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JP3532871B2 - 冷却装置およびこの冷却装置を有する電子機器 - Google Patents

冷却装置およびこの冷却装置を有する電子機器

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Publication number
JP3532871B2
JP3532871B2 JP2001055207A JP2001055207A JP3532871B2 JP 3532871 B2 JP3532871 B2 JP 3532871B2 JP 2001055207 A JP2001055207 A JP 2001055207A JP 2001055207 A JP2001055207 A JP 2001055207A JP 3532871 B2 JP3532871 B2 JP 3532871B2
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heat
diffusion member
heat sink
sink
chip
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博 中村
伸人 藤原
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Priority to TW091102017A priority patent/TW592026B/zh
Priority to CNB021064490A priority patent/CN1226784C/zh
Priority to US10/085,429 priority patent/US6781832B2/en
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体パッケージ
のような発熱体の放熱を促進させるための冷却装置およ
びこの冷却装置を搭載したポータブルコンピュータ等の
電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】ノート形のポータブルコンピュータや移
動体通信機器に代表される携帯形の電子機器は、文字、
音声および画像などのマルチメディア情報を処理するた
めの半導体パッケージを装備している。この種の半導体
パッケージは、処理速度の高速化や多機能化に伴って消
費電力が増加の一途を辿り、これに比例して発熱量が急
速に増大する傾向にある。
【０００３】このため、電子機器の安定した動作を保障
するためには、半導体パッケージの放熱性を高める必要
があり、それ故、ヒートシンクや電動ファンのような様
々な放熱・冷却手段が必要不可欠な存在となる。
【０００４】従来のヒートシンクは、平坦な受熱部を有
している。受熱部は、半導体パッケージの発熱部となる
ICチップと向かい合っており、この受熱部にICチップの
熱が伝えられるようになっている。
【０００５】この際、ICチップと受熱部との間にクリア
ランスが存在すると、このクリアランスが一種の断熱層
として機能し、ICチップから受熱部への熱伝達が妨げら
れてしまう。このため、従来では、受熱部とICチップと
の間に熱伝導性グリースを充填したり、あるいは熱伝導
シートを介在させ、ICチップと受熱部との熱接続部分の
密着性を確保することが行なわれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電子機器用
の半導体パッケージとしては、ICチップとは反対側の面
に多数の半田ボールを配置したBGAパッケージが主流と
なりつつある。このBGAパッケージは、高密度実装が可
能となるといった利点を有するものの、回路基板に実装
した状態において、その実装高さが例えば±０．２５mm
の範囲でばらつくことがあり得る。
【０００７】また、ヒートシンクにしても、熱伝導性に
優れたアルミニウム合金の射出成形品が広く用いられて
いるため、その受熱部を含む各部に寸法公差が生じるの
を避けられず、このヒートシンクを回路基板に取り付け
た状態において、受熱部から回路基板までの寸法にばら
つきが生じることがあり得る。
【０００８】このため、BGAパッケージやヒートシンク
の寸法のばらつきに伴い、これらヒートシンクの受熱部
とICチップとの間のクリアランスが増大すると、ここに
介在されるグリスや熱伝導シートの厚みが増大し、ICチ
ップと受熱部との熱接続部分に大きな熱抵抗が生じてく
る。
【０００９】しかも、この熱接続部分の接触面積は、IC
チップの平面形状に対応する程度の大きさしかなく、ヒ
ートシンクの受熱部に比べて遥かに小さいので、ICチッ
プと受熱部とを結ぶ熱伝達経路が非常に狭いものとな
り、単位面積当たりの熱流量が非常に大きくなる。
【００１０】この結果、ICチップと受熱部との間の温度
差が増大し、グリースや熱伝導シートによって熱接続部
分の密着性を確保したにも拘わらず、ICチップの熱を効
率良くヒートシンクに伝えることができなくなるといっ
た不具合が生じてくる。
【００１１】本発明の第１の目的は、発熱体とヒートシ
ンクとの熱接続部分の寸法公差を吸収しつつ、この発熱
体の熱を効率良くヒートシンクに伝えることができ、発
熱体の放熱性能を高めることができる冷却装置を得るこ
とにある。
【００１２】本発明の第２の目的は、半導体パッケージ
のような電子部品の放熱性能を高めると同時に、この電
子部品の電磁シールド効果を高めることができ、ノイズ
対策面でも有利となる冷却装置および電子機器を得るこ
とにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明の一つの形態に係る冷却装置は、 発熱
体の発熱面と向かい合うヒートシンクと、上記発熱体と
上記ヒートシンクとの間に介在され、上記発熱体の熱を
上記ヒートシンクに伝えるとともに、上記発熱体の上記
発熱面を外れた位置に取り外し可能に引っ掛かる複数の
舌片を有する熱拡散部材と、上記発熱体と上記熱拡散部
材との間のクリアランスに介在され、これら発熱体と熱
拡散部材とを熱的に接続する第１の熱伝導部材と、上記
熱拡散部材と上記ヒートシンクとの間のクリアランスに
介在され、これら熱拡散部材とヒートシンクとを熱的に
接続するとともに、上記クリアランスの大きさに追従し
て変位可能な第２の熱伝導部材と、を備えている。上記
熱拡散部材は、上記発熱体の発熱面と向かい合う第１の
熱接続面と、上記ヒートシンクと向かい合う第２の熱接
続面とを有し、上記発熱体と上記熱拡散部材との間のク
リアラアンスは、上記熱拡散部材と上記ヒートシンクと
の間のクリアランスよりも狭く設定され、上記熱拡散部
材は、上記第２の熱伝導部材よりも熱伝導性に優れると
ともに、上記発熱体よりも大きな形状を有することを特
徴としている。
【００１４】
【００１５】
【００１６】このような構成によれば、発熱体と熱拡散
部材との熱接続部分の熱抵抗を小さく抑えることがで
き、発熱体の熱を効率良く熱拡散部材に伝えることがで
きる。熱拡散部材に伝えられた熱は、発熱体よりも拡大
された領域から第２の熱伝導部材を通じてヒートシンク
に移されるので、熱拡散部材とヒートシンクとの熱接続
部分の単位面積当たりの熱流量が小さく抑えられる。こ
のため、熱拡散部材とヒートシンクとの間の温度差が少
なくなり、発熱体の熱を熱拡散部材からヒートシンクに
効率良く移して、発熱体の放熱性能を高めることができ
る。
【００１７】
【００１８】
【００１９】しかも、発熱体の高さ寸法にばらつきが生
じたり、ヒートシンクに寸法公差が生じる等して、これ
らヒートシンクと発熱体との間の寸法が変動した場合に
は、主に広いクリアラアンスに介在された第２の熱伝導
部材が撓むように変形し、上記寸法の変動分を吸収す
る。このため、熱拡散部材がヒートシンクに対し浮動状
態に保たれ、発熱体の熱をヒートシンク全体に無理なく
拡散させることができる。さらに、上記構成によると、
発熱体に熱拡散部材を引っ掛けておくことができ、熱拡
散部材の脱落や発熱体に対する熱拡散部材の位置ずれを
防止することができる。
【００２０】上記第２の目的を達成するため、本発明の
第１の形態に係る電子機器は、筐体と、上記筐体に収容
され、グランド用の複数のパッドを有する回路基板と、
上記回路基板に実装され、発熱する IC チップを有する半
導体パッケージと、上記筐体に収容され、上記 IC チップ
よりも大きなヒートシンクと、上記 IC チップと上記ヒー
トシンクとの間に介在され、上記 IC チップの熱を上記ヒ
ートシンクに伝えるとともに、上記パッドに直接接続さ
れる複数の端子部を有する熱拡散部材と、上記 IC チップ
と上記熱拡散部材との間のクリアランスに介在され、こ
れら IC チップと熱拡散部材とを熱的に接続する第１の熱
伝導部材と、上記熱拡散部材と上記ヒートシンクとの間
のクリアランスに介在され、これら熱拡散部材とヒート
シンクとを熱的に接続するとともに、上記クリアランス
の大きさに追従して変位可能な第２の熱伝導部材と、を
備えている。上記 IC チップと上記熱拡散部材との間のク
リアランスは、上記熱拡散部材と上記ヒートシンクとの
間のクリアランスよりも狭く設定され、上記熱拡散部材
は、上記第２の熱伝導部材よりも熱伝導性に優れるとと
もに、上記 IC チップよりも大きな形状を有することを特
徴としている。
【００２１】このような構成によれば、半導体パッケー
ジの IC チップと熱拡散部材との熱接続部分の熱抵抗を小
さく抑えることができ、 IC チップの熱を効率良く熱拡散
部材に伝えることができる。熱拡散部材に伝えられた熱
は、 IC チップよりも拡大された領域から第２の熱伝導部
材を通じてヒートシンクに移されるので、熱拡散部材と
ヒートシンクとの熱接続部分の単位面積当たりの熱流量
が小さく抑えられる。このため、熱拡散部材とヒートシ
ンクとの間の温度差が少なくなり、 IC チップの熱を熱拡
散部材からヒートシンクに効率良く移して、 IC チップの
放熱性能を高めることができる。
【００２２】
【００２３】
【００２４】しかも、半導体パッケージの寸法にばらつ
きが生じたり、ヒートシンクに寸法公差が生じる等し
て、これらヒートシンクと半導体パッケージとの間の寸
法が変動した場合には、主に広いクリアラアンスに介在
された第２の熱伝導部材が撓むように変形し、上記寸法
の変動分を吸収する。このため、熱拡散部材がヒートシ
ンクに対し浮動状態に保たれ、 IC チップの熱をヒートシ
ンク全体に無理なく拡散させることができる。
【００２５】加えて、導電性の熱拡散部材は、半導体パ
ッケージと隣り合った位置で接地されるので、この熱拡
散部材が半導体パッケージを取り囲む近接導体としての
機能を果す。このため、熱拡散部材そのものを半導体パ
ッケージのシールド体として活用でき、半導体パッケー
ジからの電磁ノイズの漏洩を防止することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下本発明の第１の実施の形態
を、ポータブルコンピュータに適用した図１ないし図１
３にもとづいて説明する。
【００２７】図１および図２は、電子機器としてのポー
タブルコンピュータ１と、このポータブルコンピュータ
１の冷却を補助する冷却ユニット２とを開示している。
【００２８】ポータブルコンピュータ１は、コンピュー
タ本体３と、このコンピュータ本体３に支持されたディ
スプレイユニット４とで構成されている。コンピュータ
本体３は、筐体５を備えている。この筐体５は、底壁５
ａ、上壁５ｂ、前壁５ｃ、左右の側壁５ｄおよび後壁５
ｅを有する偏平な箱状をなしている。
【００２９】筐体５の上壁５ｂは、パームレスト６およ
びキーボード取り付け部７を有している。パームレスト
６は、筐体５の前半部において、この筐体５の幅方向に
延びている。キーボード取り付け部７は、パームレスト
６の後方に位置されており、このキーボード取り付け部
７にキーボード８が設置されている。
【００３０】ディスプレイユニット４は、ディスプレイ
ハウジング１０と、このディスプレイハウジング１０に
収容された液晶表示パネル１１とを備えている。液晶表
示パネル１１は、ディスプレイハウジング１０の前面の
開口部１２を通じて外方に露出されている。
【００３１】ディスプレイハウジング１０は、その一端
部が筐体５の後端部に図示しないヒンジ装置を介して連
結されている。そのため、ディスプレイユニット４は、
パームレスト６やキーボード８を上方から覆うように倒
される閉じ位置と、パームレスト６、キーボード８およ
び液晶表示パネル１１を露出させるように起立される開
き位置とに亘って回動可能にコンピュータ本体３に支持
されている。
【００３２】図２および図３に示すように、筐体５の内
部には、回路基板１３が収容されている。回路基板１３
は、筐体５の底壁５ａと向かい合う実装面１３ａを有
し、この実装面１３ａに電子部品としてのBGA形の半導
体パッケージ１５が実装されている。半導体パッケージ
１５は、ポータブルコンピュータ１の中枢となるマイク
ロプロセッサを構成するものであり、回路基板１３の左
端部に位置されている。
【００３３】図６や図８に見られるように、半導体パッ
ケージ１５は、ベース基板１６と発熱体としてのICチッ
プ１７とを備えている。ベース基板１６は、その外周部
分に四つの角部１８を有する矩形状をなしており、その
一辺の長さが３０mm前後に定められている。ICチップ１
７は、文字、音声および画像のようなマルチメディア情
報を高速で処理するため、動作中の発熱量が非常に大き
く、安定した動作を維持するために冷却を必要としてい
る。
【００３４】ICチップ１７は、ベース基板１６よりも小
さな矩形状をなしており、その一辺の長さが例えば１０
mm程度に定められている。そして、ICチップ１７は、ベ
ース基板１６の一方の面１６ａの中央部にフリップチッ
プ接続されており、その平坦な発熱面１９がベース基板
１６の一方の面１６ａから僅かに突出されている。
【００３５】ベース基板１６の他方の面１６ｂには、多
数の半田ボール２０が格子状に並べて配置されている。
これら半田ボール２０は、回路基板１３の実装面１３ａ
に半田付けされている。このため、半導体パッケージ１
５は、ICチップ１７を下向きにした姿勢で回路基板１３
に実装されている。
【００３６】図２ないし図４に示すように、筐体５の内
部には、半導体パッケージ１５を冷却するための冷却装
置２３が収容されている。冷却装置２３は、ヒートシン
ク２４と電動式のファンユニット２５とを備え、回路基
板１３の左端部と筐体５の左側の側壁５ｄとの間に組み
込まれている。
【００３７】ヒートシンク２４は、アルミニウム合金の
ような熱伝導性に優れた金属材料にて構成され、導電性
を有している。ヒートシンク２４は、受熱部２６と熱交
換部２７とを備えている。受熱部２６は、平坦な矩形状
をなしており、その平面形状が半導体パッケージ１５よ
りも大きく設定されている。この受熱部２６は、筐体５
の底壁５ａに沿って配置されており、上記回路基板１３
の左端部の下方に入り込んで、半導体パッケージ１５と
向かい合っている。
【００３８】図４および図５に示すように、ヒートシン
ク２４の受熱部２６は、四つの基板支持部２８ａ〜２８
ｄを有している。基板支持部２８ａ〜２８ｄは、受熱部
２６の四隅から上向きに突出されており、これら基板支
持部２８ａ〜２８ｄの上端面に回路基板１３がねじ２９
を介して固定されている。そして、回路基板１３のうち
基板支持部２８ａ〜２８ｄとの接触部には、図示しない
グランド用のパッドが露出されており、これら基板支持
部２８ａ〜２８ｄと回路基板１３との固定部を介してヒ
ートシンク２４が接地されている。
【００３９】また、四つの基板支持部２８ａ〜２８ｄの
うち、受熱部２６の対角線Ｚ上に位置された一対の基板
支持部２８ａ，２８ｃは、筐体５の底壁５ａから上向き
に突出するボス部３０ａ，３０ｂに対応しており、これ
らボス部３０ａ，３０ｂにねじ２９がねじ込まれてい
る。このため、受熱部２６は、対角線Ｚ上に位置する二
個所で筐体５の底壁５ａに直に固定されている。
【００４０】図３に示すように、ヒートシンク２４の熱
交換部２７は、受熱部２６と一体化されてこの受熱部２
６に熱的に接続されている。熱交換部２７は、受熱部２
６の左側に並べて配置され、筐体５の左側の側壁５ａに
沿って延びている。熱交換部２７は、その外周縁部から
上向きに延びる支持壁３１を有し、この支持壁３１の上
端に金属製の天板３２が固定されている。天板３２は、
熱交換部２７および支持壁３１と協働して冷却風通路３
３を構成しており、この冷却風通路３３の下流端は、筐
体５の左側の側壁５ｄに開口された冷却風出口３４に連
なっている。
【００４１】図２や図４に見られるように、上記ファン
ユニット２５は、ヒートシンク２４の直前に位置されて
いる。ファンユニット２５は、ヒートシンク２４と一体
化されたファンケーシング３６と、このファンケーシン
グ３６に収容された遠心式の羽根車３７とを備えてい
る。
【００４２】ファンケーシング３６は、第１の吸入口３
８、第２の吸入口３９および吐出口４０を有している。
第１の吸入口３８は、筐体５の底壁５ａに開口された第
１の空気取入口４１と向かい合っている。第２の吸入口
３９は、パームレスト６に開口された第２の空気取入口
４２と向かい合っている。吐出口４０は、ヒートシンク
２４に向けて開口されており、その一部が冷却風通路３
３の上流端と向かい合っている。
【００４３】羽根車３７は、偏平モータ４３を介してフ
ァンケーシング３６に支持されている。偏平モータ４３
は、回路基板１３に電気的に接続されており、半導体パ
ッケージ１５の温度が予め決められた値に達した時に、
回路基板１３から供給される信号に基づいて回転駆動さ
れるようになっている。
【００４４】この偏平モータ４３を介して羽根車３７が
回転駆動されると、第１および第２の吸入口３８，３９
から羽根車３７に向けて空気が吸い込まれる。この空気
は、羽根車３７の外周部から吐き出されるとともに、吐
出口４０を通じて冷却風通路３３や半導体パッケージ１
５の周囲に送風されるようになっている。
【００４５】図８ないし図１１に示すように、半導体パ
ッケージ１５のICチップ１７は、熱拡散部材４５を介し
てヒートシンク２４の受熱部２６に熱的に接続されてい
る。熱拡散部材４５は、拡散板４６と一対の側板４７と
を備えている。これら拡散板４６および側板４７は、例
えばアルミニウム合金あるいは銅系合金のような熱伝導
性に優れた金属材料にて構成され、夫々導電性を有して
いる。
【００４６】拡散板４６は、半導体パッケージ１５のベ
ース基板１６と同等の大きさを有するとともに、肉厚が
２mm程度に設定された平板状をなしている。この拡散板
４６は、第１の熱接続面４８ａと、この第１の熱接続面
４８ａの反対側に位置された第２の熱接続面４８ｂとを
有している。
【００４７】第１の熱接続面４８ａは、半導体パッケー
ジ１５と向かい合っており、この第１の熱接続面４８ａ
の面積は、ICチップ１７の発熱面１９の面積よりも遥か
に大きく設定されている。第２の熱接続面４８ｂは、ヒ
ートシンク２４の受熱部２６と向かい合っており、この
第２の熱接続面４８ｂの面積にしても発熱面１９の面積
よりも遥かに大きく設定されている。そして、これら第
１および第２の熱接続面４８ａ，４８ｂは、夫々平滑に
仕上げられている。
【００４８】拡散板４６の第２の熱接続面４８ｂの両側
部には、凹部４９ａ，４９ｂが形成されている。これら
凹部４９ａ，４９ｂは、拡散板４６の縁部に沿って延び
ている。
【００４９】側板４７は、拡散板４６の両側縁部に沿っ
て延びる帯状をなしており、この側板４７の長手方向に
沿う両端部には、夫々支持片５２が形成されている。支
持片５２は、凹部４９ａ，４９ｂに入り込むように直角
に折り曲げられており、この凹部４９ａ，４９ｂに半田
付け又は溶接等の手段により固着されている。
【００５０】このため、側板４７は、第１および第２の
熱接続面４８ａ，４８ｂとは直交する方向に起立した姿
勢で拡散板４６の両側縁部に保持されており、この側板
４７の上部は、第１の熱接続面４８ａよりも上方に張り
出している。そして、側板４７の張り出し量は、上記ベ
ース基板１６に対するICチップ１７の突出量を上回って
おり、この側板４７の張り出し部分は、第１の熱接続面
４８ａを間に挟んで互いに向かい合っている。
【００５１】図７に示すように、側板４７の長手方向に
沿う両端部には、夫々内向きに直角に折り返された舌片
５３が形成されている。各舌片５３は、側板５１の両端
部と協働して直角の係合部５４を構成しており、この係
合部５４は、第１の熱接続面４８ａの四つの角部に位置
されている。そして、係合部５４の内側に半導体パッケ
ージ１５のベース基板１６の角部１８が嵌まり込んでお
り、このことにより半導体パッケージ１５と熱拡散部材
４５との位置決めがなされている。
【００５２】支持枠５０の支持片５２は、夫々斜め下向
きに折り返された弾性変形可能なばね部５５を有してい
る。四つのばね部５５の先端は、拡散板４６の第２の熱
接続面４８ｂよりも下方に張り出すとともに、上記ヒー
トシンク２４の受熱部２６に接している。このため、熱
拡散部材４５は、受熱部２６と半導体パッケージ１５と
の間において、常にばね部５５を介して上向きに付勢さ
れており、その拡散板４６の第１の熱接続面４８ａがIC
チップ１７の発熱面１９に押し付けられている。
【００５３】また、ばね部５５は、熱拡散部材４５とヒ
ートシンク２４の受熱部２６との間に圧縮状態で介在さ
れており、これらばね部５５を介して熱拡散部材４５と
ヒートシンク２４とが電気的に導通されている。このた
め、熱拡散部材４５は、ヒートシンク２４を介して回路
基板１３のグランド用のパッドに接続されている。
【００５４】図９ないし図１１に示すように、熱拡散部
材４５は、受熱部２６と半導体パッケージ１５との間に
おいて、半導体パッケージ１５の方向に偏って位置され
ている。このことから、熱拡散部材４５の第１の熱接続
面４８ａとICチップ１７の発熱面１９との間に生じるク
リアランスS1は、熱拡散部材４５の第２の熱接続面４８
ｂとヒートシンク２４の受熱部２６との間に生じるクリ
アランスS2よりも狭く設定されている。
【００５５】この際、クリアランスS1は、ICチップ１７
から熱拡散部材４５への熱伝導を効率良く行なうことを
目的として、限りなく０に近い微小な値に保たれてい
る。また、クリアランスS2にあっては、ヒートシンク２
４の寸法公差や回路基板１３に対する半導体パッケージ
１５の実装高さの変動分を充分に吸収し得るような値に
保たれている。
【００５６】クリアランスS1には、例えばグリースのよ
うな柔軟な第１の熱伝導部材５６が介在されている。第
１の熱伝導部材５６は、ICチップ１７の発熱面１９およ
び熱拡散部材４５の第１の熱接続面４８ａに密着し、こ
れらICチップ１７と熱拡散部材４５とを熱的に接続して
いる。
【００５７】クリアランスS2には、例えばグリースのよ
うな柔軟な第２の熱伝導部材５７が介在されている。第
２の熱伝導部材５７は、熱拡散部材４５の第２の熱接続
面４８ｂおよびヒートシンク２４の受熱部２６に密着
し、これら熱拡散部材４５とヒートシンク２４とを熱的
に接続している。
【００５８】そして、第１および第２の熱伝導部材５
６，５７を構成するグリースと、アルミニウム合金製の
熱拡散部材４５とでは、この熱拡散部材４５の方が大き
な熱伝導率（W/(m・K)）を有しており、熱伝導性に優れ
ている。そのため、ICチップ１７から第１の熱伝導部材
５６を介して熱拡散部材４５の拡散板４６に伝えられた
熱は、第１および第２の熱接続面４８ａ，４８ｂに沿っ
て拡散され、ICチップ１７の発熱面１９よりも拡大され
た領域から第２の熱伝導部材５７に伝えられるようにな
っている。
【００５９】図２および図３に示すように、ヒートシン
ク２４の受熱部２６は、平坦な熱放出面６０を有してい
る。熱放出面６０は、半導体パッケージ１５とは反対側
に位置されて、筐体５の底壁５ａの方向を向いている。
この熱放出面６０は、半導体パッケージ１５よりも大き
な平面形状を有するとともに、柔軟な熱伝導シート６１
によって覆われている。
【００６０】図１２および図１３に示すように、筐体５
の底壁５ａは、ヒートシンク２４の熱放出面６０と向か
い合う開口部６２を有している。開口部６２は、熱放出
面６０よりも一回り大きな矩形状をなしており、底壁５
ａの後部に位置されている。開口部６２は、カバー６３
によって覆われている。カバー６３は、ねじ６４を介し
て底壁５ａに取り外し可能に支持されている。
【００６１】カバー６３は、熱伝導シート６１と向かい
合う複数の貫通孔６５を有している。貫通孔６５は、例
えば碁盤の目のように並べて配置されており、これら貫
通孔６５を通じて熱伝導シート６１が筐体５の底壁５ａ
に露出されている。
【００６２】図１および図２に示すように、ポータブル
コンピュータ１の冷却を補助する上記冷却ユニット２
は、装置本体７０を有している。装置本体７０は、筐体
５の後半部の大きさに対応するような偏平な箱状をなし
ており、この装置本体７０の上面は、筐体５の後半部が
載置される載置面７１となっている。このため、装置本
体７０は、例えば机の天板のような水平な支持面７２と
筐体５との間に介在され、ポータブルコンピュータ１を
手元側が低くなるような姿勢に傾斜させるようになって
いる。
【００６３】載置面７１には、複数のロック爪７３が配
置されている。ロック爪７３は、筐体５を載置面７１に
載置した時に、この筐体５の底壁５ａに取り外し可能に
引っ掛かり、これにより筐体５が載置面７１の上にロッ
クされる。
【００６４】装置本体７０の内部には、補助ヒートシン
ク７５が収容されている。補助ヒートシンク７５は、例
えばアルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材
料にて構成されている。補助ヒートシンク７５は、その
上面から上向きに突出する複数の受熱凸部７６を有して
いる。受熱凸部７６は、上記カバー６３の貫通孔６５に
挿通可能な角柱状をなしているとともに、碁盤の目のよ
うに並べて配置されている。これら受熱凸部７６は、装
置本体７０の上面に開けた開口部７７を通じて載置面７
１に露出されている。そして、各受熱凸部７６の先端
は、平坦な接触面７６ａに仕上げられており、これら接
触面７６ａは同一面上に位置されている。
【００６５】このため、ポータブルコンピュータ１の筐
体５を載置面７１に載置すると、カバー６３の貫通孔６
５の真下に受熱凸部７６が位置され、これら受熱凸部７
６の接触面７６ａが熱伝導シート６１と向かい合ってい
る。
【００６６】補助ヒートシンク７５は、受熱凸部７６の
接触面７６ａが載置面７１の上に突出する第１の位置
と、受熱凸部７６の接触面７６ａが載置面７１と略同一
面上に位置される第２の位置とに亘って昇降動可能に装
置本体７０支持されている。そして、この装置本体７１
の内部には、補助ヒートシンク７５を第１の位置又は第
２の位置のいずれかに昇降動させる操作機構７８が収容
されている。
【００６７】ポータブルコンピュータ１を冷却ユニット
２に接続して使用するには、まず、筐体５を載置面７１
に重ね合わせ、この筐体５をロック爪７３を介して載置
面７１の上にロックする。この状態で操作機構７８を操
作し、補助ヒートシンク７５を第２の位置から第１の位
置に向けて押し上げる。これにより、受熱凸部７６の上
端部がカバー６３の貫通孔６５を貫通して筐体５の内部
に入り込み、これら受熱凸部７６の接触面７６ａが熱伝
導シート６１に押し付けられる。
【００６８】したがって、熱伝導シート６１がヒートシ
ンク２４の熱放出面６０と受熱凸部７６の接触面７６ａ
との間で挟み込まれ、この熱伝導シート６１を介してヒ
ートシンク２４と補助ヒートシンク７５とが熱的に接続
される。
【００６９】この際、熱放出面６０を有するヒートシン
ク２４の受熱部２６は、受熱凸部７６によって筐体５の
底壁５ａから遠ざかる方向に押し上げられるような外力
を受ける。
【００７０】しかるに、受熱部２６は、その対角線Ｚ上
の二個所において筐体５の底壁５ａにねじ２９を介して
固定されているので、この受熱部２６を底壁５ａの上に
しっかりと押え込むことができる。このため、受熱部２
６に上記外力が作用した場合でも、この外力に確実に対
抗することができ、筐体５を冷却ユニット２に接続した
時の受熱部２６の浮き上がりやがたつきを防止すること
ができる。
【００７１】ポータブルコンピュータ１の使用中に、半
導体パッケージ１５のICチップ１７が発熱すると、この
ICチップ１７の熱は、第１の熱伝導部材５６を介して熱
拡散部材４５の拡散板４６に伝えられ、ここから第２の
熱伝導部材５７を介してヒートシンク２４の受熱部２６
に移される。これにより、受熱部２６の熱放出面６０が
ICチップ１７の熱影響を受けて高温となる。この熱放出
面６０は、熱伝導シート６１を介して冷却ユニット２の
補助ヒートシンク７５に熱的に接続されているので、受
熱部２６に伝えられたICチップ１７の熱は、補助ヒート
シンク７５に直接伝えられる。
【００７２】この結果、ICチップ１７からヒートシンク
２４を経て補助ヒートシンク７５に至る放熱経路の熱容
量が増大し、発熱するICチップ１７の放熱性能を高めて
半導体パッケージ１５の動作環境温度を適正に保つこと
ができる。
【００７３】ポータブルコンピュータ１の使用中におい
て、半導体パッケージ１５の温度が予め規定された値に
達すると、ファンユニット２５が駆動を開始する。この
ファンユニット２５は、第１および第２の吸入口３８，
３９から吸い込んだ空気を、吐出口４０を通じてヒート
シンク２４の冷却風通路３３や半導体パッケージ１５の
周囲に冷却風として送風する。
【００７４】この冷却風は、冷却風通路３３を流れる過
程でヒートシンク２４の熱交換部２７を強制的に冷却し
た後、冷却風出口３４を通じて筐体５の外方に排出され
る。このため、受熱部２６から熱交換部２７に伝えられ
た熱の一部は、冷却風の流れに乗じて筐体５の外方に放
出されることになり、半導体パッケージ１５の放熱が促
進される。
【００７５】ところで、上記構成によると、発熱するIC
チップ１７とヒートシンク２４の受熱部２６との間に熱
拡散部材４５が介在され、この熱拡散部材４５の第１の
熱接続面４８ａは、複数のばね部５５によってICチップ
１７の発熱面１９に押し付けられている。このため、第
１の熱接続面４８ａと発熱面１９との間のクリアランス
S1は、限りなく０に近い値に保持され、ここに介在され
る第１の熱伝導部材５６が極めて薄くなる。よって、第
１の熱接続面４８ａと発熱面１９との熱接続部分の熱抵
抗を小さく抑えることができ、ICチップ１７の熱を効率
良く熱拡散部材４５の拡散板４６に伝えることができ
る。
【００７６】また、この拡散板４６の第１および第２の
熱接続面４８ａ，４８ｂは、ICチップ１７の発熱面１９
よりも遥かに大きな面積を有し、しかも、拡散板４６そ
のものが第１および第２の熱伝導部材５６，５７よりも
熱伝導性に優れている。このことから、ICチップ１７か
ら拡散板４６に移された熱は、第１および第２の熱接続
面４８ａ，４８ｂの面方向に沿って拡散板４６の隅々ま
で速やかに拡散され、ICチップ１７の発熱面１９よりも
拡大された領域から第２の熱伝導部材５７を通じてヒー
トシンク２４の受熱部２６に伝えられる。
【００７７】このため、熱拡散部材４５とヒートシンク
２４の受熱部２６との熱接続部分においては、熱伝導に
必要な面積を充分に確保することができ、単位面積当た
りの熱流量が少なく抑えられる。よって、拡散板４６の
第２の熱接続面４８ｂと受熱部２６との間のクリアラン
スS2が上記クリアランスS1よりも広くて、第２の熱伝導
部材５７の厚みが増していても、第２の熱接続面４８ｂ
と受熱部２６との温度差を低く抑えることができる。
【００７８】したがって、ICチップ１７からヒートシン
ク２４に至る熱伝達経路に熱拡散部材４５を介在させる
ことで、ICチップ１７の熱を効率良くヒートシンク２４
に伝えることができ、ICチップ１７の放熱性能を高める
ことができる。
【００７９】さらに、上記構成によると、回路基板１３
に対する半導体パッケージ１５の実装高さにばらつきが
生じたり、ヒートシンク２４の受熱部２６に寸法公差が
生じる等して、受熱部２６とICチップ１７との間の寸法
が変動した場合には、主に広いクリアランスS2に充填さ
れた柔軟な第２の熱伝導部材５７が撓み、寸法の変動分
を吸収する。
【００８０】すなわち、第２の熱伝導部材５７が撓むこ
とで、見掛け上、熱拡散部材４５の拡散板４６がヒート
シンク２４に対し浮動状態に保たれる。そのため、ヒー
トシンク２４の受熱部２６を浮動的に設置する必要はな
く、この受熱部２６に伝えられたICチップ１７の熱をヒ
ートシンク２４の隅々にまで無理なく拡散させることが
できる。よって、ヒートシンク２４によるICチップ１７
の放熱性能を高めることができるとともに、ヒートシン
ク２４から稼動部分を排除して、このヒートシンク２４
を軽くコンパクトに形成することができる。
【００８１】また、ヒートシンク２４から稼動部分が無
くなるので、強度的な面で有利な構成となり、ポータブ
ルコンピュータ１の運搬時にヒートシンク２４ががたつ
く虞も無い。
【００８２】その上、半導体パッケージ１５に隣接され
た熱拡散部材４５は、ヒートシンク２４を介して回路基
板１３のグランド層に電気的に導通されているので、こ
の熱拡散部材４５を利用して半導体パッケージ１５を電
磁的シールドすることができる。このため、半導体パッ
ケージ１５からの電磁ノイズの漏洩を防止することがで
き、ノイズ対策面でも有利となるといった利点がある。
【００８３】なお、上記第１の実施の形態では、第１の
熱伝導部材５６としてグリースを用いたが、本発明はこ
れに特定されるものではなく、このグリースの代わりに
例えば半田を用いても良い。この半田は、グリースに比
べて熱伝導率が格段に優れるので、ICチップ１７と拡散
板４６との熱接続部分の熱抵抗をより一層低減すること
ができ、ICチップ１７の熱を効率良く拡散板４６に伝え
ることができる。
【００８４】また、図１４は、本発明の第２の実施の形
態を開示している。
【００８５】この第２の実施の形態は、熱拡散部材４５
の側板４７の構成が第１の実施の形態と相違しており、
それ以外の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００８６】図１４に示すように、熱拡散部材４５の側
板４７は、その舌片５３の上縁から上向きに延びる延出
部８１を有している。延出部８１の上端には、内向きに
折り返された係止部８２が形成されており、この係止部
８２は、半導体パッケージ１５のベース基板１６の角部
１８において、その他方の面１６ｂに取り外し可能に引
っ掛かっている。
【００８７】このため、熱拡散部材４５は、その係合部
５４に対応する四隅部にて半導体パッケージ１５に保持
されている。
【００８８】このような構成によると、回路基板１３に
実装された半導体パッケージ１５に熱拡散部材４５を引
っ掛けておくことができ、この熱拡散部材４５を半導体
パッケージ１５とヒートシンク２４との間に介在させる
際に、熱拡散部材４５の脱落や位置ずれを未然に防止す
ることができる。よって、半導体パッケージ１５とヒー
トシンク２４とを熱的に接続するに際して、熱拡散部材
４５の取り扱いを容易に行なうことができ、その分、作
業性が良好となる。
【００８９】図１５および図１６は、本発明の第３の実
施の形態を開示している。
【００９０】この第３の実施の形態は、熱拡散部材４５
を利用して半導体パッケージ１５のシールド効果を高め
るようにした点が第１の実施の形態と相違しており、そ
れ以外の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００９１】図１５に示すように、回路基板１３の実装
面１３ａには、複数のグランド用のパッド９１が配置さ
れている。これらパッド９１は、半導体パッケージ１５
の実装領域の周囲に位置され、回路基板１３の内部の図
示しないグランド層に電気的に接続されている。
【００９２】また、導電性を有する熱拡散部材４５の側
板４７は、その舌片５３の上端に上向きに延びる端子部
９２を一体に有している。端子部９２は、半導体パッケ
ージ１５の周囲に位置され、夫々回路基板１３のパッド
９１に半田付けされている。このため、熱拡散部材４５
は、回路基板１３のグランド層に直接接続されている。
【００９３】このような構成によると、熱拡散部材４５
は、回路基板１３との間で半導体パッケージ１５を挟み
込んだ状態で回路基板１３のグランド層に電気的に導通
されているので、この熱拡散部材４５が半導体パッケー
ジ１５を取り囲む近接導体として機能し、この熱拡散部
材４５を半導体パッケージ１５のシールド体として活用
することができる。このため、半導体パッケージ１５か
らの電磁ノイズの漏洩をより一層防止することができ、
低周波域から高周波域までの広い範囲に亘ってシールド
効果を高めることができる。
【００９４】また、熱拡散部材４５の端子部９２が回路
基板１３に半田付けされるので、この熱拡散部材４５を
回路基板１３に保持しておくことができる。このため、
半導体パッケージ１５とヒートシンク２４とを熱的に接
続する際に、熱拡散部材４５の脱落や位置ずれを防止す
ることができ、ポータブルコンピュータ１の組み立て時
の作業性が向上する。
【００９５】図１７は、本発明の第４の実施の形態を開
示している。
【００９６】この第４の実施の形態では、ヒートシンク
２４の受熱部２６に複数のボス１０１が一体に形成され
ている。ボス部１０１は、回路基板１３のパッド９１に
向けて上向きに突出されており、これらボス部１０１の
先端面１０１ａとパッド９１との間に熱拡散部材４５の
端子部９２が介在されている。
【００９７】回路基板１３は、ねじ１０２を介してボス
部１０１に固定されている。この固定により、熱拡散部
材４５の端子部９２がボス部１０１の先端面１０１ａと
パッド９１との間で挟み込まれ、この熱拡散部材４５が
回路基板１３のグランド層に直接接続されている。
【００９８】このような構成によると、熱拡散部材４５
は、回路基板１３との間で半導体パッケージ１５を挟み
込んだ状態で回路基板１３のグランド層に電気的に導通
されるので、この熱拡散部材４５が半導体パッケージ１
５を取り囲む近接導体として機能する。そのため、上記
第３の実施の形態と同様に、半導体パッケージ１５から
の電磁ノイズの漏洩をより確実に防止することができ、
低周波域から高周波域までの広い範囲に亘ってシールド
効果を高めることができる。
【００９９】加えて、端子部９２を介して熱拡散部材４
５を回路基板１３に保持しておくことができるので、半
導体パッケージ１５とヒートシンク２４とを熱的に接続
する際に、熱拡散部材４５の脱落や位置ずれを確実に防
止でき、ポータブルコンピュータ１の組み立て時の作業
性が向上する。
【０１００】図１８は、本発明の第５の実施の形態を開
示している。
【０１０１】この第５の実施の形態では、拡散板４６の
第１の熱接続面４８ａと半導体パッケージ１５のベース
基板１６との間に、接着性を有する熱可塑性樹脂材料、
例えばパラフィン系材料からなる充填剤１１０が充填さ
れている。この充填剤１１０は、熱拡散部材４５と半導
体パッケージ１５とを互いに接着固定しており、発熱す
るICチップ１７を取り囲んでいる。
【０１０２】このような構成によれば、熱拡散部材４５
は、充填剤１１０を介して半導体パッケージ１５に接着
固定されるので、半導体パッケージ１５と熱拡散部材４
５との位置関係が一定に保たれる。このため、半導体パ
ッケージ１５とヒートシンク２４とを熱的に接続する際
に、熱拡散部材４５の脱落や位置ずれを確実に防止する
ことができ、ポータブルコンピュータ１の組み立て時の
作業性が向上するといった利点がある。
【０１０３】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、ヒートシ
ンクや発熱体の寸法公差を吸収しつつ、この発熱体（IC
チップ）の熱をヒートシンクに効率良く伝えて無理なく
拡散させることができ、発熱体の放熱性能を高めること
ができる。
【０１０４】また、熱拡散部材が電子部品の近接導体と
して機能するので、この熱拡散部材を利用して電子部品
からの電磁ノイズの漏洩を防止することができ、低周波
域から高周波域までの広い範囲に亘ってシールド効果を
高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態において、ポータブ
ルコンピュータと冷却ユニットとを互いに分離した状態
を示す斜視図。
【図２】ポータブルコンピュータと冷却ユニットとを互
いに分離した状態を示す断面図。
【図３】ポータブルコンピュータの断面図。
【図４】筐体に組み込まれた冷却装置を示すポータブル
コンピュータの断面図。
【図５】冷却装置の斜視図。
【図６】半導体パッケージと熱拡散部材との位置関係を
示す斜視図。
【図７】熱拡散部材の斜視図。
【図８】BGA形の半導体パッケージ、熱拡散部材および
ヒートシンクとの位置関係を示す断面図。
【図９】BGA形の半導体パッケージを熱拡散部材を介し
てヒートシンクに熱的に接続した状態を示す断面図。
【図１０】図９のF10−F10線に沿う断面図。
【図１１】（Ａ）は、図９のF11A−F11A線に沿う断面
図。（Ｂ）は、図９のF11B−F11B線に沿う断面図。
【図１２】筐体の底壁からカバーを取り外し、熱伝導シ
ートおよびヒートシンクを露出させた状態を示すポータ
ブルコンピュータの斜視図。
【図１３】筐体の底壁にカバーを取り付けた状態を示す
ポータブルコンピュータの斜視図。
【図１４】（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態におい
て、BGA形の半導体パッケージを熱拡散部材を介してヒ
ートシンクに熱的に接続した状態を示す断面図。（Ｂ）
は、図１４の（Ａ）のＸ部を拡大して示す断面図。
【図１５】本発明の第３の実施の形態において、BGA形
の半導体パッケージを熱拡散部材を介してヒートシンク
に熱的に接続した状態を示す断面図。
【図１６】本発明の第３の実施の形態で用いる熱拡散部
材の斜視図。
【図１７】本発明の第４の実施の形態において、BGA形
の半導体パッケージを熱拡散部材を介してヒートシンク
に熱的に接続した状態を示す断面図。
【図１８】本発明の第５の実施の形態において、BGA形
の半導体パッケージを熱拡散部材を介してヒートシンク
に熱的に接続した状態を示す断面図。
【符号の説明】５…筐体、１３…回路基板、１３ａ…実装面、１５…半
導体パッケージ（電子部品）、１７… IC チップ、１９…
発熱面、２３…冷却装置、２４…ヒートシンク、４５…
熱拡散部材、４８ａ…第１の熱接続面、４８ｂ…第２の
熱接続面、５３…舌片、５６…第１の熱伝導部材、５７
…第２の熱伝導部材、９１…パッド、９２…端子部、１
０１…ボス部、 S1,S2 …クリアランス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/36 H05K 7/20 G06F 1/20

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発熱体の発熱面と向かい合うヒートシン
    クと、 上記発熱体と上記ヒートシンクとの間に介在され、上記
    発熱体の熱を上記ヒートシンクに伝えるとともに、上記
    発熱体の上記発熱面を外れた位置に取り外し可能に引っ
    掛かる複数の舌片を有する熱拡散部材と、 上記発熱体と上記熱拡散部材との間のクリアランスに介
    在され、これら発熱体と熱拡散部材とを熱的に接続する
    第１の熱伝導部材と、 上記熱拡散部材と上記ヒートシンクとの間のクリアラン
    スに介在され、これら熱拡散部材とヒートシンクとを熱
    的に接続するとともに、上記クリアランスの大きさに追
    従して変位可能な第２の熱伝導部材と、を具備し、上記熱拡散部材は、上記発熱体の発熱面と向かい合う第
    １の熱接続面と、上記ヒートシンクと向かい合う第２の
    熱接続面とを有し、 上記発熱体と上記熱拡散部材との間
    のクリアラアンスは、上記熱拡散部材と上記ヒートシン
    クとの間のクリアランスよりも狭く設定され、上記熱拡
    散部材は、上記第２の熱伝導部材よりも熱伝導性に優れ
    るとともに、上記発熱体よりも大きな形状を有すること
    を特徴とする冷却装置。
  2. 【請求項２】 請求項１の記載において、上記熱拡散部
    材は、ばねを介して上記発熱体の発熱面に向けて付勢さ
    れていることを特徴とする冷却装置。
  3. 【請求項３】 請求項２の記載において、上記発熱体と
    上記熱拡散部材との間のクリアランスは、限りなく０に
    近いことを特徴とする冷却装置。
  4. 【請求項４】 請求項１又は請求項３の記載において、
    上記第１の熱伝導部材は、上記第２の熱伝導部材よりも
    熱伝導性に優れていることを特徴とする冷却装置。
  5. 【請求項５】 請求項１の記載において、上記ヒートシ
    ンクは、上記第２の熱伝導部材を間に挟んで上記熱拡散
    部材と向かい合う受熱部と、この受熱部に熱的に接続さ
    れた熱交換部とを有し、少なくとも上記熱交換部にファ
    ンを介して冷却風が送風されることを特徴とする冷却装
    置。
  6. 【請求項６】 グランド用の複数のパッドが配置された
    実装面を有する回路基板と、 この回路基板の実装面に実装され、この実装面の反対側
    に発熱部を有する電子部品と、 上記パッドに対応した位置で上記回路基板に固定される
    複数のボス部を有するとともに、上記電子部品と向かい
    合うヒートシンクと、 上記電子部品と上記ヒートシンクとの間に介在され、上
    記発熱部よりも大きな形状を有するとともに、この発熱
    部の熱を上記ヒートシンクに伝える熱拡散部材と、 上記発熱部と上記熱拡散部材との間のクリアランスに介
    在され、これら発熱部と熱拡散部材とを熱的に接続する
    第１の熱伝導部材と、 上記熱拡散部材と上記ヒートシンクとの間のクリアラン
    スに介在され、これら熱拡散部材とヒートシンクとを熱
    的に接続するとともに、上記クリアランスの大きさに追
    従して変位可能な第２の熱伝導部材と、を具備し、 上記発熱部と上記熱拡散部材との間のクリアランスは、
    上記熱拡散部材と上記ヒートシンクとの間のクリアラン
    スよりも狭く設定され、上記熱拡散部材は、上記第２の
    熱伝導部材よりも熱伝導性に優れた導電性材料にて構成
    されているとともに、上記パッドと上記ボス部の先端面
    との間で挟み込まれて上記パッドに直接接続される複数
    の端子部を備 えていることを特徴とする冷却装置。
  7. 【請求項７】 筐体と、 上記筐体に収容され、グランド用の複数のパッドを有す
    る回路基板と、 上記回路基板に実装され、発熱する IC チップを有する半
    導体パッケージと、 上記筐体に収容され、上記 IC チップよりも大きなヒート
    シンクと、 上記 IC チップと上記ヒートシンクとの間に介在され、上
    記 IC チップの熱を上記ヒートシンクに伝えるとともに、
    上記パッドに直接接続される複数の端子部を有する熱拡
    散部材と、 上記 IC チップと上記熱拡散部材との間のクリアランスに
    介在され、これら IC チップと 熱拡散部材とを熱的に接続
    する第１の熱伝導部材と、 上記熱拡散部材と上記ヒートシンクとの間のクリアラン
    スに介在され、これら熱拡散部材とヒートシンクとを熱
    的に接続するとともに、上記クリアランスの大きさに追
    従して変位可能な第２の熱伝導部材と、を具備し、 上記 IC チップと上記熱拡散部材との間のクリアランス
    は、上記熱拡散部材と上記ヒートシンクとの間のクリア
    ランスよりも狭く設定され、上記熱拡散部材は、上記第
    ２の熱伝導部材よりも熱伝導性に優れるとともに、上記
    IC チップよりも大きな形状を有することを特徴とする電
    子機器。
  8. 【請求項８】 請求項７の記載において、上記熱拡散部
    材および上記ヒートシンクは、夫々導電性を有する金属
    材料にて構成され、この熱拡散部材は、上記ヒートシン
    クを介して上記回路基板に電気的に導通されていること
    を特徴とする電子機器。
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