JP2010205919A - プリント基板ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】プリント配線板で応力を十分に分散することができるプリント基板ユニットを提供する。
【解決手段】プリント基板ユニット１３によれば、電子部品パッケージ１５はプリント配線板１４および放熱板１６ａの間に挟み込まれる。放熱板１６ａはボルト１７でプリント配線板１４に固定される。ボルト１７の先端はプリント配線板１４の裏側でスタッド１８に結合される。スタッド１８およびプリント配線板１４の裏面の間には緩衝板２２が挟み込まれる。緩衝板２２は所定の接触面積でプリント配線板１４の裏面に接触する。例えばプリント基板ユニット１３の運搬時にプリント配線板１４に外力が作用すると、プリント配線板１４では応力が生成される。プリント配線板１４の裏面にスタッド１８が接触する場合に比べて緩衝板２２の接触面積は大きく確保される。その結果、プリント配線板１４内で応力は十分に分散される。プリント配線板１４の破損は阻止される。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば電子部品パッケージを備えるプリント基板ユニットに関する。
例えばマザーボードといったプリント基板ユニットでは、プリント配線板の表面に実装される電子部品パッケージ上にヒートシンクが受け止められる。ヒートシンクはプリント配線板にボルトで連結される。ボルトはヒートシンクの放熱板およびプリント配線板を貫通する。プリント配線板の裏側でボルトはスタッドにねじ込まれる。スタッドは、プリント配線板の裏面に所定の間隔で平行に広がる板金上に固定される。その一方で、ボルトの頭と放熱板の表面の間には弦巻ばねが挟み込まれる。弦巻バネは放熱板の表面から頭を遠ざける弾性力を発揮する。その結果、ヒートシンクは電子部品パッケージに押し付けられる。
特開平８−２４７１１７号公報 特開２００２−１６４６８０号公報 特開２０００−３３２１６８号公報
板金はプリント配線板の裏面に平行に広がる。スタッドは板金の表面から直立する。その結果、プリント配線板の裏面にはスタッドのみが接触する。例えばプリント基板ユニットや運搬時や例えばサーバコンピュータへのプリント基板ユニットの組み込み時にプリント基板ユニットに外力が作用すると、プリント配線板では変形に基づく応力が生成される。プリント配線板の裏面ではスタッドのみが接触することから、応力はプリント配線板内で十分に分散されることができない。その結果、プリント配線板では割れといった破損や配線パターンの断線が引き起こされてしまう。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、プリント配線板で応力を十分に分散することができるプリント基板ユニットを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、プリント基板ユニットの一具体例は、プリント配線板と、前記プリント配線板の表面に実装される電子部品パッケージと、前記電子部品パッケージ上に受け止められて、前記電子部品パッケージの輪郭より外側に広がる輪郭を規定する放熱板と、前記電子部品パッケージの輪郭より外側で前記放熱板および前記プリント配線板を貫通し、前記プリント配線板の裏面から突き出る先端を規定するボルトと、前記ボルトの頭および前記放熱板の表面の間に挟み込まれて、前記放熱板の表面から前記頭を遠ざける弾性力を発揮する弾性部材と、前記プリント配線板の裏面に所定の間隔で隔てられる補強板と、前記補強板の表面から立ち上がり、前記ボルトの先端に結合されるスタッドと、前記スタッドと前記プリント配線板の裏面との間に挟み込まれて前記プリント配線板の裏面に沿って広がる緩衝板とを備える。
こうしたプリント基板ユニットによれば、電子部品パッケージはプリント配線板および放熱板の間に挟み込まれる。放熱板はボルトでプリント配線板に固定される。ボルトの先端はプリント配線板の裏側でスタッドに結合される。スタッドおよびプリント配線板の裏面の間には緩衝板が挟み込まれる。緩衝板は所定の接触面積でプリント配線板の裏面に接触する。例えばプリント基板ユニットの運搬時にプリント配線板に外力が作用すると、プリント配線板では応力が生成される。プリント配線板の裏面にスタッドが接触する場合に比べて緩衝板の接触面積は大きく確保される。その結果、プリント配線板内で応力は十分に分散される。プリント配線板の破損は阻止される。
プリント基板ユニットの他の具体例は、プリント配線板と、前記プリント配線板の表面に実装される電子部品パッケージと、前記電子部品パッケージ上に受け止められて、前記電子部品パッケージの輪郭より外側に広がる輪郭を規定する放熱板と、前記電子部品パッケージの輪郭より外側で前記放熱板および前記プリント配線板を貫通し、前記プリント配線板の裏面から突き出る先端を規定するボルトと、前記ボルトの頭および前記放熱板の表面の間に挟み込まれて、前記放熱板の表面から前記頭を遠ざける弾性力を発揮する弾性部材と、前記プリント配線板の裏面に所定の間隔で隔てられる補強板と、前記補強板の表面から立ち上がり、前記ボルトの先端に結合されるスタッドと、前記プリント配線板の裏面および前記補強板の表面の間に挟み込まれて、前記スタッドを受け入れる貫通孔を区画するスペーサとを備える。
こうしたプリント基板ユニットによれば、電子部品パッケージはプリント配線板および放熱板の間に挟み込まれる。放熱板はボルトでプリント配線板に固定される。ボルトの先端はプリント配線板の裏側でスタッドに結合される。スタッドは、プリント配線板の裏面に所定の間隔で隔てられる補強板の表面から立ち上がる。スタッドは、プリント配線板の裏面および補強板の表面の間に挟み込まれるスペーサの貫通孔に受け入れられる。例えばプリント基板ユニットの運搬時に例えばプリント配線板に外力が作用すると、プリント配線板では応力が生成される。プリント配線板の裏面には大きな接触面積でスペーサが接触する。その結果、プリント配線板内で応力は一層十分に分散される。プリント配線板の破損は阻止される。しかも、スペーサには貫通孔が形成されればよいことから、従来のボルスタープレートにねじ孔が形成される場合に比べて貫通孔の位置の精度は要求されない。その結果、ボルスタープレートの製造コストに比べてスペーサの製造コストは低減される。しかも、貫通孔の径が比較的に大きく確保されれば、従来のボルスタープレートに比べて軽量化される。プリント基板ユニットは軽量化される。
以上のように開示のプリント基板ユニットによれば、プリント配線板で応力を十分に分散することができる。
本発明に係る電子機器の一具体例すなわちサーバコンピュータ装置の外観を概略的に示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るプリント基板ユニットの外観を概略的に示す斜視図である。 図２の３−３線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態に係るプリント基板ユニットの構造を概略的に示す部分分解斜視図である。 図３に対応し、本発明の第２実施形態に係るプリント基板ユニットの構造を概略的に示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るプリント基板ユニットの構造を概略的に示す部分分解斜視図である。 図３に対応し、本発明の第３実施形態に係るプリント基板ユニットの構造を概略的に示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るプリント基板ユニットの構造を概略的に示す部分分解斜視図である。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
図１は本発明に係る電子機器の一具体例すなわちサーバコンピュータ装置１１の外観を概略的に示す。サーバコンピュータ装置１１は筐体１２を備える。筐体１２内には収容空間が区画される。収容空間にはマザーボードが配置される。マザーボードには例えば電子部品パッケージといった半導体部品やメインメモリが実装される。電子部品パッケージは、例えば一時的にメインメモリに保持されるソフトウェアプログラムやデータに基づき様々な演算処理を実行する。ソフトウェアプログラムやデータは、同様に収容空間に配置されるハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）といった大容量記憶装置に格納されればよい。こういったサーバコンピュータ装置１１は例えばラックに搭載される。
図２は本発明の第１実施形態に係るプリント基板ユニットすなわちマザーボード１３の外観を概略的に示す。このマザーボード１３は大型のプリント配線板１４を備える。プリント配線板１４には例えば樹脂基板が用いられる。プリント配線板１４の表面には電子部品パッケージすなわちＬＳＩ（大規模集積回路）チップパッケージ１５が実装される。ＬＳＩチップパッケージ１５の詳細は後述される。
ＬＳＩチップパッケージ１５上には放熱部材すなわちヒートシンク１６が受け止められる。ヒートシンク１６は、プリント配線板１４の表面に平行に広がる放熱板１６ａを備える。放熱板１６ａはＬＳＩチップパッケージ１５の輪郭より外側に広がる輪郭を規定する。放熱板１６ａは平坦な下向き面でＬＳＩチップパッケージ１５の上向き面に重ね合わせられる。放熱板１６ａには複数枚のフィン１６ｂが固着される。個々のフィン１６ｂは放熱板１６ａの上向き面から垂直方向に立ち上がる。フィン１６ｂは相互に平行に配列される。隣接するフィン１６ｂ同士の間には同一方向に延びる通気路が区画される。放熱板１６ａやフィン１６ｂは例えばアルミニウムや銅といった金属材料から成形されればよい。
ヒートシンク１６はプリント配線板１４に連結される。連結にあたって例えば４本のボルト１７が用いられる。ボルト１７はＬＳＩチップパッケージ１５の対角線の延長線上で４角の外側に配置される。ボルト１７は放熱板１６ａおよびプリント配線板１４を貫通する。図３を併せて参照し、ボルト１７の先端はプリント配線板１４の裏面から突き出る。ボルト１７の先端にはプリント配線板１４の裏側でスタッド１８が結合される。ボルト１７の頭１７ａすなわちフランジと放熱板１６ａとの間には弾性部材すなわち弦巻ばね１９が挿入される。弦巻ばね１９は、放熱板１６ａからボルト１７の頭１７ａを遠ざける弾性力を発揮する。その結果、放熱板１６ａはＬＳＩチップパッケージ１５に向かって押し付けられる。
プリント配線板１４の裏側にはプリント配線板１４の裏面に平行に広がる補強板２１が配置される。補強板２１は所定の間隔でプリント配線板１４の裏面から隔てられる。各スタッド１８は、ボルト１７に対応する位置で補強板２１に結合される。スタッド１８は補強板２１の表面から立ち上がる。補強板２１は例えばステンレス鋼板といった板金から形成される。スタッド１８は雌ねじスタッドから形成される。スタッド１８は例えば圧入に基づき補強板２１に固定される。スタッド１８内には雌ねじが切られる。ボルト１７の先端の雄ねじはスタッド１８の雌ねじに噛み合う。スタッド１８の上端およびプリント配線板１４の裏面の間には緩衝板２２が挟み込まれる。緩衝板２２は各スタッド１８に個別に配置される。
図４を併せて参照し、緩衝板２２は、プリント配線板１４の裏面に接触する接触板２２ａと、接触板２２ａの両端から折れ曲がりつつ補強板２１の表面に受け止められる１対の取り付け板２２ｂとから形成される。緩衝板２２は例えばステンレス鋼板といった板金から形成される。接触板２２ａの表面の面積はスタッド１８の上端面の面積より大きく規定される。接触板２２ａはプリント配線板１４の裏面に沿って広がる。こうして接触板２２ａは表面でプリント配線板１４の裏面を受け止める。その結果、接触板２２ａは所定の接触面積でプリント配線板１４の裏面に接触する。その一方で、緩衝板２２は取り付け板２２ｂで補強板２１に接合される。接合にあたって例えばリベット（図示されず）が用いられればよい。
図３から明らかなように、ＬＳＩチップパッケージ１５はパッケージ基板２５を備える。パッケージ基板２５には例えばセラミック基板が用いられる。パッケージ基板２５は多角形の輪郭を備える。プリント配線板１４の表面にはパッケージ基板２５の輪郭の内側で複数の端子バンプ２６すなわちＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）ボールが配置される。端子バンプ２６ははんだ材から形成される。例えばはんだ材にはいわゆる無鉛はんだが用いられる。無鉛はんだは例えば錫、銀および銅の合金で構成される。
端子バンプ２６上にパッケージ基板２５が受け止められる。こうしてパッケージ基板２５は端子バンプ２６でプリント配線板１４の表面に接合される。こうした端子バンプ２６は端子バンプ群を構成する。パッケージ基板２５の表面には電子部品すなわちＬＳＩチップ２７が実装される。ＬＳＩチップ２７は例えば正方形の輪郭を備える。パッケージ基板２５の表面にはマトリックス状に端子バンプ２８が配列される。端子バンプ２８上にＬＳＩチップ２７は受け止められる。
ＬＳＩチップ２７内には複数の入出力信号線が形成される。個々の入出力信号線は端子バンプ２８に接続される。こうして入出力信号線はＬＳＩチップ２７から引き出される。端子バンプ２８はパッケージ基板２５上で封止される。すなわち、ＬＳＩチップ２７とパッケージ基板２５との間は樹脂材２９で満たされる。その他、パッケージ基板２５上にはチップキャパシタやチップ抵抗といった電子部品３１が実装されてもよい。
パッケージ基板２５の表面には熱伝導部材すなわちヒートスプレッダ３２が受け止められる。ヒートスプレッダ３２は例えばはんだ材に基づきパッケージ基板２５の表面に鑞付けされる。ヒートスプレッダ３２は例えば銅といった金属材料から成形される。ヒートスプレッダ３２はＬＳＩチップ２７の表面に接触する。ＬＳＩチップ２７の表面は例えばはんだ材でヒートスプレッダ３２の下向き面に鑞付けされる。こうしてＬＳＩチップ２７の熱エネルギーは効率的にヒートスプレッダ３２に受け渡される。ヒートスプレッダ３２上には前述の放熱板１６ａが受け止められる。放熱板１６ａおよびヒートスプレッダ３２の間には例えば伝熱シート３３が挟み込まれる。ヒートシンク１６にはヒートスプレッダ３２から熱エネルギーが伝達される。熱エネルギーはヒートシンク１６から大気に放射される。
こういったマザーボード１３の運搬時やサーバコンピュータ１１へのマザーボード１３の組み込み時、例えばプリント配線板１４に外力が作用すると、プリント配線板１４では応力が生成される。前述のように、プリント配線板１４の裏面には緩衝板２２の接触板２２ａが接触する。スタッド１８の上端がプリント配線板１４の裏面に接触する場合に比べて接触面積は増大することから、プリント配線板１４内で応力は十分に分散される。プリント配線板１４の割れやプリント配線板１４内で配線パターンの断線は阻止される。しかも、補強板２１や緩衝板２２は比較的に薄い板金から形成される。その結果、マザーボード１３は軽量化される。
図５は本発明の第２実施形態に係るマザーボード１３ａの構造を概略的に示す。このマザーボード１３ａでは、補強板２１に緩衝板２２が一体化される。図６を併せて参照し、補強板２１には１対の緩衝板２２が一体化される。補強板２１および緩衝板２２は例えばハット曲げに基づき１枚のステンレス鋼板といった板金から形成される。緩衝板２２は１対のスタッド１８およびプリント配線板１４の間に挟み込まれる。その他、前述と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。こうしたマザーボード１３ａによれば、前述と同様の作用効果が実現される。しかも、緩衝板２２は１対のスタッド１８およびプリント配線板１４の裏面の間に挟み込まれることから、緩衝板２２は前述に比べて大きな接触面積でプリント配線板１４の裏面に接触する。応力は一層顕著に分散される。
図７は本発明の第３実施形態に係るマザーボード１３ｂの構造を概略的に示す。このマザーボード１３ｂでは、補強板２１の表面およびプリント配線板１４の裏面の間に平板状のスペーサ３５が挟み込まれる。スペーサ３５は例えばアルミニウム合金やステンレス鋼といった金属材料から形成される。補強板２１のスタッド１８は、スペーサ３５の表面から裏面まで貫通する貫通孔３６内に受け入れられる。補強板２１の表面から規定されるスタッド１８の上端までの高さはスペーサ３５の厚みよりも小さく設定される。その結果、スタッド１８の上端およびプリント配線板１４の裏面の間には所定の隙間が確保される。図８を併せて参照し、貫通孔３６はスタッド１８ごとに形成される。貫通孔３６の外側でスペーサ３５はプリント配線板１４の裏面に大きな接触面積で接触する。その他、前述と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。
こういったマザーボード１３ｂの運搬時やサーバコンピュータ１１へのマザーボード１３ｂの組み込み時、例えばプリント配線板１４に外力が作用すると、プリント配線板１４では応力が生成される。プリント配線板１４の裏面には大きな接触面積でスペーサ３５が接触する。その結果、プリント配線板１４内で応力は一層十分に分散される。プリント配線板１４の割れやプリント配線板１４内で配線パターンの断線は阻止される。しかも、スペーサ３５には貫通孔３６が形成されればよいことから、従来のボルスタープレートにねじ孔が形成される場合に比べて貫通孔３６の位置の精度は要求されない。その結果、ボルスタープレートの製造コストに比べてスペーサ３５の製造コストは低減される。しかも、貫通孔３６の径が比較的に大きく確保されれば、従来のボルスタープレートに比べて軽量化される。マザーボード１３ｂは軽量化される。
１１ 電子機器（サーバコンピュータ装置）、１３〜１３ｂ プリント基板ユニット（マザーボード）、１４ プリント配線板、１５ 電子部品パッケージ（ＬＳＩチップパッケージ）、１６ａ 放熱板、１７ ボルト、１７ａ 頭、１８ スタッド、１９ 弾性部材（弦巻ばね）、２１ 補強板、２２ 緩衝板、３５ スペーサ、３６ 貫通孔。

Claims (7)

  1. プリント配線板と、
    前記プリント配線板の表面に実装される電子部品パッケージと、
    前記電子部品パッケージ上に受け止められて、前記電子部品パッケージの輪郭より外側に広がる輪郭を規定する放熱板と、
    前記電子部品パッケージの輪郭より外側で前記放熱板および前記プリント配線板を貫通し、前記プリント配線板の裏面から突き出る先端を規定するボルトと、
    前記ボルトの頭および前記放熱板の表面の間に挟み込まれて、前記放熱板の表面から前記頭を遠ざける弾性力を発揮する弾性部材と、
    前記プリント配線板の裏面に所定の間隔で隔てられる補強板と、
    前記補強板の表面から立ち上がり、前記ボルトの先端に結合されるスタッドと、
    前記スタッドと前記プリント配線板の裏面との間に挟み込まれて前記プリント配線板の裏面に沿って広がる緩衝板とを備えることを特徴とするプリント基板ユニット。
  2. 請求項１に記載のプリント基板ユニットにおいて、前記緩衝板は前記補強板に結合されることを特徴とするプリント基板ユニット。
  3. 請求項１に記載のプリント基板ユニットにおいて、前記緩衝板は折り曲げに基づき前記補強板に一体化されることを特徴とするプリント基板ユニット。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント基板ユニットを備えることを特徴とする電子機器。
  5. プリント配線板と、
    前記プリント配線板の表面に実装される電子部品パッケージと、
    前記電子部品パッケージ上に受け止められて、前記電子部品パッケージの輪郭より外側に広がる輪郭を規定する放熱板と、
    前記電子部品パッケージの輪郭より外側で前記放熱板および前記プリント配線板を貫通し、前記プリント配線板の裏面から突き出る先端を規定するボルトと、
    前記ボルトの頭および前記放熱板の表面の間に挟み込まれて、前記放熱板の表面から前記頭を遠ざける弾性力を発揮する弾性部材と、
    前記プリント配線板の裏面に所定の間隔で隔てられる補強板と、
    前記補強板の表面から立ち上がり、前記ボルトの先端に結合されるスタッドと、
    前記プリント配線板の裏面および前記補強板の表面の間に挟み込まれて、前記スタッドを受け入れる貫通孔を区画するスペーサとを備えることを特徴とするプリント基板ユニット。
  6. 請求項５に記載のプリント基板ユニットにおいて、前記補強板の表面から規定される前記スタッドの高さは前記スペーサの厚みより小さいことを特徴とするプリント基板ユニット。
  7. 請求項５または６に記載のプリント基板ユニットを備えることを特徴とする電子機器。
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