JP3881488B2 - 回路モジュールの冷却装置およびこの冷却装置を有する電子機器 - Google Patents

回路モジュールの冷却装置およびこの冷却装置を有する電子機器 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージのような発熱する回路部品の放熱を促進させるための冷却装置およびこの冷却装置を搭載したパーソナルコンピュータ等の電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デスクトップ形のパーソナルコンピュータやワークステーションのような電子機器は、文字、音声および画像のような多用のマルチメディア情報を処理するためのCPUやゲートアレイ等の半導体パッケージを装備している。この種の半導体パッケージは、処理速度の高速化や多機能化に伴って消費電力が増加の一途を辿り、動作中の発熱量もこれに比例して急速に増加する傾向にある。
【０００３】
そのため、半導体パッケージの安定した動作を保証するためには、半導体パッケージの放熱性を高める必要があり、それ故、ヒートシンクやヒートパイプのような半導体パッケージの冷却性能を高めるための様々な放熱・冷却手段が必要不可欠な存在となる。
【０００４】
従来のヒートシンクは、半導体パッケージの熱を受ける受熱部と、この受熱部に伝えられた熱を放出する放熱部とを備えており、この受熱部が半導体パッケージに熱的に接続されている。この際、受熱部と半導体パッケージとの間に隙間が存在すると、この隙間が一種の断熱層として機能し、半導体パッケージから受熱部への熱伝導が妨げられてしまう。このため、従来では、受熱部と半導体パッケージとの間に熱伝導性のグリスやゴム製の伝熱シートを介在させるとともに、上記ヒートシンクをばねを介して半導体パッケージに押し付け、これら受熱部と半導体パッケージとの密着性を高めることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ヒートシンクの受熱部を半導体パッケージに押し付けるようにすると、この半導体パッケージの受熱部との接触部分に荷重が加わり、この荷重が半導体パッケージに対してストレスとなって機能することがあり得る。この場合、半導体パッケージがストレスに打ち勝てるような強度を有していれば何等問題はないけれども、最近の半導体パッケージは、低コスト化、軽量化および小形化といった様々な要求により構造が簡素化される傾向にあり、それ故、半導体パッケージの構造によっては、必ずしもストレスに耐え得るような強度を有していないものも多々見られる。
【０００６】
具体的には、気密封止パッケージとして代表的なセラミック・パッケージは、発熱するICチップの周囲が剛性の高いセラミック基板やセラミックリッドによって覆われているので、このセラミック基板やセラミックリッドによって上記ストレスを受け止めることができる。
【０００７】
これに対し、合成樹脂製の回路基板の上にICチップをフリップチップ接続したBGA(Ball Grid Array)パッケージやPGA(Pin Grid Array)パッケージあるいはポリイミドテープにICチップをボンディグしたTCP(Tape Carrier Package)では、ICチップが外方に露出されているとともに、このICチップを支持する回路基板やテープが柔軟な合成樹脂製であるため、外方から加わるストレスに対抗し得るような強度を有しているとは言い難い。
【０００８】
このため、上記ヒートシンクの受熱部を例えばBGAパッケージのICチップに熱的に接続すると、このICチップにストレスが集中して加わり、ICチップが破損する虞がある。それとともに、ICチップが回路基板やポリイミドテープに向けて押し付けられるような荷重を受けるので、この荷重が回路基板やテープに曲げ力として作用し、これら回路基板やテープが撓んだり反り返ることがあり得る。この結果、ICチップと回路基板又はテープとの接続部分に継続的に応力が加わり、これが原因で接合不良を引き起こす虞がある。
【０００９】
よって、BGAやPGAのような半導体パッケージでは、ヒートシンクをICチップに大きな力で押し付けることができないので、ヒートシンクと半導体パッケージとの密着性を充分に確保することが困難となり、半導体パッケージからヒートシンクへの熱伝達を効率良く行う上での妨げとなるといった不具合がある。
【００１０】
本発明の第１の目的は、発熱体（ICチップ）とベースとの接続部分に加わるストレスを軽減しつつ、発熱体（ICチップ）の熱を効率良くヒートシンクに逃すことができ、発熱体（ICチップ）の放熱効率を高めることができる回路モジュールの冷却装置およびこの冷却装置を有する電子機器を得ることにある。
【００１１】
本発明の第２の目的は、ICチップとベースとの接続部分および半導体パッケージとプリント配線基板との接続部分の破損を防止しつつ、ICチップの熱を効率良くヒートシンクに逃すことができ、ICチップの放熱効率を高めることができる回路モジュールの冷却装置を得ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するため、本発明に係る回路モジュールの冷却装置は、
合成樹脂製のベースと、このベースの実装面から突出されるとともに、この実装面に電気的に接続された発熱体とを有する回路部品と；
この回路部品に重ねて配置され、上記発熱体の熱を受ける受熱部を有するヒートシンクと；
上記発熱体と上記ヒートシンクの受熱部との間に介在された柔軟な熱伝導部材と；
上記ヒートシンクを上記発熱体に向けて押圧することで、これらヒートシンクの受熱部と上記発熱体とを上記熱伝導部材を介して熱的に接続する押圧手段と；備え、
上記回路部品のベースと上記ヒートシンクとの間に、上記発熱体を外れた位置において上記ヒートシンクを支えるスペーサを介在させたことを特徴としている。
【００１３】
また、上記第１の目的を達成するため、本発明に係る電子機器は、
ハウジングと；
合成樹脂製のベースと、このベースの実装面から突出されるとともに、この実装面に電気的に接続された発熱体とを有し、上記ハウジングの内部に収容された回路部品と；
この回路部品に重ねて配置され、上記発熱体の熱を受ける受熱部を有するヒートシンクと；
上記発熱体と上記ヒートシンクの受熱部との間に介在された柔軟な熱伝導部材と；
上記ヒートシンクを上記発熱体に向けて押圧することで、ヒートシンクの受熱部と上記発熱体とを上記熱伝導部材を介して熱的に接続する押圧手段と；を備え、
上記回路部品のベースと上記ヒートシンクとの間に、上記発熱体を外れた位置において上記ヒートシンクを支えるスペーサを介在させたことを特徴としている。
【００１４】
このような構成において、ヒートシンクを発熱体に熱的に接続すると、このヒートシンクは、押圧手段を介して発熱体に向けて押し付けられるような荷重を受ける。この荷重の多くは、発熱体の周囲のスペーサによって受け止められるので、この発熱体とヒートシンクとの熱接続部分に過度なストレスが集中して加わることはない。このため、ベースの撓みや反りを防止することができ、このベースと発熱体との電気的な接続部分の剥離や損傷を回避することができる。
【００１５】
それとともに、発熱体と受熱部との密着性は、柔軟な熱伝導部材が受熱部と発熱体との間で適度に圧縮変形することにより確保される。このため、発熱体と受熱部との安定した熱接続を維持しつつ、発熱体とベースとの電気的な接続の信頼性を高めることができる。
【００１６】
本発明に係る回路モジュールの冷却装置によれば、上記スペーサは、上記発熱体を外れた位置においてヒートシンクと一体化されていることを特徴としている。
【００１７】
この構成によると、ヒートシンクを回路部品に重ね合わせると同時に、この回路部品のベースとヒートシンクとの間にスペーサが介在されるので、ヒートシンクの設置作業を容易に行うことができる。それとともに、専用のスペーサが不要となるので、部品点数を削減することができ、冷却装置のコストを低減することができる。
【００１８】
本発明に係る回路モジュールの冷却装置によれば、上記スペーサは、熱伝導性を有することを特徴としている。
【００１９】
この構成によると、発熱体からベースに伝えられた熱をスペーサを介してヒートシンクに逃すことができる。このため、発熱体からヒートシンクに至る放熱経路が増大し、発熱体の放熱性能を高めることができる。
【００２０】
本発明に係る回路モジュールの冷却装置によれば、上記回路部品のベースは、多数の通電端子を有する回路基板にて構成され、この回路基板の通電端子は、発熱体とは反対側に位置されているとともに、配線基板に電気的に接続され、また、上記スペーサは、上記通電端子に対応する位置において上記回路基板に接していることを特徴としている。
【００２１】
この構成によると、スペーサを介して回路基板に加わる荷重を多数の通電端子によって受け止めることができる。このため、回路基板の変形を防止できるのは勿論のこと、個々の通電端子の荷重負担が軽減され、これら通電端子の変形や破損を防止できるとともに、通電端子とプリント配線基板との接続部分の剥離や損傷を回避することができる。
【００２２】
上記第２の目的を達成するため、本発明に係る回路モジュールの冷却装置は、
配線基板と；
多数の通電端子を有する合成樹脂製のベースと、このベースの実装面から突出されるとともに、この実装面に電気的に接続された発熱するICチップとを含み、上記通電端子が上記配線基板に電気的に接続された半導体パッケージと；
この半導体パッケージに重ねて配置され、上記ICチップの熱を受ける受熱部を有するヒートシンクと；
上記ICチップと上記ヒートシンクの受熱部との間に介在された柔軟な熱伝導部材と；
上記ヒートシンクを上記ICチップに向けて押圧することで、上記ヒートシンクの受熱部と上記ICチップとを上記熱伝導部材を介して熱的に接続する押圧手段と；を備えている。
【００２３】
そして、上記半導体パッケージのベースと上記ヒートシンクとの間に、上記ICチップを外れた位置において上記ヒートシンクを支えるスペーサを介在させたことを特徴としている。
【００２４】
このような構成において、ヒートシンクを半導体パッケージのICチップに熱的に接続すると、このヒートシンクは、押圧手段を介してICチップに向けて押し付けられるような荷重を受ける。この荷重の多くは、ICチップの周囲のスペーサによって受け止められるので、ICチップとヒートシンクとの熱接続部分に過度なストレスが集中して加わることはない。このため、ベースの撓みや反りを防止することができ、このベースとICチップとの電気的な接続部分の剥離や損傷を回避できる。
【００２５】
しかも、上記構成によると、スペーサを介してベースに加わる荷重を多数の通電端子によって受け止めることができる。そのため、ベースの変形を防止できるのは勿論のこと、個々の通電端子の荷重負担が軽減され、これら通電端子の変形や破損を防止できるとともに、通電端子と配線基板との接続部分の剥離や損傷を回避することができる。
【００２６】
それとともに、ICチップと受熱部との密着性は、柔軟な熱伝導部材がICチップと受熱部との間で適度に変形することにより確保されるので、ICチップと受熱部との安定した熱接続を維持しつつ、このICチップとベースおよび半導体パッケージと配線基板との電気的な接続の信頼性を高めることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第１の実施の形態を、デスクトップ形のパーソナルコンピュータに適用した図１ないし図５にもとづいて説明する。
【００２８】
図１は、電子機器としてのデスクトップ形のパーソナルコンピュータ１を開示している。このコンピュータ１は、液晶一体形の装置本体２と、この装置本体２に接続して使用するキーボード３とを備えている。
【００２９】
図２に示すように、装置本体２は、合成樹脂製のハウジング５を有している。このハウジング５は、ベース部６とスタンド部７とで構成されている。ベース部６はフラットな四角形の箱状をなしており、このベース部６の内部にCD-ROM駆動装置８又はフロッピーディスク駆動装置（図示せず）のいずれか一方が選択的に取り外し可能に収容されている。
【００３０】
スタンド部７は、ベース部６の後端から上向きに延びているとともに、上方に進むに従い前向きに傾斜されている。スタンド部７は、前壁９ａ、後壁９ｂ、左右の側壁９ｃ，９ｄおよび上壁９ｅを有する中空の箱状をなしており、その後壁９ｂに多数の通気孔１０が形成されている。
【００３１】
スタンド部７の上端には、フラットな液晶ディスプレイユニット１２が支持されている。液晶ディスプレイユニット１２は、合成樹脂製のディスプレイハウジング１３と、このディスプレイハウジング１３に収容された液晶ディスプレイモジュール１４とを備えている。ディスプレイハウジング１３は、表示用の開口部１５が形成された前面を有し、この開口部１５を通じて液晶ディスプレイモジュール１４の表示画面１４ａが外方に露出されている。
【００３２】
図３に示すように、スタンド部７の内部には、プリント配線基板２０が収容されている。プリント配線基板２０は、スタンド部７の前壁９ａに沿って配置されている。プリント配線基板２０は、後壁９ｂと向かい合う部品搭載面２１を有し、この部品搭載面２１にCPUソケット２２が実装されている。CPUソケット２２は、図４に見られるように、中央に空洞部２３を有する四角形の枠状をなしている。このCPUソケット２２は、部品搭載面２１とは反対側に平坦なCPU支持面２４を有し、このCPU支持面２４に多数の端子孔（図示せず）がマトリックス状に並べて配置されている。これら端子孔は、部品搭載面２１に形成したパッド（図示せず）に電気的に接続されている。
【００３３】
図４に示すように、CPUを構成する回路部品としてのPGA形の半導体パッケージ２６は、CPUソケット２２を介してプリント配線基板２０に支持されている。半導体パッケージ２６は、ベースとして機能する合成樹脂製の回路基板２７と、発熱体として機能するICチップ２８とを備えている。
【００３４】
回路基板２７は、第１の実装面２９ａと第２の実装面２９ｂとを有している。第２の実装面２９ｂは、第１の実装面２９ａの反対側に位置されている。回路基板２７の第１の実装面２９ａは、CPUソケット２２のCPU支持面２４に対応する枠状のピン配置領域３０ａと、このピン配置領域３０ａに取り囲まれた部品配置領域３０ｂとを含んでいる。部品配置領域３０ｂは、回路基板２７の中央部に位置され、上記CPUソケット２２の空洞部２３に対応するようになっている。
【００３５】
回路基板２７のピン配置領域３０ａには、ピン状をなす多数の通電端子３１が配置されている。通電端子３１は、CPUソケット２２の端子孔に対応するようにマトリックス状に並べて配置されており、回路基板２７の第１の実装面２９ａから下向きに突出されている。また、回路基板２７の部品配置領域３０ｂには、例えばコンデンサのような複数の回路部品３２が実装されている。
【００３６】
ICチップ２８は、文字、音声および画像のような多用なマルチメディア情報を高速で処理するため、動作中の消費電力が大きくなっており、それに伴いICチップ２８の発熱量も冷却を必要とする程に大きなものとなっている。ICチップ２８は、回路基板２７の第２の実装面２９ｂに多数の半田ボール３４を介してフリップチップ接続されている。このICチップ２８は、第２の実装面２９ｂの中央部に設置され、上記部品配置領域３０ｂの反対側に位置されている。そのため、上記通電端子３１は、第１の実装面２９ａ上においてICチップ２８に対応する位置を避けた領域に配置されている。
【００３７】
このような半導体パッケージ２６は、通電端子３１をCPUソケット２２の端子孔に差し込んだ後、CPUソケット２２のロックレバー（図示せず）を操作することで、CPUソケット２２に取り外し不能にロックされ、これにより通電端子３１と端子孔との電気的な接続が維持されるようになっている。そして、半導体パッケージ２６をCPUソケット２２に装着した状態では、発熱するICチップ２８がCPUソケット２２の空洞部２３の真上に位置されているとともに、この空洞部２３に回路部品３２が臨んでいる。
【００３８】
図４に示すように、半導体パッケージ２６の上には、ヒートシンク３６が重ねて配置されている。ヒートシンク３６は、例えばアルミニウム合金のような熱伝動性に優れた金属材料にて構成され、半導体パッケージ２６の平面形状よりも僅かに大きな形状を有するフラットな板状をなしている。
【００３９】
ヒートシンク３６は、半導体パッケージ２６と向かい合う第１の面３７ａと、この第１の面３７ａの反対側に位置された第２の面３７ｂとを有している。第１の面３７ａの中央部には、ICチップ２８の熱を受ける受熱部３８が一体に形成されている。受熱部３８は、第１の面３７ａの中央部から突出されており、この受熱部３８の突出端は、ICチップ２８の上面と向かい合う平坦な受熱面３９となっている。受熱面３９は、ICチップ２８の上面と略同じ大きさを有している。そして、受熱面３９とICチップ２８の上面との間には、熱伝導性を有するグリスあるいはゴム製の伝熱シートのような柔軟な熱伝導部材４１が介在されている。
【００４０】
ヒートシンク３６の第２の面３７ｂには、多数の放熱フィン４２が一体に形成されている。放熱フィン４２は、ピン状をなすとともに、第２の面３７ｂにマトリックス状に並べて配置されている。
【００４１】
ヒートシンク３６は、押圧手段として機能する固定ばね４４を介してCPUソケット２２に固定されている。固定ばね４４は、ヒートシンク３６の第２の面３７ｂを横切る帯状の押圧部４５と、この押圧部４５の両端に連なる一対のアーム部４６ａ，４６ｂとを備えている。
【００４２】
押圧部４５は、ヒートシンク３６の第２の面３７ｂに対し反り返るように円弧状に湾曲されており、その長手方向に沿う中央部が第２の面３７ｂに弾性的に接するようになっている。アーム部４６ａ，４６ｂは、押圧部４５の両端を同方向に略直角に折り返すことで構成され、これらアーム部４６ａ，４６ｂの先端の係止部４７ａ，４７ｂがCPUソケット２２の係止孔４８ａ，４８ｂに取り外し可能に引っ掛かっている。
【００４３】
このため、アーム部４６ａ，４６ｂの先端の係止部４７ａ，４７ｂをCPUソケット２２の係止孔４８ａ，４８ｂに引っ掛けると、固定ばね４４の押圧部４５がヒートシンク３６の第２の面３７ｂに弾性的に当接し、ヒートシンク３６が半導体パッケージ２６に向けて押圧される。これにより、ヒートシンク３６の受熱面３９とICチップ２８との間で熱伝導部材４１が圧縮されるとともに、この熱伝導部材４１を介して受熱面３９とICチップ２８とが熱的に接続されるようになっている。
【００４４】
図４および図５に示すように、ヒートシンク３６と半導体パッケージ２６の回路基板２７との間には、スペーサ５０が介在されている。スペーサ５０は、合成樹脂、金属あるいはセラミックのような剛性を有する材料にて構成され、その中央部に上記ヒートシンク３６の受熱部３８やICチップ２８を避ける貫通孔５１を有している。このため、スペーサ５０は、受熱部３８やICチップ２８の周囲を取り囲むような枠状をなしている。そして、スペーサ５０は、ヒートシンク３６を固定ばね４４によってCPUソケット２２に固定した時に、ヒートシンク３６の第１の面３７ａの外周部と回路基板２７の第２の実装面２９ｂとの間で挟み込まれており、上記通電端子３１の真上に対応する位置において回路基板２７の第２の実装面２９ｂに接している。
【００４５】
このことから、スペーサ５０は、ICチップ２８を外れた位置においてヒートシンク３６を支えており、このヒートシンク３６からICチップ２８に加わる荷重の大部分を受け止めている。よって、このスペーサ５０の厚み寸法を、回路基板２７に対するICチップ２８の実装高さや受熱部３８の突出寸法等に応じて適宜設定することで、熱伝導部材４１が受熱面３９とICチップ２８との間で適度に押し潰され、この熱伝導部材４１が受熱面３９とICチップ２８との間に隙間なく高密度に充填されるようになっている。
【００４６】
このような構成において、パーソナルコンピュータ１の使用に伴い半導体パッケージ２６のICチップ２８が発熱すると、このICチップ２８の熱は、熱伝導部材４１を通じてヒートシンク３６の受熱部３８に伝えられる。そして、この熱は、受熱部３８からヒートシンク３６の全体に拡散された後、放熱フィン４２を通じてスタンド部７の内部に放出される。
【００４７】
ところで、上記構成によると、ヒートシンク３６を半導体パッケージ２６のICチップ２８に熱的に接続した状態において、このヒートシンク３６は、固定ばね４４を介して半導体パッケージ２６に押し付けられるような荷重を受ける。この際、ヒートシンク３６と半導体パッケージ２６との間には、ICチップ２８の周囲を取り囲むようなスペーサ５０が介在され、このスペーサ５０によってヒートシンク３６が支えられているので、上記荷重の多くはスペーサ５０によって受け止められる。
【００４８】
このため、ICチップ２８とヒートシンク３６の受熱部３８との熱接続部分に過度なストレスが集中して加わることはなく、回路基板２７の中央部の撓みや反りを防止することができる。よって、回路基板２７と半田ボール３４との半田付け部が剥離したり、この半田付け部にクラックが生じることはなく、ICチップ２８と回路基板２７との電気的な接続を良好に維持することができる。
【００４９】
それとともに、回路基板２７の中央部は、この回路基板２７の部品配置領域３０ｂに対応するから、この部品配置領域３０ｂの撓みや反り返りが阻止される。このため、部品配置領域３０ｂと回路部品３２との接続部分の剥離や損傷も防止することができ、回路部品３２と回路基板２７との電気的な接続の信頼性も充分に確保することができる。
【００５０】
また、スペーサ５０は、CPUソケット２２に対応する位置において回路基板２７の第２の実装面２９ｂに接しているので、スペーサ５０から回路基板２７に加わる荷重をCPUソケット２２を利用して受け止めることができる。このため、回路基板２７がより一層変形し難くなり、この回路基板２７とICチップ２８との半田付け部の剥離や破損を確実に防止することができる。
【００５１】
しかも、上記構成によると、ICチップ２８とヒートシンク３６の受熱部３８との密着性は、柔軟な熱伝導部材４１が適度に押し潰されて、これらICチップ２８と受熱部３８との間に高密度に充填されることで確保し得る。よって、これらICチップ２８とヒートシンク３６との間での安定した熱接続状態を維持しつつ、ICチップ２８と回路基板２７との電気的な接続の信頼性を高めることができる。
【００５２】
なお、本発明は上記第１の実施の形態に特定されるものではなく、図６に本発明の第２の実施の形態を示す。
【００５３】
この第２の実施の形態は、ヒートシンク３６の構成が上記第１の実施の形態と相違しており、それ以外のCPUソケット２２や半導体パッケージ２６の構成は第１の実施の形態と同様である。このため、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００５４】
図６に示すように、ヒートシンク３６は、その受熱面３９の周囲に回路基板２７の第２の実装面２９ｂに向けて張り出す凸部６１を一体に有している。凸部６１は、受熱面３９を取り囲むような枠状をなしており、ヒートシンク３６の外周部に位置されている。凸部６１の先端は、平坦な接触面６２となっている。この接触面６２は、ヒートシンク３６をCPUソケット２２に固定した時に、ICチップ２８の外周囲において回路基板２７の第２の実装面２９ｂに接している。
【００５５】
このため、第２の実施の形態では、凸部６１がスペーサとして機能しており、見かけ上、スペーサがヒートシンク３６と一体化されている。
【００５６】
このような構成によると、ヒートシンク３６を半導体パッケージ２６に重ね合わせると同時に、このヒートシンク３６の凸部６１が回路基板２７の第２の実装面２９ａに接触するので、固定ばね４４を介してヒートシンク３６に加わる荷重をICチップ２８の外周囲において受け止めることができる。
【００５７】
このため、ヒートシンク３６と回路基板２７との間にスペーサを介在させる作業が不要となり、ヒートシンク３６の固定作業を容易に行うことができる。しかも、専用のスペーサが不要となるので、部品点数を削減することができ、コストの低減にも寄与するといった利点がある。
【００５８】
加えて、上記構成によれば、凸部６１はヒートシンク３６の一部であるから、この凸部６１自体が熱伝導性を有することになり、ICチップ２８から回路基板２７に伝えられた熱を凸部６１を通じてヒートシンク３６全体に拡散させることができる。このため、ICチップ２８の放熱経路が、受熱部３８を伝わる経路と回路基板２７から凸部６１を伝わる経路との二系統となるので、ICチップ２８からヒートシンク３６に至る放熱経路が増大し、ICチップ２８の放熱性能を高めることができる。
【００５９】
図７は本発明の第３の実施の形態を開示している。
【００６０】
この第３の実施の形態は、ICチップ２８からヒートシンク３６にかけての放熱経路の構成が上記第１の実施の形態と相違しており、それ以外の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００６１】
図７に示すように、ヒートシンク３６を固定ばね４４を介してCPUソケット２２に固定した状態では、このヒートシンク３６の受熱面３９、回路基板２７の第２の実装面２９ｂおよびスペーサ５０の貫通孔５１の内周面によって囲まれる部分にグリス充填室７１が形成され、このグリス充填室７１にICチップ２８が収められている。そして、グリス充填室７１には、熱伝導部材として機能する熱伝導性の柔軟なグリス７２が隙間なく高密度に充填されている。
【００６２】
このため、ICチップ２８は、グリス７２によって全面的に覆われており、このICチップ２８とグリス７２との接触面積は勿論のこと、このグリス７２とヒートシンク３６との接触面積も拡大されている。
【００６３】
このような構成によると、ICチップ２８からグリス７２を介してヒートシンク３６に至る熱接続面積を充分に確保することができ、ICチップ２８の熱をグリス７２を介して効率良くヒートシンク３６に伝えることができる。
【００６４】
また、グリス７２は、スペーサ５０の貫通孔５１の内周面にも接しているので、ICチップ２８の熱をスペーサ５０を介してヒートシンク３６に逃すことができる。このため、スペーサ５０も放熱経路の一部として活用することができ、特にこのスペーサ５０を熱伝導性を有する材料にて構成すれば、スペーサ５０を熱伝達部材として積極的に利用でき、ICチップ２８の放熱性能をより高めることができる。
【００６５】
図８は本発明の第４の実施の形態を開示している。
【００６６】
この第４の実施の形態は、上記図６に示す第２の実施の形態と類似しており、この第２の実施の形態との比較においては、ICチップ２８からヒートシンク３６への熱伝達経路の構成が相違している。
【００６７】
図８に示すように、ヒートシンク３６を固定ばね４４を介してCPUソケット２２に固定した状態では、このヒートシンク３６の受熱面３９、回路基板２７の第２の実装面２９ｂおよび凸部６１の内周面によって囲まれる部分にグリス充填室８１が形成され、このグリス充填室８１にICチップ２８が収められている。そして、グリス充填室８１には、熱伝導部材として機能する熱伝導性の柔軟なグリス８２が隙間なく高密度に充填されている。
【００６８】
このため、ICチップ２８は、グリス８２によって全面的に覆われており、このICチップ２８とグリス８２との接触面積は勿論のこと、このグリス８２とヒートシンク３６との接触面積も拡大されている。
【００６９】
このような構成によると、グリス８２は、ICチップ２８の上面と受熱面３９との間ばかりでなく、このICチップ２８の側面と凸部６１の内周面との間にも連続して充填されているので、ICチップ２８からグリス８２を介してヒートシンク３６に至る熱接続面積を充分に確保することができる。このため、ICチップ２８の熱をグリス８２を介して効率良くヒートシンク３６に伝えることができ、ICチップ２８の放熱性能を高めることができる
図９は本発明の第５の実施の形態を開示している。
【００７０】
この第５の実施の形態は、ICチップ２８の熱をヒートシンク３６に伝える放熱経路の構成が上記第１の実施の形態と相違している。
【００７１】
図９に示すように、ヒートシンク３６の受熱面３９とICチップ２８の上面との間には、熱伝導部材として機能する第１の伝熱シート９１が介在されている。第１の伝熱シート９１は、熱伝導性を有するゴム状弾性体にて構成されている。
【００７２】
ヒートシンク３６は、受熱面３９を外れた位置に回路基板２７の第２の実装面２９ｂに向けて張り出す凸部９２を一体に有している。凸部９２は、受熱面３９を取り囲むような枠状をなしており、ヒートシンク３６の外周部に位置されている。凸部９２の先端は、平坦な接触面９３となっており、この接触面９３はヒートシンク３６をCPUソケット２２に固定した時に、ICチップ２８の外周囲において回路基板２７の第２の実装面２９ｂと向かい合うようになっている。
【００７３】
凸部９２の接触面９３と回路基板２７の第２の実装面２９ｂとの間には、第２の伝熱シート９４が介在されている。第２の伝熱シート９４は、上記第１の伝熱シート９１と同様に、熱伝導性を有するゴム状弾性体にて構成され、その中央部にICチップ２８を避ける貫通孔９５を有している。そして、この第２の伝熱シート９４は、凸部９２の接触面９３と回路基板２７の第２の実装面２９ｂとの間で挟み込まれている。
【００７４】
そのため、本実施形態の場合は、凸部９２および第２の伝熱シート９４がヒートシンク３６を支えるスペーサ９６として機能しており、このスペーサ９６により固定ばね４４を介してヒートシンク３６に加わる荷重が受け止められるようになっている。
【００７５】
このような構成によると、ヒートシンク３６を支えるスペーサ９６が熱伝導性を兼ね備えているので、ICチップ２８から回路基板２７に伝えられた熱をスペーサ９６を通じてヒートシンク３６全体に拡散させることができる。このため、ICチップ２８の放熱経路が、第１の伝熱シート９１から受熱部３８を伝わる経路と回路基板２７からスペーサ９６を伝わる経路との二系統となる。したがって、ICチップ２８からヒートシンク３６に至る放熱経路が増大し、このICチップ２８の放熱性能を高めることができる。
【００７６】
また、図１０および図１１は、本発明の第６の実施の形態を開示している。
【００７７】
この第６の実施の形態は、CPUを構成する回路部品としてBGA形の半導体パッケージ１００を適用したものである。
【００７８】
図１０に示すように、上記半導体パッケージ１００は、ベースとして機能する合成樹脂製の回路基板１０１と、発熱するICチップ２８とを備えている。回路基板１０１は、第１の実装面１０２ａと、この第１の実装面１０２ａの反対側に位置された第２の実装面１０２ｂとを備えている。ICチップ２８は、回路基板１０１の第１の実装面１０２ａの中央部に多数の半田ボール３４を介してフリップチップ接続されている。回路基板１０１の第２の実装面１０２ｂは、その中央部を外れた外周部分にボール配置領域１０３を有し、このボール配置領域１０３に通電端子として機能する多数の半田ボール１０４がマトリックス状に並べて半田付けされている。このため、半田ボール１０４は、ICチップ２８の真下を避けた領域に配置されている。
【００７９】
このような半導体パッケージ１００は、半田ボール１０４をプリント配線基板２０の部品搭載面２１上のパッド（図示せず）に直接半田付けすることで、このプリント配線基板２０に装着されている。
【００８０】
プリント配線基板２０の部品搭載面２１には、半導体パッケージ１００の放熱を促進させるためのヒートシンク１０６が設置されている。ヒートシンク１０６は、例えばアルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料にて構成されている。ヒートシンク１０６は、半導体パッケージ１００の平面形状よりも僅かに大きな形状を有するフラットな板状をなしている。
【００８１】
ヒートシンク１０６は、半導体パッケージ１００と向かい合う第１の面１０７ａと、この第１の面１０７ａの反対側に位置された第２の面１０７ｂとを有している。第１の面１０７ａの中央部は、ICチップ２８の熱を受ける受熱部１０８として機能している。受熱部１０８は、第１の面１０７ａと同一面上に位置された受熱面１０９を有し、この受熱面１０９とICチップ２８の上面との間に、熱伝導部材としての伝熱シート１１０が介在されている。伝熱シート１１０は、熱伝導性を有するゴム状弾性体にて構成されている。
【００８２】
また、ヒートシンク１０６は、その第１の面１０７ａに回路基板１０１の第２の実装面１０２ｂに向けて張り出す凸部１１２を一体に有している。凸部１１２は、受熱面１０９を取り囲むような枠状をなしており、ヒートシンク１０６の外周部に位置されている。凸部１１２の先端は、平坦な接触面１１３となっており、この接触面１１３は、ICチップ２８の外周囲において回路基板１０１の第１の実装面１０２ａに接している。このため、第６の実施の形態では、凸部１１２がスペーサとして機能しており、見かけ上、スペーサがヒートシンク１０６と一体化されている。
【００８３】
なお、ヒートシンク１０６の第２の面１０７ｂには、多数の放熱フィン１１４が一体に形成されている。
【００８４】
ヒートシンク１０６は、複数の支持脚１１５を有している。支持脚１１５は、ヒートシンク１０６の角部に位置され、このヒートシンク１０６の角部からプリント配線基板２０に向けて延びている。支持脚１１５の先端部は、プリント配線基板２０の部品搭載面２１に突き当てられているとともに、この部品搭載面２１にねじ１１６を介して固定されている。
【００８５】
そのため、支持脚１１５をプリント配線基板２０に固定すると、ヒートシンク１０６が半導体パッケージ１００に向けて押圧される。これにより、ヒートシンク１０６の受熱面１０９とICチップ２８の上面との間で伝熱シート１１０が圧縮され、この熱伝導部材１１０介して受熱面１０９とICチップ２８とが熱的に接続される。それとともに、凸部１１２の先端の接触面１１３が半田ボール１０４の真上に対応する位置において回路基板１０１の第１の実装面１０２ａに突き当たり、この凸部１１２がヒートシンク１０６からICチップ２８に加わる荷重の大部分を受け止めている。
【００８６】
したがって、本実施形態では、ねじ１１６がヒートシンク１０６を半導体パッケージ１００に押し付ける押圧手段として機能している。
【００８７】
また、プリント配線基板２０の部品搭載面２１とは反対側の裏面１２０には、図１１に示すような金属製の補強板１２１が取り付けられている。補強板１２１は、ヒートシンク１０６の外周部に沿うような四角形の枠状をなしている。この補強板１２１の四つの角部には、夫々舌片１２２が一体に形成されており、これら舌片１２２が上記ねじ１１６を介してプリント配線基板２０に固定されている。
【００８８】
このため、補強板１２１は、プリント配線基板２０の裏面１２０において、半導体パッケージ１００やヒートシンク１０６に対応する位置に設置されており、上記ヒートシンク１０６を半導体パッケージ１００に向けて押圧したことに伴うプリント配線基板２０の撓みや反りを防止している。
【００８９】
このような構成によると、ヒートシンク１０６を半導体パッケージ１００のICチップ２８に熱的に接続した状態において、このヒートシンク１０６は、ねじ１１６の締め付けに伴って半導体パッケージ１００に押し付けられるような荷重を受ける。この際、ヒートシンク１０６は、スペーサとして機能する凸部１１２を有し、この凸部１１２の先端の接触面１１３が回路基板１０１の第１の実装面１０２ａに接している。このため、凸部１１２によってヒートシンク１０６を支えることができ、上記荷重の多くを凸部１１２で受け止めることができる。
【００９０】
この結果、ICチップ２８とヒートシンク１０６の受熱部１０８との熱接続部分に過度なストレスが集中して加わることはなく、回路基板１０１の中央部の撓みや反りを防止することができる。よって、回路基板１０１と半田ボール３４との半田付け部が剥離したり、この半田付け部にクラックが生じることはなく、ICチップ２８と回路基板１０１との電気的な接続を良好に維持することができる。
【００９１】
また、凸部１１２は、半田ボール１０４に対応する位置において回路基板１０１の第１の実装面１０２ａに接しているので、凸部１１２から回路基板１０１に加わる荷重を多数の半田ボール１０４によって受け止めることができる。このため、回路基板１０１が変形し難くなるのは勿論のこと、個々の半田ボール１０４の荷重負担が軽減され、これら半田ボール１０４の変形や破損を防止できるとともに、半田ボール１０４とプリント配線基板２０との半田付け部分の剥離や損傷を確実に防止することができる。
【００９２】
しかも、上記構成によると、ICチップ２８とヒートシンク１０６の受熱部１０８との密着性は、弾性を有する伝熱シート１１０が適度に押し潰されて、これらICチップ２８と受熱部１０８との間に高密度に充填されることで確保し得る。よって、これらICチップ２８とヒートシンク１０６との安定した熱接続状態を維持しつつ、ICチップ２８と回路基板１０１および半導体パッケージ１００とプリント配線基板２０との電気的な接続の信頼性を高めることができる。
【００９３】
なお、上記第６の実施の形態では、通電端子として機能する半田ボールをICチップに対応する位置を外れた領域に配置したが、これら半田ボールを回路基板の第１の実装面の全面に配置し、ICチップの真下にも介在させるようにしても良い。
【００９４】
この構成によれば、回路基板の中央部が半田ボールによって支えられるので、回路基板の中央部の変形を確実に防止できるとともに、個々の半田ボールが荷担する荷重がより少なく抑えられ、半田ボールと回路基板およびプリント配線基板との電気的な接続の信頼性がより向上することになる。
【００９５】
また、本発明は、PGA形あるいはBGA形の半導体パッケージを冷却するものに特定されず、例えばベースとしてポリイミドテープを用い、このテープ上にICチップをボンディグしたTCP(Tape Carrier Package)形の半導体パッケージにも同様に適用することができる。
【００９６】
さらに、本発明に係る電子機器は、デスクトップ形のパーソナルコンピュータに特定されるものではなく、ブック形のポータブルコンピュータにも適用可能であることは言うまでもない。
【００９７】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、発熱体（ICチップ）とヒートシンクの受熱部との熱接続部分に過度なストレスが集中して加わらずに済むので、回路基板の撓みや反りを防止することができ、発熱体（ICチップ）と回路基板との電気的な接続を良好に維持することができる。
【００９８】
しかも、ヒートシンクを回路部品（半導体パッケージ）に熱的に接続した状態では、柔軟な熱伝導部材が発熱体（ICチップ）と受熱部との間に高密度に充填されるので、これら発熱体（ICチップ）とヒートシンクとの安定した熱接続状態を維持しつつ、発熱体（ICチップ）と回路基板および回路部品（半導体パッケージ）とプリント配線基板との電気的な接続の信頼性を高めることができるといった利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るデスクトップ形パーソナルコンピュータの斜視図。
【図２】デスクトップ形パーソナルコンピュータを背後から見た斜視図。
【図３】コンピュータ本体のハウジングを一部断面で示すデスクトップ形パーソナルコンピュータの側面図。
【図４】プリント配線基板に実装されたPGA形の半導体パッケージにヒートシンクを取り付けた状態を示す断面図。
【図５】図４のF5-F5線に沿う断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態において、プリント配線基板に実装されたPGA形の半導体パッケージにヒートシンクを取り付けた状態を示す断面図。
【図７】本発明の第３の実施の形態において、プリント配線基板に実装されたPGA形の半導体パッケージにヒートシンクを取り付けた状態を示す断面図。
【図８】本発明の第４の実施の形態において、プリント配線基板に実装されたPGA形の半導体パッケージにヒートシンクを取り付けた状態を示す断面図。
【図９】本発明の第５の実施の形態において、プリント配線基板に実装されたPGA形の半導体パッケージにヒートシンクを取り付けた状態を示す断面図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態において、プリント配線基板に実装されたBGA形の半導体パッケージにヒートシンクを取り付けた状態を示す断面図。
【図１１】補強板の平面図。
【符号の説明】
５…ハウジング
２０…プリント配線基板
２６，１００…回路部品（半導体パッケージ）
２７，１０１…ベース（回路基板）
２８…発熱体（ICチップ）
２９ｂ，１０２ｂ…実装面（第２の実装面）
３６，１０６…ヒートシンク
４１，７２，８２，１１０…熱伝導部材（グリス、伝熱シート）
４４，１１６…押圧手段（固定ばね、ねじ）
５０，９６，１１２…スペーサ（凸部）

Claims (13)

  1. 合成樹脂製のベースと、このベースの実装面から突出されるとともに、この実装面に電気的に接続された発熱体とを有する回路部品と；
    この回路部品に重ねて配置され、上記発熱体の熱を受ける受熱部を有するヒートシンクと；
    上記発熱体と上記ヒートシンクの受熱部との間に介在された柔軟な熱伝導部材と；
    上記ヒートシンクを上記発熱体に向けて押圧することで、これらヒートシンクの受熱部と上記発熱体とを上記熱伝導部材を介して熱的に接続する押圧手段と；を具備し、
    上記回路部品のベースと上記ヒートシンクとの間に、上記発熱体を外れた位置において上記ヒートシンクを支えるスペーサを介在させたことを特徴とする回路モジュールの冷却装置。
  2. 請求項１の記載において、上記スペーサは、上記ヒートシンクと一体化されていることを特徴とする回路モジュールの冷却装置。
  3. 請求項１の記載において、上記スペーサは、熱伝導性を有することを特徴とする回路モジュールの冷却装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれかの記載において、上記発熱体は、上記ベースに電気的に接続された多数の接続端子を有することを特徴とする回路モジュールの冷却装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれかの記載において、上記回路部品のベースは、多数の通電端子を有する回路基板にて構成され、この回路基板の通電端子は、上記発熱体とは反対側に位置されているとともに、配線基板に電気的に接続されていることを特徴とする回路モジュールの冷却装置。
  6. 請求項５の記載において、上記回路基板の通電端子は、上記発熱体に対応する位置を避けた領域に配置されていることを特徴とする回路モジュールの冷却装置。
  7. 請求項６の記載において、上記回路基板の通電端子は、ソケットを介して上記配線基板に電気的に接続され、このソケットは上記発熱体に対応する位置に空洞部を備えていることを特徴とする回路モジュールの冷却装置。
  8. 請求項６の記載において、上記通電端子は、半田ボールにて構成され、この半田ボールは、上記配線基板に半田付けされていることを特徴とする回路モジュールの冷却装置。
  9. 請求項６ないし８のいずれかの記載において、上記スペーサは、上記通電端子に対応する位置において上記回路基板に接していることを特徴とする回路モジュールの冷却装置。
  10. 配線基板と；
    多数の通電端子を有する合成樹脂製のベースと、このベースの実装面から突出されるとともに、この実装面に電気的に接続された発熱するICチップとを含み、上記通電端子が上記配線基板に電気的に接続された半導体パッケージと；
    この半導体パッケージに重ねて配置され、上記ICチップの熱を受ける受熱部を有するヒートシンクと；
    上記ICチップと上記ヒートシンクの受熱部との間に介在された柔軟な熱伝導部材と；
    上記ヒートシンクを上記ICチップに向けて押圧することで、上記ヒートシンクの受熱部と上記ICチップとを上記熱伝導部材を介して熱的に接続する押圧手段と；を具備し、
    上記半導体パッケージのベースと上記ヒートシンクとの間に、上記ICチップを外れた位置において上記ヒートシンクを支えるスペーサを介在させたことを特徴とする回路モジュールの冷却装置。
  11. 請求項１０の記載において、上記配線基板は、上記半導体パッケージとは反対側の面に上記押圧手段を介して加わる荷重を受ける補強板を備えていることを特徴とする回路モジュールの冷却装置。
  12. ハウジングと；
    合成樹脂製のベースと、このベースの実装面から突出されるとともに、この実装面に電気的に接続された発熱体とを有し、上記ハウジングの内部に収容された回路部品と；
    この回路部品に重ねて配置され、上記発熱体の熱を受ける受熱部を有するヒートシンクと；
    上記発熱体と上記ヒートシンクの受熱部との間に介在された柔軟な熱伝導部材と；
    上記ヒートシンクを上記発熱体に向けて押圧することで、上記ヒートシンクの受熱部と上記発熱体とを上記熱伝導部材を介して熱的に接続する押圧手段と；を具備し、
    上記回路部品のベースと上記ヒートシンクとの間に、上記発熱体を外れた位置において上記ヒートシンクを支えるスペーサを介在させたことを特徴とする電子機器。
  13. 請求項１２の記載において、上記回路部品のベースは、上記実装面とは反対側の面に多数の通電端子を有し、これら通電端子は上記ハウジングの内部に収容された配線基板に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
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