(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が実装されているプリント回路基板に、前記半導体素子の高さ寸法を有する少なくとも２つのスペーサーを取付固定し、該取付固定した２つのスペーサーを介して放熱器を取付けるヒートシンク装置において、
前記２つのスペーサーは、それぞれの上面が同一方向に傾斜している傾斜面と、該傾斜面にネジを係合するネジ係合凹部とを有し、
前記放熱器は、両端の底面が前記スペーサーに設けた傾斜面と同一方向で同一角度に傾斜させた傾斜面と、該傾斜面に沿った方向に長孔の調整孔とを有し、
前記スペーサーの傾斜面に、前記放熱器の傾斜面を当接させ、且つ、前記放熱器を水平方向に移動させることで該放熱器を上下方向に調整することにより前記放熱器の下面と前記半導体素子の上面との間隙を一定に維持させた状態を維持し、前記調整孔に嵌装させたネジで前記ネジ係合凹部と係止させることで前記半導体素子上に前記放熱器を組み付けることを特徴とするヒートシンク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子に放熱器を取り付ける場合に、半導体素子と放熱器の間隙を一定の値に調整するための機構を備えたヒートシンク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術におけるヒートシンクは、図４に示すように、プリント回路基板１１１に実装されている半導体素子１１２に対して、少なくともプリント回路基板１１１に実装されている半導体素子１１２の高さ寸法を有する支柱１１３を備えた放熱器１１４を、半導体素子１１２の上部から半導体素子１１２の頂部に放熱シート１１５或は放熱グリースを充填して取り付けるものが周知である。
そして、プリント回路基板１１１に実装されている半導体素子１１２の高さ寸法が異なる場合の対処の方法としては２通りあり、一つの手法は、放熱シート１１５を圧縮して高さの差を吸収する手法であり、他の手法は、支柱１１３の高さ寸法を異なるものにして半導体素子１１２の高さに合わせるというものである。
【０００３】
図５に示すものは、圧縮シート１１５の圧縮量を変化させて放熱器１１４を取り付ける様子を示したものであり、図５（Ａ）は半導体素子１１２の高さが低く放熱シート１１５の圧縮が少ない様子を示したものであり、図５（Ｂ）は半導体素子１１２の高さが図５（Ａ）に示すものに比べて高く、そのぶん放熱シート１１５の圧縮が多い様子を示したものであり、図５（Ｃ）は半導体素子１１２の高さが高く放熱シート１１５の圧縮が限度まで圧縮して高さの差を吸収した様子を示したものである。
【０００４】
図６に示すものは、支柱１１３の高さ寸法を半導体素子１１２の高さ寸法に合わせて放熱器１１４を取り付ける様子を示したものであり、図６（Ａ）は半導体素子１１２の高さ寸法が比較的低いものに対して支柱１１３Ａを低く設定した様子を示したものである。図６（Ｂ）は半導体素子１１２の高さ寸法が図６（Ａ）に示す半導体素子１１２の高さよりも高いもので、そのぶん支柱１１３Ｂの高さを高く設定してある。そのため、図６（Ａ）に示す放熱器１１４よりも高い位置に放熱器１１４が設置されている。
図６（Ｃ）は半導体素子１１２の高さ寸法が図６（Ｂ）に示す半導体素子１１２の高さよりも高いもので、そのぶん支柱１１３Ｃの高さが高く設定してある。
【特許文献１】特開平７−１６１８８６号公報（第２頁〜第３頁  第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来技術で説明した、図５に示した放熱シートを圧縮して高さの差を吸収する手法においては、同一の半導体素子を同一のプリント回路基板に取り付ける場合であっても、素子外形の寸法公差やハンダ付けの際の浮き上がり・傾きなどのために半導体素子と放熱器の隙間の大きさは一定ではない。隙間を埋めるために圧縮変形する柔軟な伝熱材料として放熱グリースや放熱シートを挟むが、伝熱部材の熱抵抗はその厚さに比例するため、熱抵抗値も半導体素子ごとに変わる。特に素子外形やハンダ付けの浮き上がりの寸法許容差を大きく取る場合には、放熱部材の熱抵抗値もそれに比例して大きく変化し、隣接する同一の半導体素子を同一条件で動作させても、放熱能力の違いによりその温度が素子ごとに大きく異なることになる。
また、半導体素子外形の寸法許容差が大きい場合には、放熱器により素子を押しつぶさないようにマージンとして隙間の設計中心側自体を大きく設計するが、素子の背が許容差ぎりぎりに低く出来上がっていた場合にはその分、素子と放熱器の距離が遠くなることにより、伝熱の上で不利になる。
また逆に図６に示した支柱の高さ寸法を異なるものにして半導体素子の高さに合わせる手法において、その機構を用いて放熱シートや放熱グリースの厚みを一定にするために支柱の長さを変えて、それぞれの半導体素子の高さに合わせる方法もある。しかし、半導体素子の高さの分布に合わせて、長さが異なる多数の種類の支柱を用意する必要があり、また支柱を取り付ける際には、毎回全ての半導体素子の高さを実測する手間がかかるという問題がある。
【０００６】
従って、複雑な機構を用いることなく、半導体素子と放熱器の間隔をそれぞれ半導体素子の高さに合わせて微調整できる構造を実現することに解決しなければならない課題を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本願発明のヒートシンク装置は、次に示す構成にしたことである。
【０００８】
（１）ヒートシンク装置は、
半導体素子が実装されているプリント回路基板に、前記半導体素子の高さ寸法を有する少なくとも２つのスペーサーを取付固定し、該取付固定した２つのスペーサーを介して放熱器を取付けるヒートシンク装置において、
前記２つのスペーサーは、それぞれの上面が同一方向に傾斜している傾斜面と、該傾斜面にネジを係合するネジ係合凹部とを有し、
前記放熱器は、両端の底面が前記スペーサーに設けた傾斜面と同一方向で同一角度に傾斜させた傾斜面と、該傾斜面に沿った方向に長孔の調整孔とを有し、
前記スペーサーの傾斜面に、前記放熱器の傾斜面を当接させ、且つ、前記放熱器を水平方向に移動させることで該放熱器を上下方向に調整することにより前記放熱器の下面と前記半導体素子の上面との間隙を一定に維持させた状態を維持し、前記調整孔に嵌装させたネジで前記ネジ係合凹部と係止させることで前記半導体素子上に前記放熱器を組み付けることである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放熱器とスペーサーが接する部分の双方の面を同一方向に傾斜させた傾斜面に形成することで、プリント回路基板に実装される半導体素子の高さが異なっても、その高さに合わせて放熱器を水平方向に動かすこと或はスペーサーを水平方向に動かすことで半導体素子の頂面と放熱器の間隙を常に一定に維持した状態で取り付けることができる。
これは、また、主要な構成要素が底面の傾きθのある放熱器および上面に傾きθのあるスペーサーの組み合わせのみであり、簡単な機構で放熱器と半導体素子との間隙を一定に維持させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本願発明に係る第１実施例のヒートシンク装置について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】
本願発明のヒートシンク装置は、図１に示すように、矩形状の放熱板１５を整列状態に形成した放熱器１４と、プリント回路基板１１に実装してある半導体素子１２と、この半導体素子１２を挟むようにして平行に配設した２個のスペーサー１３と、半導体素子１２の上面には圧縮変形量の小さな放熱シート１５とを備えている。
【００１２】
放熱器１４は、両端の底面が同一方向に角度θだけ傾斜させた傾斜面１６が形成してあると共に、その傾斜面１６の所定位置には上部に貫通した傾斜面１６に添った長孔の調整孔１７を備えた構造となっている。この調整孔１７は、実施例において四角形状をした放熱器１４の四辺の４箇所に設けた構造となっており、全てが傾斜面１６に添った方向に細長く形成されている。この調整孔１７にネジ２０を挿入し、スペーサ１３にネジ２０で螺合させることにより、放熱器１４と半導体素子１２との間隙を一定の値に維持する。
【００１３】
スペーサー１３は、少なくともプリント回路基板１１に実装されている半導体素子１２の高さ寸法を有する細長い直方体形状に形成され、プリント回路基板１１に固定されているもので、その上面が水平面に対して放熱器１４の傾斜面１６の角度θと同様に角度θの傾きをつけた傾斜面１８に形成され、その長手方向の両端部にネジ２０を係合するネジ係合凹部１９を備えた構成となっている。
【００１４】
このように、放熱器１４の底面を傾斜面１６にし、スペーサー１３の上面も同じ傾斜角度を持った傾斜面１８にして、傾斜面１６、１８同士を当接させ、且つ水平方向に放熱器１４を移動させることで放熱器１４を上下方向に微調整する。このことにより放熱器１４の下面と半導体素子１２の上面との間隙を一定に維持させた状態を維持し、調整孔１７に嵌装させたネジ２０でネジ係合凹部１９と係止させることで半導体素子１２上に放熱器１４を組み付けることができるのである。
【００１５】
図２に示すものは、プリント回路基板１１に実装されている半導体素子１２の高さに違いがあった場合にも放熱シート１５の圧縮変形量を同じくして放熱器１４を水平方向に動かすことで放熱器１４を上下方向に微調整することにより半導体素子１２の上面と放熱器１４の下面との間隙を一定に維持させた状態を示したものであり、図２（Ａ）に示すものは、半導体素子１２の高さが低いもので、放熱器１４を限度まで水平方向に移動させて高さが一番低い状態で調整孔１７に嵌装したネジ２０で固定した様子を示したものである。図２（Ｂ）に示すものは、図２（Ａ）に示すものよりも半導体素子１２の高さが高いもので、それに合わせるようにして、放熱器１４を水平方向に動かして調整孔１７の略中間位置に嵌合させたネジ２０で固定した様子を示したものである。図２（Ｃ）に示すものは、図２（Ｂ）に示した半導体素子１２の高さよりも高いもので、それに放熱器１４を合わせるために水平方向に動かして調整孔１７の図において左方向の位置に嵌合させたネジ２０で固定した様子を示したものである。
【００１６】
尚、実施例においてはスペーサー１３がプリント回路基板１１上に固定され、放熱器１５を水平方向に動かして上下方向の微調整ができる構成になっているが、これに限定されることなく、スペーサー１３がプリント回路基板１１上を水平移動できる構成にすれば、放熱器１５を水平方向に移動させないでもよくなる。このようにすると放熱器１５の位置関係を予め決めることができ設計し易くまた部品の占有領域を最小限にすることができる。
【００１７】
また、放熱シート１５は、これに限らず、例えば粘性の低い放熱グリースであってもよい。粘性の低い放熱グリースまたは圧縮変形量の小さい放熱シート１５を用いれば、半導体素子１２面あるいは放熱シート１５上面と放熱器１４底面とが付き合わさる位置に放熱器１４をずらして設置することで、実装高さが半導体素子１２ごとに異なっていても、放熱器１４と半導体素子１２の間隔は一定の値（シートの厚さ）にすることができる。
【実施例２】
【００１８】
次に、本願発明に係る第２実施例のヒートシンク装置について、図面を参照して説明する。
【００１９】
第２実施例のヒートシンク装置は、図３に示すように、矩形状の放熱板１５を整列状態に形成した放熱器１４Ａと、プリント回路基板１１に実装してある半導体素子１２と、この半導体素子１２を挟むようにして配置した２個のスペーサー１３Ａと、半導体素子１２の上面には圧縮変形量の小さな放熱シート１５とを備えている。
この放熱シート１５は、これに限らず、例えば粘性の低い放熱グリースであってもよい。
【００２０】
放熱器１４Ａは、両端の底面に逆ハの字型の傾きを持つ対称な方向に角度θだけ傾斜させた傾斜面１６Ａ、１６Ｂが形成してあると共に、その傾斜面１６Ａ、１６Ｂの所定位置には上部に貫通した調整孔１７Ａを備えた構造となっている。
スペーサー１３Ａは、少なくともプリント回路基板１１に実装されている半導体素子１２の高さ寸法を有するものであり、プリント回路基板１１上を水平移動できるもので、その上面が水平面に対して放熱器１４Ａの傾斜面１６Ａ或は１６Ｂの角度θと同様に角度θの傾きをつけた傾斜面１８Ａに形成され、且つネジ２０Ａを貫通させる中空部２２はネジ２０Ａを貫通させた状態で水平方向に移動させて放熱器１４Ａを上下方向に微調整できる大きさに形成されている。
【００２１】
このように、放熱器１４の底面を対称な傾斜面１６Ａ、１６Ｂにし、スペーサー１３Ａの上面も同じ傾斜角度を持った傾斜面１８Ａにしたことにより、半導体素子１２の高さに合わせてスペーサー１３Ａをプリント回路基板１１上を水平移動させることで放熱器１４Ａを鉛直方向に移動させて微調整し、ネジ２０Ａとナット２１で調整した位置に固定すればよい。
このように、放熱器１４Ａは水平方向に移動させる必要がないため、設置位置を変更させないですむことになり、設計の容易化を図り且つ部品の占有面積を最小限にすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
放熱器とスペーサーが接する部分の双方の面を同一方向に傾斜させた傾斜面に形成すると共に、放熱器を水平方向に動かし或はスペーサを水平方向に動かして放熱器の高さを微調整する構造にすることで、プリント回路基板に実装される半導体素子の高さが異なっても、その高さに合わせて半導体素子の頂面と放熱器の間隙を常に一定に維持した状態で取り付けることができるヒートシンク装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本願発明の第１実施例のヒートシンク装置を構成する各部品の斜視図である。
【図２】同、半導体素子の高さに基づいて放熱器を水平方向に移動させて放熱器自体を高さ方向に調整する様子を示した説明図である。
【図３】本願発明の第２実施例のヒートシンク装置であり、半導体素子の高さに基づいて放熱器を移動させないでスペーサーを水平方向に移動させて放熱器自体を高さ方向に調整する様子を示した説明図である。
【図４】従来技術におけるヒートシンクを構成する各部品の斜視図である。
【図５】従来技術における半導体素子の高さに応じて放熱シートの圧縮具合を示した説明図である。
【図６】従来技術における半導体素子の高さに応じて高さの異なるスペーサー（支柱）を採用した様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１１      プリント回路基板
１２      半導体素子
１３      スペーサー
１４      放熱器
１５      放熱シート
１６      傾斜面
１６Ａ    傾斜面
１６Ｂ    傾斜面
１７      調整孔
１７Ａ    調整孔
１８      傾斜面
１８Ａ    傾斜面
１９      ネジ係合凹部
２０      ネジ
２０Ａ    ネジ
２１      ナット
２２      中空部
【図１】
0004687357.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004687357.tif 000006
【図６】
0004687357.tif 000007