JP3422298B2 - ヒートシンクの実装構造 - Google Patents
ヒートシンクの実装構造Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートシンクの実
装構造に関し、特に大型ヒートシンクの実装構造に関す
る。
装構造に関し、特に大型ヒートシンクの実装構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】電子機器等に使用される大規模集積回路
（ＬＳＩ）は、近年その集積度が加速度的に増加してお
り、これに伴い発熱量もますます増加していく傾向にあ
る。ＬＳＩの誤動作を防ぐためには、ＬＳＩの周辺温度
を一定温度以下にする必要がある。このため、通常、Ｌ
ＳＩに放熱能力に見合ったヒートシンクを接触させて、
ＬＳＩから発生した熱を周囲の大気中に放熱させる方法
が採用されている。
（ＬＳＩ）は、近年その集積度が加速度的に増加してお
り、これに伴い発熱量もますます増加していく傾向にあ
る。ＬＳＩの誤動作を防ぐためには、ＬＳＩの周辺温度
を一定温度以下にする必要がある。このため、通常、Ｌ
ＳＩに放熱能力に見合ったヒートシンクを接触させて、
ＬＳＩから発生した熱を周囲の大気中に放熱させる方法
が採用されている。
【０００３】この場合、発熱量が数１０Ｗ程度ならば、
さほど放熱能力も必要ではないためにヒートシンクも小
型なもので足りるが、放熱能力が１００Ｗ以上となる
と、大型のヒートシンクが必要となる。さらに、フィン
の放熱能力（フィン効率）を上げて、ヒートシンクの占
有体積を小さくするために、ヒートパイプを内蔵したヒ
ートシンクを使用する等の方法が考えられる。放熱能力
が１００Ｗ以上のヒートシンクの重量は、数１０Ｗクラ
スのヒートシンクと比べて１０倍以上となる。ヒートシ
ンクの重量が増加すると、ヒートシンクをＬＳＩに接触
させる際の荷重が問題となる。
さほど放熱能力も必要ではないためにヒートシンクも小
型なもので足りるが、放熱能力が１００Ｗ以上となる
と、大型のヒートシンクが必要となる。さらに、フィン
の放熱能力（フィン効率）を上げて、ヒートシンクの占
有体積を小さくするために、ヒートパイプを内蔵したヒ
ートシンクを使用する等の方法が考えられる。放熱能力
が１００Ｗ以上のヒートシンクの重量は、数１０Ｗクラ
スのヒートシンクと比べて１０倍以上となる。ヒートシ
ンクの重量が増加すると、ヒートシンクをＬＳＩに接触
させる際の荷重が問題となる。
【０００４】ＬＳＩを高速動作させるためには、ＬＳＩ
間の配線長を短くすることが望ましい。このため、ＬＳ
Ｉケースを使用しないベアチップとよばれるチップを用
いて、これを半田ボールにより基板に実装する構造が採
用されている。この場合、半田ボールの耐力は通常０．
２ｋｇｆ／ｍｍ程度であり、ベアチップ自身で保持でき
る荷重は小さく、これに直接大型ヒートシンクを接着し
て、保持することは不可能である。しかも、一旦ベアチ
ップにヒートシンクを接着してしまうと、ベアチップを
基板に実装する際に、熱容量が大きすぎて半田ボールが
溶融できないという問題も生じる。したがって、ベアチ
ップを基板に実装した後工程でヒートシンクを取り付け
ることが必要となる。
間の配線長を短くすることが望ましい。このため、ＬＳ
Ｉケースを使用しないベアチップとよばれるチップを用
いて、これを半田ボールにより基板に実装する構造が採
用されている。この場合、半田ボールの耐力は通常０．
２ｋｇｆ／ｍｍ程度であり、ベアチップ自身で保持でき
る荷重は小さく、これに直接大型ヒートシンクを接着し
て、保持することは不可能である。しかも、一旦ベアチ
ップにヒートシンクを接着してしまうと、ベアチップを
基板に実装する際に、熱容量が大きすぎて半田ボールが
溶融できないという問題も生じる。したがって、ベアチ
ップを基板に実装した後工程でヒートシンクを取り付け
ることが必要となる。
【０００５】図８を参照すると、従来のヒートシンクの
実装構造では、基板にヒートシンクをネジ止めし、両者
の間にチップが挟まれるような構造になっている。すな
わち、ヒートシンクのベース部５からスティ６を伸ば
し、このスティ６を介して基板１にネジ８で固定してい
る。
実装構造では、基板にヒートシンクをネジ止めし、両者
の間にチップが挟まれるような構造になっている。すな
わち、ヒートシンクのベース部５からスティ６を伸ば
し、このスティ６を介して基板１にネジ８で固定してい
る。
【０００６】また、図９を参照すると、従来の他のヒー
トシンクの実装構造では、ＬＳＩに接着された取付板に
ヒートシンクがネジ止めされた構造になっている。すな
わち、取付板１２をＬＳＩに接着し、ヒートシンクのベ
ース部分５を取付板１２にネジ止めしている。
トシンクの実装構造では、ＬＳＩに接着された取付板に
ヒートシンクがネジ止めされた構造になっている。すな
わち、取付板１２をＬＳＩに接着し、ヒートシンクのベ
ース部分５を取付板１２にネジ止めしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図８の従来のヒートシ
ンクの実装構造では、ネジの締め付け荷重が過大とな
り、ベアチップの耐荷重を超えてしまう。また、基板も
ビルドアップ基板のような板厚の薄い基板が主流となっ
ている現在では、基板の強度が弱いためヒートシンクを
保持できないという問題が生じる。さらに、ベアチップ
からの信号配線が集中するチップ周りに貫通穴を開ける
ことは配線収容性に大きな影響を与えるおそれがある。
ンクの実装構造では、ネジの締め付け荷重が過大とな
り、ベアチップの耐荷重を超えてしまう。また、基板も
ビルドアップ基板のような板厚の薄い基板が主流となっ
ている現在では、基板の強度が弱いためヒートシンクを
保持できないという問題が生じる。さらに、ベアチップ
からの信号配線が集中するチップ周りに貫通穴を開ける
ことは配線収容性に大きな影響を与えるおそれがある。
【０００８】また、図９の従来の他のヒートシンクの実
装構造では、ヒートシンクの荷重がベアチップにそのま
ま作用するため、やはりチップの耐荷重を超えてしま
う。また、取付板とＬＳＩ間の接着剤の熱抵抗が大き
く、熱的なロスが生じるおそれがある。ここで、ヒート
シンクとチップ間を微小な間隙で保持するようにした場
合でも、その微小な間隙に充填させる放熱性グリース等
に熱抵抗のロスが生じるという問題がある。
装構造では、ヒートシンクの荷重がベアチップにそのま
ま作用するため、やはりチップの耐荷重を超えてしま
う。また、取付板とＬＳＩ間の接着剤の熱抵抗が大き
く、熱的なロスが生じるおそれがある。ここで、ヒート
シンクとチップ間を微小な間隙で保持するようにした場
合でも、その微小な間隙に充填させる放熱性グリース等
に熱抵抗のロスが生じるという問題がある。
【０００９】本発明の目的は、上述の課題を解決し、熱
抵抗が小さく、チップの荷重が過大とならないヒートシ
ンクの実装構造を提供することにある。
抵抗が小さく、チップの荷重が過大とならないヒートシ
ンクの実装構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のヒートシンクの実装構造は、チップを搭載し
た基板と、この基板の周囲に設けられたフランジと、こ
のフランジに取り付けられた支柱と、上記チップの上に
配置されたヒートシンクと、このヒートシンクに接合す
るものであって前記フランジと前記ヒートシンクとの間
に設けられたスティとを含み、前記スティは前記支柱が
嵌合する穴を有する。
に本発明のヒートシンクの実装構造は、チップを搭載し
た基板と、この基板の周囲に設けられたフランジと、こ
のフランジに取り付けられた支柱と、上記チップの上に
配置されたヒートシンクと、このヒートシンクに接合す
るものであって前記フランジと前記ヒートシンクとの間
に設けられたスティとを含み、前記スティは前記支柱が
嵌合する穴を有する。
【００１１】
【００１２】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造において、前記支柱は、前記フランジの四隅に取り付
けられる。
造において、前記支柱は、前記フランジの四隅に取り付
けられる。
【００１３】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造において、前記支柱と前記スティとを固定するための
ネジをさらに含む。
造において、前記支柱と前記スティとを固定するための
ネジをさらに含む。
【００１４】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造において、前記スティと前記ネジとの間に挟まれた弾
性部材をさらに含む。
造において、前記スティと前記ネジとの間に挟まれた弾
性部材をさらに含む。
【００１５】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造において、前記チップとヒートシンクの間に放熱性グ
リースをさらに含む。
造において、前記チップとヒートシンクの間に放熱性グ
リースをさらに含む。
【００１６】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造は、チップを搭載した基板と、この基板の周囲に設け
られたフランジと、このフランジに架けられた少なくと
も一つの第１のスティと、この第１のスティに取り付け
られた支柱と、ヒートシンクに接合する第２のスティと
を含み、前記第２のスティは前記支柱が嵌合する穴を有
することを特徴とするヒートシンクの実装構造。
造は、チップを搭載した基板と、この基板の周囲に設け
られたフランジと、このフランジに架けられた少なくと
も一つの第１のスティと、この第１のスティに取り付け
られた支柱と、ヒートシンクに接合する第２のスティと
を含み、前記第２のスティは前記支柱が嵌合する穴を有
することを特徴とするヒートシンクの実装構造。
【００１７】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造において、前記支柱と前記第２のスティとを固定する
ためのネジをさらに含む。
造において、前記支柱と前記第２のスティとを固定する
ためのネジをさらに含む。
【００１８】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造において、前記第２のスティと前記ネジとの間に挟ま
れた弾性部材をさらに含む。
造において、前記第２のスティと前記ネジとの間に挟ま
れた弾性部材をさらに含む。
【００１９】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造において、前記チップとヒートシンクの間に放熱性グ
リースをさらに含む。
造において、前記チップとヒートシンクの間に放熱性グ
リースをさらに含む。
【００２０】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造は、チップを搭載した基板と、この基板の周囲に設け
られたフランジと、このフランジに架けられた少なくと
も一つのスティと、このスティに取り付けられた支柱
と、ベース部に前記支柱が嵌合する穴を有するヒートシ
ンクとを含む。
造は、チップを搭載した基板と、この基板の周囲に設け
られたフランジと、このフランジに架けられた少なくと
も一つのスティと、このスティに取り付けられた支柱
と、ベース部に前記支柱が嵌合する穴を有するヒートシ
ンクとを含む。
【００２１】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造において、前記支柱と前記ヒートシンクとを固定する
ためのネジをさらに含む。
造において、前記支柱と前記ヒートシンクとを固定する
ためのネジをさらに含む。
【００２２】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造において、前記ヒートシンクのベース部と前記ネジと
の間に挟まれた弾性部材をさらに含む。
造において、前記ヒートシンクのベース部と前記ネジと
の間に挟まれた弾性部材をさらに含む。
【００２３】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造において、前記チップとヒートシンクのベース部との
間に放熱性グリースをさらに含む。
造において、前記チップとヒートシンクのベース部との
間に放熱性グリースをさらに含む。
【００２４】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造において、前記ヒートシンクは、例えば、アルミや銅
のような熱電導率の高い材料により構成される。
造において、前記ヒートシンクは、例えば、アルミや銅
のような熱電導率の高い材料により構成される。
【００２５】また、本発明の他のヒートシンクの実装構
造において、前記弾性部材には、スプリング状のバネ、
ラバー材を用いたバネ、ゲル材を用いたバネ等を用いる
ことができる。
造において、前記弾性部材には、スプリング状のバネ、
ラバー材を用いたバネ、ゲル材を用いたバネ等を用いる
ことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】次に本発明のヒートシンクの実装
構造の実施の形態について図面を参照して詳細に説明す
る。
構造の実施の形態について図面を参照して詳細に説明す
る。
【００２７】図１及び図２を参照すると、本発明の第１
の実施の形態では、ヒートシンクにスティ６を取り付
け、基板１側のフランジ３に設けられた支柱４にスティ
６を取り付けることにより、チップ２とヒートシンクと
を接触させている。
の実施の形態では、ヒートシンクにスティ６を取り付
け、基板１側のフランジ３に設けられた支柱４にスティ
６を取り付けることにより、チップ２とヒートシンクと
を接触させている。
【００２８】ヒートシンクは、ベース部５と、ヒートパ
イプ１０と、フィン９とから成り、これらは同一の材料
により形成される。この材料としては、例えば、アルミ
や銅のような熱電導率の高いものが望ましい。ベース部
５は、チップ２と接触して、チップ２で生じた熱をヒー
トパイプ１０へ伝える。この熱は、フィン９から大気中
へ放熱される。フィン９は、ヒートパイプ１０内の冷媒
の凝縮部の役割を有し、ベース部５は蒸発部の役割を有
する。この第１の実施の形態では、フィン９よりも重力
方向（図１の下方向）にベース部５があるため、重力を
使って凝縮して液化したヒートパイプ１０内の冷媒をベ
ース部５まで還流させる、いわゆる熱サイフォン式ヒー
トパイプとなっている。
イプ１０と、フィン９とから成り、これらは同一の材料
により形成される。この材料としては、例えば、アルミ
や銅のような熱電導率の高いものが望ましい。ベース部
５は、チップ２と接触して、チップ２で生じた熱をヒー
トパイプ１０へ伝える。この熱は、フィン９から大気中
へ放熱される。フィン９は、ヒートパイプ１０内の冷媒
の凝縮部の役割を有し、ベース部５は蒸発部の役割を有
する。この第１の実施の形態では、フィン９よりも重力
方向（図１の下方向）にベース部５があるため、重力を
使って凝縮して液化したヒートパイプ１０内の冷媒をベ
ース部５まで還流させる、いわゆる熱サイフォン式ヒー
トパイプとなっている。
【００２９】ヒートシンクのベース部５には、スティ６
が取り付けられる。この場合のスティ６は、ヒートシン
クと同一材料から成り、溶接もしくは接着などの手段に
より接合される。スティ６は、ネジ止めのための穴を有
する。スティ６は、１本でも構わないが、複数本あると
ヒートシンクのベース部５の底面を柔軟に動かしてチッ
プ２と接触させることができる。
が取り付けられる。この場合のスティ６は、ヒートシン
クと同一材料から成り、溶接もしくは接着などの手段に
より接合される。スティ６は、ネジ止めのための穴を有
する。スティ６は、１本でも構わないが、複数本あると
ヒートシンクのベース部５の底面を柔軟に動かしてチッ
プ２と接触させることができる。
【００３０】チップ２は、例えば、ベアチップという形
態を採用することができ、この場合はＬＳＩケースを使
用しない状態でそのまま基板１に実装される。基板１
は、例えば、高速転送ができるビルドアップ基板を採用
することができる。チップ２と基板１との間は、例え
ば、半田ボール等により接続される。
態を採用することができ、この場合はＬＳＩケースを使
用しない状態でそのまま基板１に実装される。基板１
は、例えば、高速転送ができるビルドアップ基板を採用
することができる。チップ２と基板１との間は、例え
ば、半田ボール等により接続される。
【００３１】基板１の周囲には、フランジ３が取り付け
られる。フランジ３の材料としては、アルミやステンレ
スなどの金属が用いられる。フランジ３を使用する理由
は、基板１に機械穴を開けないようにするためである。
基板１に機械穴を開けてネジ止めした場合には、チップ
２の近傍周囲における信号配線の収容率に大きな制限を
与えるおそれがある。また、ビルドアップ基板等の板厚
の薄い基板は、ネジ止めするには強度が弱いという問題
もある。本発明では、フランジ３を基板の周囲に設ける
ことで、これらの問題を解消している。フランジ３は、
基板１の反りの矯正も行えるため、基板厚の変化量、反
り量を低減でき、チップ２に与えるダメージを少なくす
ることができる。
られる。フランジ３の材料としては、アルミやステンレ
スなどの金属が用いられる。フランジ３を使用する理由
は、基板１に機械穴を開けないようにするためである。
基板１に機械穴を開けてネジ止めした場合には、チップ
２の近傍周囲における信号配線の収容率に大きな制限を
与えるおそれがある。また、ビルドアップ基板等の板厚
の薄い基板は、ネジ止めするには強度が弱いという問題
もある。本発明では、フランジ３を基板の周囲に設ける
ことで、これらの問題を解消している。フランジ３は、
基板１の反りの矯正も行えるため、基板厚の変化量、反
り量を低減でき、チップ２に与えるダメージを少なくす
ることができる。
【００３２】図３（ａ）を参照すると、フランジ３に
は、所望の位置に支柱４が設けられる。図３（ｂ）を参
照すると、スティ６に設けられた穴に支柱４が通され
る。図３（ｃ）を参照すると、スティ６の上からバネ７
を圧縮するようにネジ８を締める。このため、支柱４に
は、ネジ８が締結されるようにネジ用の溝が設けられて
いる。図３（ｄ）を参照すると、ネジ８を締めることに
よって、スティ６を押しつけ、ヒートシンクをチップ２
に接触させる。支柱４は、最適なバネ力が得られるバネ
しろとなるように予め高さを調整しておく必要がある。
支柱４は、複数本有することが望ましい。後述のよう
に、ヒートシンクのベース部５とチップ２との間の接触
を最適なものに調整できるからである。
は、所望の位置に支柱４が設けられる。図３（ｂ）を参
照すると、スティ６に設けられた穴に支柱４が通され
る。図３（ｃ）を参照すると、スティ６の上からバネ７
を圧縮するようにネジ８を締める。このため、支柱４に
は、ネジ８が締結されるようにネジ用の溝が設けられて
いる。図３（ｄ）を参照すると、ネジ８を締めることに
よって、スティ６を押しつけ、ヒートシンクをチップ２
に接触させる。支柱４は、最適なバネ力が得られるバネ
しろとなるように予め高さを調整しておく必要がある。
支柱４は、複数本有することが望ましい。後述のよう
に、ヒートシンクのベース部５とチップ２との間の接触
を最適なものに調整できるからである。
【００３３】バネ７のバネ定数は、なるべく小さいもの
を選択するのが望ましい。チップ２の高さ寸法の変化が
生じたときにヒートシンクを追随させやすくなるからで
ある。ここで、チップ２の高さ寸法とは、前述の半田ボ
ール等を含んだ高さをいい、チップ２が熱膨張を生じた
ときや、装置に振動が加わった時に変化が生じる場合が
ある。また、チップ２は、それ自身の厚さ寸法もばらつ
きが生じる場合があり、基板に実装する製造工程におい
て高さ方向、傾きともにばらつきが生じる場合がある。
このとき、同じバネ力を得るにしても、バネ定数が小さ
い方が、寸法変化の際の荷重変化が少なくなるため、ヒ
ートシンクが柔軟にチップ２の高さや傾きに追随するこ
とができる。しかも、バネ定数が小さい方が、フランジ
３やステイ６の平面度や平行度といった公差寸法を吸収
しやすくなる。特に、熱サイフォン式ヒートパイプを使
用したヒートシンクは、Ｌ字型の形状が採用されること
があり、この場合、各々のバネ力を互いに異なるものと
することによって、チップを中心としたモーメント力を
打ち消すことができるという利点もある。
を選択するのが望ましい。チップ２の高さ寸法の変化が
生じたときにヒートシンクを追随させやすくなるからで
ある。ここで、チップ２の高さ寸法とは、前述の半田ボ
ール等を含んだ高さをいい、チップ２が熱膨張を生じた
ときや、装置に振動が加わった時に変化が生じる場合が
ある。また、チップ２は、それ自身の厚さ寸法もばらつ
きが生じる場合があり、基板に実装する製造工程におい
て高さ方向、傾きともにばらつきが生じる場合がある。
このとき、同じバネ力を得るにしても、バネ定数が小さ
い方が、寸法変化の際の荷重変化が少なくなるため、ヒ
ートシンクが柔軟にチップ２の高さや傾きに追随するこ
とができる。しかも、バネ定数が小さい方が、フランジ
３やステイ６の平面度や平行度といった公差寸法を吸収
しやすくなる。特に、熱サイフォン式ヒートパイプを使
用したヒートシンクは、Ｌ字型の形状が採用されること
があり、この場合、各々のバネ力を互いに異なるものと
することによって、チップを中心としたモーメント力を
打ち消すことができるという利点もある。
【００３４】ヒートシンクのベース部５は、チップ２と
の間に放熱性グリースを介して接触させてもよい。その
理由は以下のとおりである。チップ２及びベース部５の
表面には、微視的な粗さにより凹凸が生じており、これ
らチップ２とベース部５とを接触させる際には、その隙
間に空気が入るおそれがある。この場合、空気は熱伝導
率が悪いため、その部分に接触熱抵抗が生じるおそれが
ある。このため、放熱性グリース等をその隙間に充填さ
せることによって放熱性を改善させることができる。但
し、放熱性グリースも金属に比べれば熱伝導率は２桁小
さいため、グリースの厚さはなるべく薄くすることが、
熱抵抗を小さくする上で望ましい。このグリース厚さが
最小となる荷重が、本発明での最適なバネ力になる。グ
リースは稠（ちょう）度がある程度大きいもの、すなわ
ち粘度が小さいものを選択することが、厚さを薄くする
上で望ましい。例えば、ちょう度が２００から４００程
度のものが望ましい。
の間に放熱性グリースを介して接触させてもよい。その
理由は以下のとおりである。チップ２及びベース部５の
表面には、微視的な粗さにより凹凸が生じており、これ
らチップ２とベース部５とを接触させる際には、その隙
間に空気が入るおそれがある。この場合、空気は熱伝導
率が悪いため、その部分に接触熱抵抗が生じるおそれが
ある。このため、放熱性グリース等をその隙間に充填さ
せることによって放熱性を改善させることができる。但
し、放熱性グリースも金属に比べれば熱伝導率は２桁小
さいため、グリースの厚さはなるべく薄くすることが、
熱抵抗を小さくする上で望ましい。このグリース厚さが
最小となる荷重が、本発明での最適なバネ力になる。グ
リースは稠（ちょう）度がある程度大きいもの、すなわ
ち粘度が小さいものを選択することが、厚さを薄くする
上で望ましい。例えば、ちょう度が２００から４００程
度のものが望ましい。
【００３５】熱伝導は物質内の熱移動であるから、熱伝
導率が大きい物質で、かつ厚さ（長手方向寸法）を薄く
できれば熱抵抗は小さくできる。従って、チップとヒー
トシンクとの間の熱抵抗を小さくするには、両者の間に
はなるべく介在物がない方が有利である。つまり、本発
明のようにチップとヒートシンクとの間には放熱性グリ
ースのみが介在する構造が最も熱抵抗を小さくできる。
放熱性グリースは固体同士の接触熱抵抗を低減できるた
め、放熱性グリースがない場合よりも寧ろ熱抵抗を小さ
くできる。放熱性グリースは、シリコーンオイル単体で
使用したり、セラミックスのアルミナや窒化アルミなど
のフィラーを熱伝導の媒体としてシリコーンオイルと混
合させたコンパウンドを使用することができる。放熱性
グリースは、金属等に比べると熱伝導率は２桁小さくな
る。この値は接触抵抗を小さくするために流動性を持た
せる樹脂を材料にしている放熱性グリースの役割上、ど
うしても改善できない特性である。従って、チップから
ヒートシンクまでの熱抵抗は、この放熱性グリースの厚
さをどれだけ小さく抑えられるかに左右される。通常、
チップやヒートシンクの表面の粗さは１０μｍ程度であ
るため、放熱性グリースを２０〜３０μｍ程度の厚さと
すれば、最も熱抵抗を小さくすることができる。
導率が大きい物質で、かつ厚さ（長手方向寸法）を薄く
できれば熱抵抗は小さくできる。従って、チップとヒー
トシンクとの間の熱抵抗を小さくするには、両者の間に
はなるべく介在物がない方が有利である。つまり、本発
明のようにチップとヒートシンクとの間には放熱性グリ
ースのみが介在する構造が最も熱抵抗を小さくできる。
放熱性グリースは固体同士の接触熱抵抗を低減できるた
め、放熱性グリースがない場合よりも寧ろ熱抵抗を小さ
くできる。放熱性グリースは、シリコーンオイル単体で
使用したり、セラミックスのアルミナや窒化アルミなど
のフィラーを熱伝導の媒体としてシリコーンオイルと混
合させたコンパウンドを使用することができる。放熱性
グリースは、金属等に比べると熱伝導率は２桁小さくな
る。この値は接触抵抗を小さくするために流動性を持た
せる樹脂を材料にしている放熱性グリースの役割上、ど
うしても改善できない特性である。従って、チップから
ヒートシンクまでの熱抵抗は、この放熱性グリースの厚
さをどれだけ小さく抑えられるかに左右される。通常、
チップやヒートシンクの表面の粗さは１０μｍ程度であ
るため、放熱性グリースを２０〜３０μｍ程度の厚さと
すれば、最も熱抵抗を小さくすることができる。
【００３６】ここで、各寸法のばらつきについて考察す
ると、チップの厚さ方向の寸法ばらつきは２０〜４０μ
ｍ、基板厚のばらつきは１００μｍ、チップを基板に実
装した際の高さの製造ばらつきも１００μｍ程度生じる
ものと考えられる。これらの寸法ばらつきを吸収しよう
とすると、グリースの厚さは２００〜３００μｍ程度に
はなってしまい、熱抵抗のロスは１０倍にもなってしま
う。このロスを低減するためには、本発明のように常に
チップの放熱面にヒートシンクが接触するような構造が
有効である。しかも、本発明では、バネ７を使用してい
るため、チップ２や基板１がの寸法が熱膨張により変化
しても、常にチップ２の放熱面にヒートシンクが追随す
ることができる。また、バネ７はバネ定数が小さく、し
かも複数本のスティ６をそれぞれ押し付けるため、チッ
プ２が傾いて実装された場合にも、荷重の変化量を抑え
ながら、チップ２の放熱面に対して点ではなく面により
ヒートシンクのベース部６を接触させることができる。
ると、チップの厚さ方向の寸法ばらつきは２０〜４０μ
ｍ、基板厚のばらつきは１００μｍ、チップを基板に実
装した際の高さの製造ばらつきも１００μｍ程度生じる
ものと考えられる。これらの寸法ばらつきを吸収しよう
とすると、グリースの厚さは２００〜３００μｍ程度に
はなってしまい、熱抵抗のロスは１０倍にもなってしま
う。このロスを低減するためには、本発明のように常に
チップの放熱面にヒートシンクが接触するような構造が
有効である。しかも、本発明では、バネ７を使用してい
るため、チップ２や基板１がの寸法が熱膨張により変化
しても、常にチップ２の放熱面にヒートシンクが追随す
ることができる。また、バネ７はバネ定数が小さく、し
かも複数本のスティ６をそれぞれ押し付けるため、チッ
プ２が傾いて実装された場合にも、荷重の変化量を抑え
ながら、チップ２の放熱面に対して点ではなく面により
ヒートシンクのベース部６を接触させることができる。
【００３７】次に、本発明のヒートシンクの実装構造の
第２の実施の形態について図面を参照して詳細に説明す
る。
第２の実施の形態について図面を参照して詳細に説明す
る。
【００３８】図４及び図５を参照すると、本発明の第２
の実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、ヒー
トシンクのベース部５に取り付けるスティ１１の長さを
短くした構成となっている。この場合、バネ７をネジ止
めする支柱４は、フランジ３の上に架けたスティ６の上
に設けられる。スティ６は、ネジ止め等の手段によりフ
ランジ３に取り付けられる。。
の実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、ヒー
トシンクのベース部５に取り付けるスティ１１の長さを
短くした構成となっている。この場合、バネ７をネジ止
めする支柱４は、フランジ３の上に架けたスティ６の上
に設けられる。スティ６は、ネジ止め等の手段によりフ
ランジ３に取り付けられる。。
【００３９】但し、フランジ３の両端間の距離が短い場
合には、第１の実施の形態と同様にフランジ３に直接支
柱４を設ける構成でも構わない。スティ６を設けるの
は、フランジ３の両端間の距離がヒートシンクの幅より
も長い場合に、取付を容易にするためである。
合には、第１の実施の形態と同様にフランジ３に直接支
柱４を設ける構成でも構わない。スティ６を設けるの
は、フランジ３の両端間の距離がヒートシンクの幅より
も長い場合に、取付を容易にするためである。
【００４０】この第２の実施の形態では、スティ１１を
短く構成し、支柱４同士の間を短くすることにより、ス
ティ１１の反り量やたわみ量を小さく抑えることができ
る。具体的には、例えば、支柱４同士の間を１０ｍｍ程
度とする。従って、ヒートシンクを熱伝導率は高いが強
度の弱いアルミ材を選択した場合でも、強度を持たせる
ために板厚を大きくする必要がない。また、基板１の大
きさが異なるものが何種類か存在した場合に、各基板に
合わせた長さのスティを個別にヒートシンクに取り付け
る必要がなく、所定の長さのスティ１１を取り付けたヒ
ートシンクを一種類だけ用意すればよい。すなわち、基
板１側のスティ６を交換するだけで済み、ヒートシンク
に汎用性を持たせることができる。
短く構成し、支柱４同士の間を短くすることにより、ス
ティ１１の反り量やたわみ量を小さく抑えることができ
る。具体的には、例えば、支柱４同士の間を１０ｍｍ程
度とする。従って、ヒートシンクを熱伝導率は高いが強
度の弱いアルミ材を選択した場合でも、強度を持たせる
ために板厚を大きくする必要がない。また、基板１の大
きさが異なるものが何種類か存在した場合に、各基板に
合わせた長さのスティを個別にヒートシンクに取り付け
る必要がなく、所定の長さのスティ１１を取り付けたヒ
ートシンクを一種類だけ用意すればよい。すなわち、基
板１側のスティ６を交換するだけで済み、ヒートシンク
に汎用性を持たせることができる。
【００４１】次に、本発明のヒートシンクの実装構造の
第３の実施の形態について図面を参照して詳細に説明す
る。
第３の実施の形態について図面を参照して詳細に説明す
る。
【００４２】図６及び図７を参照すると、本発明の第３
の実施の形態では、ヒートシンクのベース部５に貫通穴
を設け、第２の実施の形態におけるスティ１１を削除し
た構造となっており、その他は第２の実施の形態と同様
の構造となっている。
の実施の形態では、ヒートシンクのベース部５に貫通穴
を設け、第２の実施の形態におけるスティ１１を削除し
た構造となっており、その他は第２の実施の形態と同様
の構造となっている。
【００４３】第２の実施の形態と第３の実施の形態の何
れを採用するかは、ヒートシンクのベース部５の重力方
向（図４等の下方向）の幅がどれだけ確保できるかに依
存する。支柱４を通すのに十分な幅を確保できるのであ
れば第３の実施の形態を採用する方が簡単な構造で済
む。一方、ベース部５の重力方向の幅が狭いのであれば
図４にいうスティ１１を設ける必要がある。
れを採用するかは、ヒートシンクのベース部５の重力方
向（図４等の下方向）の幅がどれだけ確保できるかに依
存する。支柱４を通すのに十分な幅を確保できるのであ
れば第３の実施の形態を採用する方が簡単な構造で済
む。一方、ベース部５の重力方向の幅が狭いのであれば
図４にいうスティ１１を設ける必要がある。
【００４４】なお、本発明の実施の形態においては、ヒ
ートパイプを用いたヒートシンクについて説明したが、
ヒートシンクの構造自体は種々のものが適用可能であ
る。また、ＬＳＩチップとしてベアチップについて説明
したが、他の種類のＬＳＩチップであってもよい。ま
た、実施の形態の説明においては、スティを２本用いて
いるが、例えば１本であってもよく、逆に３本以上であ
ってもよい。さらに、実施の形態の説明においては、ス
プリング状のバネを用いているが、これに代えてラバー
材を用いたバネやゲル材を用いたバネを採用してもよ
い。
ートパイプを用いたヒートシンクについて説明したが、
ヒートシンクの構造自体は種々のものが適用可能であ
る。また、ＬＳＩチップとしてベアチップについて説明
したが、他の種類のＬＳＩチップであってもよい。ま
た、実施の形態の説明においては、スティを２本用いて
いるが、例えば１本であってもよく、逆に３本以上であ
ってもよい。さらに、実施の形態の説明においては、ス
プリング状のバネを用いているが、これに代えてラバー
材を用いたバネやゲル材を用いたバネを採用してもよ
い。
【００４５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よると、チップの高さや傾きのばらつきにヒートシンク
を追随できるため、放熱性グリースの厚さを常に最小に
することができる。これにより、熱抵抗を小さくするこ
とができ、発熱量の大きなチップを冷却することができ
る。
よると、チップの高さや傾きのばらつきにヒートシンク
を追随できるため、放熱性グリースの厚さを常に最小に
することができる。これにより、熱抵抗を小さくするこ
とができ、発熱量の大きなチップを冷却することができ
る。
【００４６】基板に取り付けたフランジに支柱を設けて
ネジ止めすることによりヒートシンクを支えているた
め、基板に特別な機械加工が不要となる。また、基板の
配線収容性への影響を回避することができる。
ネジ止めすることによりヒートシンクを支えているた
め、基板に特別な機械加工が不要となる。また、基板の
配線収容性への影響を回避することができる。
【００４７】支柱の高さを予め調整することにより所望
のバネ力を実現できるため、基板の板厚等に左右させる
ことなく、ヒートシンクに汎用性が持たせることができ
る。
のバネ力を実現できるため、基板の板厚等に左右させる
ことなく、ヒートシンクに汎用性が持たせることができ
る。
【図１】本発明のヒートシンクの実装構造の第１の実施
の形態の構成を示す斜視図である。
の形態の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明のヒートシンクの実装構造の第１の実施
の形態の構成を示す断面図である。
の形態の構成を示す断面図である。
【図３】本発明のヒートシンクの実装構造の実施の形態
におけるバネの締結手順を示す図である。
におけるバネの締結手順を示す図である。
【図４】本発明のヒートシンクの実装構造の第２の実施
の形態の構成を示す斜視図である。
の形態の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明のヒートシンクの実装構造の第２の実施
の形態の構成を示す断面図である。
の形態の構成を示す断面図である。
【図６】本発明のヒートシンクの実装構造の第３の実施
の形態の構成を示す斜視図である。
の形態の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明のヒートシンクの実装構造の第３の実施
の形態の構成を示す断面図である。
の形態の構成を示す断面図である。
【図８】従来のヒートシンクの実装構造の構成を示す斜
視図である。
視図である。
【図９】従来のヒートシンクの実装構造の構成を示す断
面図である。
面図である。
１ 基板
２ チップ
３ フランジ
４ 支柱
５ ベース部
６，１１ スティ
７ バネ
８ ネジ
９ フィン
１０ ヒートパイプ
１２ 取付板
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/34 - 23/473
Claims (13)
- 【請求項１】 チップを搭載した基板と、 この基板の周囲に設けられたフランジと、 このフランジに取り付けられた支柱と、 上記チップの上に配置されたヒートシンクと、 このヒートシンクに接合するものであって前記フランジ
と前記ヒートシンクとの間に設けられたスティとを含
み、 前記スティは前記支柱が嵌合する穴を有することを特徴
とするヒートシンクの実装構造。 - 【請求項２】 前記支柱は、前記フランジの四隅に取り
付けられたことを特徴とする請求項１記載のヒートシン
クの実装構造。 - 【請求項３】 前記支柱と前記スティとを固定するため
のネジをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のヒ
ートシンクの実装構造。 - 【請求項４】 前記スティと前記ネジとの間に挟まれた
弾性部材をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の
ヒートシンクの実装構造。 - 【請求項５】 前記チップとヒートシンクの間に放熱性
グリースをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の
ヒートシンクの実装構造。 - 【請求項６】 チップを搭載した基板と、 この基板の周囲に設けられたフランジと、 このフランジに架けられた少なくとも一つの第１のステ
ィと、 この第１のスティに取り付けられた支柱と、 ヒートシンクに接合する第２のスティとを含み、 前記第２のスティは前記支柱が嵌合する穴を有すること
を特徴とするヒートシンクの実装構造。 - 【請求項７】 前記支柱と前記第２のスティとを固定す
るためのネジをさらに含むことを特徴とする請求項６記
載のヒートシンクの実装構造。 - 【請求項８】 前記第２のスティと前記ネジとの間に挟
まれた弾性部材をさらに含むことを特徴とする請求項７
記載のヒートシンクの実装構造。 - 【請求項９】 前記チップとヒートシンクの間に放熱性
グリースをさらに含むことを特徴とする請求項６記載の
ヒートシンクの実装構造。 - 【請求項１０】 チップを搭載した基板と、 この基板の周囲に設けられたフランジと、 このフランジに架けられた少なくとも一つのスティと、 このスティに取り付けられた支柱と、 ベース部に前記支柱が嵌合する穴を有するヒートシンク
とを含むことを特徴とするヒートシンクの実装構造。 - 【請求項１１】 前記支柱と前記ヒートシンクとを固定
するためのネジをさらに含むことを特徴とする請求項１
０記載のヒートシンクの実装構造。 - 【請求項１２】 前記ヒートシンクのベース部と前記ネ
ジとの間に挟まれた弾性部材をさらに含むことを特徴と
する請求項１１記載のヒートシンクの実装構造。 - 【請求項１３】 前記チップとヒートシンクのベース部
との間に放熱性グリースをさらに含むことを特徴とする
請求項１０記載のヒートシンクの実装構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25413599A JP3422298B2 (ja) | 1999-09-08 | 1999-09-08 | ヒートシンクの実装構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25413599A JP3422298B2 (ja) | 1999-09-08 | 1999-09-08 | ヒートシンクの実装構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001077255A JP2001077255A (ja) | 2001-03-23 |
| JP3422298B2 true JP3422298B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=17260716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25413599A Expired - Fee Related JP3422298B2 (ja) | 1999-09-08 | 1999-09-08 | ヒートシンクの実装構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3422298B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7242582B2 (en) | 2004-04-20 | 2007-07-10 | Denso Corporation | Semiconductor module mounting structure, a cardlike semiconductor module, and heat receiving members bonded to the cardlike semiconductor module |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4999060B2 (ja) * | 2006-10-02 | 2012-08-15 | 古河電気工業株式会社 | 受熱部材取り付け構造体 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3031288U (ja) | 1996-05-15 | 1996-11-22 | 陳富英 洪 | コンピュータの中央処理装置と放熱ブロックの一体構造 |
| JP3064402U (ja) | 1999-05-31 | 2000-01-21 | 科昇科技有限公司 | Ｃｐｕ放熱装置の固定座 |
-
1999
- 1999-09-08 JP JP25413599A patent/JP3422298B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3031288U (ja) | 1996-05-15 | 1996-11-22 | 陳富英 洪 | コンピュータの中央処理装置と放熱ブロックの一体構造 |
| JP3064402U (ja) | 1999-05-31 | 2000-01-21 | 科昇科技有限公司 | Ｃｐｕ放熱装置の固定座 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7242582B2 (en) | 2004-04-20 | 2007-07-10 | Denso Corporation | Semiconductor module mounting structure, a cardlike semiconductor module, and heat receiving members bonded to the cardlike semiconductor module |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001077255A (ja) | 2001-03-23 |
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