(57)【要約】【課題】本発明は、放熱装置と電子基板を結合した装置において、回路カードなどの部品に過度な負荷がかからないようにした装置を提供しようとするものである。【解決手段】本発明の実施形態は、開口部、放熱装置の下面部の少なくとも一部分と接する上側面、および基礎支持体に接する下側面を有するフレームを含む。バイアス要素が、フレームの開口部内に配置され、放熱装置に固定されている。バイアス要素によって、基板にバイアス力がかかって基板が放熱装置と接触し、このバイアス力は、ヒートシンクを基礎支持体に固定する力から切り離されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却すべき基板と基礎支持体に放熱装置を結合するシステムであって、
開口部と前記放熱装置の底部の少なくとも一部分と接するように構成された上側面と前記基礎支持体に接するように構成された下側面とを有するフレームと、
前記放熱装置に固定され、前記フレームの前記開口部に配置されて、前記基板が前記放熱装置と接触するように作用するバイアス要素とを有するシステム。
【請求項２】
前記バイアス要素が、長方形ユニットを形成するように２つの平行するアーチ形の板ばねと、前記ばねの両端に接続された２つの平行する支持部材とを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記板ばねの各々は弧を形成し、前記弧は、前記バイアス要素が前記放熱装置に固定されるときに歪んで前記基板の下側面と接触することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記支持部材の各々は、前記放熱装置から延在するピンが挿入されるように前記フレームの穴と位置合わせされる穴を備えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記バイアス要素の前記支持部材の各穴を通って、前記放熱装置から延在する少なくとも２つのピンを備えた、前記バイアス要素を前記放熱装置に固定する取り付け手段を有する請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記ピンは、少なくとも一端の近くにねじが切られており、前記バイアス要素が、前記ピンの各々に嵌められたナットによって前記放熱装置に固定されることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記フレームは、前記フレームの対向する内側縁に配置されたタブを備え、前記タブと接するように前記ピンに嵌められている１組のロック・クリップによって、前記放熱装置が前記フレームに固定されることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記放熱装置を前記基礎支持体に固定する力から切り離されたバイアス力を、前記バイアス要素が前記基板に加えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記放熱装置と、前記フレームの側壁と、前記基礎支持体とに設けられた穴を通る複数のピンを備えた、前記放熱装置と前記フレームを前記基礎支持体に固定する固定手段を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記バイアス要素が、前記フレームに固定されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路チップなどの電子基板の放熱に用いられる装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な計算機能や処理機能を実行する種々様々な電子装置に、集積回路チップやチップ・キャリヤ、その他の構成要素などの電子基板が使用されている。集積回路は、通常、他の回路やプロセッサと並列な機能を提供するために、プリントサーキットボードやカードのような基礎構造にピン接続、はんだ付け、または別の方法で接続される。パーソナル・コンピュータなどの最新の電子装置では、プロセッサ速度が速くなっているため、それに対応して集積回路はより多くの電力を必要とするようになっており、したがってより多くの熱を発生する。その結果、十分な放熱を実現するため、能動的な装置や受動的な装置を含む様々な放熱装置が開発されてきた。
【０００３】
受動的な放熱装置は、しばしば「ヒートシンク」と呼ばれ、冷却する電子基板の上に取り付けられる。この基板は、一般に、ソケットに差し込まれる。いくつかのシステムにおいて、ソケットは、ボール・グリッド・アレイによってサーキットボードなどの基礎をなす支持体、即ち基礎支持体に取り付けられる。ボール・グリッド・アレイは、ソケットと電気接触するためのはんだボール層を含む。ボール・グリッド・アレイへの長期的な損傷を防ぐためには、ヒートシンクと基板を含んだ構成要素を介して伝わる負荷、最終的にはソケットによってボール・グリッド・アレイに加わる負荷を最小にしなければならない。
【０００４】
基板からの熱伝達を最大にするには、ヒートシンクを基板に対して固定するか押し付ける必要がある。しかしながら、ヒートシンクと基板をサーキットボードに固定するとき、ボール・グリッド・アレイの組付けに悪影響を与えることなくヒートシンクに加えられる締付け力には限界がある。プリント回路カードにヒートシンクを取り付けて集積回路や他の基板との確実な熱接続をもたらすためにいくつかの解決策が提案されてきた。その１つの解決策は、留金具を使用してヒートシンクを回路カードに固定し同時にその間に集積回路をしっかりと固定するものである。しかしながら、締付け力が大きくなるにつれてボール・グリッド・アレイが徐々に歪むようになり、その結果生じる破損は締付け力の関数となっている。さらに、この取り付け方法は、隣接する集積回路の取り付け位置と周囲の間に生じる曲げ応力によって回路カードの曲げを引き起こす可能性がある。さらに、ヒートシンク−基板−ソケット−ボール・グリッド・アレイ・アセンブリにかかっている締付け力は、輸送中および関連した電子装置の操作中に静的負荷と動的負荷の両方が生じるときに激化することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、放熱装置と電子基板を結合した装置において、回路カードなどの部品に過度な負荷がかからないようにした装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの実施形態として、冷却する基板と基礎をなす支持体、即ち基礎支持体に放熱装置を結合するシステムを開示する。このシステムは、開口部、放熱装置の下面部の少なくとも一部分と接する上側面、および基礎支持体に接する下側面を有するフレームを含む。バイアス要素が、フレームの開口部内に配置され、放熱装置に固定されている。バイアス要素によって、基板にバイアス力がかかって基板が放熱装置と接触し、このバイアス力は、ヒートシンクを基礎支持体に固定する力から切り離されている。
【０００７】
また、別な実施形態として、冷却する基板とサーキットボードにヒートシンクを結合する方法を開示する。この方法は、基板をヒートシンクに押し付けるステップと、バイアス要素を基板に押し付けるステップと、バイアス要素が基板をヒートシンクに対して押すようにバイアス要素をヒートシンクに固定するステップと、フレームをヒートシンクに取り付けて１つのユニットを形成するステップと、サーキットボードに取り付けられたソケットと基板が電気接触するようにユニットをサーキットボードに取り付けるステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１〜図４は、放熱装置２０を電子基板１８に結合し、放熱装置と基板を、ドータ・カードや他のサーキットボード２６などの基礎をなす支持体に取り付けるための例示的なシステム１０を示す。図１は、上側斜視図であり、図２と図３は、図１の線２−２と線３−３に沿って切断した断面図であり、本システム１０の例示的な構成要素をそれぞれ示す。図４は、図１〜図３に示したシステムの例示的な構成要素を示す分解斜視図である。
【０００９】
図２と図４から最も分かるように、システム１０は、バイアス要素１６とフレーム１２を含む。システム１０は、放熱装置２０、電子基板１８、ソケット７０、およびサーキットボード２６により機能する。基板１８は、支持板８６を有する装置８４を含む。装置８４は、一般に、集積回路であるが、任意のタイプの電子装置でよく、支持板８６を含んでも含まなくてもよい。図１に示したように、今後「ヒートシンク」２０と呼ぶ放熱装置２０は、サーキットボード２６に強固に取り付けられたフレーム１２上に直接取り付けられている。図３に示したように、基板１８上のピン・アレイ９０は、任意選択のボール・グリッド・アレイ８９を介してサーキットボード２６に取り付けできるソケット７０と接続されている。
【００１０】
図４に示したように、フレーム１２、ヒートシンク２０、およびバイアス要素１６は、ヒートシンク２０に取り付けられたピン６４を収容するようにフレーム１２上のタブ６０の穴６２をバイアス要素１６の孔８８に合わせることによって互いに位置合わせされる。例示的な実施形態において、フレーム１２は、Ｔｉｎｎｅｒｍａｎクリップなどのロック・クリップ６８によってヒートシンク２０に固定され、ロック・クリップ６８は、クリップ６８がフレーム１２のタブ６０と接触しタブ５６が基板１８の表面９１（図３）と接触するまでヒートシンク・ピン６４に押し込まれる。後で詳細に説明するように、バイアス要素１６はヒートシンク２０に取り付けられ、ヒートシンク２０は、サーキットボード２６へヒートシンクとフレームを取り付けるのとは関係なくフレーム１２に取り付けられ、基板１８をヒートシンク２０に押し付けるのに必要な力は、ヒートシンクとフレームをサーキットボード２６に固定する際に生じる力から切り離されている。
【００１１】
フレーム１２は、一般に、第１と第２の対のフレーム部材２８、３０が開口部１４を形作る長方形構造である。フレーム１２の上縁３８は、ヒートシンク２０の底部の少なくとも一部分を受けるように構成されている。フレーム１２の下縁４０は、サーキットボード上面４２に乗るように構成されている。例示的な実施形態においては、フレーム１２は、取り付けピン２４によってサーキットボード２６に取り付けられ、取り付けピン２４は、フレーム１２の受け部材４８の穴５０とサーキットボード２６の穴５８に嵌る。取り付けピン２４は、サーキットボード２６内あるいはサーキットボード２６の下側のプレート（図示せず）内にピン留めされるか嵌め込まれるかボルト締めされるなど任意のタイプの留金具でよい。また、各穴５０は、ねじが切られていてもよく、取り付けピン２４は、サーキットボード２６の反対側から差し込まれてもよい。フレーム１２は、受け部材４８から横方向に延在するリップまたはタブ５６を含んでいて、フレーム１２を基板１８の面９１に最小の力で位置決めさせている。
【００１２】
代替として、装置８４の面７２とヒートシンク１２の面６６との間の熱接続に必要な力を基板１８に与えるためにタブ５６を使うこともできる。例示的な実施形態においては、フレーム１２は、部材２８、３０、受け部材４８およびタブ６０がすべて単一体で形成されるように、硬質プラスチックなどのモールド成形可能な材料で作成される。フレーム１２は、他の好ましくは非導電性材料から作成することもできる。
【００１３】
基板１８の厚さとフレーム１２の高さ（すなわち、フレーム部材３０の縁３８とサーキットボード２６の上部の間の距離）が、基板ピン・アレイ９０がソケットに７０に差し込まれるときの基板１８の下面とソケット７０の上面９２の距離すなわちち隔離距離を決定する。この基板とソケットの距離は、特定の厚さを有する集積回路チップに対して設定され、フレーム１２の高さを変化させることにより、様々な他のチップに、その厚さの関数として対応するように修正される。例示的な実施形態では、ソケット７０とその下にあるボール・グリッド・アレイ８９をヒートシンク２０からさらに離すために、基板１８の下面とソケット７０の上面９２の間が少し離されている。基板下側面９１とソケット上面９２の間の隔離距離は、ヒートシンクをサーキットボード２６に取り付けるときにヒートシンク２０に加えられる力がソケット７０とボール・グリッド・アレイ８９に伝わるのをなくすことができる。
【００１４】
バイアス要素１６は、基板１８をヒートシンク２０に押し付けるために圧縮力すなわちバイアス力を提供する２つのバイアス部材７６を含み、それにより基板の上側面７２が、ヒートシンク２０の下面６６と接触する。例示的な実施形態において、バイアス部材７６は、板ばねとして働く湾曲した金属ストリップである。したがって、各バイアス部材７６は、弧を形成し、その大部分は、基板１８の下側面９１に押し付けられたときに変形して基板上面７２を押してヒートシンク下面６６と接触させる。代替として、バイアス部材７６は、基板１８をヒートシンク２０と接触させる他の種類の機構を含むこともでき、例えば、バイアス部材７６は、バイアス部材７６と基板１８の表面９１の間で小さなコイルばねまたは皿ワッシャを圧縮させるために使用することができる。熱エネルギー伝達を高めるために、耐熱グリースや他の熱導電体媒体などの熱接続材料（図示せず）を、必要に応じて、基板上面７２および／またはヒートシンク下面６６に塗布することができる。熱接続材料は、例えば厚さ約０．０５〜０．２５ミリメートルの適切となる厚さに塗布する。
【００１５】
代替の実施形態において、フレーム１２がヒートシンク２０に所定の負荷で固定されるまでバイアス要素１６は、基板１８を適切な位置に保持するために使用される。これは、クリップ６８がタブ６０と接触するまでフレーム１２に所定の負荷を加え、次にポスト６４にクリップ６８を取り付けることにより達成することができる。
【００１６】
図４に示したように、バイアス部材７６は、その両端で支持部材７８に接続されており、基板１８をソケット７０に差し込むときに基板１８のピン・アレイ９０が通る開口部を有する長方形ユニット１６を形成する。例示的な実施形態において、支持部材７８は、部材７８の上部が外方に延在し、「Ｌ」形断面を形成するフランジ８２を含む。フランジ８２の孔８８は、ヒートシンク・ピン６４を収容するようにフレーム・タブ６０の穴６２と位置合わせされ、ヒートシンク・ピン６４は、バイアス要素１６、ヒートシンク２０およびフレーム１２を互いに位置合わせする。例示的な実施形態において、バイアス要素１６は、ステンレス鋼、ベリリウム銅またはリン青銅などの金属から作成されるが、ガラス繊維や繊維強化プラスチックなどの材料から形成されてもよい。
【００１７】
例示的な実施形態において、バイアス要素１６は、ヒートシンク下側面６６の下に延在するピン６４の上側端近くにあるねじ山によってピン６４に固定されるナット７４によりヒートシンク２０に取り付けられる。代替の実施形態において、バイアス要素１６は、４つのねじ（図示せず）などの他の取り付け手段によってヒートシンク２０に取り付けられ、各ねじは、バイアス要素支持部材７８のフランジ８２の各穴を通され、ねじ穴によってヒートシンク２０に固定される。
【００１８】
バイアス部材７６によって基板１８の下面９１に加えられる力は、基板上面７２とヒートシンク表面６６の間に良好で均一な接触を維持し、それにより、基板１８からヒートシンク２０への熱伝達が最大になる。この構成においては、バイアス要素１６は、基板１８とその下にあるソケット７０とボール・グリッド・アレイ８９とが、基板１８とヒートシンク２０の間に加えられる負荷の影響を受けるのを、効果的に物理的になくしている。したがって、ヒートシンク２０に加わる静的負荷と動的負荷は、フレーム１２を介してサーキットボード２６に伝えられ、基板１８は実質的に負荷を受けず、ソケット７０やボール・グリッド・アレイ８９にも伝えられない。
【００１９】
以上の説明から、本システム１０が、電子基板が過熱するのを防ぐと同時に、ヒートシンクと基板に加えられる負荷から分離させた熱伝達機構を提供するものであることを理解されたい。本システムの範囲から逸脱することなく以上の方法およびシステムに特定の変更を行うことができる。以上の説明に含まれあるいは添付図面に示したすべての事柄は、限定する意味ではなく例示と解釈されるべきであることに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】サーキットボードに取り付けられた電子基板に放熱装置を結合する例示的なシステムを示す上側斜視図である。
【図２】本システムの例示的な構成要素を示す、図１の線２−２に沿って切断した断面図である。
【図３】本システムの例示的な構成要素を示す、図１の線３−３に沿って切断した断面図である。
【図４】図１〜図３に示したシステムの例示的な個別の構成要素を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２１】
１２  フレーム
１４  開口部
１６  バイアス要素
１８  基板
２０  ヒートシンク
２４  取り付けピン
２６  サーキットボード
２８、３０  フレーム部材
４８  受け部材
５０  穴
５６  タブ
６０  タブ
６２  穴
６４  ピン
６８  ロック・クリップ
８８  孔
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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