JP4783474B2

JP4783474B2 - 電子機器

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Publication number: JP4783474B2
Application number: JP2010247703A
Authority: JP
Inventors: 健太郎富岡; 友巳村山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: JP2011082530A

Description

本発明は、パーソナルコンピュータ等の電子機器に関する。

パーソナルコンピュータ等の電子機器においては、配線パターンが形成されているプリント配線板（プリント基板ともいう）に電子部品が実装されている。プリント配線板には、ＣＰＵ、コンデンサ、制御用ＩＣ、電源部品といった動作時に比較的大きな熱を発生する電子部品が実装されているため、電気機器ではこのような動作時に電子部品が発する熱を放熱するための構造が備えられている。

例えば、特許文献１では、パワーモジュールに装着された放熱板を、熱伝導性グリスを介して放熱ケースに組み付けるパワーモジュールの組み付け構造であって、放熱板の放熱ケースへの接合面、及び放熱ケースの放熱板への接合面の少なくとも一方に凹溝を形成し、放熱板又は放熱ケースに、放熱板と放熱ケースとの間への熱伝導性グリスの注入孔を形成したパワーモジュールの組み付け構造が開示されている。

特開２００５−１０１２５９号公報

ところで、図１７に示すように、ＢＧＡ（Ball Grid Array）などに代表される半導体パッケージは、樹脂基板２２、樹脂基板２２の上面に実装されたＣＰＵ、制御用ＩＣ、電源部品等のダイ（ｄｉｅ）２１ａ、樹脂基板２２の下面にハンダ付けされたハンダボール１８から構成されている。半導体パッケージは、ハンダボール１８を接続端子として、プリント配線板１１にハンダ付けされる。

樹脂基板２２の方がダイ２１ａよりも線膨張係数が高く、ダイ２１ａと樹脂基板２２とは、ハンダ付けなどの温度の高いプロセスで接合されるため、常温時において、受熱板１４等の放熱部材に対するダイ２１ａの熱接続面は、受熱板１４に対して突出するように湾曲した凸形状をしている。受熱板１４の熱接続面が平坦であると仮定すると、受熱板１４をダイ２１ａ上に設置したときの受熱板１４とダイ２１ａとの間に形成される空間は、その中央部において最も窪んだ凹形状となる。

受熱板１４とダイ２１ａとの間に形成される空間には、熱伝導剤としてグリス５０が充填されている。グリス５０には、熱伝導性を向上させるために充填されたセラミックや金属の粉であるフィラー５１が混入されている。受熱板１４はダイ２１ａに対して基準押圧で押し付けられる。受熱板１４とダイ２１ａとの間の間隔は、グリス５０の粘度特性とフィラー５１のサイズに基づき、図中の位置ｘに対して間隔ｔ（ｘ）に保たれる。具体的には、受熱板１４とダイ２１ａとの間の間隔ｔ（ｘ）は、中央部に位置するフィラー５１のサイズが中央部における間隔ｔ（ｘ）となり、それに従い、他の場所の間隔ｔ（ｘ）が決定される。

一方、図１８に示すように、動作時にはダイ２１ａは温度が上昇し、ダイ２１ａと樹脂基板２２とが接合された温度に近づくため、熱接続面の形状が凸形状からより湾曲の曲率が小さい平坦な面に近づく。この場合、フィラー５１のサイズで決定される中央部での間隔ｔ（ｘ）は略一定であるのに対して、湾曲の曲率が小さくなることによって他の場所の間隔ｔ（ｘ）が減少するために、受熱板１４とダイ２１ａとの間に形成される空間の体積（以下、隙間体積とよぶことがある）は減少する。このため、隙間体積の減少分のグリス５０は熱接続面の外側にはみ出してしまう。また、このときグリス５０は動作時の温度により膨張するため、さらに熱接続面の外側へグリス５０がはみ出しやすくなる。グリス５０が熱接続面の外側にはみ出してしまうと、受熱板１４とダイ２１ａとの間の熱接続が不安定になりやすい。

本発明の実施形態は、熱接続の信頼性を向上させることが可能な電子機器を得ることを目的の一つとする。

本発明の実施形態にかかる電子機器にあっては、ダイを有した半導体パッケージと、前記半導体パッケージが実装されたプリント配線板と、前記プリント配線板とは反対側に位置された前記ダイの面に重ねられ、該面の面積より小さい面積で開口された凹部が設けられた、受熱板と、前記凹部と前記ダイの面との間に位置された領域に充填され、温度上昇に伴って膨張するペースト状熱伝導剤と、を有し、前記ダイは、前記受熱板側に向けて凸となる状態に湾曲した形状から、温度上昇に伴って、平坦な形状に近付くように変化する。

図１は、本発明の実施の形態にかかるコンピュータの一部内部を示した斜視図である。図２は、コンピュータ内部を図示した斜視図である。図３は、コンピュータに収納されているプリント配線板の放熱構造部分を示す平面図である。図４は、第１実施形態に係るプリント配線板上に実装された半導体パッケージを示す平面図である。図５は、第１実施形態に係る受熱板のグリス溜りを示す斜視図である。図６は、第１実施形態に係る常温時における半導体パッケージ、グリス及び受熱板を示す図である。図７は、第１実施形態に係る動作時における半導体パッケージ、グリス及び受熱板を示す図である。図８は、温度に対する隙間体積とグリス体積との関係を示すグラフ図である。図９は、ダイからの熱を放熱するときの様子を模式的に示した平面図である。図１０は、第２実施形態に係る受熱板のグリス溜りを示す斜視図である。図１１は、第２実施形態に係る常温時における半導体パッケージ、グリス及び受熱板を示す図である。図１２は、第３実施形態に係る受熱板のグリス溜りを示す斜視図である。図１３は、第３実施形態に係る常温時における半導体パッケージ、グリス及び受熱板を示す図である。図１４は、第４実施形態に係るプリント配線板上に実装された半導体パッケージを示す斜視図である。図１５は、第４実施形態に係る常温時における半導体パッケージ、グリス及び受熱板を示す図である。図１６は、第４実施形態に係る動作時における半導体パッケージ、グリス及び受熱板を示す図である。図１７は、従来の常温時における半導体パッケージ、グリス及び受熱板を示す図である。図１８は、従来の動作時における半導体パッケージ、グリス及び受熱板を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る電子機器の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１〜図３を参照して本発明の実施の形態にかかる電子機器としてのパーソナルコンピュータについて説明する。

ここで、図１は、本発明の実施の形態にかかる電子機器としてのパーソナルコンピュータ(以下「コンピュータ」という)の一部内部を示した斜視図、図２は、コンピュータ内部を図示した斜視図である。また、図３は、コンピュータ１に収納されているプリント配線板の放熱構造部分を示す平面図である。図１に示すように、コンピュータ１は、本体２と、表示ユニット３とを備えている。

本体２は、本体ベース４と本体カバー５とを有している。本体カバー５は、本体ベース４に上方から組み合わされる。本体ベース４と、本体カバー５とが互いに協働することによって、本体２は箱状に形成された筐体６を構成している。

筐体６は、上壁６ａ、周壁６ｂ、および下壁６ｃを有している。上壁６ａは、キーボード７を支持している。周壁６ｂは、前周壁６ｂａ、後周壁６ｂｂ、左周壁６ｂｃ、および右周壁６ｂｄを有している。

表示ユニット３は、ディスプレイハウジング８と、ディスプレイハウジング８に組み込まれた液晶表示パネル９とを有している。液晶表示パネル９は、表示画面９ａを有する。表示画面９ａは、ディスプレイハウジング８の前面の開口部８ａを通じてディスプレイハウジング８の外部に露出している。

そして、表示ユニット３は、筐体６の後端部に、図示しないヒンジ機構を介して支持されていて、上壁６ａを上方から覆うように倒される閉じ位置と、上壁６ａを露出させるように起立する開き位置との間で回動可能になっている。

図２にも示すように筐体６は、プリント配線板１１と、冷却ファン１２と、ヒートパイプ１３と、放熱フィン１５とを収納している。プリント配線板１１の上面には、ダイ２１ａを含む半導体パッケージが実装されている。プリント配線板１１には、その他の回路部品も複数実装されているが、図示は省略している。ダイ２１ａは、プリント配線板１１に実装される回路部品のなかでも特に発熱量が大きく、積極的な放熱を必要とする電子部品である。例えば、ダイ２１ａは、ＣＰＵ、グラフィックスチップであるが、その他の部品でもよい。ダイ２１ａは、放熱が望まれる種々の電子部品が該当する。

図３に示すように、ダイ２１ａには、銅等の熱伝達効率の良好な部材からなり、ダイ２１ａよりも大きな面積を有する矩形状の受熱板１４ａがペースト状熱伝導剤となるグリス５０を介して接続されている。また、受熱板１４ａには、銅などの熱伝達効率の良好な部材からなる伝熱管としてのヒートパイプ１３の一端部が取り付けられている。ヒートパイプ１３は、一端部が受熱板１４ａに接続され、他端部が放熱フィン１５に接続されている。

受熱板１４ａは、固定具２６を用いてプリント配線板１１に固定されている。固定具２６は、受熱板１４ａを支持する三つ又状のカバー部２６ａと、カバー部２６ａからプリント配線板１１側に延び、プリント配線板１１にねじ止めされる脚部２６ｂとを有している。受熱板１４ａは、プリント配線板１１と固定具２６との間に挟み込まれることで、その位置が固定されている。

ヒートパイプ１３は、ダイ２１ａに取り付けられた一端部からプリント配線板１１の第１の面１１ａに沿って筐体６の左周壁６ｂｃを向いて延びている。ダイ２１ａは、冷却ファン１２に比べて筐体６の前周壁６ｂａ側に位置する。

そして、ヒートパイプ１３は、プリント配線板１１を外れるまで延びたあと、放熱フィン１５の方を向いて折れ曲がり、その先端部は、冷却ファン１２の排気面１７ｃに沿って延びて各フィン要素を串刺しにしている。すなわち、中央に開口を有する複数のフィン要素が、それぞれヒートパイプ１３に嵌合されることで放熱フィン１５が形成されている。

ヒートパイプ１３は、ダイ２１ａと放熱フィン１５との間に亘って設けられている。ヒートパイプ１３の一端部はダイ２１ａに熱的に接続されている。ヒートパイプ１３は、内部に作動液を有し、気化熱と毛細管現象を利用して熱を移動させる。ヒートパイプ１３は、ダイ２１ａで発せられる熱を放熱フィン１５に伝える。なお、ヒートパイプ１３は、例えば受熱板１４ａに対する設置面積を増やすために、例えばφ６のヒートパイプを厚さ３ｍｍ程度まで上下方向につぶされた状態で使用される。

図２に示すように、冷却ファン１２は、筐体６内の左周壁６ｂｃの近傍に配置されている。冷却ファン１２は、厚さの薄い箱状の収納ケース１７に収納されたファンを有し、そのファンが収納ケース１７の厚さ方向に設けられた図示しない回転軸に沿って回転するようになっている。収納ケース１７は、中央に吸気孔部１７ｄ，１７ｅを備えた対向する２つの吸気面１７ａ，１７ｂと、排気孔部を備えた排気面１７ｃとを有し、排気面１７ｃが収納ケース１７の側面に位置するようになっている。冷却ファン１２は、吸気面１７ａ，１７ｂから空気を取込み、排気面１７ｃから排出する。

そして、冷却ファン１２は、吸気面１７ａ，１７ｂがそれぞれプリント配線板１１の上面に沿って、かつ排気面１７ｃが放熱フィン１５に臨むようにして位置が固定されている。こうして、冷却ファン１２の排気面１７ｃに対向して放熱フィン１５を配置している。また、冷却ファン１２に対応する筐体６の左周壁６ｂｃには、複数の排気孔２８が設けられている。排気孔２８は、筐体６の外部に開口している。

放熱フィン１５は、プリント配線板１１を外れた筐体６の左周壁６ｂｃの近傍に配置されている。詳しくは図２に示すように、放熱フィン１５は、冷却ファン１２の排気面１７ｃと左周壁６ｂｃの排気孔２８との間に配置されている。放熱フィン１５は、冷却ファン１２の空気の吐出方向を横断する向きに沿って、互いに平行に延びている。放熱フィン１５は、空気の流れ方向に沿って互いに前後に並んでいて、複数のフィン要素が集まった集合体として構成されている。各フィン要素は、矩形状に形成された板状部材で、熱伝導率の高い例えばアルミニウムのような金属で構成されている。各フィン要素は、互いの間に間隔を設けるとともに、その板面が冷却ファン１２からの空気の流れ方向に沿うように配置されている。

以下、図４〜６を参照して、本実施形態のダイ２１ａの発する熱を放熱する構造について説明する。図４は、第１実施形態に係るプリント配線板上に実装された半導体パッケージを示す平面図であり、図３におけるヒートパイプ１３、固定具２６及び受熱板１４ａを取り除いた状態を示している。図４に示すように、樹脂基板２２及び樹脂基板２２の上面に実装されたダイ２１ａが図６に示すようなハンダボール１８を接続端子として、プリント配線板１１にハンダ付けされている。ダイ２１ａは平面視において略正方形状をなす。樹脂基板２２は、ダイ２１ａよりも大きい面積の略正方形状をなす。なお、樹脂基板２２、ダイ２１ａ及びハンダボール１８からなる半導体パッケージは、合成樹脂材により封止されていても良い。

図５は、本実施形態に係る受熱板１４ａのグリス溜り２４ａを示す斜視図であり、図３に示す受熱板１４ａの底面視である。図５に示すように、受熱板１４ａは、樹脂基板２２に対応した略正方形状をなし、平面視においてダイ２１ａ及び樹脂基板２２よりも大きい面積とされている。受熱板１４ａはその底面に、平面視におけるダイ２１ａの略正方形状に対応して、略正四角錐状に窪んだグリス溜り２４ａを有する。グリス溜り２４ａは、ダイ２１ａの表面部の周縁部より内側に位置するようにされている。グリス溜り２４ａは、その周辺部から中央部に向かって徐々に窪みの深さが深くなっている。

図６は、本実施形態に係る常温時における半導体パッケージ、グリス５０及び受熱板１４ａを示す図である。図６に示すように、半導体パッケージは、樹脂基板２２、樹脂基板２２の上面に実装されたダイ２１ａ、樹脂基板２２の下面にハンダ付けされたハンダボール１８から構成されている。半導体パッケージは、ハンダボール１８を接続端子として、プリント配線板１１にハンダ付けされる。

上述したように、樹脂基板２２の方がダイ２１ａよりも線膨張係数が高く、ダイ２１ａと樹脂基板２２は、ハンダ付けなどの温度の高いプロセスで接合されるため、常温時において、受熱板１４ａに対するダイ２１ａの熱接続面は、受熱板１４ａに対して突出するように湾曲した凸形状をしている。なお、本明細書における「常温」とは、ＪＩＳＺ８７０３に規定する標準状態の温度を２０℃とし、その許容差をＪＩＳＺ８７０３の３・１（標準状態の温度の許容差）の温度１５級とした温度状態で、２０℃±１５℃を意味する。

本実施形態では、受熱板１４ａはその底面に略正四角錐状に窪んだグリス溜り２４ａを有するため、受熱板１４ａをダイ２１ａ上に設置したときのグリス溜り２４ａとダイ２１ａとの間に形成される空間は、その周辺部において最もグリス溜り２４ａとダイ２１ａとの間の間隔が最も小さく、周辺部から中央部に至るにつれてグリス溜り２４ａとダイ２１ａとの間の間隔が徐々に大きくなり、その中央部において最もグリス溜り２４ａとダイ２１ａとの間の間隔が大きいものとなる。グリス溜り２４ａは、ダイ２１ａの熱接続面の周縁部に応じた位置よりも内側に位置する。

グリス溜り２４ａとダイ２１ａとの間に形成される空間には、熱伝導剤としてグリス５０が充填されている。グリス５０には、熱伝導性を向上させるために充填されたセラミックや金属の粉であるフィラー５１が混入されている。受熱板１４ａはダイ２１ａに対して基準押圧で押し付けられる。グリス溜り２４ａとダイ２１ａとの間の間隔は、グリス５０の粘度特性とフィラー５１のサイズに基づき、図中の位置ｘに対して間隔ｔ（ｘ）に保たれる。具体的には、グリス溜り２４ａとダイ２１ａとの間の間隔ｔ（ｘ）は、周辺部に位置するフィラー５１のサイズが周辺部における間隔ｔ（ｘ）となり、それに従い、他の場所の間隔ｔ（ｘ）が決定される。

常温時において、グリス溜り２４ａとダイ２１ａとの間に形成される空間の体積である隙間体積Ｖと同量のグリス５０が、受熱板１４ａとダイ２１ａとの間に形成される空間に充填される。また、後述するように、動作時には、ダイ２１ａは湾曲の曲率が小さくなり、グリス５０は動作時の温度により膨張するが、ダイ２１ａの常温から動作温度範囲内での１つの温度である定常発熱温度Ｔｎへの温度上昇に伴い増加したグリス５０の体積と、ダイ２１ａの常温時における隙間体積Ｖとダイ２１ａの定常発熱温度Ｔｎ時における隙間体積Ｖとの相違が等しくなるようにされている。

以上の構成を有するコンピュータ１の熱伝達に関する作用について、図７〜図９を参照して説明する。図７は、第１実施形態に係る動作時における半導体パッケージ、グリス５０及び受熱板１４ａを示す図である。図７に示すように、動作時にはダイ２１ａは自己発熱温度が上昇し、ダイ２１ａと樹脂基板２２とが接合された温度に近づくため、熱接続面の形状が凸形状からより湾曲の曲率が小さい平坦な面に近づく。この場合、フィラー５１のサイズで決定される周辺部での間隔ｔ（ｘ）が略一定であるのに対して、湾曲の曲率が小さくなることによって他の場所の間隔ｔ（ｘ）が増加するために、隙間体積Ｖは増加する。また、グリス５０は、動作時におけるダイ２１ａの温度の上昇に伴い、粘度の低下による流動性の増加と体積膨張とを生じる。

図８は、温度に対する隙間体積とグリス体積との関係を示すグラフ図である。図８に示すように、図１７及び１８に示した従来の構成では、常温時の温度から動作時の温度であるダイ２１ａの定常発熱温度Ｔｎに移行するとき、グリス体積ｇが増加するのに対して、隙間体積ｖが減少するため、グリス漏洩量ｆが大きなものとなる。

一方、本実施形態では、常温時の温度から動作温度範囲内の１つの温度であるダイ２１ａの定常発熱温度Ｔｎに移行するとき、グリス体積Ｇが増加するのに対して、隙間体積Ｖもこれに均衡するように増加するため、隙間体積Ｖとグリス体積Ｇとの差であるグリス漏洩量Ｆは最大でも微小な負の値、すなわち、隙間体積Ｖの方がグリス体積Ｇよりも僅かに大きい状態に留まる。さらに、動作時の定常発熱温度Ｔｎでは、隙間体積Ｖとグリス体積Ｇは等しくなる。すなわち、本実施形態では、常温時の温度から定常発熱温度Ｔｎに至るすべての温度において、隙間体積Ｖ≧グリス体積Ｇとなる。

なお、ダイ２１ａの定常発熱温度Ｔｎとは、電子機器に組み込まれ平均的な動作をする状態で生じるダイ２１ａの発熱面の温度を称し、ダイ２１ａの半導体素子の特性に合わせて任意に設定される。

図９に示すように、ダイ２１ａで生じた熱ｈ１は、受熱板１４ａに伝達されそこからヒートパイプ１３を伝って放熱フィン１５に伝えられる。そして、冷却ファン１２が駆動されると、２つの吸気面１７ａ，１７ｂの吸気孔部１７ｄ，１７ｅから空気が収納ケース１７内に導かれ、その空気が排気面１７ｃから吐出されるとともに、放熱フィン１５に向かって強制的に吹き付けられる。このとき、放熱フィン１５と冷却ファン１２から吐き出される空気との間で熱交換が行われるため、ダイ２１ａから放熱フィン１５に移動した熱ｈ１は冷却ファン１２から吐き出される空気ａ１に伝わる。この空気ａ１が排気孔２８を通じて筐体６の外部に排気されることにより、排熱ｇ１が行われる。これにより、ダイ２１ａの冷却が促進される。

本実施形態では、受熱板１４ａの底部に、ダイ２１ａの湾曲に応じて窪んだグリス溜り２４ａを有し、受熱板１４ａとダイ２１ａとの間に形成される空間にグリス５０が充填されており、動作時の温度によりダイ２１ａの湾曲の曲率が小さくなるにつれて隙間体積Ｖは大きくなるため、動作時の温度によりグリス５０の体積が増大したとしても、グリス５０の漏洩を防ぎ、受熱板１４ａとダイ２１ａとの間の熱接続を安定させ、熱接続の信頼性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、グリス溜り２４ａは、ダイ２１ａの周縁部の内側に位置するため、グリス溜り２４ａの周縁部においてグリス５０の漏洩を防ぎつつ、動作時には、中央部におけるグリス溜り２４ａとダイ２１ａとの間隔ｔ（ｘ）を増大させることにより、隙間体積Ｖを増大させることが可能となる。

特に本実施形態では、ダイ２１ａにおける常温時の表面形状とグリス溜り２４ａとの間に形成される空間の隙間体積Ｖと、ダイ２１ａにおける常温時のグリス５０の体積とが等しくなるように構成され、且つ、ダイ２１ａにおける定常発熱温度Ｔｎでの表面形状とグリス溜り２４ａとの間に形成される空間の隙間体積Ｖと、ダイ２１ａにおける定常発熱温度Ｔｎでのグリス５０の体積とが等しくなるように構成されているため、常温時及び定常発熱温度Ｔｎ時において、グリス体積Ｇに対して隙間体積Ｖに過不足が生じることがなく、受熱板１４ａとダイ２１ａとの間の熱接続をさらに安定させ、熱接続の信頼性をさらに向上させることが可能となる。

以下、本発明の第２実施形態について説明する。図１０は第２実施形態に係る受熱板のグリス溜りを示す斜視図であり、図１１は第２実施形態に係る常温時における半導体パッケージ、グリス及び受熱板を示す図である。図１０及び１１に示すように、本実施形態では、受熱板１４ｂのグリス溜り２４ｂの窪みは、ダイ２１ａの湾曲に応じた曲面により構成されている点が、上記第１実施形態と異なっている。

本実施形態においては、グリス溜り２４ｂの窪みは、ダイ２１ａの湾曲に応じた曲面により構成されているため、動作時において、熱接続面の形状が凸形状からより湾曲の曲率が小さい平坦な面に移行した場合であっても、グリス溜り２４ｂの面からグリス５０に与える力が小さく、グリス５０やグリス５０に含まれるフィラー５１が動きにくくなるため、受熱板１４ｂとダイ２１ａとの間の熱接続をさらに安定させ、熱接続の信頼性をさらに向上させることが可能となる。

以下、本発明の第３実施形態について説明する。図１２は第３実施形態に係る受熱板のグリス溜りを示す斜視図であり、図１３は第３実施形態に係る常温時における半導体パッケージ、グリス及び受熱板を示す図である。図１２及び１３に示すように、本実施形態においては、受熱板１４ｃのグリス溜り２４ｃの窪みは、階段状にその深さが増していくものであり、受熱板１４ｃをダイ２１ａ上に設置したときの受熱板１４ｃとダイ２１ａとの間に形成される空間は、周辺部から中央部に至るにつれて受熱板１４ｃとダイ２１ａとの間の間隔が階段状に大きくなる点が上記第１実施形態と異なっている。

本実施形態では、グリス溜り２４ｃの窪みを階段状にその深さが増していくものとし、受熱板１４ｃをダイ２１ａ上に設置したときの受熱板１４ｃとダイ２１ａとの間に形成される空間は、周辺部から中央部に至るにつれて受熱板１４ｃとダイ２１ａとの間の間隔が階段状に大きくなるものとすることにより、間隔ｔ（ｘ）や隙間体積Ｖの解析が比較的に容易なものとなるという利点を有する。

以下、本発明の第４実施形態について説明する。図１４は、第４実施形態に係るプリント回路板上に実装された半導体パッケージを示す斜視図である。図１４に示すように、本実施形態では、受熱板の側ではなく、ダイ２１ｂの側にグリス溜り２４ｄが設けられている点が、上記第１実施形態と異なっている。ダイ２１ｂはその上面（熱接触面）に、略正四角錐状に窪んだグリス溜り２４ｄを有する。グリス溜り２４ｄは、その周辺部から中央部に向かって徐々に窪みの深さが深くなっている。

図１５は、第４実施形態に係る常温時における半導体パッケージ、グリス及び受熱板を示す図である。図１５に示すように、常温時において、ダイ２１ｂ、樹脂基板２２及びハンダボール１８からなる半導体パッケージは全体としては、受熱板１４に対して突出するように湾曲した凸形状を有している。しかし、受熱板１４に対するダイ２１ｂの熱接続面は、グリス溜り２４ｄのために受熱板１４に対して窪んだ形状をしている。

本実施形態では、ダイ２１ｂはその上面に略正四角錐状に窪んだグリス溜り２４ｄを有するため、受熱板１４をダイ２１ｂ上に設置したときの受熱板１４とグリス溜り２４ｄとの間に形成される空間は、その周辺部において最も受熱板１４とグリス溜り２４ｄとの間の間隔が最も小さく、周辺部から中央部に至るにつれて受熱板１４とグリス溜り２４ｄとの間の間隔が徐々に大きくなり、その中央部において最も受熱板１４とグリス溜り２４ｄとの間の間隔が大きいものとなる。

受熱板１４とグリス溜り２４ｄとの間に形成される空間には、グリス５０が充填されている。受熱板１４はダイ２１ｂに対して基準押圧で押し付けられる。受熱板１４とグリス溜り２４ｄとの間の間隔ｔ（ｘ）は、周辺部に位置するフィラー５１のサイズが周辺部における間隔ｔ（ｘ）となり、それに従い、他の場所の間隔ｔ（ｘ）が決定される。

常温時において、受熱板１４とグリス溜り２４ｄとの間に形成される空間の体積である隙間体積Ｖと同量のグリス５０が、受熱板１４とグリス溜り２４ｄとの間に形成される空間に充填される。また、上記第１実施形態と同様に、動作時には、ダイ２１ｂは全体として湾曲の曲率が小さくなり、グリス５０は動作時の温度により膨張するが、ダイ２１ｂの常温から定常発熱温度Ｔｎへの温度上昇に伴い増加したグリス５０の体積と、ダイ２１ｂの常温時における隙間体積Ｖとダイ２１ｂの定常発熱温度Ｔｎにおける隙間体積Ｖとの相違が等しくなるようにされている。

図１６は、第４実施形態に係る動作時における半導体パッケージ、グリス及び受熱板を示す図である。図１６に示すように、動作時にはダイ２１ｂは自己発熱温度が上昇し、ダイ２１ｂと樹脂基板２２とが接合された温度に近づくため、ダイ２１ｂの全体の形状が凸形状からより湾曲の曲率が小さい平坦な面に近づく。この場合、フィラー５１のサイズで決定される周辺部での間隔ｔ（ｘ）が略一定であるのに対して、湾曲の曲率が小さくなることによって他の場所の間隔ｔ（ｘ）が増加するため、隙間体積Ｖは増加する。また、グリス５０は、動作時におけるダイ２１ｂの温度の上昇に伴い、粘度の低下による流動性の増加と、体積膨張を生じる。すなわち、上記第１実施形態と同様に、本実施形態では、常温から動作時の温度であるダイ２１ｂの定常発熱温度Ｔｎに移行するとき、グリス体積Ｇが増加するのに対して、隙間体積Ｖもこれに均衡するように増加し、動作時の定常発熱温度Ｔｎでは、隙間体積Ｖとグリス体積Ｇは等しくなる。

本実施形態では、ダイ２１ｂ側にグリス溜り２４ｄを設けることにより、上記第１実施形態と同様に、グリス５０の漏洩を防ぎ、受熱板１４とダイ２１ｂとの間の熱接続を安定させ、熱接続の信頼性を向上させることが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。

本発明の電子機器によれば、熱接続の信頼性を向上させることが可能となる。

１…コンピュータ、６…筺体、１１…プリント配線板、１２…冷却ファン、１３…ヒートパイプ、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…受熱板、１５…放熱フィン、１７…収納ケース、１７ａ，１７ｂ…吸気面、１７ｃ…排気面、１８…ハンダボール、２１ａ，２１ｂ…ダイ、２２…樹脂基板、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…グリス溜り、５０…グリス、５１…フィラー。

Claims

ダイを有した半導体パッケージと、
前記半導体パッケージが実装されたプリント配線板と、
前記プリント配線板とは反対側に位置された前記ダイの面に重ねられ、該面の面積より小さい面積で開口された凹部が設けられた、受熱板と、
前記凹部と前記ダイの面との間に位置された領域に充填され、温度上昇に伴って膨張するペースト状熱伝導剤と、
を有し、
前記ダイは、前記受熱板側に向けて凸となる状態に湾曲した形状から、温度上昇に伴って、平坦な形状に近付くように変化する、電子機器。
発熱体と、
前記発熱体が実装されたプリント配線板と、
前記発熱体に対して前記プリント配線板の反対側で前記発熱体の第一面に熱的に接続された第二面を有し、当該第二面に前記第一面の面積より小さい面積で開口された凹部が設けられた受熱板と、
前記凹部と前記第一面との間に位置された領域に充填され、温度上昇に伴って膨張するペースト状熱伝導剤と、
を有し、
前記ダイは、前記受熱板側に向けて凸となる状態に湾曲した形状から、温度上昇に伴って、平坦な形状に近付くように変化する、電子機器。
発熱体と、
前記発熱体が実装されたプリント配線板と、
前記発熱体に対して前記プリント配線板の反対側で前記発熱体の第一面に熱的に接続された第二面を有した受熱板と、
前記第一面に設けられて前記第二面の面積より小さい面積で開口された凹部と、前記第二面と、の間に位置された領域に充填され、温度上昇に伴って膨張するペースト状熱伝導剤と、
を有し、
前記ダイは、前記受熱板側に向けて凸となる状態に湾曲した形状から、温度上昇に伴って、平坦な形状に近付くように変化する、電子機器。