(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクシステムにおいて、
電気回路を搭載し、前記電気回路を越えて延びるエッジを有する電気回路アセンブリ、
前記電気回路アセンブリに電気的に結合され、１組の開口が形成されたプリント回路板、
前記プリント回路板と接触する裏当て板、
前記裏当て板に設けられ、前記プリント回路板の平面に対して垂直に延び、前記プリント回路板の開口を通過する１組のスタッド、
前記電気回路アセンブリのエッジと接触した状態で前記電気回路の周囲にはまるように寸法決めされた窓と、中を前記スタッドが通過する１組の開口とを有するクランプ板、
中を前記スタッドが通過する１組の開口を有する、前記電気回路と接触するヒートシンク、及び
前記ヒートシンクの上から前記スタッドに締結され、前記ヒートシンクを前記電気回路に締付ける１組の第１のクランプナットアセンブリ、を有するヒートシンクシステム。
【請求項２】
前記クランプ板の上から前記スタッドに締結され、前記裏当て板と前記クランプ板との間で前記電気回路アセンブリと前記プリント回路板を締付ける１組の第２のクランプナットアセンブリをさらに有する、請求項１に記載のヒートシンクシステム。
【請求項３】
ヒートシンクシステムにおいて、
電気回路を搭載し、前記電気回路を越えて延びるエッジを有する電気回路アセンブリ、
前記電気回路アセンブリに電気的に結合され、１組の開口が形成されたプリント回路板、
前記プリント回路板と接触する裏当て板、
前記裏当て板の平面に対して垂直に延びるように設けられ、前記プリント回路板の１組の開口を通る１組のスタッド、
前記電気回路アセンブリに接触した状態で前記電気回路の周囲にはまる窓と、前記スタッドが中を通過する１組の開口とが形成されたクランプ板、
前記電気回路と接触し、中を前記スタッドが通過する１組の開口を有するヒートシンク、
前記ヒートシンクの上から前記スタッドに締結され、前記ヒートシンクを前記電気回路に締付ける１組の第１のクランプナットアセンブリ、
前記クランプ板の上から前記スタッドに締結され、前記裏当て板と前記クランプ板との間で前記電気回路アセンブリと前記プリント回路板を締付ける１組の第２のクランプナットアセンブリ、を有するヒートシンクシステム。
【請求項４】
前記電気回路アセンブリが、
前記電気回路、
前記電気回路に結合され、前記電気回路を越えて延びるエッジを有するパッケージ、および
前記パッケージに結合され、前記パッケージを前記プリント回路板に電気的に結合させる電気インターポーザ、を有する請求項３に記載のヒートシンクシステム。
【請求項５】
前記パッケージの材料が、セラミック、プラスチックおよびラミネートからなるグループの中の一つである、請求項４に記載のヒートシンクシステム。
【請求項６】
前記電気インターポーザが、導電性エレメントを埋込んだ担体である、請求項４に記載のヒートシンクシステム。
【請求項７】
前記電気回路を覆うように形成された、前記電気回路と前記ヒートシンクを熱結合させる熱インターポーザ層を含む、請求項３に記載のヒートシンクシステム。
【請求項８】
前記熱インターポーザ層と前記ヒートシンクを熱力学的に結合させるヒートパイプを含む、請求項７に記載のヒートシンクシステム。
【請求項９】
前記ヒートシンクが、
ヒートシンク天板、
ヒートシンク底板、および
各々、前記天板と前記底板に対して垂直の平面を有し、前記天板と前記底板との間を延びる複数のヒートシンクフィンを有する、請求項３に記載のヒートシンクシステム。
【請求項１０】
前記裏当て板を前記クランプ板に締付ける第１のクランプナットアセンブリが締付け圧力転送ブッシュを含む、請求項３に記載のヒートシンクシステム。
【請求項１１】
前記ヒートシンクを前記裏当て板に締付ける第２のクランプナットアセンブリがナットおよびばね座金を含む、請求項３に記載のヒートシンクシステム。
【請求項１２】
電気回路アセンブリから発する熱を放散させる放熱デバイスにおいて、
電気回路アセンブリが配置されるプリント回路板と、
その平面に対して垂直に延び、且つ前記プリント回路板の１組の開口を通って延びる１組のスタッドを有する、前記プリント回路板と接触する裏当て板、
前記電気回路アセンブリのエッジと接触し、前記電気回路アッセンブリに搭載された電気回路の周囲にはまるように前記電気回路の外周よりも大きく寸法決めされた窓と、中を前記スタッドが通過する１組の開口を有するクランプ板、
前記電気回路から発する熱を伝導する、中を前記スタッドが通過する１組の開口を有するヒートシンク、
前記ヒートシンクの上から前記スタッドに締結され、前記ヒートシンクを前記電気回路に締付ける１組の第１のクランプナットアセンブリ、および
前記クランプ板の上から前記スタッドに締結され、前記裏当て板と前記クランプ板との間で前記電気回路アセンブリと前記プリント回路板を締付ける１組の第２のクランプナットアセンブリ、
を有する放熱デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して集積回路デバイスにヒートシンクを取付けるためのシステムに関するものであり、詳細には、電気回路アセンブリから発生する熱を放散させる放熱デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の使用は、日々増す一方である。集積回路（IC）は、家電機器からコンピュータに至るまで多種多様なデバイスに使用される。しかしながら、ICはどちらかというと脆弱でもある。ICは一般に回路が形成されたシリコンの薄片である。ICチップは、腐食、環境損傷、物理的衝撃および他の損傷メカニズムを受けやすい。この理由から、ICチップは、輸送中および使用中の損傷から保護するために多種多様な材料を使ってパッケージングされる。
【０００３】
従来の保護パッケージの材料は、一般に、ICチップのためのベースとして使用され、ICチップの電気接続を拡張（“ファンアウト”）の手段として役立つプラスチック材またはセラミック材料である。ICチップとパッケージの間の接続は、代表的にはワイヤボンド、または（“フリップチップ”の場合）はんだボールを使って完成させられる。フリップチップでは、ICチップの頂部が表面を下にしてベースパッケージ上に当てられる。ICチップの表面とベースパッケージの間に配置されたはんだボールが、ICチップとベースパッケージの間の電気的接続を提供する。加えて、ICチップを保護するためにICチップ上に蓋が取付けてあってよい。保護パッケージの選択は、ICチップ自体のパラメータ、ICチップの用途、およびパッケージ材料のコストを含む種々のファクターによって決められる。
【０００４】
ICチップの保護を提供するのに加えて、ICチップとパッケージを他のデバイスに電気的に接続できるようにするコンポーネントが必要となる。この接続コンポーネントは、ICチップが取りつけられるプリント回路板（PCB）または他の取付け相手のデバイスに接続する回路とともに、電気コンポーネントとして機能する。
【０００５】
ICチップとパッケージをPCBに電気接続できるようにする接続コンポーネントは数種類のタイプがある。どの電気接続コンポーネントを選択するかは、チップ自体の特別設計、必要とされる接続の数、およびパッケージのサイズに大きく左右される。例えば、ICチップを32mm平方（1.59in2）以下の面積の保護パッケージで包んだ状態で接続する場合は、アレイ状のはんだボール（ボールグリッドアレイパッケージまたはBGA）をその電気接続に使用してよい。同様に、42mm平方（2.73in2）以下の面積のパッケージの場合は、その電気接続に、アレイ状のはんだコラム（コラムグリッドアレイパッケージまたはCGA）を使用してよい。ボールグリッドアレイとコラムグリッドアレイの両方とも、PCBに直接はんだ付けすることができる。
【０００６】
ボールグリッドアレイとコラムグリッドアレイの両方式とも、接続の長期信頼性の観点から見てサイズの制約がある。この制約は主に、ICパッケージ構造用材料とPCB構造用材料の間に典型的に存在する熱膨張係数（CTE）の不釣り合いからきている。パッケージが大きくなればるほど、パッケージの中心から最も遠い接続点は、ICチップがパッケージを熱するにつれて降伏点を超える応力をかけられる可能性が高まる。それゆえ、リードカウントの高い、より大きいチップにとっては、または、より耐久性の高いチップパッケージシステムにとっては、インターポーザコンポーネントを使用するのが望ましい。インターポーザは、代表的には導電性金属を埋め込んだポリマーまたは金属ばね構造からなるようなアレイ状の圧縮可能な接触点を提供する。必要とされる電気接続は、剛性的なボンドよりむしろ接触圧力によって完成させられる。コンプライアンスにすぐれた接続であるため、インターポーザは、パッケージとPCBの間で生じ得る熱膨張応力を効果的に緩和する。しかしながら、インターポーザを使って、パッケージ化されたICとPCBの間の電気接続を設けるときは、低抵抗の良好な電気接点接続が確実に達成されるように相当の圧力をかけなければならない。
【０００７】
ICチップのなかには、大量の熱エネルギーを放散する能力を必要とするものもある。例えば、ある種の大出力チップは、100ワットを超える熱エネルギーを放つ能力がある。このような大出力チップにとって、周囲大気によって提供される冷却では、過熱から守ってもらうのに十分でない。熱をICチップから除去する補助的なコンポーネントが必要とされる。申し分のない放熱が行われるようにするためには、熱インターポーザ材料を間に挿入した上でヒートシンクをICチップパッケージに取付けるのが普通である。熱インターポーザは、デバイスとヒートシンクの間にすぐれた熱伝導性を提供する。従来のシステムでは、熱インターポーザ材料を間に挿入した上でヒートシンクをパッケージのチップ保護蓋に取付けてよく、蓋を使用しない場合は、ICチップ自体に直接取付けてよい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ヒートシンク、熱インターポーザ、ICチップ、ベースパッケージおよび電気接続コンポーネントからなるアセンブリ全体は、適切な電気接続と熱伝達が確実にできるように共に締付けられる。インターポーザを通して適切な電気接続を確実にするのに十分なほど緊密にチップ／パッケージ／インターポーザ／PCBアセンブリを締付けるためには、かなりの締付け力（しばしば数百ポンドを超える）が必要とされる。ヒートシンク／チップ接続は、すぐれた熱伝達性を提供するのに同様の締付け力を必要としない。それでも、従来のヒートシンク構造を使用するときにアセンブリ全体は共に締付けられるので、すべてのコンポーネントに同じ締付け力がかけられる。この締付け力は、蓋を使用したとしても、その蓋が下のチップを圧迫してしまうので、チップ自体を損傷しかねない。
【０００９】
チップが蓋で覆われた従来のパッケージ入りチップ／ヒートシンク装置では、ヒートシンクと熱インターポーザはチップと直接接触しない。熱は、チップと蓋の間の空気層または他の熱伝導層を通過し、また、蓋自体と、ヒートシンクによって放散される前の熱インターポーザを通過しなければならない。このような装置では、大出力チップを効果的に冷却することが難しい。できれば、ヒートシンクとチップ自体が直接接触できるような装置が望ましい。こうした装置であれば、すぐれた熱伝達特性が確保される。しかしながら、圧縮力を多少でも吸収できる蓋がない場合は、チップがアセンブリの残りの部分に必要な締付け力によってつぶされないように細心の注意を払わなければならない。
【００１０】
従って、ヒートシンクと電気インターポーザの両方を含む大出力チップ／パッケージアセンブリでは、2種類の競合する締付け力が必要である。アセンブリのチップ／パッケージ／電気インターポーザ／PCB部分において適切な接続を確保するためには、かなりの締付け力が必要とされる。ところが、アセンブリのチップ／熱インターポーザ／ヒートシンク相互間では、チップの損傷を避けるために締付け力はかなり小さい方が望ましい。そこで、アセンブリ全体の中でこれら2つのセクションの間の締付け力を緩和するシステムが必要ということになる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ヒートシンクに結合した電気回路アセンブリを含む放熱デバイスを提供する。ヒートシンク締付けアセンブリが、パッケージ入りのマイクロエレクトロニクス集積回路デバイス（チップ）を含む電気回路アセンブリに制御可能かつ予測可能な力をかける。かけられた力は、効果的なチップ冷却を促進するためにチップとヒートシンクの間の緊密な接触が効果的に確保できるように制御される。チップにかけられた力は、電気回路アセンブリとプリント回路板の間のインターポーザ接続構造を締付けるのに必要な、はるかに大きい力から切り離される。ヒートシンクのベースが中空室またはヒートパイプ構造であるケースもあり得るが、このような構造では、目一杯の締付け力をかける必要が生じた場合に損傷しかねない。
【００１２】
一実施態様では、ヒートシンク締付けアセンブリが、プリント回路板（PCB）に電気接続された電気回路アセンブリからなる。電気アセンブリは電気回路を含む。スタッドに結合した裏当て板がPCBと接触し、スタッドは開口を通ってPCBの中まで延びる。窓を付けたクランプ板が電気アセンブリのエッジと接触する一方、電気回路は窓を通過する。スタッドはクランプ板を通過し、クランプナットアセンブリの第1の対が、裏当て板とクランプ板の間で電気回路アセンブリとPCBを締付ける。
【００１３】
ヒートシンクが電気回路の頂部上の熱インターポーザと接触し、クランプ板より少し上に位置する。スタッドはヒートシンクを通って延びる。クランプナットアセンブリの第2の対が、ヒートシンクを裏当て板に接続する。クランプナットアセンブリの第1の対と第2の対にかえられる力は異なっていてよく、これによって、2つの力は切り離される。
【００１４】
一実施態様では、電気回路アセンブリは、電気回路、この電気回路に電気結合したパッケージ、および、このパッケージに電気結合した電気インターポーザからなる。電気インターポーザはPCBへの電気接続を提供する。一実施態様では、電気回路は集積回路フリッププロップである。
【００１５】
明細書に記載の特徴および利点はすべてを網羅したものでなく、特に、図面、本文および請求項の中に多くの付加的な特徴および利点が含まれていることが当業者には明らかであろう。また、明細書における言い回しは、主に読み易さと分かり易さを旨として選択したのであって、発明対象の輪郭または境界線を描くために選択したのではなく、発明対象を特定するためには請求項に頼る必要があることに注目すべきであろう。
【００１６】
図は、本発明の優先実施態様を例示することだけを目的として描いている。当業者であれば、以下の記述から、ここに描かれた以外の構造および方法が本発明にもとることなく実施態様を構成し得ることを容易に認識するであろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施態様について詳述し、その例を添付図面に示す。図面全体を通じて可能な限り参照できるよう、同じ部品または同様の部品に同じ参照番号を付ける。
【００１８】
図1は、本発明の一実施態様における締付けアセンブリ100のコンポーネントの分解図である。締付けアセンブリ100は、電気回路アセンブリ111、プリント回路板（PCB）130、裏当て板（基板）140、クランプ板150、熱インターポーザ114およびヒートシンク160を含む。締付けアセンブリ100は、締付けられた第1のグループのコンポーネントと、締付けられた第2のグループのコンポーネントを有し、そこで、該第1のグループと第2のグループは、異なる大きさの力を加えることによって共に締付けてよい。
【００１９】
締付けられた第1のグループのコンポーネントは、電気回路アセンブリ111、PCB 130、裏当て板140およびクランプ板150を含む。電気回路アセンブリ111は、電気回路110を含む。但し、締付けられた第1のグループのコンポーネントに属する電気回路110には締付け力がかけられない。裏当て板140は、2つのスタッド142Aおよび142Bに連結されている。PCB 130は、スタッド142が通過できるように寸法決めされた2つの開口133Aおよび133Bを含む。クランプ板150はスタッド142が通過できるように寸法決めされた2つの開口153A、153Bを含む。クランプ板150は窓156も有し、これがクランプ板150を貫通する形で広がり、電気回路110の周囲にはまり、締付けられた第1のグループのコンポーネントにかけられた締付け力が該電気回路110にかかるのを防ぐように寸法決めされている。1対のクランプナットアセンブリ152Aおよび152Bが、クランプ板150より上でスタッド142に締結され、締付けられた第1のグループのコンポーネントに望みの締付け力がかけられるように調節することができる。
【００２０】
電気回路アセンブリ111とPCB 130は、この両コンポーネントの間に良好な電気的な接続が確保されるように緊密に係合されなければならない。代表的には、適切な電気的な接触を確保するために接点当たり約60〜80グラム（接点当たり約0.13〜0.18ポンド）の力が必要とされる。これがスタッド142に伝わり、約90〜120重量キログラム（190〜260重量ポンド）の締付け力となる。電気回路110はクランプ板の窓156を通過するので、この力は電気回路110にかからない。
【００２１】
締付けられた第2のグループのコンポーネントは、電気回路110をヒートシンク160に締付け、その間に熱インターポーザ114が挿入されている。ヒートシンク160は、スタッド142が通過できるように寸法決めされた2つの開口163Aおよび163Bを含む。1対のクランプナットアセンブリ162Aおよび162Bが、ヒートシンク160より上でスタッド142に締結され、締付けられた第2のグループのコンポーネントに望みの締付け力がかけられるように調節することができる。
【００２２】
クランプ板150は、電気回路110の厚さにほぼ合うように寸法決めされている。そのため、ヒートシンク160は、クランプ板150の頂部に締付けられると、間に熱インターポーザ114を挿入した形でクランプ板150および電気回路110の両方と接触し、電気回路110からの熱を取り除く熱伝導接続を提供する。適切な熱伝導接続を維持するためには、PCB 130と電気回路アセンブリ111の間の電気的な接続よりはるかに小さい締付け力しか必要とされない。約4.5〜6.8重量キログラム（10〜15重量ポンド）のスタッド142締付け力が第2の締付けグループにかけられ、それで、ヒートシンク160と電気回路110の間に良好な熱伝導接続が得られる。
【００２３】
裏当て板140とクランプ板150は、剛性材料で作られている。一実施態様では、裏当て板140とクランプ板150は、鋼で作られている。ヒートシンク160は、熱伝導率の高い何らかの材料、例えばアルミニウム、銅で作られており、また、含浸ポリマー材料で作られることすらある。場合によっては、組み合わせの材料が使用され、例えば、ヒートシンクのフィン構造にアルミニウムが、ヒートシンクベースまたはヒートシンクベース、ヒートパイプに銅が使用されるケースもある。スタッド142とクランプナットアセンブリ152および162は、かなりの締付け力を支持することのできる剛性材料で作られている。
【００２４】
PCB 130、裏当て板140、クランプ板150、熱インターポーザ114、およびヒートシンク160の寸法は、電気回路110および電気回路アセンブリ111のサイズに左右される。PCB 130、裏当て板140、クランプ板150およびヒートシンク160はすべて、スタッド142が締付けのために通過できるように電気回路アセンブリ111を囲む開口を合わせるのに十分な大きさの表面積を有するように寸法決めされている。スタッド142は、PCB 130、電気回路アセンブリ111、クランプ板150、熱インターポーザ114、およびヒートシンク160を通過し、クランプナットアセンブリ152および162に連結するのに十分な長さを有するように寸法決めされている。
【００２５】
図2は、本発明のもうひとつの実施態様における締付けアセンブリ102のコンポーネントの分解図である。締付けアセンブリ102も、締付けアセンブリ100に関して述べたとおりの、締付けられた第1のグループのコンポーネントと締付けられた第2のグループのコンポーネントを含む。但し、締付けアセンブリ102では、電気回路は集積回路（IC）チップ110Aである。電気回路アセンブリ111は、パッケージ112と電気インターポーザ120である。締付けアセンブリ102は、締付けられた第1のグループのコンポーネント（パッケージ112、電気インターポーザ120、PCB 130、裏当て板140、およびクランプ板150）にかけられた力を、締付けられた第2のグループのコンポーネント（ICチップ110、熱インターポーザ114、およびヒートシンク160）にかけられた力から切り離す。
【００２６】
パッケージ112は、ICチップ110Aを保持かつ保護し、ICチップ110Aへの電気接続を提供する。電気インターポーザ120は、ICチップ110接続部（パッケージ112を通しての）とPCB 130の間の電気接続を提供する。締付けアセンブリ102はさらに、熱インターポーザ114を包含し、これが、ICチップ110Aとヒートシンク160の間に熱伝導層を作る。
【００２７】
締付けアセンブリ102は、下記の特性を有するチップを特に必要とするように設計されている。（1）代表的に100ワットより大きい高ワット量チップであること、（2）代表的に20mm平方（0.62in2）以上の比較的大きい面積を必要とする高い電気相互接続カウントを有すること。高ワット量チップは、代表的に蓋付きパッケージ構造を使用するのには多すぎる熱を発生させるので、ヒートシンクを熱インターポーザ経由でチップの裏側に直接取付けるのが望ましい。大きいチップは大きいパッケージを必要とし、先に述べたとおり、大きいICチップパッケージにPCBへの電気接続部を設けるためには、ボールグリッドアレイまたはコラムグリッドアレイより電気インターポーザ120の方がはるかに適している。
【００２８】
そのため、ICチップ110Aは、代表的に約100ワット以上を発生させる高ワット量チップであり、代表的にサイズが20mm平方又はそれ以上である。しかしながら、本発明の締付けアセンブリを上記より小さいワット量の、より小さいICチップと共に使用してよいことは、当業者にとって明白であろう。ICチップ110Aをさらに保護し、ICチップ110Aとヒートシンク160の間の熱伝達能力を高めるために、締付けアセンブリ102はチップ熱インターポーザ114を含む。チップ熱インターポーザ114は、ICチップ110Aを被覆するシリコングリースや熱エポキシなどの伝導性材料の層であってよい。
【００２９】
ICチップ110Aは、パッケージ112に取付けられている。パッケージ112は、多種多様なICチップパッケージのひとつであってよい。一実施態様では、フリップチップタイプのICチップ110Aとパッケージ112が使用される。フリップチップでは、ICチップ110Aは、その頂部上のボンドパッドがパッケージ112の頂部のすぐ上にあって、そこにICチップ110Aの電気接続部のフットプリントが含まれるようにパッケージ112上にフリップされる。ICチップ110Aとパッケージ112の間のボンドパッドには、はんだボールが接合されており、これが、ICチップ110Aとパッケージ112の間の物理的接触と電気的接触を作る。
【００３０】
一実施態様では、パッケージ112がセラミック材料で作られている。もうひとつの実施態様では、パッケージ112がプラスチック材料またはラミネート材料で作られている。パッケージ112のサイズは、ICチップ110Aのサイズによって決められる。パッケージ112は、ICチップ110Aがクランプ板150の窓156を通過するときにパッケージ112の一部がクランプ板150と接触できるよう、ICチップ110Aより大きい面積を有するように寸法決めされている。約20mm平方のICチップを含む一実施態様では、パッケージのサイズは面積にして45mm平方（3.14mm2）以上である。より小さいICチップが使用される場合、より小さいパッケージを使用してよいことは、当業者には明白であろう。
【００３１】
電気インターポーザ120は、パッケージ112とPCB 130の間の電気接続を提供する。電気インターポーザ120は、パッケージ112上のリードをPCB 130上のリードに接続するために導電性材料の小片を内部に埋込んだアレイ状の圧縮可能な導電性ボタンを捕らえる担体材料のシートからなる。一実施態様では、ダイアフラム材料はポリアミドフィルムである。もうひとつの実施態様では、セラミックまたはポリマーの枠の中に、代表的に金メッキまたは銀メッキを施したベリリウム、銅、モリブデンまたは類似金属で作られたアレイ状のばね状構造が入っている。電気インターポーザ120は、パッケージ112と同じまたはそれよりわずかに大きいサイズにされている。従って、約45mm平方のパッケージのサイズに対して、電気インターポーザのサイズは約50mm平方となろう。PCB 130、裏当て板140、クランプ板150およびヒートシンク160の寸法は、ICチップ110A、パッケージ112および電気インターポーザ120のサイズに左右される。
【００３２】
一実施態様では、ヒートシンク160は、熱力学的にチップ熱インターポーザ114を通ってICチップ110Aにつながるヒートパイプを含む。ヒートパイプを含むヒートシンク160は、代表的に、ヒートシンク単独の場合と比べてすぐれた熱伝達特性を示す。ヒートパイプは、内側に空洞を有する銅などの導電性金属のブロックである。内空部は気密状態で、部分真空で維持されており、その沸騰温度に照らして選択された流体が入っている。種々のアルコールなどの流体の代わりに水が選択されることもしばしばある。その場合は、ヒートパイプの片側に接触する熱が水を部分真空下で蒸発させ、生じた蒸気が熱をヒートパイプのヒートシンク側に運んでいき、そこで水は凝縮する。このようにして、ヒートパイプが熱をICチップ110Aから逃し、ヒートシンク160に運んでいくので、熱はヒートシンクのベース全体にわたって実に効率的に拡散されることになる。
【００３３】
ヒートパイプは中空であり、それゆえ、いささか脆弱である。それでも、締付けアセンブリ102が、ヒートシンク160にかけられた締付け力を他のコンポーネントにかけられた締付け力から切り離すので、ヒートパイプにかける締付け力を必要に応じて小さくしてよい。
【００３４】
図3は、もうひとつの実施態様におけるヒートシンクを備えた電気回路用締付けアセンブリ104の層の破断図である。締付けアセンブリ104のヒートシンクは、ヒートパイプ200を含む。裏当て板140とスタッド142は、締付けアセンブリ104の残りの部分から切り離して示してある。締付けアセンブリ104が完全に組立てられると、裏当て板140はPCB 130と接触し、締付けアセンブリ104の底層を形成する。
【００３５】
締付けアセンブリ104の底部から頂部へと移動すると、締付けられた第1のグループのコンポーネントが次のとおり存在する。裏当て板140がPCB 130と接触し、PCB 130が電気インターポーザ120と接触し、電気インターポーザ120がパッケージ112と接触する。チップに向かって外向きのパッケージ112の頂面は、クランプ板150と接触する。パッケージ112は、ICチップ110Aに取付けられている。但し、ICチップ110Aはクランプ板の窓を通過するので、クランプ板150と接触しない。従って、ICチップ110Aは、締付けられた第1のグループのコンポーネントに含まれない。
【００３６】
スタッド142は、裏当て板140に連結されており、PCB 130とクランプ板150の開口を通過する。クランプ板150と裏当て板140の間の締付けられた第1のグループのコンポーネントは、対をなすスタッド142Aおよび142Bにつながる第1の締付けアセンブリを通して共に締付けられる。第1の締付けアセンブリは、1対の締付け圧力転送ブッシュ258Aおよび258B、1対のクランプばね256Aおよび256B、および1対のクランプナット254Aおよび254Bからなる。
【００３７】
締付けられた第1のグループのコンポーネントから締付けアセンブリ104全体の頂部へと移動すると、締付けられた第2のグループのコンポーネントが次のとおり存在する。ICチップ110Aがチップ熱インターポーザ114（例えばグリースまたはシリコンの薄い層）と接触し、チップ熱インターポーザ114がヒートパイプ200と接触し、ヒートパイプ200が接合材料層205と接触し、接合材料層205がヒートパイプ200をヒートシンクに接合する。ヒートシンクは、ヒートシンク底板266、1組のヒートシンクフィン264、およびヒートシンク天板262を含む。
【００３８】
スタッド142は、ヒートパイプ200、ヒートシンク底板266およびヒートシンク天板262の各開口を通過する。締付けられた第2のグループのコンポーネントは、1対のスタッド142Aおよび142Bにつながる第2の締付けアセンブリを通して共に締付けられる。第2の締付けアセンブリは、1対のインサート270Aおよび270B、1対のばね座金272Aおよび272B、および1対のクランプナット274Aおよび274Bからなる。
【００３９】
図4(A)は、4個のスタッドを必要とするヒートシンクの平面図である。図4(B)、（C)は、本発明の一実施態様におけるヒートシンクの2通りの縦断面図を含む。矢印301-301に沿って見た図4(B)は、ヒートパイプ200、ヒートシンク底板266、1組のヒートシンクフィン264、およびヒートシンク天板262を含む。矢印302-302に沿って見た図4(C)は、ヒートシンク天板262の開口163に相当する開口163Aおよび163Bに沿ったヒートシンクの縦断面を示す。開口163Aおよび163Bは、スタッド142がヒートシンクを通過できるようにするヒートシンク天板262、ヒートシンク底板266およびヒートパイプ200の各開口163を表す。視図302はまた、ヒートシンク天板262が各開口163の周囲に1組の凹部263Aおよび263Bを包含し、これで、ヒートシンク締付けアセンブリをヒートシンク自体に嵌入できるようにしていることも示す。
【００４０】
図4によれば、ヒートシンクは、4個1組のスタッドが締付けアセンブリを共に締付けるためにヒートシンクを通過できるように寸法決めされた4つの開口（163A、B、CおよびD）を含む。締付けアセンブリが、その締付けに使用するスタッドの数を変えられるように設計してよいことは、当業者には明白であろう。例えば、ある実施態様では2個のスタッドが対をなしている。別の実施態様では、４個1組のスタッドが使用される。締付けアセンブリのコンポーネントであるヒートシンク、PCBおよびクランプ板の開口の数は、使用されるスタッドの数に相当する。
【００４１】
一実施態様では、締付けアセンブリは複数の相異なるICチップを含む。この実施態様では、単一の大きいヒートシンクが、複数の相異なるICチップから熱を除去する。クランプ板は、ICチップの数に相当する数の窓を有する。すなわち、すべてのチップを包囲する大きい窓が1つ、ICチップが通過してヒートシンクと直接接触できるように寸法決めされた窓が組み合わされている。締付けアセンブリのコンポーネントは、複数のICチップと、スタッドが締付けアセンブリを通過できるように設けられた開口に合うように寸法決めされている。
【００４２】
本発明について、実施態様を参照しながらかなり詳細に述べたが、他の実施態様も可能である。当業者であれば容易に理解できるとおり、本発明は、その本質的特徴にもとることなく他の特殊な形で実施してもよい。例えば、異なるタイプの電気回路アセンブリを発明の範囲内で使用してよい。加えて、ヒートパイプがヒートシンクアセンブリに含まれていてよい。加えて、本発明は、特許請求の範囲に属するような変更、改良およびバリエーションをすべて含むものである。
（付記）
（付記１）電気回路アセンブリに力をかけるためのヒートシンク締付けシステムにおいて、
電気回路を包含し、該電気回路を越えて延びるエッジを有する電気回路アセンブリ、
該電気回路アセンブリに電気的に結合され、1組の開口を含むように寸法決めされたプリント回路板、
該プリント回路板に接続され、プリント回路板の平面に対して垂直に延び、プリント回路板の1組の開口を通過する1組のスタッド、
電気回路アセンブリのエッジと接触し、電気回路の周囲にはまるように寸法決めされた窓を包含し、さらに、中をスタッドが通過できるように寸法決めされた1組の開口を有するクランプ板、および
電気回路と接触し、中をスタッドが通過できるように寸法決めされた1組の開口を有するヒートシンク
からなるシステム。
（付記２）プリント回路板をクランプ板に締付けるためにスタッドがはまるように寸法決めされた1組のクランプナットアセンブリを含む付記1に記載のシステム。
（付記３）ヒートシンクをプリント回路板に締付けるためにスタッドがはまるように寸法決めされた1組のクランプナットアセンブリを含む付記1に記載のシステム。
（付記４）プリント回路板と接触する裏当て板を備え、該裏当て板は1組のスタッドをプリント回路板に連結する付記1に記載のシステム。
（付記５）電気回路アセンブリに制御可能な力をかけるためのヒートシンク締付けシステムにおいて、
電気回路を包含し、該電気回路を越えて延びるエッジを有する電気回路アセンブリ、
該電気回路アセンブリに電気的に結合され、プリント回路板を通って延びる1組の開口を含むように寸法決めされたプリント回路板、
該プリント回路板と接触する裏当て板で、該裏当て板の平面に対して垂直に延びる且つプリント回路板の1組の開口を通って延びる1組のスタッドに結合された裏当て板、
電気回路アセンブリのエッジと接触した状態で電気回路を越えて延び、且つ中を通って延びる窓と中を通って延びる1組の開口を包含し、窓が電気回路の周囲にはまるように寸法決めされ、1組の開口が中をスタッドが通過できるように寸法決めされているクランプ板、
電気回路と接触し、中を1組のスタッドが通過できるように寸法決めされた1組の開口を含むヒートシンク、
裏当て板をクランプ板に締付けるためにスタッドがはまり合うように寸法決めされた1組のクランプナットアセンブリ、および
ヒートシンクを裏当て板に締付けるためにスタッドがはまるように寸法決めされた1組のクランプナットアセンブリ
からなるシステム。
（付記６）電気回路アセンブリが、
電気回路、
該電気回路に結合され、電気回路を越えて延びるエッジを有するパッケージ、および
該パッケージに結合され、該パッケージをプリント回路板に電気的に結合させる電気インターポーザ
を含む付記5に記載のシステム。
（付記７）パッケージ材料が、セラミック、プラスチックおよびラミネートからなるグループの中の一つである付記6に記載のシステム。
（付記８）電気インターポーザが、導電性エレメントを埋込んだ担体である付記6に記載のシステム。
（付記９）担体材料が、ポリアミドフィルム、セラミックおよびポリマーからなるグループの中のひとつであり、導電性エレメント材料が、金メッキされた銅か銀メッキされた銅、金メッキされたモリブデンか銀メッキされたモリブデン、および、金メッキされたベリリウムか銀メッキされたベリリウムからなるグループ中の一つである付記8に記載のシステム。
（付記１０）電気回路とヒートシンクを熱結合させる熱インターポーザ層で、電気回路を覆うように寸法決めされた熱インターポーザ層を含む付記5に記載のシステム。
（付記１１）熱インターポーザ層が熱伝導性グリースか熱エポキシかどちらかである付記10に記載のシステム。
（付記１２）熱インターポーザ層とヒートシンクを熱力学的に結合させるヒートパイプを含む付記10に記載のシステム。
（付記１３）ヒートシンクと接触するヒートパイプの表面が接合材料で被覆されている付記12に記載のシステム。
（付記１４）ヒートシンクが、
ヒートシンク上板、
ヒートシンク下板、および
複数のヒートシンクフィンで、各々、ヒートシンクの上板と下板に対して垂直の平面であり、ヒートシンク上板とヒートシンク下板の間を延びる複数のヒートシンクフィン
からなる付記5に記載のシステム。
（付記１５）裏当て板をクランプ板に締付けるためにスタッドがはまり合うように寸法決めされた1組のクランプナットアセンブリスタッドが締付け圧力転送ブッシュを含む付記5に記載のシステム。
（付記１６）ヒートシンクを裏当て板に締付けるためにスタッドがはまり合うように寸法決めされた1組のクランプナットアセンブリスタッドがナットおよびばね座金を含む付記5に記載のシステム。
（付記１７）クランプ板材料が鋼である付記5に記載のシステム。
（付記１８）裏当て板材料が鋼である付記5に記載のシステム。
（付記１９）ヒートシンク材料がアルミニウム、銅、含浸ポリマーの一つである付記5に記載のシステム。
（付記２０）クランプ板が電気回路とほぼ同じ厚さである付記5に記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【図１】図1は、本発明の一実施態様におけるヒートシンクを備えた集積回路用締付けアセンブリのエレメントの分解斜視図である。
【図２】図2は、本発明の別の実施態様におけるヒートシンクを備えた集積回路用締付けアセンブリのエレメントの分解斜視図である。
【図３】図3は、本発明の一実施態様におけるヒートシンクを備えた集積回路用締付けアセンブリの層の破断断面図である。
【図４】図4は、本発明の一実施態様におけるヒートシンク示し、(A)はヒートシンクの平面図、(B)はヒートシンクの縦断面図、(C)はヒートシンクの他の縦断面図である。
【符号の説明】
110…電気回路
110A…ICチップ
111…電気回路アセンブリ
112…パッケージ
114…熱インターポーザ
120…電気インターポーザ
130…プリント回路板
140…裏当て板
142…スタッド
150…クランプ板
156…クランプ板の窓
160…ヒートシンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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