JP2012015372A - Cooling structure of electronic component, electronic component device, and heat sink - Google Patents
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Description
本発明は、LSI(Large Scale Integration)チップ等の電子部品の冷却構造、電子部品装置、ヒートシンクに関する。 The present invention relates to a cooling structure for an electronic component such as an LSI (Large Scale Integration) chip, an electronic component device, and a heat sink.
近年、LSIチップ上に搭載される半導体回路の高集積化、高速度化に伴い、LSIチップの発熱が極めて大きくなっている。このため、LSIチップに大きなヒートシンクを取り付け、LSIチップの放熱を促す工夫がされている。 In recent years, with the increase in integration and speed of semiconductor circuits mounted on LSI chips, the heat generation of LSI chips has become extremely large. For this reason, a large heat sink is attached to the LSI chip to promote heat dissipation of the LSI chip.
図4は、一般的な電子部品の冷却構造の概要図である。
LSIチップ1は配線基板2上の所定位置に実装されている。LSIチップ1の頂面1aに、LSIチップ1より大きい面積を持つヒートシンク3が配置されている。このヒートシンク3は、LSIチップ1に、図示しないコイルスプリングやプレートスプリングを用いて押し付けるよう固定され、これによってその下面側3aをLSIチップ1の頂面1aに押し付けて接触させている。
FIG. 4 is a schematic diagram of a cooling structure for a general electronic component.
The
しかし、ヒートシンク3とLSIチップ1との接触面は完全な平滑面ではなく細かい凹凸がある。また、LSIチップ1の強度上、ヒートシンク3をLSIチップ1へ強く押し付けることができない。このため、ヒートシンク3とLSIチップ1とを直接接触させても、LSIチップ1とヒートシンク3の実質的な接触面積は小さく、LSIチップ1からヒートシンク3への熱伝導経路の熱抵抗が高くなってしまう。
その結果、熱設計上、LSIチップ1とヒートシンク3との接触面は、LSIチップ1からヒートシンク3までの熱伝導経路において、熱密度の最も高い部分となっている。そこで、一般的な電子部品の冷却構造においては、図4に示すように、LSIチップ1とヒートシンク3との熱抵抗を小さくするために、LSIチップ1とヒートシンク3との間にサーマルグリース4を介在させている(例えば、下記特許文献1参照)。
However, the contact surface between the
As a result, in terms of thermal design, the contact surface between the
ところで、この様なLSIチップ1はポンプアウトという問題が生じることが知られている。配線基板2上、LSIチップ1、ヒートシンク3のそれぞれには、熱膨張率に差がある。このため、温度変化に伴いLSIチップ1の表面の歪み量が増減したときに、図5に示すように、LSIチップ1とヒートシンク3とのギャップ寸法が変化し、サーマルグリース4がLSIチップ1とヒートシンク3との隙間から押し出されたり引き込まれたりするのを繰り返すうちに、気泡が混入してしまうのである。
図5は、LSIチップ1とヒートシンク3とのギャップ寸法が、温度変化により、(a)標準ギャップ(常温)→(b)狭ギャップ(高温)→(c)標準ギャップ(常温)と変化した場合の、サーマルグリース4の状態変化を示している。図5(a)に示す状態から、温度が高くなって、図5(b)に示すように、LSIチップ1とヒートシンク3とのギャップ寸法が狭ギャップとなると、サーマルグリース4は、LSIチップ1の頂面の範囲から外周側へ押し出される。そして、図5(c)に示すように、再び温度が低下し、LSIチップ1とヒートシンク3とのギャップ寸法が標準ギャップとなったときには、一度外へ押し出されたサーマルグリース4の一部がLSIチップ1の頂面1aの範囲に戻らず、結果として気泡5がサーマルグリース4内に取り込まれてしまう。
このようにしてサーマルグリース4に気泡5が生じてしまうと、気泡5は大きな熱抵抗となるので、LSIチップ1の安定した冷却が行えないという問題が生じる。
Incidentally, it is known that such an
FIG. 5 shows a case where the gap dimension between the
If the
このようなポンプアウト現象は、サーマルグリース4が、LSIチップ1の四辺1bに対し、LSIチップ1の角部1cの近傍において、LSIチップ1の周囲に存在するサーマルグリース4の量が少ないことに起因する。より詳細に説明すると、図6(a)に示すように、組み立て工程において、サーマルグリース4は、サーマルグリース4を供給するノズルからLSIチップ1の頂面1aの中心に供給される。すると、表面張力によりサーマルグリース4は平面視ほぼ円形にLSIチップ1の頂面1aに留まる。そして、図6(b)、(c)に示すように、LSIチップ1上にヒートシンク3を押し付けると、サーマルグリース4は、外周側に広がる。広がった状態においても、サーマルグリース4は、平面視円形であるため、自ずと、LSIチップ1の角部1cの近傍においては、周囲に存在するサーマルグリース4の量が少なくなるのである。
Such a pump-out phenomenon is caused by the fact that the
これに対し、サーマルグリース4の量を増やすことで、サーマルグリース4が広がる範囲を大きくし、LSIチップ1の角部1cの近傍においても、周囲に存在するサーマルグリース4の量が少なくなるのを防ぐことも考えられる。しかしこれでは材料コストの上昇につながる。
On the other hand, by increasing the amount of
ところで、LSIチップ1で発する熱の一部は、配線基板2にも放熱され、これによってLSIチップ1の冷却機能の一部が担われている。しかし、高集積化、高速度化されたLSIチップ1は、高消費電力化、低電圧化の傾向にあり、LSIチップ1へ供給する電流値が大きくなっている。その結果、配線基板2が発熱することで配線基板2の導体の電気抵抗値が上昇し、必要な給電が行えないなどの障害が発生するため、LSIチップ1で発する熱を配線基板2で放熱するにも限度がある。したがって、ヒートシンク3によって、LSIチップ1を確実に冷却する必要がある。
By the way, a part of the heat generated in the
そこでなされた本発明の目的は、サーマルグリースに気泡が生じるのを抑え、LSIチップ等の電子部品を安定して冷却することのできる電子部品の冷却構造、電子部品装置、ヒートシンクを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electronic component cooling structure, an electronic component device, and a heat sink that can suppress the generation of bubbles in the thermal grease and stably cool electronic components such as LSI chips. is there.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の電子部品の冷却構造は、配線基板の表面に実装される電子部品と、前記電子部品を覆うように設けられるヒートシンクと、前記電子部品と前記ヒートシンクとの間に充填され、半流動性を有するサーマルグリースと、を備え、前記ヒートシンクは、前記電子部品側の表面から突出すると共に内側空間に前記電子部品を収容した周壁を有し、前記周壁は、前記電子部品の角部に対応する位置に形成されると共に前記内側空間と外側とを連通させる開放部を具備し、前記サーマルグリースは、前記内側空間に充填されていると共に前記開放部に貯留されていることを特徴とする。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
That is, the electronic component cooling structure of the present invention is filled between the electronic component mounted on the surface of the wiring board, the heat sink provided so as to cover the electronic component, and the electronic component and the heat sink. Thermal grease having fluidity, and the heat sink has a peripheral wall that protrudes from the surface on the electronic component side and accommodates the electronic component in an inner space, and the peripheral wall is formed at a corner of the electronic component. An opening portion is formed at a corresponding position and communicates the inner space and the outer side, and the thermal grease is filled in the inner space and stored in the opening portion. .
また、本発明の電子部品装置は、上記の電子部品の冷却構造を具備することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided an electronic component device including the above-described electronic component cooling structure.
また、本発明は、電子部品を覆うように設けられて前記電子部品で発生する熱を放熱するヒートシンクであって、前記ヒートシンクは、表面から突出すると共に前記電子部品を収容する内側空間を形成する周壁を有し、前記周壁は、前記電子部品の角部に対応する位置に形成されると共に前記内側空間と外側とを連通させる開放部を具備し、前記サーマルグリースを前記内側空間に充填可能かつ前記開放部に貯留可能であることを特徴とする。 In addition, the present invention is a heat sink provided so as to cover the electronic component and dissipating heat generated by the electronic component, wherein the heat sink protrudes from the surface and forms an inner space for accommodating the electronic component. A peripheral wall, the peripheral wall is formed at a position corresponding to a corner of the electronic component, and has an open portion that allows the inner space to communicate with the outside, and the inner space can be filled with the thermal grease. The open portion can be stored.
本発明によれば、電子部品を収容する周壁のうち電子部品の角部に対応する開放部にサーマルグリースが貯留されているので、温度変化に伴い電子部品とヒートシンクとのギャップ寸法が変動してサーマルグリースが電子部品とヒートシンクの間から押し出されたり引き込まれたりするのを繰り返したとしても、電子部品の角部の外周側には、十分な量のサーマルグリースが存在することになる。これにより、サーマルグリースが引き込まれるときに気泡が混入するのを防ぐことができる。したがって、ヒートシンクによる放熱性が低下するのを防ぎ、電子部品を安定して冷却することができる。
また、電子部品の角部以外に対応する部分において、周壁が、サーマスグリースが外側に広がるのを制限するので、サーマルグリース量を増やすことなく、上記効果を得ることができるので、コスト面においても優れる。
According to the present invention, the thermal grease is stored in the open portion corresponding to the corner of the electronic component in the peripheral wall that accommodates the electronic component, so that the gap dimension between the electronic component and the heat sink varies as the temperature changes. Even if the thermal grease is repeatedly pushed out or pulled in between the electronic component and the heat sink, a sufficient amount of thermal grease is present on the outer peripheral side of the corner of the electronic component. Thereby, it is possible to prevent air bubbles from being mixed when the thermal grease is drawn. Therefore, the heat dissipation by the heat sink can be prevented from being lowered, and the electronic component can be stably cooled.
In addition, the peripheral wall restricts the expansion of the thermus grease to the outside in the part corresponding to the corner other than the corner of the electronic component. Excellent.
以下、添付図面を参照して、本発明による電子部品の冷却構造を実施するための形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment for carrying out an electronic component cooling structure according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited only to these examples.
図1は、本実施形態にかかる電子部品装置の構成を示している。
図1に示すように、LSIチップ(電子部品)10は、例えば矩形のプレート状で、配線基板30上の所定位置に実装されている。LSIチップ10の頂面10aに、放熱性に優れた金属製等からなり、LSIチップ10より大きい面積を持つプレート状のヒートシンク20が配置されている。このヒートシンク20は、LSIチップ10に、図示しないコイルスプリングやプレートスプリングを用いて押し付けるよう固定され、これによってその下面側の接触面20aをLSIチップ10の頂面10aに押し付けて接触させている。電子部品装置は、これらLSIチップ10、ヒートシンク20、配線基板30を備えて構成されている。
FIG. 1 shows a configuration of an electronic component device according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the LSI chip (electronic component) 10 is mounted at a predetermined position on the
ヒートシンク20は、プレート状に形成されたヒートシンク本体部20Aと、ヒートシンク本体部20AのうちLSIチップ10に対向する接触面20aから突出して、内側空間にLSIチップ10を収容する周壁25とを有している。
周壁25は、LSIチップ10の外周縁部の四辺のそれぞれに沿って連続して延びる四つの突起21が、矩形状に配列されて構成されている。より具体的には、四つの突起21のうち相互に隣接する二つの突起21が、内側空間と外側とを連通させる開放部22を介して、互いに直交する方向に延在するように配列されることにより、全体として矩形状に構成されている。すなわち、この周壁25は、開放部22がLSIチップ10の角部10cに対応して位置するようになっている。
図2に示すように、各突起21は、ヒートシンク20をLSIチップ10上に載せたときに、LSIチップ10に接触しないよう、LSIチップ10の外周縁部に位置する側面10bから外周側に所定寸法以上離間して設けられている。また、各突起21は、ヒートシンク20の接触面20aがLSIチップ10の頂面10aに押し付けられた状態で、突起21の先端部21aが配線基板30に接触しないような高さで形成されている。また本実施形態において、突起21は、ヒートシンク20から配線基板30に接近するに従い、その幅が漸次縮小する断面視台形状に形成されている。
The
The
As shown in FIG. 2, each
この周壁25(突起21)は、ヒートシンク20とは別の材料で形成しても良いが、ヒートシンク20と同材料で形成すれば、ヒートシンク20の成形時に突起21を同時に形成でき、また突起21もヒートシンク20の放熱性の一部を担うことができる。さらには、周壁25(突起21)をヒートシンク20よりも熱伝導率の高い材料で形成すれば、突起21を介してヒートシンク20に効率よく熱を伝導させることができる。
The peripheral wall 25 (projection 21) may be formed of a material different from that of the
このような構成のヒートシンク20を用いてLSIチップ10の冷却構造を実現する場合、以下のようにしてヒートシンク20を取り付ける。
まず、図3(a)に示すように、配線基板30上に実装したLSIチップ10の頂面10aに、サーマルグリース40を盛り付ける。
そして、LSIチップ10の頂面10aにヒートシンク20を押し付ける。すると、図3(b)、(c)に示すように、LSIチップ10の頂面10aとヒートシンク20との間で、サーマルグリース40が押し広げられる。すると、サーマルグリース40は、LSIチップ10とヒートシンク20とにより、その行き場が制限され、ヒートシンク20の接触面20aおよび突起21と、LSIチップ10の頂面10aおよび四方の側面10bとの間に充填される。
When the cooling structure of the
First, as shown in FIG. 3A,
Then, the
このとき図3(c)に示すように、特にサーマルグリース40へのエア混入の起こりやすいLSIチップ10の角部10cの近傍には、突起21が設けられていないため、サーマルグリース40は、開放部22から押し出され、LSIチップ10の外周側に流れ出る。これにより、サーマルグリース40が開放部22及び外側に貯留される。すなわち、LSIチップ10の角部10cの外周側には、十分な量のサーマルグリース40が存在することになる。
At this time, as shown in FIG. 3C, since the
このような構成によれば、温度変化に伴いLSIチップ10とヒートシンク20とのギャップ寸法が、常温時の標準ギャップから、LSIチップ10の作動により高温となって狭ギャップとなると、サーマルグリース40が、LSIチップ10の頂面10aとヒートシンク20の接触面20aとの隙間から外周側へ押し出される。そして、LSIチップ10の作動が停止して温度が低下し、LSIチップ1とヒートシンク3とのギャップ寸法が標準ギャップとなったときには、LSIチップ10の頂面10aとヒートシンク20の接触面20aとの隙間が負圧状態となり、一度外へ押し出されたサーマルグリース40の一部がLSIチップ10の頂面10aとヒートシンク20の接触面20aとの隙間に引き込まれる。このとき、LSIチップ10の角部10cの外周側には、十分な量のサーマルグリース40が存在しているので、LSIチップ10の頂面10aとヒートシンク20の接触面20aとの隙間には、サーマルグリース40が確実に引き込まれる。
According to such a configuration, when the gap size between the
このようにしてLSIチップ10の角部10cの近傍においてサーマルグリース40に気泡が混入するのを防ぐことができる。
なお、ここで、温度変化によってサーマルグリース40が押し出された場合、サーマルグリース40は、LSIチップ10の四方の側面10bに沿った部分においては、突起21により外周側へ広がるのが制限され、LSIチップ10の角部10c近傍の開放部22から集中的に広がる。したがって、サーマルグリース40の量を増やすことなく、LSIチップ10の角部10c近傍におけるサーマルグリース40の量を低コストで有効に増やすことができる。
また、突起21により、サーマルグリース40の広がる向きが、外周側ではなく配線基板30側に制限されるので、LSIチップ10の頂面10aとヒートシンク20の接触面20aとの間だけでなく、LSIチップ10の四方の側面10bに沿ってヒートシンク20と配線基板30の表面との間に、サーマルグリース40を充填させることができる。これにより、LSIチップ10からヒートシンク20への熱伝導効率を高めることができ、放熱性を向上できるとともに、LSIチップ10が空気と触れないようにすることができる。
このとき、ヒートシンク20に設けた突起21を、サーマルグリース40を介して配線基板30と接触させることもできるので、LSIチップ10への給電で生じる配線基板30内の発熱を、ヒートシンク20に逃がすこともでき、この点においても放熱性を向上できる。この場合において、突起21の先端部21aを、配線基板30の表面に平行な平坦面とするのが好ましい。突起21の先端部21aと配線基板30との間に、サーマルグリース40を確実に介在させることができるためである。
In this way, it is possible to prevent bubbles from entering the
Here, when the
Further, the direction in which the
At this time, since the
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、ヒートシンク20に形成した突起21の形状や、開放部22の位置、開口寸法等は、適宜変更することが可能である。
また、突起21をヒートシンク20とは別部品とし、ヒートシンク20に、半田付け、ビス等の各種固定手段により取り付ける構成とすることも許容する。
また、プレート状のヒートシンク20は、放熱効果を高めるフィンを形成した構成にしてもよい。
また、LSIチップ10に限らず、他の電子部品においても、同様の構成を適用することで放熱性能を高めることができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment described with reference to the drawings, and various modifications can be considered within the technical scope thereof.
For example, the shape of the
Further, the
Further, the plate-
Further, not only the
In addition to this, as long as it does not depart from the gist of the present invention, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.
10 LSIチップ(電子部品)
10a 頂面
10b 側面
10c 角部
20 ヒートシンク
20a 接触面
21 突起
21a 先端部
22 開放部
30 配線基板
40 サーマルグリース
10 LSI chip (electronic component)
Claims (7)
前記電子部品を覆うように設けられるヒートシンクと、
前記電子部品と前記ヒートシンクとの間に充填され、半流動性を有するサーマルグリースと、を備え、
前記ヒートシンクは、前記電子部品側の表面から突出すると共に内側空間に前記電子部品を収容した周壁を有し、
前記周壁は、前記電子部品の角部に対応する位置に形成されると共に前記内側空間と外側とを連通させる開放部を具備し、
前記サーマルグリースは、前記内側空間に充填されていると共に前記開放部に貯留されていることを特徴とする電子部品の冷却構造。 Electronic components mounted on the surface of the wiring board;
A heat sink provided to cover the electronic component;
A thermal grease filled between the electronic component and the heat sink and having semi-fluidity,
The heat sink has a peripheral wall that protrudes from the surface on the electronic component side and accommodates the electronic component in an inner space,
The peripheral wall includes an open portion that is formed at a position corresponding to a corner of the electronic component and communicates the inner space with the outer side,
The cooling structure for electronic parts, wherein the thermal grease is filled in the inner space and stored in the open portion.
前記ヒートシンクは、表面から突出すると共に前記電子部品を収容する内側空間を形成する周壁を有し、
前記周壁は、前記電子部品の角部に対応する位置に形成されると共に前記内側空間と外側とを連通させる開放部を具備し、前記サーマルグリースを前記内側空間に充填可能かつ前記開放部に貯留可能であることを特徴とするヒートシンク。 A heat sink provided to cover the electronic component and dissipating heat generated in the electronic component,
The heat sink has a peripheral wall that protrudes from the surface and forms an inner space that accommodates the electronic component,
The peripheral wall is formed at a position corresponding to a corner portion of the electronic component and includes an open portion that allows the inner space to communicate with the outside. The thermal grease can be filled into the inner space and stored in the open portion. A heat sink characterized by being capable.
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