JP4009630B2 - 放熱部材の押さえ金具及び電子デバイスの放熱構造 - Google Patents

Description

本発明は、プリント板に搭載されたデバイスが発する熱を効率良く排熱できるようにヒートシンクを取り付けるための押さえ金具及びこれを用いた放熱構造に関し、特に、各構成要素の製造精度誤差を吸収できる放熱構造に関する。

従来、プリント板に搭載されたデバイスが発する熱を放射するために押さえ金具が用いられていた。図９に、従来技術による押さえ金具を用いた放熱構造を示す。従来の押さえ金具１０は、プリント板４にサポート１２を立ててネジ１１を用いて取り付けていたため、プリント板４に無駄な実装領域（ネジ１１やサポート１２を設置する領域）を設ける必要がある。また、構成部品が増えることにより、製造精度誤差が累積して組み立て公差が増加するため、最悪の場合にはヒートシンク１と伝熱シート５とが接触しない可能性がある。

また、これらの部品は、サポート１２の取り付け位置が装置ごとにことなるため、汎用性がなく装置へのコストインパクトが大きい。

基板に実装した電子デバイスが発する熱を放熱するための従来技術としては、特許文献１に開示される「半導体集積回路装置」や特許文献２に開示される「冷却装置」がある。

特許文献１に開示される発明は、熱伝導性樹脂又は熱電導性油脂を介して電子部品の上面と対向する冷却部材（ヒートシンク）の周縁部を複数の熱伝導体で支持することによって、電子部品の発する熱を効率よく排熱するものである。

特許文献２に開示される発明は、複数の発熱体の上に同時に接するように変形しうる熱伝導部材からなる層を吸熱体と発熱体との間に設け、基板と吸熱体との少なくとも一方の付勢部材によって圧迫するものである。
特開平８−６４７３２号公報 特開平８−３０６８３２号公報

しかし、特許文献１に開示される発明は、熱伝導体をはんだ付けによって基板に固定するため、組み立て時に工数が増加する。しかも、はんだ付け時の熱の影響を受けにくくするために、耐熱性の高い材料を用いて各構成要素を構成する必要があるが、耐熱性に優れる材料は、一般的には高価である。このため、特許文献１の開示される発明を採用すると、電子機器の製造コスト低減の妨げとなる。
さらに、特許文献１に開示される発明では冷却部材は基板に対して固定されるため、で電子部品の実装精度が低いと熱伝導体との間に隙間が生じ、所望の放熱特性が得られなくなってしまう。

また、特許文献２に開示される発明も、付勢部材をはんだ付けによって基板に固定しているため、特許文献１に記載の発明と同様に、組み立て時の工数の増加、製造コストの高騰、発熱体の実装精度による放熱特性の変動といった問題が生じる。

このように、従来は、組み立てが容易で、かつ製造コストが低く、しかも熱源が発する熱を効率よく確実に排熱できる放熱構造は提供されていなかった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、組み立てが容易で、かつ製造コストが低く、しかも熱源が発する熱を効率よく確実に排熱できる放熱部材の押さえ金具及び電子デバイスの放熱構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、プリント基板上に実装された電子デバイスと略同一寸法のベース部から放熱フィンが立ち上がる形状の放熱部材を電子デバイスに固定するための放熱部材の押さえ金具であって、略平板状の平板部と、該平板部の一方の面に互いに平行に立設された一対の第２のツメと、平板部の第２のツメ同士の間の領域に互いに平行に立設された一対の第１のツメとからなり、平板部は、放熱部材の放熱フィンを貫通させる開口を備え、第１のツメは、平板部から略垂直に立ち上がる立ち上がり部と、その先端部分を平板部と略平行で他方の第１のツメの側に折り曲げてなる先端部と、放熱部材の放熱フィンを貫通させるために先端部に形成された開口とを備え、第２のツメは、平板部の第１のツメと同じ面から該平板部と略垂直に立ち上がる立ち上がり部と、その先端部分を平板部と略平行で他方の第２のツメ側に折り曲げてなる先端部とを備え、一対の第２のツメの立ち上がり部同士の間隔は放熱部材ベース部の長さよりも広く、一対の第１のツメの先端部同士の間隔は、該放熱部材のベース部の長さよりも狭いことを特徴とする放熱部材の押さえ金具を提供するものである。

上記本発明の第１の態様においては、第２のツメの立ち上がり部同士の間隔は、電子デバイスの長さよりも広いことが好ましい。

また、本発明の第１の態様のいずれの構成においても、第１のツメの先端部及び第２のツメの先端部の少なくとも一方の折り曲げ角度が可変であることが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、プリント基板上に実装された電子デバイスと略同一寸法のベース部から放熱フィンが立ち上がる形状の放熱部材を電子デバイスに固定するための放熱部材の押さえ金具であって、電子デバイスが貫通できる形状で周縁部に第３のツメが設けられた開口を備えた環状平板部と、該環状平板部の周縁部から該環状平板部と略垂直で互いに平行に立ち上がる側壁部とからなる第１の金具と、開口を備え略平板状の平板部と、該平板部から略垂直に立ち上がる一対の立ち上がり部と、その先端部分を平板部と略平行で他方の立ち上がり部の側へ向かって折り曲げてなる先端部と、放熱フィンを貫通させるために先端部に形成された位置決め穴とからなる第２の金具とで構成され、側壁部の内壁側には、平板部を嵌合させるため溝が形成されており、先端部同士の間隔は、放熱部材のベース部の長さよりも狭いことを特徴とする放熱部材の押さえ金具を提供するものである。

上記本発明の第２の態様においては、立ち上がり部同士の間隔は、電子デバイスの長さよりも狭いことが好ましい。

本発明の第２の態様の上記のいずれの構成においても、先端部の折り曲げ角度が可変であることが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、上記本発明の第１の態様のいずれかの構成の放熱部材の押さえ金具を用いた電子デバイスの放熱構造であって、第１のツメの先端部と第２のツメの先端部とによって、電子デバイスと放熱部材のベース部とを挟持したことを特徴とする電子デバイスの放熱構造を提供するものである。以上の構成においては、伝熱部材が間に介在した電子デバイスと放熱部材のベース部とを、第１のツメと２のツメの先端部とで挟持することが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第４の態様として、上記本発明の第２の態様のいずれかの構成の放熱部材の押さえ金具を用いた電子デバイスの放熱構造であって、第３のツメと第４のツメとによって、電子デバイスと放熱部材のベース部とを挟持したことを特徴とする電子デバイスの放熱構造を提供するものである。以上の構成においては、伝熱部材が間に介在した電子デバイスと放熱部材のベース部とを、第３のツメと４のツメの先端部とで挟持することが好ましい。

本発明によれば、組み立てが容易で、かつ製造コストが低く、しかも熱源が発する熱を効率よく確実に排熱できる放熱部材の押さえ金具及び電子デバイスの放熱構造を提供できる。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。図１に本実施形態にかかる押さえ金具を用いた放熱構造を示す。
プリント板４の上には、はんだバンプを介してデバイス３が実装されており、デバイス３の上には伝熱シート５及びヒートシンク１の順に載置されている。デバイス３伝熱シート５及びヒートシンク１は略同一形状であり、これらの周縁部は、押さえ金具２によって挟持されている。

図２に、押さえ金具２を取り付ける前の構造を示す。押さえ金具２は略平板状のベース部と、その一方の面に立接された第１のツメ６及び第２のツメ７とで構成される。
第１のツメ６は、ベース部から垂直に立ち上がり部６ａが立ち上がり、先端部６ｂがほぼ直角に折れ曲がってベース部と略平行となっている。すなわち、第１のツメ６は、側面視略Ｌ字形状である。なお、先端部６ｂには、フィン９が貫通する位置決め穴８が形成されている。第１のツメ６は、先端部６ｂ同士が向かい合うように、平行２列で配置されている。先端部６ｂ同士の間隔は、デバイス３の長さよりも狭くなっており、立ち上がり部６ａ同士の間隔がデバイス３の長さよりも狭いことがより好ましい。
第２のツメ７は、ベース部から垂直に立ち上がり部７ａが立ち上がり、先端部７ｂがほぼ直角に折れ曲がってベース部と略平行となっている。すなわち第２のツメ７は、側面視略Ｌ字形状である。第２のツメ７は、先端部７ｂ同士が向かい合うように、平行２列で配置されている。先端部７ｂ同士の間隔は、デバイス３の長さよりも狭くなっており、立ち上がり部７ａ同士の間隔はデバイス３の長さよりも広くなっている。

押さえ金具２を用いた放熱構造の組み立て工程について説明する。
まず、図２に示すように、プリント板４に実装されたデバイス３の上に伝熱シート５及びヒートシンク１を搭載する。

次に、図５に示すように、第２のツメ７を弾性限度内で外側に反らせ、位置決め穴８にフィン９を通す。

図６に示すように、第１のツメ６がヒートシンクのベース面に接触したら、第２のツメ７に加えていた力を解放し、第２のツメ７をデバイス３の底面（プリント板４側の面）の周縁部に引っ掛ける。

第２のツメ７をデバイス３の底面に引っ掛けることにより、デバイス３、伝熱シート５及びヒートシンク１が第１のツメ６と第２のツメ７とによって挟持され、隙間無く密着する。これにより、デバイス３とヒートシンク１との間の熱抵抗が小さくなり、伝熱シート５を介してデバイス３からヒートシンク１へと伝わる熱量が多くなる。すなわち、放熱性能が向上する。

なお、ヒートシンク１、デバイス３及び伝熱シート５の合計の厚さが、第１のツメ６の先端部６ｂと第２のツメ７の先端部７ｂとの間隔よりも薄い場合には、図７に示すように、先端部６ｂ及び７ｂの少なくとも一方の折り曲げ角度を変えて、先端部６ｂと先端部７ｂとの間隔が狭くなるように調整する。

一方、ヒートシンク１、デバイス３及び伝熱シート５の合計の厚さが、第１のツメ６の先端部６ｂと第２のツメ７の先端部７ｂとの間隔よりも厚い場合には、図８に示すように、先端部６ｂ及び７ｂの少なくとも一方の折り曲げ角度を変えて、先端部６ｂと先端部７ｂとの間隔が広くなるように調整する。
これにより、押さえ金具２に汎用性を持たせることができる。

このように、本実施形態にかかる押さえ金具を用いた放熱構造は、組み立て工程においてネジ止め作業を行う必要がないため、組み立て工数を削減して、加工費を低減できる。これにより、この構造を採用した電子機器の原価を低減できる。

また、サポートなどの部品が不要であるため、従来技術による構造と比較して部品点数を削減できる。

さらに、本実施形態にかかる押さえ金具はプリント板ではなくデバイス自体に固定されるため、これを用いた放熱構造は、プリント板に対するデバイスの搭載精度に影響されることなく所望の放熱特性が得られる。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。図９に本実施形態にかかる押さえ金具の構成を示す。この押さえ金具は、第１の押さえ金具１４と第２の押さえ金具１３とからなる。
第１の押さえ金具１４は、ベース部１４ａと、ベース部１４の周縁部に対向して立設された側壁部１４ｂとからなる。ベース部１４ａには、デバイス３を上からみた形と形状がほぼ同一で若干大きい開口部が形成されており、その開口部には第３のツメ１６が形成されている。なお、第３のツメ１６は弾性変形が可能であり、その先端部を結ぶとデバイス３を上面からみた形と同じで若干小さい形状となる。側壁部１５には、ベース部１４ａと平行にスリット１５が形成されている。スリット１５は、第２の押さえ金具１３のベース部の厚さとほぼ同じ幅及び長さである。
第２の押さえ金具１３は、略平板状のベース部と、その一方の面に立接された第４のツメ１７とで構成される。
第４のツメ１７は、ベース部から垂直に立ち上がり部１７ａが立ち上がり、先端部１７ｂがほぼ直角に折れ曲がってベース部と略平行となっている。すなわち、第４のツメ１７は、側面視略Ｌ字形状である。なお、先端部１７ｂには、フィン９が貫通する位置決め穴１７ｃが形成されている。第１のツメ１７は、先端部１７ｂ同士が向かい合うように、平行２列で配置されている。先端部１７ｂ同士の間隔は、デバイス３の長さよりも狭くなっており、立ち上がり部１７ａ同士の間隔がデバイス３の長さよりも狭いことがより好ましい。

第１の押さえ金具１４及び第２の押さえ金具１４を用いた放熱構造の組み立て工程について説明する。
まず、第１の実施形態と同様に、プリント板４に実装されたデバイス３の上に伝熱シート５及びヒートシンク１を搭載する。

その後、デバイス３、伝熱シート５及びヒートシンク１を第１の押さえ金具１４のベース部１４ａの開口部に通す。デバイス３がベース部１４の開口部をくぐり抜けると第３のツメ１６は、デバイス３とプリント板４との間に挟まって固定される。

続いて、第４のツメ１７をデバイス３側に向けて第２の押さえ金具１３を配置し、位置決め穴１７ｃにフィン９を通す。先端部１７ｂがデバイス３の上面に接触したのち、第２の押さえ金具１３をさらにデバイス３側に押し込むと、第２の押さえ金具１３のベース部がスリット１５にはまって固定される。

このようにして、デバイス３、伝熱シート５及びヒートシンク１が第３のツメ１６と第４のツメ１７とによって挟持され、隙間無く密着する。これにより、デバイス３とヒートシンク１との間の熱抵抗が小さくなり、伝熱シート５を介してデバイス３からヒートシンク１へと伝わる熱量が多くなる。すなわち、放熱性能が向上する。

本実施形態にかかる押さえ金具を用いた放熱構造も第１の実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。

なお、上記各実施形態は、本発明の好適な実施の一例であり本発明はこれに限定されることはない。

本発明を好適に実施した第１の実施形態にかかる押さえ金具を用いた放熱構造を示す図である。 第１の実施形態にかかる押さえ金具を取り付ける前のデバイス及びヒートシンクの状態を示す図である。 第１の実施形態にかかる押さえ金具の構成を示す図である。 第１の実施形態にかかる押さえ金具を取り付け方を示す図である。 第１の実施形態にかかる押さえ金具の取り付け方を示す図である。 第１の実施形態にかかる押さえ金具の調整方法を示す図である。 第１の実施形態にかかる押さえ金具の調整方法を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態にかかる押さえ金具の構成を示す図である。 従来技術による押さえ金具を用いた放熱構造を示す図である。

符号の説明

１ ヒートシンク
２、１０ 押さえ金具
３ デバイス
４ プリント板
５ 伝熱シート
６ 第１のツメ
６ａ、７ａ、１７ａ 立ち上がり部
６ｂ、７ｂ、１７ｂ 先端部
７ 第２のツメ
８、１７ｃ 位置決め穴
９ フィン
１１ ネジ
１２ サポート
１３ 第２の押さえ金具
１４ 第１の押さえ金具
１４ａ ベース部
１４ｂ 側壁部
１５ スリット
１６ 第３のツメ
１７ 第４のツメ

Claims (10)

1. プリント基板上に実装された電子デバイスと略同一寸法のベース部から放熱フィンが立ち上がる形状の放熱部材を前記電子デバイスに固定するための放熱部材の押さえ金具であって、
   略平板状の平板部と、該平板部の一方の面に互いに平行に立設された一対の第２のツメと、前記平板部の前記第２のツメ同士の間の領域に互いに平行に立設された一対の第１のツメとからなり、
   前記平板部は、前記放熱部材の放熱フィンを貫通させる開口を備え、
   前記第１のツメは、前記平板部から略垂直に立ち上がる立ち上がり部と、その先端部分を前記平板部と略平行で他方の第１のツメの側に折り曲げてなる先端部と、前記放熱部材の放熱フィンを貫通させるために前記先端部に形成された開口とを備え、
   前記第２のツメは、前記平板部の前記第１のツメと同じ面から該平板部と略垂直に立ち上がる立ち上がり部と、その先端部分を前記平板部と略平行で他方の第２のツメ側に折り曲げてなる先端部とを備え、
   前記一対の第２のツメの立ち上がり部同士の間隔は前記放熱部材ベース部の長さよりも広く、前記一対の第１のツメの先端部同士の間隔は、該放熱部材のベース部の長さよりも狭いことを特徴とする放熱部材の押さえ金具。
2. 前記第２のツメの立ち上がり部同士の間隔は、前記電子デバイスの長さよりも広いことを特徴とする請求項１記載の放熱部材の押さえ金具。
3. 前記第１のツメの先端部及び前記第２のツメの先端部の少なくとも一方の折り曲げ角度が可変であることを特徴とする請求項１又は２記載の放熱部材の押さえ金具。
4. プリント基板上に実装された電子デバイスと略同一寸法のベース部から放熱フィンが立ち上がる形状の放熱部材を前記電子デバイスに固定するための放熱部材の押さえ金具であって、
   前記電子デバイスが貫通できる形状で周縁部に第３のツメが設けられた開口を備えた環状平板部と、該環状平板部の周縁部から該環状平板部と略垂直で互いに平行に立ち上がる側壁部とからなる第１の金具と、
   開口を備え略平板状の平板部と、該平板部から略垂直に立ち上がる一対の立ち上がり部と、その先端部分を前記平板部と略平行で他方の立ち上がり部の側へ向かって折り曲げてなる先端部とからなる第４のツメと、前記放熱フィンを貫通させるために前記先端部に形成された位置決め穴とからなる第２の金具とで構成され、
   前記側壁部の内壁側には、前記平板部を嵌合させるため溝が形成されており、
   前記先端部同士の間隔は、前記放熱部材のベース部の長さよりも狭いことを特徴とする放熱部材の押さえ金具。
5. 前記立ち上がり部同士の間隔は、前記電子デバイスの長さよりも狭いことを特徴とする請求項４記載の放熱部材の押さえ金具。
6. 前記先端部の折り曲げ角度が可変であることを特徴とする請求項４又は５記載の放熱部材の押さえ金具。
7. 請求項１から３のいずれか１項記載の放熱部材の押さえ金具を用いた電子デバイスの放熱構造であって、
   前記第１のツメの先端部と前記第２のツメの先端部とによって、前記電子デバイスと前記放熱部材のベース部とを挟持したことを特徴とする電子デバイスの放熱構造。
8. 伝熱部材が間に介在した前記電子デバイスと前記放熱部材のベース部とを、前記第１のツメと前記２のツメの先端部とで挟持したことを特徴とする請求項７記載の電子デバイスの放熱構造。
9. 請求項４から６のいずれか１項記載の放熱部材の押さえ金具を用いた電子デバイスの放熱構造であって、
   前記第３のツメと前記第４のツメとによって、前記電子デバイスと前記放熱部材のベース部とを挟持したことを特徴とする電子デバイスの放熱構造。
10. 伝熱部材が間に介在した前記電子デバイスと前記放熱部材のベース部とを、前記第３のツメと前記４のツメの先端部とで挟持したことを特徴とする請求項９記載の電子デバイスの放熱構造。

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