(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板、
前記配線基板に取り付けられるＣＰＵチップ、
前記ＣＰＵチップの頂面を覆うプレート部をもつヒートシンク、
前記ＣＰＵチップの頂面と前記ヒートシンクのプレート部との間に充填されるサーマルグリース、
前記ヒートシンクの前記プレート部の周辺部を前記配線基板へ固定する複数個のボルト、及び
前記サーマルグリースが内部を進退するように前記プレート部をその厚さ方向へほぼ直線で貫通している１個又は複数個の通孔、
を有していることを特徴とするＣＰＵ装置。
【請求項２】
前記通孔は、前記受熱面のほぼ中心に１個だけ設けられていることを特徴とする請求項１記載の電気回路装置。
【請求項３】
前記通孔は、前記受熱面において分布して、複数個、設けられていることを特徴とする請求項１記載の電気回路装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の電気回路装置を装備することを特徴とするコンピュータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気回路装置及びコンピュータに関し、詳しくは熱伝導性半流動材内の気泡生成を防止する電気回路装置及びコンピュータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の電子部品装置における配線基板７２の撓み過程におけるサーマルグリース７４内の気泡７５の生成を示す図である。ＣＰＵチップ７１は配線基板７２の所定部に実装され、ヒートシンク７３は、ＣＰＵチップ７１の上側に配置され、ＣＰＵチップ７１より大きい広さをもち、下面側においてＣＰＵチップ７１の上面に当てられる。ＣＰＵチップ７１とヒートシンク７３とを直接、接触させても、両者の接触面の細かい凹凸のために、また、ＣＰＵチップ７１の強度上、ヒートシンク７３を配線基板７２に固定しているボルト（図示せず）によりヒートシンク７３をＣＰＵチップ７１へ強く押し付けることができないために、ＣＰＵチップ７１とヒートシンク７３との実質的な接触面積は小さく、ＣＰＵチップ７１からヒートシンク７３への熱伝導経路の熱抵抗は高くなる。また、熱設計上、ＣＰＵチップ７１とヒートシンク７３との接触部は、ＣＰＵチップ７１からヒートシンク７３までの熱伝導経路において、熱密度の最も高い部分となっている。これに対処するために、サーマルグリース７４をＣＰＵチップ７１の上面とヒートシンク７３の下面との間に介在させて、両者の間に、熱抵抗の増大原因になる空気が残らないようにしている。
【０００３】
しかしながら、このような電子部品装置に、「ポンプアウト」と言う問題が生じ得ることが知られるところとなった。すなわち、ヒートシンク７３は両端を配線基板７２の所定部にボルトを介して固定されており、また、配線基板７２とヒートシンク７３とは熱膨張率に差異があるので、電子部品装置の温度の変化に伴い、配線基板７２の撓み量が増減し、ＣＰＵチップ７１とヒートシンク７３との間隙寸法が増減する。図７（ａ)、（ｂ)、及び（ｃ)はサーマルグリース７４の中心部のＣＰＵチップ７１−ヒートシンク７３間の間隙寸法がそれぞれ標準、標準より小、及び標準となったときのサーマルグリース７４の状態変化を示している。サーマルグリース７４は、（ａ)では、ＣＰＵチップ７１の頂面の範囲にちょうど収まるように、存在し、（ｂ)では、間隙量縮小のために、該範囲から外へ膨らみ、（ｃ)では、(ｂ)のときに該範囲の外へ膨らんだＣＰＵチップ７１の一部が該範囲へ戻らず、あるいは戻るのが遅れ、結果として、気泡７５がサーマルグリース７４内に取り込まれてしまう。気泡７５は大きな熱抵抗となるので、サーマルグリース７４における気泡７５の生成は防止しなければならない。
【０００４】
なお、特開平９−１０２５６７号公報は、ヒートシンクと基材とを半田付けする場合に、基材面と半田との間に空気が残るのを回避するために、基材面に、残留空気を円滑に排出する溝を形成するとともに、該溝に半田が適切に埋まるように、該溝を金属面とすることを開示する。該先行文献は、サーマルグリース等の熱伝導性半流動材内の気泡生成を抑止する技術についてはなんら言及しておらず、また、該溝は熱伝導性半流動材内の気泡生成を抑止することはできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような「ポンプアウト」に因る熱伝導性半流動材内の気泡生成を有効に防止できる電気回路装置及びその電気回路装置を装備するコンピュータを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の電子部品用放熱体は次のものを有している。
・発熱体からの熱を受ける受熱面
・受熱面からの伝導熱を放射する放熱部
・一端において受熱面へ開口し他端において受熱面以外の部位へ開口し一端側から導入される熱伝導性半流動材が進退する１個又は複数個の通孔
【０００７】
第１の発明における通孔は、直線で延びる通孔に限定されない。例えば、電子部品用放熱体が柱状部分を有し、通孔が該柱状部分に形成されている場合には、通孔は、一端側から該柱状部分の中心線方向へ延び、途中から該柱状部分の周部へ向かって屈曲して、他端を該周部に開口させるものであってよい。通孔の個数及び各通孔の径は、電子部品用放熱体を装備する電子部品装置において電子部品と電子部品用放熱体との間隙の寸法増減にもかかわらず、熱伝導性半流動材の先端が該通孔内に留まるのを保証できるものに設定される。なお、典型的な例では、電子部品用放熱体は、金属製、例えばアルミニウム製であり、電子部品用放熱体の熱伝導率は熱伝導性半流動材の約２００倍であり、熱伝導性半流動材の層において通孔の対応部位は、発熱体から電子部品用放熱体への熱伝達経路の熱抵抗を増大させることになるので、通孔の個数及び径は小さい程、通孔形成による熱抵抗の増大を抑制することができる。
【０００８】
電子部品用放熱体とは例えばヒートシンクである。熱伝導性半流動材とは例えばサーマルグリースである。
【０００９】
通孔が存在しない場合には、熱伝導性半流動材は、その層厚の変化に伴い、周辺の方へ膨縮することになるが、通孔の存在により、熱伝導性半流動材は、その層厚の変化に伴い通孔内への導入量を変化させて、周辺の方への膨縮を抑制される。こうして、熱伝導性半流動材の放射方向への膨縮に伴う熱伝導性半流動材内への気泡の侵入が防止される。
【００１０】
また、従来の電子部品用放熱体では、製造時に熱伝導性半流動材の層に気泡が存在する可能性もあるが、熱伝導性半流動材が電子部品用放熱体の通孔に進入するのを目安にして、熱伝導性半流動材を電子部品用放熱体の受熱面と発熱体との間へ充填する熱伝導性半流動材の量を選べは、製造段階における熱伝導性半流動材の層への気泡の侵入を防止できる。
【００１１】
第２の発明の電子部品用放熱体は、第１の発明の電子部品用放熱体において、さらに、次のものを有している。
・受熱面を一方の面側にもつプレート部
・プレート部をその厚さ方向へほぼ直線で延びる通孔
【００１２】
第２の発明では、電子部品用放熱体は、受熱面に対して反対側のプレート部の面において複数個の放熱用フィンを有していてもよいし、また、プレート部だけから成るものであってもよい。
【００１３】
第２の発明では、通孔は、プレート部に単純な直線で穿設されればよいので、通孔の製造を簡単化できる。
【００１４】
第３の発明の電子部品用放熱体によれば、第１の発明の電子部品用放熱体において、通孔は、受熱面のほぼ中心に１個だけ設けられている。
【００１５】
一般に、熱伝導性半流動材の熱伝導率は電子部品用放熱体の伝導率より低く、熱伝導性半流動材の層において通孔の対応部位では、発熱体から電子部品用放熱体までの熱抵抗が増大する（ただし、この通孔の形成による熱抵抗の増大は気泡の生成による熱抵抗の増大よりはるかに小さい。）。このため、通孔の個数及び径は小さい方が好ましい。受熱面が比較的小さいときは、周辺方向への熱伝導性半流動材の押出し抑制のために必要な通孔の容積は小さくて済み、受熱面における受熱量の分布がほぼ一様であるときには、通孔は受熱面のほぼ中心に１個あれば十分であり、また、通孔を１個のみにすることにより通孔の形成に因る熱伝導性半流動材の層における熱抵抗の増大を抑制できる。
【００１６】
第４の発明の電子部品用放熱体によれば、第１の発明の電子部品用放熱体において、通孔は、受熱面において分布して、複数個、設けられている。
【００１７】
受熱面が比較的大きいにもかかわらず、通孔が受熱面のほぼ中心に１個だけであると、周辺方向への熱伝導性半流動材の押出しを抑制するために必要な通孔の径又は長さは増大する。通孔の長さ増大に制約がある場合には、通孔の径を増大することになるが、通孔の径の増大は熱伝導性半流動材の層における通孔の対応部位の熱抵抗を増大させる。通孔が１個のみである場合に、その通孔の径を増大させることは、熱伝導性半流動材の層における該通孔の対応部位の温度上昇を際立たせることになる。第４の発明によれば、１個の大きな通孔を設ける代わりに、複数個の通孔を分散して設けることにより、各通孔の径を小さく維持しつつ、熱伝導性半流動材の層の通孔の対応部位における温度上昇を抑制できる。
【００１８】
第５の発明の電子部品装置は次のものを有している。
・第１又は第２の発明のいずれかの発明の電子部品用放熱体
・発熱体としての電子部品
・電子部品の所定面と電子部品用放熱体の受熱面との間に介在する熱伝導性半流動材
【００１９】
第５の発明において、電子部品の熱は、熱伝導性半流動材を介して電子部品用放熱体の受熱面へ伝導し、電子部品用放熱体の放熱部から放出される。熱伝導性半流動材の層の両面間の距離が減少すると、熱伝導性半流動材は電子部品用放熱体の通孔を進行し、また、該距離が増大すると、熱伝導性半流動材は電子部品用放熱体の通孔を退行する。これにより、熱伝導性半流動材の層の側面の膨縮は抑制され、熱伝導性半流動材内へ気泡が取り込まれて、熱伝導性半流動材の層の熱抵抗が増大するのが防止される。
【００２０】
第６の発明の電子部品装置によれば、第５の発明の電子部品装置において、電子部品はＬＳＩである。
【００２１】
第６の発明において、ＬＳＩは、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリコントローラ、及びビデオコントローラ等を含む。
【００２２】
第７の発明の電気回路装置は次のものを有している。
・第５の発明の電子部品装置
・電子部品装置が実装されている配線基板
【００２３】
この電気回路装置は例えばパソコンのマザーボードである。
【００２４】
電子部品用放熱体は配線基板に例えばボルト等の締付け手段等により固定されているとともに、配線基板と電子部品用放熱体とは熱膨張率が相違している。したがって、電気回路装置の温度変動に伴い、配線基板が電子部品用放熱体に対する撓み度を変化させ、電子部品と電子部品用放熱体との間の間隙の寸法が増減する。電子部品用放熱体に通孔がない場合には、電子部品と電子部品用放熱体との間の間隙の寸法増減に伴い、熱伝導性半流動材の層の側面は膨縮し、気泡が熱伝導性半流動材内に入り込み、熱伝導性半流動材の層の熱抵抗を増大させることがある。第７の発明では、電子部品用放熱体における通孔の存在により、電子部品と電子部品用放熱体との間の間隙の増減に伴い、熱伝導性半流動材が通孔内で進退し、これにより、熱伝導性半流動材の層の側面の膨縮は抑制され、気泡が熱伝導性半流動材内に取り込まれるのが防止される。
【００２５】
第８の発明のコンピュータは第７の発明の電気回路装置を装備し、電子部品はＣＰＵである。
【００２６】
コンピュータは例えばノート型及びデスクトップ型のパーソナルコンピュータを含む。
【００２７】
第９の発明の電子部品装置は次のものを有している。
・第３又は第４の発明の電子部品用放熱体
・発熱体としての電子部品
・電子部品の所定面と電子部品用放熱体の受熱面との間に介在する熱伝導性半流動材
【００２８】
第１０の発明の電子部品装置によれば、第９の発明の電子部品装置において、電子部品はＬＳＩである。
【００２９】
第１１の発明の電気回路装置は次のものを有している。
・第９の発明の電子部品装置
・電子部品装置が実装されている配線基板
【００３０】
第１２の発明のコンピュータは、請求項１１記載の電気回路装置を装備し、電子部品はＣＰＵである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１はデスクトップコンピュータ１０の正面図である。デスクトップコンピュータ１０は、コンピュータ本体１１、キーボード１２、ディスプレイ１３、及び左右スピーカ１４を装備している。
【００３２】
図２は図１のデスクトップコンピュータ１０のコンピュータ本体１１に装備されるマザーボード２０の概略図である。マザーボード２０は配線基板本体２４を有し、配線基板本体２４には、ＣＰＵパッケージ２１の他に、チップ２２、及びＩＣ２３等のＩＣ類、さらに、ＩＳＡやＰＣＩのスロット２５、シリアル／パラレルコネクタやキーボード／マウスコネクタ等のコネクタ２６、さらにメモリソケット２７等が実装されている。
【００３３】
図３はＣＰＵパッケージ２１の構成図である。ＣＰＵチップ３１は配線基板本体２４に取り付けられ、ヒートシンク３２は、ＣＰＵチップ３１の上方に配置され、周辺部の所定個所において複数個のボルト３３により配線基板本体２４に固定されている。ヒートシンク３２は、ＣＰＵチップ３１の頂面に対して平行に広がってＣＰＵチップ３１の頂面を覆うプレート部３４と、プレート部３４の上面において等間隔で相互に平行に配置されプレート部３４から起立している複数個のフィン部３５とを有している。プレート部３４は、その下面においてＣＰＵチップ３１の頂面に当てられるが、ＣＰＵチップ３１の強度上、あまり強くＣＰＵチップ３１の頂面に当てることができない。また、ＣＰＵチップ３１の頂面及びプレート部３４の下面の凹凸の存在により、ＣＰＵチップ３１の頂面とプレート部３４の下面とを直接、接触させても、実質的な接触面積は小さい。すなわち、ＣＰＵチップ３１の頂面及びプレート部３４の下面との間に空気が残り、両者間の熱抵抗増大の原因になる。これに対処するため、サーマルグリース３７がＣＰＵチップ３１の頂面とプレート部３４の下面との間に充填され、ＣＰＵチップ３１の頂面及びプレート部３４の下面との間に空気は除去される。サーマルグリース３７としては例えば信越化学工業（株）のシリコングリースＧ７６５が採用される。プレート部３４の下面におけるサーマルグリース３７の付着面は受熱面３９を構成する。通孔３８は、サーマルグリース３７の中心に位置し、プレート部３４を上下方向へ直線で貫通し、下端はサーマルグリース３７に開口し、上端はプレート部３４の上面に開口している。
【００３４】
図４は配線基板本体２４の撓み経過におけるＣＰＵパッケージ２１のサーマルグリース３７の状態を示す図である。ＣＰＵパッケージ２１は、最初、（ａ）の第１の温度Ｔ１にあり、次に、（ｂ）の第２の温度Ｔ２（Ｔ２はＴ１とは異なる値。）となり、次に、（ｃ）の第１の温度Ｔ１に戻る。（ｂ）では、配線基板本体２４がヒートシンク３２の方へ凸に撓み、ＣＰＵチップ３１の頂面とヒートシンク３２のプレート部３４の下面との間隙（以下、この間隙を適宜、「間隙Ａ」と言うことにする。）の寸法は特に受熱面３９の中心のサーマルグリース３７の近辺において縮小する。この縮小により該縮小部位から押出されるサーマルグリース３７は、サーマルグリース３７の周辺の方へ向かうのを抑制され、通孔３８へ導入され、通孔３８を上へ進行する。（ｃ）では、配線基板本体２４がヒートシンク３２の方へ凸の撓みを解消されて、間隙Ａは元の標準寸法に戻る。この戻りにより通孔３８内のサーマルグリース３７が下へ退行して、間隙Ａの寸法の増大した部分へ円滑に供給される。こうして、サーマルグリース３７の側面部の膨縮は抑制され、サーマルグリース３７へ気泡が取り込まれるのが防止される。
【００３５】
図５は冷却ファン装置５０が付加されたＣＰＵパッケージ２１の正面図である。冷却ファン装置５０は、ファン５２を有し、ヒートシンク３２の上部に固定される。ファン５２の回転によりヒートシンク３２のフィン部３５の間の間隙に空気が強制的に流され、ＣＰＵチップ３１の冷却効果が向上する。
【００３６】
図６は別のヒートシンク６０を装備するＣＰＵパッケージ２１の正面図である。ヒートシンク６０は、上下方向へ延びる所定径の柱部６１と、柱部６１の延び方向へ等間隔で柱部６１に固定されかつ柱部６１から水平方向へ広がる複数個のフィン部６２とを有し、最下部のフィン部６２をＣＰＵチップ３１の頂面に対峙させている。縦通孔６３は、柱部６１の中心線に沿って延び柱部６１を貫通している。柱部６１を上下方向へ貫通する縦通孔６３の代わりに、柱部６１の途中で直角に屈曲して柱部６１の周部へ開口する屈曲通孔６４を設けてもよい。また、柱部６１ではなく、最下段のフィン部６２に１個又は複数個の通孔６５を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】デスクトップコンピュータの正面図である。
【図２】図１のデスクトップコンピュータのコンピュータ本体に装備されるマザーボードの概略図である。
【図３】ＣＰＵパッケージの構成図である。
【図４】配線基板の撓み経過におけるＣＰＵパッケージのサーマルグリースの状態を示す図である。
【図５】冷却ファン装置が付加されたＣＰＵパッケージの正面図である。
【図６】別のヒートシンクを装備するＣＰＵパッケージの正面図である。
【図７】従来の電子部品装置における配線基板の撓み過程におけるサーマルグリース内の気泡の生成を示す図である。
【符号の説明】
１０    デスクトップコンピュータ（コンピュータ）
２０    マザーボード
２１    ＣＰＵパッケージ（半導体装置）
２４    配線基板本体
３１    ＣＰＵチップ（半導体）
３２    ヒートシンク（電子部品用放熱体）
３４    プレート部
３７    サーマルグリース（熱伝導性半流動材）
３８    通孔（熱伝導性半流動材用通孔）
３９    受熱面
６０    ヒートシンク（電子部品用放熱体）
６３    縦通孔（熱伝導性半流動材用通孔）
６４    屈曲通孔（熱伝導性半流動材用通孔）
６５    通孔（熱伝導性半流動材用通孔）
【図１】
0003690729.tif 000002
【図２】
0003690729.tif 000003
【図３】
0003690729.tif 000004
【図４】
0003690729.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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