによれば、ヒートシンク５０による放熱経路は、発熱素子３０、３１の熱が、伝熱性接合部材６０から、ヒートシンク５０、放熱ゲル７０、筐体１０の第１の面１１へと伝わっていく第１の放熱経路と、発熱素子３０、３１の熱が、伝熱性接合部材６０から、ヒートシンク５０、ヒートシンク５０の突出部５１、伝熱性接合部材６０、接続部２１、筐体１０の第２の面１２へと伝わっていく第２の放熱経路との２方向の経路が存在することになる。

そのため、ヒートシンクによる放熱経路が１方向であった従来の放熱構成に比べて、ヒートシンク５０のサイズを大きくしなくても、ヒートシンク５０の放熱性を向上させることができる。よって、本実施形態によれば、ヒートシンク５０による放熱性の向上を実現しつつ小型化に適した構成を提供することができる。

ここで、本実施形態の電子装置１００における放熱性向上の効果の一具体例を述べる。この効果を調べるにあたって、本発明者は、上記特許文献１に記載されている構成に準じて試作したものを、比較例とした。

図４は、この比較例としての電子装置を示す概略断面図である。筐体１０の第１の面１１に回路基板２０が搭載され、その上に発熱素子３０、３１がバンプ４０を介してフリップチップ実装され、発熱素子３０、３１の上面は放熱ゲル７０を介して筐体１０の第２の面１２に熱的に接続されている。つまり、この比較例のものは、本実施形態の電子装置１００においてヒートシンク５０が無いものに相当する。

この比較例の電子装置と本実施形態の電子装置１００について、一般的な解析手法であるＦＥＭ熱過渡解析を行った。その結果を図５に示す。図５に示されるように、発熱素子３０、３１を１Ｗ発熱させた時、ヒートシンク５０を有する本実施形態とヒートシンク５０を持たない比較例とでは、熱抵抗は約１０℃／Ｗの違いがでた。

発熱素子３０、３１により発熱した熱は、比較例では、放熱ゲル７０のみを介し筐体１０へ移動するが、当該熱は、筐体１０に伝わるまで発熱素子３０、３１に蓄熱されてしまい、うまく熱が放出されない。

一方、本実施形態では、発熱素子３０、３１から発せられた熱は、すぐにヒートシンク５０に伝わるため、蓄熱されず、熱抵抗も低い値となる。すなわち、発熱素子３０、３１に直接筐体１０を接続した比較例の場合よりも、発熱素子３０、３１と筐体１０との間にヒートシンク５０を挟むことで熱抵抗は大きく減少する。

また、本実施形態では、上述したようにヒートシンク５０の放熱経路が２つあるため、ヒートシンクの放熱経路が１つであった従来に比べて、ヒートシンク５０は極力少ない面積増加により放熱性を向上させることができる。

特に、本実施形態のように、複数個の発熱素子３０、３１に１つのヒートシンク５０を共有させた場合には、上記図１１に示したヒートシンクを有する試作品に比べて、実装面積では５０％以上の小型化を実現することができる。

また、本実施形態では、発熱素子３０、３１は２個であったが、３個あるいは、４個以上でもよい。その場合には、これら複数個の発熱素子に共通のヒートシンクを配置し、各発熱素子の間に突出部を設けるようにすればよい。そして、本実施形態は上記図１１の試作品に比べ、発熱素子が３個、４個と増えれば増えるほど、小型化の恩恵をより多く受けることができる。

また、本実施形態では、上記各図に示したように、１つのヒートシンク５０を複数個の発熱素子３０、３１に共有させるとともに、突出部５１を複数個の発熱素子３０、３１との間の部位、すなわち上記各図に示されているヒートシンク５０の下面の中央近傍に設けている。

ここで、ヒートシンク５０の突出部５１は、複数個の発熱素子３０、３１の外側、すなわち上記各図におけるヒートシンク５０の下面の端部に配置されていてもよい。しかし、この場合、各発熱素子３０、３１がヒートシンク５０によって拘束されるため、発熱素子３０、３１の各接続部に応力が発生しやすい。

この点を考慮すれば、ヒートシンク５０が、複数個の発熱素子３０、３１に共通して接続された１つのものである場合には、突出部５１は発熱素子３０、３１の間に設けることが望ましい。それによって、発熱素子３０、３１の各接続部への応力が低減され、信頼性の向上につながる。

なお、本実施形態では、マイコン３２は、さほど放熱が必要で無いものであるため、ヒートシンク５０による放熱は行っていないが、ヒートシンク５０をマイコン３２の上面まで延ばし、マイコン３２とヒートシンク５０とを熱的に接続することにより、マイコン３２からも発熱素子３０、３１と同様の放熱を行うようにしてもよい。

また、回路基板２０の上面に搭載されている素子３０〜３６のレイアウトによっては、ヒートシンク５０の下に、チップコンデンサ等の受動部品が配置されていてもよい。また、回路基板２０の上面に搭載される素子は、上記各図に示されている素子３０〜３６に限定されるものではなく、それ以外のものであってもよい。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る電子装置におけるヒートシンク５０の単体の斜視図である。上記第１実施形態に示される電子装置１００（図１〜図３参照）おいて、ヒートシンク５０を、この図６に示されるものに置き換えてもよい。

上記第１実施形態では、突出部５１は、ヒートシンク１０の対向する１組の辺の間を延びる断面台形のものであったが、突出部５１としては、図６に示されるように、複数個の円柱状の突出部５１よりなるものであってもよい。

また、ヒートシンク５０の突出部５１の大きさや形状は、突出部５１が発熱素子３０、３１および回路基板２０に搭載されているその他の素子の配置を阻害しないように、これら素子に接触しない程度であればよい。このような突出部５１であれば、上記各図に示されるものに限定されない。

また、回路基板２０の接続部２１（上記図３参照）については、突出部５１に対応した位置に設けられるが、回路基板２０における配線に干渉しない位置に接続部２１を設けることは、もちろんである。

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る電子装置２００の概略断面構成を示す図であり、上記図３に対応した断面を示す。本実施形態の電子装置２００では、図７に示されない部分は、上記第１実施形態と同様のものにできる。

上記第１実施形態では、ヒートシンク５０の突出部５１と筐体１０の第１の面１１とを熱的に接続する回路基板２０の接続部２１（上記図３参照）が、サーマルビアの構成であったが、本実施形態では、この接続部２３は、図７に示されるように、回路基板２０に形成された貫通穴２３である。

この貫通穴２３は、回路基板２０のうち突出部５１に対向する部位に設けられ回路基板２０を第１の面１１まで貫通するものである。そして、突出部５１は貫通穴２３を通り抜けて第１の面１１に直接接触している。ここで、第１の面１１に接触している突出部５１の部分は、筐体１０に対してネジ２４を用いて固定してある。

この貫通穴２３は、プレスによる穴あけ加工や切削加工、エッチング加工などにより形成される。また、その形状やサイズは、ヒートシンク５０の突出部５１が通り抜けできるものであればよく、特に限定されないが、この貫通穴２３が回路基板２０の配線に干渉しないようにすることは、もちろんである。

このように本実施形態によれば、接続部２３としての回路基板２０の貫通穴２３により、ヒートシンク１０の突出部５１から筐体１０の第１の面１１側への放熱が行われるため、上記実施形態と同様に、ヒートシンク５０による２つの放熱経路を形成することができる。そして、ヒートシンク５０による放熱性の向上を実現しつつ小型化に適した構成を提供することができる。

なお、突出部５１と第１の面１１との固定は、上記したネジ止め以外にも、第１の面１１に穴を設け当該穴に対して突出部５１を嵌合や圧入により固定したり、かしめによる固定を行ったり、熱伝導性接着剤による固定を行ってもよい。

（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係る電子装置３００の概略断面構成を示す図であり、上記図３に対応した断面を示す。本実施形態の電子装置３００では、図８に示されない部分は、上記第１実施形態と同様のものにできる。

上記第１実施形態では、ヒートシンク５０における上面と筐体１０の第２の面１２とは放熱ゲル７０を介して接触することで熱的に接続されていた（上記図３参照）。それに対して、本実施形態では、図８に示されるように、これら両面は直接接触しており、さらに、これら両面は、複数の針が突出した面となっている。

上記したように、ヒートシンク５０の上面と筐体１０の第２の面１２とは、筐体１０の組み付けの力により互いに押しつけ合うようにして固定される。このとき、これら両面が複数の針よりなる面であれば、当該両面を直接押しつけ合うときの荷重により針が変形したり潰れたりするため、当該荷重による発熱素子３０、３１へのダメージを緩和することができる。

ここで、複数の針が突出した面としては、個々の針を直径０．５ｍｍ以下のものに加工することが望ましい。それにより、上記した針の変形や潰れが発生し、上記両面の接触時の応力を緩和しつつ熱抵抗を下げやすくなる。

なお、本実施形態では、ヒートシンク５０における上面、および、これに対向する筐体１０の第２の面１２の両方の面が、複数の針が突出した面となっているが、ヒートシンク５０における上面のみ、あるいは、筐体１０の第２の面１２のみが複数の針が突出した面になっていてもよい。

また、これら両方の面が複数の針が突出した面となっている場合、図８に示されるように、一方の面における針のピッチと他方の面における針のピッチとを異ならせることが好ましい。

もし、これら両面における針のピッチが同じであると、一方の面の針が他方の面の針の間に入り込みやすくなり、上記した針の変形や潰れなどによる応力緩和が行われにくくなることが予想される。それに対して、当該両面における針のピッチを異ならせれば、一方の面の針が他方の面の針の間に入り込みにくくなり、対向する針同士が接触しやすくなって針の変形や潰れなどによる応力緩和が行われやすくなる。

そして、本実施形態によれば、上記した針による効果を奏しつつ、上記第１実施形態と同様に、ヒートシンク５０による放熱性の向上を実現しつつ小型化に適した構成を提供することができる。また、本実施形態は、上記第３実施形態と組み合わせてもよい。

（第５実施形態）
図９は、本発明の第５実施形態に係る電子装置４００の概略断面構成を示す図であり、上記図３に対応した断面を示す。本実施形態の電子装置４００では、図９に示されない部分は、上記第１実施形態と同様のものにできる。

上記第１実施形態では、ヒートシンク５０における上面と筐体１０の第２の面１２とは放熱ゲル７０を介して接触することで熱的に接続されていた（上記図３参照）が、本実施形態では、図９に示されるように、バネ部材８０を介して、これら両面を熱的に接続したものである。

このバネ部材８０は、熱伝導性およびバネ弾性を有するものであり、たとえば銅などの熱伝導性かつバネ弾性を有する材料を用いて形成されたものである。図９では、バネ部材８０は、板材を折り返した形状のバネとして構成されており、図９中の上下方向にバネ弾性を発揮する。

本実施形態によれば、このバネ部材８０を介して、ヒートシンク１０から筐体１０の第２の面１２への放熱が行われるため、上記実施形態と同様に、ヒートシンク５０による２つの放熱経路を形成することができる。そして、ヒートシンク５０による放熱性の向上を実現しつつ小型化に適した構成を提供することができる。

また、本実施形態によれば、ヒートシンク５０における上面と筐体１０の第２の面１２とを、バネ部材８０を介して接触させるときに、その接触荷重をバネ部材８０により緩和できるため、当該両面の接触時の応力による発熱素子３０、３１へのダメージを緩和することができる。また、当該両面間の傾きや寸法公差などをバネ弾性によって吸収して、当該両面の熱的接触を確保しやすい。

なお、バネ部材８０としては、図９に示したような形状でなくてもよく、上記したバネ部材８０としての作用を発揮するべく、熱伝導性、バネ弾性を有するものであればかまわない。たとえば、バネ部材８０としては、図１０（ａ）に示されるような複数のバネの集合体や、図１０（ｂ）に示されるようなコイルバネであってもよい。また、本実施形態は、上記第３実施形態と組み合わせてもよい。

（他の実施形態）
なお、発熱素子としてＩＣチップを用いる場合、主に高放熱を必要とするパワーＩＣでの使用が主となるが、ＩＣの種類は問わない。さらに、発熱素子としては、上記したフリップチップ実装タイプのベアチップ以外にも、上記ＰＱＦＰ（上記図１１参照）などのようなパッケージタイプの素子でもよい。

また、発熱素子は１個でもよい。また、複数個の発熱素子がある場合には、ヒートシンクはこれら複数個の発熱素子に共通のものでなくてもよく、１個の発熱素子について１個のヒートシンクを設け、各ヒートシンクを互いに独立したものとしてもよい。また、筐体としては、互いに離れて対向する第１の面および第２の面を有するものであればよく、上記実施形態のものに限定されない。

本発明の第１実施形態に係る電子装置の概略平面図である。 図１におけるヒートシンクおよびその周辺部を示す概略斜視図である。 図１中のＡ−Ａ概略断面図である。 比較例としての電子装置を示す概略断面図である。 比較例と第１実施形態の電子装置についてＦＥＭ熱過渡解析を行った結果を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電子装置におけるヒートシンクの単体斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る電子装置の概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電子装置の概略断面図である。 本発明の第５実施形態に係る電子装置の概略断面図である。 第５実施形態に係るバネ部材の変形例を示す概略断面図である。 本発明者が試作した電子装置の概略断面図である。

符号の説明

１０…筐体、１１…筐体の第１の面、１２…筐体の第２の面、
２０…回路基板、２１…接続部、２１ａ…貫通穴、２１ｂ…熱伝導部材、
２３…接続部としての貫通穴、３０…発熱素子としての第１のパワー複合デバイス、
３１…発熱素子としての第２のパワー複合デバイス、４０…バンプ、
５０…ヒートシンク、５１…ヒートシンクの突出部、８０…バネ部材。

Claims (7)

1. 互いに離れて対向する第１の面（１１）および第２の面（１２）を有する筐体（１０）と、
   前記筐体（１０）の前記第１の面（１１）に搭載された回路基板（２０）と、
   前記回路基板（２０）の前記第１の面（１１）側の面とは反対側の面に搭載された発熱素子（３０、３１）と、
   前記発熱素子（３０、３１）における前記回路基板（２０）側の面とは反対側の面に設けられ、前記発熱素子（３０、３１）に対して熱的に接続されたヒートシンク（５０）とを備え、
   前記ヒートシンク（５０）における前記発熱素子（３０、３１）側の面とは反対側の面は、前記筐体（１０）の前記第２の面（１２）に対向して配置されるとともに前記第２の面（１２）に対して熱的に接続されており、
   前記ヒートシンク（５０）における前記発熱素子（３０、３１）側の面には、前記回路基板（２０）に向かって突出する突出部（５１）が設けられており、
   前記回路基板（２０）には、前記突出部（５１）と前記筐体（１０）の前記第１の面（１１）とを熱的に接続する接続部（２１、２３）が設けられていることを特徴とする電子装置。
2. 前記回路基板（２０）の前記接続部（２１）は、前記回路基板（２０）のうち前記突出部（５１）に対向する部位に設けられ前記回路基板（２０）を前記第１の面（１１）まで貫通する貫通穴（２１ａ）と、この貫通穴（２１ａ）に充填された熱伝導部材（２１ｂ）とにより構成されたものであり、
   前記突出部（５１）は前記熱伝導部材（２１ｂ）に熱的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記回路基板（２０）の前記接続部は、前記回路基板（２０）のうち前記突出部（５１）に対向する部位に設けられ前記回路基板（２０）を前記第１の面（１１）まで貫通する貫通穴（２３）であり、
   前記突出部（５１）は前記貫通穴（２３）を通り抜けて前記第１の面（１１）に直接接触した状態で熱的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
4. 前記ヒートシンク（５０）における前記発熱素子（３０、３１）側の面とは反対側の面と前記筐体（１０）の前記第２の面（１２）とは、直接接触しており、
   これら両面の少なくとも一方は、複数の針が突出した面となっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電子装置。
5. 前記ヒートシンク（５０）における前記発熱素子（３０、３１）側の面とは反対側の面と前記筐体（１０）の前記第２の面（１２）との間には、熱伝導性およびバネ弾性を有するバネ部材（８０）が介在しており、
   これら両面は、前記バネ部材（８０）を介して熱的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電子装置。
6. 前記発熱素子（３０、３１）は、その一面にバンプ（４０）を有し、このバンプ（４０）を介して前記回路基板（２０）に接続されたものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電子装置。
7. 前記発熱素子（３０、３１）は、前記回路基板（２０）の前記第１の面（１１）側とは反対側の面に複数個搭載されており、
   前記ヒートシンク（５０）は、前記複数個の発熱素子（３０、３１）に共通して接続された１つのものであり、
   前記ヒートシンク（５０）における前記発熱素子（３０、３１）側の面のうち前記複数個の発熱素子（３０、３１）の間に位置する部位に、前記突出部（５１）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電子装置。

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