JP5919848B2

JP5919848B2 - ヒートシンクの取り付け方法

Info

Publication number: JP5919848B2
Application number: JP2012017387A
Authority: JP
Inventors: 遥子成田
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: JP2013157484A

Description

この発明は、ヒートシンクの取り付け方法に関する。

半導体装置（ＩＣ，ＬＳＩ）は、電力を消費して動作し、消費した電気エネルギーを熱として放出する。放出された熱を発散するため、半導体装置には、熱伝導性の高い放熱器（ヒートシンク）が取り付けられる。ヒートシンク及びヒートシンクの取り付け構造の一例が特許文献１に開示されている。

特開２０１１−１２４４５２号公報

このヒートシンクの取り付け方法は、バネにより半導体装置をヒートシンクの壁面に常時押しつけるものであるため、半導体装置にストレスが常時かかってしまう。また、バネの扱いが面倒であり、適度な強度で発熱体を保持することが困難である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、比較的容易に、発熱部品にストレスをかけることなく、ヒートシンクを発熱部品に取り付けることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るヒートシンクの取り付け方法は、
基板上の発熱部品の近傍にヒートシンクを配置し、
下面に係合部材を備えた抑え部材を、前記係合部材を前記基板に形成された長穴に挿入して前記基板の下面に係合させた状態で、基板上に配置し、
締結具により前記ヒートシンクと前記抑え部材とを前記発熱部品を介して締結することにより、前記係合部材を前記基板の長穴に沿ってスライドして、前記係合部材と前記基板の下面との係合を解除し、
前記抑え部材を発熱部品に向けてスライドして、前記発熱部品をヒートシンクに押圧する、
ことを特徴とする。

この発明によれば、比較的容易に、発熱部品にストレスをかけることなく、ヒートシンクを発熱部品に取り付けることが可能となる。

実施の形態１に係る放熱装置を半導体装置に装着した状態を示す図である。実施の形態１に係る放熱装置と半導体装置と基板との構造を示す分解斜視図である。実施の形態１に係る放熱装置の各部のサイズを説明するための図である。実施の形態１に係る放熱装置を半導体装置に固定する手順を説明するための下面図である。実施の形態１に係る放熱装置を半導体装置に固定する手順を説明する図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。実施の形態２に係る放熱装置と半導体装置と基板との構造を示す分解斜視図である。（ａ）と（ｂ）は実施の形態２に係る抑え部材の構成を説明する図である。実施の形態２に係る抑え部材の取り付け手順を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は下面図である。（ａ−１）から（ｂ−２）は、実施の形態２に係る抑え部材の取り付け手順を説明する図である。

以下、本発明の好適な実施形態に係る抑え部材と抑え部材を用いて発熱部品にヒートシンクを取り付ける方法について説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１に係る放熱装置は、図１に示すように、ヒートシンク１１と抑え部材１２と一対のネジ１３を備え、基板３１に配置された半導体装置２１を、ヒートシンク１１と抑え部材１２とで挟み込み、半導体装置２１が発する熱をヒートシンク１１から放熱する。

ヒートシンク（放熱板）１１は、熱伝導率が高い材料、例えば、アルミニウム等の金属から構成され、半導体装置２１との接触面（壁面）は平坦に形成され、その対向面には、フィン等が必要に応じて形成されている。ヒートシンク１１には、固定用のネジ１３が貫通する貫通孔１１１ａと１１１ｂが形成されている。また、ヒートシンク１１の下面には、後述する基板３１に形成された固定穴３１２に挿入される固定部１１２が形成されている。

抑え部材１２は、半導体装置２１のモールド部２１１に当接する正面板１２１と、正面板１２１の両端に固定された支持部１２２と１２３とから構成される。正面板１２１と支持部１２２と１２３は、例えば、一枚の金属板を曲げ加工して構成される。

正面板１２１は、半導体装置２１のモールド部２１１よりもわずかに大きいサイズの長方形状を有し、貫通孔１２１ａ、１２１ｂが形成されている。

支持部１２２と１２３は、正面板１２１の両側端部に平面視でほぼ９０度の角度に配置されている。支持部１２２と１２３の下辺中央部には、位置決め突起１２２ａ，１２３ａと、Ｌ字部材１２２ｂ，１２３ｂが配置されている。

半導体装置２１は、縦型であり、半導体チップを封止（例えば、樹脂封止、セラミック封止）するモールド部２１１とモールド部２１１から突出する複数のピン（足）２１２を備える。ピン２１２は、一列又は複数列に配列されている。モールド部２１１には、固定用のネジ１３を通すための窪み部２１１ａと２１１ｂが形成されている。

基板３１は、プリント配線基板等から構成されている。基板３１の所定位置には、半導体装置２１のピン２１２が挿入されるピン穴３１１と、ヒートシンク１１の固定部１１２が挿入される固定穴３１２と、支持部１２２の位置決め突起１２２ａとＬ字部材１２２ｂが挿入される貫通孔（長穴）３１３ａと、支持部１２３の位置決め突起１２３ａとＬ字部材１２３ｂが挿入される貫通孔（長穴）３１３ｂと、が形成されている。

図３に示すように、ヒートシンク１１を固定するための固定穴３１２は、ピン穴３１１に半導体装置２１のピン２１２を挿入固定した状態で、半導体装置２１のモールド部２１１にヒートシンク１１の接触面が接触する位置に形成されている。

位置決め突起１２２ａ，１２３ａは、のこぎり歯状の形状を有し、その外側の辺が支持部１２２，１２３の下辺にほぼ直角に形成されている。一方、Ｌ字部材１２２ｂ，１２３ｂは、Ｌ字状又はフック状の形状を有し、その外側の辺は支持部１２２，１２３の下辺にほぼ直角に形成され、途中で位置決め突起方向に屈曲し、基板３１と係合するように形成されている。

半導体装置２１のモールド部２１１の他面から、位置決め突起１２２ａと１２３ａ、Ｌ字部材１２２ｂと１２３ｂを挿入するための貫通孔３１３ａ、３１３ｂまでの距離Ｌ１は、抑え部材１２の正面板１２１の前面からＬ字部材１２２ｂ、１２３ｂの外側の辺までの距離Ｌ３にほぼ等しく形成されている。

また、貫通孔３１３ａ、３１３ｂの長さＬ２は、支持部１２２の位置決め突起１２２ａの外側の辺とＬ字部材１２２ｂの外側の辺距離Ｌ４及び支持部１２３の位置決め突起１２３ａの外側の辺とＬ字部材１２３ｂの外側の辺の距離Ｌ４にほぼ等しく形成されている。

さらに、支持部１２２、１２３の下辺からＬ字部材の屈曲部分までの距離Ｔ１は、基板３１の厚さＴ２よりわずかに大きく形成されている。

次に、上記構成を有する放熱装置を、半導体装置２１及び基板３１に取り付ける方法を説明する。

まず、基板３１のピン穴３１１に半導体装置２１のピン２１２を挿入し、固定穴３１２にヒートシンク１１の固定部１１２を挿入し、はんだ付けなどにより、基板３１に形成されたパターンに固定する。

続いて、貫通孔３１３ａに位置決め突起１２２ａとＬ字部材１２２ｂを、貫通孔３１３ｂに位置決め突起１２３ａとＬ字部材１２３ｂを挿入する。位置決め突起１２２ａの外辺とＬ字部材１２２ｂの外辺との距離Ｌ２は、貫通孔３１３ａの長さＬ２に等しく、また、位置決め突起１２３ａの外辺とＬ字部材１２３ｂの外辺との距離Ｌ２は、貫通孔３１３ｂの長さＬ２に等しい。このため、位置決め突起１２２ａ、１２３ａ、Ｌ字部材１２２ｂ、１２３ｂを、貫通孔３１３ａ，３１３ｂに挿入することにより、抑え部材１２の正面板１２１が、半導体装置２１のモールド部２１１に接した状態で固定される。

この状態で、Ｌ字部材１２２ｂ，１２３ｂを、図４に示すように、内側に曲げて（ひねって）、支持部１２２，１２３を基板３１に仮固定する。

続いて、図１及び図５（ａ）、（ｂ）に示すように、貫通孔１１１ａ、１１１ｂ、窪み部２１１ａ、２１１ｂ、貫通孔１２１ａ、１２１ｂにネジ１３を通し、ナットを締結することにより、半導体装置２１をヒートシンク１１と抑え部材１２により挟み込んで固定する。

この構成によれば、簡単な処理で、半導体装置２１をヒートシンク１１に接触させ、放熱することができる。また、ヒートシンク１１と抑え部材１２とで半導体装置２１を両側から挟むので、半導体装置２１を安定して支持することができる。

（実施の形態２）
上記実施の形態においては、抑え部材１２の位置は、貫通孔３１３ａ、３１３ｂの位置と、位置決め突起１２２ａと１２３ａ及びＬ字部材１２２ｂと１２３ｂの位置により定まる。このため、これらの部材の位置のばらつきや、ねじ締めにより、抑え部材１２と半導体装置２１との間に空隙が形成される場合がある。この状態で、ネジ１３を締めると、抑え部材１２が引っ張られ、位置決め突起１２２ａ、１２３ａ、Ｌ字部材１２２ｂ、１２３ｂにより基板３１に力が加わり、基板３１が反ってしまう虞がある。

以下、このような問題が発生しにくい実施の形態について説明する。

なお、本実施の形態における各部の基本構成は、実施の形態１と同一であり、以下では、差異点を中心に説明する。
図６に示すように、抑え部材１２の支持部１２２、１２３の下辺（下面）には、Ｌ字型（フック形状）の係合部材１２４ａ，１２４ｂがそれぞれ配置されている。係合部材１２４ａと１２４ｂは、それぞれ、貫通孔３１３ａと３１３ｂに挿入される。ただし、係合部材１２４ａと１２４ｂは、貫通孔３１３ａと３１３ｂ内で固定されるのではなく、抑え部材１２のスライドに合わせて貫通孔３１３ａと３１３ｂ内でスライドする。

図７に示すように、係合部材１２４ａと１２４ｂの屈曲部分までの長さＴ３は、基板３１の厚さＴ２よりもわずかに大きく形成されている。また、係合部材１２４ａ，１２４ｂの長さＬ５は、貫通孔３１３ａ，３１３ｂの長さＬ２よりも短く形成されている。

係合部材１２４ａと１２４ｂ及び貫通孔３１３ａ，３１３ｂは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、抑え部材１２の先端が貫通孔３１３ａ，３１３ｂを越えている状態で、係合部材１２４ａ，１２４ｂがそれぞれ、基板３１に係合し、抑え部材１２がスライドして、その先端がモールド部２１１に当接する状態では、係合部材１２４ａ，１２４ｂと基板３１との係合が解けるサイズに形成されている。

続いて、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、貫通孔３１３ａに係合部材１２４ａを、貫通孔３１３ｂに係合部材１２４ｂを挿入し、係合部材１２４ａ，１２４ｂを基板３１と係合させる。このとき、図９（ａ−１）、（ａ−２）に示すように、係合部材１２４ａ，１２４ｂの先端ａが基板３１の下面と係合し（フックし）、且つ、抑え部材１２の先端ｂが基板３１の上面と当接する。このため、抑え部材１２の、基板３１を基準とする、上下方向の位置が規定される。これにより、貫通孔１１１ａ、１１１ｂと、貫通孔１２１ａ，１２１ｂの上下方向の位置が揃う。
なお、本実施の形態では、図８（ｃ）に示すように、係合材部１２４ａ、１２４ｂをひねることはない。

ネジ１３を締めるに従って、図９（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、抑え部材１２が徐々に半導体装置２１の方向にスライドし、係合部材１２４ａ，１２４ｂと基板３１との係合が解け、その後、ネジ締めが完了する。

この構成によれば、ネジ１３を締結する前段階では、係合部材１２４ａ，１２４ｂの作用により、抑え部材１２の上下方向の位置が制御される。その後、抑え部材１２がスライドするので、仮に、半導体装置２１の配置位置、貫通孔３１３ａ、３１３ｂの位置などにエラーが存在しても、ある程度これを吸収することができる。さらに、ネジ１３による締結の途中で、抑え部材１２のスライドに伴って、係合部材１２４ａ，１２４ｂと基板３１との係合が解けるため、仮に抑え部材１２に力が加わっても、これが基板３１に伝わって基板３１を反らせる、といったことが起こらない。
従って、半導体装置２１に不要なストレスをかける虞が小さい。

以上説明したように、この発明の実施の形態によれば、簡単な処理で、半導体装置をヒートシンクに当接させて、放熱を行うことが可能となる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、発熱部品の例として半導体装置を示したが、他の任意の発熱部品にヒートシンクを取り付ける場合に適用可能である。
また、抑え部材１２の構造も、「コ」の字状である必要はない。例えば、正面板１２１の両側部ではなく、両側部近傍に支持部１２２，１２３が接続されてもよい。
実施の形態２では、締結具で締結した際に、係合部１２４ａと１２４ｂと基板３１との係合が解ける例を説明したが、締結が完了した段階でも、係合部１２４ａと１２４ｂと基板３１との係合状態を維持するようにしてもよい。
位置決め用の部材の形状や、係合部材の形状も任意である。
ヒートシンク１１と抑え部材１２を半導体装置２１を介して締結する締結部材としてネジ１３を例示したが、他の締結部材を使用してもよい。また、半導体装置２１にネジ１３を通すための窪み部２１１ａ，２１１ｂを形成したが、これらを配置しなくてもよい。
また、上記実施の形態のおける各部の材質、サイズ、形状などは適宜変更可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。

１１ヒートシンク
１２抑え部材
１３ネジ
２１半導体装置（ＩＣ，ＬＳＩ）
３１基板
１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ貫通孔
１１２固定部
１２１正面板
１２２，１２３支持部
１２２ａ，１２３ａ位置決め突起
１２２ｂ，１２３ｂＬ字部材
１２４ａ，１２４ｂ係合部材（Ｌ字部材；フック）
２１１モールド部
２１１ａ，２１１ｂ窪み部
２１２ピン（足）
３１１ピン穴
３１２固定穴
３１３ａ，３１３ｂ貫通孔

Claims

基板上の発熱部品の近傍にヒートシンクを配置し、
下面に係合部材を備えた抑え部材を、前記係合部材を前記基板に形成された長穴に挿入して前記基板の下面に係合させた状態で、基板上に配置し、
締結具により前記ヒートシンクと前記抑え部材とを前記発熱部品を介して締結することにより、前記係合部材を前記基板の長穴に沿ってスライドして、前記係合部材と前記基板の下面との係合を解除し、
前記抑え部材を発熱部品に向けてスライドして、前記発熱部品をヒートシンクに押圧する、
ことを特徴とするヒートシンクの取り付け方法。