(57)【要約】【課題】形状や寸法などが互いに異なる複数の発熱体から熱抵抗を増大させることなく確実に放熱させることのできる電子装置の放熱構造を提供する。【解決手段】基板５に実装された高さの異なる複数の電子部品３ｒ，３ｌの熱を、前記基板５に取り付けられた熱拡散板６に伝達することにより前記電子部品３ｒ，３ｌを冷却するように構成された電子装置の放熱構造であって、弾性的に伸縮するシート状の母材４ａと、前記母材４ａに対して凸となっておりかつ収縮可能な複数のピン４ｂとを有するフレキシブルインターポーザー４が、前記基板５と前記電子部品３ｒ，３ｌとの間に設けられて前記電子部品３ｒ，３ｌの少なくとも１つが前記フレキシブルインターポーザー４の弾性力によって前記熱拡散板６に押し付けられ、前記基板６と前記電子部品３ｒ，３ｌとが前記複数のピン４ｂによって電気的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に実装された高さの異なる複数の電子部品の熱を、前記基板に取り付けられた熱拡散板に伝達することにより前記電子部品を冷却するように構成された電子装置の放熱構造において、
弾性的に伸縮するシート状の母材と、前記母材に対して凸となっておりかつ収縮可能な複数のピンとを有するフレキシブルインターポーザーが、前記基板と前記電子部品との間に設けられて前記電子部品の少なくとも１つが前記フレキシブルインターポーザーの弾性力によって前記熱拡散板に押し付けられ、前記基板と前記電子部品とが前記複数のピンによって電気的に接続されていることを特徴とする電子装置の放熱構造。
【請求項２】
前記複数の電子部品の少なくともいずれか１つと前記基板との間に前記フレキシブルインターポーザーが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置の放熱構造。
【請求項３】
前記母材は、シリコーンゴムによって形成され、
前記ピンは、導電性を有する金属粒子の集合体によって形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置の放熱構造。
【請求項４】
前記金属粒子は、金が被覆されたニッケル粒子と、銅粒子との少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請求項３に記載の電子装置の放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動作することにより高温となる複数の発熱体を備えている電子装置の熱を放散させる構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータの中央演算処理装置やメモリなどの電子装置はその高速化、高性能化に伴って発熱量も増大する傾向にある。一方、半導体のチップサイズは微細シリコン回路技術の進歩によって、従来と同等サイズかより小さいサイズとなり、単位面積あたりの熱流束は高くなっている。そのため、上記のような電子装置の熱をヒートパイプによって奪ったり、ヒートスプレッダによって拡散させるなどのことが行われている。その一例が特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載されている装置は、開孔部を有するプリント基板と、プリント基板の一方の側の開孔部上に搭載された発熱体と、プリント基板の他方の側に装着された平面型ヒートパイプとを備えている。発熱体はボールグリッドアレイ（Ball Grid Array）パッケージ構造となっており、ソルダーバンプを介して上記のプリント基板の一方の側に搭載されている。平面型ヒートパイプには凸部が形成されており、その凸部が吸熱部になっている。吸熱部は上記の開孔部に挿入されて発熱体に熱的に接続されている。なお、発熱体は、動作することにより発熱する電子部品や電子装置などである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１５６５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載された構成では、発熱体と平面型ヒートパイプとの接触面積が小さいので、実質的な熱抵抗が大きくならざるを得ない。そのため、発熱体にヒートスプレッダを接触させることにより、実質的な放熱面積を増大させて熱抵抗を小さくすることが考えられる。一方、基板あるいはマザーボード上には複数の他の発熱体が存在するので、発熱体ごとにヒートスプレッダーを設けることは困難であり、したがって、複数の発熱体で１つのヒートスプレッダを共用化することが望まれる。他方、１つのヒートスプレッダを複数の発熱体で共用化するとしても、ヒートスプレッダの形状を各発熱体の形状や寸法に合わせた形状にするとすれば、ヒートスプレッダの形状が複雑になって製造コストが高くなったり、また複数の各発熱体に対して必ずしも確実には密着しないなどの課題が生じる。
【０００６】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、形状や寸法などが互いに異なる複数の電子部品から熱抵抗を増大させることなく確実に放熱させることのできる電子装置の放熱構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、基板に実装された高さの異なる複数の電子部品の熱を、前記基板に取り付けられた熱拡散板に伝達することにより前記電子部品を冷却するように構成された電子装置の放熱構造において、弾性的に伸縮するシート状の母材と、前記母材に対して凸となっておりかつ収縮可能な複数のピンとを有するフレキシブルインターポーザーが、前記基板と前記電子部品との間に設けられて前記電子部品の少なくとも１つが前記フレキシブルインターポーザーの弾性力によって前記熱拡散板に押し付けられ、前記基板と前記電子部品とが前記複数のピンによって電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記複数の電子部品の少なくともいずれか１つと前記基板との間に前記フレキシブルインターポーザーが設けられていることを特徴とする電子装置の放熱構造である。
【０００９】
さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記母材は、シリコーンゴムによって形成され、前記ピンは、導電性を有する金属粒子の集合体によって形成されていることを特徴とする電子装置の放熱構造である。
【００１０】
そして、請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記金属粒子は、金が被覆されたニッケル粒子と、銅粒子との少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする電子装置の放熱構造である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、基板に実装されている複数の電子部品のうちの少なくとも１つと基板との間にフレキシブルインターポーザーが介在されている。そのフレキシブルインターポーザーは、弾性のある母材に、収縮性および導電性のあるピンを設けたものであり、したがって前記１つの電子部品はフレキシブルインターポーザーの弾性力によって熱拡散板に押し付けられる。すなわち、前記１つの電子部品の高さと熱拡散板の高さとに誤差があるとしても、フレキシブルインターポーザーの伸縮によってその誤差が埋められ、前記１つの電子部品が熱拡散板に密着させられる。そのため、この発明によれば、高さの異なる複数の電子部品から１つの熱拡散板に熱を伝達してそれらの電子部品から放熱させるように構成する場合、熱拡散板の基板からの高さを高さの最も高い電子部品に合わせても、高さの低い電子部品はその電子部品と基板との間に介在させたフレキシブルインターポーザーによって熱拡散板側に押されて、両者の間の寸法差が解消され、熱拡散板に押し付けられる。このように電子部品の高さと熱拡散板の高さとの相違をフレキシブルインターポーザーによって解消して両者を密着させることができ、熱拡散板の高いあるいは形状を、複数の電子部品の高さのばらつきに合わせる必要がないので、電子部品との熱拡散板との間の熱抵抗を増大させることなく、熱拡散板の形状を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明に係る電子装置の一例を模式的に示す図である。
【図２】この発明に係る電子装置の断面図である。
【図３】この発明におけるフレキシブルインターポーザーの平面図である。
【図４】この発明におけるフレキシブルインターポーザーの一部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
つぎに、この発明を具体的に説明する。図１に、この発明に係る電子装置１の一例を模式的に示してある。電子装置１は１つのパッケージ２の内部に複数のコア３を備えたマルチコアと称される中央演算処理装置であって、図１に示す例では、２つのコア３ｒ，３ｌが設けられている。この電子装置１を以下の説明ではＣＰＵ１と記す。各コア３ｒ，３ｌは、従来知られているように、シリコーンダイ上に電子回路が形成されたいわゆる電子部品であって、フレキシブルインターポーザー４を介して基板５上に実装されている。各コア３ｒ，３ｌを覆うように基板５にヒートスプレッダー（熱拡散板）６が設けられている。ヒートスプレッダー６は、各コア３ｒ，３ｌから生じた熱を放散させるためのものであって、銅やアルミニウムなどの熱伝導性を有する素材によって構成されている。
【００１４】
図２に、この発明に係る電子装置の断面図を示してある。この図２に示すように、ヒートスプレッダー６は、各コア３ｒ，３ｌの上面側を覆う平板部６ａと、その平板部６ａの側縁部から基板５側に延びた脚部６ｂと、脚部６ｂの下端部に形成されたフランジ部６ｃとを備えており、そのフランジ部６ｃで基板５に固定されている。コア３ｒ，３ｌは基板５とヒートスプレッダー６とによって形成される空間の内部に配置されている。
【００１５】
基板５からの平板部６ａの高さは各コア３ｒ，３ｌの高さとほぼ同じか、コア３ｒ，３ｌのうち高さの高いいずれか一方とほぼ同じになっている。各コア３ｒ，３ｌと平板部６ａとの間の熱抵抗を小さくするために、これらの間に、高熱伝導性部材（ＴＩＭ：Thermal Interface Material）８が設けられている。ＴＩＭ８は、コア３ｒ，３ｌから生じる熱をヒートスプレッダー６に伝達するためのものであって、熱伝導性を有するサーマルグリスや伝熱性シートなどによって構成されている。そして、このように構成されるＣＰＵ１がソルダバンプ９を介して図示しないマザーボードに取り付けられるようになっている。
【００１６】
上記のフレキシブルインターポーザー４について説明する。図３に、フレキシブルインターポーザー４の平面図を示してある。フレキシブルインターポーザー４は、弾性的に伸縮するシート状の母材４ａと、母材４ａに対して凸となっておりかつ柔軟性あるいは収縮性を有する導電性の複数のピン４ｂとによって構成されている。母材４ａは、例えばシリコーンゴムによって構成されている。ピン４ｂは、導電性を有する金属粒子の集合体によって形成されている。図３に示す例では、フレキシブルインターポーザー４は金属フレーム１０に一体化されており、ピン４ｂを介してコア３ｒ，３ｌと基板５とを電気的に接続するためのコンタクトユニットを形成している。金属粒子としては、ニッケル粒子や、金をコーティングしたニッケル粒子あるいは銅粒子などを用いることができる。金属フレーム１０としてはステンレス鋼や銅などを用いることができる。
【００１７】
図４は、フレキシブルインターポーザー４の一部を拡大して示す断面図である。ピン４ｂは、上述した金属粒子の集合体であって、例えば金をコーティングしたニッケル粒子によって円柱形状に形成されている。ピン４ｂにおける粒子同士は、粒子間の付着力であるVan der Waals力や静電引力によって接触しており、したがって各粒子同士は比較的弱く結合している。また、それらの粒子の集合体であるピン４ｂは、その周囲のシリコーンゴムによって保持されている。そのためピン４ｂは全体として柔軟性を有しており、外力によって容易に変形できるように、すなわち収縮性を有するように構成されている。図４に示す例では、ピン４ｂは、金をコーティングした約４５００個のニッケル粒子によって形成されており、各粒子の粒径は約３０μｍとなっている。またピン４ｂの直径は約０．５ｍｍであり、高さは約０．９ｍｍから１．３ｍｍの範囲になっている。隣接するピン４ｂ同士の間隔は約１．０ｍｍとなっている。また、母材４ａであるシリコーンゴムシートの厚みは約０．５５ｍｍとなっている。図４に示すフレキシブルインターポーザー４は、その体積の約７５％が母材４ａであり、２５％がピン４ｂとなるように調整されている。
【００１８】
フレキシブルインターポーザー４の製造方法について簡単に説明する。詳細は図示しないが、金属フレーム１０と、ピン４ｂを形成するための図示しないフレームとを型枠に嵌め、その型枠内に液状のシリコーンゴムと予め作成しておいた金属粒子とを流し込む。次いで、磁力によってピン４ｂを形成する箇所に金属粒子を集め、その状態でシリコーンゴムを予め定めた時間、硬化させる。型枠を取り外した後に、シリコーンゴムに紫外線を照射することによりシリコーンゴムを更に硬化させる。
【００１９】
したがって、この発明によれば、ＣＰＵ１のコア３ｒ，３ｌやヒートスプレッダー６を基板に組み付ける場合に、各コア３ｒ，３ｌの高さが異なっていたとしても、各コア３ｒ，３ｌのそれぞれの上面とヒートスプレッダー６の下面との隙間がフレキシブルインターポーザー４によって調整される。具体的には、例えば図１における右側のコア３ｒの高さが左側のコア３ｌよりも高い場合に、コア３ｒと基板５との間に介在するピン４ｂが弾性変形し、かつ、母材４ａが押し縮められる。一方、高さの低いコア３ｌと基板５との間に介在しているピン４ｂは変形せず、あるいはその変形の程度が小さい。このようにコア３ｒ，３ｌの上面とヒートスプレッダー６の下面との間の隙間をフレキシブルインターポーザー４によって埋めることができるので、コア３ｒ，３ｌの高さが異なっていたとしても、各コア３ｒ，３ｌをＴＩＭ８を介してヒートスプレッダー６に押し付けて密着させることができ、これらの間の熱抵抗を小さくすることができる。これに加えて、各コア３ｒ，３ｌと基板５との電気的な接続をフレキシブルインターポーザー４の複数のピン４ｂによって確保することができる。
【００２０】
また詳細は図示しないが、左右のコア３ｒ，３ｌのうち、高さの高いコア３ｒと基板５との間にフレキシブルインターポーザー４を設けずにそのコア３ｒの上面とヒートスプレッダー６の下面とを接触させ、高さの低いコア３ｌと基板５との間にフレキシブルインターポーザー４を設けた場合について説明する。上記のように構成した場合においては、コア３ｌに対応する母材４ａが収縮しかつピン４ｂが弾性変形して収縮することにより、コア３ｌの高さが調整されて各コア３ｒ，３ｌの上面とヒートスプレッダー６の下面との隙間が解消される。そのため、各コア３ｒ，３ｌの高さが異なっていたとしても、各コア３ｒ，３ｌとヒートスプレッダー６とをＴＩＭ８を介して密着させることができる。
【００２１】
結局、この発明よれば、平板部６ａに脚部６ｂを設けた単純な形状のヒートスプレッダー６であっても、高さが異なる複数のコア３ｒ，３ｌからヒートスプレッダー６に確実に熱を伝え、そのヒートスプレッダー６から放熱させることにより各コア３ｒ，３ｌを冷却することができる。なお、ＣＰＵ１の各コア３ｒ，３ｌと基板５との電気的な接続をフレキシブルインターポーザー４の複数のピン４ｂによって確保することができる。
【００２２】
なお、この発明は、上述した具体例に限られないのであって、この発明で対象とする発熱体は、上述したコアに替えて、集積回路あるいはメモリなどの動作時に発熱する電子部品や電子装置であればよい。すなわち、ＣＰＵそのものであってもよい。そして、この発明では、高さの異なる複数の電子部品と基板との間に上述したフレキシブルインターポーザーが介在させられるとともに、それらの電子部品を覆うようにヒートスプレッダーが設けられていればよい。
【符号の説明】
【００２３】
１…電子装置、  ３ｒ，３ｌ…コア、  ４…フレキシブルインターポーザー、  ４ａ…母材、  ４ｂ…ピン、  ５…基板、  ６…ヒートスプレッダー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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