JP2006269685A - 受熱シート、電子機器及び受熱シートの製造方法 - Google Patents

受熱シート、電子機器及び受熱シートの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 熱に弱い電子部品を保護でき、また位置ずれが起きない受熱シート、この受熱シートを有する電子機器、及び、この受熱シートを製造するための方法を提供する。
【解決手段】 発熱が大きい電子部品である発熱部品4,5,6には受熱シート1の伝熱部分11が接触し、発熱が小さくて熱に弱い電子部品である低温部品7には受熱シート1の断熱部分12が接触している。発熱部品4,5,6で発生した熱は、接触された受熱シート1(伝熱部分11)に伝えられ、その熱流は中子部材8、筐体2へと伝わり、発熱部品4,5,6が冷却される。低温部品7は、断熱部分12に接触しており、発熱部品4,5,6で発生した熱が受熱シート1を介して伝わらず、また周囲の輻射熱からも守られ、熱ダメージを受けることがない。
【選択図】 図3

Description

本発明は、電子部品などの発熱体からの熱を受ける受熱シート、該受熱シートを有する電子機器、及び、該受熱シートを製造する方法に関する。
デスクトップ型のコンピュータ、ノート型のコンピュータ、移動体通信機器などの電子機器は、CPU素子、コイル素子、コンデンサなどの電子部品がプリント基板上に設けられている。近年、電子機器における処理の高速化、高機能化、高性能化に伴って、これらの電子部品の動作中の発熱量が増加する傾向にある。電子機器の安定した動作を持続させるためには、電子部品から発生した熱を迅速に外部へ放出して放熱性を高める必要がある。
電子部品の上方に十分な空間を確保できるような場合には、ヒートシンク及び冷却ファンを用いた空冷方式、または、冷却液体が循環される流路を用いた液冷方式により、電子部品を直接冷却する手法が採用される。一方、このような冷却用部材を設ける空間を電子部品の上方に取れない場合には、金属、炭素製の伝熱板またはヒートパイプなどを設けて、電子部品からの熱を、ヒートシンク、冷却ファンなどの設置場所まで移送する方式が採用されている。
しかしながら、高さが異なる複数の電子部品が同一基板上に設定されている場合には、この伝熱板、ヒートパイプの設置、加工は困難である。そこで、このような場合には、比較的熱伝導性が高いシリコーンゴムからなる厚さ数mm程度の受熱シートで基板全体を覆うようにして、電子部品からの熱を拡散する方法が知られている。(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−26968号公報
このようなシリコーンゴム製の受熱シートを用いる方法では、発熱する電子部品上に金属製のヒートシンクを設置する方法に比べて、狭い空間で多数の電子部品を冷却できるという利点があるが、以下に述べるような問題点もある。受熱シートが加熱されて温度が上昇していくと、熱に弱い電子部品が受熱シートから逆に熱を受けることになってその電子部品の特性が劣化する可能性がある。また、プリント基板上に設置される電子部品の高さは、部品の種類によってまちまちであり、背が高い電子部品には高圧がかかるため、その電子部品のプリント基板との接合部にダメージを与えることになる。高圧によるダメージを防ぐために、可撓性を有する受熱シートが有用となるが、その可撓性のために、電子機器の姿勢変化の際に、受熱シートの位置ずれまたは剥離が発生することになる。一方、背が低い電子部品では、圧力が低すぎて受熱シートが十分に密着しなくて冷却効率が低くなるという問題がある。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、伝熱部分と断熱部分とを有するように構成することにより、上述したような問題点を解消でき、特に熱に弱い電子部品を保護できる受熱シート、この受熱シートを有する電子機器、及び、この受熱シートを製造するための受熱シートの製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る受熱シートは、複数の発熱体で発生した熱を受ける受熱シートにおいて、伝熱部分と断熱部分とを有することを特徴とする。
本発明の受熱シートにあっては、発熱が大きい発熱体には伝熱部分を接触させ、発熱が小さくて熱に弱い発熱体には断熱部分を接触させる。よって、高温となる発熱体からは伝熱部分を介して多くの熱が移送され、一方、熱に弱い発熱体は断熱部分に接触されているため、受熱シートから熱を受けることがなく、熱による悪影響が生じない。
本発明に係る電子機器は、複数の電子部品で発生した熱を受ける受熱シートを有する電子機器において、前記受熱シートは伝熱部分と断熱部分とを有しており、前記複数の電子部品の中で発熱が大きい第1の電子部品には前記伝熱部分が接触し、前記第1の電子部品の発熱より小さい発熱の第2の電子部品には前記断熱部分が接触するように、前記受熱シートを設けてあることを特徴とする。
本発明の電子機器にあっては、発熱が大きい第1の電子部品には受熱シートの伝熱部分を接触させ、発熱が小さくて熱に弱い第2の電子部品には受熱シートの断熱部分を接触させる。よって、高温となる第1の電子部品からは伝熱部分を介して多くの熱が移送され、一方、熱に弱い第2の電子部品は断熱部分に接触されているため、受熱シートから熱を受けることがなく、特性の劣化などのような熱による悪影響が生じない。
本発明に係る受熱シートの製造方法は、伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートを製造する方法であって、1または複数の伝熱体と1または複数の断熱体とを結合して結合体を作製し、作製した結合体からなることを特徴とする。
本発明の受熱シートの製造方法にあっては、伝熱体と断熱体とを結合させて結合体を作製し、例えば作製した結合体をスライスすることにより、伝熱部分及び断熱部分を有する受熱シートを製造する。よって、伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートが容易に製造される。
本発明に係る受熱シートの製造方法は、伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートを製造する方法であって、シート状の伝熱体または断熱体に孔を開け、開けた孔にシート状の断熱体または伝熱体を嵌め込むことを特徴とする。
本発明の受熱シートの製造方法にあっては、シート状の伝熱体または断熱体に孔を開け、開けた孔にシート状の断熱体または伝熱体を嵌め込むことにより、伝熱部分及び断熱部分を有する受熱シートを製造する。よって、伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートが容易に製造される。
本発明に係る受熱シートの製造方法は、伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートを製造する方法であって、前記受熱シートの金型を作製し、作製した金型に、1または複数の孔が開けられたシート状の伝熱体または断熱体を設置し、前記孔にシート状の断熱体または伝熱体を形成することを特徴とする。
本発明の受熱シートの製造方法にあっては、受熱シートの金型を作製し、作製した金型に、孔が開けられたシート状の伝熱体または断熱体を設置し、その孔にシート状の断熱体または伝熱体を形成することにより、伝熱部分及び断熱部分を有する受熱シートを製造する。よって、伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートが容易に製造される。
本発明の受熱シートでは、伝熱部分と断熱部分とを有するようにしたので、高温となる発熱体からは伝熱部分を介して多くの熱を移送でき、一方、熱に弱い発熱体は断熱部分に接触されていて受熱シートから熱を受けることがなく、熱による悪影響の発生を抑制することができる。
また、本発明の電子機器では、複数の電子部品の中で発熱が大きい電子部品には受熱シートの伝熱部分が接触し、発熱が小さい電子部品には受熱シートの断熱部分が接触するように、受熱シートを設けるようにしたので、高温となる電子部品からは伝熱部分を介して多くの熱を移送でき、一方、熱に弱い電子部品は断熱部分に接触されていて受熱シートから熱を受けることがなく、特性の劣化などのような熱による悪影響の発生を抑制することができる。
また、本発明の受熱シートの製造方法では、1または複数の伝熱体と1または複数の断熱体とを結合して結合体を作製し、例えば作製した結合体をスライスするようにしたので、伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートを容易に製造することができる。
また、本発明の受熱シートの製造方法では、シート状の伝熱体または断熱体に孔を開け、開けた孔にシート状の断熱体または伝熱体を嵌め込むようにしたので、伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートを容易に製造することができる。
また、本発明の受熱シートの製造方法では、受熱シートの金型を作製し、作製した金型に、1または複数の孔が開けられたシート状の伝熱体または断熱体を設置し、その孔にシート状の断熱体または伝熱体を形成するようにしたので、伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートを再現性良く容易に製造することができる。
以下、本発明についてその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
図1は、本発明の受熱シートを示す斜視図である。受熱シート1は、伝熱性を呈する伝熱部分11と断熱性を呈する断熱部分12とを有している。図2(a)は伝熱部分11の構造を示す断面図、図2(b)は断熱部分12の構造を示す断面図である。
伝熱部分11は、例えばシリコーンゴムからなる基材11aに例えば銅線からなる複数の金属線11bを立設させ、上下面を薄い絶縁シート11cで覆った構成をなしている。伝熱方向に配向させて金属線11bを設けているため、伝熱部分11の放熱効率は高い。
断熱部分12は、例えばシリコーンゴムからなる基材12a中に中空状のガラス体であるガラスバルーン12bをフィラーとして拡散させた構成をなしている。なお、ガラスバルーン12bを用いているが、中空状の繊維体(繊維バルーン)、中空状の樹脂体(樹脂バルーン)、多孔質セラミックスなどをフィラーとしてシリコーンゴム製の基材12a中に拡散させて、断熱部分12を構成しても良い。
図3は、図1に示したように伝熱部分11と断熱部分12とを有する受熱シート1を用いた本発明の電子機器の構造を示す断面図である。電子機器は金属製の筐体2を有しており、下側の筐体2にはプリント基板3が設けられている。プリント基板3上には発熱体としての複数の電子部品4,5,6,7が実装されている。電子部品4,5,6は発熱が大きい電子部品(以下、発熱部品4,5,6ともいう)であり、電子部品7は発熱が小さくて熱に弱い電子部品(以下、低温部品7ともいう)である。
両側の筐体2には、例えばアルミニウム製の中子部材8が架設されている。中子部材8の下面に密着させて受熱シート1が設けられている。発熱部品4,5,6には受熱シート1の伝熱部分11が接触し、低温部品7には受熱シート1の断熱部分12が接触している。受熱シート1は柔軟性が高いため、各電子部品との密着性は高い。各伝熱部分11及び断熱部分12は、対応する電子部品の高さに応じて、その厚さが設定されている。金属線11bを有する伝熱部分11が電子部品に接触するが、伝熱部分11の表面に絶縁シート11cを形成しているため、電子部品の伝熱部分11に対する絶縁性は維持される。
面積が小さい発熱部品6に接触する伝熱部分11内には、中子部材8に曲げ加工が施された曲げ加工部8aが入り込んでいる。この曲げ加工部8aは、受熱シート1の位置ずれを防止するために設けられている。なお、電子部品が設けられていない領域には、プリント基板3に接するように断熱部分12が位置している。
発熱部品4,5,6で発生した熱は、接触された受熱シート1(伝熱部分11)に伝えられ、その熱流は中子部材8、筐体2へと伝わり、発熱部品4,5,6が冷却される。この際、受熱シート1(伝熱部分11)の基材11aは柔軟性が高いシリコーンゴムで構成されているため、発熱部品4,5,6と受熱シート1(伝熱部分11)との密着性は高くて接触面積が大きいので、放熱特性は良好である。
低温部品7は、受熱シート1の断熱部分12に接触しているので、発熱部品4,5,6で発生した熱が受熱シート1を介して伝わることがほとんどなく、また、周囲の輻射熱からも守られる。よって、低温部品7は、熱の影響を排除することができ、熱ダメージを受けることがない。
ところで、発熱量が多い電子部品(発熱部品)のみに受熱シートを被せて、発熱量が少なくて熱に弱い電子部品(低温部品)には受熱シートを被せないような手法が考えられる。しかしながら、この手法では、中子部材と低温部品との間に隙間が生じるため、電子機器を傾けた場合などに、受熱シートの位置ずれ、変形などの不具合が生じることになる。これに対して、本発明では、1枚の受熱シート1で全ての電子部品を覆うようにしたので、電子機器を傾けてもこのような不具合は発生しない。
次に、伝熱部分と断熱部分とを有する本発明の受熱シートを製造する3つの方法について説明する。
(第1実施の形態)
図4は、第1実施の形態による受熱シートの製造方法の工程を示す図である。金属線31bをシリコーンゴム製の基材31aに埋設した伝熱ブロック及びシリコーンゴム製の基材32aに断熱用のフィラー(図示せず)を拡散した断熱ブロックを接合させることにより、1または複数の伝熱体21と1または複数の断熱体22とを結合させたた結合体23を作製する(図4(a))。なお、複数の伝熱シート及び断熱シートを積層させて、伝熱体21と断熱体22とを結合させたた結合体23を作製しても良い。
そして、この結合体23を、図4(a)の破線で示す位置でスライスすることにより、伝熱部分11と断熱部分12とを一体的に有する受熱シート1を製造する(図4(b))。以上により、伝熱部分及び断熱部分を有する受熱シートを容易に製造できる。
(第2実施の形態)
図5は、第2実施の形態による受熱シートの製造方法の工程を示す図である。金属線31bをシリコーンゴム製の基材31aに埋設してなる伝熱シート24を作製する(図5(a))。次いで、伝熱シート24の所定領域に打ち抜き加工を施して、1または複数の孔25を形成する(図5(b))。
この孔25に、シリコーンゴム製の基材32aに断熱用のフィラー(図示せず)を拡散してなる断熱ピース26を嵌め込むことにより、伝熱部分11と断熱部分12とを一体的に有する受熱シート1を製造する(図5(c),(d))。以上により、伝熱部分及び断熱部分を有する受熱シートを容易に製造できる。
なお、上述した例では、伝熱シートの孔に断熱ピースを嵌め込むようにしたが、これとは逆に、断熱シートの孔に伝熱ピースを嵌め込んで受熱シートを製造するようにしても良い。
(第3実施の形態)
図6及び図7は、第3実施の形態による受熱シートの製造方法の工程を示す図である。製造する受熱シートの形状に合わせて成形された金型27を作製する(図6(a))。次いで、シリコーンゴム製の基材32aに断熱用のフィラー(図示せず)を拡散してなり、1または複数の孔25が形成された断熱シート28を、金型27内に設置する(図6(b),(c))。
次いで、複数の金属線31bを設けた部材29を、金型27内に設置された伝熱シート28の孔25に金属線31bが入るように、金型27内に配置する(図7(d),(e))。次に、液状のシリコーン30を金型27内に注入して固化させる(図7(f),(g))。最後に、作製物を金型27から取り出すことにより、伝熱部分と断熱部分とを一体的に有する受熱シートを製造する。
以上により、伝熱部分及び断熱部分を有する受熱シートを容易に製造できる。また、金型を利用するため、受熱シートの形状の再現性が良好である。
なお、上述した例では、先に断熱シートを金型に配置して、その後伝熱部分を形成するようにしたが、これとは逆に、先に伝熱シートを金型に配置した後、液状のシリコーンの注入/固化により断熱部分を形成するようにしても良い。
本発明の受熱シート1の伝熱部分11及び/または断熱部分12は、1枚のシートで構成されていても良いし、複数枚のシートを積層して構成されていても良い。図8は、複数枚の伝熱シートを積層して構成される伝熱部分11の一例を示す断面図である。図8に示す例では、各伝熱シート41における金属線11bの配設パターンを調整することにより、熱流の伝達方向(図8の矢符)を制御している。
次に、本発明の受熱シートの効果を調べるために行った実験結果について説明する。発熱が大きい電子部品(発熱部品)と、発熱が少なくて熱に弱い電子部品(低温部品)とを有する模擬製品(外寸法:縦125mm×横56mm×厚さ15mm)を作製し、この模擬製品を用いて本発明例を含む4種類の条件で放熱処理を行って、発熱部品及び低温部品の温度を測定するとともに、受熱シートの位置ずれの有無を調べた。
なお、実験の環境は、室温23℃、相対湿度45%であり、温度測定の際には、温度が平衡状態に達するまで約20分間放置した。また、受熱シートの位置ずれの有無は、模擬製品を90度傾けた状態で調べた。4種類の条件(本発明例,対照例,従来例,比較例)における実験の結果を、下記表1に示す。
Figure 2006269685
本発明例では、上述した第1実施の形態及び第2実施の形態を組み合わせて製造した受熱シート(寸法:縦90mm×横40mm×厚さ3mm)を使用した。使用した本発明の受熱シートは、具体的には以下のようにして製造した。シリコーンゴム(信越化学製)を基材とし、樹脂製の中空バルーン(日本フィライト製)をフィラーとして30体積%だけ散布させてなる断熱体を、切断機によりスライスして伝熱シートを作製する。作製した伝熱シートの所定領域に孔を形成し、形成した孔に、シリコーンゴム(信越化学製)を基材とし、銅線(直径1mm)を金属線として30体積%だけ混合させた伝熱ピースは嵌め込んだ。
対照例では、受熱シートを全く設けなかった。従来例では、全体が均一な構成をなす伝熱シート(シリコーンにアルミナを添加してシート状に成形したもの)からなる受熱シートを全域に貼り付けた。比較例では、従来例と同様の受熱シートを発熱部品にのみ設置し、低温部品には受熱シートを設けなかった。
対照例にあっては、受熱シートを設けていないので、発熱部品の温度が92℃と極めて高温になっており、冷却処理を行えていない。従来例にあっては、発熱部品の冷却は行えているが、熱に弱い低温部品の温度が40℃と高くなっており、熱による低温部品への悪影響が懸念される。比較例にあっては、低温部品の温度上昇は抑制されているが、模擬製品を90度傾けたときに、受熱シートの位置ずれが生じている。
このような対照例、従来例及び比較例に対して、本発明例にあっては、発熱部品の適正な冷却処理を行えているとともに、低温部品の温度上昇を抑制できており、さらに受熱シートの位置ずれも生じていない。
このような結果から、熱特性が異なる複数の電子部品を有する電子機器に対して本発明の受熱シートを適用することにより、電子部品の特性劣化を招くことなく、効率的な冷却処理を行えることが分かる。また、受熱シートの伝熱部分及び絶縁部分の厚さを、接触する電子部品の高さに応じて調整することにより、高さが異なる複数の電子部品を有する電子機器についても冷却処理を効率良く行える。
以上のような実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)複数の発熱体で発生した熱を受ける受熱シートにおいて、伝熱部分と断熱部分とを有することを特徴とする受熱シート。
(付記2)前記伝熱部分は、シリコーンゴムからなる基材に金属線を埋設した構成をなすことを特徴とする付記1記載の受熱シート。
(付記3)前記断熱部分は、シリコーンゴムからなる基材に中空体を拡散した構成をなすことを特徴とする付記1または2記載の受熱シート。
(付記4)複数の電子部品で発生した熱を受ける受熱シートを有する電子機器において、前記受熱シートは伝熱部分と断熱部分とを有しており、前記複数の電子部品の中で発熱が大きい第1の電子部品には前記伝熱部分が接触し、前記第1の電子部品の発熱より小さい発熱の第2の電子部品には前記断熱部分が接触するように、前記受熱シートを設けてあることを特徴とする電子機器。
(付記5)前記伝熱部分及び前記断熱部分の厚さは、接触する発熱が大きい前記第1の電子部品及び発熱が小さい前記第2の電子部品の高さに応じて設定してあることを特徴とする付記4記載の電子機器。
(付記6)前記伝熱部分は、シリコーンゴムからなる基材に金属線を埋設した構成をなしており、前記金属線を熱流の方向に配向させていることを特徴とする付記4または5記載の電子機器。
(付記7)伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートを製造する方法であって、1または複数の伝熱体と1または複数の断熱体とを結合して結合体を作製し、作製した結合体からなることを特徴とする受熱シートの製造方法。
(付記8)伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートを製造する方法であって、シート状の伝熱体または断熱体に孔を開け、開けた孔にシート状の断熱体または伝熱体を嵌め込むことを特徴とする受熱シートの製造方法。
(付記9)伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートを製造する方法であって、前記受熱シートの金型を作製し、作製した金型に、1または複数の孔が開けられたシート状の伝熱体または断熱体を設置し、前記孔にシート状の断熱体または伝熱体を形成することを特徴とする受熱シートの製造方法。
本発明の受熱シートを示す斜視図である。 受熱シートの伝熱部分及び断熱部分の構造を示す断面図である。 本発明の電子機器の構造を示す断面図である。 第1実施の形態による受熱シートの製造方法の工程を示す図である。 第2実施の形態による受熱シートの製造方法の工程を示す図である。 第3実施の形態による受熱シートの製造方法の工程を示す図である。 第3実施の形態による受熱シートの製造方法の工程を示す図である。 伝熱部分の一例を示す断面図である。
符号の説明
1 受熱シート
2 筐体
3 プリント基板
4,5,6 電子部品(発熱部品)
7 電子部品(低温部品)
8 中子部材
11 伝熱部分
11a,31a 基材
11b,31b 金属線
12 断熱部分
12a,32a 基材
12b ガラスバルーン
21 伝熱体
22 断熱体
23 結合体
24 伝熱シート
25 孔
26 断熱ピース
27 金型
28 断熱シート


Claims (5)

  1. 複数の発熱体で発生した熱を受ける受熱シートにおいて、伝熱部分と断熱部分とを有することを特徴とする受熱シート。
  2. 複数の電子部品で発生した熱を受ける受熱シートを有する電子機器において、前記受熱シートは伝熱部分と断熱部分とを有しており、前記複数の電子部品の中で発熱が大きい第1の電子部品には前記伝熱部分が接触し、前記第1の電子部品の発熱より小さい発熱の第2の電子部品には前記断熱部分が接触するように、前記受熱シートを設けてあることを特徴とする電子機器。
  3. 伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートを製造する方法であって、1または複数の伝熱体と1または複数の断熱体とを結合して結合体を作製し、作製した結合体からなることを特徴とする受熱シートの製造方法。
  4. 伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートを製造する方法であって、シート状の伝熱体または断熱体に孔を開け、開けた孔にシート状の断熱体または伝熱体を嵌め込むことを特徴とする受熱シートの製造方法。
  5. 伝熱部分と断熱部分とを有する受熱シートを製造する方法であって、前記受熱シートの金型を作製し、作製した金型に、1または複数の孔が開けられたシート状の伝熱体または断熱体を設置し、前記孔にシート状の断熱体または伝熱体を形成することを特徴とする受熱シートの製造方法。


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