WO2018216627A1 - 電子機器 - Google Patents

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守央 宇佐美
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Definitions

  • the present invention relates to a cooling structure for a heat generating component possessed by an electronic device.
  • Some electronic devices have a heat sink such as a heat sink or heat pipe connected to an integrated circuit device such as a CPU or GPU.
  • an integrated circuit device is arranged on the upper side of a circuit board, and a heat dissipation device is arranged on the upper side of the integrated circuit device (for example, JP 2013-222275 A).
  • the heat dissipation device may restrict the layout of other components, or the cooling structure may be enlarged to obtain sufficient cooling performance.
  • An electronic device proposed in the present disclosure is formed in a first surface on which an electronic component is disposed, a second surface opposite to the first surface, and a region in which the electronic component is disposed.
  • FIG. 1 It is a schematic sectional drawing which shows an example of the electronic device proposed by this indication. It is an expanded sectional view of the circuit board which the electronic device of FIG. 1 has. It is a top view which shows the area
  • the electronic device 1 has a circuit board 10.
  • the circuit board 10 has a base material 10a formed of an insulating material such as paper phenol or glass epoxy resin.
  • a circuit pattern 15 (see FIG. 2A) is formed on the substrate 10a.
  • the circuit board 10 is a multilayer board having a plurality of layers, and a circuit pattern 15 is formed on each layer.
  • the circuit board 10 may not be a multilayer board.
  • the circuit board 10 may be a double-sided board in which the circuit pattern 15 is formed only on the upper surface and the lower surface, or a single-sided surface in which the circuit pattern 15 is formed only on the upper surface (the surface on which components such as integrated circuit devices are mounted). It may be a substrate.
  • the circuit board 10 has holes h ⁇ b> 2 that connect the plurality of circuit patterns 15 to each other (hereinafter, the holes h ⁇ b> 2 are “connection holes”).
  • a conductor 13 is formed inside the connection hole h ⁇ b> 2, and the plurality of circuit patterns 15 are electrically connected to each other through the conductor 13.
  • metal plating is applied to the inside of the connection hole h2.
  • the conductor 13 has a cylindrical shape, but unlike that, it may be formed so as to fill the connection hole h ⁇ b> 2.
  • the connection hole h ⁇ b> 2 is a through hole that penetrates the circuit board 10, for example. Unlike this, the connection hole h ⁇ b> 2 may be a recess that does not penetrate the circuit board 10.
  • the circuit board 10 further has a through hole h1 for forming a heat conduction path 11 to be described later.
  • the electronic component is, for example, a heat generating component that generates heat during operation.
  • the integrated circuit device 5 which is a heat generating component, is disposed on the circuit board 10.
  • the integrated circuit device 5 is, for example, a microprocessor, a memory, an analog signal processing circuit, or the like, but is not limited thereto.
  • the integrated circuit device 5 may be a SIP (system in package) in which a plurality of IC chips (silicon dies) are sealed in one package.
  • the integrated circuit device 5 may be a Sip in which a plurality of IC chips are arranged horizontally, or a Sip in which a plurality of IC chips are arranged in the vertical direction.
  • the integrated circuit device 5 includes two IC chips 5c and 5d that are stacked in the vertical direction.
  • electronic components that are susceptible to temperature may be disposed on the circuit board 10. Examples of such electronic components may be sensors, LEDs (Light Emitting Diode), inverters, motors, and the like.
  • the integrated circuit device 5 is a surface-mount type, and has a plurality of terminals connected to electrode pads 16 (see FIG. 2B) formed on the surface of the circuit board 10.
  • the integrated circuit device 5 is a BGA (Ball Grid Array) type, and has a plurality of solder balls 5b (see FIG. 1) on the lower surface thereof. The solder balls 5b are connected to the electrode pads 6, respectively.
  • the integrated circuit device 5 may not be a BGA type.
  • the integrated circuit device 5 may have a plurality of lead terminals connected to the circuit board 10 on the outer peripheral edge of the integrated circuit device 5 instead of the solder balls.
  • the integrated circuit device 5 may be an insertion mounting type having terminals that are inserted into holes formed in the circuit board 10 and soldered.
  • a heat dissipating device is disposed on the lower surface (second surface) of the circuit board 10.
  • a heat sink 21 is disposed on the lower surface of the circuit board 10.
  • the heat sink 21 is located on the opposite side of the integrated circuit device 5 with the circuit board 10 interposed therebetween. That is, the heat sink 21 is disposed so as to overlap the integrated circuit device 5 in a plan view of the circuit board 10.
  • the circuit board 10 has a through hole h1 (see FIG. 2A) penetrating the circuit board 10 in a region A where the integrated circuit device 5 is disposed.
  • the area A is an area having a size corresponding to the external dimension of the integrated circuit device 5. That is, the area A means an area immediately below the integrated circuit device 5.
  • the region A is a region that overlaps the integrated circuit device 5 in the plane of the circuit board 10.
  • the through hole h ⁇ b> 1 continues from the upper surface to the lower surface of the circuit board 10.
  • a heat conduction path 11 is provided in the through hole h1.
  • a plurality of through holes h ⁇ b> 1 are formed in the area A in the circuit board 10, and the heat conduction path 11 is provided in each through hole h ⁇ b> 1.
  • the heat conduction path 11 connects the integrated circuit device 5 and the heat sink 21, and the heat of the integrated circuit device 5 is transmitted to the heat sink 21 via the heat conduction path 11.
  • the heat conduction path 11 is formed of a material having higher thermal conductivity than the base material 10 a of the circuit board 10.
  • a space for the heat dissipation device is not required on the upper side of the integrated circuit device 5, so that another component 9 (for example, an antenna or the like) of the electronic device 1 is provided.
  • another component 9 for example, an antenna or the like
  • Transmission / reception module, sensor, external storage device, etc. can be arranged on the upper side of the integrated circuit device 5, and the degree of freedom in the layout of the components 9 can be increased.
  • the component 9 is disposed on the opposite side of the heat sink 21 with the circuit board 10 and the integrated circuit device 5 interposed therebetween. That is, the component 9 is arranged at a position close to the upper side of the integrated circuit device 5.
  • the distance L1 between the component 9 and the integrated circuit device 5 is smaller than the height H1 of the heat sink 21.
  • another heat dissipation device may be disposed on the upper surface of the integrated circuit device 5. As a result, two heat dissipating devices are provided in the integrated circuit device 5, so that the cooling performance can be improved.
  • the heat sink 21 is attached to the circuit board 10.
  • the heat sink 21 is fixed to the circuit board 10 with a fixing tool such as a screw or a bolt, for example.
  • the heat sink 21 may be soldered to the circuit board 10.
  • a heat pipe may be disposed on the lower surface of the circuit board 10 as a heat dissipation device instead of the heat sink 21 or together with the heat sink 21.
  • the heat conduction path 11 may connect the heat pipe and the integrated circuit device 5.
  • the circuit board 10 has an electric circuit.
  • the electric circuit is constituted by the circuit pattern 15 and the conductor 13 of the connection hole h2.
  • the heat conduction path 11 is formed of the same material as the conductor 13, for example.
  • the heat conduction path 11 in the manufacture of the circuit board 10, can be formed in the same process (plating process) as the conductor 13.
  • the heat conduction path 11 may be formed of the same material as that of the circuit pattern 15.
  • the heat conduction path 11 can be formed in the same process as the circuit pattern 15 in the manufacture of the circuit board 10.
  • the conductor 13 and the circuit pattern 15 may be formed of the same material.
  • the material of the circuit pattern 15, the conductor 13, and the heat conduction path 11 is, for example, copper.
  • the heat conduction path 11 may be formed of a material different from the material of the electric circuit.
  • the heat conduction path 11 may be formed of a material having a higher electric resistance than the material of the electric circuit. By doing so, it is possible to prevent the heat conduction path 11 and the heat sink 21 connected thereto from causing electromagnetic radiation noise (Electromagnetic Magnetic Interference, EMI).
  • the circuit pattern 15 is formed of a conductive material (for example, copper), and the heat conduction path 11 is formed of, for example, a metal having higher electric resistance than copper.
  • the heat conduction path 11 may be formed of an insulating material.
  • the heat conduction path 11 may be formed of heat conduction grease (also referred to as “heat radiation grease”).
  • the thermal conductive grease is a grease such as silicone mixed with a filler having high thermal conductivity (for example, particles of copper, silver, aluminum, or the like).
  • the heat conduction grease is filled in the through hole h ⁇ b> 1 to form the heat conduction path 11.
  • FIG. 2A in the example of the electronic device 1, the material of the heat conduction path 11 fills the through hole h1, and the heat conduction path 11 is columnar. By doing so, the heat of the integrated circuit device 5 can be efficiently transferred to the heat sink 21.
  • the structure of the heat conduction path 11 is not limited to the example of FIG. 2A.
  • FIG. 3 is a diagram showing another example of the heat conduction path 11 (the same reference numerals are given to the same portions as FIG. 2A in FIG. 3). As shown in FIG. 3, the heat conduction path 11 may have a cylindrical shape formed along the inner surface of the through hole h1.
  • the 2A and 3 can be formed by, for example, a plating process performed in the manufacture of the circuit board 10.
  • the heat conduction path 11 can be formed, for example, in a plating process for forming the conductor 13 of the connection hole h2.
  • the method for forming the heat conduction path 11 is not limited to plating.
  • the heat conduction path 11 may be a pin formed separately from the manufacture of the circuit board 10.
  • the heat conduction grease 11 may be formed by inserting the heat conduction grease into the through hole h1.
  • the heat conduction path 11 may be formed integrally with the heat sink 21. That is, a part of the heat sink 21 may be inserted into the through hole h 1, and this part may function as the heat conduction path 11.
  • the through hole h1 is, for example, circular in the plan view of the circuit board 10.
  • the through hole h1 can be formed relatively easily in the manufacture of the circuit board 10 as compared with the case where the through hole h1 is a square.
  • the shape of the through hole h1 is not limited to a circle.
  • the through hole h ⁇ b> 1 may be a long hole in a plan view of the circuit board 10.
  • the circuit board 10 is formed with the connection holes h2 for connecting the plurality of circuit patterns 15.
  • the width W1 (diameter) of the through hole h1 may be larger than the width (diameter) W2 of the connection hole h2.
  • the size of the through hole h1 is not limited to the example of FIG. 2A.
  • the width W1 (diameter) of the through hole h1 may be substantially the same as the width (diameter) W2 of the connection hole h2.
  • the connection hole h ⁇ b> 2 shown in FIG. 3 does not penetrate the circuit board 10.
  • the connection hole h ⁇ b> 2 connects two circuit patterns 15 formed inside the circuit board 10.
  • the circuit board 10 has a plurality of through holes h1.
  • the plurality of through holes h1 are arranged in a grid. That is, the plurality of through holes h1 are arranged at equal intervals in the vertical direction and the horizontal direction.
  • an electric wire 15c that constitutes a part of the circuit pattern 15 may be formed between two adjacent through holes h1.
  • the through holes h1 may be laid out so as to avoid the electric wires of the circuit pattern 15.
  • FIG. 4 is a plan view showing a modification of the heat conduction path 11.
  • the circuit board 10 has a plurality of heat conduction paths 11A, 11B, and 11C.
  • An electric wire 15a constituting a part of the circuit pattern 15 is formed between two adjacent heat conduction paths 11A, 11B, and 11C.
  • the heat conduction paths 11A, 11B, and 11C have different shapes and / or sizes in the plan view of the circuit board 10. Specifically, the heat conduction paths 11A and 11C are rectangular, whereas the heat conduction path 11B is L-shaped.
  • the heat conduction path 11B is bent in accordance with the electric wire 15a.
  • each heat conduction path 11A, 11B, 11C may be changed as appropriate in accordance with the shape of the circuit pattern 15. Moreover, the end part 11a (end part of the through-hole h1) of each heat conduction path 11A, 11B, 11C may be formed in circular arc shape. In this way, for example, it is easy to form the through hole h1 in which the heat conduction paths 11A, 11B, and 11C are formed.
  • the integrated circuit device 5 has a heat conductive pad 5a on its lower surface.
  • the solder ball 5b is formed outside the heat conductive pad 5a, but the position of the heat conductive pad 5a is not limited to this.
  • the heat conductive pad 5a has a size larger than that of a terminal used for signal transmission / reception such as a solder ball 5b in the bottom view of the integrated circuit device 5.
  • the heat conduction path 11 is connected to the heat conduction pad 5 a of the integrated circuit device 5.
  • the plurality of heat conduction paths 11 are located in the region B (see FIG. 2B) of the heat conduction pad 5a and are connected to the heat conduction pad 5a.
  • the heat conductive pad 5a is made of, for example, metal.
  • the heat conductive pad 5 a may be used for electrical connection with the circuit board 10.
  • the heat conductive pad 5a may be used as a ground line. That is, when the heat conduction path 11 is a conductor, the heat conduction path 11 is connected to a ground line formed on the circuit board 10, and the heat conduction path 11 and the heat conduction pad 5a are electrically and thermally connected to each other. May be connected.
  • the heat conductive pad 5 a may not be used for electrical connection with the circuit board 10. That is, the heat conduction path 11 and the heat conduction pad 5a may be electrically independent from the circuit of the circuit board 10.
  • connection member 31 that thermally connects these may be disposed between the heat conduction pad 5 a and the heat conduction path 11.
  • the connection member 31 is, for example, solder. That is, when both the heat conductive pad 5a and the heat conductive path 11 are formed of metal, they are electrically and thermally connected to each other by, for example, solder.
  • the connecting member 31 is not limited to solder.
  • the connection member 31 may be heat conductive grease (also referred to as “heat radiation grease”) or a heat conductive sheet.
  • the connecting member 31 is not necessarily limited to the heat conductive grease or the heat conductive sheet as long as it can be deformed so as to absorb the tolerance between the heat conductive path 11 and the heat conductive pad 5a.
  • connection member 32 that thermally connects them may be disposed between the heat sink 21 and the heat conduction path 11.
  • the connection member 32 is a heat conductive sheet, for example. This heat conductive sheet has elasticity in the thickness direction of the circuit board 10. By doing so, the connection stability between the heat sink 21 and the heat conduction path 11 can be secured, and when the heat sink 21 is pressed against the circuit board 10, it is possible to suppress the force from reaching the integrated circuit device 5. .
  • the heat conductive sheet one containing silicone or one containing acrylic resin can be used.
  • the connection member 32 may be the above-described heat conductive grease. Even in this case, the connection stability between the heat sink 21 and the heat conduction path 11 can be secured.
  • FIG. 5 is a view showing a modification of the circuit board 10 (in this figure, the same reference numerals are given to the same portions as FIG. 2A).
  • the circuit board 10 has a metal layer 18 on its lower surface (the surface facing the heat sink 21).
  • the metal layer 18 is formed over the entire region where the plurality of through holes h ⁇ b> 1 are formed, and connects the plurality of heat conduction paths 11.
  • the heat sink 21 is connected to the metal layer 18.
  • the heat sink 21 may be in direct contact with the metal layer 18, and the connection member 32 such as the above-described heat conductive sheet or heat conductive grease is disposed between the heat sink 21 and the metal layer 18.
  • the metal layer 18 is formed of the same material as the circuit pattern 15.
  • the metal layer 18 and the circuit pattern 15 (specifically, the circuit pattern 15 formed on the lower surface of the circuit board 10) can be formed in the same process in the manufacture of the circuit board 10.
  • a metal layer 17 that connects the plurality of heat conduction paths 11 is also formed on the upper surface of the circuit board 10.
  • the metal layer 17 is formed, for example, over the entire region where the plurality of through holes h ⁇ b> 1 are formed, and connects the plurality of heat conduction paths 11.
  • the heat conductive pad 5 a of the integrated circuit device 5 is connected to the metal layer 17.
  • the heat conductive pad 5 a may be soldered to the metal layer 17.
  • the connection member 31 such as the above-described heat conductive sheet or heat conductive grease may be disposed between the heat conductive pad 5 a and the metal layer 17.
  • the metal layer 17 is formed of the same material as the circuit pattern 15.
  • the metal layer 17 and the circuit pattern 15 (specifically, the circuit pattern 15 formed on the upper surface of the circuit board 10) can be formed in the same process in the manufacture of the circuit board 10.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modification of the heat conduction path 11.
  • the circuit board 10 has one through hole h3.
  • the through hole h3 has a width W3 larger than the width W2 of the connection hole h2 described above. More specifically, the width W3 is even larger than the interval W4 between the two solder balls 5b.
  • the width W3 of the integrated circuit device 5 is larger than half of the size of the heat conductive pad 5a.
  • the integrated circuit device 5 may substantially correspond to the width of the heat conductive pad 5a.
  • the heat conduction path 111 is filled in the through hole h3. That is, the heat conduction path 11 is formed in the entire area of the through hole h3. If such a relatively large through hole h3 is formed, the heat of the integrated circuit device 5 can be transmitted to the heat sink 21 more efficiently.
  • the integrated circuit device 5 may be a SIP in which a plurality of IC chips (silicon dies) are sealed in one package.
  • FIG. 7 is a plan view showing an example of a circuit board 10 on which such an integrated circuit device 5 is mounted.
  • a region D indicates a region where the integrated circuit device 5 is disposed.
  • Regions D1, D2, and D3 indicate the positions of a plurality of IC chips included in the integrated circuit device 5, respectively.
  • heat transfer paths 111 ⁇ / b> A and 111 ⁇ / b> B that connect the integrated circuit device 5 and the heat sink 21 are formed.
  • the positions of the heat transfer paths 111A and 111B correspond to the positions of the IC chips that the integrated circuit device 5 has.
  • the heat transfer paths 111A and 111B are located in the regions D1 and D2, respectively. By doing so, the IC chip included in the integrated circuit device 5 can be effectively cooled.
  • the shapes of the heat conduction paths 111A and 111B may not be the same.
  • the shapes of the heat conduction paths 111 ⁇ / b> A and 111 ⁇ / b> B may be appropriately changed according to the position of each IC chip and the circuit pattern 15 formed on the circuit board 10.
  • the heat conduction path may not be provided for some IC chips included in the integrated circuit device 5.
  • a heat conduction path may not be provided for an IC chip that generates a small amount of heat.
  • no heat transfer path is provided for the IC chip disposed in the region D3.
  • the heat sink 21 is disposed on the lower surface of the circuit board 10.
  • the circuit board 10 has through holes h1 and h3 penetrating the circuit board 10 in a region A in which the integrated circuit device 5 is disposed.
  • Heat conduction paths 11, 111, 111A, and 111B are provided in the through holes h1 and h3.
  • the heat conduction paths 11, 111, 111A, and 111B connect the integrated circuit device 5 and the heat sink 21, and the heat of the integrated circuit device 5 is transmitted to the heat sink 21 through the heat conduction paths 11, 111, 111A, and 111B. .
  • the heat conduction paths 11, 111, 111 ⁇ / b> A, 111 ⁇ / b> B are formed of a material having a higher thermal conductivity than the base material 10 a of the circuit board 10. According to this structure of the electronic devices 1 and 100, the degree of freedom can be increased with respect to the layout of other components included in the electronic device. Unlike the examples of the electronic devices 1 and 100, when another heat radiating device is arranged on the upper surface of the integrated circuit device 5, the integrated circuit device 5 is provided with two heat radiating devices, so that the cooling performance is improved. it can.

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Abstract

回路基板（１０）の下面にはヒートシンク（２１）が配置されている。回路基板（１０）は、集積回路装置（５）が配置される領域（Ａ）内に、回路基板（１０）を貫通している貫通孔（ｈ１）を有している。この貫通孔（ｈ１）には熱伝導路（１１）が設けられている。熱伝導路（１１）は集積回路装置５とヒートシンク（２１）とを接続している。この構造によれば、ヒートシンク（２１）とは異なる部品を集積回路装置（５）と同じ側には配置することができるので、部品のレイアウトについて自由度を増やすことができる。

Description

電子機器
　本発明は電子機器が有している発熱部品のための冷却構造に関する。
　電子機器のなかには、ＣＰＵやＧＰＵなどの集積回路装置にヒートシンクやヒートパイプなどの放熱装置を接続しているものがある。従来の電子機器では、回路基板の上側に集積回路装置を配置し、集積回路装置の上側に放熱装置が配置されている（例えば、特開２０１３－２２２２７５号公報）。
　従来の電子機器では、放熱装置が他の部品のレイアウトの制約となる場合や、十分な冷却性能を得るために冷却構造が大型化してしまう場合があった。
　本開示で提案する電子機器は、電子部品が配置される第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記電子部品が配置される領域内に形成されている貫通孔とを有している回路基板と、前記回路基板の前記第２の面に配置され、且つ前記回路基板を挟んで前記電子部品とは反対側に位置している放熱装置と、前記回路基板の前記貫通孔に設けられ、前記電子部品と前記放熱装置とを接続する熱伝導路と、を有している。この電子機器によれば、電子機器が備えている部品のレイアウトについて自由度を増したり、或いは、電子部品のための冷却性能を向上できる。
本開示で提案する電子機器の一例を示す概略の断面図である。 図１の電子機器が有している回路基板の拡大断面図である。 図２Ａに示す熱伝導路が形成された領域を示す平面図である。 図２Ａに示す回路基板に形成されている熱伝導路の変形例を示す断面図である。 図２Ａに示す熱伝導路のさらに別の変形例を示す平面図である。 図２Ａに示す回路基板の変形例を示す断面図である。 図１及び図２Ａに示す貫通孔及び熱伝導路の変形例を示す断面図である。 図１及び図２Ａに示す回路基板の変形例を示す平面図である。
　以下、本開示で提案する電子機器の実施形態について説明する。以下の説明では、図１のＺ１及びＺ２が示す方向をそれぞれ上方及び下方と称する。以下の説明にある上方、下方、上側、下側などの用語は、電子機器が有している部品、部材、及び要素の相対的な位置関係を示すために使用されている。これらの用語は、電子機器内における部品等の姿勢や、電子機器の姿勢を限定するものではない。
　図１に示すように、電子機器１は回路基板１０を有している。回路基板１０は、例えば紙フェノールやガラスエポキシ樹脂などの絶縁材料で形成された基材１０ａを有している。基材１０ａに回路パターン１５（図２Ａ参照）が形成されている。回路基板１０は複数の層を有する多層基板であり、各層に回路パターン１５が形成されている。回路基板１０は多層基板でなくてもよい。例えば、回路基板１０はその上面と下面とにだけ回路パターン１５が形成された両面基板でもよいし、上面（集積回路装置などの部品が実装される面）だけに回路パターン１５が形成された片面基板でもよい。
　電子機器１の例では、図２Ａに示すように、回路基板１０は複数の回路パターン１５を相互に接続する孔ｈ２を有している（以下では、この孔ｈ２を「接続孔」）。接続孔ｈ２の内側には導体１３が形成されており、複数の回路パターン１５はこの導体１３を介して相互に電気的に接続している。例えば、接続孔ｈ２の内側には金属メッキが施される。電子機器１の例では、導体１３は筒状であるが、それとは異なり、接続孔ｈ２を埋めるように形成されてもよい。接続孔ｈ２は、図２Ａに示すように、例えば回路基板１０を貫通する貫通孔である。これとは異なり、接続孔ｈ２は回路基板１０を貫通しない凹部であってもよい。回路基板１０は、後述する熱伝導路１１を形成するための貫通孔ｈ１を、さらに有している。
　図１に示すように、回路基板１０の上面（第１の面）には電子部品が配置されている。電子部品は、例えば動作時に熱を発する発熱部品である。電子機器１の例では、回路基板１０には発熱部品である集積回路装置５が配置されている。集積回路装置５は、例えばマイクロプロセッサや、メモリ、アナログ信号処理回路などであるが、これらに限定されない。また、集積回路装置５は、複数のＩＣチップ（シリコンダイ）を１つのパッケージ内に封止したＳｉｐ（ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｐａｃｋａｇｅ）でもよい。この場合、集積回路装置５は、複数のＩＣチップが水平に並べられるＳｉｐでもよいし、複数のＩＣチップが上下方向で並ぶＳｉｐでもよい。図１の例では、集積回路装置５は上下方向で重ねられている２つのＩＣチップ５ｃ、５ｄを有している。回路基板１０には、集積回路装置５に代えて、温度の影響を受けやすい電子部品が配置されてもよい。そのような電子部品の例は、センサ類、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）、インバータ、モーター類などであってもよい。
　集積回路装置５は表面実装型であり、回路基板１０の表面に形成されている電極パッド１６（図２Ｂ参照）に接続される複数の端子を有している。電子機器１の例では、集積回路装置５はＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）型であり、その下面に複数の半田ボール５ｂ（図1参照）を有している。半田ボール５ｂは電極パッド６にそれぞれ接続している。なお、集積回路装置５はＢＧＡ型でなくてもよい。例えば、集積回路装置５は、半田ボールに変えて、集積回路装置５の外周縁に、回路基板１０に接続される複数のリード端子を有してもよい。さらに他の例では、集積回路装置５は、回路基板１０に形成された孔に差し込まれて半田付けされる端子を有する挿入実装型でもよい。
　回路基板１０の下面（第２の面）には放熱装置が配置される。図１に示すように、電子機器１の例では、回路基板１０の下面にはヒートシンク２１が配置されている。ヒートシンク２１は回路基板１０を挟んで集積回路装置５とは反対側に位置している。すなわち、回路基板１０の平面視において、ヒートシンク２１は集積回路装置５と重なるように配置されている。回路基板１０は、集積回路装置５が配置される領域Ａ内に、回路基板１０を貫通している貫通孔ｈ１（図２Ａ参照）を有している。領域Ａは集積回路装置５の外形寸法に対応したサイズの領域である。すなわち、領域Ａは集積回路装置５の直下の領域を意味している。言い換えれば、領域Ａは、回路基板１０の平面において集積回路装置５と重なる領域である。貫通孔ｈ１は、回路基板１０の上面から下面まで続いている。この貫通孔ｈ１には熱伝導路１１が設けられている。電子機器１の例では、回路基板１０には、領域Ａ内に複数の貫通孔ｈ１が形成され、各貫通孔ｈ１に熱伝導路１１が設けられている。熱伝導路１１は集積回路装置５とヒートシンク２１とを接続しており、集積回路装置５の熱は熱伝導路１１を介してヒートシンク２１に伝えられる。熱伝導路１１は、回路基板１０の基材１０ａよりも高い熱伝導率を有する材料で形成されている。
　電子機器１のこの構造によると、図１に示すように、集積回路装置５の上側には放熱装置のためのスペースが必要なくなるので、電子機器１が有する他の部品９（例えば、アンテナなどを有する送受信モジュールや、センサー、外部記憶装置など）を集積回路装置５の上側に配置でき、部品９のレイアウトについて自由度を増すことができる。電子機器１の例では、回路基板１０と集積回路装置５とを挟んでヒートシンク２１とは反対側に部品９が配置されている。つまり、部品９は集積回路装置５の上側に近い位置に配置されている。具体的には、部品９と集積回路装置５との距離Ｌ１は、ヒートシンク２１の高さＨ１よりも小さい。電子機器１の例とは異なり、集積回路装置５の上面に別の放熱装置を配置してもよい。こうすることによって集積回路装置５に２つの放熱装置が設けられることとなるので、冷却性能を向上できる。
　ヒートシンク２１は回路基板１０に取り付けられる。ヒートシンク２１は、例えば回路基板１０に螺子やボルトなどの固定具で固定される。ヒートシンク２１は回路基板１０に半田付けされてもよい。
　なお、回路基板１０の下面には、ヒートシンク２１に代えて、或いはヒートシンク２１とともに、ヒートパイプが放熱装置として配置されてもよい。そして、熱伝導路１１はヒートパイプと集積回路装置５とを接続してもよい。
　上述したように、回路基板１０は電気回路を有している。電気回路は、上述した回路パターン１５と接続孔ｈ２の導体１３とによって構成されている。熱伝導路１１は、例えば導体１３と同じ材料で形成される。この場合、回路基板１０の製造において、導体１３と同じプロセス（めっき工程）において熱伝導路１１を形成することが可能となる。熱伝導路１１は、回路パターン１５の材料と同じ材料で形成されてもよい。この場合、回路基板１０の製造において、回路パターン１５と同じプロセスにおいて熱伝導路１１を形成することが可能となる。なお、導体１３と回路パターン１５は同じ材料で形成されてもよい。回路パターン１５と導体１３と熱伝導路１１の材料は、例えば銅である。
　熱伝導路１１は、電気回路の材料とは異なる材料で形成されてもよい。例えば、熱伝導路１１は、電気回路の材料よりも高い電気抵抗を有する材料で形成されてもよい。こうすることによって、熱伝導路１１やそれに接続されるヒートシンク２１が、電磁輻射ノイズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ、ＥＭＩ）の原因となることを防ぐことができる。回路パターン１５は、導体材料（例えば銅）で形成され、熱伝導路１１は、例えば銅よりも電気抵抗の高い金属で形成される。熱伝導路１１は絶縁材料で形成されてもよい。例えば、熱伝導路１１は熱伝導グリス（「放熱グリス」とも言う）で形成されてもよい。熱伝導グリスは、高い熱伝導性を有するフィラー（例えば、銅や、銀、アルミなどの粒子）が混ぜられた、シリコーン等のグリスである。熱伝導グリスは貫通孔ｈ１に充填され、熱伝導路１１を形成する。
　図２Ａに示すように、電子機器１の例では、熱伝導路１１の材料は貫通孔ｈ１を埋めており、熱伝導路１１は柱状である。こうすることによって、集積回路装置５の熱をヒートシンク２１に効率的に伝えることができる。熱伝導路１１の構造は、図２Ａの例に限られない。図３は熱伝導路１１の他の例を示す図である（図３において図２Ａと同じ箇所には同じ符号を付している）。図３に示すように、熱伝導路１１は貫通孔ｈ１の内面に沿って形成された筒状でもよい。
　図２Ａ及び図３で例示する熱伝導路１１は、例えば、回路基板１０の製造においてなされるめっき処理で形成され得る。熱伝導路１１は、例えば、接続孔ｈ２の導体１３を形成するためのめっき処理において形成され得る。熱伝導路１１の形成方法は、めっき処理に限られない。例えば、熱伝導路１１は回路基板１０の製造とは別個に形成されたピンでもよい。他の例では、上述したように、熱伝導グリスが貫通孔ｈ１に挿入されて、熱伝導路１１を形成してもよい。さらに他の例では、熱伝導路１１は、ヒートシンク２１と一体的に形成されてもよい。すなわち、ヒートシンク２１の一部が貫通孔ｈ１に挿入されて、この一部が熱伝導路１１として機能してもよい。
　図２Ｂに示すように、貫通孔ｈ１は、回路基板１０の平面視において、例えば円形である。こうすると、例えば貫通孔ｈ１が四角形である場合に比して、回路基板１０の製造において比較的容易に貫通孔ｈ１を形成できる。なお、貫通孔ｈ１の形状は、円形に限られない。例えば、貫通孔ｈ１は、回路基板１０の平面視において長孔でもよい。
　上述したように、回路基板１０には、複数の回路パターン１５を接続するための接続孔ｈ２が形成されている。図２Ａに示すように、貫通孔ｈ１の幅Ｗ１（直径）は、接続孔ｈ２の幅（直径）Ｗ２よりも大きくてもよい。こうすることによって、集積回路装置５からヒートシンク２１への熱伝達効率を向上できる。
　貫通孔ｈ１のサイズは、図２Ａの例に限られない。例えば、図３に示すように、貫通孔ｈ１の幅Ｗ１（直径）は、接続孔ｈ２の幅（直径）Ｗ２と実質的に同じでもよい。こうすることによって、回路基板１０の製造において、接続孔ｈ２と貫通孔ｈ１とを形成する穴開け工程において同じ工具を使用することが可能となり、回路基板１０の製造を簡単化できる。図３に示す接続孔ｈ２は回路基板１０を貫通していない。接続孔ｈ２は回路基板１０の内部に形成される２つの回路パターン１５を接続している。
　上述したように、回路基板１０には複数の貫通孔ｈ１が形成されている。図２Ｂの例では、複数の貫通孔ｈ１はグリッド状に配置されている。つまり、複数の貫通孔ｈ１は、縦方向及び横方向に等間隔で並んでいる。図２Ａに示すように、隣り合う２つの貫通孔ｈ１の間には、回路パターン１５の一部を構成する電線１５ｃが形成されてもよい。言い換えれば、貫通孔ｈ１は、回路パターン１５の電線を避けるようにしてレイアウトされてもよい。
　図４は、熱伝導路１１の変形例を示す平面図である。この図の例では、回路基板１０は複数の熱伝導路１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを有している。隣り合う２つの熱伝導路１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの間に、回路パターン１５の一部を構成する電線１５ａが形成されている。熱伝導路１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、回路基板１０の平面視において、形状及び／又はサイズが異なっている。具体的には、熱伝導路１１Ａ、１１Ｃは長方形であるのに対して、熱伝導路１１ＢはＬ字形状である。熱伝導路１１Ｂは電線１５ａに合わせて屈曲している。各熱伝導路１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの形状は回路パターン１５の形状に合わせて適宜変更されてよい。また、各熱伝導路１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの端部１１ａ（貫通孔ｈ１の端部）は円弧状に形成されてもよい。こうすれば例えば、熱伝導路１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが形成される貫通孔ｈ１の形成が容易となる。
　図１に示すように、集積回路装置５は、その下面に、熱伝導パッド５ａを有している。集積回路装置５の例では、半田ボール５ｂは熱伝導パッド５ａの外側に形成されているが、熱伝導パッド５ａの位置はこれに限られない。熱伝導パッド５ａは、集積回路装置５の底面視において、半田ボール５ｂなど、信号の送受に利用される端子よりも大きなサイズを有する。熱伝導路１１は、集積回路装置５の熱伝導パッド５ａに接続している。電子機器１の例では、複数の熱伝導路１１が熱伝導パッド５ａの領域Ｂ（図２Ｂ参照）内に位置し、熱伝導パッド５ａに接続している。熱伝導パッド５ａは、例えば金属で形成される。
　熱伝導パッド５ａは回路基板１０との電気的接続に利用されてもよい。例えば、熱伝導パッド５ａはグランド線として利用されてもよい。つまり、熱伝導路１１が導体である場合、熱伝導路１１は回路基板１０に形成されているグランド線に接続し、熱伝導路１１と熱伝導パッド５ａは、電気的及び熱的に、互いに接続されてよい。このような例とは異なり、熱伝導パッド５ａは回路基板１０との電気的接続に利用されていなくてもよい。つまり、熱伝導路１１と熱伝導パッド５ａは、回路基板１０の回路から電気的に独立していてもよい。
　図１に示すように、熱伝導パッド５ａと熱伝導路１１との間には、これらを熱的に接続する接続部材３１が配置されてもよい。熱伝導パッド５ａと熱伝導路１１の双方が金属で形成される場合、接続部材３１は例えば半田である。すなわち、熱伝導パッド５ａと熱伝導路１１の双方が金属で形成される場合、これらは、例えば半田によって、電気的且つ熱的に互いに接続される。接続部材３１は半田に限られない。例えば、接続部材３１は熱伝導グリス（「放熱グリス」とも言う）でもよいし、熱伝導シートでもよい。接続部材３１は、熱伝導路１１と熱伝導パッド５ａの公差を吸収できるように変形可能であれば、必ずしも熱伝導グリスや熱伝導シートに限られない。
　図１に示すように、ヒートシンク２１と熱伝導路１１との間には、それらを熱的に接続する接続部材３２が配置されてもよい。接続部材３２は、例えば熱伝導シートである。この熱伝導シートは回路基板１０の厚さ方向での弾性を有する。こうすることによって、ヒートシンク２１と熱伝導路１１との接続安定性を確保でき、また、ヒートシンク２１を回路基板１０に押しつけたときに、その力が集積回路装置５に及ぶことを抑えることができる。熱伝導シートとしては、シリコーンを含むものや、アクリル樹脂を含むものなどを利用できる。接続部材３２は、上述した熱伝導グリスでもよい。この場合でも、ヒートシンク２１と熱伝導路１１との接続安定性を確保できる。
　図５は、回路基板１０の変形例を示す図である（この図において、図２Ａと同一の箇所には同一符号を付している）。この図の例において、回路基板１０は、その下面（ヒートシンク２１に向いた面）に、金属層１８を有している。金属層１８は、例えば複数の貫通孔ｈ１が形成されている領域全体に亘って形成され、複数の熱伝導路１１を接続している。回路基板１０が金属層１８を有する場合、ヒートシンク２１はこの金属層１８に接続する。この場合、ヒートシンク２１は金属層１８に直接的に接触してもよいし、ヒートシンク２１と金属層１８との間に、上述した熱伝導シートや熱伝導グリスなどである接続部材３２が配置されてもよい。金属層１８は、例えば、回路パターン１５と同じ材料で形成される。これによって、金属層１８と、回路パターン１５（具体的には、回路基板１０の下面に形成される回路パターン１５）は、回路基板１０の製造において、同じ工程で形成できる。
　なお、図５の例では、回路基板１０の上面にも、複数の熱伝導路１１を接続する金属層１７が形成されている。金属層１７は、例えば複数の貫通孔ｈ１が形成されている領域全体に亘って形成され、複数の熱伝導路１１を接続している。回路基板１０が金属層１７を有する場合、集積回路装置５の熱伝導パッド５ａはこの金属層１７に接続する。この場合、熱伝導パッド５ａは、金属層１７に半田付けされてもよい。それとは異なり、熱伝導パッド５ａと金属層１７との間に、上述した熱伝導シートや熱伝導グリスなどである接続部材３１が配置されてもよい。金属層１７は、例えば、回路パターン１５と同じ材料で形成される。これによって、金属層１７と、回路パターン１５（具体的には、回路基板１０の上面に形成される回路パターン１５）は、回路基板１０の製造において、同じ工程で形成できる。
　図６は、熱伝導路１１の変形例を示す断面図である。この図において、図１と同一の箇所には同一符号を付している。この図に示す電子機器１００の例では、回路基板１０は１つの貫通孔ｈ３を有している。貫通孔ｈ３は、上述した接続孔ｈ２の幅Ｗ２よりも大きな幅Ｗ３を有している。より具体的には、幅Ｗ３は、２つの半田ボール５ｂの間隔Ｗ４よりもさらに大きい。幅Ｗ３は、集積回路装置５が熱伝導パッド５ａのサイズの半分よりも大きい。幅Ｗ３は、集積回路装置５が熱伝導パッド５ａの幅に実質的に対応してもよい。熱伝導路１１１は貫通孔ｈ３に充填されている。すなわち、熱伝導路１１は貫通孔ｈ３の全域に形成されている。このような比較的大きな貫通孔ｈ３を形成すれば、集積回路装置５の熱をさらに効率的にヒートシンク２１に伝えることができる。
　上述したように、集積回路装置５は、複数のＩＣチップ（シリコンダイ）を１つのパッケージ内に封止したＳｉｐでもよい。図７は、そのような集積回路装置５が実装される回路基板１０の例を示す平面図である。この図において領域Ｄは、集積回路装置５が配置される領域を示している。領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、それぞれ集積回路装置５が有している複数のＩＣチップの位置を示している。回路基板１０には、集積回路装置５とヒートシンク２１とを接続する熱伝達路１１１Ａ、１１１Ｂが形成されている。熱伝達路１１１Ａ、１１１Ｂの位置は、集積回路装置５が有しているＩＣチップの位置に対応している。すなわち、熱伝達路１１１Ａ、１１１Ｂは領域Ｄ１、Ｄ２にそれぞれ位置している。こうすることによって、集積回路装置５が有するＩＣチップを効果的に冷却できる。熱伝導路１１１Ａ、１１１Ｂの形状は同じで無くてもよい。熱伝導路１１１Ａ、１１１Ｂの形状は、各ＩＣチップの位置や、回路基板１０に形成される回路パターン１５に合わせて適宜変更されてよい。
　なお、熱伝導路は、集積回路装置５が有する一部のＩＣチップについては設けられていなくてもよい。例えば、発熱量が小さいＩＣチップに対しては、熱伝導路は設けられていなくてもよい。図７の例では、領域Ｄ３に配置されるＩＣチップについて、熱伝達路は設けられていない。
　以上説明したように、電子機器１、１００の例では、回路基板１０の下面にはヒートシンク２１が配置されている。回路基板１０は、集積回路装置５が配置される領域Ａ内に、回路基板１０を貫通している貫通孔ｈ１、ｈ３を有している。この貫通孔ｈ１、ｈ３には熱伝導路１１、１１１、１１１Ａ、１１１Ｂが設けられている。熱伝導路１１、１１１、１１１Ａ、１１１Ｂは集積回路装置５とヒートシンク２１とを接続しており、集積回路装置５の熱は熱伝導路１１、１１１、１１１Ａ、１１１Ｂを介してヒートシンク２１に伝えられる。熱伝導路１１、１１１、１１１Ａ、１１１Ｂは、回路基板１０の基材１０ａよりも高い熱伝導率を有する材料で形成されている。電子機器１、１００のこの構造によると、電子機器が有している他の部品のレイアウトについて自由度を増すことができる。電子機器１、１００の例とは異なり、集積回路装置５の上面に別の放熱装置を配置する場合には、集積回路装置５に２つの放熱装置が設けられることとなるので、冷却性能を向上できる。
　なお、本発明は以上説明した実施形態に限られず、種々の変更がなされてよい。

 

Claims (14)

  1. 　電子部品が配置される第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記電子部品が配置される領域内に形成されている貫通孔とを有している回路基板と、
    　前記回路基板の前記第２の面に配置され、且つ前記回路基板を挟んで前記電子部品とは反対側に位置している放熱装置と、
    　前記回路基板の前記貫通孔に設けられ、前記電子部品と前記放熱装置とを接続する熱伝導路と、を有している
    　ことを特徴とする電子機器。
  2. 　前記回路基板には、前記領域内に位置する複数の貫通孔が形成され、
    　前記複数の貫通孔のそれぞれに前記熱伝導路が設けられている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  3. 　前記回路基板は回路パターンを有し、
    　前記複数の貫通孔のうち隣接する２つの貫通孔の間に、前記回路パターンを構成する電線が形成されている
    　ことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
  4. 　前記回路基板は、複数の層と、複数の層にそれぞれ形成されている複数の回路パターンと、前記回路基板を貫通し且つ前記複数の回路パターンを電気的に接続する孔である接続孔とを有し、
    　前記貫通孔のサイズは、平面視において、前記接続孔よりも大きい
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  5. 　前記回路基板は、複数の層と、複数の層にそれぞれ形成されている複数の回路パターンと、前記回路基板を貫通し且つ前記複数の回路パターンを電気的に接続する接続孔とを有し、
    　前記貫通孔のサイズは、平面視において、前記接続孔と実質的に同じである
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  6. 　前記電子部品は集積回路装置であり、
    　前記集積回路装置は、前記回路基板に向いてる面に熱伝導部を有し、
    　前記貫通孔のサイズは、前記回路基板の平面視において、前記熱伝導部の半分よりも大きい
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  7. 　前記回路基板には電気回路が形成されており、
    　前記熱伝導路は前記電気回路の材料よりも電気抵抗が高い材料で形成されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  8. 　前記回路基板には電気回路が形成されており、
    　前記熱伝導路は前記電気回路の材料と同じ材料で形成されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  9. 　前記熱伝導路は前記貫通孔の内側に形成されるめっきである
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  10. 　前記電子部品は集積回路装置であり、
    　前記集積回路装置は、前記回路基板に向いてる面に熱伝導部を有し、
    　前記熱伝導路は前記熱伝導部に接続している
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  11. 　前記放熱部材と前記熱伝導路との間には、熱伝導シートと熱伝導グリスのうち少なくとも一方が配置されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  12. 　前記回路基板は、前記第２の面に、前記貫通孔の前記熱伝導路に接続され且つ前記回路基板と一体に形成されている金属層を有している
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  13. 　前記回路基板と前記電子部品とを挟んで前記放熱装置とは反対側に、別の部品が配置されている
    　前記別の部品と前記電子部品との距離は、前記回路基板の厚さ方向での前記放熱装置の厚さよりも小さい
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  14. 　前記熱伝導路は、前記回路基板の基材よりも高い熱伝導率を有する材料で形成され、且つ前記貫通孔を満たしている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。

     
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