(57)【要約】【課題】プリント回路基板上に集積回路デバイスを配置し、次いで集積回路デバイス上に熱放散デバイスを配置することを含む、熱放散デバイスによって所定の圧縮力を集積回路に向けて加える方法および装置を提供する。【解決手段】本方法は、駆動ネジを熱放散デバイスの部分に当ててバネ板の中へ締めることを含む。駆動ネジは、特定の圧縮力のための予め設定された較正に対応する機械的制限を超えて締まらないようにされることがあり、この特定の圧縮力は、最小熱界面圧力および最小接触界面圧力のうちの大きいものに対応する最小圧縮力以上であり得る。その上、この特定の圧縮力は、集積回路デバイスに加えられる可能性のある最大圧力以下であり得る。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱放散デバイスから１つまたは複数の集積回路デバイスに特定の圧縮力を加える方法であって、
前記集積回路デバイスをプリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置すること、
前記熱放散デバイスを前記集積回路デバイス上に配置すること、および
バネ板を通して前記熱放散デバイスの部分に押し当てて駆動ネジを締めること、を含み、前記駆動ネジが、前記特定の圧縮力のための予め設定された較正に対応する機械的制限を超えて締まらないようにされる方法。
【請求項２】
前記機械的制限に達するまで前記駆動ネジを締めることで、結果として、前記特定の圧縮力が前記熱放散デバイスによって前記集積回路に加えられるようになる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記機械的制限が、ネジ頭、ワッシャ、スペーサ、ナット、前記駆動ネジの非ネジ部分、前記駆動ネジを貫通するピン、および前記駆動ネジのネジ山パターンの不連続のうちの１つを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記駆動ネジが締められるときに、前記バネ板およびバネ棒のうちの少なくとも１つが撓み、さらに、
組み合わされた前記バネ棒の撓みと前記バネ板の撓みが、全撓み距離をもたらす、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記特定の圧縮力のための前記予め設定された較正が、前記全撓み距離に対応する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記バネ板が、前記熱放散デバイス中のチャネルの中にあり、
前記バネ板の側部が、垂直方向でバネ板保持ピンと接し、さらに、
前記駆動ネジの前記締め付けは、前記バネ板の前記側部が垂直方向で前記バネ板保持ピンによって制限されるまで前記バネ板の前記側部を持ち上げ、さらに締めることによって前記バネ板が撓むようになり、それによって、前記集積回路デバイスに対する前記特定の圧縮力を生じさせる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記駆動ネジが、前記バネ板を貫通してねじ込まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
表側補強材を前記ＰＣＢに取り付けること、および
前記駆動ネジを締める前に１つまたは複数の荷重アームを前記バネ板保持ピンの上に位置付けすること、をさらに含み、前記１つまたは複数の荷重アームが、前記表側補強材に接続された１つまたは複数のバネ棒に接続され、かつそのバネ棒の周りを回転することができる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
表側補強材を前記ＰＣＢに取り付けること、および
１つまたは複数の無影響固定具を係合させることによって、前記集積回路デバイスに対する前記特定の圧縮力に影響を及ぼすことなしに、前記熱放散デバイスを前記表側補強材に固定すること、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
熱放散デバイスから１つまたは複数の集積回路デバイスに特定の圧縮力を加えるためのデバイスであって、
ＰＣＢ上に配置された集積回路と、
前記集積回路上に配置された前記熱放散デバイスと
前記熱放散デバイス上に配置されたバネ板と、
駆動ネジが締められるとき前記熱放散デバイスから前記１つまたは複数の集積回路デバイスに圧縮力が加えられるように構成された、前記バネ板を貫通する前記駆動ネジと、を備え、前記駆動ネジが、前記特定の圧縮力のための予め設定された較正に対応する機械的制限を超えて締まらないようにされているデバイス。
【請求項１１】
前記機械的制限に達するまで前記駆動ネジが締められ、それによって、前記特定の圧縮力が前記熱放散デバイスから前記集積回路に加えられるようになる、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記機械的制限が、ネジ頭、ワッシャ、スペーサ、ナット、前記駆動ネジの非ネジ部分、前記駆動ネジを貫通するピン、および前記駆動ネジのネジ山パターンの不連続のうちの１つを備える、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記駆動ネジが締められるときに、前記バネ板およびバネ棒のうちの少なくとも１つが撓み、さらに、
組み合わされた前記バネ棒の撓みと前記バネ板の撓みが、全撓み距離をもたらす、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記特定の圧縮力のための前記予め設定された較正が、前記全撓み距離に対応する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記バネ板が、前記熱放散デバイス中のチャネルの中にあり、
前記バネ板の側部が、垂直方向でバネ板保持ピンと接し、さらに、
前記バネ板の前記側部は、前記駆動ネジが締められるときに前記バネ板の前記側部が垂直方向で前記バネ板保持ピンによって制限されるまで持ち上げられ、さらに締めることによってバネ板が撓むようになり、それによって、前記集積回路デバイスに対する前記特定の圧縮力を生じさせる、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記駆動ネジが、前記バネ板を貫通してねじ込まれる、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ＰＣＢに取り付けられた表側補強材と、
前記表側補強材に接続された１つまたは複数のバネ棒と、
前記１つまたは複数のバネ棒に接続され、かつそのバネ棒の周りを回転することができる１つまたは複数の荷重アームと、をさらに備え、前記１つまたは複数の荷重アームが、前記駆動ネジが締められるより前に前記バネ板保持ピンの上に位置付けされる、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記ＰＣＢに取り付けられた表側補強材と、
１つまたは複数の無影響固定具と、をさらに備え、前記熱放散デバイスは、前記１つまたは複数の無影響固定具を係合させることによって、前記集積回路デバイスに対する前記特定の圧縮力に影響を及ぼすことなしに、前記表側補強材に固定される、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１９】
熱放散デバイス、バネ板、およびバネ棒組立体を含む組立品を製造する方法であって、
駆動ネジが前記バネ板を貫通して締められるとき、前記熱放散デバイス、前記バネ板、および前記バネ棒組立体を含む前記組立品によって集積回路デバイスに加えられるべき第１の最小特定圧縮力を決定すること、
少なくとも前記第１の最小特定圧縮力が前記集積回路デバイスに加えられるために前記熱放散デバイスに加えられるべき対応する第２の最小特定圧縮力を決定すること、
少なくとも前記第２の最小特定圧縮力が前記熱放散デバイスに加えられるときに合計で前記第１の撓み距離だけ撓まされる前記バネ板および前記バネ棒組立体のうちの少なくとも１つの第１の撓み距離を計算すること、ならびに
ネジ山パターンと、締められたときバネ板に第２の撓み距離を引き起こす機械的制限とを前記駆動ネジに設けることを含み、前記駆動ネジが、前記第２の撓み距離が前記第１の撓み距離よりも大きくなる位置まで機械的に締まらないようにされる、方法。
【請求項２０】
前記駆動ネジが前記第１の撓み距離を引き起こすように締められるとき、前記バネ板が前記第１の撓み距離だけ撓まされ、前記バネ棒組立体が撓まされない、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記駆動ネジが前記第１の撓み距離を引き起こすように締められるとき、前記バネ棒組立体が前記第１の撓み距離だけ撓まされ、前記バネ板が撓まされない、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記集積回路デバイスに加えられるべき最大特定圧縮力を決定することをさらに含み、前記第１の撓み距離が前記第２の撓み距離に等しいとき、前記第１の最小特定圧縮力以上で前記最大特定圧縮力以下の力が、前記集積回路デバイスに加えられる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記最大特定圧縮力が、前記集積回路デバイスを損傷することなしに前記集積回路デバイスに加えることができる所定の最大力に対応する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の最小特定圧縮力が、前記ヒートシンクと前記集積回路の間の所定の最小熱界面力に対応する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の最小特定圧縮力が、前記集積回路とプリント回路基板ＰＣＢの間の界面の所定の最小接触力に対応する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記駆動ネジの前記機械的制限が、前記第２の撓み距離を前記第１の撓み距離の最大に制限する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記機械的制限が、ネジ頭、ワッシャ、スペーサ、ナット、前記駆動ネジの非ネジ部分、前記駆動ネジを貫通するピン、および前記駆動ネジのネジ山パターンの不連続のうちの１つを備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の撓み距離が大きくされるときに、前記バネ板の中心が前記バネ板の垂直方向で制限された側部よりも上に上がるように前記バネ板の撓みが大きくなるように、前記バネ板の側部が垂直方向でバネ板保持ピンによって制限され、さらに、
前記バネ板の撓みが大きくなるときに、前記熱放散デバイスに対する圧縮力が大きくなる、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、John Lee Colbert等によって２００５年１１月８日に出願された「METHODAND APPARATUS FOR MOUNTING A HEAT SINK IN THERMAL CONTACT WITH AN ELECTRONICCOMPONENT」という名称の米国特許出願第１１／２０１，９７２号、代理人整理番号ＲＯＣ９２００５００８８ＵＳ１に関連している。この関連特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に計算デバイスの熱放散に関し、より具体的には、熱放散デバイスによって所定の圧縮力を集積回路に向けて加える方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
現代のコンピュータ・プロセッサは、一般に、ダイ上に作られパッケージ中に入れられた集積回路（ＩＣ）である。ＩＣがより高速により小さく、さらに一般により高性能になるにつれて、ＩＣは、また、より多くの熱を発生する可能性がある。ＩＣが過度に高温になると、ＩＣ回路に損傷が起こり、結果として部分的にまたは完全に動作しないＩＣになることがある。したがって、ＩＣから熱を放散し、ＩＣを適切に動作する状態に保つために、ヒートシンクが利用されることが多い。
【０００４】
集積回路改善の他の結果は、ＩＣパッケージとＩＣパッケージが取り付けられる回路基板との間で電力およびデータを伝えるためにより多くの接続を使用することである。ＩＣパッケージのサイズを劇的に大きくすることなしにそのような接続を追加するために、より高いコンタクト密度が必要であることがある。１つの例では、ランド・グリッド・アレイ（Land Grid Array、ＬＧＡ）・パッケージングを使用して、そのようなより高いコンタクト密度が実現されることがある。
【０００５】
ＬＧＡパッケージングでは、ＩＣパッケージに平形コンタクトがあり、ＩＣパッケージがソケットに挿入されたとき、この平形コンタクトが、ソケット・ハウジング内に含まれるピンの上に載ることができる。ＬＧＡパッケージは、コンタクト密度の増加、コンタクト抵抗の減少、およびゼロ挿入力取付けを提供することができる。しかし、他のパッケージング技術と同様に、ＬＧＡパッケージングは、ＩＣパッケージを所定の位置に保持するために所定の圧縮力を必要とすることがある。ＩＣパッケージが適切な圧縮力によって所定の位置に保持されない場合には、パッケージと回路基板の接触界面で電気的安定性が損なわれることがあり、それでＩＣ性能が損なわれることがある。ＩＣパッケージが必要以上に大きな圧縮力で所定の位置に保持される場合には、ＩＣに対する機械的損傷の危険性または電気的短絡の可能性あるいはその両方があることがある。したがって、一般に、ＩＣパッケージの全面積に所定の圧縮力を実現する公称荷重を使用してＩＣパッケージを所定の位置に保持したいという要望がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第１１／２０１，９７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、必要とされるものは、ＩＣから熱を放散させるのにも役立つＩＣパッケージに一貫した圧縮力を加える改善された方法および装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一般に、計算デバイスにおける熱放散に関し、より具体的には、所定の圧縮力を熱放散デバイスによって集積回路に向けて加える方法および装置に関する。一実施形態では、熱放散デバイスから１つまたは複数の集積回路デバイスに特定の圧縮力を加える方法は、集積回路デバイスをプリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置し、次いで熱放散デバイスを集積回路デバイス上に配置することを含む。本方法は、さらに、駆動ネジを熱放散デバイスの部分に押し当ててバネ板の中へ締めることを含む。駆動ネジは、特定の圧縮力のための予め設定された較正に対応する機械的制限を超えて締まらないようにすることができる。
【０００９】
一実施形態では、熱放散デバイスから１つまたは複数の集積回路デバイスに特定の圧縮力を加えるデバイスが与えられる。本デバイスは、ＰＣＢ上に配置された集積回路と、集積回路上に配置された熱放散デバイスと、熱放散デバイス上に配置されたバネ板とを含むことができる。本デバイスは、さらに、バネ板を貫通してねじ込まれる駆動ネジを含むことができる。この駆動ネジは、締められたとき駆動ネジによって圧縮力が熱放散デバイスから１つまたは複数の集積回路デバイスに加えられるようになるように構成することができる。駆動ネジは、特定の圧縮力のための予め設定された較正に対応する機械的制限を超えて締まらないようにすることができる。
【００１０】
一実施形態では、熱放散デバイス、バネ板、およびバネ棒組立体を含む組立品を製造する方法は、駆動ネジがバネ板を貫通して締められるとき前記組立品によって集積回路デバイスに加えられるべき第１の最小特定圧縮力を決定することを含むことができる。本方法は、また、集積回路デバイスに加えられる第１の最小特定圧縮力をもたらす、熱放散デバイスに加えられるべき対応する第２の最小特定圧縮力を決定することを含むことができる。本方法は、さらに、少なくとも第２の最小特定圧縮力が熱放散デバイスに加えられるときバネ板およびバネ棒組立体の少なくとも１つが合計で第１の撓み距離だけ撓むように、バネ板およびバネ棒組立体のうちの少なくとも１つの第１の撓み距離を計算することを含むことができる。本方法は、さらに、ネジ山パターンと、締められたときバネ板に第２の撓み距離を生じさせることができる機械的制限とを駆動ネジに設けることを含むことができる。駆動ネジは、第２の撓み距離が第１の撓み距離よりも大きくなる位置まで機械的に締まらないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
これから、本発明の実施形態が、添付の図面を参照してただ単に例として説明される。
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に従ったヒートシンクを例示するブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に従って集積回路（ＩＣ）デバイスのパッケージに所定の圧縮力を加えるヒートシンク装置を取り付けるプロセスを示す流れ図である。
【図３】本発明の一実施形態に従ってプリント回路基板（ＰＣＢ）上に取り付けられたＩＣソケット内に含まれたＩＣパッケージを例示するブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に従って裏側補強材および表側補強材を追加した後のＩＣパッケージおよびＩＣソケットを含むＰＣＢを例示するブロック図であり、バネ棒によって表側補強材に取り付けられた荷重アームを含む。
【図５】本発明の一実施形態に従って熱伝導性材料を追加した後のＰＣＢを例示するブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態に従ってヒートシンクを追加した後のＰＣＢを例示するブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態に従ってバネ板および駆動ネジを追加した後のＰＣＢを例示するブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態に従ってバネ板保持ピンを追加した後のＰＣＢを例示するブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態に従って荷重アームが回転され所定の位置に置かれた後のＰＣＢを例示するブロック図である。
【図１０】本発明の一実施形態に従って駆動ネジが締められた後のＰＣＢを例示するブロック図である。
【図１１】本発明の一実施形態に従った、無影響固定具（non-influencing fastener）を含んだＰＣＢ・ヒートシンク組立品の上面図を例示するブロック図である。
【図１２】本発明の一実施形態に従ったＰＣＢ・ヒートシンク組立品の分解組立図を例示するブロック図である。
【図１３】本発明の一実施形態に従ったＰＣＢ・ヒートシンク組立品の等角図を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、一般的に、計算デバイスにおける熱放散に関し、より詳細には、熱放散デバイスによって所定の圧縮力を集積回路に向けて加える方法および装置に関する。一実施形態では、特定の圧縮力を熱放散デバイスから１つまたは複数の集積回路デバイスに加える方法は、集積回路デバイスをプリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置し、次いで熱放散デバイスを集積回路デバイス上に配置することを含む。本方法は、さらに、バネ板を貫通してねじ込まれる駆動ネジを熱放散デバイスの部分に押し当てて締めることを含む。駆動ネジは、特定の圧縮力のための予め設定された較正に対応する機械的制限を超えて締まらないようにすることができる。
【００１４】
以下で、本発明の実施形態について言及する。しかし、理解されるべきことであるが、本発明は、説明される特定の実施形態に限定されない。むしろ、異なる実施形態に関連したものであろうとなかろうと以下の特徴および要素のどんな組合せも本発明を実現し実行するものと考えられる。さらに、様々な実施形態において、本発明は、従来技術よりも優れた数多くの有利点を提供する。しかし、本発明の実施形態は、他の可能な解決策または従来技術よりも優れた有利点あるいはその両方を達成することができるが、特定の有利点が特定の実施形態によって達成されるかどうかは、本発明の限定ではない。したがって、以下の態様、特徴、実施形態および有利点は、ただ単に例示であって、１つまたは複数の請求項に明示的に列挙された場合を除いて添付の特許請求の範囲の要素または限定と考えられない。同様に、「本発明」についての言及は、本明細書で開示される任意の発明内容の一般化として解釈されるべきでなく、また１つまたは複数の請求項に明示的に列挙された場合を除いて添付の特許請求の範囲の要素または限定であると考えられるべきでない。
【００１５】
熱放散デバイスの一般的な動作
図１は、本発明の一実施形態に従ったヒートシンク１０２およびそれの応用１００を例示するブロック図である。図示の実施形態では、プリント回路基板（ＰＣＢ）１１０上に取り付けられた集積回路（ＩＣ）パッケージ１０４は熱１１４を発生することがある。ＩＣパッケージからの熱１１４は、熱伝導性材料１０６を通してヒートシンク１０２の中に拡散することができる。ヒートシンク１０２は、熱１１４の放散を容易にする複合構造を有し、フィン、ヒートパイプおよび／または蒸気チャンバを含むことができる。
【００１６】
一実施形態では、ヒートシンク１０２は、表側補強材１０８に固定されてもよい。ヒートシンク１０２は、ＩＣパッケージ１０４に圧力を加える可能性があり、それによってＰＣＢ１１０が曲がることがある。この曲げを減らすために、ＰＣＢ１１０は、表側補強材１０８と裏側補強材１１２の間に保持されてもよい。代わりに、表側補強材１０８または裏側補強材１１２あるいはその両方が存在しなくてもよく、ヒートシンク１０２がＰＣＢ１１０に直接固定されてもよい。
【００１７】
一実施形態では、ヒートシンク１０２は、ヒートシンク１０２の上部に埋め込まれたＵ字チャネル１１６と呼ばれるチャネル１１６を含むことができる。Ｕ字チャネル１１６は、Ｕ字チャネル支持梁１１８と呼ばれる水平部材を含むことができ、この支持梁１１８の上へバネ板１２４が配置されてもよい。以下で説明されるように、駆動ネジ１２０はバネ板１２４を貫通してねじ込まれることができ、Ｕ字チャネル支持梁１１８の上に載っていてもよい。
【００１８】
所定の圧縮力を集積回路に加えるようにヒートシンク装置を取り付けるプロセス
図２は、本発明の一実施形態に従って所定の圧縮力をＩＣデバイス１０４のパッケージに加えるようにヒートシンク１０２を取り付けるプロセス２００を示す流れ図である。本プロセスは、ステップ２０２から始まることがあり、このステップ２０２でＩＣパッケージ１０４がＰＣＢ１１０上に取り付けられる。例えば、ＩＣパッケージ１０４は、ＰＣＢ１１０に直接取り付けられてもよく、ピン・グリッド・アレイ（pin grid array、ＰＧＡ）・ソケットに取り付けられてもよく、または、ランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）・ソケットに取り付けられてもよい。
【００１９】
一実施形態では、ステップ２０４で、裏側補強材１１２および表側補強材１０８がＰＣＢ１１０に取り付けられてもよい。例えば、表側補強材１０８は、ＩＣパッケージ１０４（および使用可能であればＩＣソケット）の側部を取り囲むことができ、裏側補強材１１２は、ＩＣパッケージ１０４と反対の側でＰＣＢ１１０を覆い得る。代わりに、ＩＣソケットが、表側補強材１１２に組み込まれてもよい。オプションとして、裏側補強材１１２とＰＣＢ１１０の間に絶縁体があってもよい。
【００２０】
一実施形態では、表側補強材１０８は、１つまたは複数のバネ棒に取り付けられた１つまたは複数の荷重アームを含むことができる。バネ棒は、その両端が表側補強材１０８に固定された可撓性金属棒または非金属棒であってもよい。ヒートシンク１０２でＩＣデバイス１０４に加える必要があり得る所定の圧縮力に依存して、バネ棒およびその材料のゲージは変化し得る。例えば、本発明の実施形態は、７０から７００ポンド（３１．７５から３１７．５ｋｇ）の圧縮力をＩＣパッケージ１０４に加えるために使用されてよく、この圧縮力は、３から５ｍｍのバネ棒ゲージに対応し得る。７０から７００ポンド（３１．７５から３１７．５ｋｇ）の所定の力範囲は例示であり、いくつかの場合に、他の望ましい範囲がこの発明の実施形態で利用されてもよい。
【００２１】
一実施形態では、荷重アームは、バネ棒に取り付けられバネ棒の周りを回転することができるアームであってもよい。荷重アームは、クリープが皆無かそれに近い材料から作られてもよく、金属であってもよい。クリープは、高温または高圧あるいはその両方の下での材料のゆっくりした永久変形を意味することができる。１つまたは複数の鉤が、バネ棒と反対側の荷重アームの端部にあってよい。荷重アームは、空気が荷重アームの個々の枝部の間を流れるように荷重アームの鉤形端部に接合された２つの枝部から構成されてもよい。
【００２２】
一実施形態では、ＩＣパッケージ１０４がＰＣＢ１１０に取り付けられたらすぐに、ステップ２０６で、熱伝導性材料１０６がＩＣパッケージ１０４の上に配置されてもよい。この熱伝導性材料１０６は、最終的には、ＩＣパッケージ１０４とヒートシンク１０２の間のシールを形成することができ、さらにＩＣパッケージ１０４からの熱の放散１１４を容易にするのに役立つことができる。代わりに、いくつかの場合には、熱伝導性材料１０６が使用されないことがある。
【００２３】
一実施形態では、ステップ２０８で、ヒートシンク１０２がＩＣパッケージ１０４および表側補強材１０８の上に配置されてもよい。ヒートシンク１０２は、表側補強材１０８に取り付けられた荷重アームと一列に並ぶことがあるＵ字チャネル１１６をその中に備えることができる。バネ板保持ピン案内スロットが、Ｕ字チャネル１１６の両端に位置付けされてもよい。
【００２４】
一実施形態では、ステップ２１０で、駆動ネジ１２０の付いたバネ板１２４がＵ字チャネル１１６の中に配置されてもよい。バネ板１２４は、可撓性金属板または非金属板であってもよい。この板の厚さおよび材料は、バネ棒に関して先に述べられたように、ヒートシンク１０２によって集積回路１０４に加えられるべき所定の力に依存して変化し得る。７０から７００ポンド（３１．７５から３１７．５ｋｇ）の先に述べられた力の範囲をカバーするために、バネ板１２４は、厚さ１．５ｍｍの単一板から積層バネ板を作るのに寄与するいくつかの３ｍｍ板に及び得る。
【００２５】
一実施形態では、駆動ネジ１２０は、バネ板１２４を貫通してねじ込まれるネジであってもよい。駆動ネジ１２０がバネ板１２４を貫通して指定深さに達したとき、駆動ネジ１２０がそれ以上深くねじ込まれ得ないように駆動ネジ１２０は機械的制限を有することがある。そのような機械的制限は、駆動ネジ１２０がそれ以上バネ板１２４にねじ込まれないようにするどんなものであってもよく、ネジ頭１２２、ワッシャ、スペーサ、ナット、駆動ネジ１２０の非ネジ部分、駆動ネジ１２０を貫通するピン、および駆動ネジ１２０のネジ山パターンの不連続（例えば、ネジの軸の滑らかでネジ山のない部分）を含む。駆動ネジが機械的制限に対応する限界まで締められるとき、バネ板１２４の撓みによって、ヒートシンク１０２が集積回路デバイス１０４に対して所望の圧縮力を示すようになることがある。
【００２６】
一実施形態では、駆動ネジ１２０は一般的なネジであってもよく、ネジ部分の直径は、そのネジがバネ板１２４に同様な大きさで作られた穴の中にねじ込まれ得るようなものである。しかし、ネジの頭１２２の直径は大き過ぎて穴を通り抜けることができない。この場合、ネジの頭１２２が機械的制限であることができ、ネジの長さが所定の圧縮力に対応することができる。他の実施形態では、一般的なネジに追加してワッシャなどの少なくとも１つのスペーサが使用されてもよい。スペーサは、ネジのネジ部分よりも大きいがネジの頭１２２よりも小さな直径の穴を有してもよい。したがって、スペーサがバネ板の最上部に接触することができるので、スペーサが機械的制限でありネジの頭１２２ではないことがある。この実施形態では、ただ１つの駆動ネジ１２０を使用して複数の対応する所定の圧縮力のうちの１つを得るために、それぞれ異なる所定の圧縮力に対応する複数のスペーサのうちの１つが使用されることがある。
【００２７】
一実施形態では、ステップ２１２で、バネ板保持ピンが、Ｕ字チャネル１１６の端部のバネ板保持ピン案内スロットに貫通挿入され得る。以下で説明されるように、バネ板保持ピンは、バネ板保持ピン案内スロット中に取付け可能でバネ板１２４によって加えられる応力に耐えることができるどんな型のピンであってもよい。例えば、各バネ板保持ピンは、ナットとボルトの組合せ、ネジと留めクリップの組合せ、リベット、または金属棒であってもよい。
【００２８】
一実施形態では、ステップ２１４で、荷重アームがバネ板保持ピンの上に位置付けされるように、荷重アームはバネ棒の周りで回転することができる。バネ板保持ピン案内スロットの配列は、バネ板保持ピンがバネ板保持ピン案内スロットの最上部に達することができる前にそのピンが荷重アームによって垂直方向で制限されるようなものであることがある。
【００２９】
一実施形態では、ステップ２１６で、駆動ネジの頭１２２などの機械的制限に達し、駆動ネジ１２０がそれ以上深くバネ板１２４にねじ込まれなくなるまで、駆動ネジ１２０がねじ込まれてもよい。駆動ネジ１２０がバネ板１２４にねじ込まれるときに、駆動ネジ１２０の底がＵ字チャネル支持梁１１８に接触することがあり、このＵ字チャネル支持梁１１８は、駆動ネジ１２０をねじ込むことができない平らな板であってもよい。呼応して、駆動ネジ１２０がねじ込まれるときにバネ板１２４が上がることがある。バネ板１２４が上がるときに、バネ板の側部がバネ板保持ピンに接触して、バネ板保持ピンがバネ板１２４と共に（バネ板保持ピン案内スロット中に含まれて）上がるようになることがある。バネ板保持ピンが荷重アームの鉤部分に接触するとき、バネ板保持ピンが、したがってバネ板１２４の側部が垂直方向で制限されることがある。
【００３０】
駆動ネジ１２０がさらにねじ込まれて、駆動ネジ１２０の底がより大きな力でＵ字チャネル支持梁１１８の最上部を押し付けるようになるときに、バネ板１２４は撓み始め、バネ板の中間部が上がるが垂直方向を制限されたバネ板の側部が依然として静止したままであり得る。このバネ板の撓みによって、駆動ネジ１２０からヒートシンク１０２に対して下向きに力が示されるようになることがあり、この力は、ＩＣパッケージ１０４に対する圧縮力を示すことができる。駆動ネジ１２０がバネ板１２４にさらに深くねじ込まれるときに、圧縮力が大きくなることがある。駆動ネジの底からの下向きの力に等しい上向きの力は、バネ板１２４とバネ板保持ピンの界面を介して荷重アームに分配され得る。駆動ネジ１２０の機械的制限に達するとすぐに、ＩＣパッケージ１０４に対するヒートシンク１０２からの圧縮力は、上で説明されたように、予め較正された所定の圧縮力であり得る。
【００３１】
上の構成において、一実施形態に従って、駆動ネジ１２０は圧縮状態であってもよく、駆動ネジ１２０によってバネ板１２４に加えられる上向きの力の結果としてヒートシンク１０２のＵ字チャネル支持梁１１６に対して下向きに力を加える。バネ板１２４は、上向きの力の結果として撓み、バネ板保持ピンを介して上向きの力を荷重アーム中に分配することができる。引っ張り状態にある荷重アームは、バネ棒およびバネ板１２４が直列で全撓み距離に寄与するように、バネ棒の中間を上向きに撓ませることができ、この全撓み距離は、ＩＣパッケージ１０４に対する下向きの力に比例している。したがって、ＩＣパッケージ１０４に対する望ましい所定の圧縮力、バネ棒のバネ定数およびバネ板１２４のバネ定数を決定した後で、バネ板１２４およびバネ棒の望ましい撓み距離を計算することができる。次いで、望ましい撓み距離を使用して、上で説明されたように駆動ネジ１２０の適切な機械的制限を選ぶことができ、それによって、駆動ネジ１２０が完全に締められたとき適正な所定の圧縮力がヒートシンク１０２に加えられることが保証される。
【００３２】
一実施形態では、ステップ２１８で、ヒートシンク１０２がＩＣパッケージ１０４に取り付けられたらすぐに、熱伝導性材料１０６が硬化されることがある。どんな許容可能な熱伝導性材料１０６が使用されてもよい。さらに、赤外光、熱または自己硬化ペーストを使用することを含む、いかなる許容可能な硬化方法が使用されてもよい。代わりに、熱伝導性材料１０６が硬化されなくてもよい。
【００３３】
一実施形態では、ステップ２２０で、ヒートシンク１０２をＩＣパッケージ１０４にさらにしっかり固定するために１つまたは複数の無影響固定具が係合されることがある。無影響固定具は、係合されたとき外へ開いてヒートシンク１０２を掴むことができる、表側補強材１０８に付いた固定具である。代わりに、他の固定具が使用されてもよく、または固定具が使用されなくてもよい。
【００３４】
一実施形態では、プロセス２００を利用することで、結果としてＩＣパッケージ１０４に対する圧縮力が生じることがある。圧縮力は、最小圧縮力以上であり得るが、所定の最大圧縮力以下であることがある。所定の最大圧縮力は、損傷する前にＩＣパッケージ１０４に加えることができる最も大きな力に対応することがあり、この力はＩＣパッケージ１０４の製造業者によって指定されることがある。最小圧縮力は、ヒートシンク１０２中への必要な熱流量１１４を得るための最小熱界面圧力に対応することがある。代わりに、最小圧縮力は、ＩＣパッケージ１０４とＰＣＢ１１０またはソケットの間の界面の許される最小接触圧力に対応することがある。
【００３５】
一実施形態では、圧縮力は、ＩＣパッケージ１０４の必要コンプライアンス荷重の±５％以内であることがある。オプションとして、他の望ましい許容範囲が利用されてもよい。この許容範囲は、ＩＣパッケージ１０４全体にわたって保たれることができる。このことは有利である可能性がある。その理由は、上で説明されたように、ＩＣパッケージ１０４に対する圧縮力が必要コンプライアンス荷重をかなり下回る場合、ＩＣパッケージ１０４とＰＣＢ１０８の接触界面における電気的安定性が犠牲にされることがあり、ＩＣ性能が損なわれることがあるからである。ＩＣパッケージ１０４が、必要以上に大きな圧縮力で所定の位置に保持されると、ＩＣに対する機械的損傷の危険性または電気的短絡の可能性あるいはその両方があることがある。
【００３６】
集積回路に所定の圧縮力を加えるようにヒートシンク装置を取り付けるプロセスの例
プロセス２００は、本発明の一実施形態に従って、集積回路デバイスに所定の圧縮力を加えるようにヒートシンク装置を取り付けるプロセスを説明する。例示として、図３〜１３は、プロセス２００に従ったヒートシンク取付けの例を示し、したがって図３〜１３に関連して図２のプロセス２００が参照される。
【００３７】
一実施形態では、プロセス２００のステップ２０２で説明されたように、ＩＣパッケージ１０４は、ＰＣＢ１１０上に取り付けられたＩＣソケット３０２の中に含まれているが、このことは図３および図１２に示されている。ＩＣパッケージの型は、ＩＣソケット３０２を必要とするどんな型のＩＣパッケージであってもよい。例えば、ＩＣパッケージは、ＬＧＡ型パッケージかＰＧＡ型パッケージかのどちらかであってもよい。代わりに、ＩＣパッケージは、ＰＣＢに直接取り付けられてもよく、またＩＣソケット３０２を必要としなくてもよい。
【００３８】
一実施形態では、プロセス２００のステップ２０４で説明されたように、表側補強材１０８および裏側補強材１１２が既存のＰＣＢ１１０とＩＣパッケージ１０４の組合せに追加されてもよく、これは図４、１２および１３に例示されている。表側補強材１０８は、バネ棒４０４によって表側補強材１０８に取り付けられた荷重アーム４０６を含むことができる。荷重アーム４０６は、バネ棒４０４の周りを回転することができることがある。オプションとして、裏側補強材とＰＣＢ１１０の間に絶縁体が挿入されてもよい。
【００３９】
一実施形態では、プロセス２００のステップ２０６で説明されたように、熱伝導性材料１０６がＩＣパッケージ１０４の最上部に付加されてもよく、これは図５および図１２に示されている。この熱伝導性材料１０６は、図１に示されているように、ＩＣ１０４からの熱１１４の拡散を助けるように働くことができる。さらに、ステップ２０８で説明され図６、１２および１３に示されるように、既存のＰＣＢ１１０、ＩＣパッケージ１０４、表側補強材１０８および熱伝導性材料１０６の組合せの上にヒートシンク１０２が配置されてもよい。ヒートシンク１０２は、Ｕ字チャネル１１６と呼ばれるチャネルを含んでよい。Ｕ字チャネル１１６の端部に、バネ板保持ピン案内スロット６０４があってもよい。
【００４０】
一実施形態では、プロセス２００のステップ２１０で説明されたように、駆動ネジ１２０の付いたバネ板１２４がＵ字チャネル１１６の中に配置されることがあるが、これは図７、１２および１３に示されている。バネ板１２４は、可撓性材料のいくつかの層から作られてもよい。駆動ネジ１２０がネジ板１２４の中にねじ込まれてもよい。
【００４１】
一実施形態では、プロセス２００のステップ２１２で説明されたように、その組立品にバネ板保持ピン８０２が追加されることがある。図８、１２および１３に示されるように、バネ板保持ピン８０２は、バネ板１２４の上のバネ板保持ピン案内スロット６０４の中に挿入されてもよい。次いで、ステップ２１４で説明され図９および図１３に示されるように、荷重アーム４０６が、バネ板保持ピン８０２の上の所定の位置へ回転されることがある。
【００４２】
一実施形態では、プロセス２００のステップ２１６で説明されたように、駆動ネジ１２０の機械的制限（例えば、ネジ頭１２２）がバネ板１２４にぴったり当たるまで、駆動ネジ１２０がバネ板１２４の中にねじ込まれることができる。上で説明されたように、バネ板１２４の側部がバネ板保持ピン８０２を押し付けるようになるまで、駆動ネジ１２０をネジ込んでバネ板１２４を持ち上げることができる。駆動ネジ１２０をねじ込み続けるときに、荷重アーム４０６の鉤で制限されたバネ板保持ピン８０２によってバネ板１２４の側部の上昇が遮られることがある。駆動ネジ１２０がさらにねじ込まれるときに、図１０に示されるように、バネ板１２４は撓み、荷重アーム４０６の引っ張り力およびヒートシンクに対する下向きの力を引き起こし得る。さらに、荷重アーム４０６の引っ張り力の結果としてバネ棒４０４がその中心で上向きに撓むことがある。
【００４３】
一実施形態では、ステップ２１８のように熱伝導性材料１０６を硬化する必要があることがある。硬化後、プロセス２００のステップ２２０で説明されたように、ヒートシンク１０２によってＩＣパッケージ１０４に加えられる力に影響を及ぼすことなしに、ヒートシンク１０２が表側補強材１０８にしっかり保持されるように、無影響固定具１１０２が係合され得る。無影響固定具１１０２の可能な位置は、図１１、１２および１３に見ることができる。代わりに、熱伝導性材料１０６は硬化されなくてもよい。
【００４４】
一実施形態では、上で説明されたように、プロセス２００を利用して、ＩＣデバイス１０４に較正された圧力を加えるようにヒートシンク１０２を取り付けることができる。ＩＣデバイス１０４に加えられる圧力は、駆動ネジ１２０の長さだけでなくバネ棒４０４およびバネ板１２０の撓みの関数でもあることがあるので、較正が可能であることがある。駆動ネジ１２０がもっと長く、かつ／またはバネ棒４０４および／またはバネ板１２４がもっと堅い場合には、ヒートシンク１０２によってＩＣデバイス１０４に加えられる圧力はもっと大きくなることがある。
【００４５】
一実施形態では、バネ棒４０４とバネ板１２４の組合せ撓みが、ヒートシンク１０２およびＩＣデバイス１０４に加えられる圧縮力を引き起こし得る。したがって、ＩＣデバイス１０４に加えられる圧力は、バネ棒４０４とバネ板１２４の両方の撓みによることがある。オプションとして、一実施形態では、バネ棒４０４は撓まないことがあり、加えられる圧縮力の全てがバネ板１２４の撓みによって引き起こされることがある（例えば、総撓みはバネ板１２４の撓みに等しいことがある）。同様に、一実施形態では、バネ板１２４が撓まないことがあり、加えられた圧縮力の全てがバネ棒４０４の撓みによって引き起こし得る（例えば、総撓みはバネ棒４０４の撓みに等しいことがある）。
【００４６】
当業者は認めるであろうが、本発明の範囲を変えない本発明の可能な変形が多数ある。例えば、バネ板保持ピン案内スロット６０４は省かれてもよく、かつ／またはバネ板保持ピン８０２はバネ板１２４に付けられてもよい。
【００４７】
上述のものは本発明の実施形態に向けられたが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなしに本発明の他のおよびさらに進んだ実施形態が考案されてもよく、本発明の範囲は次の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2009545148.tif 000003
【図２】
2009545148.tif 000004
【図３】
2009545148.tif 000005
【図４】
2009545148.tif 000006
【図５】
2009545148.tif 000007
【図６】
2009545148.tif 000008
【図７】
2009545148.tif 000009
【図８】
2009545148.tif 000010
【図９】
2009545148.tif 000011
【図１０】
2009545148.tif 000012
【図１１】
2009545148.tif 000013
【図１２】
2009545148.tif 000014
【図１３】
2009545148.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月30日(2009.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱放散デバイスから１つまたは複数の集積回路デバイスに特定の圧縮力を加える方法であって、
前記集積回路デバイスをプリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置すること、
前記熱放散デバイスを前記集積回路デバイス上に配置すること、および
バネ板を通して前記熱放散デバイスの部分に押し当てて駆動ネジを締めること、を含み、前記駆動ネジが、前記特定の圧縮力のための予め設定された較正に対応する機械的制限を超えて締まらないようにされる方法。
【請求項２】
前記機械的制限に達するまで前記駆動ネジを締めることで、結果として、前記特定の圧縮力が前記熱放散デバイスによって前記集積回路に加えられるようになる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
表側補強材を前記ＰＣＢに取り付けること、および
前記駆動ネジを締める前に１つまたは複数の荷重アームを前記バネ板保持ピンの上に位置付けすること、をさらに含み、前記１つまたは複数の荷重アームが、前記表側補強材に接続された１つまたは複数のバネ棒に接続され、かつそのバネ棒の周りを回転することができる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記駆動ネジが締められるときに、前記バネ板および前記バネ棒のうちの少なくとも１つが撓み、さらに、
組み合わされた前記バネ棒の撓みと前記バネ板の撓みが、全撓み距離をもたらす、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記特定の圧縮力のための前記予め設定された較正が、前記全撓み距離に対応する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記バネ板が、前記熱放散デバイス中のチャネルの中にあり、
前記バネ板の側部が、垂直方向でバネ板保持ピンと接し、さらに、
前記駆動ネジの前記締め付けは、前記バネ板の前記側部が垂直方向で前記バネ板保持ピンによって制限されるまで前記バネ板の前記側部を持ち上げ、さらに締めることによって前記バネ板が撓むようになり、それによって、前記集積回路デバイスに対する前記特定の圧縮力を生じさせる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記駆動ネジが、前記バネ板を貫通してねじ込まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
表側補強材を前記ＰＣＢに取り付けること、および
１つまたは複数の無影響固定具を係合させることによって、前記集積回路デバイスに対する前記特定の圧縮力に影響を及ぼすことなしに、前記熱放散デバイスを前記表側補強材に固定すること、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
熱放散デバイスから１つまたは複数の集積回路デバイスに特定の圧縮力を加えるためのデバイスであって、
ＰＣＢ上に配置された集積回路と、
前記集積回路上に配置された前記熱放散デバイスと
前記熱放散デバイス上に配置されたバネ板と、
駆動ネジが締められるとき前記熱放散デバイスから前記１つまたは複数の集積回路デバイスに圧縮力が加えられるように構成された、前記バネ板を貫通する前記駆動ネジと、を備え、前記駆動ネジが、前記特定の圧縮力のための予め設定された較正に対応する機械的制限を超えて締まらないようにされているデバイス。
【請求項１０】
前記機械的制限が、ネジ頭、ワッシャ、スペーサ、ナット、前記駆動ネジの非ネジ部分、前記駆動ネジを貫通するピン、および前記駆動ネジのネジ山パターンの不連続のうちの１つを備える、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記バネ板が、前記熱放散デバイス中のチャネルの中にあり、
前記バネ板の側部が、垂直方向でバネ板保持ピンと接し、さらに、
前記バネ板の前記側部は、前記駆動ネジが締められるときに前記バネ板の前記側部が垂直方向で前記バネ板保持ピンによって制限されるまで持ち上げられ、さらに締めることによってバネ板が撓むようになり、それによって、前記集積回路デバイスに対する前記特定の圧縮力を生じさせる、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記ＰＣＢに取り付けられた表側補強材と、
前記表側補強材に接続された１つまたは複数のバネ棒と、
前記１つまたは複数のバネ棒に接続され、かつそのバネ棒の周りを回転することができる１つまたは複数の荷重アームと、をさらに備え、前記１つまたは複数の荷重アームが、前記駆動ネジが締められるより前に前記バネ板保持ピンの上に位置付けされる、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記ＰＣＢに取り付けられた表側補強材と、
１つまたは複数の無影響固定具と、をさらに備え、前記熱放散デバイスは、前記１つまたは複数の無影響固定具を係合させることによって、前記集積回路デバイスに対する前記特定の圧縮力に影響を及ぼすことなしに、前記表側補強材に固定される、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１４】
熱放散デバイス、バネ板、およびバネ棒組立体を含む組立品を製造する方法であって、
駆動ネジが前記バネ板を貫通して締められるとき、前記熱放散デバイス、前記バネ板、および前記バネ棒組立体を含む前記組立品によって集積回路デバイスに加えられるべき第１の最小特定圧縮力を決定すること、
少なくとも前記第１の最小特定圧縮力が前記集積回路デバイスに加えられるために前記熱放散デバイスに加えられるべき対応する第２の最小特定圧縮力を決定すること、
少なくとも前記第２の最小特定圧縮力が前記熱放散デバイスに加えられるときに合計で前記第１の撓み距離だけ撓まされる前記バネ板および前記バネ棒組立体のうちの少なくとも１つの第１の撓み距離を計算すること、ならびに
ネジ山パターンと、締められたときバネ板に第２の撓み距離を引き起こす機械的制限とを前記駆動ネジに設けることを含み、前記駆動ネジが、前記第２の撓み距離が前記第１の撓み距離よりも大きくなる位置まで機械的に締まらないようにされる、方法。
【請求項１５】
前記駆動ネジが前記第１の撓み距離を引き起こすように締められるとき、前記バネ板が前記第１の撓み距離だけ撓まされ、前記バネ棒組立体が撓まされない、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記駆動ネジが前記第１の撓み距離を引き起こすように締められるとき、前記バネ棒組立体が前記第１の撓み距離だけ撓まされ、前記バネ板が撓まされない、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記集積回路デバイスに加えられるべき最大特定圧縮力を決定することをさらに含み、前記第１の撓み距離が前記第２の撓み距離に等しいとき、前記第１の最小特定圧縮力以上で前記最大特定圧縮力以下の力が、前記集積回路デバイスに加えられる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記最大特定圧縮力が、前記集積回路デバイスを損傷することなしに前記集積回路デバイスに加えることができる所定の最大力に対応する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の最小特定圧縮力が、前記ヒートシンクと前記集積回路の間の所定の最小熱界面力に対応する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の最小特定圧縮力が、前記集積回路とプリント回路基板ＰＣＢの間の界面の所定の最小接触力に対応する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記駆動ネジの前記機械的制限が、前記第２の撓み距離を前記第１の撓み距離の最大に制限する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の撓み距離が大きくされるときに、前記バネ板の中心が前記バネ板の垂直方向で制限された側部よりも上に上がるように前記バネ板の撓みが大きくなるように、前記バネ板の側部が垂直方向でバネ板保持ピンによって制限され、さらに、
前記バネ板の撓みが大きくなるときに、前記熱放散デバイスに対する圧縮力が大きくなる、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
2009545148.tif 000016
2009545148.tif 000017
2009545148.tif 000018