JP2012004257A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】省スペースで且つ電子基板への実装性に優れたヒートシンクを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るヒートシンクは小型のため、実装された電子部品間の小さなスペースにも比較的容易に設置することができる。また、本発明に係るヒートシンクは、他の電子部品と同等の手順で電子基板への実装が可能なため電子基板に実装する際の生産性が高い。特に、ヒートシンク８０〜８６は実装機による自動実装が可能であり、電子基板に実装する際の生産性が極めて高い。特に、ヒートシンク８４、８６は実装時には非接触領域Ａが形成されておらず平坦な形状を有している。優れた実装性と高い放熱能力とを両立することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被冷却物と接合することで被冷却物の熱を放熱するヒートシンクに関するものである。

近年、電気・電子機器の小型化・多機能化に伴い、電子部品の高密度実装化が進み、これに伴い半導体部品や光学部品の放熱が重要となっている。ここで、下記［特許文献１］では、コルゲート状、プレート状、ピン状等の網目フィンや有穴フィンを放熱部として、これをベース板に設置したヒートシンクに関する発明が開示されている。

特開２００３−１７９１８９号公報

しかしながら［特許文献１］に示される発明は、その形状が大きく電子基板に実装した場合にそのスペースを圧迫するという問題点がある。また、ヒートシンクの電子基板への実装は、他の電子部品と同等の手順により行われることが生産上好ましく、この点で更なる改善が望まれる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、省スペースで且つ電子基板への実装性に優れたヒートシンクを提供することを目的とする。

本発明は、
（１）線材が編まれて形成され被冷却物１０の熱を放熱する放熱部３０と、
当該放熱部３０の一部を構成し前記被冷却物１０に非接触の非接触領域Ａと、
前記被冷却物１０に接合するための接合部４０と、
を備えたことを特徴とするヒートシンク８０〜８８を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）キャリアテープ１２に封入することで実装機による自動実装を可能としたことを特徴とする上記（１）記載のヒートシンク８０〜８６を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）放熱部３０が熱変形部５０、５２を有し、当該熱変形部５０、５２が被冷却物１０と接合部４０との接合時の熱により変形することで非接触領域Ａを形成することを特徴とする上記（２）記載のヒートシンク８４、８６を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）接合部４０が被冷却物１０の接合孔１４に嵌入して接合する接合ピン４４であることを特徴とする上記（１）記載のヒートシンク８８を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明のヒートシンクは、
放熱部が線材を編んで形成され、さらに被冷却物に非接触の非接触領域を備えているため放熱能力が高い。また、小型のためスペースも大きく圧迫することがない。さらに、他の電子部品と同等の手順で電子基板への実装が可能なため実装時の生産性が高い。
このことに加え、特に上記（２）のヒートシンクは、実装機による自動実装が可能であるため実装時の生産性が極めて高い。
またこのことに加え、特に上記（３）のヒートシンクは、実装時には平坦で接合時の熱により非接触領域を形成するため、優れた実装性と高い放熱能力とを両立させることができる。

本発明に係る第１の形態のヒートシンクを示す図である。 本発明に係る第２の形態のヒートシンクを示す図である。 本発明に係る第３の形態のヒートシンクを示す図である。 本発明に係る第３の形態のヒートシンクを示す図である。 本発明に係る第４の形態のヒートシンクを示す図である。 本発明に係るヒートシンクの実装を説明する図である。

本発明に係るヒートシンクの実施の形態について図面に基づいて説明する。図１に示す本発明に係る第１の形態のヒートシンク８０（８０ａ〜８０ｇ）は、放熱部３０と接合部４０とを有している。

放熱部３０は線材を編んで編成帯状としたものであり、プレート状のものよりも表面積が大きいことから放熱能力が高い。放熱部３０に用いる線材の材料としてはタフピッチ銅、無酸素銅、丹銅、黄銅、リン青銅、錫入り銅、銀入り銅、ステンレス、ニッケル等、周知の金属を使用することができる。また、線材の材料は特に金属に限定されず、高い熱伝導率を有する合成樹脂を用いても良いし、合成樹脂等の線材を編んでその表面に高い熱伝導率の金属薄膜等を蒸着等により形成しても良い。また、金属薄膜で覆われた合成樹脂等の線材を編んで放熱部３０を形成しても良い。

接合部４０は例えばコの字状に形成された銅板であり、放熱部３０の所定の位置を挟んだ上でプレスすることで放熱部３０に圧着する。尚、接合部４０の表面には、半田メッキを施しても良い。

放熱部３０の一部は、電子基板等の被冷却物１０に密着せずに浮き上がった非接触領域Ａとなっている。この非接触領域Ａは被冷却物１０と非接触のため接合部４０から伝導してきた熱を効果的に放熱することができる。尚、第１の形態のヒートシンク８０における非接触領域Ａは放熱部３０をプレス等で所定の形状に屈曲することで形成される。非接触領域Ａの形状には特に限定は無く、例えば図１（ａ）のヒートシンク８０ａのようにコの字状であっても、図１（ｂ）のヒートシンク８０ｂのようにＶ字状であっても、図１（ｃ）のヒートシンク８０ｃのようにアーチ字状であっても構わない。ただし、ヒートシンク８０は実装機による自動実装が可能なように、実装機の搬送ノズルが吸着する放熱部３０の略中央部分が平坦であることが好ましい。尚、図１（ｄ）のヒートシンク８０ｄに示すように、搬送ノズルが吸着する部位に吸着板３２を設け、搬送ノズルによる自動実装をより安定的に行えるようにしても良い。

また、ヒートシンク８０は、図１（ｅ）〜図１（ｇ）のヒートシンク８０ｅ〜８０ｇに示すように、接合部４０を中央部分に設け、その両側の放熱部３０を被冷却物１０から浮き上がるように屈曲することで非接触領域Ａを形成しても良い。この構成によれば、接合部４０が吸着板３２を兼ねることができ、また、接合部４０が一つであるためヒートシンク８０ａ〜８０ｄよりも設置スペースをさらに小さくすることができる。

次に、本発明に係る第２の形態のヒートシンク８２（８２ａ、８２ｂ）を図２を用いて説明する。図２に示すヒートシンク８２の接合部４０は、底面と立上り部とで主に構成され、その断面は略Ｔ字形状を呈している。そして、編成帯状の放熱部３０の一辺を立上り部の溝に挿入し、プレス等で圧着することでヒートシンク８２が形成される。この第２の形態のヒートシンク８２は、接合部４０の底面を被冷却物１０と接合することで、放熱部３０を被冷却物１０の面に対して略垂直に立設することができる。よって、放熱部３０の大部分が非接触領域Ａとなり、また接合部４０と被冷却物１０との接触面積はヒートシンク８０よりも大きいため、より高い放熱能力を有することができる。尚、図２（ａ）のヒートシンク８２ａを自動実装する場合には、接合部４０の上面を搬送ノズルが吸着する。

また、ヒートシンク８２は、図２（ｂ）のヒートシンク８２ｂのように放熱部３０の上部を平らにしてヒートシンク８２ｂの断面が略Ｈ字状となるようにしても良い。この構成によれば、搬送ノズルが比較的平らな放熱部３０の上面を吸着するため、より安定した自動実装を行うことができる。尚、ヒートシンク８２ｂにはヒートシンク８０ｄと同様、搬送ノズルが吸着する部位に吸着板３２を設けても良い。この構成によれば、さらに安定した自動実装を行うことができる。

次に、本発明に係る第３の形態のヒートシンク８４、８６を図３、図４を用いて説明する。第３の形態のヒートシンク８４（８４ａ〜８４ｅ）及びヒートシンク８６（８６ａ、８６ｂ）は、放熱部３０が被冷却物１０と接合部４０との接合時の熱により変形する熱変形部５０、５２を有している。尚、ヒートシンク８４の熱変形部５０は熱膨張を利用したものであり、またヒートシンク８６の熱変形部５２は熱収縮を利用したものである。

先ず、熱膨張を利用した熱変形部５０を有するヒートシンク８４を、図３を用いて説明する。図３（ａ）に示すヒートシンク８４ａの熱変形部５０は線膨張率が比較的大きな熱変形部材５４ａと線膨張率が熱変形部材５４ａよりも小さな熱変形部材５４ｂとが接合されて形成されている。そして、ヒートシンク８４ａでは、被冷却物１０の側が線膨張率の小さな熱変形部材５４ｂとなる。尚、図３（ａ）では熱変形部５０が被冷却物１０の側に設置された例を示しているが、熱変形部５０は放熱部３０の上面側に設置しても良いし内部に設けても良い。また２枚の放熱部３０で挟んでも良い。

熱変形部材５４ａ、熱変形部材５４ｂの材質に関しては特に限定は無く、バイメタルのように線膨張率の異なる金属を用いても良い。ただし、被冷却物１０と接合部４０との接合時の温度である２００℃前後の温度で、熱変形部５０が十分な量、変形して湾曲するような材質の組み合わせを選択する。例えば、熱変形部材５４ａには線膨張率が大きな耐熱性の合成樹脂を用い、熱変形部材５４ｂには合成樹脂に比較して線膨張率が小さい金属やセラミクスを用いることが好ましい。熱変形部材５４ａに使用可能な耐熱性の合成樹脂としては、例えば、フッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。

また、放熱部３０に金属線を使用している場合には、図３（ｂ）のヒートシンク８４ｂに示すように、放熱部３０の上面側に金属よりも線膨張率が大きな例えば耐熱性合成樹脂の熱変形部５０を設置しても良い。また、図３（ｃ）のヒートシンク８４ｃに示すように、放熱部３０の上面側を被冷却物１０側よりも線膨張率が大きな例えば耐熱性合成樹脂の線材で編成し、これを熱変形部５０としても良い。

上記のヒートシンク８４ａ〜８４ｃの構成は、図３（ｄ）に示すように、接合部４０を中央部分に設けたヒートシンク８４ｄにも適用が可能である。ただしこの場合、被冷却物１０の側に線膨張率の大きな熱変形部５０もしくは熱変形部材５４ａが位置する必要がある。

尚、ヒートシンク８４ａ〜８４ｃでは、熱変形部５０の変形に伴って接合部４０がランドＬから浮き上がり固着部分の面積が減少する可能性がある。よって、図３（ｅ）のヒートシンク８４ｅに示すように、熱変形部５０を接合部４０にかからない長さとし、熱変形部５０と接合部４０との間の放熱部３０に切り込みや圧痕等の屈曲部４３を設けても良い。尚、屈曲部４３は放熱部３０上面側もしくは下面側もしくはその双方に設けることが可能である。そして、屈曲部４３を有するヒートシンク８４ｅは、熱変形部５０が変形する際に屈曲部４３で屈曲する。このため、接合部４０に対する熱変形部５０の影響は少なくなり、接合部４０のランドＬからの浮き上がりは軽減される。これにより、被冷却物１０と接合部４０とをより強固に接合することができる。尚、屈曲部４３は後述のヒートシンク８６ａに設けても構わない。

次に、熱収縮を利用した熱変形部５２を有するヒートシンク８６を、図４を用いて説明する。図４に示すヒートシンク８６（８６ａ、８６ｂ）の熱変形部５２は被冷却物１０と接合部４０との接合時の温度である２００℃前後の温度で熱収縮する例えばポリオレフィン等の合成樹脂が用いられる。そして、両端に接合部４０を備えた図４（ａ）のヒートシンク８６ａの場合には、熱変形部５２は被冷却物１０側に設置される。また、中央に接合部４０を備えた図４（ｂ）のヒートシンク８６ｂの場合には放熱部３０の上面側に設置される。尚、熱変形部５２は図４のように熱変形部５２の両端のみを放熱部３０等に固定しても良いが、放熱部３０の全面に亘って固定するようにしても良い。

尚、上記のヒートシンク８４、８６は、搬送ノズルが吸着する部位に吸着板３２を設けても良い。また、熱変形部５０、５２が放熱部３０の上面側に位置する場合にはこれが吸着板３２を兼ねるようにしても良い。

次に、本発明に係る第４の形態のヒートシンク８８を図５を用いて説明する。本発明に係る第４の形態のヒートシンク８８は、編成帯状の放熱部３０の一辺に接合部４０としての接合ピン４４がプレス等により圧着されている。そして、他のリード型電子部品と同様、接合ピン４４を被冷却物１０に形成された接合孔１４に嵌入して、半田付けもしくは熱硬化接着剤等により接合する。これにより、ヒートシンク８８の放熱部３０は被冷却物１０の面に対して略垂直に設置される。このため、ヒートシンク８８は放熱部３０の大部分が非接触領域Ａとなり高い放熱能力を有することができる。

次に、本発明に係るヒートシンク８０〜８８の実装の例及び動作を図３、図４、図６を用いて説明する。先ず、被冷却物１０である電子基板の所定の位置には、パターン形成により接合部４０用のランドＬが設けられる。尚、接合部４０用のランドＬのパターン設計は、他の電子部品のパターン設計と同時に行うことができる。次に、ランドＬに熱接合材Ｂとしてのクリーム半田を塗布する。尚、ヒートシンク８０〜８８は導電性が不要であるから、熱接合材Ｂとして熱硬化接着剤を用いても良い。この場合、ランドＬは無くとも良い。

次に、熱接合材Ｂが塗布されたランドＬ上に接合部４０が位置するようにヒートシンク８０、８２、８４、８６を実装する。また、図６（ｂ）に示すように、ヒートシンク８８の接合ピン４４を、他のリード型電子部品と同様に被冷却物１０の接合孔１４に手差しにより嵌入する。これにより、電子基板（被冷却物１０）上にヒートシンク８０〜８８が実装される。このとき、ヒートシンク８０、８２、８４、８６は、図６（ａ）に示すようにキャリアテープ１２に封入することで、他の面実装型電子部品と同様に実装機による自動実装が可能である。特に、ヒートシンク８４、８６は実装時には非接触領域Ａは形成されておらず平坦な形状を有している。このため、実装機による自動実装をより安定的に行うことができる。

次に、ヒートシンク８０〜８８が実装された電子基板を、例えばリフロー炉に投入して加熱する。これにより、熱接合材Ｂとしてのクリーム半田が溶融する。このとき、ヒートシンク８４、８６の熱変形部５０、５２が変形する。

ここで、ヒートシンク８４ａ〜８４ｃ、８４ｅの熱変形部５０は、線膨張率が大きな熱変形部５０もしくは熱変形部材５４ａが上側に位置しているから、下側の放熱部３０もしくは熱変形部材５４ｂよりも熱膨張が大きい。これにより、図３（ａ’）〜（ｃ’）、（ｅ’）に示すように、熱変形部５０は放熱部３０ごと上に凸の状態に変形する。また、ヒートシンク８４ｄは、線膨張率が大きな熱変形部５０もしくは熱変形部材５４ａが下側に位置しているから、上側の放熱部３０もしくは熱変形部材５４ｂよりも熱膨張が大きい。これにより、熱変形部５０は、図３（ｄ’）に示すように放熱部３０ごと凹状に変形する。

また、ヒートシンク８６の熱変形部５２は被冷却物１０と接合部４０との接合時の熱により収縮する。これにより、ヒートシンク８６ａの放熱部３０は熱変形部５２に引っ張られて図４（ａ’）に示すように凸状に変形する。また、ヒートシンク８６ｂの放熱部３０は図４（ｂ’）に示すように凹状に変形する。尚、放熱部３０は線材が編まれて形成されているため、熱変形部５０、５２の変形により比較的容易に変形することができる。

次に、電子基板がリフロー炉を通過して温度が低下する。これにより、熱接合材Ｂとしてのクリーム半田は固化する。これにより、図６（ｂ）に示すように、ヒートシンク８０〜８８は他の電子部品と同時に電子基板に接合される。このとき、ヒートシンク８４の熱変形部５０は加熱前の状態に復帰しようとするが、熱接合材Ｂが固化もしくは硬化しているため完全には元に戻らない。また、ヒートシンク８６の熱変形部５２は一度熱収縮すると元には戻らない。これにより、ヒートシンク８４、８６の放熱部３０には被冷却物１０から浮き上がった非接触領域Ａが形成される。

そして、電子基板上の電子部品等が発熱した場合、ヒートシンク８０〜８８は接合部４０から伝導する電子基板の熱を放熱部３０及び非接触領域Ａで放熱する。これにより、被冷却物１０である電子基板は冷却される。以上がヒートシンク８０〜８８の実装の例及び動作である。尚、ヒートシンク８０〜８８は、電子基板のみならず半導体部品、光学部品、記録モジュール等、発熱する被冷却物１０に直接設置しても良い。

以上のように、本発明に係るヒートシンク８０〜８８は小型のため、実装された電子部品間の小さなスペースにも比較的容易に設置することができる。また、発熱する電子部品や耐熱性の低い電子部品の近傍に、必要に応じて適宜設置することができる。さらに、他の電子部品のパターン設計時にヒートシンク８０〜８８のパターン設計も同時に行うことができる。

また、本発明に係るヒートシンク８０〜８８の放熱部３０は、線材を編んで形成され、さらに被冷却物１０と非接触の非接触領域Ａを備えているため放熱能力が高い。

また、本発明に係るヒートシンク８０〜８８は、他の電子部品と同等の手順で電子基板への実装が可能なため電子基板に実装する際の生産性が高い。特に、ヒートシンク８０〜８６は実装機による自動実装が可能であり、電子基板に実装する際の生産性が極めて高い。また、ヒートシンク８４、８６は実装時には非接触領域Ａが形成されておらず平坦な形状を有している。このため、実装機による自動実装をより安定的に行うことができる。そして、ヒートシンク８４、８６の熱変形部５０、５２は被冷却物１０と接合部４０との接合時の熱により変形し、放熱能力の高い非接触領域Ａを形成する。よって、第３の形態のヒートシンク８４、８６は優れた実装性と高い放熱能力とを両立することができる。

尚、上記のヒートシンク８０〜８８は一例であるから、放熱部３０及び接合部４０の形状や位置、熱変形部５０、５２の形状、設置位置、材質等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。

１０ 被冷却物
１２ キャリアテープ
１４ 接合孔
３０ 放熱部
４０ 接合部
４４ 接合ピン
５０、５２ 熱変形部
８０〜８８ ヒートシンク
Ａ 非接触領域

Claims (4)

1. 線材が編まれて形成され被冷却物の熱を放熱する放熱部と、
   当該放熱部の一部を構成し前記被冷却物に非接触の非接触領域と、
   前記被冷却物に接合するための接合部と、
   を備えたことを特徴とするヒートシンク。
2. キャリアテープに封入することで実装機による自動実装を可能としたことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
3. 放熱部が熱変形部を有し、当該熱変形部が被冷却物と接合部との接合時の熱により変形することで非接触領域を形成することを特徴とする請求項２記載のヒートシンク。
4. 接合部が被冷却物の接合孔に嵌入して接合する接合ピンであることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。

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