(57)【要約】【課題】電子部品に対するヒートシンクの押し付け荷重を適正化するとともに、電子部品に対するヒートシンクの水平方向の位置ずれを抑制し、良好な放熱効果を実現する電子回路基板を提供する。【解決手段】表面に電子部品が実装される基板本体と、電子部品に塗布される伝熱材料と、電子部品に前記伝熱材料を介して設けられて、電子部品から放射される熱を放熱するヒートシンクと、基板本体上において、前記電子部品から離間した位置に設けられた固定部材と、第一の端部がヒートシンクに固定されるとともに、第一の端部とは反対側の第二の端部が固定部材を介して基板本体に固定された、少なくとも２つ以上の接続体とを備え、接続体は板バネであって、ヒートシンクを電子部品に押し付けることを特徴とする。【選択図】図２
2015073044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に電子部品が実装される基板本体と、
前記電子部品に塗布される伝熱材料と、
前記電子部品に前記伝熱材料を介して設けられて、前記電子部品から放射される熱を放熱するヒートシンクと、
前記基板本体の表面上において、前記電子部品から離間した位置に設けられた固定部材と、
第一端部が前記ヒートシンクに固定されるとともに、前記第一端部とは反対側の第二端部が前記固定部材を介して前記基板本体に固定された、少なくとも２つ以上の接続体と、
を備え、
前記接続体は板バネであって、前記ヒートシンクを前記電子部品に押し付ける電子回路基板。
【請求項２】
前記固定部材は、前記基板本体の表面と直交する方向に延在する柱状のスタッドを介して前記基板本体に固定される請求項１に記載の電子回路基板。
【請求項３】
基板本体の表面に電子部品を実装し、
前記電子部品に伝熱材料を塗布し、
前記電子部品から放射される熱を放熱するヒートシンクを前記伝熱材料を介して前記電子部品に設け、
前記基板本体の表面上において、前記電子部品から離間した位置に固定部を設け、
第一端部が前記ヒートシンクに固定されるとともに、前記第一端部とは反対側の第二端部が前記固定部を介して前記基板本体に固定された板バネからなる接続体によって、前記ヒートシンクを前記電子部品に押し付けて前記基板本体に搭載する電子回路基板の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の発熱を外部に放熱するための手段を備えた電子回路基板およびその組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器に使用されるＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  ＩＣ）等の半導体集積回路においては、より高密度な集積化が進められている。内部回路の高集積化に伴い、消費電力も従来に比して増大している。そして、消費電力の増大に比例して、半導体集積回路の内部抵抗等に起因する発熱量も増加している。
発熱が亢進すると回路動作の効率が低下するのみならず、電子回路の熱暴走や回路素子の損壊を誘発するため、熱源である集積回路の放熱手段を設けることは肝要である。このような放熱手段として、発熱体としての電子部品よりも大きな熱容量を有する金属等の素材で形成されたヒートシンクが知られている。ヒートシンクは、サーマルグリス等の伝熱材料を介して電子部品の外表面に密着させられることで、電子部品の放熱を促すものである。
ヒートシンクによる良好な放熱効果を得るためには、ヒートシンクを電子部品の外表面に対して可能な限り密着させて配置する必要がある。
【０００３】
このようなヒートシンクとしては、例えば以下の特許文献１、２に記載のものが知られている。特許文献１には、コイルバネを介して段付きねじによって基板にヒートシンクを固定するヒートシンクの取付け機構が記載されている。また、特許文献２には、半導体集積回路パッケージにパッケージ側取付孔を形成し、ヒートシンクにヒートシンク側取付孔を形成し、これらの孔を同時に貫通するとともに、ヒートシンクと半導体集積回路パッケージを密着させたまま維持する取付具を有するヒートシンク取付構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２４３４３９号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の装置では、段付きねじの軸部とヒートシンクに設けられた取付孔との間にすきまを設ける必要があるため、外部から衝撃や振動が付加された際に水平方向（基板表面と平行な方向）にヒートシンクがずれる可能性がある。一時的であれ、ヒートシンクにずれが生じると、伝熱材料であるサーマルグリスが気泡を巻き込み、熱伝導性が低下する可能性がある。また、上記特許文献２の装置では、電子部品の外表面に対するヒートシンクの押し付け荷重をコントロールすることが難しい。押し付け荷重が過大な場合は電子部品に悪影響を及ぼす場合がある。反対に、押し付け荷重が不十分な場合は所望の放熱効果を得られない場合がある。さらには、電子部品パッケージの許容寸法公差が小さくなり、電子部品の生産ロットによってはヒートシンクの取付けに困難が生じることもある。結果として、ヒートシンクを電子部品に対して密着させることができずに、発熱体である電子部品の熱量を効率的に放熱することができない可能性がある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、電子部品に対するヒートシンクの押し付け荷重を適正化するとともに、電子部品に対するヒートシンクの水平方向の位置ずれを抑制し、良好な放熱効果を実現する電子回路基板およびその組立方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決する電子回路基板を提供するものである。
本発明の第一の態様に係る電子回路基板は、表面に電子部品が実装される基板本体と、電子部品に塗布される伝熱材料と、電子部品に伝熱材料を介して設けられて、電子部品から放射される熱を放熱するヒートシンクと、基板本体の表面上において、電子部品から離間した位置に設けられた固定部材と、第一端部がヒートシンクに固定されるとともに、第一端部とは反対側の第二端部が固定部材を介して基板本体に固定された、少なくとも２つ以上の接続体とを備え、接続体は板バネであって、ヒートシンクを電子部品に押し付けることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第一態様に係る電子回路基板の組立方法は、基板本体の表面に電子部品を実装し、電子部品に伝熱材料を塗布し、電子部品から放射される熱を放熱するヒートシンクを伝熱材料を介して電子部品に設け、基板本体の表面上において、電子部品から離間した位置に固定部を設け、第一端部が前記ヒートシンクに固定されるとともに、第一端部とは反対側の第二端部が固定部を介して基板本体に固定された板バネからなる接続体によって、ヒートシンクを電子部品に押し付けて基板本体に搭載することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電子回路基板およびその組立方法によれば、電子部品に塗布された伝熱材料に対するヒートシンクの密着性を高めることができる。加えて、接続体が板バネであるため、外部からの振動や衝撃が付加された場合であっても、ヒートシンクに生じる位置ずれが抑制される。これにより、伝熱材料への気泡の巻き込みを抑制でき、電子部品とヒートシンクとの間に高い密着性を維持することができる。また、ヒートシンクと電子部品との間における密着性の過不足が減少し、ひいては効率よく電子部品の発熱を放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第一実施形態に係る電子回路基板の分解斜視図である。
【図２】図１の２−２断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る電子回路基板の変形例を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る電子回路基板の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第一実施形態）
以下、本発明に係る電子回路基板１の第一実施形態について、図１および図２を参照して説明する。
図１は、本発明に係る電子回路基板１の分解斜視図である。電子回路基板１は、表面にプリント配線が設けられた基板本体１０と、基板本体１０のプリント配線に対してはんだ付け等によって実装された電子部品２０と、電子部品２０の外表面２１に塗布される伝熱材料３０と、伝熱材料３０を介して電子部品２０の外表面２１に設けられて電子部品２０の発熱を放熱するヒートシンク４０と、ヒートシンク４０と基板本体１０を接続する接続体６０と、スタッド５０を介して接続体６０を基板本体１０に固定する固定部材７０とを備えている。
【００１２】
（基板本体、電子部品）
基板本体１０は、例えばガラスエポキシやアルミナ等で形成された公知の電気配線用材料であり、その一方の面である実装面１１にはエッチングによって所望のプリント配線（不図示）が形成されている。図１に示すように、本実施形態における基板本体１０は薄肉板状に形成されている。さらに、基板本体１０は後述する接続体６０の接続位置に対応してスタッド５０および基板側取付孔１２を有している。基板側取付孔１２の開孔径は、後述する固定部材７０であるねじの軸径に応じて任意に決定されてよい。
【００１３】
電子部品２０は、例えばＬＳＩパッケージのように、内部に集積回路素子を備えるとともに外装が樹脂材料若しくは金属材料によって密封された部品である。本実施形態における電子部品２０は、上面視矩形の板状の外観を有して形成されており、基板本体１０と対向する側の表面には、複数の金属製端子（不図示）が突出している。電子部品２０は、この端子を介して上述の基板本体１０の実装面１１上におけるプリント配線にはんだ付けされて、電気的に接続されるとともに、物理的に固定される。
【００１４】
（ヒートシンク）
ヒートシンク４０は外形視直方体状に形成された部材である。図１に示すように、ヒートシンク４０は上面視矩形を成す薄肉板状の基台４４と、基台４４の一方側の表面において基台４４の延在平面と直交する方向に突出する複数の板状の放熱板４３とを有する。複数の放熱板４３は、互いの間に一定の間隙を有して平行に設けられる。放熱板４３が設けられる側の面は放熱面４２を形成し、放熱面４２と反対側の面は平滑な平面状に形成されて、吸熱面４１を形成する。
【００１５】
ヒートシンク４０の、基台４４の長手方向における両端部にはフランジ４６が形成されている。フランジ４６は、基台４４の延在する平面と直交する方向（厚さ方向）に基台４４を貫通する第一取付孔４５を有する。第一取付孔４５はそれぞれのフランジ４６に２つずつ設けられている。なお、第一取付孔４５の開口径や、同一のフランジ４６における２つの第一取付孔４５の離間距離は、設計上の必要に応じて任意に決定されてよい。
【００１６】
ヒートシンク４０は、電子部品２０の外装パッケージを形成する樹脂材料と比較して高い熱伝導性を有する金属材料によって一体に形成される。このような良好な熱伝導性を有する金属材料として、例えばアルミニウムや銅が好適である。
【００１７】
本実施形態に係る電子回路基板１を組み上げた状態（図２参照）にあっては、ヒートシンク４０の吸熱面４１と電子部品２０の外表面２１との間に、５〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の高い熱伝導率を有するサーマルグリスが伝熱材料３０として介在する。
サーマルグリスは、断熱材として作用する空気を、ヒートシンク４０と電子部品２０との間から排除することを目的とする。サーマルグリスの主成分はシリコンであり、熱伝導性を高めるために銀や銅、アルミナ等の微粉末が混合されて、ペースト状に形成されている。
【００１８】
（接続体、固定部材、スタッド）
図１に示すように、接続体６０は平面視矩形の板バネである。接続体６０は、それぞれの角部に４つの開孔を有している。４つの開孔のうち、接続体６０の一方の長辺側の第一端部４７に設けられた２つの開孔は、ヒートシンク４０のフランジ４６に設けられた２つの第一取付孔４５の離間距離と同一の離間距離を持って設けられて、第二取付孔６１を形成する。第二取付孔６１と第一取付孔４５とに挿入されるねじ等の固定部材８０により、ヒートシンク４０と接続体６０の第一端部４７とが固定される。一方、第二取付孔６１が設けられた長辺とは反対側の他方の長辺側における第二端部４８に設けられた２つの開孔は、ねじ等の固定部材７０を介してスタッド５０（後述）と接続体６０を固定するための第三取付孔６２となっている。
【００１９】
接続体６０は、例えばバネ鋼材等の金属製の板材によって形成される。厚さ方向における曲げ応力に対して十分な弾性が得られる限りにおいて、接続体６０の厚さ寸法は任意に決定されてよい。接続体６０は、厚さ方向に弾性力を有すると同時に、厚さ方向に直交する方向においては剛性を有するため、接続体６０の厚さ方向に直交する方向から付加される荷重に対しては変形や湾曲を生じにくい。
【００２０】
スタッド５０は、樹脂等で形成された柱状の部材である。なお、スタッド５０の軸線方向の延在寸法は以下のように決定される。すなわち、スタッド５０の軸線方向の寸法は、後述の組立方法によって組み上がった状態の電子回路基板１において（図２を参照）、ヒートシンク４０の基台４４の放熱面４２から基板本体１０の実装面１１までの寸法よりも、所定の寸法だけ短く形成される。したがって、組み上げた状態の電子回路基板１において上述の接続体６０は、弾性変形した状態で維持されて、ヒートシンク４０を電子部品２０に押し付ける。より具体的には、接続体６０はヒートシンク４０側の端部からスタッド５０側の端部に向かうに従って、基板本体１０の実装面１１に近づく方向に緩やかに湾曲した状態で維持される。
【００２１】
次に、本実施形態に係る電子回路基板１の組立方法の一例及び作用について説明する。
まず、図１に示すように、基板本体１０の実装面１１に実装された電子部品２０の外表面２１に対して、サーマルグリス等の伝熱材料３０を塗布する。
次に、塗布された伝熱材料３０にヒートシンク４０の吸熱面４１を密着させて電子部品２０の外表面２１にヒートシンク４０を搭載する。
続いて、４つのスタッド５０を前述の基板側取付孔１２の上方に配置する。
さらに、接続体６０を配置する。このとき、接続体６０に設けられた第二取付孔６１を、ヒートシンク４０のフランジ４６に設けられた第一取付孔４５と対応させ、接続体６０に設けられた第三取付孔６２をあらかじめ基板本体１０の実装面１１上に配置したスタッド５０の位置に対応させる。
最後に、第三取付孔６２に挿入されたねじ等の固定部材７０を用いて、接続体６０の第二端部４８とスタッド５０（基板本体１０）とを接続するとともに、第二取付孔６１に挿入されたねじ等の固定部材８０を用いて、接続体６０の第一端部４７とヒートシンク４０とを接続する。以上で、電子回路基板１の組立が完了する。
【００２２】
上述したように、ヒートシンク４０は電子部品２０に対して接続体６０とスタッド５０を介して固定される。このとき、スタッド５０の軸線方向における寸法は、ヒートシンク４０の基台４４の放熱面４２から基板本体１０の実装面１１までの寸法よりも、所定の寸法だけ短く形成される。したがって、組み上げた状態において、接続体６０は弾性変形を伴って湾曲した状態で固定される。すなわち、接続体６０は自身の弾性力によって、ヒートシンク４０を電子部品２０に対して付勢する力を発する。
【００２３】
したがって、本実施形態に係る電子回路基板１においては、ヒートシンク４０が電子部品２０に対して高い密着性を維持して固定される。これにより、電子回路の動作時に電子部品２０が発熱した際にも、ヒートシンク４０は高い放熱性能を発揮する。また、電子回路基板１に対して外部から振動や衝撃が付加された場合であっても、接続体６０が弾性力を有することにより、基板本体１０の実装面１１に直交する方向（垂直方向）におけるヒートシンク４０の位置ずれを吸収することができる。
【００２４】
また、上述したように、接続体６０は厚さ方向と直交する方向においては剛性を有するため、接続体６０の厚さ方向と直交する方向から付加される荷重に対しては変形や湾曲を生じない。加えて、接続体６０はねじ等の固定部材７０、８０によって強固に固定されているので、基板本体１０の実装面１１に沿う方向（水平方向）に作用する衝撃力や振動に対して抗することができる。したがって、ヒートシンク４０に水平方向の位置ずれが生じることを抑止することができる。これにより、伝熱材料３０への気泡の巻き込みを抑制できるため、ヒートシンク４０によって良好な放熱効果を得ることができる。
【００２５】
さらに、接続体６０が弾性力を有する板バネであることから、電子部品２０の取付誤差や、製造時の寸法公差を吸収することができる。したがって、はんだ付けの精度や電子部品２０の外形寸法にばらつきがある場合であっても、ヒートシンク４０を電子部品２０に対して容易に取り付けることができるとともに、高い放熱効果を維持することができる。
【００２６】
また、接続体６０と基板本体１０の間にはスタッド５０が介在している。これにより、スタッド５０の軸方向の寸法と、ヒートシンク４０の基台４４における放熱面４２から基板本体１０の実装面１１までの寸法との差に応じて、接続体６０の湾曲量は変わる。そして、板バネとして作用する接続体６０は、この湾曲量に応じた弾性力を発揮する。
【００２７】
したがって、接続体６０と基板本体１０の間に介在するスタッド５０の寸法を設計に応じて適宜変更することで、電子部品２０に対してヒートシンク４０が付加する荷重（弾性力）を調節することができる。これにより、必要に応じて適切な荷重でヒートシンク４０を電子部品２０に密接させることができる。言い換えると、過大な荷重が付加されることで生じる電子部品２０の損壊を抑止することできる。加えて、荷重が不十分な場合、密着性が不足することで生じる放熱不良を抑制することができる。これにより、本実施形態に係る電子回路基板１は、電子部品２０の発熱をヒートシンク４０を介して効率よく外部に放熱することができる。
【００２８】
また、ヒートシンク４０と電子部品２０の間にはサーマルグリス等の伝熱材料３０が介在している。したがって、電子部品２０の発熱量はより効率的にヒートシンク４０に伝搬され、やがてヒートシンク４０の放熱板４３から外部に向けて放射される。これにより、本実施形態に係る電子回路基板１は電子部品２０の発熱を効率よく放熱し、電子回路の正常動作を維持することができる。また、熱による電子部品２０の損壊が抑制される。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００３０】
上述の実施形態においては、接続体６０は矩形に形成された金属製の板材によって形成されるとした。しかし、適切な弾性力を有する限りにおいて、接続体６０の形状や材質に制限はない。
【００３１】
例えば、図３に示すように、接続体６０の一部に凹部６３が形成されていてもよい。凹部６３の寸法を適宜変更することにより、接続体６０の板バネとしての弾性力を調節することができる。加えて、上述の実施形態と同様の作用により、電子部品２０の発熱に対して高い放熱効果を奏する電子回路基板１を得ることができる。
【００３２】
また、上述の実施形態においては、固定部材７０、８０としてねじを用いた例を説明した。しかし、固定部材７０、８０はねじに限定されず、接続体６０と基板本体１０（スタッド５０）、又は接続体６０とヒートシンク４０をそれぞれ互いに固定できる限りにおいては、いかなる手段を用いても良い。
【００３３】
さらに、上述の実施形態においては、一例として直方体状のヒートシンク４０について説明したが、放熱性を志向して設計された製品である限りにおいて、ヒートシンク４０の形状や材質、寸法は設計上任意に決定されてよい。
【００３４】
（第二実施形態）
本発明に係る電子回路基板１の第二実施形態について図４を参照して説明する。また、以下の説明では、前述の第一実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３５】
本発明の第二実施形態に係る電子回路基板１は、以下の点で第一実施形態とは異なる。すなわち、第二実施形態においては、また、接続体６０の端部はスタッド５０を介さず、基板本体１０に直接固定されている。
【００３６】
第一実施形態と同様に、電子部品２０に対してヒートシンク４０が付加する荷重（弾性力）を調節することができる。これにより、必要に応じて適切な荷重でヒートシンク４０を電子部品２０に密接させることができる。言い換えると、過大な荷重が付加されることで生じる電子部品２０の損壊を抑止することできる。加えて、荷重が不十分な場合、密着性が不足することで生じる放熱不良を抑制することができる。これにより、本実施形態に係る電子回路基板１は、電子部品２０の発熱をヒートシンク４０を介して効率よく外部に放熱することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  …電子回路基板
１０  …基板本体
１１  …実装面
１２  …基板側取付孔
２０  …電子部品
２１  …外表面
３０  …伝熱材料
４０  …ヒートシンク
４１  …吸熱面
４２  …放熱面
４３  …放熱板
４４  …基台
４５  …第一取付孔
４６  …フランジ
４７  …第一端部
４８  …第二端部
５０  …スタッド
６０  …接続体
６１  …第二取付孔
６２  …第三取付孔
６３  …凹部
７０  …固定部材
８０  …固定部材
【図１】
2015073044.tif 000003
【図２】
2015073044.tif 000004
【図３】
2015073044.tif 000005
【図４】
2015073044.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月26日(2015.1.26)
【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】
表面に電子部品が実装される基板本体と、
前記電子部品に塗布される伝熱材料と、
前記電子部品に前記伝熱材料を介して設けられて、前記電子部品から放射される熱を放熱するヒートシンクと、
前記基板本体の表面上において、前記電子部品から離間した位置に設けられた固定部材と、
第一端部が前記ヒートシンクに固定されるとともに、前記第一端部とは反対側の第二端部が前記固定部材を介して前記基板本体に固定された、少なくとも２つ以上の接続体と、
を備え、
前記接続体は板バネであって、前記第一端部から前記第二端部にわたって一体に形成されるとともに、組み上げた状態において弾性変形を伴って湾曲することで、前記ヒートシンクを前記電子部品に押し付ける電子回路基板。
【請求項２】
前記固定部材は、前記基板本体の表面と直交する方向に延在する柱状のスタッドを介して前記基板本体に固定される請求項１に記載の電子回路基板。
【請求項３】
基板本体の表面に電子部品を実装し、
前記電子部品に伝熱材料を塗布し、
前記電子部品から放射される熱を放熱するヒートシンクを前記伝熱材料を介して前記電子部品に設け、
前記基板本体の表面上において、前記電子部品から離間した位置に固定部を設け、
第一端部が前記ヒートシンクに固定されるとともに、前記第一端部とは反対側の第二端部が前記固定部を介して前記基板本体に固定された板バネからなる接続体を、弾性変形を伴って湾曲させた状態で固定することによって、前記ヒートシンクを前記電子部品に押し付けて前記基板本体に搭載する電子回路基板の組立方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決する電子回路基板を提供するものである。
本発明の第一の態様に係る電子回路基板は、表面に電子部品が実装される基板本体と、前記電子部品に塗布される伝熱材料と、前記電子部品に前記伝熱材料を介して設けられて、前記電子部品から放射される熱を放熱するヒートシンクと、前記基板本体の表面上において、前記電子部品から離間した位置に設けられた固定部材と、第一端部が前記ヒートシンクに固定されるとともに、前記第一端部とは反対側の第二端部が前記固定部材を介して前記基板本体に固定された、少なくとも２つ以上の接続体と、を備え、前記接続体は板バネであって、前記第一端部から前記第二端部にわたって一体に形成されるとともに、組み上げた状態において弾性変形を伴って湾曲することで、前記ヒートシンクを前記電子部品に押し付けることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、本発明の第一態様に係る電子回路基板の組立方法は、基板本体の表面に電子部品を実装し、電子部品に伝熱材料を塗布し、電子部品から放射される熱を放熱するヒートシンクを伝熱材料を介して電子部品に設け、基板本体の表面上において、電子部品から離間した位置に固定部を設け、第一端部が前記ヒートシンクに固定されるとともに、第一端部とは反対側の第二端部が固定部を介して基板本体に固定された板バネからなる接続体を、弾性変形を伴って湾曲させた状態で固定することによって、ヒートシンクを電子部品に押し付けて基板本体に搭載することを特徴とする。