JP2011171526A

JP2011171526A - 発熱体の放熱構造

Info

Publication number: JP2011171526A
Application number: JP2010034216A
Authority: JP
Inventors: Daiki Takiguchi; 大樹滝口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】放熱構造の組み立て時に、集積回路や基板上の他の電子部品に過大な負荷が掛かることを防止する。
【解決手段】放熱構造1は、集積回路4を下面に設けた基板3と、集積回路4に接する当接軸21を設けた放熱体2と、頭部70を有して基板3を放熱体2に取り付けるネジ7と、基板3と放熱体2の間に配備されて基板3を上向き付勢する下側バネ6と、ネジ7の頭部70と基板3の間にてネジ7に嵌まって、基板3を下向き付勢する上側バネ5とを具えている。放熱体2は、下側バネ6が嵌まる大径軸23と、上側バネ5が嵌まる小径軸24を一体に具えた支持軸20を具えている。ネジ7が放熱体2に螺合した状態で、上側バネ5の頭部70と小径軸24の上端面との間、及び基板3の下面と大径軸23の上端面との間には、隙間が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、集積回路のような発熱体の放熱構造に関する。

図６は、従来の放熱構造(１)を示す正面断面図である。集積回路(４)は基板(３)上に設けられ、該基板(３)は金属製の放熱体(２)にネジ(７)によって取り付けられる。ネジ(７)の頭部(70)と基板(３)の間にて、ネジ(７)に圧縮バネ(55)が嵌まり、該圧縮バネ(55)の押圧力によって、基板(３)及び集積回路(４)は下向きに付勢される。放熱体(２)からは突片(29)が上向きに突出し、集積回路(４)が突片(29)に接して集積回路(４)からの熱が突片(29)を介して放熱体(２)に逃げる。これにより、集積回路(４)が過熱することを防いでいる。
尚、以下の記載では、圧縮バネ(55)について、図７に示すように、圧縮バネ(55)の外径から、線径を引いた寸法Ｄを有効径、圧縮荷重を加えない時の長さｌを自由長さと呼び、これはＪＩＳＢ０１０３「ばね用語」の規格に合致する。また、最も圧縮され、ピッチが０になった際のバネ長さを、最大圧縮長さと呼ぶ。

特開平４−２８４６９５号公報

上記の従来の放熱構造では、以下の問題が残る。
１．図６に示すように、集積回路(４)を支点として、圧縮バネ(55)にて基板(３)上から突片(29)に押圧し、基板(３)の下方は空いているから、放熱構造に振動や衝撃が加わった際に、一点鎖線で示すように、基板(３)が突片(29)を支点として下向きに撓み、集積回路(４)に過大な負荷が加わる。
２．放熱構造に振動が加わった場合に、この振動と基板(３)とが共振した場合、基板(３)の下側に共振を規制する部材がないから、基板(３)が下向きに共振する。この結果、集積回路(４)や基板(３)上の他の電子部品に過大な負荷が掛かり、市場不良の虞れとなる。
３．圧縮バネ(55)はネジ(７)に嵌まっているから、圧縮バネ(55)の内径とネジ(７)との間には半径方向に隙間がある。ネジ(７)の頭部(70)と圧縮バネ(55)の上端が直接接しているから、ネジ(７)を回転させると、ネジ(７)の頭部(70)と圧縮バネ(55)の摩擦によって、圧縮バネ(55)がネジ(７)との隙間分、水平方向に動く。これにより、基板(３)も水平方向に移動し、基板(３)上のコネクタや他の電子部品の水平位置が正しい位置から、ずれる。
従って、基板(３)上のコネクタや電子部品が、他の基板上の電子部品と干渉して短絡する虞れがある、また、１の基板(３)のソケットと、他の基板のソケットを直接繋ぐ所謂ボードtoボードの場合では、基板(３)の水平位置がずれるから、組立作業性が悪くなる。
４．圧縮バネ(55)の内径をネジ(７)の径に近付けて、圧縮バネ(55)が水平方向に動く量を小さくすることも考えられる。しかし、一般に圧縮バネ(55)の場合、バネ定数はバネの有効径の３乗に反比例するから、圧縮バネ(55)の内径を大きくすると、圧縮バネ(55)を所望のバネ定数に設定できない虞れがある。
５．圧縮バネ(55)の力を、上方からの一方向から加える構造であるから、基板(３)の放熱体(２)への取付け工程で、ネジ(７)を締め付けすぎると、基板(３)に過大な負荷が掛かり、基板(３)自体の破損や集積回路(４)の破壊に繋がる。
本発明の目的は、上記問題の解決を目的とする。

発熱体の放熱構造(１)は、発熱体を下面に設けた基板(３)と、発熱体に接する当接部を設けた放熱体(２)と、頭部(70)を有して基板(３)を放熱体(２)に取り付けるネジ(７)と、基板(３)と放熱体(２)の間に配備されて基板(３)を上向き付勢する下側バネ(６)と、ネジ(７)の頭部(70)と基板(３)の間にてネジ(７)に嵌まって、基板(３)を下向き付勢する上側バネ(５)とを具えている。
放熱体(２)は、下側バネ(６)が嵌まる大径軸(23)と、上側バネ(５)が嵌まる小径軸(24)を一体に具えた支持軸(20)を具えており、ネジ(７)が放熱体(２)に螺合した状態で、上側バネ(５)の頭部(70)と小径軸(24)の上端面との間、及び基板(３)の下面と大径軸(23)の上端面との間には、隙間が設けられている。

本発明にあっては、以下に記載する如く、簡単な構成で基板への負担を軽減することができる。

本例に係わる放熱構造の正面図である。図１の放熱構造の分解図である。放熱構造の組み立て手順を示す図である。図１の放熱構造の正面断面図である。別の放熱構造の正面図である。従来の放熱構造の正面断面図である。一般的な圧縮バネの正面図である。

以下、本発明の一実施例を図を用いて、詳述する。
本例では、発熱体の放熱構造として、ＰＨＳ携帯電話の基地局に用いる集積回路の放熱構造を例示するが、これに限定されない。本例では、基板(３)を上下からバネ(５)(６)付勢する点に特徴がある。
図１は、本例に係わる放熱構造(１)の正面図であり、図２は、その分解図である。集積回路(４)は基板(３)の下面に設けられ、基板(３)の下方には金属製の放熱体(２)が位置する。該基板(３)は基板(３)を貫通する２本のネジ(７)(７)が、放熱体(２)に螺合することにより、取り付けられる。各ネジ(７)には基板(３)を挟んで、上側バネ(５)と下側バネ(６)が嵌まり、両バネ(５)(６)とも圧縮バネである。下側バネ(６)は上側バネ(５)よりも有効径が大きいが、これは後記の如く、下側バネ(６)と上側バネ(５)とが、共通の２段軸に嵌まるから、下側バネ(６)の有効径を大きくせざるを得ないとの理由による。

放熱体(２)は、底板(22)の両側から上向きに突出した２本の支持軸(20)(20)と、両支持軸(20)(20)の間に位置する当接軸(21)を具えて構成される。両支持軸(20)の高さは同じであるが、稍違えてもよい。
支持軸(20)は、下側バネ(６)が嵌まる大径軸(23)と、上側バネ(５)が嵌まる小径軸(24)を一体に形成した２段軸であり、小径軸(24)の中心部には、ネジ(７)(７)が螺合するネジ穴(25)が開設されている。大径軸(23)と小径軸(24)は略同軸であり、下側バネ(６)と上側バネ(５)の付勢力は、同一垂直線上で作用する。
前記当接軸(21)は、大径軸(23)よりも低く、基板(３)には小径軸(24)を通り、大径軸(23)の直径よりも小さな径を有する透孔(30)が開設されている。下側バネ(６)の自由長さは、大径軸(23)よりも高く、従って、支持軸(20)の大径軸(23)に下側バネ(６)を挿入し、その上から基板(３)を小径軸(24)に挿入した状態で、基板(３)の下面は下側バネ(６)に接して、大径軸(23)の上端面から離れている。集積回路(４)の下面も、当接軸(21)の上端面から離れている。

放熱構造の組立て
図１の如く、放熱構造(１)を組み立てるには、以下の手順で行う。
先ず、図３に示すように、放熱体(２)の各支持軸(20)に下側バネ(６)を嵌め、その上から基板(３)を支持軸(20)に挿入する。前記の如く、基板(３)の下面は大径軸(23)の上端面から離れており、集積回路(４)の下面は当接軸(21)の上端面から離れている。
次に、支持軸(20)のネジ穴(25)の上方に、上側バネ(５)とネジ(７)を配備する。支持軸(20)の小径軸(24)に上側バネ(５)を挿入し、ネジ穴(25)にネジ(７)を螺合する。集積回路(４)の下面は当接軸(21)の上端面に押圧力を以て接する。こうして、図１に示す放熱構造(１)の組み立てが完成する。

図４は、図１の放熱構造(１)の正面断面図である。図１及び図４では、集積回路(４)は１つしか図示されていないが、実際には基板(３)の下面には、複数Ｎ１個の集積回路(４)が配備され、これに対応して、上側バネ(５)と下側バネ(６)がＮ２個ずつ配備される。また、上側バネ(５)の自由長さをｌ１、バネ定数をｋ１、組立て後の圧縮高さをＬ１、下側バネ(６)の自由長さをｌ２、バネ定数をｋ２、組立て後の圧縮高さをＬ２、基板(３)の集積回路(４)が下向きに押圧される力をｆとすると、１個の上側バネ(５)の押圧力は、ｋ１×(ｌ１−Ｌ１)、１個の下側バネ(６)の押圧力は、ｋ２×(ｌ２−Ｌ２)であるから、

Ｎ１×ｆ＝Ｎ２×(ｋ１×(ｌ１−Ｌ１)−ｋ２×(ｌ２−Ｌ２))
の式を満たすバネ定数ｋ１、ｋ２及び圧縮高さＬ１、Ｌ２を、放熱構造(１)の設計段階で設定すればよい。

ここで、設計的には、上側バネ(５)と下側バネ(６)の圧縮高さＬ１、Ｌ２となるように、治具(図示せず)を用いて、ネジ(７)を締結すればよい。しかし、組み立ての際には、作業者がネジ(７)を締め込み過ぎる虞れがある。この対策として、ネジ(７)が放熱体(２)に螺合した状態で、上側バネ(５)の頭部(70)と小径軸(24)の上端面との間には隙間δ１が設けられている。同様に、基板(３)の下面と大径軸(23)の上端面との間には、隙間δ２が設けられている。即ち、上側バネ(５)を圧縮高さＬ１から更にδ１だけ締め込んでも、ネジ(７)の頭部(70)は小径軸(24)の上端面に接して、それ以上締め込むことは出来ない。

これにより、放熱構造(１)を組み立てる際に、ネジ(７)を締め込み過ぎても、上側バネ(５)は圧縮高さＬ１からδ１以上締め込まれ、下側バネ(６)は圧縮高さＬ２からδ２以上締め込まれることはない。従って、ネジ(７)の締め込み作業時に、基板(３)や集積回路(４)に過大な負荷をかけることはない。
上側バネ(５)を圧縮高さＬ１から更にδ１だけ締め込むと、基板(３)が集積回路(４)を支点として、下向きに撓むことが考えられる。しかし、一般的には集積回路(４)と当接軸(21)との間に、熱伝導性のシリコン製のスペーサ(図示せず)を挿入することが多く、該スペーサが撓むので、基板(３)が撓み過ぎる虞れはない。
また、上側バネ(５)を圧縮高さＬ１からδ１だけ締め込んでも、下側バネ(６)を圧縮高さＬ２からδ２だけ締め込んでも、各バネ(５)(６)の最大圧縮長さ以上の高さとなる。

上記例では、上側バネ(５)と下側バネ(６)はともに支持軸(20)に嵌まるとしたが、これに代えて、図５に示すように、上側バネ(５)が嵌まる軸(28)と、下側バネ(６)が嵌まる軸(28a)を別体としてもよい。

本例に係わる発明では、ネジ(７)の締め込み防止以外にも、以下の利点がある。
１．基板(３)の上下にバネ(５)(６)を設けているから、基板(３)には上下から付勢力が加わる。従って、放熱構造に振動や衝撃が加わっても、基板(３)が当接部を支点として撓むことが防止され、集積回路(４)に過大な負荷が加わることはない。
また、外部から加わる振動と基板(３)とが共振した場合、基板(３)の下側に配備された下側バネ(６)によって、基板(３)が下向きに共振することが規制される。同様に上向きの共振も規制される。この結果、集積回路(４)や基板(３)上の他の電子部品に過大な負荷が掛かることは防止される。
２．ネジ(７)の頭部(70)と上側バネ(５)の摩擦によって、上側バネ(５)がネジ(７)との隙間分、水平方向に動く力が働く。しかし、基板(３)は下側バネ(６)にも接しており、該基板(３)と下側バネ(６)との摩擦によって、基板(３)が不用意に動くことは規制される。従って、基板(３)の水平位置がずれることによる、組立作業性の悪化は阻止される。
３．基板(３)の上下からバネ(５)(６)付勢する構造であるから、基板(３)の放熱体(２)への取付け工程で、ネジ(７)を締め付けすぎても、基板(３)に過大な負荷が掛からない。従って、基板(３)自体の破損や集積回路(４)の破壊は起こらない。
４．ネジ(７)が放熱体(２)に螺合した状態で、上側バネ(５)の頭部(70)と小径軸(24)の上端面との間、及び基板(３)の下面と大径軸(23)の上端面との間には、隙間が設けられている。これにより、放熱構造(１)を組み立てる際に、ネジ(７)を締め込み過ぎても、上側バネ(５)及び下側バネ(６)は、夫々圧縮高さから隙間以上締め込まれることはない。従って、ネジ(７)の締め込み作業時に、基板(３)や集積回路(４)に過大な負荷をかけることはない。

上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
本例では発熱体として集積回路(４)を例示したが、他の発熱する素子でもよい。

(１) 放熱構造
(２) 放熱体
(３) 基板
(４) 集積回路
(５) 上側バネ
(６) 下側バネ
(７) ネジ
(20) 支持軸

Claims

発熱体を下面に設けた基板(３)と、発熱体に接する当接部を設けた放熱体(２)と、頭部(70)を有して基板(３)を放熱体(２)に取り付けるネジ(７)と、基板(３)と放熱体(２)の間に配備されて基板(３)を上向き付勢する下側バネ(６)と、ネジ(７)の頭部(70)と基板(３)の間にてネジ(７)に嵌まって、基板(３)を下向き付勢する上側バネ(５)とを具えた発熱体の放熱構造。
放熱体(２)は、下側バネ(６)が嵌まる大径軸(23)と、上側バネ(５)が嵌まる小径軸(24)を一体に具えた支持軸(20)を具えている、請求項１に記載の放熱構造。
ネジ(７)が放熱体(２)に螺合した状態で、上側バネ(５)の頭部(70)と小径軸(24)の上端面との間、及び基板(３)の下面と大径軸(23)の上端面との間には、隙間が設けられた、請求項２に記載の発熱体の放熱構造。
大径軸(23)と小径軸(24)は略同軸である、請求項２又は３に記載の発熱体の放熱構造。