JP2005135937A - 電子機器の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器の冷却効果を向上し、かつ構成を小形、軽量、安価とする。
【解決手段】トランジスタ素子６は、本体部６ａの放熱面６ｂ側に面一に突出した突出部６ｃを有し、筺体内に略水平に取り付けられたプリント板４の下面にトランジスタ素子６をその放熱面６ｂ側を接触させて取り付け、筺体内の底面上に取り付けた熱伝導ゴム８にトランジスタ素子６の放熱面６ｂの反対面側を接触させ、トランジスタ素子６の突出部６ｃと熱伝導ゴム８との間にこの両者に接触して高熱伝導材からなる熱拡散板１２を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、電子機器の冷却構造、特にトランジスタ等の素子の冷却構造に関するものである。

近年、電子機器、特にネットワーク装置の多様化、高機能化、小形化、高密度化等の要求が強くなっている。従来、低発熱量で自然空冷であったこれらの装置は、高機能化、高性能化に伴って発熱量が増加する傾向にある。特に、ＣＰＵの高速化によるＣＰＵの発熱量の増大が著しく、低消費電力化が図られているものの、ヒートシンクやファンを用いた冷却を必要としている。このため、小形化、軽量化、携帯性及び意匠性等を損なうことなく、冷却特性が高い自然空冷の筺体構造が求められている。

現在、電子機器の冷却は、内部に実装されているＬＳＩ等を中心とした素子からの発熱をいかに効率良く冷却するかが課題である。ＣＰＵの場合には、発熱している素子のサイズが大きい場合が多いため、ヒートシンクや熱伝導ゴムなどを取り付けた際の接触面積が大きくなり、接触部の熱抵抗を小さくできる。しかし、近年、ＣＰＵの低消費電力化のために動作電圧が低くなっており（例えば１．５Ｖ程度）、これらの低電圧を作るためにトランジスタを用いて例えば３．３Ｖから１．５Ｖに電圧を落としている。しかしながら、これらのトランジスタは、電圧降下分が発熱となる場合が多いために、ＣＰＵなどの消費電力に応じて大きな熱を発生することが多い。これらのトランジスタは、一般に高い温度で動作が可能であり、トランジスタ自身には問題はないものの、トランジスタの温度が高いとプリント板全体の温度が高くなってしまい、周囲の素子が許容温度を超えてしまうという問題があった。

図５（ａ），（ｂ）は従来の小形電子機器の冷却構造の縦断面図及びトランジスタ素子の斜視図を示し、１は上ケース、２は下ケースであり、これらにより筺体を形成する。３は下ケース２内の底面上に立設された複数のスペーサであり、スペーサ３上にはプリント板４が取付ねじ５により略水平に取り付けられ、プリント板４の下面にはトランジスタ素子６及びＣＰＵ素子７が取り付けられる。トランジスタ素子６は、本体部６ａと、本体部６ａの金属面からなる放熱面６ｂ側に面一に突出させた突出部６ｃと、突出部６ｃの反対側に突出させた端子６ｄと、突出部６ｃに設けた貫通孔６ｅとからなる。下ケース２の底面上には熱伝導ゴム８，９が取り付けられ、熱伝導ゴム８はトランジスタ素子６の放熱面６ｂの反対面と接触し、熱伝導ゴム９はＣＰＵ素子７と接触する。熱伝導ゴム８，９は熱伝導性が良いゴムからなる。１０はプリント板４上に設けられた素子である。この冷却構造では、素子６，７の熱を熱伝導ゴム８，９を介して下ケース２に伝え、放熱して素子６，７を冷却し、これによってプリント板４全体を冷却するようにしている。

図６（ａ），（ｂ）は他の従来の小形電子機器の冷却構造の縦断面図及びヒートシンクの斜視図を示し、プリント板４の上面にトランジスタ素子６の端子６ｄを取り付け、トランジスタ素子６の放熱面６ｂにヒートシンク１１を取り付ける。その他の構成は図５と同様である。この冷却構造ではトランジスタ素子６の熱をヒートシンク１１に伝達し、空冷によりヒートシンク１１の熱を冷却し、プリント板４を冷却するようにしている。

なお、その他の従来の電子機器の冷却構造としては、特許文献１及び特許文献２がある。
特開平１１−１３５９７１号公報 特開２０００−１２４３７１号公報

図５に示した従来の電子機器の冷却構造では、トランジスタ素子６が小さいために熱伝導ゴム８の有効面積（トランジスタ素子６との接触面積）が小さくなり、熱抵抗が大きくなり、トランジスタ素子６の発熱が大きいと、トランジスタ素子６の温度が高くなってしまう。トランジスタ素子６の許容温度は一般に高いために、トランジスタ素子６の温度が許容温度を超えることはないが、トランジスタ素子６がプリント板４に接触しているために、プリント板４の温度が高くなり、プリント板４に接触しているその他の素子が許容温度を超えてしまう場合があった。

又、図６に示した従来の電子機器の冷却構造は、一般的な高発熱のトランジスタ素子６等の放熱構造であるが、図のような水平ユニットの場合、筺体内へ冷気が入り難くなり、冷却が効率的に行われない場合が多く、またヒートシンク１１等の放熱部品が多いために低コスト化が困難であり、大形化した。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、小形、軽量、安価な構成で効果的な冷却を行うことができる電子機器の冷却構造を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係る電子機器の冷却構造は、筺体内にプリント板を略水平に取り付けた電子機器において、本体部と本体部の放熱面側に面一に突出させた突出部とを有し、プリント板の下面に放熱面側を接触させて取り付けられた素子と、筺体内の底面上に素子の反放熱面側と接触して取り付けられた熱伝導ゴムと、高熱伝導材からなり、素子の突出部と熱伝導ゴムとの間にこの両者に接触して設けられた熱拡散板とを備えたものである。

この発明の請求項２に係る電子機器の冷却構造は、筺体内にプリント板を略水平に取り付けた電子機器において、本体部と本体部の放熱面側に面一に突出させた突出部とを有し、プリント板の下面に反放熱面側を接触させて取り付けられた素子と、筺体内の底面上に素子の放熱面側と接触して取り付けられた熱伝導ゴムと、耐熱材からなり、プリント板の下面と素子の突出部との間にこの両者に接触して設けられたスペーサとを備えたものである。

この発明の請求項３に係る電子機器の冷却構造は、筺体内にプリント板を略水平に取り付けた電子機器において、プリント板の下面に熱抵抗が大きい反放熱面側及びサイズが小さい端子が取り付けられた素子と、筺体内の底面上に素子の放熱面側と接触して取り付けられた熱伝導ゴムとを備えたものである。

以上のようにこの発明の請求項１によれば、素子の突出部と熱伝導ゴムとの間に高熱伝導材からなる熱拡散板を設けたので、素子と熱伝導ゴムとの接触面積が実質的に拡大し、この間の熱抵抗が小さくなり、素子の熱は熱伝導ゴムを介して筺体に伝達され易くなり、素子の冷却効果が向上し、電子機器全体の冷却効果も向上する。又、熱各三判を設けるだけであり、ヒートシンクやファンを設けることがないので、小形、軽量、安価となる。

請求項２によれば、素子の放熱面側と熱伝導ゴムとを接触させており、この間の熱抵抗を小さくして素子の熱を熱伝導ゴムを介して筺体に効果的に伝達することができ、冷却効果を向上することができる。又、熱伝導ゴムは絶縁材であるから素子の放熱面が金属面で形成されていても、その絶縁を確保することができる。さらに、プリント板の下面と素子の突出部との間に耐熱材からなるスペーサを設けたので、プリント板と素子との接触面積が増大し、この間の熱抵抗が小さくなり、冷却効果を高めることができる。しかも、スペーサを設けるだけであるので、小形、軽量、安価となる。

請求項３によれば、素子から熱伝導ゴムへの熱抵抗を小さくして素子の冷却効果を高めるとともに、プリント板には素子をその熱抵抗が大きい反放熱面側及び熱抵抗が大きい端子を接触させて取り付けて、プリント板の温度上昇を抑制しており、電子機器全体の冷却効果を高めることができる。しかも、特別な部品を設けないので、小形、軽量、安価にすることができる。

実施最良形態１
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１（ａ）〜（ｃ）はこの発明の実施最良形態１による電子機器の冷却構造の縦断面図、トランジスタの斜視図及び熱拡散板の斜視図を示し、上ケース１と下ケース２とからなる筺体において、下ケース２内の底面上に複数のスペーサ３が立設され、各スペーサ３上にはプリント板４が取付ねじ５により略水平に取り付けられる。トランジスタ素子６は本体部６ａと、本体部６ａの金属面からなる放熱面６ｂ側に面一に突出させた突出部６ｃと、突出部６ｃの反対側に突出させた端子６ｄと、突出部６ｃに設けた貫通孔６ｅからなり、トランジスタ素子６はプリント板４の下面に放熱面６ｂ側を接触させて取り付けられる。

プリント板６の下面にはＣＰＵ素子７も取り付けられ、下ケース２内の底面上には熱伝導ゴム８，９が取り付けられ、熱伝導ゴム８はトランジスタ素子６の放熱面６ｂの反対面側と接触し、熱伝導ゴム９はＣＰＵ素子７と接触する。熱伝導ゴム８，９は、熱伝導が良好なゴムからなる。１２は金属などの高熱伝導材からなる熱拡散板であり、一方の面にずれ止め突起１２ａを有し、このずれ止め突起１２ａをトランジスタ素子６の貫通孔６ｅに嵌合し、熱拡散板１２を熱伝導ゴム８とトランジスタ素子６の突出部６ｃとの間にこの両者に接触して配設する。

上記した実施最良形態１においては、トランジスタ素子６の突出部６ｃと熱伝導ゴム８との間に熱拡散板１２を設けたことにより、トランジスタ素子６と熱伝導ゴム８との接触面積は実質的に増大し、この間の熱抵抗が小さくなり、トランジスタ素子６の熱は熱拡散板１２及び熱伝導ゴム８を介して下ケース２に伝達され易くなり、トランジスタ素子６は効果的に冷却され、プリント板４の冷却効果も向上し、電子機器全体の冷却効果も向上する。しかも、熱拡散板１２を設けるだけであり、ヒートシンクやファンを設けないので、小形、軽量、安価な構成とすることができる。

実施最良形態２
図２（ａ），（ｂ）はこの発明の実施最良形態２による電子機器の冷却構造の縦断面図及びスペーサの斜視図を示し、プリント板４の下面にはトランジスタ素子６の放熱面６ｂの反対面側を接触させて取り付け、下ケース２の底面上に取り付けられた熱伝導ゴム８はトランジスタ素子６の放熱面６ｂ側と接触している。１３は耐熱樹脂からなるスペーサであり、一方の面にずれ止め突起１３ａが設けられ、このずれ止め突起１３ａをトランジスタ素子６の貫通孔６ｃに嵌合し、スペーサ１３をプリント板４の下面とトランジスタ素子６の突出部６ｃとの間にこの両者に接触して設けられる。その他の構成は実施最良形態１と同様である。

実施最良形態２においては、トランジスタ素子６の放熱面６ｂと熱伝導ゴム８とを接触させており、この両者の間の熱抵抗が小さくなり、トランジスタ素子６の熱を熱伝導ゴム８を介して下ケース２に伝導し、効果的に冷却することができ、また放熱面６ｂは金属面であるから熱伝導ゴム８により絶縁を確保することができる。又、プリント板４の下面とトランジスタ素子６の突出部６ｂとの間にこの両者に接触してスペーサ１３を設けたので、プリント板４とトランジスタ素子６との接触面積が増大し、この間の熱抵抗が小さくなり、冷却効果を高めることができる。しかも、スペーサ１３を設けるだけであるから、小形、軽量、安価とすることができる。

実施最良形態３
図３は実施最良形態３による電子機器の冷却構造の縦断面図、図４（ａ），（ｂ）は同じく実施最良形態４によるトランジスタ素子の裏面側から見た斜視図及び表面側から見た斜視図である。トランジスタ素子１４は本体部１４ａの表面側に金属面からなる放熱面１４ｂを有し、放熱面１４ｂ以外の表面は樹脂により覆われている。又、本体部１４ａの裏面側に４つの突出部１４ｃが設けられている。また、本体部１４ａの一方の側部からは端子１４ｄが突出して形成され、本体部１４ａの他方の側部からも端子１４ｅが突出形成されている。プリント板４の下面にはトランジスタ素子１４がその放熱面１４ｂの反対面側の突出部１４ｃが接触して取り付けられ、端子１４ｄ，１４ｅもプリント板４の下面に取り付けられる。下ケース２内の底面上に取り付けられた熱伝導ゴム８はトランジスタ素子１４の放熱面１４ｂ側と接触する。

トランジスタ素子１４の放熱面１４ｂは内部の発熱部分と低熱抵抗となっており、トランジスタ素子１４の大部分の発熱はこの放熱面１４ｂから放熱され、反対面側は高熱抵抗となっている。又、トランジスタ素子１４の突出部１４ｃがプリント板４と接触するので、接触面積が小さくなり、また突出部１４ｃの材料の熱伝導率を小さくする。また、端子１４ｄ、１４ｅの幅を狭くするなどして、そのサイズを小さくし、熱抵抗を大きくする。さらに、プリント板４に形成されるパターンを小さくする。このように、熱伝導ゴム８にはトランジスタ素子１４の放熱面１４ｂ側を接触させて熱抵抗を小さくし、トランジスタ素子１４の発熱を熱伝導ゴム８を介して下ケース２に伝導、放熱させて、効果的に冷却し、一方トランジスタ素子１４からプリント板４へは熱抵抗を大きくし、プリント板４の温度上昇を抑制し、これによって電子機器全体の冷却効果を高めている。

実施最良形態３においては、トランジスタ素子１４から熱伝導ゴム８への熱抵抗を小さくしてトランジスタ素子１４を効果的に冷却するとともに、トランジスタ素子１４からプリント板４への熱抵抗を大きくしてプリント板４の温度上昇を抑制し、電子機器全体の冷却効果を高めている。しかも、特別な部品を設けることがないので、小形、軽量、安価にすることができる。

この発明の実施最良形態１による電子機器の冷却構造の縦断面図、トランジスタ素子の斜視図及び熱拡散板の斜視図である。 実施最良形態２による電子機器の冷却構造の縦断面図及びスペーサの斜視図である。 実施最良形態３による電子機器の冷却構造の縦断面図である。 実施最良形態３によるトランジスタ素子の裏面側から見た斜視図及び表面側から見た斜視図である。 従来の小形電子機器の冷却構造の縦断面図及びトランジスタ素子の斜視図である。 他の従来の小形電子機器の冷却構造の縦断面図及びヒートシンクの斜視図である。

符号の説明

１…上ケース
２…下ケース
４…プリント板
６，１４…トランジスタ素子
６ａ…本体部
６ｂ，１４ｂ…放熱面
６ｃ，１４ｃ…突出部
６ｄ，１４ｄ，１４ｅ…端子
８…熱伝導ゴム
１２…熱拡散板
１３…スペーサ

Claims (3)

1. 筺体内にプリント板を略水平に取り付けた電子機器において、本体部と本体部の放熱面側に面一に突出させた突出部とを有し、プリント板の下面に放熱面側を接触させて取り付けられた素子と、筺体内の底面上に素子の反放熱面側と接触して取り付けられた熱伝導ゴムと、高熱伝導材からなり、素子の突出部と熱伝導ゴムとの間にこの両者に接触して設けられた熱拡散板とを備えたことを特徴とする電子機器の冷却構造。
2. 筺体内にプリント板を略水平に取り付けた電子機器において、本体部と本体部の放熱面側に面一に突出させた突出部とを有し、プリント板の下面に反放熱面側を接触させて取り付けられた素子と、筺体内の底面上に素子の放熱面側と接触して取り付けられた熱伝導ゴムと、耐熱材からなり、プリント板の下面と素子の突出部との間にこの両者に接触して設けられたスペーサとを備えたことを特徴とする電子機器の冷却構造。
3. 筺体内にプリント板を略水平に取り付けた電子機器において、プリント板の下面に熱抵抗が大きい反放熱面側及びサイズが小さい端子が取り付けられた素子と、筺体内の底面上に素子の放熱面側と接触して取り付けられた熱伝導ゴムとを備えたことを特徴とする電子機器の冷却構造。

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