ヒートシンク及びヒートシンク固定方法
【課題】冷却用ヒートシンクが必要な、高さの異なる半導体部品が複数個搭載された実装基板の組立時に、同じ種類のヒートシンク、押さえ部材、及び連結部材を用いて同じ圧着力で冷却用ヒートシンクを半導体部品に装着する方法を提供する。
【解決手段】ヒートシンク１２に高さの異なる複数の溝を設け、装着する部品の高さに応じて、押さえ部材を当接させる溝を使い分けることにより、適した圧着力で１種類のヒートシンク１２により高さの異なる複数の部品に装着可能とする。
【解決手段】ヒートシンク１２に高さの異なる複数の溝を設け、装着する部品の高さに応じて、押さえ部材を当接させる溝を使い分けることにより、適した圧着力で１種類のヒートシンク１２により高さの異なる複数の部品に装着可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンク及びヒートシンクの固定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
実装基板上の半導体部品の消費電力が大きい場合には、その半導体部品の動作を保障するために冷却用のヒートシンク等を用いて動作可能な温度範囲内に半導体部品を冷却する必要がある。冷却用ヒートシンクには、バネ状の押さえ部材で装着する方式がある。バネ等の押さえ部材を用いてヒートシンクを半導体部品に装着する場合、ヒートシンクの冷却性能を確保し、かつ、半導体部品にストレスをかけないようにするためには半導体部品に対するヒートシンクの圧着力を一定の範囲内に保つ必要がある。
【０００３】
ところで、半導体部品は部品製造メーカーやパッケージ材料によって、高さの異なる部品が存在する。そのため、実装基板に複数の高さの半導体部品を搭載する場合には、ヒートシンクを固定するための複数の種類のバネ状の押さえ部材又は押さえ部材を係止するための連結部材が用いられていた。
【０００４】
図１は、バネ等の押さえ部材で装着するヒートシンクの例を示した図である。図１の例では、ヒートシンク１０の表面に設けられたフィンの間の溝部分にバネ状の押さえ部材２０を当接させ、バネ状の押さえ部材の弾性力を利用してヒートシンク１０を半導体部品（不図示）に装着する。バネ状の押さえ部材２０の両端は実装基板上に設けられた連結部材３０に係止させることができる構造となっている。また、図２は、棒状のフィンを有するヒートシンク１１をバネ状の押さえ部材２１を用いて半導体部品（不図示）に装着させる場合の例を示した図である。この場合も、棒状のフィンの間の溝部分にバネ状の押さえ部材２１を当接させ、押さえ部材２１の両端を実装基板上に設けられた連結部材３１に係止させることにより、バネ状の押さえ部材の弾性力を利用してヒートシンク１１を半導体部品に装着する。
【０００５】
図１や図２に示すようなバネ状の押さえ部材２０、２１を用いて高さの異なる複数の半導体部品にヒートシンク１０、１１を装着する場合、ヒートシンクを半導体部品に装着した際の圧着力を一定にするためには、押さえ部材２０、２１の両端を係止させる部分を有する両翼の角度等を変更したり、連結部材３０、３１の高さを変更する必要があった。
【０００６】
図３は、実装基板５０上にある高さの異なる２種類の半導体部品４０及び４１にそれぞれ同じ種類のヒートシンク１０を装着する際に、２種類の高さの異なる押さえ部材２０及び２２を用いてヒートシンク１０を装着する例を示したものである。図３では、同じ高さの連結部材３０が使用されている。そして、高さの高い半導体部品４１にヒートシンク１０を装着する場合には、高さの高い押さえ部材２２を使用し、高さの低い半導体部品４０にヒートシンク１０を装着する場合には、高さの低い押さえ部材２０を使用してヒートシンク１０が装着される。
【０００７】
図４は、実装基板５０上にある高さの異なる２種類の半導体部品４０及び４１にそれぞれ同じ種類のヒートシンク１０を装着する際に、２種類の高さの異なる連結部材３０及び３２を用いてヒートシンク１０を装着する例を示したものである。図４では、同じ種類の押さえ部材２０が使用されている。そして、高さの高い半導体部品４１にヒートシンク１０を装着する場合には、高さの高い連結部材３２を使用し、高さの低い半導体部品４０にヒートシンク１０を装着する場合には、高さの低い連結部材３０を使用してヒートシンク１０が装着される。
【０００８】
ヒートシンクの装着方法として、特許文献２や特許文献３のような従来技術もあるが、いずれの場合においても、高さの異なる半導体部品にヒートシンクを装着する場合には、押さえ部材の高さの変更や、連結部材の高さの変更が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００４−５２８７２３号公報
【特許文献２】特開平１１−１５０２２０号公報
【特許文献３】特開２００５−１５０１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述の通り、ヒートシンクの押さえ部材を当接させるための溝が同じ高さの場合、異なる高さの複数の半導体部品に同じ種類のヒートシンクを装着するには、その半導体部品の高さの種類分だけ異なる押さえ部材又は連結部材が必要であった。複数種類の押さえ部材又は連結部材の部品を使用する場合には、部品の選択ミスによる装着ミスが起こる場合があり、装着ミスが起こると、部品に過剰な圧力がかかることにより部品を壊す場合や、圧着力不足によりうまく冷却できないといった場合があった。
【００１１】
そのため、冷却用ヒートシンクが必要な、高さの異なる半導体部品が複数個搭載された実装基板の組立時に、同じ種類のヒートシンク、押さえ部材、及び連結部材を用いて同じ圧着力で冷却用ヒートシンクを各半導体部品に装着することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための実装基板上に実装された部品を冷却するためのヒートシンクは、前記部品に接する面と逆の面に、ヒートシンクを前記部品に固定する押さえ部材を当接させるための、高さの異なる複数の溝を有する。
【発明の効果】
【００１３】
バネ等の押さえ部材を用いて半導体部品に装着するヒートシンクに高さの異なる複数の溝を設け、装着対象の半導体部品の実装基板表面からの高さに応じて、前記ヒートシンクに設けられた溝を使い分けることにより、同じ種類のヒートシンク、押さえ部材、及び連結部材を用いてほぼ同じ圧着力で高さの異なる複数の半導体部品に冷却用ヒートシンクを装着することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ヒートシンクをバネ等の押さえ部材で装着する例を示した図である。
【図２】棒状フィンを有するヒートシンクをバネ等の押さえ部材で装着する場合の例を示した図である。
【図３】バネ等の押さえ部材で装着するヒートシンクの実装例１を示した図である。
【図４】バネ等の押さえ部材で装着するヒートシンクの実装例２を示した図である。
【図５】実施例１に係るヒートシンクの上面図を示した図である。
【図６】実施例１に係るヒートシンクの上面から見た溝の位置の説明図である。
【図７】実施例１に係るヒートシンクの側面図を示した図である。
【図８】実施例１に係るヒートシンクのフィン形状の側面図の例を示した図である。
【図９】実施例１に係るヒートシンクの溝の断面図の例を示した図である。
【図１０】実施例１に係るヒートシンクのフィン形状の変形例を示した図である。
【図１１】実施例２に係るヒートシンクの斜視図を示した図である。
【図１２】実施例２に係るヒートシンクの装着例を示した図である。
【図１３】実施例３に係るヒートシンクの斜視図を示した図である。
【図１４】実施例１に関する実装基板上の部品配置例を示した図である。
【図１５】実施例１に係るヒートシンクの実装基板への実装例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００１６】
図５は、実施例１に係るヒートシンク１２の上面図を示した図である。実施例１に係るヒートシンク１２は、台座部１２−２の上に切れ込みを有する、板状に形成された複数のフィン１２−１を有する。図５では、台座部１２−２の外縁を示す線と、複数のフィン１２−１の最上面の部分を斜線の網掛けで示した図とが示されている。ヒートシンク１２は、台座１２−２上の２つの対角線上及び中央を通る縦横の２つの線上に高さの異なる４つの溝（１２−３Ａ、１２−３Ｂ、１２−３Ｃ、１２−３Ｄ）を有する。
【００１７】
ヒートシンク１２上に形成する溝の高さ、すなわち、ヒートシンク１２の底面から溝の底の位置までの高さは、次のように決定する。例えば、ヒートシンク１２を装着する対象となる半導体部品として、高さの異なる４種類の部品がある場合、各々の半導体部品の高さに応じて、ヒートシンク１２の４つの溝の高さを決定する。具体的には、異なる高さの各半導体部品とヒートシンク１２のいずれかの溝とを対応付け、対応付けがされた半導体部品の高さと溝の高さの合計が同一の値、又は近い値となるようにヒートシンク１２の溝の深さを決定する。
【００１８】
ヒートシンク１２を実装基板上の半導体部品に装着する際には、各半導体部品の高さに応じて、その半導体部品に対応した高さの溝に押さえ部材を当接させることにより、ヒートシンク１２を半導体部品に装着する。このように、装着対象の半導体部品の高さに応じたヒートシンク１２上の溝に、バネ等の押さえ部材を当接させてヒートシンクを半導体部品に当接することにより、同じ種類のヒートシンク、押さえ部材、連結部材を用いて、同じ圧着力で高さの異なる複数の半導体部品に冷却用ヒートシンクを装着することが可能となる。
図６は、実施例１に係るヒートシンクの上面から見た溝の位置の説明図である。図６は、（Ａ）〜（Ｄ）の各方向から見た高さの異なる４つの溝（１２−３Ａ、１２−３Ｂ、１２−３Ｃ、１２−３Ｄ）に沿って破線を引いた図である。図６の破線で示された４つの溝は、必ずしもヒートシンク１２の底面から見て均一の高さの溝として形成される必要はなく、ヒートシンク１２の底面から一定の高さに、押さえ部材を当接できる複数の接点を有していればよい。そのため、溝の方向と各フィン１２−１が交錯する場合には、ヒートシンク１２の底面から一定の高さで、ほぼ等しい幅の凹状の切れ込み（凹部）を各フィン１２−１に形成し、形成されたフィンの凹部により溝の一部を成すように溝を形成することができる。この場合、押さえ部材と溝とは、溝を形成する複数のフィンの凹部で接触することになる。以下、ヒートシンク１２の側面図や断面図等を用いて、（Ａ）〜（Ｄ）方向の各溝について具体的に説明する。
図７は、図６における（Ａ）〜（Ｄ）の各方向から見た実施例１に係るヒートシンク１２の側面図を示した図である。図７の側面図（Ａ）は、図６における（Ａ）の方向から見た場合のヒートシンク１２の側面図である。側面図（Ａ）の矢印の位置にある溝１２−３Ａは、複数のフィン１２−１の中央部に、それぞれ台座部１２−２の底面からの高さがＬａの位置まで、各フィン１２−１の上端から切れ込みを設けることにより形成された溝である。この溝の幅は、ヒートシンクを実装基板上の半導体部品に装着するためのバネ等の押さえ部材を溝の下部に当接できる幅があればよい。
【００１９】
図７の側面図（Ｂ）は、図６における（Ｂ）の方向から見た場合のヒートシンク１２の側面図である。側面図（Ｂ）の矢印の位置にある溝１２−３Ｂは、ヒートシンク１２上に設けられた複数のフィン１２−１とヒートシンク１２の（Ｂ）方向の対角線とが交わる複数の箇所において、台座部１２−２の底面からの高さがＬｂの位置まで、フィン１２−１の上端から切れ込みを設けることにより形成された溝である。
【００２０】
図７の側面図（Ｃ）は、図６における（Ｃ）の方向から見た場合のヒートシンク１２の側面図である。側面図（Ｃ）の矢印の位置にある溝１２−３Ｃは、中央部にある２つのフィンの間の部分を高さがＬｃである溝として形成したものである。この場合、溝１２−３Ｃの高さを調整するために、ヒートシンク１２の台座部１２−２の一部を凸状に形成することにより所望の高さの溝を生成してもよいし、フィン部１２−１を形成する際に、フィン部１２−１の一部分として溝１２−３Ｃを形成してもよい。また、その他の部材を固着等させて、高さＬｃの溝１２−３Ｃを形成してもよい。尚、仮に溝１２−３Ｃの高さが、台座部１２−２の高さＬｓよりも低い場合においては、台座部１２−２の一部を凹状に形成することにより所望の高さの溝を生成すればよい。（Ｃ）以外の方向においても、溝の高さが台座部１２−２の高さよりも低い場合、フィン部１２−１の下端まで切れ込みを設けると共に、台座部１２−２の一部も凹状に形成することにより所望の高さの溝を生成すればよい。
【００２１】
図７の側面図（Ｄ）は、図６における（Ｄ）の方向から見た場合のヒートシンク１２の側面図である。側面図（Ｄ）の矢印の位置にある溝１２−３Ｄは、前記側面図（Ｂ）と同様の方法により、（Ｄ）方向の対角線上に、高さがＬｄとなるように形成された溝である。なお、側面図（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）における溝の幅についても、前記側面図（Ａ）の場合と同様、バネ等の押さえ部材を溝の下部に当接できる幅があればよい。また、実施例１では、（Ｂ）方向及び（Ｄ）方向の溝１２−３Ｂ、１２−３Ｄは、ヒートシンク１２の対角線上に設けられているが、これらの溝は必ずしも対角線上に設ける必要はなく、他の溝と交わらない方向になるように各溝を設けることもできる。
【００２２】
実施例１では、（Ａ）〜（Ｄ）各方向に４つの溝を設けたヒートシンクの実施例を示しているが、ヒートシンク上に設ける溝の数を２つだけにしてもよいし、例えば６つの溝や８つの溝を設けるようにしてもよい。また、（Ａ）〜（Ｄ）の各方向の溝は、実施例１ではヒートシンク１２の中央部を通るように設けられているが、溝の形成位置は実施例１の構成に限定されるものではない。例えばヒートシンクの重心がヒートシンクの中央を通らない場合等においては、ヒートシンクの重心を通過するように溝を設けるようにしてもよい。すなわち、ヒートシンクを実装基板上の半導体部品に装着した際に、ヒートシンクから半導体部品に対して均一に圧力がかかるように、押さえ部材を当接させる溝を設けることができればよい。
【００２３】
実施例１においては、１つの押さえ部材を用いて部品に装着するヒートシンクを例として挙げているが、ヒートシンクから半導体部品に対して均一に圧力をかけられればよいので、ヒートシンクに同じ高さの溝を複数設けて、複数の押さえ部材によりヒートシンクを半導体部品上に装着するようにしてもよい。もちろん、特定の方向については溝を１つだけ設けて１つの押さえ部材を当接させ、他の方向については同じ高さの複数の溝を設けて複数の押さえ部材を当接させるようにしてもよい。
【００２４】
また、本実施例において図示していないが、例えば略直線状の押さえ部材を用いる場合等においては、本実施例のようにヒートシンクの上側から押さえ部材を当接できるような溝を設けなくても、所定の高さでフィンを貫通する穴を形成し、ヒートシンクの横側等から押さえ部材を差し込めるように溝を形成してもよい。このように複数の高さの溝をヒートシンク上に設ける場合の溝の生成方法については、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
図８は、図６に示されるヒートシンク１２の各フィン１２−１のうち、２つのフィン１２−１Ａ及び１２−１Ｂを例に、図６の（Ａ）の方向から見たフィン１２−１Ａ及びフィン１２−１Ｂの側面図を台座部１２−２の側面図と共に示した図である。図８の左側の図は、図６におけるフィン１２−１Ａの側面図（Ａ）を台座部１２−２の側面図と共に示した図であり、図８の右側の図は、図６におけるフィン１２−１Ｂの側面図を台座部１２−２の側面図と共に示した図である。
【００２５】
フィン１２−１Ａの中央部には、図６における（Ａ）方向の溝１２−３Ａを形成する切れ込みを設ける。また、フィン１２−１Ａの溝１２−３Ａ部分よりも左側には、図６における（Ｂ）方向の溝１２−３Ｂを形成する切れ込みを設け、フィン１２−１Ａの溝１２−３Ａ部分よりも右側には、図６における（Ｄ）方向の溝１２−３Ｄを形成する切れ込みを設ける。この切れ込みの幅は前述の通り、ヒートシンク１２を装着するための押さえ部材を溝の下部に当接できる幅があればよい。
【００２６】
図８の右側の図に示されるフィン１２−１Ｂの側面図（Ａ‘）では、図６における（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｄ）の各方向の溝（１２−３Ｂ、１２−３Ａ、１２−３Ｄ）がそれぞれフィン１２−１Ｂ上の少しずつずれた位置を通過するように、階段状の切れ込みをフィン１２−１Ｂに形成する。図６におけるフィン１２−１Ａやフィン１２−１Ｂ以外のフィンについても、各々のフィンと（Ａ）〜（Ｄ）方向の各溝が交差する位置に、各溝の高さに対応した切れ込みを設ける。
図９は、図６におけるヒートシンク１２の溝１２−３Ａの断面図を示した図である。複数のフィン１２−１の中央部に設けられた高さＬａの位置までの切れ込みにより、溝１２−３Ａが形成される。すなわち、溝１２−３Ａは、必ずしもヒートシンク１２の底面から高さＬａの位置に連続的に形成された溝である必要はなく、ヒートシンク１２上の各フィン１２−１に設けられた切れ込みの下端と断続的に接点を有する不連続な溝として形成することができる。尚、図９中の各フィン１２−１の上側の破線で囲まれた部分は、溝１２−３Ａよりも上の切れ込み部分の断面を明示的に示した部分である。
図１０は、実施例１に係るヒートシンク１２のフィン形状の変形例を示した図である。図１０におけるフィン１２−３は、図５におけるフィン１２−１の形状を変更したものであり、溝に沿って鋭角となっている部分を削って略直角としたものである。また、図示していないが、フィンの各角の部分が略直角である形状だけでなく、略円形にすることもできる。このようにフィン形状を変更することにより、フィン部分の形成の容易化や、冷却風の風の流れを変更できるといった効果を得ることが期待できる。
図１１は、実施例２に係るヒートシンク１３の斜視図を示した図である。実施例２に係るヒートシンク１３は、ヒートシンク上に２種類の深さの溝を設けた場合のヒートシンクの例であり、中央部分に切れ込みを有する複数の板状のフィン１３−１と、台座部１３−２が一体的に形成されたヒートシンクである。ヒートシンク１３は、板状のフィン１３−１に沿った方向に、高さＬｍの溝１３−３Ｂを有し、フィン１３−１を横切る方向に、複数のフィンの切れ込みにより形成される、高さＬｎの溝１３−３Ａを有する。
図１２は、実施例２に係るヒートシンク１３の装着例を示した図である。図１２（Ａ）は、高さの低い半導体部品４０にヒートシンク１３を装着する場合の例を示した図であり、図１２（Ｂ）は、高さの高い半導体部品４１にヒートシンク１３を装着する場合の例を示した図である。この例では、図１１における溝１３−３Ａの高さＬｎに半導体部品４０の高さを加えた高さと、図１１における溝１３−３Ｂの高さＬｍに半導体部品４１の高さを加えた高さとが等しい高さになるものとして説明する。尚、溝１３−３Ａの高さＬｎに半導体部品４０の高さを加えた高さと、溝１３−３Ｂの高さＬｍに半導体部品４１の高さを加えた高さとが全く同一の高さである必要はなく、ほぼ同じ高さであれば、本発明の効果を得られる。
【００２７】
高さの低い半導体部品４０にヒートシンク１３を装着する場合、図１２（Ａ）のように、溝１３−３Ａに、押さえ部材２３を当接させる。そして、押さえ部材２３の両端を実装基板上に設けられた連結部材３３に係止させることにより、ヒートシンク１３を半導体部品４０に装着する。図１２（Ａ）における高さＬｔは、実装基板の表面から、押さえ部材２３が当接するヒートシンク１３の溝１３−３Ａの下端までの高さを示しており、高さＬｔは、溝１３−３Ａの高さＬｎに半導体部品４０の高さを加えた高さに等しい高さとなる。
【００２８】
高さの高い半導体部品４１にヒートシンク１３を装着する場合、図１２（Ｂ）のように、溝１３−３Ｂに、押さえ部材２３を当接させる。そして、押さえ部材２３の両端を実装基板上に設けられた連結部材３３に係止させることによりヒートシンク１３を半導体部品４１に装着する。図１２（Ｂ）における高さＬｔも、図１２（Ａ）の場合と同様に、実装基板の表面から、押さえ部材２３が当接されるヒートシンク１３の溝１３−３Ｂの下端までの高さを示しており、高さＬｔは、溝１３−３Ｂの高さＬｍに半導体部品４１の高さを加えた高さに等しい高さとなる。
【００２９】
図１２に示すように、半導体部品４０又は半導体部品４１の高さに応じて、押さえ部材２３を当接させるヒートシンク１３上の溝を適宜選択して装着することにより、同じ種類のヒートシンク１３、押さえ部材２３、及び連結部材３３を用いて、同じ圧着力で高さの異なる複数の半導体部品にヒートシンク１３を装着することが可能となる。
【００３０】
尚、図１２において半導体部品４０、４１は、部品の下面に半田ボールを並べたＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプのパッケージでパッケージングされた部品の図となっているが、ＱＦＰ（Quad Flat Package）等の異なるタイプのパッケージでパッケージングされた部品であってもよい（実施例１〜３において同じ）。また、押さえ部材２３及び連結部材３３はバネ状の押さえ部材と、バネ等をひっかけられる連結部材を例として示しているが、例えば押さえ部材の両端を基板にねじ止めするような他のタイプの押さえ部材やねじ穴等の連結部材であってもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である（実施例１〜３において同じ）。
図１３は、実施例３に係るヒートシンク１４の斜視図を示した図である。図１３に示すヒートシンク１４は、図２に示す棒状のフィンを有するヒートシンク１１に対して本発明を適用する場合の一実施例を示したものである。具体的には、実施例３は、ヒートシンク１４の中心部を横切り、棒状のフィン１４−１の間を通る２種類の高さ（Ｌｎ，Ｌｍ）の溝を設けた例である。
【００３１】
図１３（Ａ）は、実施例３に係るヒートシンク１４の斜視図であり、図１３（Ｂ）は、ヒートシンク１４から棒状のフィン１４−１を除いた場合の斜視図である。ヒートシンク１４は、図１３の正面から見て横方向に高さＬｍの溝１４−５Ａを有し、図１３の正面から見て奥へ伸びる方向に高さＬｎの溝１４−５Ｂを有する。ここで、説明の便宜上、高さＬｍは台座部１４−２の高さと同じ高さであるものとし、高さＬｎは高さＬｍよりも高いものとする。また、ヒートシンク１４を高さの異なる２種類の半導体部品に装着するとした場合において、高い方の半導体部品の高さにＬｍを加えた高さと、低い方の半導体部品の高さにＬｎを加えた高さとがほぼ同じであるものとする。
【００３２】
図１３（Ｂ）に示すように、図１３の正面から見て奥へ伸びる方向の高さＬｎの溝１４−５Ｂを形成する場合には、所定の高さを有する部材１４−３及び１４−４をヒートシンク１４の台座部１４−２上に設ける。このとき、台座１４−２の高さＬｍと、部材１４−３及び１４−４の高さとを加算した高さが高さＬｎとなるように、部材１４−３及び１４−４の高さを決定する。部材１４−３と１４−４の間には、図１３の正面から見て横方向の高さＬｍの溝１４−５Ａが通るように一定間隔の隙間を設ける。部材１４−３及び１４−４は、台座部１４−２の一部分として台座部と一体的に形成してもよいし、特定の材料で部材１４−３及び１４−４を生成した後に、台座部１４−２に固着等させることにより形成してもよい。
【００３３】
棒状のフィンを有するヒートシンクに関しても、図１３に示すヒートシンク１４のように異なる種類の高さの複数の溝を設けることにより、図１１、１２で示した実施例２と同様に、同じ種類のヒートシンク１４、押さえ部材、及び連結部材を用いて、高さの異なる複数の半導体部品にヒートシンクを装着することができるようになる。
図１４は、実施例１に関する実装基板上の部品配置例を示した図である。図１４の例では、実装基板５０上に、異なる高さの４つの半導体部品である部品Ａ〜Ｄ（部品４０〜４３）が実装されている。図１４において、部品Ａ（４１）の高さは3.75mmであり、部品Ｂ（４２）の高さは5.1mmであり、部品Ｃ（４３）の高さは5.3mmであり、部品Ｄ（４０）の高さは2.6mmであるものとする。また、図１４の例では、同じ種類の連結部材３０が各半導体部品に対して２つずつ基板に実装されている。具体的には、部品Ａ用に連結部材３０−１Ａ及び３０−１Ｂが、部品Ｂ用に連結部材３０−２Ａ及び３０−２Ｂが、部品Ｃ用に連結部材３０−３Ａ及び３０−３Ｂが、部品Ｄ用に連結部材３０−０Ａ及び３０−０Ｂが、それぞれ基板に実装されている。
【００３４】
図１４中、部品Ａ〜Ｄ上に付された黒丸の目印４０−１０、４１−１０、４２−１０、４３−１０、及び、実装基板５０上に付された黒丸の目印５０−１０、５０−１１、５０−１２、５０−１３は、実装基板５０へ部品Ａ〜Ｄを装着する際の装着方向を判断する目印として付されたものである。部品Ａ〜Ｄ上の目印と実装基板上に付された目印との方向を揃えて部品Ａ〜Ｄを装着することで、部品Ａ〜Ｄの装着時に誤った方向で部品を装着してしまうといったミスを防止することができる。図１４では、黒丸の目印を用いて部品の装着方向を示しているが、他の模様を付すようにしてもよく、また、部品や実装基板上に特定の形状の目印を形成して、部品装着時の目印としてもよい。
図１５は、図１４に示された部品Ａ〜Ｄに、実施例１に係るヒートシンクを実装した場合の例を示した図である。図１５におけるヒートシンク１２は、図５に示すヒートシンクと同様の形状となっており、４つの異なる高さ（0.7mm, 0.9mm, 2.25mm, 3.4mm）の溝を有するものとする。具体的には、ヒートシンク１２の溝１２−３Ａの高さは2.25mm、溝１２−３Ｂの高さは0.9mm、溝１２−３Ｃの高さは0.7mm、溝１２−３Ｄの高さは3.4mmとする。図１４に示す各半導体部品の高さに応じて、ヒートシンク１２の特定の溝を選択して、同じ種類の押さえ部材２４を選択したヒートシンク１２の溝に当接する。その際、各半導体部品Ａ〜Ｄの高さと、半導体部品毎に選択されたヒートシンク１２上の溝の高さとを加算した高さが同じ高さである6.0mmとなる。従って、同じ種類のヒートシンク１２、押さえ部材２４及び連結部材３０を用いて、高さの異なる４つの半導体部品Ａ〜Ｄにヒートシンクを装着することができることになる。
【００３５】
ヒートシンクの装着方向については、ヒートシンク上の特定の位置に特定の目印等を付すことにより判別可能である。図１５の例では、ヒートシンク１２上に付された黒丸の目印１２−４と、実装基板５０上に付された各目印（５０−１０、５０−１１、５０−１２、５０−１３）との方向を揃えた状態で、ヒートシンク１２を各部品Ａ〜Ｄに装着することにより、ヒートシンク１２を実装基板に対して一定の向きに装着可能となる。この場合、実装基板５０に対してヒートシンク１２の各溝の方向も一意に定まるので、半導体部品の高さに応じたヒートシンク１２上の溝に押さえ部材２４を当接できるように、使用すべきヒートシンク１２の溝の方向を考慮した位置に、あらかじめ連結部材３０を実装基板５０上に装着しておくことができる。
【００３６】
例えば、部品Ａ（４１）に対応する連結部材の位置を決定する際には、部品Ａの高さ3.75mmと溝の高さを加えた合計が6mmになる溝１２−３Ａ（高さ2.25mm）に押さえ部材２４を当接できるように、連結部材３０−１Ａ及び３０−１Ｂの位置を決定し、各連結部材３０−１Ａ及び３０−１Ｂを実装基板５０上に装着する。部品Ｂ〜Ｄについても、各部品の高さとヒートシンク１２上の溝の高さの合計が6mmとなる溝に押さえ部材２４を当接できるように、各部品に対応した連結部材の位置を決定し、決定した位置に各連結部材を装着する。そして、前述の黒丸の目印１２−４等を用いて、所定の装着方向に沿ってヒートシンク１２を各半導体部品Ａ〜Ｄ上に載せ、押さえ部材２４の両端をあらかじめ実装された連結部材３０に係止させていくことにより、各半導体部品上にヒートシンク１２を装着する。このようにすることにより、複数の高さの半導体部品にヒートシンク１２を装着する際の使用すべき溝の選択ミス等を防止することが可能となる。
【００３７】
なお、ヒートシンク１２の向きと押さえ部材２４を係止する連結部材３０の位置さえ合っていれば、押さえ部材２４を適切な溝に当接させることができるので、ヒートシンクを装着する半導体部品毎に、その半導体部品又は実装基板５０上に何らかの目印を設け、ヒートシンクを装着する向きを決定してもよい。また、例えば、ヒートシンク１２の各溝毎に異なる色の着色をし（不図示）、各半導体部品毎に、その部品の高さに対応した高さの溝の色と同じ色を連結部材３０に着色して、ヒートシンク１２の向きと連結部材３０の位置合わせを行なってもよい。このように、ヒートシンクの装着方向の決定方法等についても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以上に述べた通り、実装基板上の半導体部品に装着するヒートシンクに、高さの異なる複数の溝を設け、装着対象の半導体部品の実装基板表面からの高さに応じて、前記ヒートシンクに設けられた溝を使い分けることにより、同じ種類のヒートシンク、押さえ部材、及び連結部材を用いて同じ圧着力で高さの異なる複数の半導体部品に冷却用ヒートシンクを装着することが可能となる。そして、ヒートシンクや実装基板上に付される目印や、実装基板上に設けられた連結部材の位置をあらかじめ決定しておくことで、ヒートシンクや押さえ部材を装着する溝の向きは明確となるため、ヒートシンクの装着ミスも防止することができる。従って、従来あったようなヒートシンク装着時の部品選択ミス等によって半導体部品に過剰な圧力がかかることによる部品の破壊や、圧着力不足による冷却不足等を防止できる。また、ヒートシンク、押さえ部材、及び連結部材の各部品の種類を限定できるので、コストダウンといった効果も期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は半導体部品に装着するヒートシンクに利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０〜１４ ヒートシンク
２０〜２４ 押さえ部材
３０〜３３ 連結部材
４０〜４３ 半導体部品
５０ 実装基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンク及びヒートシンクの固定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
実装基板上の半導体部品の消費電力が大きい場合には、その半導体部品の動作を保障するために冷却用のヒートシンク等を用いて動作可能な温度範囲内に半導体部品を冷却する必要がある。冷却用ヒートシンクには、バネ状の押さえ部材で装着する方式がある。バネ等の押さえ部材を用いてヒートシンクを半導体部品に装着する場合、ヒートシンクの冷却性能を確保し、かつ、半導体部品にストレスをかけないようにするためには半導体部品に対するヒートシンクの圧着力を一定の範囲内に保つ必要がある。
【０００３】
ところで、半導体部品は部品製造メーカーやパッケージ材料によって、高さの異なる部品が存在する。そのため、実装基板に複数の高さの半導体部品を搭載する場合には、ヒートシンクを固定するための複数の種類のバネ状の押さえ部材又は押さえ部材を係止するための連結部材が用いられていた。
【０００４】
図１は、バネ等の押さえ部材で装着するヒートシンクの例を示した図である。図１の例では、ヒートシンク１０の表面に設けられたフィンの間の溝部分にバネ状の押さえ部材２０を当接させ、バネ状の押さえ部材の弾性力を利用してヒートシンク１０を半導体部品（不図示）に装着する。バネ状の押さえ部材２０の両端は実装基板上に設けられた連結部材３０に係止させることができる構造となっている。また、図２は、棒状のフィンを有するヒートシンク１１をバネ状の押さえ部材２１を用いて半導体部品（不図示）に装着させる場合の例を示した図である。この場合も、棒状のフィンの間の溝部分にバネ状の押さえ部材２１を当接させ、押さえ部材２１の両端を実装基板上に設けられた連結部材３１に係止させることにより、バネ状の押さえ部材の弾性力を利用してヒートシンク１１を半導体部品に装着する。
【０００５】
図１や図２に示すようなバネ状の押さえ部材２０、２１を用いて高さの異なる複数の半導体部品にヒートシンク１０、１１を装着する場合、ヒートシンクを半導体部品に装着した際の圧着力を一定にするためには、押さえ部材２０、２１の両端を係止させる部分を有する両翼の角度等を変更したり、連結部材３０、３１の高さを変更する必要があった。
【０００６】
図３は、実装基板５０上にある高さの異なる２種類の半導体部品４０及び４１にそれぞれ同じ種類のヒートシンク１０を装着する際に、２種類の高さの異なる押さえ部材２０及び２２を用いてヒートシンク１０を装着する例を示したものである。図３では、同じ高さの連結部材３０が使用されている。そして、高さの高い半導体部品４１にヒートシンク１０を装着する場合には、高さの高い押さえ部材２２を使用し、高さの低い半導体部品４０にヒートシンク１０を装着する場合には、高さの低い押さえ部材２０を使用してヒートシンク１０が装着される。
【０００７】
図４は、実装基板５０上にある高さの異なる２種類の半導体部品４０及び４１にそれぞれ同じ種類のヒートシンク１０を装着する際に、２種類の高さの異なる連結部材３０及び３２を用いてヒートシンク１０を装着する例を示したものである。図４では、同じ種類の押さえ部材２０が使用されている。そして、高さの高い半導体部品４１にヒートシンク１０を装着する場合には、高さの高い連結部材３２を使用し、高さの低い半導体部品４０にヒートシンク１０を装着する場合には、高さの低い連結部材３０を使用してヒートシンク１０が装着される。
【０００８】
ヒートシンクの装着方法として、特許文献２や特許文献３のような従来技術もあるが、いずれの場合においても、高さの異なる半導体部品にヒートシンクを装着する場合には、押さえ部材の高さの変更や、連結部材の高さの変更が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００４−５２８７２３号公報
【特許文献２】特開平１１−１５０２２０号公報
【特許文献３】特開２００５−１５０１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述の通り、ヒートシンクの押さえ部材を当接させるための溝が同じ高さの場合、異なる高さの複数の半導体部品に同じ種類のヒートシンクを装着するには、その半導体部品の高さの種類分だけ異なる押さえ部材又は連結部材が必要であった。複数種類の押さえ部材又は連結部材の部品を使用する場合には、部品の選択ミスによる装着ミスが起こる場合があり、装着ミスが起こると、部品に過剰な圧力がかかることにより部品を壊す場合や、圧着力不足によりうまく冷却できないといった場合があった。
【００１１】
そのため、冷却用ヒートシンクが必要な、高さの異なる半導体部品が複数個搭載された実装基板の組立時に、同じ種類のヒートシンク、押さえ部材、及び連結部材を用いて同じ圧着力で冷却用ヒートシンクを各半導体部品に装着することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための実装基板上に実装された部品を冷却するためのヒートシンクは、前記部品に接する面と逆の面に、ヒートシンクを前記部品に固定する押さえ部材を当接させるための、高さの異なる複数の溝を有する。
【発明の効果】
【００１３】
バネ等の押さえ部材を用いて半導体部品に装着するヒートシンクに高さの異なる複数の溝を設け、装着対象の半導体部品の実装基板表面からの高さに応じて、前記ヒートシンクに設けられた溝を使い分けることにより、同じ種類のヒートシンク、押さえ部材、及び連結部材を用いてほぼ同じ圧着力で高さの異なる複数の半導体部品に冷却用ヒートシンクを装着することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ヒートシンクをバネ等の押さえ部材で装着する例を示した図である。
【図２】棒状フィンを有するヒートシンクをバネ等の押さえ部材で装着する場合の例を示した図である。
【図３】バネ等の押さえ部材で装着するヒートシンクの実装例１を示した図である。
【図４】バネ等の押さえ部材で装着するヒートシンクの実装例２を示した図である。
【図５】実施例１に係るヒートシンクの上面図を示した図である。
【図６】実施例１に係るヒートシンクの上面から見た溝の位置の説明図である。
【図７】実施例１に係るヒートシンクの側面図を示した図である。
【図８】実施例１に係るヒートシンクのフィン形状の側面図の例を示した図である。
【図９】実施例１に係るヒートシンクの溝の断面図の例を示した図である。
【図１０】実施例１に係るヒートシンクのフィン形状の変形例を示した図である。
【図１１】実施例２に係るヒートシンクの斜視図を示した図である。
【図１２】実施例２に係るヒートシンクの装着例を示した図である。
【図１３】実施例３に係るヒートシンクの斜視図を示した図である。
【図１４】実施例１に関する実装基板上の部品配置例を示した図である。
【図１５】実施例１に係るヒートシンクの実装基板への実装例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００１６】
図５は、実施例１に係るヒートシンク１２の上面図を示した図である。実施例１に係るヒートシンク１２は、台座部１２−２の上に切れ込みを有する、板状に形成された複数のフィン１２−１を有する。図５では、台座部１２−２の外縁を示す線と、複数のフィン１２−１の最上面の部分を斜線の網掛けで示した図とが示されている。ヒートシンク１２は、台座１２−２上の２つの対角線上及び中央を通る縦横の２つの線上に高さの異なる４つの溝（１２−３Ａ、１２−３Ｂ、１２−３Ｃ、１２−３Ｄ）を有する。
【００１７】
ヒートシンク１２上に形成する溝の高さ、すなわち、ヒートシンク１２の底面から溝の底の位置までの高さは、次のように決定する。例えば、ヒートシンク１２を装着する対象となる半導体部品として、高さの異なる４種類の部品がある場合、各々の半導体部品の高さに応じて、ヒートシンク１２の４つの溝の高さを決定する。具体的には、異なる高さの各半導体部品とヒートシンク１２のいずれかの溝とを対応付け、対応付けがされた半導体部品の高さと溝の高さの合計が同一の値、又は近い値となるようにヒートシンク１２の溝の深さを決定する。
【００１８】
ヒートシンク１２を実装基板上の半導体部品に装着する際には、各半導体部品の高さに応じて、その半導体部品に対応した高さの溝に押さえ部材を当接させることにより、ヒートシンク１２を半導体部品に装着する。このように、装着対象の半導体部品の高さに応じたヒートシンク１２上の溝に、バネ等の押さえ部材を当接させてヒートシンクを半導体部品に当接することにより、同じ種類のヒートシンク、押さえ部材、連結部材を用いて、同じ圧着力で高さの異なる複数の半導体部品に冷却用ヒートシンクを装着することが可能となる。
図６は、実施例１に係るヒートシンクの上面から見た溝の位置の説明図である。図６は、（Ａ）〜（Ｄ）の各方向から見た高さの異なる４つの溝（１２−３Ａ、１２−３Ｂ、１２−３Ｃ、１２−３Ｄ）に沿って破線を引いた図である。図６の破線で示された４つの溝は、必ずしもヒートシンク１２の底面から見て均一の高さの溝として形成される必要はなく、ヒートシンク１２の底面から一定の高さに、押さえ部材を当接できる複数の接点を有していればよい。そのため、溝の方向と各フィン１２−１が交錯する場合には、ヒートシンク１２の底面から一定の高さで、ほぼ等しい幅の凹状の切れ込み（凹部）を各フィン１２−１に形成し、形成されたフィンの凹部により溝の一部を成すように溝を形成することができる。この場合、押さえ部材と溝とは、溝を形成する複数のフィンの凹部で接触することになる。以下、ヒートシンク１２の側面図や断面図等を用いて、（Ａ）〜（Ｄ）方向の各溝について具体的に説明する。
図７は、図６における（Ａ）〜（Ｄ）の各方向から見た実施例１に係るヒートシンク１２の側面図を示した図である。図７の側面図（Ａ）は、図６における（Ａ）の方向から見た場合のヒートシンク１２の側面図である。側面図（Ａ）の矢印の位置にある溝１２−３Ａは、複数のフィン１２−１の中央部に、それぞれ台座部１２−２の底面からの高さがＬａの位置まで、各フィン１２−１の上端から切れ込みを設けることにより形成された溝である。この溝の幅は、ヒートシンクを実装基板上の半導体部品に装着するためのバネ等の押さえ部材を溝の下部に当接できる幅があればよい。
【００１９】
図７の側面図（Ｂ）は、図６における（Ｂ）の方向から見た場合のヒートシンク１２の側面図である。側面図（Ｂ）の矢印の位置にある溝１２−３Ｂは、ヒートシンク１２上に設けられた複数のフィン１２−１とヒートシンク１２の（Ｂ）方向の対角線とが交わる複数の箇所において、台座部１２−２の底面からの高さがＬｂの位置まで、フィン１２−１の上端から切れ込みを設けることにより形成された溝である。
【００２０】
図７の側面図（Ｃ）は、図６における（Ｃ）の方向から見た場合のヒートシンク１２の側面図である。側面図（Ｃ）の矢印の位置にある溝１２−３Ｃは、中央部にある２つのフィンの間の部分を高さがＬｃである溝として形成したものである。この場合、溝１２−３Ｃの高さを調整するために、ヒートシンク１２の台座部１２−２の一部を凸状に形成することにより所望の高さの溝を生成してもよいし、フィン部１２−１を形成する際に、フィン部１２−１の一部分として溝１２−３Ｃを形成してもよい。また、その他の部材を固着等させて、高さＬｃの溝１２−３Ｃを形成してもよい。尚、仮に溝１２−３Ｃの高さが、台座部１２−２の高さＬｓよりも低い場合においては、台座部１２−２の一部を凹状に形成することにより所望の高さの溝を生成すればよい。（Ｃ）以外の方向においても、溝の高さが台座部１２−２の高さよりも低い場合、フィン部１２−１の下端まで切れ込みを設けると共に、台座部１２−２の一部も凹状に形成することにより所望の高さの溝を生成すればよい。
【００２１】
図７の側面図（Ｄ）は、図６における（Ｄ）の方向から見た場合のヒートシンク１２の側面図である。側面図（Ｄ）の矢印の位置にある溝１２−３Ｄは、前記側面図（Ｂ）と同様の方法により、（Ｄ）方向の対角線上に、高さがＬｄとなるように形成された溝である。なお、側面図（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）における溝の幅についても、前記側面図（Ａ）の場合と同様、バネ等の押さえ部材を溝の下部に当接できる幅があればよい。また、実施例１では、（Ｂ）方向及び（Ｄ）方向の溝１２−３Ｂ、１２−３Ｄは、ヒートシンク１２の対角線上に設けられているが、これらの溝は必ずしも対角線上に設ける必要はなく、他の溝と交わらない方向になるように各溝を設けることもできる。
【００２２】
実施例１では、（Ａ）〜（Ｄ）各方向に４つの溝を設けたヒートシンクの実施例を示しているが、ヒートシンク上に設ける溝の数を２つだけにしてもよいし、例えば６つの溝や８つの溝を設けるようにしてもよい。また、（Ａ）〜（Ｄ）の各方向の溝は、実施例１ではヒートシンク１２の中央部を通るように設けられているが、溝の形成位置は実施例１の構成に限定されるものではない。例えばヒートシンクの重心がヒートシンクの中央を通らない場合等においては、ヒートシンクの重心を通過するように溝を設けるようにしてもよい。すなわち、ヒートシンクを実装基板上の半導体部品に装着した際に、ヒートシンクから半導体部品に対して均一に圧力がかかるように、押さえ部材を当接させる溝を設けることができればよい。
【００２３】
実施例１においては、１つの押さえ部材を用いて部品に装着するヒートシンクを例として挙げているが、ヒートシンクから半導体部品に対して均一に圧力をかけられればよいので、ヒートシンクに同じ高さの溝を複数設けて、複数の押さえ部材によりヒートシンクを半導体部品上に装着するようにしてもよい。もちろん、特定の方向については溝を１つだけ設けて１つの押さえ部材を当接させ、他の方向については同じ高さの複数の溝を設けて複数の押さえ部材を当接させるようにしてもよい。
【００２４】
また、本実施例において図示していないが、例えば略直線状の押さえ部材を用いる場合等においては、本実施例のようにヒートシンクの上側から押さえ部材を当接できるような溝を設けなくても、所定の高さでフィンを貫通する穴を形成し、ヒートシンクの横側等から押さえ部材を差し込めるように溝を形成してもよい。このように複数の高さの溝をヒートシンク上に設ける場合の溝の生成方法については、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
図８は、図６に示されるヒートシンク１２の各フィン１２−１のうち、２つのフィン１２−１Ａ及び１２−１Ｂを例に、図６の（Ａ）の方向から見たフィン１２−１Ａ及びフィン１２−１Ｂの側面図を台座部１２−２の側面図と共に示した図である。図８の左側の図は、図６におけるフィン１２−１Ａの側面図（Ａ）を台座部１２−２の側面図と共に示した図であり、図８の右側の図は、図６におけるフィン１２−１Ｂの側面図を台座部１２−２の側面図と共に示した図である。
【００２５】
フィン１２−１Ａの中央部には、図６における（Ａ）方向の溝１２−３Ａを形成する切れ込みを設ける。また、フィン１２−１Ａの溝１２−３Ａ部分よりも左側には、図６における（Ｂ）方向の溝１２−３Ｂを形成する切れ込みを設け、フィン１２−１Ａの溝１２−３Ａ部分よりも右側には、図６における（Ｄ）方向の溝１２−３Ｄを形成する切れ込みを設ける。この切れ込みの幅は前述の通り、ヒートシンク１２を装着するための押さえ部材を溝の下部に当接できる幅があればよい。
【００２６】
図８の右側の図に示されるフィン１２−１Ｂの側面図（Ａ‘）では、図６における（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｄ）の各方向の溝（１２−３Ｂ、１２−３Ａ、１２−３Ｄ）がそれぞれフィン１２−１Ｂ上の少しずつずれた位置を通過するように、階段状の切れ込みをフィン１２−１Ｂに形成する。図６におけるフィン１２−１Ａやフィン１２−１Ｂ以外のフィンについても、各々のフィンと（Ａ）〜（Ｄ）方向の各溝が交差する位置に、各溝の高さに対応した切れ込みを設ける。
図９は、図６におけるヒートシンク１２の溝１２−３Ａの断面図を示した図である。複数のフィン１２−１の中央部に設けられた高さＬａの位置までの切れ込みにより、溝１２−３Ａが形成される。すなわち、溝１２−３Ａは、必ずしもヒートシンク１２の底面から高さＬａの位置に連続的に形成された溝である必要はなく、ヒートシンク１２上の各フィン１２−１に設けられた切れ込みの下端と断続的に接点を有する不連続な溝として形成することができる。尚、図９中の各フィン１２−１の上側の破線で囲まれた部分は、溝１２−３Ａよりも上の切れ込み部分の断面を明示的に示した部分である。
図１０は、実施例１に係るヒートシンク１２のフィン形状の変形例を示した図である。図１０におけるフィン１２−３は、図５におけるフィン１２−１の形状を変更したものであり、溝に沿って鋭角となっている部分を削って略直角としたものである。また、図示していないが、フィンの各角の部分が略直角である形状だけでなく、略円形にすることもできる。このようにフィン形状を変更することにより、フィン部分の形成の容易化や、冷却風の風の流れを変更できるといった効果を得ることが期待できる。
図１１は、実施例２に係るヒートシンク１３の斜視図を示した図である。実施例２に係るヒートシンク１３は、ヒートシンク上に２種類の深さの溝を設けた場合のヒートシンクの例であり、中央部分に切れ込みを有する複数の板状のフィン１３−１と、台座部１３−２が一体的に形成されたヒートシンクである。ヒートシンク１３は、板状のフィン１３−１に沿った方向に、高さＬｍの溝１３−３Ｂを有し、フィン１３−１を横切る方向に、複数のフィンの切れ込みにより形成される、高さＬｎの溝１３−３Ａを有する。
図１２は、実施例２に係るヒートシンク１３の装着例を示した図である。図１２（Ａ）は、高さの低い半導体部品４０にヒートシンク１３を装着する場合の例を示した図であり、図１２（Ｂ）は、高さの高い半導体部品４１にヒートシンク１３を装着する場合の例を示した図である。この例では、図１１における溝１３−３Ａの高さＬｎに半導体部品４０の高さを加えた高さと、図１１における溝１３−３Ｂの高さＬｍに半導体部品４１の高さを加えた高さとが等しい高さになるものとして説明する。尚、溝１３−３Ａの高さＬｎに半導体部品４０の高さを加えた高さと、溝１３−３Ｂの高さＬｍに半導体部品４１の高さを加えた高さとが全く同一の高さである必要はなく、ほぼ同じ高さであれば、本発明の効果を得られる。
【００２７】
高さの低い半導体部品４０にヒートシンク１３を装着する場合、図１２（Ａ）のように、溝１３−３Ａに、押さえ部材２３を当接させる。そして、押さえ部材２３の両端を実装基板上に設けられた連結部材３３に係止させることにより、ヒートシンク１３を半導体部品４０に装着する。図１２（Ａ）における高さＬｔは、実装基板の表面から、押さえ部材２３が当接するヒートシンク１３の溝１３−３Ａの下端までの高さを示しており、高さＬｔは、溝１３−３Ａの高さＬｎに半導体部品４０の高さを加えた高さに等しい高さとなる。
【００２８】
高さの高い半導体部品４１にヒートシンク１３を装着する場合、図１２（Ｂ）のように、溝１３−３Ｂに、押さえ部材２３を当接させる。そして、押さえ部材２３の両端を実装基板上に設けられた連結部材３３に係止させることによりヒートシンク１３を半導体部品４１に装着する。図１２（Ｂ）における高さＬｔも、図１２（Ａ）の場合と同様に、実装基板の表面から、押さえ部材２３が当接されるヒートシンク１３の溝１３−３Ｂの下端までの高さを示しており、高さＬｔは、溝１３−３Ｂの高さＬｍに半導体部品４１の高さを加えた高さに等しい高さとなる。
【００２９】
図１２に示すように、半導体部品４０又は半導体部品４１の高さに応じて、押さえ部材２３を当接させるヒートシンク１３上の溝を適宜選択して装着することにより、同じ種類のヒートシンク１３、押さえ部材２３、及び連結部材３３を用いて、同じ圧着力で高さの異なる複数の半導体部品にヒートシンク１３を装着することが可能となる。
【００３０】
尚、図１２において半導体部品４０、４１は、部品の下面に半田ボールを並べたＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプのパッケージでパッケージングされた部品の図となっているが、ＱＦＰ（Quad Flat Package）等の異なるタイプのパッケージでパッケージングされた部品であってもよい（実施例１〜３において同じ）。また、押さえ部材２３及び連結部材３３はバネ状の押さえ部材と、バネ等をひっかけられる連結部材を例として示しているが、例えば押さえ部材の両端を基板にねじ止めするような他のタイプの押さえ部材やねじ穴等の連結部材であってもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である（実施例１〜３において同じ）。
図１３は、実施例３に係るヒートシンク１４の斜視図を示した図である。図１３に示すヒートシンク１４は、図２に示す棒状のフィンを有するヒートシンク１１に対して本発明を適用する場合の一実施例を示したものである。具体的には、実施例３は、ヒートシンク１４の中心部を横切り、棒状のフィン１４−１の間を通る２種類の高さ（Ｌｎ，Ｌｍ）の溝を設けた例である。
【００３１】
図１３（Ａ）は、実施例３に係るヒートシンク１４の斜視図であり、図１３（Ｂ）は、ヒートシンク１４から棒状のフィン１４−１を除いた場合の斜視図である。ヒートシンク１４は、図１３の正面から見て横方向に高さＬｍの溝１４−５Ａを有し、図１３の正面から見て奥へ伸びる方向に高さＬｎの溝１４−５Ｂを有する。ここで、説明の便宜上、高さＬｍは台座部１４−２の高さと同じ高さであるものとし、高さＬｎは高さＬｍよりも高いものとする。また、ヒートシンク１４を高さの異なる２種類の半導体部品に装着するとした場合において、高い方の半導体部品の高さにＬｍを加えた高さと、低い方の半導体部品の高さにＬｎを加えた高さとがほぼ同じであるものとする。
【００３２】
図１３（Ｂ）に示すように、図１３の正面から見て奥へ伸びる方向の高さＬｎの溝１４−５Ｂを形成する場合には、所定の高さを有する部材１４−３及び１４−４をヒートシンク１４の台座部１４−２上に設ける。このとき、台座１４−２の高さＬｍと、部材１４−３及び１４−４の高さとを加算した高さが高さＬｎとなるように、部材１４−３及び１４−４の高さを決定する。部材１４−３と１４−４の間には、図１３の正面から見て横方向の高さＬｍの溝１４−５Ａが通るように一定間隔の隙間を設ける。部材１４−３及び１４−４は、台座部１４−２の一部分として台座部と一体的に形成してもよいし、特定の材料で部材１４−３及び１４−４を生成した後に、台座部１４−２に固着等させることにより形成してもよい。
【００３３】
棒状のフィンを有するヒートシンクに関しても、図１３に示すヒートシンク１４のように異なる種類の高さの複数の溝を設けることにより、図１１、１２で示した実施例２と同様に、同じ種類のヒートシンク１４、押さえ部材、及び連結部材を用いて、高さの異なる複数の半導体部品にヒートシンクを装着することができるようになる。
図１４は、実施例１に関する実装基板上の部品配置例を示した図である。図１４の例では、実装基板５０上に、異なる高さの４つの半導体部品である部品Ａ〜Ｄ（部品４０〜４３）が実装されている。図１４において、部品Ａ（４１）の高さは3.75mmであり、部品Ｂ（４２）の高さは5.1mmであり、部品Ｃ（４３）の高さは5.3mmであり、部品Ｄ（４０）の高さは2.6mmであるものとする。また、図１４の例では、同じ種類の連結部材３０が各半導体部品に対して２つずつ基板に実装されている。具体的には、部品Ａ用に連結部材３０−１Ａ及び３０−１Ｂが、部品Ｂ用に連結部材３０−２Ａ及び３０−２Ｂが、部品Ｃ用に連結部材３０−３Ａ及び３０−３Ｂが、部品Ｄ用に連結部材３０−０Ａ及び３０−０Ｂが、それぞれ基板に実装されている。
【００３４】
図１４中、部品Ａ〜Ｄ上に付された黒丸の目印４０−１０、４１−１０、４２−１０、４３−１０、及び、実装基板５０上に付された黒丸の目印５０−１０、５０−１１、５０−１２、５０−１３は、実装基板５０へ部品Ａ〜Ｄを装着する際の装着方向を判断する目印として付されたものである。部品Ａ〜Ｄ上の目印と実装基板上に付された目印との方向を揃えて部品Ａ〜Ｄを装着することで、部品Ａ〜Ｄの装着時に誤った方向で部品を装着してしまうといったミスを防止することができる。図１４では、黒丸の目印を用いて部品の装着方向を示しているが、他の模様を付すようにしてもよく、また、部品や実装基板上に特定の形状の目印を形成して、部品装着時の目印としてもよい。
図１５は、図１４に示された部品Ａ〜Ｄに、実施例１に係るヒートシンクを実装した場合の例を示した図である。図１５におけるヒートシンク１２は、図５に示すヒートシンクと同様の形状となっており、４つの異なる高さ（0.7mm, 0.9mm, 2.25mm, 3.4mm）の溝を有するものとする。具体的には、ヒートシンク１２の溝１２−３Ａの高さは2.25mm、溝１２−３Ｂの高さは0.9mm、溝１２−３Ｃの高さは0.7mm、溝１２−３Ｄの高さは3.4mmとする。図１４に示す各半導体部品の高さに応じて、ヒートシンク１２の特定の溝を選択して、同じ種類の押さえ部材２４を選択したヒートシンク１２の溝に当接する。その際、各半導体部品Ａ〜Ｄの高さと、半導体部品毎に選択されたヒートシンク１２上の溝の高さとを加算した高さが同じ高さである6.0mmとなる。従って、同じ種類のヒートシンク１２、押さえ部材２４及び連結部材３０を用いて、高さの異なる４つの半導体部品Ａ〜Ｄにヒートシンクを装着することができることになる。
【００３５】
ヒートシンクの装着方向については、ヒートシンク上の特定の位置に特定の目印等を付すことにより判別可能である。図１５の例では、ヒートシンク１２上に付された黒丸の目印１２−４と、実装基板５０上に付された各目印（５０−１０、５０−１１、５０−１２、５０−１３）との方向を揃えた状態で、ヒートシンク１２を各部品Ａ〜Ｄに装着することにより、ヒートシンク１２を実装基板に対して一定の向きに装着可能となる。この場合、実装基板５０に対してヒートシンク１２の各溝の方向も一意に定まるので、半導体部品の高さに応じたヒートシンク１２上の溝に押さえ部材２４を当接できるように、使用すべきヒートシンク１２の溝の方向を考慮した位置に、あらかじめ連結部材３０を実装基板５０上に装着しておくことができる。
【００３６】
例えば、部品Ａ（４１）に対応する連結部材の位置を決定する際には、部品Ａの高さ3.75mmと溝の高さを加えた合計が6mmになる溝１２−３Ａ（高さ2.25mm）に押さえ部材２４を当接できるように、連結部材３０−１Ａ及び３０−１Ｂの位置を決定し、各連結部材３０−１Ａ及び３０−１Ｂを実装基板５０上に装着する。部品Ｂ〜Ｄについても、各部品の高さとヒートシンク１２上の溝の高さの合計が6mmとなる溝に押さえ部材２４を当接できるように、各部品に対応した連結部材の位置を決定し、決定した位置に各連結部材を装着する。そして、前述の黒丸の目印１２−４等を用いて、所定の装着方向に沿ってヒートシンク１２を各半導体部品Ａ〜Ｄ上に載せ、押さえ部材２４の両端をあらかじめ実装された連結部材３０に係止させていくことにより、各半導体部品上にヒートシンク１２を装着する。このようにすることにより、複数の高さの半導体部品にヒートシンク１２を装着する際の使用すべき溝の選択ミス等を防止することが可能となる。
【００３７】
なお、ヒートシンク１２の向きと押さえ部材２４を係止する連結部材３０の位置さえ合っていれば、押さえ部材２４を適切な溝に当接させることができるので、ヒートシンクを装着する半導体部品毎に、その半導体部品又は実装基板５０上に何らかの目印を設け、ヒートシンクを装着する向きを決定してもよい。また、例えば、ヒートシンク１２の各溝毎に異なる色の着色をし（不図示）、各半導体部品毎に、その部品の高さに対応した高さの溝の色と同じ色を連結部材３０に着色して、ヒートシンク１２の向きと連結部材３０の位置合わせを行なってもよい。このように、ヒートシンクの装着方向の決定方法等についても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以上に述べた通り、実装基板上の半導体部品に装着するヒートシンクに、高さの異なる複数の溝を設け、装着対象の半導体部品の実装基板表面からの高さに応じて、前記ヒートシンクに設けられた溝を使い分けることにより、同じ種類のヒートシンク、押さえ部材、及び連結部材を用いて同じ圧着力で高さの異なる複数の半導体部品に冷却用ヒートシンクを装着することが可能となる。そして、ヒートシンクや実装基板上に付される目印や、実装基板上に設けられた連結部材の位置をあらかじめ決定しておくことで、ヒートシンクや押さえ部材を装着する溝の向きは明確となるため、ヒートシンクの装着ミスも防止することができる。従って、従来あったようなヒートシンク装着時の部品選択ミス等によって半導体部品に過剰な圧力がかかることによる部品の破壊や、圧着力不足による冷却不足等を防止できる。また、ヒートシンク、押さえ部材、及び連結部材の各部品の種類を限定できるので、コストダウンといった効果も期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は半導体部品に装着するヒートシンクに利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０〜１４ ヒートシンク
２０〜２４ 押さえ部材
３０〜３３ 連結部材
４０〜４３ 半導体部品
５０ 実装基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板上に実装された部品を冷却するためのヒートシンクであって、
前記部品に接する面と逆の面に、高さの異なる複数の溝を有することを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
請求項１に記載されたヒートシンクであって、
前記部品に接する面と逆の面に複数の冷却フィンを有し、かつ、前記冷却フィンと交わる溝は、前記冷却フィンに凹部を設けることにより前記凹部が前記溝の一部を成すように形成されることを特徴とするヒートシンク。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載されたヒートシンクであって、
前記複数の溝は、ヒートシンクの中心位置を通るように設けられていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載されたヒートシンクであって、
前記複数の溝は、ヒートシンクの重心を通るように設けられていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載されたヒートシンクであって、
前記溝は、ヒートシンクを前記部品に固定する押さえ部材を当接させるための溝であって、前記各溝の高さは、ヒートシンクの装着対象である、高さの異なる複数の部品の高さに対応付けられ、対応付けられた部品の高さと溝の高さとを合計した高さが、同じ高さとなることを特徴とするヒートシンク。
【請求項６】
請求項５に記載されたヒートシンクであって、
前記押さえ部材を当接させる溝は、前記押さえ部材からの圧力が前記部品とヒートシンクとの接触面に均等に伝わるように設けられていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項７】
請求項５に記載されたヒートシンクであって、
前記押さえ部材を当接させる溝は、前記押さえ部材からの圧力が、前記部品とヒートシンクとの接触面に均等に伝わるように、前記押さえ部材と接触するように設けられていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項８】
実装基板上に実装された部品を冷却するためのヒートシンクを前記部品に固定するヒートシンク固定方法であって、
前記ヒートシンクの表面に設けられた高さの異なる複数の溝のうち、前記部品の実装基板表面からの高さに応じた溝に押さえ部材を当接させ、
実装基板上に設けられた連結部材に前記押さえ部材を係止することを特徴とするヒートシンク固定方法。
【請求項９】
請求項８に記載されたヒートシンク固定方法であって、
前記部品に対して一定の方向に向けられた前記ヒートシンク上の複数の溝のうち、前記部品の高さに応じた溝に前記押さえ部材を当接させて、前記ヒートシンクを前記部品に装着する際、前記押さえ部材の両端を係止できる実装基板上の位置に、前記連結部材を設けることを特徴とするヒートシンク固定方法。
【請求項１】
実装基板上に実装された部品を冷却するためのヒートシンクであって、
前記部品に接する面と逆の面に、高さの異なる複数の溝を有することを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
請求項１に記載されたヒートシンクであって、
前記部品に接する面と逆の面に複数の冷却フィンを有し、かつ、前記冷却フィンと交わる溝は、前記冷却フィンに凹部を設けることにより前記凹部が前記溝の一部を成すように形成されることを特徴とするヒートシンク。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載されたヒートシンクであって、
前記複数の溝は、ヒートシンクの中心位置を通るように設けられていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載されたヒートシンクであって、
前記複数の溝は、ヒートシンクの重心を通るように設けられていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載されたヒートシンクであって、
前記溝は、ヒートシンクを前記部品に固定する押さえ部材を当接させるための溝であって、前記各溝の高さは、ヒートシンクの装着対象である、高さの異なる複数の部品の高さに対応付けられ、対応付けられた部品の高さと溝の高さとを合計した高さが、同じ高さとなることを特徴とするヒートシンク。
【請求項６】
請求項５に記載されたヒートシンクであって、
前記押さえ部材を当接させる溝は、前記押さえ部材からの圧力が前記部品とヒートシンクとの接触面に均等に伝わるように設けられていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項７】
請求項５に記載されたヒートシンクであって、
前記押さえ部材を当接させる溝は、前記押さえ部材からの圧力が、前記部品とヒートシンクとの接触面に均等に伝わるように、前記押さえ部材と接触するように設けられていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項８】
実装基板上に実装された部品を冷却するためのヒートシンクを前記部品に固定するヒートシンク固定方法であって、
前記ヒートシンクの表面に設けられた高さの異なる複数の溝のうち、前記部品の実装基板表面からの高さに応じた溝に押さえ部材を当接させ、
実装基板上に設けられた連結部材に前記押さえ部材を係止することを特徴とするヒートシンク固定方法。
【請求項９】
請求項８に記載されたヒートシンク固定方法であって、
前記部品に対して一定の方向に向けられた前記ヒートシンク上の複数の溝のうち、前記部品の高さに応じた溝に前記押さえ部材を当接させて、前記ヒートシンクを前記部品に装着する際、前記押さえ部材の両端を係止できる実装基板上の位置に、前記連結部材を設けることを特徴とするヒートシンク固定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−１４６４２０（Ｐ２０１１−１４６４２０Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３７８９（Ｐ２０１０−３７８９）
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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