JP4726729B2

JP4726729B2 - 電子デバイスの放熱構造

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Publication number: JP4726729B2
Application number: JP2006201108A
Authority: JP
Inventors: 正美齋藤; 武夫鈴木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2026-07-24
Also published as: JP2008028254A

Description

本発明は、配線基板に設けられた電子デバイスの放熱構造に関する。

近年の集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）の高集積化に伴って、複数の機能ブロックを１チップに搭載した１チップＩＣなどが実用化されている。ＩＣを高集積化することによって、アセンブリ工程の大幅な短縮、またダウンサイジングなどが極めて容易となる。ところが、高集積化の結果としてＩＣの熱が集中することから、効率的な放熱構造が必要である。

図６は特許文献１の図１に記載されている電子デバイスの放熱方法を示す説明図である。特許文献１には、第１及び第２の主面１００ａ，１００ｂを有する回路基板１００の上記第１の主面１００ａ上に取り付けた電子デバイス１０１の熱を逃がす放熱方法であって、上記第１及び第２の主面１００ａ，１００ｂ間に設けられ、上記電子デバイス１０１と熱的に結合するサーマルＶＩＡ１０２の上記第２の主面１００ｂ上の領域に対して熱的及び物理的に結合される突起１０３ａを有する熱伝導プレート１０３を介して、上記電子デバイス１０１で発生する熱を熱伝導シート１０４等の放熱媒体に逃がすことを特徴とする電子デバイスの放熱方法が開示されている。このような電子デバイスの放熱方法によれば、半田付けは、前記突起１０３ａだけで良いので、それほど多くの熱を加える必要がなく、周辺の電子デバイスを破損する危険がすくなく、また、第２の主面１００ｂにも他の電子デバイス１０４を配置できるとされている。
特開２００４−２８８７２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、電子デバイス１０１と熱的に結合するサーマルＶＩＡ１０２を回路基板１００に設ける必要があり、製造コストが増大するという問題がある。また、サーマルＶＩＡ１０２には、熱伝導性の金属を充填し、熱伝導プレート１０３とサーマルＶＩＡ１０２とを熱的及び物理的に結合させる必要があることも、製造コストの増大を助長する要因となっている。また、回路基板１００は、両面又は多層配線のサーマルＶＩＡ１０２が前提で、サーマルＶＩＡ１０２を形成できない基板には適用することができない。

また、回路基板１００と熱伝導プレート１０３とは、半田付けによってのみ結合されていることから、振動が加えられた場合に熱伝導プレート１０３が脱落してしまう虞がある。このように、回路基板１００と熱伝導プレート１０３との接合強度が不十分であるという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電子デバイスを配置する配線基板との対向面に伝熱部を設け、この伝熱部に対応する配線基板の位置に開口部を設け、この開口部から放熱部材を挿入する構造とすることにより、電子デバイスにて発生した熱を伝熱部から放熱部材へ伝導させることにより、極めて容易に配線基板の電子デバイスの配置面とは反対の面側へ放熱させることができる電子デバイスの放熱構造の提供を目的とする。

また本発明は、放熱部材の配線基板への取り付け状態が極めて強固で放熱部材の脱落を防止することができる電子デバイスの放熱構造の提供を目的とする。

本発明に係る電子デバイスの放熱構造は、配線基板の一面に設けられた電子デバイスの放熱構造において、前記電子デバイスの前記配線基板の対向面に伝熱部が設けられ、前記配線基板の前記伝熱部に対応する位置にネジ穴が設けられ、その周面にネジ溝を有する放熱部材が前記配線基板の他面側から前記ネジ穴に取外しを可能に螺嵌され、該放熱部材が前記伝熱部に当接していることを特徴とする。

本発明にあっては、電子デバイスの配線基板の対抗面には伝熱部が設けられ、配線基板の伝熱部に対応する位置にはネジ穴が設けられている。そして、放熱部材が電子デバイスの配置面とは反対の面からネジ穴に挿入螺嵌されている。これにより、電子デバイスにて発生した熱を伝熱部から放熱部材へ伝導させ、配線基板の電子デバイスの配置面とは反対の面側へ放熱させることができる。

本発明にあっては、その周面にネジ溝を有する放熱部材を配線基板のネジ穴に螺嵌することにより、放熱部材を配線基板に取外しを可能に取付けることができるため、配線基板と放熱部材との接合強度が極めて高く、振動が加えられた場合であっても、放熱部材の配線基板からの脱落を防止することができるとともに、電子デバイスにて発生した熱を伝熱部から放熱部材へ直接伝導させ、放熱効率を高めることができる。

本発明に係る電子デバイスの放熱構造は、前記放熱部材は、前記ネジ穴に螺嵌されるネジ溝の部分が中空をなし、該ネジ溝の部分の内側に挿入されている伝熱性接合剤が前記伝熱部とネジ溝の部分とを固定していることを特徴とする。

本発明にあっては、放熱部材のネジ溝の部分が中空をなし、伝熱部と放熱部材とが、ネジ溝の部分にて伝熱性接合剤により固定されていることにより、電子デバイスにて発生した熱は、伝熱部から伝熱性接合剤へ伝導し、さらに伝熱性接合剤から放熱部材へ伝導する。このように、電子デバイスにて発生した熱を伝熱部から放熱部材へ伝熱性接合剤を介して伝導させ、配線基板の電子デバイスの配置面とは反対の面側へ放熱させることができる。また、伝熱性接合剤によって極めて簡単に配線基板と放熱部材とを接合することができる。

本発明に係る電子デバイスの放熱構造は、前記ネジ溝の部分の内壁にリング状の突出部が周設され、前記伝熱性接合剤は、前記突出部の前記伝熱部側とは反対の面を被覆していることを特徴とする。

本発明にあっては、伝熱性接合剤が固化した場合に、伝熱性接合剤がリング状の突出部の形状に嵌合する形状となる。したがって、リング状の突出部と伝熱性接合剤とが嵌合して、放熱部材と配線基板との取り付け状態がさらに強固となる。

本発明に係る電子デバイスの放熱構造は、前記伝熱部が金属からなり、前記伝熱性接合剤が半田であることを特徴とする。

本発明にあっては、通常、電子デバイスの配線基板への接続に半田を用いることから、伝熱部を金属、伝熱性接合剤を半田とすることにより、従来の工程に若干の工程を追加すればよく、工程を大きく変更する必要はない。

本発明によれば、電子デバイスを配置する配線基板との対向面に伝熱部を設け、この伝熱部に対応する配線基板の位置にネジ穴を設け、このネジ穴から放熱部材を挿入螺嵌する構造としたので、電子デバイスにて発生した熱を伝熱部から放熱部材へ伝導させることにより、極めて容易に配線基板の電子デバイスの配置面とは反対の面側へ放熱させることができる。特に、配線基板にネジ穴を設ければよいことから、ＱＦＰ（Quad Flat Package），ＤＩＰ（Dual In-line Package），ＢＧＡ（Ball Grid Array）などあらゆる仕様の配線基板（パッケージ）に本発明を適用することができるとともに、構成が極めて簡単であることから製造コストも安価である。

本発明によれば、放熱部材のネジ溝の部分を配線基板のネジ穴に挿入し、ネジ溝の部分を回転させて配線基板に取外しを可能に螺嵌することとしたので、放熱部材を配線基板に固定することができることから、配線基板と放熱部材との接合強度が極めて高く、振動が加えられた場合であっても、放熱部材の配線基板からの脱落を防止することができる。また、ネジ機構により、電子デバイスと放熱部材とが密着するため、放熱効果が大きく、放熱部材を小型化できるというメリットもある。

本発明によれば、放熱部材のネジ溝の部分が中空をなし、伝熱部と放熱部材とがネジ溝の部分にて伝熱性接合剤により固定することとしたので、電子デバイスにて発生した熱を、伝熱部から伝熱性接合剤へ伝導させ、さらに伝熱性接合剤から放熱部材へ伝導させることができるとともに、伝熱性接合剤によって極めて簡単に配線基板と放熱部材とを接合することができる。

本発明によれば、伝熱性接合剤が固化した場合に、伝熱性接合剤がリング状の突出部の形状に嵌合する形状となることから、リング状の突出部と伝熱性接合剤とが嵌合して、放熱部材と配線基板との取り付け状態をさらに強固とすることができ、伝熱性接合剤を用いた場合であっても、放熱部材の配線基板からの脱落を防止することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。

図１は本発明に係る電子デバイスの放熱構造を示す断面図である。
図中１０は電子デバイスとしてのＩＣであり、ＩＣ１０は平面視が矩形状の配線基板２０の一面（上面）に配置されている。

ＩＣ１０は、図２に示すように、平面視が略正方形で、各辺から複数のリード１３が引き出され、図示しないＩＣチップをプラスチック樹脂１１でモールドされた電子デバイスである。本発明では、ＩＣ１０の裏面中央部に略正方形の金属製の伝熱部１２が設けられている。

配線基板２０には、図３に示すように、上面から下面に貫通する開口部としてのネジ穴２０ａが設けられている。ネジ穴２０ａは、ＩＣ１０の伝熱部１２に対応する位置に設けられており、ＩＣ１０が配線基板２０にアセンブリされたときに、ネジ穴２０ａの中心と伝熱部１２の中心とが一致するように設計されている。本例では、伝熱部１２がネジ穴２０ａより大きな形態を示したが、ネジ穴２０ａが伝熱部１２より大きな形態であってもよい。

また、配線基板２０の上面には、ＩＣ１０のリード１３を接続するためのパッド２１及び図示しない配線パターンが形成されており、リード１３は半田４１によりパッド２１に接続されている。なお、配線基板２０には、図示しない抵抗、コンデンサ及びリレーなどの部品が配置されている。

図中３０は金属製の放熱部材であり、放熱部材３０は、配線基板２０のネジ穴２０ａに挿入される挿入部３０ａを有している。図４に示すように、挿入部３０ａの表面には、配線基板２０のネジ穴２０ａに螺嵌するネジ溝が形成されている。本例では、ネジ溝の長さＡは、ＩＣ１０及び配線基板２０の対向距離（隙間）Ｇと配線基板２０の厚みＴとの加算値であるものとする（Ｇ，Ｔは図１参照）。また、挿入部３０ａは中空になっており、挿入部３０ａの内壁には、内側に突出したリング状の突出部３０ｂが周設されている。

放熱部材３０の挿入部３０ａ、換言するとネジ溝の部分は、配線基板２０の下面からネジ穴２０ａに挿入されている。このように、挿入部３０ａをネジ穴２０ａに螺嵌することによって固定されていることから、配線基板２０と放熱部材３０との接合強度が極めて高い。

また、本例では、ＩＣ１０の伝熱部１２と放熱部材３０とが当接した状態で、伝熱部１２と放熱部材３０とが伝熱性接合剤としての半田４０にて接続されており、ＩＣ１０にて発生した熱は、伝熱部１２から放熱部材３０へ直接伝導されるとともに、伝熱部１２から半田４０を通じて放熱部材３０へ伝導される。このようにして、ＩＣ１０にて発生した熱を配線基板２０の下面側へ放熱することができる。

次に、配線基板２０へのＩＣ１０及び放熱部材３０の取付方法について説明する。図５は配線基板へのＩＣ及び放熱部材の取付方法を説明するための説明図である。
まず、配線基板２０のネジ穴２０ａの中心とＩＣ１０の伝熱部１２の中心とが一致した状態で、リード１３とパッド２１とを半田４１によって接続する（図５（ａ））。なお、ＩＣ１０の下面と配線基板２０の上面との間には隙間が存在し、ＩＣ１０と配線基板２０とは非接触状態である。

次いで、放熱部材３０の挿入部３０ａを配線基板２０のネジ穴２０ａに挿入し、挿入部３０ａを回転させて挿入部３０ａを配線基板２０に螺嵌する（図５（ｂ））。

さらに、半田４０を放熱部材３０側から流し込み、ＩＣ１０の伝熱部１２と放熱部材３０とを接続する（図５（ｃ））。本例では、リング状の突出部３０ｂのリング穴Ｒから半田４０を流し込む。半田量は、図５（ｃ）に示したように、リング状の突出部３０ｂを略被覆する程度の量とする。

上述した如く、ネジ機構による固定及び半田付けによる固定という２つの方法で放熱部材３０が配線基板２０を介してＩＣ１０に取り付けられることから、放熱部材３０の配線基板２０への取り付け状態が極めて強固である。

さらに、リング状の突出部３０ｂを半田４０で略被覆することにより、半田４０が固化した場合、半田４０が突出部３０ｂの形状に嵌合する形状となる。したがって、リング状の突出部３０ｂと半田４０とが嵌合して、放熱部材３０と配線基板２０との取り付け状態がさらに強固となるため、放熱部材３０の位置がずれることはない。

また、放熱部材３０の配線基板２０への取り付けは、挿入部３０ａのネジ穴２０ａへの螺嵌によって固定されることから、極めて容易に取り付けることができる。

なお、実施の形態では、放熱部材３０の挿入部３０ａが螺嵌及び半田４０によって固定されており、放熱部材３０の挿入部３０ａに形成したネジ溝の長さＡが、ＩＣ１０及び配線基板２０の対向距離Ｇと配線基板２０の厚みＴとの加算値である形態（Ａ＝Ｇ＋Ｔ）について説明したが、ネジ溝の長さＡは、ＩＣ１０及び配線基板２０の対向距離Ｇと配線基板２０の厚みＴとの加算値以下（Ａ≦Ｇ＋Ｔ）であればよく、放熱部材３０がＩＣ１０の伝熱部１２に当接しないようにしてもよい。放熱部材３０をＩＣ１０の伝熱部１２に当接させない形態とすることで、放熱部材３０がＩＣ１０へ応力を与えることを防止することができる。

また、実施の形態では、放熱部材３０の挿入部３０ａが螺嵌及び半田４０によって固定されている形態について説明したが、螺嵌又は半田４０のいずれか一方のみで固定されていてもよい。前者の螺嵌のみで固定する場合は、放熱部材３０の挿入部３０ａの先端をＩＣ１０の伝熱部１２に当接させ、ＩＣ１０にて発生した熱を伝熱部１２から放熱部材３０へ直接伝導させる。

また、螺嵌のみで固定する場合は、上述した取り付け方法を逆の手順、つまり、放熱部材３０の挿入部３０ａを逆方向に回転させることで、極めて容易に放熱部材３０を配線基板２０から取り外すことができる。近年、電子機器の廃棄物の増加に伴い、各種部品を再利用する動きが高まってきており、本発明の構造を適用することで、極めて容易に放熱部材３０を配線基板２０から取り外し、取り外した放熱部材３０を再利用することができる。

一方、後者の半田４０のみで固定する場合は、上述した如く、ＩＣ１０にて発生した熱を伝熱部１２から放熱部材３０へ半田４０を介して伝導させることとし、放熱部材３０と伝熱部１２とが非接触状態となるようにすることで、放熱部材３０がＩＣ１０へ応力を与えることを防止し、ＩＣ１０のクラックの発生を防止することができる。

以上、本発明に係る電子デバイスの放熱構造について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施の形態に係る発明の構成及び機能に様々な変更又は改良を加えることが可能である。本発明の第１の主旨は、電子デバイスにて発生した熱を伝熱部から放熱部材へ伝導させ、配線基板の電子デバイスの配置面とは反対の面側へ放熱させることにあり、本発明の第２の主旨は、放熱部材の配線基板への取り付け状態が極めて強固で放熱部材の脱落を防止することにある。したがって、電子デバイスはＩＣに限定されるものではなく、抵抗、コンデンサ及びリレーなどであってもよいし、また、放熱部材の形状も放熱フィンが設けられた形状など、その形状について限定されるものではない。もちろん、配線基板に開口部を設ければよいことから、ＱＦＰ，ＤＩＰ，ＢＧＡなどあらゆる仕様の配線基板（パッケージ）に本発明を適用することができる。

本発明に係る電子デバイスの放熱構造を示す断面図である。電子デバイスとしてのＩＣの平面図である。配線基板の平面図である。放熱部材の斜視図である。配線基板へのＩＣ及び放熱部材の取付方法を説明するための説明図である。特許文献１の図１に記載されている電子デバイスの放熱方法を示す説明図である。

符号の説明

１０ＩＣ
１２伝熱部
２０配線基板
２０ａネジ穴
３０放熱部材
３０ａ挿入部
３０ｂ突出部
４０半田

Claims

配線基板の一面に設けられた電子デバイスの放熱構造において、前記電子デバイスの前記配線基板の対向面に伝熱部が設けられ、前記配線基板の前記伝熱部に対応する位置にネジ穴が設けられ、その周面にネジ溝を有する放熱部材が前記配線基板の他面側から前記ネジ穴に取外しを可能に螺嵌され、該放熱部材が前記伝熱部に当接していることを特徴とする電子デバイスの放熱構造。
前記放熱部材は、前記ネジ穴に螺嵌されるネジ溝の部分が中空をなし、該ネジ溝の部分の内側に挿入されている伝熱性接合剤が前記伝熱部とネジ溝の部分とを固定していることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの放熱構造。
前記ネジ溝の部分の内壁にリング状の突出部が周設され、前記伝熱性接合剤は、前記突出部の前記伝熱部側とは反対の面を被覆していることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイスの放熱構造。
前記伝熱部が金属からなり、前記伝熱性接合剤が半田であることを特徴とする請求項２又は３に記載の電子デバイスの放熱構造。