JP3280954B2 - 回路モジュール及び回路モジュールを搭載した電子機器 - Google Patents

回路モジュール及び回路モジュールを搭載した電子機器

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子のよう
な発熱する電子部品の熱を放熱する機構を備えた回路モ
ジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ノート型パーソナルコンピュー
タ、あるいは、いわゆるモバイルコンピュータと呼ばれ
る携帯可能で小型の電子機器が広く普及している。この
種の電子機器は、携帯性を高めるために機器本体の小型
化が進められ、同時に一層の性能の向上が求められてい
る。
【０００３】このような電子機器本体の小型化を図るた
め、内部の電子部品は高い実装密度で設けられていると
ともに、高性能化に伴い電子部品の発熱量も大きくなる
傾向にある。従って、電子機器内部の温度上昇の影響に
よる電子部品への障害が問題となる。
【０００４】そこで、電子機器本体内に、電子部品から
発生した熱を放熱するための放熱機構が種々検討されて
いる。この放熱機構としては、ヒートシンク（放熱器）
を用いたものが広く用いられている。このヒートシンク
は、熱伝導率の高いアルミニウム等の材料で加工され、
より発熱効率を高めるために表面積を大きくする工夫も
なされている。このヒートシンクなどの放熱器を、半導
体チップなどの発熱源と熱伝導するように接続する。発
熱源から発生する熱は、放熱器を介して例えば空気中に
放出させている。
【０００５】一方、回路モジュールは、印刷配線基板、
熱を発する電子部品である半導体チップ（発熱電子部
品）、半導体パッケージ、ヒートシンク（放熱器）等の
部品から構成されており、各部品の設計誤差が生じる。
また、最近では半導体チップの小型・多ピン化に対応す
る半導体パッケージとしてＢＧＡ（Bａｌｌ Ｇｒｉｄ
Ａｒｒａｙ）パッケージが広く用いられるようになって
いる。このＢＧＡパッケージは、印刷配線基板との接合
部分にボール状のハンダが用いられており、組立時にハ
ンダボール変形による公差が生じる。
【０００６】このように回路モジュールを組み立てる際
には、各種の寸法公差が生じることになる。この寸法公
差の絶対量が大きくなると、熱を発生する電子部品であ
る半導体チップ（発熱電子部品）とヒートシンク（放熱
器）との間に隙間が生じて放熱効率が悪化したり、逆に
寸法公差によっては各部品が押しつぶされて部品接合部
分に必要以上の過重がかかり長期信頼性が劣化すること
も考えられる。
【０００７】そこで、寸法公差を吸収するための従来の
手法を、以下に挙げる。
【０００８】第一は、熱を発生する電子部品である半導
体チップ（発熱電子部品）とヒートシンク（放熱器）と
の間に、例えば、クールシートやグリス等の熱接続部材
を介在させて公差を吸収する手法、第二に印刷配線基板
とヒートシンクの取付部分にバネ構造を用いて公差を吸
収する手法がある。
【０００９】第一の手法において、クールシートを用い
た場合、シートを厚くすると熱抵抗が大きくなり放熱効
果を下げたり、各部品の公差が最大になりシートを押し
つぶす量が大きくなると必要以上のストレスが生じてし
まい部品接合部の長期信頼性を劣化させてしまう。ま
た、グリスを用いた場合、部品接合部のストレスは小さ
くできるが、グリスを厚くしすぎると周りに漏れだして
しまい、十分な放熱をすることができなくなることも考
えられる。
【００１０】第二の手法では、印刷配線基板とヒートシ
ンクの取付部分に配置したバネの弾性力を調節すれば、
部品接合部のストレスを吸収することもできるが、取付
構造が複雑になり組立に余計な作業を伴うことになる。
【００１１】さらに、特開平４−１２９７５２号公報に
は、金属細線を発熱体と放熱器の間に配設して、発熱体
の熱を放熱器に伝える技術が示されている。さらに、金
属細線を熱伝導性があり弾性を有する部材で構成する旨
の記載がある。熱伝導性があり弾性を有する金属細線を
用いることで、寸法公差は吸収できるものの、金属細線
では前記発熱体及び放熱器に接触する面積が少なく熱伝
導効率と言う点で十分な放熱効果を得られない。また、
同公報には、金属細線を弾性を有したフェルト状に形成
した例も示されているが、この場合、金属細線同士の結
合により熱を伝導させており、この場合も熱伝導効率と
言う点で十分な放熱効果を得られない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このように高密度実装
が要求される小型の電子機器に用いられる回路モジュー
ルにおいて、半導体チップ（発熱電子部品）から発生す
る熱を放熱器で逃がす場合には、回路モジュールを構成
する各種部品の設計誤差等による寸法公差を配慮する必
要がある。しかしながら、従来考えられた手法では、発
熱電子部品からの熱を効率よく放熱する点と、部品の寸
法公差を吸収して部品接合部のストレスを少なくする点
の両者を兼ね備えた回路モジュールが存在していなかっ
た。
【００１３】本発明は以上の点に鑑みなされたものであ
り、その目的とするところは、放熱効率が高く、部品に
対するストレスを軽減した回路モジュール及び、該回路
モジュールを搭載した電子機器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の回路モジュールは、熱を発生する発熱電子
部品と、この発熱電子部品から発生する熱を放出する放
熱器と、前記発熱電子部品と前記放熱器の間に介在し、
前記発熱電子部品から発生するる熱を前記放熱器に伝導
するよう接続され、所定の弾性力を有した薄板を複数配
置した熱接続部材と、前記熱接続部材は、放熱器の一部
の面を切り起こして一体形成したことを特徴とする。
【００１５】本発明の回路モジュールによれば、放熱器
の一部の面を切り起こして一体形成された熱接続部材が
持つ弾性力により寸法公差を吸収し、複数の薄板により
発熱電子部品から発生する熱を確実に放熱器に伝達する
ことができる。また、上記目的を達成するため、本発明
の回路モジュールは、熱を発生する発熱電子部品と、こ
の発熱電子部品から発生する熱を放出し、前記発熱電子
部品と対向する面に切り欠き部を有する放熱器と、前記
発熱電子部品と前記放熱器の間に介在して前記発熱電子
部品から発生する熱を前記放熱器へ伝導するよう接続さ
れ、前記放熱器の切り欠き部により位置が規定され、所
定の弾性力を有した薄板を複数配置した熱接続部材と、
を具備することを特徴とする。 本発明の回路モジュール
によれば、熱接続部材が持つ弾性力により寸法公差を吸
収し、切り欠き部に熱接続部材が配置されることによ
り、熱接続部材の移動範囲が規制されるので、複数の薄
板により発熱電子部品から発生する熱を確実に放熱器に
伝達することができる。 また、更に、上記目的を達成す
るため、本発明の回路モジュールと搭載した電子機器
は、熱を発生する発熱電子部品と、この発熱電子部品か
ら発生する熱を放出し、前記発熱電子部品と対向する面
に切り欠き部を有する放熱器と、前記発熱電子部品と前
記放熱器の間に介在し、前記発熱電子部品から発生する
熱を前記放熱器に伝導するよう接続され、前記放熱器の
切り欠き部により位置が規定され、所定の弾性力を有し
た薄板を複数配置した熱接続部材と、からなる回路モジ
ュールと、この回路モジュールを収容した筐体とを具備
することを特徴とする。 本発明の回路モジュールと搭載
した電子機器によれば、熱接続部材が持つ弾性力により
寸法公差を吸収し、切り欠き部に熱接続部材が配置され
ることにより、熱接続部材の移動範囲が規制されるの
で、複数の薄板により発熱電子部品から発生する熱を確
実に放熱器に伝達することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。
【００１７】まず第１の実施形態について説明する。図
１は、放熱機構を備えた回路モジュールの断面を示して
いる。
【００１８】半導体チップ１は、半導体パッケージ２上
に実装されている。この半導体パッケージ２は、例え
ば、ＢＧＡタイプパッケージを用いている。半導体パッ
ケージ２の底には、入出力用のパッドをアレイ状にボー
ル形のハンダで構成される電極部３を有している。この
電極部３のハンダを融解することで、半導体パッケージ
２と印刷配線基板４とを接合している。本実施形態で
は、半導体チップ１を発熱電子部品と想定している。
【００１９】半導体チップ１から発生する熱を逃すため
の放熱器５は、ネジなどの固定部材６により印刷配線基
板４に固定されている。この放熱器５は、アルミニウム
等の熱伝導率の高い材料で形成されている。放熱器５の
上部には、フィンと呼ばれるヒレ状の部材を有してい
る。このフィンを設けることで、放熱器５の実質的な表
面積を増やし、放熱効果を高めている。
【００２０】これら、印刷配線基板４、熱を発する電子
部品である半導体チップ（発熱電子部品）１、半導体パ
ッケージ２、ヒートシンク（放熱器）５等を回路モジュ
ール１０と呼んでいる。
【００２１】本実施形態における熱接続部材７の材料と
しては、アルミニウムを例に挙げて説明しているが、他
に銅、マグネシウム、タングステン、モリブデン等の材
料を使用しても良い。本実施形態に適用するには、熱伝
導性、加工性、弾力性、価格面を考慮してて最適なもの
を適宜選択すれば良い。
【００２２】本実施形態では、放熱器５の下部を切り起
こし加工して熱接続部材を形成している。図２を参照し
て、熱接続部材７の構造を説明する。図２は、熱接続部
材７の部分を拡大した断面図である。
【００２３】熱接続部材７は放熱器５の下部面を切り起
こし加工することで放熱器５と一体化されている。この
ように形成することで、熱接続部材７と放熱器５の熱伝
導効率は良くなっている。また、熱接続部材７は、切り
起こしによってできた複数の薄板７ａを有している。薄
板７ａは、所定の曲率をもって湾曲させることで弾性力
を持たせた構造としている。この熱接続部材７の薄板７
ａを湾曲形状とすることにより、回路モジュールを構成
する各部品の寸法公差を吸収するように設計されてい
る。
【００２４】なお、薄板７ａの最適な枚数は、半導体チ
ップ１と放熱器７間に掛かる荷重と、薄板の熱抵抗のト
レードオフで決定することになる。
【００２５】例えば、半導体チップ１の使用温度上限を
９０℃、放熱器７の熱抵抗を６℃／Ｗとし、薄板を板幅
１０ｍｍ、板厚０．２ｍｍ、板長９ｍｍ、たわみ０．５
ｍｍ、弾性係数（図２において垂直方向）７０００、曲
げこわさ４７、熱伝導率２１０Ｗ／ｍ・Ｋと仮定し、さ
らに薄板１枚あたりの荷重を０．１kgｆ、そして薄板１
枚あたりの熱抵抗を４３℃／Ｗとした場合、薄板の枚数
は１５枚となった。
【００２６】寸法公差を吸収するための熱接続部材のつ
ぶし量（たわみ量）を０．５ｍｍとして、本発明の湾曲
した薄板形状の熱接続部材を用いた場合と、従来のクー
ルシートを熱接続部材として用いた場合とを比較する。
半導体チップ１にかかる過重は、クールシートを用いた
場合に比べ、本発明の湾曲した薄板形状の熱接続部材の
方は約１／６に押さえることがでる一方、熱抵抗はほぼ
同様の値を取っている。よって、同じ寸法公差を想定し
た場合、従来のクールシートに比べ、本熱接続部材を用
いると、熱抵抗をほぼ同じ値に保ちながら、荷重が大幅
に少なくすることができるので回路部品に対するストレ
スの軽減を図ることが可能となる。
【００２７】本実施形態では、実際の取付構造を考慮し
て図２に示すように、薄板７ａの下部にアルミ板８を蝋
付けしている。さらにアルミ板８と半導体チップ１の間
には、グリス９を介在させている。これらは、熱伝導効
率をより高めるために構成したものであり、必要に応じ
て、これらの部材を追加削除してもよい。
【００２８】このように本実施形態の本発明の湾曲した
薄板形状の熱接続部材を用いることで、発熱電子部品か
らの熱を効率よく放熱する点と、部品の寸法公差を吸収
して部品接合部のストレスを少なくする点の両者を兼ね
備えた回路モジュールを構成することが可能となる。
【００２９】本実施形態で説明した回路モジュール１０
は、例えば、図３に示すようにノートタイプのパーソナ
ルコンピュータ等の電子機器に実装されている。図３
は、回路モジュールを搭載した電子機器の断面を示す図
である。
【００３０】電子機器１５は、データを入力するための
キーボード１６やデータを表示するための液晶ディスプ
レイ１７を有している。液晶ディスプレイ１７は、電子
機器本体に対して矢印方向に回動自在に取り付けられて
いる。この電子機器１５内には、回路モジュール１０が
収容配置されている。
【００３１】前記キーボード１６や液晶ディスプレイ１
７等は、電気的に回路モジュール１０と接続されてお
り、回路モジュール１０に実装されている半導体チップ
により各種データ処理が行われる。また、電子機器１５
には、冷却ファン１８が取り付けられており、この冷却
ファン１８により外気が電子機器内に取り込まれ、この
外気で内部の回路モジュール１０に実装された発熱電子
部品である半導体チップを冷却している。
【００３２】続いて、第２の実施形態について図面を用
いて説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態に対
して、熱接続部材が放熱器とは別部材として形成されて
いる点が異なり、他は第１の実施形態と略同一である。
第２の実施形態において、第１の実施形態と同一部分に
ついては同一符号を付し、該当部分の重複する部分の説
明は省略する。
【００３３】図４は、熱接続部材７の部分を拡大した断
面図である。熱接続部材７の薄板７ａは第１の実施形態
と同様に湾曲した形状となっている。この薄板７ａは、
基材となるアルミ板の放熱器５若しくは半導体チップ１
と接する一方の面を切り起こして湾曲加工している。ま
た、熱接続部材７の他方の面にアルミ板等を蝋付けする
ことで形成している。
【００３４】一方、放熱器５には、切り欠き部１１が設
けられている。この切り欠き部分に熱接続部材７を配置
規定することによって、熱接続部材７の移動範囲が規制
される。すなわち、切り欠き部１１を放熱したい半導体
チップ１の位置に合わせて形成することで、熱接続部材
７は放熱器５と半導体チップ１に確実に接続することに
なる。
【００３５】また、熱接続部材７が半導体チップ１と放
熱器５に接触する面については、グリス９等を介在させ
ることによって熱伝導効率を高めることができる。この
グリス９は、必要に応じて、追加削除してもよい。
【００３６】この様な構成を取ることで、半導体チップ
１から発生する熱を、熱接続部材７を介して放熱器５よ
り放熱することが可能となる。熱接続部材７を別部材で
構成することにより、半導体チップ１と放熱器５との間
に生じる寸法公差による間隙に合わせて、部材を選択で
きるようになる。これは、放熱器５から熱接続部材を切
り起こした場合に比べ、熱接続部材を回路モジュールに
合わせて汎用に用いることも可能となる。
【００３７】この熱接続部材７の放熱器５若しくは半導
体チップ１と接する面の構成については、前述のように
一方の面を基材として切り起こし処理しても良いし、湾
曲した薄板をアルミ板２枚で上下から挟み込むようにし
ても良い。
【００３８】本実施形態のように熱接続部材７を別部材
で構成した場合でも、発熱体からの熱を効率よく放熱す
る点と、部品の寸法公差を吸収して部品接合部のストレ
スを少なくする点の両者を兼ね備えた回路モジュールを
構成することが可能となる。
【００３９】上記第１、第２の実施形態では、熱接続部
材の薄板部分を湾曲形状としたものを例に挙げて説明し
たが、薄板部分の形状はこれに限定されるものではな
い。
【００４０】図５を用いて、熱接続部材の薄板部分の他
の形状について説明する。放熱器５の下部を切り起こし
加工して複数の薄板７ａを形成し、その後薄板７ａの所
定位置で折り曲げ加工することで、薄板７ａを屈折形状
としている。そして、この薄板７ａにアルミ板８を蝋付
けしている。この例では、熱接続部材は薄板７ａとアル
ミ板８とか構成されると共に、切り起こし加工とするこ
とで放熱器７と一体化した構造となっている。このよう
な形状の熱接続部材７を半導体チップ１に接続する場
合、グリス９を熱接続部材７のアルミ板８と半導体チッ
プ１の間に介在させることで接触面の熱抵抗を小さくし
ている。
【００４１】ここでは、放熱器５の下部の部分を切り起
こし加工後屈折部分を形成しているが、前記第２の実施
形態のように熱接続部材７を放熱器５とは別部材として
も構わない。その他、熱接続部材の薄板の形状は、回路
モジュールとして組み立てられた各部品の寸法公差を吸
収できるような弾性力を有するもであればどの様な形状
としてもよい。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば弾
性力を有した薄板形状の熱接続部材を用いることで、発
熱電子部品から発生する熱を効率よく放熱するととも
に、部品の寸法公差を吸収して部品接合部のストレスを
少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す図であって、本発
明の熱接続部材を実装した回路モジュールの断面を示す
図。
【図２】熱接続部材を説明するための拡大図。
【図３】回路モジュールを搭載した電子機器の断面を示
す図。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図であって、熱
接続部材の他の構成を説明するための拡大図。
【図５】熱接続接続部材の薄板形状の他の構成を説明す
るための拡大図。
【符号の説明】
１ 半導体チップ ２ 半導体パッケージ ３ 電極部 ４ 印刷配線基板 ５ 放熱器 ６ 固定部材 ７ 熱接続部材 ８ アルミ板 ９ グリス １０ 回路モジュール １１ 切り欠き部 １５ 電子機器 １６ キーボード １７ 液晶ディスプレイ １８ 冷却ファン
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−142647（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−249391（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−100759（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−287038（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−160848（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/36

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】熱を発生する発熱電子部品と、 この発熱電子部品から発生する熱を放出する放熱器と、 前記発熱電子部品と前記放熱器の間に介在し、前記発熱
    電子部品から発生するる熱を前記放熱器に伝導するよう
    接続され、所定の弾性力を有した薄板を複数配置した熱
    接続部材と、 前記熱接続部材は、放熱器の一部の面を切り起こして一
    体形成したこと </u>を特徴とする回路モジュール。
  2. 【請求項２】熱を発生する発熱電子部品と、 この発熱電子部品から発生する熱を放出し、前記発熱電
    子部品と対向する面に切り欠き部を有する放熱器と、 前記発熱電子部品と前記放熱器の間に介在して前記発熱
    電子部品から発生する熱を前記放熱器へ伝導するよう接
    続され、前記放熱器の切り欠き部により位置が規定さ
    れ、所定の弾性力を有した薄板を複数配置した熱接続部
    材と、 を具備することを特徴とする放熱機構を有した 回路モジ
    ュール。
  3. 【請求項３】前記放熱器の切り欠き部を前記発熱体が存
    在する位置と略同一に配置したことを特徴とする請求項
    ２記載の回路モジュール。
  4. 【請求項４】熱を発生する発熱電子部品と、この発熱電
    子部品から発生する熱を放出し、前記発熱電子部品と対
    向する面に切り欠き部を有する放熱器と、前記発熱電子
    部品と前記放熱器の間に介在し、前記発熱電子部品から
    発生する熱を前記放熱器に伝導するよう接続され、前記
    放熱器の切り欠き部により位置が規定され、所定の弾性
    力を有した薄板を複数配置した熱接続部材と、からなる
    回路モジュールと、 この回路モジュールを収容した筐体と、 を具備することを特徴とした電子機器。
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