(57)【要約】      （修正有）【課題】電子部品に対する良好な放熱特性を有し、基板に対する電子部品の接触圧を均一にでき、電子部品のメンテナンス性に優れた放熱構造を提供する。【解決手段】放熱構造１０は、発熱部材１の放熱面１ｂに接触して配置された放熱シート１２と、この放熱シートの裏面１２ａに隙間を介して配置されたヒートシンク１４と、流動性を有する状態で放熱シートとヒートシンクの間の隙間に供給された伝熱材１６と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部材の放熱面に接触して配置される放熱シートと、
上記放熱面から離間した上記放熱シートの裏面側に隙間を介して配置されるヒートシンクと、
流動性を有する状態で上記隙間を埋めるように供給され、上記放熱シートの熱を上記ヒートシンクに伝える伝熱材と、
を有する放熱構造。
【請求項２】
上記伝熱材は、上記隙間を埋めた状態で弾性を有する請求項１の放熱構造。
【請求項３】
上記ヒートシンクは、上記隙間から上記流動性を有する状態の伝熱材を逃がすための孔を有する請求項１の放熱構造。
【請求項４】
上記隙間から上記流動性を有する状態の伝熱材がはみ出すのを防止する流出防止枠をさらに有する請求項１の放熱構造。
【請求項５】
上記ヒートシンクは、上記隙間から上記流動性を有する状態の伝熱材を逃がすための孔を有する請求項４の放熱構造。
【請求項６】
上記伝熱材は、上記隙間を埋めた状態で経時的に固まる接着剤である請求項１の放熱構造。
【請求項７】
上記接着剤は、経時的に固まった後、弾性を有する請求項６の放熱構造。
【請求項８】
上記発熱部材は、基板の配線に電気的に接続する半球状のバンプを有する請求項１の放熱構造。
【請求項９】
発熱部材の放熱面に隙間を介して配置されるヒートシンクと、
流動性を有する状態で上記隙間に供給され、上記発熱部材の熱を上記ヒートシンクに伝える伝熱材と、を有し、
上記ヒートシンクは、上記隙間から上記流動性を有する状態の伝熱材を逃がすための孔を有する放熱構造。
【請求項１０】
上記隙間から上記流動性を有する状態の伝熱材がはみ出すのを防止する流出防止枠をさらに有する請求項９の放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば、ＢＧＡ(Ball Grid Array)を裏面に有するＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)などの比較的高温になり易い電子部品の放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子部品の放熱構造として、電子部品との間に放熱シートを挟んでヒートシンクを重ねた構造が知られている。放熱シートは、電子部品の放熱面に接触するとともにヒートシンクに接触し、電子部品の熱をヒートシンクに伝えて放熱させる。放熱性を高めるため、放熱シートは、熱伝導率が高い材料を用いて、できるだけ薄く形成することが望ましい。
【０００３】
また、放熱性を考慮して、放熱シートを電子部品の放熱面とヒートシンクの両方に密着させるため、通常は、電子部品の放熱面に放熱シートを押し付けるようにヒートシンクが取り付けられる。このため、例えば、電子部品が、その裏面に半球状のバンプをマトリックス状に有するタイプの電子部品（ＦＰＧＡなど）である場合、ヒートシンクによって放熱シートを電子部品に押し付けると、バンプが潰れて基板との間で接触不良を生じてしまう可能性がある。
【０００４】
さらに、半球状のバンプを有する電子部品を基板に実装する場合、実装高さに固体差を生じ易いため、ヒートシンクと電子部品の実装面との間の隙間が変動し易い。この変動する隙間を埋めるため、弾力性のある放熱シートを間に挟む方法が考えられるが、やわらかい放熱シートは、一般に、熱によって溶け易く、基板を汚してしまう可能性がある。その上、バンプの基板電極に対する押し付け力にバラつきを生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４２２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、ＢＧＡを裏面に有するＦＰＧＡにおいて、その放熱面に放熱シートを介してヒートシンクを押し付けると、ＢＧＡが基板に押し付けられて電気的な接触不良を生じる可能性がある。このため、放熱面とヒートシンクとの間にある程度の隙間を設けて弾力性のある放熱シートを挟む方法が考えられるが、ＢＧＡと基板電極との間の接触圧が不均一になるとともに、熱により放熱シートが溶けて基板が汚れる可能性がある。
【０００７】
よって、電子部品に対する良好な放熱特性を有し、基板に対する電子部品の接触圧を均一にでき、電子部品のメンテナンス性に優れた放熱構造の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態に係る放熱構造は、発熱部材の放熱面に接触して配置された放熱シートと、この放熱シートの裏面に隙間を介して配置されたヒートシンクと、流動性を有する状態で放熱シートとヒートシンクの間の隙間に供給された伝熱材と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る放熱構造を示す概略図である。
【図２】図２は、第２の実施形態に係る放熱構造を示す概略図である。
【図３】図３は、第３の実施形態に係る放熱構造を示す概略図である。
【図４】図４は、他の実施形態に係る放熱構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。  
図１には、第１の実施形態に係る放熱構造１０の概略図を示してある。  
本実施形態において、発熱部材としての電子部品１は、例えば、基板２の実装面２ａに対向する裏面１ａにＢＧＡ(Ball Grid Array)３を有するＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)１である。ＦＰＧＡ１は、現場で回路を書き換え可能なＬＳＩであり、ＢＧＡ３は、半田の表面張力によって半球状に形成された電極（バンプ）である。
【００１１】
放熱構造１０は、ＦＰＧＡ１の基板２から離間した放熱面１ｂに接触して配置される放熱シート１２を有する。放熱シート１２は、ＦＰＧＡ１の放熱面１ｂより一回り大きいサイズを有する。また、本実施形態の放熱シート１２は、熱により溶けることの無い比較的硬いシートである。
【００１２】
また、放熱構造１０は、放熱シート１２のＦＰＧＡ１から離間した裏面１２ａ側に隙間Ｓを介して配置されるヒートシンク１４を有する。ヒートシンク１４は、比較的軽量で熱伝導率の高いアルミニウムや銅などの金属によって形成されている。本実施形態では、比較的接着剤が剥がれ易いアルミニウム製のヒートシンク１４を用いている。
【００１３】
さらに、放熱構造１０は、放熱シート１２の裏面１２ａとヒートシンク１４との間の隙間Ｓを埋める伝熱材１６を有する。本実施形態の伝熱材１６は、固まる前の状態、すなわち伝熱材１６を隙間Ｓに供給するとき、流動性を有するとともに、固まった後の状態で弾性を有する接着剤１６である。言い換えると、この接着剤１６は、潰すと広がる程度の流動性を有するものである。この接着剤１６として、例えば、ＡＩテクノロジー社のエポキシペースト接着剤（型番：ＭＥ７１５５）が用いられる。
【００１４】
この放熱構造１０を組み立てる場合、基板２の実装面２ａに実装したＦＰＧＡ１の放熱面１ｂ上に放熱シート１２を載せて、ジェル状の接着剤１６を介してヒートシンク１４を重ねる。そして、ヒートシンク１４をネジ１８によって基板２に締結固定する。締結箇所は、ＦＰＧＡ１の外側である。
【００１５】
この放熱構造において、仮に、接着剤１６を用いない場合を想定すると、ＦＰＧＡ１の放熱経路を確保するため、放熱シート１２をＦＰＧＡ１の放熱面１ｂに押し付けるようにヒートシンク１４を基板２に締結固定する必要がある。この場合、ＦＰＧＡ１のＢＧＡ３に比較的大きな圧力が作用し、ＦＰＧＡ１と基板電極（図示省略）との間の電気的な接続状態が悪化する可能性がある。
【００１６】
これに対し、本実施形態のように、放熱シート１２とヒートシンク１４との間の隙間Ｓに接着剤１６を設けることで、ＦＰＧＡ１のＢＧＡ３に過大な圧力が作用することを防止できる。つまり、本実施形態の接着剤１６は、固まった後、弾性を有するものであるため、ＦＰＧＡ１の放熱経路を確保した上で、ＢＧＡ３に作用する不所望な応力を吸収するダンパーとして機能する。
【００１７】
このため、特に、この放熱構造１０を航空機などの移動体に搭載するＦＰＧＡ１に取り付けた場合、機体から伝わる振動を接着剤１６で吸収することができ、ＦＰＧＡ１の動作の信頼性を確保することができる。
【００１８】
また、本実施形態によると、接着剤１６を隙間Ｓに配置したことで、ＦＰＧＡ１の実装高さの変動による寸法誤差などを吸収することができ、放熱構造１０の寸法精度を高めることができ、その上、ＢＧＡ３に作用する圧力のバラつきも無くすことができる。つまり、この場合、接着剤１６は、隙間Ｓの大きさやＢＧＡ３に作用する圧力をコントロール可能なインターフェースマテリアルとして機能することになる。
【００１９】
さらに、本実施形態によると、接着剤１６を隙間Ｓに配置したことで、放熱シート１２とヒートシンク１４を熱的に結合することができ、ＦＰＧＡ１の放熱性を高めることができる。特に、ＦＰＧＡ１の放熱面１ｂに段差を有する場合など、放熱面１ｂの段差に沿って変形する放熱シート１２とヒートシンク１４との間の不均一な隙間Ｓを接着剤１６で満たすことができ、放熱面１ｂの形状に係わらず放熱性を高めることができる。
【００２０】
その上、例えば、ＦＰＧＡ１の交換や修理が必要な場合など、メンテナンス性を向上させることができる。つまり、見方を変えると、ＦＰＧＡ１の放熱面１ｂには接着剤１６が直接接触することがなく放熱シート１２が介在されているため、接着剤１６がＦＰＧＡ１に付着する心配が無く、基板２の実装面２ａが接着剤１６で汚れる心配も無い。この場合、放熱シート１２は、汚れ防止カバーとして機能することになる。
【００２１】
さらに見方を変えると、弾性を有する接着剤１６を隙間Ｓに配置することで、放熱シート１２にダンピング機能を持たせる必要がなくなり、熱によって溶け易い柔らかい放熱シート１２を用いる必要も無くなる。このため、溶けた放熱シート１２によって基板２が汚れる心配も無くなる。
【００２２】
よって、ＦＰＧＡ１の交換や修理が必要な場合などには、容易にヒートシンク１４を取り外してＦＰＧＡ１を基板２から取り外すことができ、その際に、基板２の実装面２ａやＦＰＧＡ１自体の汚れをきれいにする必要もなくなり、メンテナンス性を向上させることができる。
【００２３】
図２には、第２の実施形態に係る放熱構造２０の概略図を示してある。この放熱構造２０は、上述した第１の実施形態の放熱構造１０と略同じ構造を有するため、ここでは上述した第１の実施形態と同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２４】
本実施形態の放熱構造２０は、ヒートシンク１４を貫通した孔１４ａを有する。この孔１４ａは、ヒートシンク１４の略中央で、接着剤１６に対向する位置に設けられている。そして、この孔１４ａは、接着剤１６を隙間Ｓから逃がすために設けられている。本実施形態では、１つの孔１４ａを設けたが、ヒートシンク１４を貫通する複数の孔を設けても良い。また、孔１４ａの形状や大きさは、電子部品１の種類やヒートシンク１４の厚さなどに応じて適当な値に設定される。
【００２５】
この放熱構造２０を組み立てる場合、基板２の実装面２ａに実装したＦＰＧＡ１の放熱面１ｂ上に放熱シート１２を載せて、ジェル状の接着剤１６を介してヒートシンク１４を重ねる。そして、ヒートシンク１４をネジ１８によって基板２に締結固定する。締結箇所は、ＦＰＧＡ１の外側である。
【００２６】
ヒートシンク１４を基板２に締結すると、ヒートシンク１４が基板２に近づいて接着剤１６が潰される。このとき、接着剤１６は、流動性を有するため、隙間Ｓに沿って広がるとともに、ヒートシンク１４の孔１４ａを介して逃げようとする。つまり、このとき、孔１４ａは、隙間Ｓに供給された余分な接着剤１６を流出させるよう機能し、接着剤１６に作用する圧力を逃がすことで、ＦＰＧＡ１の基板２に対する押し付け圧力を一定にする。
【００２７】
この結果、接着剤１６がＦＰＧＡ１の放熱面１ｂに均一に濡れ広がるとともに、隙間Ｓが接着剤１６で満たされ、放熱シート１２とヒートシンク１４との間の熱的な結合状態を良好にすることができ、放熱性を向上させることができる。また、孔１４ａの作用により、ＦＰＧＡ１のＢＧＡ３に過大な圧力が作用することを防止することができ、電気的な接続安定性を維持できる。
【００２８】
また、このヒートシンク１４の孔１４ａは、隙間Ｓに供給した接着剤１６の量を目視確認するための覘き孔としての機能も有する。特に、ＦＰＧＡ１の放熱面１ｂの４角に対向する位置にそれぞれ孔１４ａを設けることで、放熱面１ｂの全体に接着剤１６が濡れ広がっているか否かを確認することができ、接着剤１６を放熱面１ｂ全体に確実に塗布することができる。
【００２９】
さらに、本実施形態によると、隙間Ｓに供給する接着剤１６の適切な量を調べるため、ヒートシンク１４の孔１４ａを介してノギスなどを挿入して隙間Ｓの大きさを予め調べることもできる。
【００３０】
図３には、第３の実施形態に係る放熱構造３０の概略図を示してある。この放熱構造３０は、上述した第２の実施形態の放熱構造２０と略同じ構造を有するため、ここでは上述した第２の実施形態と同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３１】
本実施形態の放熱構造３０は、放熱シート１２のＦＰＧＡ１から離間した裏面１２ａに、押し潰された接着剤１６がはみ出すのを防止する流出防止枠１２ｂを備えている。この流出防止枠１２ｂは、放熱シート１２と異なる材料、或いは同じ材料で形成されており、放熱シート１２の周縁に沿って貼り付けられている。
【００３２】
この放熱構造３０を組み立てる場合、基板２の実装面２ａに実装したＦＰＧＡ１の放熱面１ｂ上に、流出防止枠１２ｂを備えた放熱シート１２を載せて、ジェル状の接着剤１６を流出防止枠１２ｂの内側に供給する。そして、この接着剤１６を介して、ヒートシンク１４を放熱シート１２の上に重ねる。そして、ヒートシンク１４をネジ１８によって基板２に締結固定する。
【００３３】
この場合、ヒートシンク１４によって押し潰された接着剤１６は、放熱シート１２の裏面１２ａに沿って濡れ広がり、流出防止枠１２ｂで堰き止められる。これにより、接着剤１６が基板２の実装面２ａに付着してしまう不具合を防止することができ、メンテナンス性を向上させることができる。
【００３４】
また、第２の実施形態の孔１４ａと組み合わせて使用することで、流出防止枠１２ｂによって堰き止められた接着剤１６を孔１４ａから逃がすことができ、接着剤１６の圧力を一定に維持できる。
【００３５】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の放熱構造によれば、放熱シート１２とヒートシンク１４との間の隙間Ｓに流動性を有する伝熱材１６を供給することにより、電子部品１の放熱性を高めることができ、電子部品１の基板２に対する接触圧をコントロールすることができ、メンテナンス性を向上させることができる。
【００３６】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００３７】
例えば、上述した実施形態では、ＢＧＡ３を有するＦＰＧＡ１に取り付けた放熱構造について説明したが、これに限らず、他の電子部品に取り付ける放熱構造に本発明を適用しても良い。
【００３８】
また、上述した実施形態では、１つの電子部品１に１つのヒートシンク１４を取り付けた場合について説明したが、これに限らず、複数の電子部品１に共通の１つのヒートシンクを取り付ける場合にも、本発明の放熱構造を適用することができる。
【００３９】
この場合、例えば、図４に示すように、個々の電子部品１ごとに分割した放熱板４２を割り当てて、複数の放熱板４２を１つの金属フレーム４４に脱着自在に取り付けて、全ての放熱板４２の裏面４２ａに接触するようにヒートシンク１４を取り付ける。この場合、接着剤１６を逃がすための孔４３は、各放熱板４２に設ける。
【００４０】
これにより、電子部品１の点検や交換作業時において、他のメンテナンスを必要としない電子部品の放熱板４２を取り外すことなく作業できる。
【符号の説明】
【００４１】
１…ＦＰＧＡ（電子部品）、１ａ…裏面、１ｂ…放熱面、２…基板、２ａ…実装面、３…ＢＧＡ（バンプ）、１０、２０、３０、４０…放熱構造、１２…放熱シート、１２ａ…裏面、１２ｂ…流出防止枠、１４…ヒートシンク、１４ａ…孔、１６…接着剤（伝熱材）、１８…ネジ、４２…放熱板、４２ａ…裏面、４３…孔、４４…金属フレーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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