(57)【要約】【課題】部材を固定するための部品数が少なく、且つ基板に実装した後に容易にヒートシンクが外れないヒートシンクの保持装置、ヒートシンク付き半導体装置及び半導体装置の実装方法を提供する。【解決手段】基板６にＬＳＩ５を搭載し、ＬＳＩ５搭載面が上になるように基板６を支持部材７に設けられた凹部２５に設置する。そして、ＬＳＩ５の上面に熱導電性コンパウンド１０を塗布し、この熱導電性コンパウンド１０を介してＬＳＩ５の上面とヒートシンク１のベース部３を接合する。次に、段付きネジ９の大径軸部１６に圧縮バネ８を嵌合した状態で、ヒートシンク１の取付部４に設けられた貫通孔２０に段付きネジ９を挿通し、その後、段付きネジ９を支持部材７に設けられた孔２４の螺孔部２２に螺合させ、取付部４を支持部材７に緊締することにより実装してヒートシンク付き半導体装置にする。【選択図】    図５
2004235481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板を支持する支持部材と、前記基板上に搭載された半導体集積回路と、この半導体集積回路の上面に熱的に接触して前記半導体集積回路を冷却するヒートシンクと、を有する半導体装置のヒートシンクの保持装置において、前記ヒートシンクに設けられ前記ヒートシンクを前記支持部材に取り付けるための取付部と、前記取付部を前記支持部材に固定する段付きネジとを有し、この段付きネジは、その下端部にネジ部が形成され、このネジ部の上方に前記ネジ部の最小外径より小径の円柱状をなす小径軸部とその上方の前記ネジ部の最大外径より大径の円柱状をなす大径軸部とを有し、前記取付部は前記大径軸部が挿通する第１孔を有し、前記支持部材は前記ネジ部が螺合可能な螺孔と、この螺孔の下部に同軸的に前記螺孔の最大内径より大径の第２孔とを有することを特徴とするヒートシンクの保持装置。
【請求項２】
前記段付きネジは上端に前記大径軸部より大径の頭部を有し、更に前記段付きネジの前記大径軸部が前記第１孔を挿通し、前記ネジ部が前記螺孔に螺合した状態で、前記大径軸部を嵌合するようにして前記頭部と前記取付部との間に設けられた圧縮バネを有し、この圧縮バネにより前記取付部を前記支持部材に向けて付勢することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンクの保持装置。
【請求項３】
基板と、この基板を支持する支持部材と、前記基板上に搭載された半導体集積回路と、この半導体集積回路の上面に熱的に接触して前記半導体集積回路を冷却するヒートシンクと、前記ヒートシンクに設けられ前記ヒートシンクを前記支持部材に取り付けるための取付部と、前記取付部を前記支持部材に固定する段付きネジとを有し、この段付きネジは、その下端部にネジ部が形成され、このネジ部の上方に前記ネジ部の最小外径より小径の円柱状をなす小径軸部とその上方の前記ネジ部の最大外径より大径の円柱状をなす大径軸部とを有し、前記取付部は前記大径軸部が挿通する第１孔を有し、前記支持部材は前記ネジ部が螺合可能な螺孔と、この螺孔の下部に同軸的に前記螺孔の最大内径より大径の第２孔とを有することを特徴とするヒートシンク付き半導体装置。
【請求項４】
前記段付きネジは上端に前記大径軸部より大径の頭部を有し、更に前記段付きネジの前記大径軸部が前記第１孔を挿通し、前記ネジ部が前記螺孔に螺合した状態で、前記大径軸部を嵌合するようにして前記頭部と前記取付部との間に設けられた圧縮バネを有し、この圧縮バネにより前記取付部を前記支持部材に向けて付勢することを特徴とする請求項３に記載のヒートシンク付き半導体装置。
【請求項５】
基板と、この基板を支持する支持部材と、前記基板上に搭載された半導体集積回路と、この半導体集積回路の上面に熱的に接触して前記半導体集積回路を冷却するヒートシンクと、前記支持部材に支持された前記半導体集積回路を搭載するマザーボードと、前記ヒートシンクに設けられ前記ヒートシンクを前記支持部材及び前記マザーボードに取り付けるための取付部と、前記取付部を前記支持部材及び前記マザーボードに固定する段付きネジとを有し、この段付きネジは、その下端部にネジ部が形成され、このネジ部の上方に前記ネジ部の最小外径より小径の円柱状をなす小径軸部とその上方の前記ネジ部の最大外径より大径の円柱状をなす大径軸部とを有し、前記取付部は前記大径軸部が挿通する第１孔を有し、前記支持部材は前記ネジ部が螺合可能な第１螺孔と、この第１螺孔の下部に同軸的に前記第１螺孔の最大内径より大径の第２孔とを有し、前記マザーボードは前記ネジ部が螺合可能な第２螺孔を有することを特徴とするヒートシンク付き半導体装置。
【請求項６】
前記段付きネジは上端に前記大径軸部より大径の頭部を有し、更に前記段付きネジの前記大径軸部が前記第１孔を挿通し、前記小径軸部が前記第１螺孔及び第２孔を挿通し、前記ネジ部が前記第２螺孔に螺合した状態で、前記大径軸部を嵌合するようにして前記頭部と前記取付部との間に設けられた圧縮バネを有し、この圧縮バネにより前記取付部を前記支持部材に向けて付勢することを特徴とする請求項５に記載のヒートシンク付き半導体装置。
【請求項７】
前記基板における前記半導体集積回路が搭載された面の反対側の面に、前記基板と前記マザーボードとを電気的に接続するコネクタが設けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載のヒートシンク付き半導体装置。
【請求項８】
前記ヒートシンクと前記半導体回路との間に熱伝導性充填材が介在していることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載のヒートシンク付き半導体装置。
【請求項９】
半導体集積回路が搭載された基板を支持部材上に載置し、ヒートシンクを前記半導体集積回路の上面に熱的に接触させて配置すると共に、下端部にネジ部が形成され、このネジ部の上方に前記ネジ部の最小外径より小径の円柱状をなす小径軸部とその上方の前記ネジ部の最大外径より大径の円柱状をなす大径軸部とを有し、上端部に前記大径軸部より大径の頭部を有する段付きネジを、その大径軸部に圧縮バネを嵌合した状態で、前記ヒートシンクの取付部に設けた第１孔を挿通させることにより、前記圧縮バネを前記頭部と前記取付部との間に介在させると共に、前記支持部材の螺孔に前記ネジ部を螺合させて、前記段付きネジにより前記取付部を前記支持部に緊締することを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項１０】
半導体集積回路が搭載された基板を支持部材上に載置し、ヒートシンクを前記半導体集積回路の上面に熱的に接触させて配置し、前記支持部材をマザーボード上に配置すると共に、下端部にネジ部が形成され、このネジ部の上方に前記ネジ部の最小外径より小径の円柱状をなす小径軸部とその上方の前記ネジ部の最大外径より大径の円柱状をなす大径軸部とを有し、上端部に前記大径軸部より大径の頭部を有する段付きネジを、その大径軸部に圧縮バネを嵌合した状態で、前記ヒートシンクの取付部との間に介在させると共に、前記ネジ部を前記支持部材に設けた第１螺孔にネジ込み、更にこの第１螺孔の下部に同軸的に設けられ前記第１螺孔の最大内径より大径の第２孔を通過させて、前記マザーボードに設けた第２螺孔に螺合させることにより、前記段付きネジにより前記取付部を前記マザーボードに緊締することを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項１１】
前記基板における前記半導体集積回路が搭載された面の反対側の面に設けられたコネクタにより、前記基板と前記マザーボードとを電気的に接続することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートシンクの保持装置、ヒートシンク付き半導体装置及び半導体装置の実装方法に関し、特に大規模集積回路に取り付けられる大型のヒートシンクの保持装置、ヒートシンク付き半導体装置及び半導体装置の実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器等に使用される大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ  ｃｉｒｃｕｉｔ：以下、ＬＳＩという）の集積度は加速的に増加しており、これに伴いＬＳＩからの発熱量も益々増加していく傾向にある。そこで、発熱によりＬＳＩが誤動作するのを防ぐため、ＬＳＩには、一般に、アルミニウム又は銅等の熱伝導性が高い材料からなり、ＬＳＩから発生する熱を周囲に放熱し、ＬＳＩの周辺温度を一定以下にするヒートシンクが取り付けられている。
【０００３】
従来の半導体装置においては、例えば、基板に搭載されたＬＳＩの上面にヒートシンクの下面を密着させた状態で、前記ヒートシンクに設けられた取付部を前記基板にネジ止めすることにより、前記ヒートシンクを基板に固定していた。又は、ＬＳＩの上面とヒートシンクの下面とを接合することにより、ヒートシンクをＬＳＩに直接固定していた。しかしながら、近年、ＬＳＩの大型化に伴い、ＬＳＩの反り等の理由からＬＳＩとヒートシンクとの間に隙間が生じ、ヒートシンクとＬＳＩとを密着させることが困難になってきている。そこで、熱伝導性コンパウンド等の熱伝導性を有する材料によりＬＳＩとヒートシンクとの間の隙間を埋めた半導体装置が適用されている。更に、ヒートシンクに設けられた取付部とそれを固定するネジの頭部との間に圧縮バネ等の弾性を有する部材を配置して、ＬＳＩに過度の荷重がかかるのを防ぐ半導体装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７は従来のヒートシンク付き半導体装置の一例を示す断面図であり、図８（ａ）は図７に示すＡ−Ａ線による断面図であり、図８（ｂ）は図７に示すＢ−Ｂ線による断面図である。なお、図７は図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すＣ−Ｃ線による断面図に相当する。また、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、従来のヒートシンク付き半導体装置の実装方法を示す断面図であり、共に図７に対応している。更に、図１０は従来のヒートシンク付き半導体装置の支持部材に設けられた貫通穴を示す拡断面図である。
【０００５】
図７、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す従来のヒートシンク付き半導体装置に使用されるヒートシンク１０１は、熱を大気中に放出するフィン部１０２が取付部１０４の上面に固定され、取付部１０４の下面にはＬＳＩ１０５の熱をフィン部１０２に伝えるベース部１０３が固定されている。フィン部１０２、ベース部１０３及び取付部１０４は、同一の材料からなり、溶接又は接着により接合される。また、取付部１０４には、ヒートシンク１０１を支持部１０７に取り付けるための複数個の貫通孔１１７が設けられている（図１０参照）。
【０００６】
従来のヒートシンク付き半導体装置の実装方法としては、例えば、図９（ａ）に示すように、先ず、上面にＬＳＩ１０５が搭載された基板１０６を支持部材１０７に設置し、ＬＳＩ１０５の上面とベース部１０３が熱的に接触するように、ヒートシンク１０１を支持部材１０７上に配置する。そして、押さえネジ１０９を取付部１０４に設けられた貫通穴１１７に挿入し、更に支持部材１０７に設けられた螺孔１１６に螺合することにより、取付部１０４を支持部材１０７に固定する。その際、押さえネジ１０９の頭部とヒートシンク１０１の取付部１０４との間には、ＬＳＩ１０５に過度な荷重がかかるのを防ぐためにバネ１０８が配置される。また、基板１０６上に搭載されたＬＳＩ１０５と、ヒートシンク１０１のベース部１０３との間には、例えば、熱伝導性コンパウンド１１０等の熱伝導性を有する材料が充填される。
【０００７】
次に、図９（ｂ）に示すように、ヒートシンク１０１が取り付けられた支持部材１０７をマザーボード１１２の上面に配置し、取付ネジ１１１を支持部材１０７に設けられた貫通孔１１８に挿入し、マザーボード１１２設けられた貫通孔１１９に挿入した後、マザーボード１１２の下面に固定されたスティフナ１１４に設けられた螺孔１２０に螺合することにより、支持部材１０７をマザーボードに固定する。その際、基板１０６とマザーボード１１２との間には、これらを接続するためのコネクタ１１３が配置される。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−７７２５５号公報  （第２−５頁、第１−７図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のヒートシンク付き半導体装置は、押さえネジ１０９によりヒートシンク１０１を支持体１０７に固定し、取付ネジ１１１によりそれらをマザーボード１１２に固定しているため、その製造工程において使用するネジの本数が多い。また、押さえネジ１０９を誤って取り外してしまったり、又は不具合により押さえネジ１０９が外れてしまったりした場合、ヒートシンク１０１が外れてしまうという問題がある。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、各部材を固定するための部品数が少なく、且つ基板に実装した後に容易にヒートシンクが外れないヒートシンクの保持装置、ヒートシンク付き半導体装置及び半導体装置の実装方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明に係るヒートシンクの保持装置は、基板と、この基板を支持する支持部材と、前記基板上に搭載された半導体集積回路と、この半導体集積回路の上面に熱的に接触して前記半導体集積回路を冷却するヒートシンクと、を有する半導体装置のヒートシンクの保持装置において、前記ヒートシンクに設けられ前記ヒートシンクを前記支持部材に取り付けるための取付部と、前記取付部を前記支持部材に固定する段付きネジとを有し、この段付きネジは、その下端部にネジ部が形成され、このネジ部の上方に前記ネジ部の最小外径より小径の円柱状をなす小径軸部とその上方の前記ネジ部の最大外径よりより大径の円柱状をなす大径軸部とを有し、前記取付部は前記大径軸部が挿通する第１孔を有し、前記支持部材は前記ネジ部が螺合可能な螺孔と、この螺孔の下部に同軸的に前記螺孔の最大内径より大径の第２孔とを有することを特徴とする。
【００１２】
前記段付きネジは上端に前記大径軸部より大径の頭部を有し、更に前記段付きネジの前記大径軸部が前記第１孔を挿通し、前記ネジ部が前記螺孔に螺合した状態で、前記大径軸部を嵌合するようにして前記頭部と前記取付部との間に設けられた圧縮バネを有し、この圧縮バネにより前記取付部を前記支持部材に向けて付勢することが好ましい。
【００１３】
本願第２発明に係るヒートシンク付き半導体装置は、基板と、この基板を支持する支持部材と、前記基板上に搭載された半導体集積回路と、この半導体集積回路の上面に熱的に接触して前記半導体集積回路を冷却するヒートシンクと、前記ヒートシンクに設けられ前記ヒートシンクを前記支持部材に取り付けるための取付部と、前記取付部を前記支持部材に固定する段付きネジとを有し、この段付きネジは、その下端部にネジ部が形成され、このネジ部の上方に前記ネジ部の最小外径より小径の円柱状をなす小径軸部とその上方の前記ネジ部の最大外径よりより大径の円柱状をなす大径軸部とを有し、前記取付部は前記大径軸部が挿通する第１孔を有し、前記支持部材は前記ネジ部が螺合可能な螺孔と、この螺孔の下部に同軸的に前記螺孔の最大内径より大径の第２孔とを有することを特徴とする。
【００１４】
前記段付きネジは上端に前記大径軸部より大径の頭部を有し、更に前記段付きネジの前記大径軸部が前記第１孔を挿通し、前記ネジ部が前記螺孔に螺合した状態で、前記大径軸部を嵌合するようにして前記頭部と前記取付部との間に設けられた圧縮バネを有し、この圧縮バネにより前記取付部を前記支持部材に向けて付勢することが好ましい。
【００１５】
本願第３発明に係るヒートシンク付き半導体装置は、基板と、この基板を支持する支持部材と、前記基板上に搭載された半導体集積回路と、この半導体集積回路の上面に熱的に接触して前記半導体集積回路を冷却するヒートシンクと、前記支持部材に支持された前記半導体集積回路を搭載するマザーボードと、前記ヒートシンクに設けられ前記ヒートシンクを前記支持部材及び前記マザーボードに取り付けるための取付部と、前記取付部を前記支持部材及び前記マザーボードに固定する段付きネジとを有し、この段付きネジは、その下端部にネジ部が形成され、このネジ部の上方に前記ネジ部の最小外径より小径の円柱状をなす小径軸部とその上方の前記ネジ部の最大外径よりより大径の円柱状をなす大径軸部とを有し、前記取付部は前記大径軸部が挿通する第１孔を有し、前記支持部材は前記ネジ部が螺合可能な第１螺孔と、この第１螺孔の下部に同軸的に前記第１螺孔の最大内径より大径の第２孔とを有し、前記マザーボードは前記ネジ部が螺合可能な第２螺孔を有することを特徴とする。
【００１６】
前記ヒートシンク付き半導体装置においては、支持部材へヒートシンクの取付部を固定すること及びマザーボードへヒートシンクが取り付けられた支持部材を固定することの両方を同一の段付きネジにより行う。それにより、部品数が少なくなり、更に製造工程における誤動作を防止することができる。また、前記支持部材には第１螺孔とその下部に同軸的に前記第１螺孔の最大内径より大径の第２孔とが設けられているため、前記取付部を支持部材及びマザーボードに固定している段付きネジが、前記マザーボードの螺孔から抜けた場合においても、前記段付きネジは前記第１螺孔で抜け止まるため、ヒートシンクは前記支持部材に引き続き固定されている。
【００１７】
前記段付きネジは上端に前記大径軸部より大径の頭部を有し、更に前記段付きネジの前記大径軸部が前記第１孔を挿通し、前記小径軸部が前記第１螺孔及び第２孔を挿通し、前記ネジ部が前記第２螺孔に螺合した状態で、前記大径軸部を嵌合するようにして前記頭部と前記取付部との間に設けられた圧縮バネを有し、この圧縮バネにより前記取付部を前記支持部材に向けて付勢することが好ましい。
【００１８】
また、前記基板における前記半導体集積回路が搭載された面の反対側の面には、前記基板と前記マザーボードとを電気的に接続するコネクタが設けられていてもよい。
【００１９】
更に、前記ヒートシンクと前記半導体回路との間に熱伝導性充填材が介在していてもよい。
【００２０】
本願第４発明に係る半導体装置の実装方法は、半導体集積回路が搭載された基板を支持部材上に載置し、ヒートシンクを前記半導体集積回路の上面に熱的に接触させて配置すると共に、下端部にネジ部が形成され、このネジ部の上方に前記ネジ部の最小外径より小径の円柱状をなす小径軸部とその上方の前記ネジ部の最大外径よりより大径の円柱状をなす大径軸部とを有し、上端部に前記大径軸部より大径の頭部を有する段付きネジを、その大径軸部に圧縮バネを嵌合した状態で、前記ヒートシンクの取付部に設けた第１孔を挿通させることにより、前記圧縮バネを前記頭部と前記取付部との間に介在させると共に、前記支持部材の螺孔に前記ネジ部を螺合させて、前記段付きネジにより前記取付部を前記支持部に緊締することを特徴とする。
【００２１】
本願第５発明に係る半導体装置の実装方法は、半導体集積回路が搭載された基板を支持部材上に載置し、ヒートシンクを前記半導体集積回路の上面に熱的に接触させて配置し、前記支持部材をマザーボード上に配置すると共に、下端部にネジ部が形成され、このネジ部の上方に前記ネジ部の最小外径より小径の円柱状をなす小径軸部とその上方の前記ネジ部の最大外径よりより大径の円柱状をなす大径軸部とを有し、上端部に前記大径軸部より大径の頭部を有する段付きネジを、その大径軸部に圧縮バネを嵌合した状態で、前記ヒートシンクの取付部との間に介在させると共に、前記ネジ部を前記支持部材に設けた第１螺孔にネジ込み、更にこの第１螺孔の下部に同軸的に設けられ前記第１螺孔の最大内径より大径の第２孔を通過させて、前記マザーボードに設けた第２螺孔に螺合させることにより、前記段付きネジにより前記取付部を前記マザーボードに緊締することを特徴とする。
【００２２】
前記基板と前記マザーボードとは、前記基板における前記半導体集積回路が搭載された面の反対側の面に設けられたコネクタにより、電気的に接続することが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るヒートシンク付き半導体装置について、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係るヒートシンク付き半導体装置について説明する。図１は本実施形態のヒートシンク付き半導体装置を示す断面図であり、図２は本実施形態に使用される段付きネジを示す側面図である。また、図３は本実施形態の支持部材に設けられた孔の形状を示す断面図である。
【００２４】
本発明の第１の実施形態に係るヒートシンク付き半導体装置は、ＬＳＩ５が搭載された基板６が支持部材７の上面に設けられた凹部２５に設置され、このＬＳＩ５の上面には熱的に接触するようにヒートシンク１が配置されている。このヒートシンク１は、ヒートシンク１を支持部材７に取り付けるための取付部４と、取付部４の上面に固定され熱を大気中に放出するフィン部２と、取付部４の下面固定されＬＳＩ５の熱をフィン部２に伝えるベース部３とで構成されている。フィン部２、ベース部３及び取付部４は、同一の材料からなり、溶接又は接着等により接合される。その材料としては、例えば、銅又はアルミニウム等の熱伝導性が高い金属材料が使用される。取付部４には、ヒートシンク１を支持部材に取り付ける段付きネジ９を挿通するための複数個の貫通孔２０が設けられている。
【００２５】
また、ヒートシンク１を支持部材７に取り付ける段付きネジ９は、図２に示すように、下端部にネジ部１８が形成され、ネジ部１８の上方にはネジ部１８の最小外径より小径の円柱状なす小径軸部１７が形成されている。また小径軸部１７の上方には、ネジ部１８の最大外径より大径の円柱状をなす大径軸部１６が形成されている。この段付きネジ９の上端には、大径軸部１６より大径の頭部１５が形成されている。更に、支持部材７には、ネジ部１８が螺合可能な螺孔部２２と、その下部に螺孔部２２と同軸的に形成され螺孔部２２の最大内径より大径の孔部２３とからなる複数個の孔２４が設けられている。
【００２６】
本実施形態の支持部材７は、段付きネジ９を支えるための強度を有する材料により形成される。具体的には、金属材料又は金属材料と同等の機械的強度を有するプラスチック材料が好ましい。金属材料としては、特に、アルミニウム合金、ステンレス鋼、一般構造用鉄鋼、銅又は銅合金がより好ましい。また、プラスチック材料としては、金属繊維又はガラス繊維等を混合して機械的強度を金属材料程度まで向上させたものが好適である。
【００２７】
本実施形態のヒートシンク付き半導体装置においては、取付部４に設けられた貫通孔２０に段付きネジ９の大径軸部１６が挿通され、更に支持部材７に設けられた螺孔部２２に段付きネジ９のネジ部１８が螺合されている。その際、段付きネジ９の頭部１５と取付部４との間には、大径軸部１６を嵌合するように圧縮バネ８が配置されており、この圧縮バネ８により、取付部４が支持部材７に向けて付勢されている。この圧縮バネ８を設けることにより、取付部４を安定的に支持部材７に固定し、更に段付きネジ９を締め付ける際にＬＳＩ５に過度の荷重がかかるのを防ぐことができる。また、ヒートシンク１のベース部３とＬＳＩ５との間には、例えば、熱伝導性コンパウンド１０等の熱伝導性を有する充填材が充填されている。この熱伝導性コンパウンド１０を充填してヒートシンク１とベース部３の隙間をなくすことにより、それらの間の熱伝導性を高め、半導体装置全体の放熱効率を向上することができる。
【００２８】
次に、本実施形態に係るヒートシンク付き半導体装置の実装方法について説明する。本実施形態に係る半導体装置の実装構造は、例えば、以下の方法により実装することができる。先ず、基板６にＬＳＩ５を搭載し、ＬＳＩ５搭載面が上になるように基板６を支持部材７に設けられた凹部２５に設置する。そして、ＬＳＩ５の上面に熱導電性コンパウンド１０を塗布し、この熱導電性コンパウンド１０を介してＬＳＩ５の上面とヒートシンク１のベース部３を接合する。次に、段付きネジ９の大径軸部１６に圧縮バネ８を嵌合した状態で、ヒートシンク１の取付部４に設けられた貫通孔２０に段付きネジ９を挿通する。そうすることにより、段付きネジ９の頭部１５と支持部材７との間に圧縮バネ８を配置する。その後、更に段付きネジ９を支持部材７に設けられた孔２４の螺孔部２２に螺合させ、取付部４を支持部材７に緊締する。
【００２９】
次に、本実施形態に係るヒートシンク付き半導体装置の動作について説明する。本実施形態のヒートシンク付き半導体装置においては、ＬＳＩ５で発生した熱が熱伝導性コンパウンド１０、ヒートシンク１のベース部３及びステイ部４を経由してフィン部２に伝わり、フィン部２において外部に放出される。
【００３０】
本実施形態のヒートシンク付き半導体装置においては、支持部材７を使用しているため、基板６に穴を開けることなくヒートシンク１を取り付けることができる。そのため、基板６としてプリント基板等の厚さが薄い基板を使用している半導体装置に対してもヒートシンクを取り付けることができる。また、本実施形態のヒートシンク付き半導体装置は、ＬＳＩ５とヒートシンク１のベース部３との間に熱伝導性充填材を充填しているため、ヒートシンク取付面に反り又は凹凸等があるＬＳＩに対しても密着性に優れ、高い放熱効率が得られる。更に、段付きネジ９の頭部１５と支持部材７との間に圧縮バネ８を配置することにより、段付きネジ９を締め付ける際にＬＳＩ５に過度の荷重がかかるのを防止することができ、更にまた、ＬＳＩ５の厚さ、熱伝導性充填材の厚さ又はヒートシンク１のベース部の厚さ等が変化し、支持部材７と取付部４の距離が変化した場合にも対応することができる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態に係るヒートシンク付き半導体装置について説明する。図４は本発明の実施形態のヒートシンク付き半導体装置を示す一部断面側面図であり、図５は図４に示すＥ−Ｅ線による断面図である。なお、図４の断面部分は図３に示すＤ−Ｄ線による断面図に相当する。また、図６（ａ）及び（ｂ）は本実施形態の支持部材に設けられた孔に段付きネジを挿通した状態を示す断面図である。
【００３２】
本発明の第２の実施形態に係るヒートシンク付き半導体装置は、前記第１の実施形態のヒートシンク付き半導体装置を更にマザーボード１２に搭載したものである。図４に示すように、本実施形態のヒートシンク付き半導体装置は、ＬＳＩ５が搭載された基板６が支持部材７の上面に設けられた凹部２５に設置され、ＬＳＩ５の上面には熱的に接触するようにヒートシンク１が配置されている。このヒートシンク１は、ヒートシンク１を支持部材７に取り付けるための取付部４と、取付部４の上面に固定され熱を大気中に放出するフィン部２と、取付部４の下面固定されＬＳＩ５の熱をフィン部２に伝えるベース部３とで構成されている。フィン部２、ベース部３及び取付部４は、同一の材料からなり、溶接又は接着等により接合される。その材料としては、例えば、銅又はアルミニウム等の熱伝導性が高い金属材料が使用される。取付部４には、ヒートシンク１を支持部材に取り付ける段付きネジ９を挿通するための複数個の第１の貫通孔２０が設けられている。この段付きネジ９には、前記第１の実施形態と同様に、下端部にネジ部１８が形成され、その上方に小径軸部１７が形成され、小径軸部１７上方に大径軸部１６が形成され、更に上端に頭部１５が形成されている（図２参照）。また、支持部材７は、前記第１の実施形態と同様に、金属材料又は金属材料と同等の機械的強度を有するプラスチック材料により形成され、螺孔部２２と、その下部に螺孔部２２と同軸的に形成された孔部２３とからなる複数個の孔２４が設けられている（図３参照）。
【００３３】
本実施形態のマザーボード１２には、段付きネジ９を挿通するための第２の貫通孔２１が形成されている。また、マザーボード１２の下面には、螺孔２６を有するスティフナ１４が、貫通孔２１と螺孔２６とが同軸上に配置されるように固定されている。また、基板６とマザーボード１２の間には、これらを接続するコネクタ１３が配置されている。本実施形態のヒートシンク付き半導体装置においては、取付部４に設けられた貫通孔２０に段付きネジ９の大径軸部１６が挿通され、支持部材７に設けられた孔２４（螺孔部２２及び孔部２３）及びマザーボード１２に設けられた貫通孔２１に小径軸部１７が挿通され、マザーボード１２に固定されたスティフナ１４に設けられた螺孔２６に段付きネジ９のネジ部１８が螺合されている。その際、段付きネジ９の頭部１５と取付部４との間には、大径軸部１６を嵌合するようにＬＳＩ５に過度の荷重がかかるのを防ぐ圧縮バネ８が配置されており、この圧縮バネ８により取付部４が支持部材７に向けて付勢されている。また、段付きネジ９の大径軸部１６の外径は、支持部材７に設けられた孔２４の螺孔部２２の最大内径より大きいため、小径軸部１７より下部の部分のみが孔２４を挿通し、大径軸部１６と小径軸部１７との境界に形成される段差面１９により支持部材９のがマザーボード１２に固定される。更に、熱伝導性を高め、半導体装置全体の放熱効率向上のため、ヒートシンク１のベース部３とＬＳＩ５との間には、例えば、熱伝導性コンパウンド１０等の熱伝導性を有する充填材が充填されている。
【００３４】
次に、本発明の実施形態に係るヒートシンク付き半導体装置の実装方法について説明する。本実施形態に係るヒートシンク付き半導体装置は、例えば、以下の方法により実装することができる。先ず、基板６にＬＳＩ５を搭載し、ＬＳＩ５搭載面が上になるように基板６を支持部材７に設けられた凹部２５に設置する。そして、ＬＳＩ５の上面に熱導電性コンパウンド１０を塗布し、この熱導電性コンパウンド１０を介してＬＳＩ５の上面とヒートシンク１のベース部３を接合する。次に、段付きネジ９の大径軸部１６に圧縮バネ８を嵌合した状態で、ヒートシンク１の取付部４に設けられた貫通孔２０に段付きネジ９を挿通する。そうすることにより、段付きネジ９の頭部１５と支持部材７との間に圧縮バネ８を配置する。その後、段付きネジ９を支持部材７に設けられた孔２４の螺孔部２２に螺合させ、取付部４を支持部材７に緊締する。
【００３５】
更に、前述の方法によりヒートシンク１を取り付けた支持部材７を、マザーボード１２の所定の位置に配置し、段付きネジ９のネジ部１８を螺孔部２２にねじ込んで、支持部材７の孔２４（螺孔部２２及び孔部２３）及びマザーボード１２に設けられた貫通孔１９に小径軸部１７及びネジ部１８を挿通し、ネジ部１８をスティフナ１４の螺孔２６に螺合する。段付きネジ９のネジ部１８をスティフナ１４の螺孔２６に螺合することにより、圧縮バネ８はヒートシンク１の取付部４をより強く付勢する。また、段付きネジ９の大径軸部１６の外径は支持部材７に設けられた孔２３（螺孔部２２）の最大内径より大きいため、大径軸部１６と小径軸部１７との境界の段差面１９により支持部材７が押圧され、支持部材７がマザーボード１２に固定される。
【００３６】
なお、本実施形態においては、先ずヒートシンク１を段付きネジ９により支持部材７に取り付け、その後マザーボード１２の所定の位置に配置して、段付きネジ９を締め付けたが、予めマザーボード上に全ての部材を配置しておき、段付きネジ９によるヒートシンク１の取り付け及びマザーボードへの固定を連続して行うこともできる。
【００３７】
次に、本実施形態に係るヒートシンク付き半導体装置の動作について説明する。本実施形態のヒートシンク付き半導体装置においては、前述の第１の実施形態と同様に、ＬＳＩ５で発生した熱が熱伝導性コンパウンド１０、ヒートシンク１のベース部３及びステイ部４を経由してフィン部２に伝わり、フィン部２において外部に放出される。
【００３８】
本実施形態のヒートシンク付き半導体装置においては、図６（ａ）に示すように、段付きネジ９は圧縮バネばね８を介してヒ−トシンク１の取付部４を付勢し、更に、大径軸部１６と小径軸部１７との境界に形成される段差面１９により支持部材７を押圧して支持部材７をマザ−ボ−ド１２へ固定している。即ち、本実施形態の段付きネジ９は、支持部材７への取付部４の固定及びマザーボード１２への固定の両方を行っている。また、本実施形態のヒートシンク付き半導体装置は、図６（ｂ）に示すように、段付きネジ９のネジ部１８をスティフナ１４の螺孔２６から緩めた場合においても、支持部材７に設けられた孔２３の螺孔部２２において段付きネジ９のネジ部１８が抜け止まるため、ヒ−トシンク１を外すことなくヒートシンク１が取り付けられた支持部材７をマザ−ボ−ド１２から取り外すことができる。
【００３９】
また、本実施形態の半導体装置の実装構造においても、前述の第１の実施形態と同様に、基板の種類にかかわらずヒートシンク１を取り付けることができる。更に、本実施形態のヒートシンク付き半導体装置は、ＬＳＩ５とヒートシンク１のベース部３との間に熱伝導性充填材を充填しているため、ＬＳＩ５に反り又は凹凸がある場合においても、熱伝導率が高く、優れた放熱特性が得られる。更にまた、段付きネジ９の頭部１５と支持部材７との間に配置した圧縮バネ８により、段付きネジ９を締め付ける際にＬＳＩ５に過度の荷重がかかるのを防止することができるため、信頼性に優れている。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ヒートシンクを支持部材に取り付けるためのネジの軸部を、径の大きさが異なる大径軸部と小径軸部とで構成した段付きネジにすることにより、マザーボードへのヒートシンク及びそれが取り付けられている支持部材の固定を、１本のネジで行うことができる。それにより、実装工程における部品点数を削減し、更に誤操作を防止することができる。
【００４１】
また、前記支持部材に前記段付きネジのネジ部が螺合可能な螺孔部を形成することにより、マザーボードから段付きネジが外れた場合でも、前記段付きネジのネジ部が前記螺孔部で抜け止まるため、誤操作又は不具合等により段付きネジが外れた場合において、ヒートシンクが脱落するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るヒートシンク付き半導体装置を示す断面図である。
【図２】本実施形態の段付きネジを示す側面図である。
【図３】本実施形態の支持部材に設けられた螺孔部及び孔部を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るヒートシンク付き半導体装置を示す一部断面側面図である。
【図５】図４に示すＥ−Ｅ線による断面図である。
【図６】本実施形態の支持部材に設けられた孔に段付きネジを挿通した状態を示す断面図であり、（ａ）は段付きネジが締め付けられた状態を示す断面図であり、（ｂ）は段付きネジが緩められた状態を示す図である。
【図７】従来のヒートシンク付き半導体装置を示す断面図である。
【図８】（ａ）は図７に示すＡ−Ａ線による断面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ線による断面図である。
【図９】（ａ）は、従来のヒートシンク付き半導体装置において、ＬＳＩにヒートシンクを取り付ける工程を示す断面図であり、（ｂ）は、それらをマザーボードに取り付ける工程を示す断面図である。
【図１０】従来のヒートシンク付き半導体装置の支持部材に設けられた貫通孔を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１０１；ヒートシンク
２、１０２；フィン部
３、１０３；ベース部
４、１０４；取付部
５、１０５；ＬＳＩ
６、１０６；基板
７、１０７；支持部材
８、１０８；バネ
９；段付きネジ
１０、１１０；熱伝導性コンパウンド
１２、１１２；マザーボード
１３、１１３；コネクタ
１４、１１４；スティフナ
１５；頭部
１６；大径軸部
１７；小径軸部
１８；ネジ部
１９；段差面
２０、２１、１１７、１１８、１１９；貫通孔
２２；螺孔部
２３；孔部
２４；孔
２５；凹部
１０９；押さえネジ
１１１；取付ネジ
２６、１１６、１２０；螺孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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