JP2009026870A - 電子装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 回路基板2に実装されたICチップ3の上には、ヒートシンク6が熱伝導性シリコーンゲル5によって取付けられている。ヒートシンク6と対向するハウジング本体8の裏面8hには凹部8aが形成されており、ヒートシンク6の上端が凹部8aの内部に配置されている。ヒートシンク6と凹部8aの底面との間には複数のバネ7が介在されている。環境温度の変化により回路基板2に反りが発生し、ICチップ3を押し上げる応力が作用してもヒートシンク6が凹部8a内を上方へ変位するため、回路基板2からICチップ3に作用する応力およびハウジング9からヒートシンク6を介してICチップ3に作用する応力を緩和することができる。
【選択図】 図1
Description
そして、ICチップ3から発生した熱は、熱伝導性シリコーンゲル5を介してヒートシンク21へ伝導し、さらにヒートシンク21からハウジング20に伝導して放熱される。
つまり、従来の電子装置では、応力によりICチップがダメージを受けるおそれがある。
従って、応力による電子部品のダメージをなくすことができる電子装置を実現することができる。
従って、応力による電子部品のダメージをなくすことができる電子装置を実現することができる。
従って、熱伝導部材に伝導した熱を弾性部材のみに伝導させる構造よりも放熱効率を高めることができる。
また、シート状部材は熱伝導部材の自重によって変形する性質を有するため、回路基板の歪み、あるいは、実装誤差などによって電子部品の表面が傾いている場合であっても、シート状部材は、その傾きに追従して変形するので、熱伝導部材をその底面が電子部品の表面に沿うように取付けることができる。
この発明に係る実施形態について図を参照して説明する。図1は、この実施形態に係る電子装置の内部構造を示す説明図である。図2は、図1に示す電子装置の要部の説明図である。図3は、ヒートシンクの取付工程を示す説明図であり、(a)はヒートシンクを取付ける前の電子装置の内部構造を示す説明図、(b)はハウジングの開口部の説明図、(c)はハウジングの開口部からヒートシンクを挿入したところの説明図である。なお、図15に示した従来の電子装置と同じ構成については同じ符号を用いる。
図1に示すように、電子装置1は、ハウジング9を備えており、ハウジング本体8の内部に回路基板2が収容されている。ハウジング本体8は、アルミニウムまたは鉄系の比較的熱伝導効率の高い素材により、箱状に形成されている。回路基板2は、ガラスエポキシまたはセラミックなどの素材により板状に形成されている。
ハウジング本体8の内部角部には、回路基板2を固定するための取付部8cが設けられており、回路基板2の端部は、ネジやボルトなどの固定部材11によって取付部8cに固定されている。
ヒートシンク6の表面6aと対向するハウジング本体8の裏面8hには、凹部8aが形成されている。この凹部8aは、ハウジング本体8に開口形成された開口部8j(図3)の外側開口面を蓋8iによって閉塞することにより形成される。開口部8jは、ハウジング本体8の外部からヒートシンク6を挿入してICチップ3の上に配置するためのものである。開口部8jは、ヒートシンク6の表面6aと対向するハウジング本体8の裏面8hに開口形成されている。
開口部8jから挿入され、ICチップ3の上に配置されたヒートシンク6の上端は凹部8a内に挿入されており、その上端側面は凹部8aの内壁面8bと接触している。ヒートシンク6の表面6aと蓋8iの裏面9aとの間には、コイル状の複数のバネ7が配置されている。各バネ7は、そのバネ力によってヒートシンク6をICチップ3の方に付勢している。ハウジング9を構成する蓋8iは、ハウジング本体8と同じ材料により形成されている。各バネ7は鋼などの熱伝導率の高い材料により形成されている。
シート10は、ヒートシンク6を開口部8jからICチップ3の上に配置する際に使用するもので、弾性を有する熱伝導性材料、例えば、銅系、シリコンゴム、シリコンゲル、カーボンなどの材料によりシート状に形成されている。
次に、ヒートシンク6の取付方法について図3を参照して説明する。
図3(a)に示すように、回路基板2が内部に固定され、各開口部8jの裏面側開口面がシート10によって閉塞されたハウジング本体8を用意する。回路基板2の表面2aに実装されたICチップ3の表面には、予め熱伝導性シリコーンゲル5が塗布されている。
上述のように、シート10はヒートシンク6の自重によって撓む弾性を有する。このため、回路基板2の歪み、あるいは、実装誤差などによってICチップ3の表面が傾いている場合であっても、シート10は、その傾きに追従して変形するので、ヒートシンク6をその底面6bがICチップ3の表面に沿うように取付けることができる。
従って、ICチップ3の厚さ、または、実装高さが変更された場合、あるいは、ICチップ3の表面が傾斜している場合であっても、ヒートシンク6を熱伝導性シリコーンゲル5を介してICチップ3の上にバランス良く配置することができる。
また、ICチップ3、シート10およびヒートシンク6の密着度が高まり、ICチップ3から発生した熱のヒートシンク6に対する伝導率が高くなる。また、ヒートシンク6に伝導した熱を各バネ7を通じて蓋8iに伝導させ、蓋8iを通じてハウジング本体8から放熱することができる。さらに、ヒートシンク6の配置姿勢が崩れるおそれがない。
(1)上述のように、第1実施形態の電子装置1は、ヒートシンク6の表面6aと、その表面6aと対向するハウジング本体8の裏面8hに形成された凹部8aの底面8kとの間に熱伝導性シリコーンゲル5より低い弾性率の複数のバネ7が介在されてなる。また、熱伝導性シリコーンゲル5より低い弾性率のシート10が、ヒートシンク6と熱伝導性シリコーンゲル5との間に介在されており、かつ、シート10の少なくとも両端がICチップ3の配置されている側のハウジング本体8の裏面8hに取り付けられてなる。
このため、環境温度の変化により回路基板2の基板面に発生した反りに起因する応力がICチップ3に及んだ場合であっても、ヒートシンク6がバネ7およびシート10の各弾性力に抗しながらハウジング本体8の裏面8hに向けて変位する(逃げる)ことができるため、回路基板2からICチップ3に作用する応力およびハウジング9からヒートシンク6を介してICチップ3に作用する応力を緩和することができる。
従って、応力によるICチップ3のダメージをなくすことができる電子装置を実現することができる。
従って、ヒートシンク6に伝導した熱をバネ7のみに伝導させる構造よりも放熱効率を高めることができる。
次に、この発明の第2実施形態について図4を参照して説明する。
図4は、この第2実施形態に係る電子装置の構造の要部を示す説明図である。なお、以下に説明する各実施形態では、第1実施形態の電子装置1と同じ部分の説明を省略し、同じ構成については同じ符号を用いて説明する。
ヒートシンク6の下降停止位置は、ヒートシンク6が載置された載置部10aが熱伝導性シリコーンゲル5に充分に接着され、かつ、ICチップ3にヒートシンク6の過度の荷重が掛からない程度の位置に設定されている。ヒートシンク6の下降停止位置は、鍔部6cおよび内壁面8bの各テーパ面の傾斜角度を変更することによって調整することができる。
また、この第2実施形態の電子装置は、凹部8aおよびヒートシンク6の形状以外は前述の第1実施形態の電子装置1と同じ構造であるため、第1実施形態の効果(1)ないし(8)と同じ効果を奏することができる。
次に、この発明の第3実施形態について図5を参照して説明する。
図5は、この第3実施形態に係る電子装置の構造の要部を示す説明図である。
ヒートシンク6をハウジング本体8の開口部8jから挿入し、シート10の載置部10aに載置すると、載置部10aはヒートシンク6の自重によって下降する。このとき、ヒートシンク6は、自身の鍔部6dが凹部8aの薄板部8dと重なったときに下降を停止する。
薄板部8dはヒートシンク6の下降位置を制限するとともに、上下方向に撓む弾性を有する。このため、シート10の端部10cの接着幅Lが不足していたり、シート10の弾性が不足していたりするなど、シート10が所期の効果を発揮できなくなっている場合であっても、ヒートシンク6が下降時にICチップ3にダメージを与えるおそれがない。
次に、この発明の第4実施形態について図6を参照して説明する。
図6は、この第4実施形態に係る電子装置の構造の要部を示す説明図である。
一方の手で摘むことができるような突起部などをヒートシンク6の表面6aに設けておき、その突起部を摘んでヒートシンク6の底面を開口部8jに挿入した状態を作る。
次に、この発明の第5実施形態について図7を参照して説明する。
図7は、この第5実施形態に係る電子装置の構造の要部を示す説明図である。
次に、この発明の第6実施形態について図8を参照して説明する。
図8は、この第6実施形態に係る電子装置の構造の要部を示す説明図である。
次に、この発明の第7実施形態について図9を参照して説明する。
図9は、この第7実施形態に係る電子装置の構造の要部を示す説明図である。
次に、この発明の第8実施形態について図10を参照して説明する。
図10は、この第8実施形態に係る電子装置の構造の要部を示す説明図である。
なお、ベアリング18はヒートシンク6の表面に形成された球面状の窪みに転動不能に固定しても良い。また、ベアリング18を用いずに、ヒートシンク6の表面または板状部材17の裏面の一方に球状などの突起部を形成しても良い。
次に、この発明の第9実施形態について図11を参照して説明する。
図11は、この第9実施形態に係る電子装置におけるシート10の構造を示す説明図である。
次に、この発明の第10実施形態について図12を参照して説明する。
図12は、この第10実施形態に係る電子装置の説明図であり、(a)は要部の説明図、(b)はシート10の構造を示す説明図である。
なお、幅の広いスリット10fを1つ形成する代わりに幅の狭いスリット10fを複数形成しても良い。また、スリットに代えて貫通孔を形成しても良い。さらに、シート10はメッシュ状でも良く、網目の粗さを変更することにより、弾性率を調整することもできる。
次に、この発明の第11実施形態について図13を参照して説明する。
図13は、この第11実施形態に係る電子装置の要部を示す説明図である。
次に、この発明の第12実施形態について図14を参照して説明する。
図14は、この第12実施形態に係る電子装置の説明図であり、(a)は変形前のヒートシンクの説明図、(b)は変形後のヒートシンクの説明図、(c)は要部を示す説明図である。
例えば各バネ6eの先端を指などで摘んで上記の状態を維持しながらヒートシンク6を開口部8jから挿入する。そして、各バネ6eの先端が開口部8jを通過したときに、各バネ6eの先端を摘んでいた指を先端から放すと、各バネ6eは復元力によって元の形状に復帰しようとし、各バネ6eの先端が係止部13にそれぞれ係止される。
(1)前述の各実施形態では、フリップチップ実装方法により実装されたICチップにヒートシンクが配置された構造に本発明を適用した場合を説明したが、本発明は、CSP(Chip Size Package)、PSOP(Power Small Outline Package)、PQFP(Power Quad Flat Package)およびBGA(Ball Grid Array)などの多種パッケージにも適用することができる。
(3)第5実施形態において、蓋8iおよびゴム12を一体形成することもできる。また、蓋8iおよびゴム12からなる部分をゴムによって一体形成し、そのゴムの弾力によって開口部に栓をする方法でも良い。
4・・アンダーフィル、5・・熱伝導性シリコーンゲル(熱伝導性材料)、
6・・ヒートシンク(熱伝導部材)、7・・バネ(弾性部材)、8a・・凹部、
8i・・蓋、9・・ハウジング、10・・シート(シート状部材)。
Claims (8)
- 発熱する電子部品が実装された回路基板と、
熱伝導性材料によって前記電子部品の表面に取付けられており、前記電子部品から発生する熱を伝導するための熱伝導部材と、
前記回路基板が収容されたハウジングと、を備えており、前記熱伝導部材に伝導した熱を前記ハウジングを介して放熱する電子装置において、
前記熱伝導部材の表面と、前記ハウジングの裏面との間に前記熱伝導性材料より低い弾性率の熱伝導性の弾性部材が介在されてなることを特徴とする電子装置。 - 発熱する電子部品が実装された回路基板と、
熱伝導性材料によって前記電子部品の表面に取付けられており、前記電子部品から発生する熱を伝導するための熱伝導部材と、
前記回路基板が収容されたハウジングと、を備えており、前記熱伝導部材に伝導した熱を前記ハウジングを介して放熱する電子装置において、
前記熱伝導部材の表面と対向する前記ハウジングの裏面には凹部が形成されており、
前記熱伝導部材の上端が、前記凹部の内部に配置されており、
前記熱伝導性材料より低い弾性率の熱伝導性の弾性部材が、前記熱伝導部材の表面と前記凹部の底面との間に介在されてなることを特徴とする電子装置。 - 前記熱伝導部材が、前記凹部の内壁面と接触してなることを特徴とする請求項2に記載の電子装置。
- 前記熱伝導性材料より低い弾性率のシート状部材が、前記熱伝導部材と前記熱伝導性材料との間に介在されており、かつ、前記シート状部材の少なくとも両端が前記電子部品の配置されている側の前記ハウジングに取り付けられてなることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の電子装置。
- 前記弾性部材は、前記熱伝導性材料よりも熱伝導率が高いことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載の電子装置。
- 発熱する電子部品が実装された回路基板と、
前記電子部品の表面に配置された熱伝導性材料と、
この熱伝導性材料によって前記電子部品の表面に取付けられており、前記電子部品から発生する熱を放熱させるための熱伝導部材と、
前記回路基板が収容されたハウジングと、を備えた電子装置の製造方法において、
前記電子部品の表面に前記熱伝導性材料が配置された前記回路基板と、前記熱伝導性材料より低い弾性率の熱伝導性の弾性部材と、前記熱伝導部材と、前記電子装置を前記ハウジングの内部に収容した際に前記熱伝導部材の表面と対向する部位に形成され、前記熱伝導部材を挿入可能な開口部が形成された前記ハウジングとを用意し、
前記回路基板を前記ハウジングの内部に収容する第1工程と、
前記熱伝導部材を前記ハウジングの外部から前記開口部を介して前記電子部品の表面に配置する第2工程と、
前記熱伝導性材料より低い弾性率の熱伝導性の弾性部材を前記開口部から挿入して前記熱伝導部材の表面に配置する第3工程と、
蓋で前記開口部を覆い、前記蓋の裏面と前記熱伝導部材の表面との間で前記弾性部材が圧縮された状態にする第4工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。 - 発熱する電子部品が実装された回路基板と、
前記電子部品の表面に配置された熱伝導性材料と、
この熱伝導性材料によって前記電子部品の表面に取付けられており、前記電子部品から発生する熱を放熱させるための熱伝導部材と、
前記回路基板が収容されたハウジングと、を備えた電子装置の製造方法において、
前記回路基板と、前記熱伝導性材料より低い弾性率の熱伝導性の弾性部材と、底面に前記熱伝導性材料が配置された前記熱伝導部材と、前記電子装置を前記ハウジングの内部に収容した際に前記熱伝導部材の表面と対向する部位に形成され、前記熱伝導部材を挿入可能な開口部が形成された前記ハウジングとを用意し、
前記回路基板を前記ハウジングの内部に収容する第1工程と、
前記熱伝導部材を前記ハウジングの外部から前記開口部を介して前記電子部品の表面に配置する第2工程と、
前記熱伝導性材料より低い弾性率の熱伝導性の弾性部材を前記開口部から挿入して前記熱伝導部材の表面に配置する第3工程と、
蓋で前記開口部を覆い、前記蓋の裏面と前記熱伝導部材の表面との間で前記弾性部材が圧縮された状態にする第4工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。 - 前記開口部の裏面は、前記熱伝導性材料より低い弾性率を有するとともに前記熱伝導部材の自重によって変形する性質のシート状部材によって覆われており、
前記第2工程は、
前記熱伝導部材を前記ハウジングの外部から前記開口部を介して前記シート状部材の上に載置し、その熱伝導部材が載置された前記シート状部材を変形させて前記電子部品の表面に到達させることにより、前記熱伝導部材を前記シート状部材を介して前記電子部品の表面に配置する工程であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の電子装置の製造方法。
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