JP2006278395A - 熱分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度実装の情報処理端末に適した熱分離装置を提供する。
【解決手段】ケース10内に収納された熱分離装置は、動作に伴い発熱源となる第１発熱部50と、前記第１発熱部と別個に設けられて、動作に伴い発熱源となる第２発熱部52と、前記第１発熱部と前記第２発熱部とが取り付けられた基板40と、前記第１発熱部で発生した熱を伝えるために、前記基板に取り付けられた第１熱伝導板42と、前記第１熱伝導板と別個に設けられて、前記第２発熱部で発生した熱を伝えるために、前記基板に取り付けられた第２熱伝導板と、前記第１熱伝導板と第２熱伝導板44とを接続する、波状形状で所定の熱伝導率より十分小さい金属で形成されたプレート43と、前記第１熱伝導板と前記第２熱伝導板に伝えられた熱を前記ケースに伝えるために、前記基板に取り付けられた第３熱伝導板70とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、熱を分離する熱分離装置に関する。

最近の持ち運びができる小型の情報処理端末では、高負荷処理を行うＩＣチップの発熱による端末内部の温度上昇により、内部の構成部品の性能劣化が問題となることが少なくない。その際、情報処理端末が処理する内容により、端末内部の温度を著しく上昇させるＩＣチップが異なる。たとえば、静止画再生、動画再生、および音楽再生などのマルチメディア処理の際に多大な発熱をするＩＣチップ（たとえば、ＣＰＵ）と、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａ１ Ｓｅｒｉａ１ Ｂｕｓ）転送の際に多大な発熱をするＩＣチップ（たとえば、ＵＳＢコントローラ）とは、異なっている。また、ハードディスクを内蔵する情報処理端末では、ハードディスクによる発熱も大きく、ハードディスク自体が熱に強くないため、熱による性能劣化が大きな問題となる。

効率的な放熱対策としては、ファンによる冷却が挙げられるが、コストが高いという問題ばかりでなく、消費電力が大きい、設置面積が大きい、騒音源となるといった問題が生じる。また、内部の空気を外部に逃すために、情報処理端末のケースに穴を開けなければならず、携帯して使うことが想定される機器にとっては、砂埃対策も大きな問題となり、放熱用のファンを設けることは、特に小型の携帯用情報処理端末には、不向きである。

ケースに覆われたＩＣチップから発生した熱を効率的に、且つ、ＩＣチップに圧力をかけないでケースに伝える手法が、下記特許文献１に開示されている。

特開２００３−１７８７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の手法では、ある程度のグランドパターン面積を必要とし、小型の情報処理端末などの高密度実装の機器には、不向きである。また、ハードディスクのような発熱体を持つ機器では、ＩＣ基板の熱を逃がすだけでは、不十分である。また、ＥＭＩ（不要電磁波妨害）を抑えるための対策が十分ではない。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、高密度実装の情報処理端末に適した熱分離装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる熱分離装置は、電磁遮蔽可能な熱分離装置であって、動作に伴い発熱源となる第１発熱部と、前記第１発熱部と別個に設けられて、動作に伴い発熱源となる第２発熱部と、前記第１発熱部と前記第２発熱部とが取り付けられた基板と、前記第１発熱部で発生した熱を伝えるために、前記基板に取り付けられた第１熱伝導板と、前記第１熱伝導板と別個に設けられて、前記第２発熱部で発生した熱を伝えるために、前記基板に取り付けられた第２熱伝導板と、前記第１熱伝導板と第２熱伝導板とを接続する、波状の形状で所定の熱伝導率より十分小さい金属で形成されたプレートと、前記第１熱伝導板と前記第２熱伝導板に伝えられた熱を前記ケースに伝えるために、前記基板に取り付けられた第３熱伝導板と、を備えていることを特徴とする。

前記プレートは、前記第１熱伝導板と第２熱伝導板との間で、波状の形状で接続することができる。

前記プレートは、前記第１熱伝導板および第２熱伝導板に対して十分薄くすることができる。

前記プレートは、前記第１熱伝導板と第２熱伝導板との間で、ガスケットをはさむことにより接続することができる。

この場合、前記第１熱伝導板と前記第２熱伝導板が、前記基板に前記第１発熱部と前記第２発熱部とが取り付けられた面である第１の面側に設けられ、前記第３熱伝導板は、前記基板における前記第１の面と反対の第２の面側に設けられていてもよい。

また、前記第１発熱部と前記第１熱伝導板との間に設けられた第１熱伝導シートと、前記第２発熱部と前記第２熱伝導板との間に設けられた第２熱伝導シートと、を備えてもよい。

また、前記第１発熱部と前記第２発熱部とが、排他的に動作するようにしてもよい。

また、前記第１発熱部がＣＰＵであり、前記第２発熱部がＵＳＢコントローラであってもよい。

また、前記第１熱伝導板、前記第２熱伝導板、前記第３熱伝導板、および前記プレートが、電磁遮蔽のシールド板としての機能も果たすようにしてもよい。

以下、添付図面を参照して、この発明にかかる熱分離装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

この実施の形態にかかる情報処理端末は、熱伝導のみならず、電磁遮蔽にも用いるケース内部の熱伝導板を分割し、熱伝導の経路を制御してケース裏側へ熱を伝えることにより、効率的な放熱を実現したものである。これは、特に、情報処理端末が実行している処理の種類により、情報処理端末内に設けられているＩＣチップの発熱に違いがある場合に、有効である。具体的には、マルチメディア処理ではメインＣＰＵが主たる発熱源となり、ＵＳＢ転送の際にはＵＳＢコントローラが主たる発熱源となり、それぞれ排他的に発熱することから、それぞれの熱伝導の経路を分けることで、効率的な放熱対策を施したものである。より詳しくを、以下に説明する。

図１は、情報処理端末に収納された放熱装置の断面図である。この放熱装置により、熱分離および電磁遮蔽が行われる。図１は、図５のＡ−Ａ’線断面を示し、また、図３および図４のＡ−Ａ’線断面に相当する情報処理端末全体の断面を示す。

画面表示部２０の内側には、ハードディスク用熱伝導板３２を介して、ハードディスク３０が設けられている。さらに、ハードディスク３０の内側には、ＩＣ基板４０が設けられており、このＩＣ基板４０には、ＣＰＵ５０とＵＳＢコントローラ５２とが取り付けられている。

この実施の形態におけるＣＰＵ５０では、ハードディスク３０に格納されているデータを、静止画として再生する場合、動画として再生する場合、および音楽として再生する場合などのいわゆるマルチメディア処理の際に、大きな処理負荷が発生する。このため、ＣＰＵ５０は、このマルチメディア処理の際の発熱量が大きくなる。一方、ＵＳＢコントローラ５２は、ＵＳＢ接続されたデバイスからのデータ転送をする場合に、大きな処理負荷が発生し、このため、このＵＳＢ転送の際の発熱量が大きくなる。たとえば、この情報処理端末にＵＳＢケーブルを介してパーソナルコンピュータを接続し、この情報処理端末のハードディスク３０に保持されている画像データを、このパーソナルコンピュータに転送して格納するような場合に、ＵＳＢコントローラ５２の発熱が増大する。

また、この実施の形態においては、これらＣＰＵ５０とＵＳＢコントローラ５２とが、およそ排他的に動作する。すなわち、ＣＰＵ５０がマルチメディア処理をしている際には、ＵＳＢコントローラ５２は実質的に動作せず、逆に、ＵＳＢコントローラ５２が動作している際には、ＣＰＵ５０は実質的に動作しない関係にある。

ＣＰＵ５０は、熱伝導シート６０を介して、ＣＰＵ用熱伝導板４２と熱伝導可能に構成されている。また、ＵＳＢコントローラ５２は、熱伝導シート６２を介して、ＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４と熱伝導可能に構成されている。なお、熱伝導シート６０を省いて、ＣＰＵ５０が直接、ＣＰＵ用熱伝導板４２と接するようにしてもよいし、熱伝導シート６２を省いて、ＵＳＢコントローラ５２が直接、ＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４と接するようにしてもよい。

また、ＣＰＵ用熱伝導板４２とＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４との間には、プレート４３が波状の形状で接続されている。すなわち、プレート４３は、ＣＰＵ用熱伝導板４２とＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４との間で、断面で見たときに、直線ではなく波の形により曲線を描きながら接続されている。それにより、ＣＰＵ用熱伝導板４２とＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４との間のプレート４３の長さは直線の場合よりも長くなり、熱を伝導させる距離が長くなるので、熱をより効果的に分離することができる。

図２は、情報処理端末の内部に設けられたＩＣ基板の平面図である。図２は、図１および図５の矢印Ｂ方向から見た状態を示している。図２から分かるように、ＣＰＵ５０とＵＳＢコントローラ５２とは、ＩＣ基板４０で、ある程度離れて設けられている。

図３は、ＣＰＵ用熱伝導板とＵＳＢコントローラ用熱伝導板の平面図である。図３は、図１および図５の矢印Ｂ方向から見た状態を示している。また、図３から分かるように、ＣＰＵ用熱伝導板４２と、ＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４とは、別々の部材で構成されている。この実施の形態においては、これらＣＰＵ用熱伝導板４２とＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４は、ブリキ材料により形成されている。

ＣＰＵ用熱伝導板４２とＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４との間には隙間が形成されている。そして、この隙間を埋めるかたちで、プレート４３が、ＣＰＵ用熱伝導板４２とＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４とに接続されている。プレート４３が占める領域については、斜線で示す。このプレート４３は、金属ネジまたは導電性の接着剤で、ＣＰＵ用熱伝導板４２およびＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４に接続されている。

また、このプレート４３は、薄く、熱伝導率が極めて低い金属で形成されており、波状の形状になっている。すなわち、プレート４３は、断面で見たときに、直線ではなく波の形により曲線を描きながら接続されている。したがって、プレート４３の表面積は、平面状に形成されている場合と比べ、比較的大きくなっている。

プレート４３は、たとえばチタンやステンレスによって形成することができる。チタンおよびステンレスの熱伝導率は、１６Ｗ／ｍ・度であり、銅の３９４Ｗ／ｍ・度、アルミニウムの２３８Ｗ／ｍ・度に比べて十分小さい。この実施の形態では、こうした熱伝導率のきわめて低い金属を使用することによって、熱の伝導を妨げる。

このため、ＣＰＵ用熱伝導板４２の熱およびＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４の熱は、互いに相手側にはほとんど伝わらない。したがって、装置内に熱がこもらずに効率的な放熱を行うことができる。また、ＣＰＵ用熱伝導板４２とＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４との隙間にプレート４３が設けられているため、ＣＰＵ５０およびＵＳＢコントローラ５２を遮蔽することができ、ＥＭＩを抑えることができる。

図４は、ＩＣ基板に取り付けられたケース用熱伝導板の平面図である。図４は、図１および図５の矢印Ｂ方向からＩＣ基板４０を透過して見た状態を示している。図１および図４に示すように、ＩＣ基板４０におけるＣＰＵ５０とＵＳＢコントローラ５２とが設けられている面の反対側には、ケース用熱伝導板７０が設けられている。このケース用熱伝導板７０は、ねじ８０、８２、８４により、ＩＣ基板４０とＣＰＵ用熱伝導板４２とＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４とハードディスク用熱伝導板３２とに共締めされている。

具体的には、ねじ８０により、ＩＣ基板４０とＣＰＵ用熱伝導板４２とケース用熱伝導板７０とハードディスク用熱伝導板３２とが共締めされて、ＩＣ基板４０に固定されている。ねじ８２により、ＩＣ基板４０とＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４とケース用熱伝導板７０とハードディスク用熱伝導板３２とが共締めされて、ＩＣ基板４０に固定されている。ねじ８４により、ＩＣ基板４０とＣＰＵ用熱伝導板４２とケース用熱伝導板７０とが共締めされて、ＩＣ基板４０に固定されている。

この実施の形態においては、ケース用熱伝導板７０は、アルミニウム材料により形成されている。また、この実施の形態においては、ケース用熱伝導板７０とケース１０の裏面１０ａとの間には、隙間が形成されており、直接には接していない。これは、ケース用熱伝導板７０からの放熱により、ケース１０自体が高温になり過ぎるのを回避するためである。ただし、ケース用熱伝導板７０が、ケース１０の裏面１０ａに直接、接するようにしてもよい。あるいは、熱伝導シートを設けて、この熱伝導シートを介して、ケース用熱伝導板７０の熱がケース１０の裏面１０ａに伝わるようにしてもよい。

図５は、情報処理端末の外観斜視図である。図１および図５に示すように、この実施の形態にかかる情報処理端末においては、箱形のケース１０の内側に、画面表示部２０が設けられている。この画面表示部２０はＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａ１ Ｄｉｓｐｌａｙ）により構成されている。この画面表示部２０に対応するケース１０の部分は、透明部材１２で構成されており、ユーザは、この画面表示部２０の表示内容を透明部材１２を通して見ることが可能である。

以上のように構成された情報処理端末においては、ＣＰＵ５０およびＵＳＢコントローラ５２で発生した熱は、次のように伝導される。

まず、ＣＰＵ５０が発熱する場合、ＣＰＵ５０の熱は、主として、熱伝導シート６０を解して、ＣＰＵ用熱伝導板４２に伝わり、ねじ８０、８４を介して、ケース用熱伝導板７０に伝わり、そして、ケース１０の裏面１０ａに伝わる。前述のように、プレート４３は、熱伝導性が極めて低い金属で形成されていることから、ＣＰＵ５０が発した熱がこのプレート４３を介してＵＳＢコントローラ５２側に伝わることはない。熱がケース１０の裏面１０ａに伝わることにより、外部の空気と熱交換され、放熱されることとなる。このＣＰＵ５０が発熱している間は、ＵＳＢコントローラ５２は原則として発熱しない。

一方、ＵＳＢコントローラ５２が発熱する場合、ＵＳＢコントローラ５２の熱は、主として、熱伝導シート６２を介して、ＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４に伝わり、ねじ８２を介して、ケース用熱伝導板７０に伝わり、そして、ケース１０の裏面１０ａに伝わる。前述のように、プレート４３は、熱伝導性が極めて低い金属で形成されていることから、ＵＳＢコントローラ５２が発した熱がこのプレート４３を介してＣＰＵ５０側に伝わることはない。熱がケース１０の裏面１０ａに伝わることにより、外部の空気と熱交換され、放熱されることとなる。このＵＳＢコントローラ５２が発熱している間は、ＣＰＵ５０は原則として発熱しない。

なお、ハードディスク３０や画面表示部２０で発生した熱は、ハードディスク用熱伝導板３２に伝わり、ねじ８０、８２を介して、ケース用熱伝導板７０に伝わり、そしてケース１０の裏面１０ａに伝わる。このケース１０の裏面１０ａに伝わることによりの空気と熱交換され、放熱されることとなる。

図６は、ガスケットでプレートを接続する場合のプレートの断面図である。図１では、ＣＰＵ用熱伝導板４２とＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４との間に、プレート４３を直接接続する例を説明した。ここで、プレート４３を接続する場合に、ガスケット９０を間に挟んで接続することにより、ＣＰＵ用熱伝導板４２とＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４との間でより効果的に電磁遮蔽を実現する。ガスケット９０は、弾力性のある金属であり、間に挟むことにより密着させる部材である。密着させることにより、電磁波が外部に漏れないようにしている。

図７は、ガスケットの断面図である。ガスケット９０の断面の大きさは、ＡＡ＝３．５ｍｍ、ＢＢ＝１２ｍｍとすることができる。または、ＡＡ＝１０ｍｍ、ＢＢ＝１２ｍｍとすることもできる。ガスケット９０の下部には粘着テープ９１が備えられ、粘着テープ９１によって部材間を接着させる。ガスケット９０の芯材にはＥＰＤＭスポンジを用い、アルミ箔で覆ったものとすることができる。粘着テープ９１には、アクリル系粘着剤を使用することができる。

以上のように、この実施の形態にかかる情報処理端末によれば、ＣＰＵ５０で発生した熱が伝わる経路とＵＳＢコントローラ５２で発生した熱が伝わる経路とが別々であるため、ＣＰＵ５０で発生した熱が、ＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４に伝わることはなく、逆に、ＵＳＢコントローラ５２で発生した熱が、ＣＰＵ用熱伝導板４２に伝わることもない。

このため、ファンを用いずに、内部の熱を効率的にケース１０の裏面１０ａに伝えることができるようになり、情報処理端末内部の温度上昇を抑えることができる。そして、これにより、情報処理端末内部の部品の信頼性を向上させることができる。また、ＣＰＵ用熱伝導板４２、プレート４３、ＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４、およびケース用熱伝導板７０が、電磁遮蔽のためのシールド板としての機能も果たすので、ＥＭＩ対策にもなる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されず種々に変形可能である。例えば、上述した実施の形態では、発熱部の一例として、ＣＰＵ５０やＵＳＢコントローラ５２を例示したが、これ以外の発熱性の部品に対しても、本発明を適用することができる。

また、上述したＣＰＵ用熱伝導板４２とＵＳＢコントローラ用熱伝導板４４とケース用熱伝導板７０とハードディスク用熱伝導板３２との取り付け位置関係も、上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、同等の作用効果を奏するように、種々に変形可能である。

情報処理端末に収納された放熱装置の断面図。 情報処理端末の内部に設けられたＩＣ基板の平面図。 ＣＰＵ用熱伝導板とＵＳＢコントローラ用熱伝導板の平面図。 ＩＣ基板に取り付けられたケース用熱伝導板の平面図。 情報処理端末の斜視図。 ガスケットでプレートを接続する場合のプレートの断面図。 ガスケットの断面図。

符号の説明

１０ ケース、１２ 透明部材、２０ 画面表示部、３０ ハードディスク、４０ ＩＣ基板、４２ ＣＰＵ用熱伝導板、４３ プレート、４４ ＵＳＢコントローラ用熱伝導板、５０ ＣＰＵ、５２ ＵＳＢコントローラ、６０，６２ 熱伝導シート、７０ ケース用熱伝導板、８０，８２，８４ ねじ、９０ ガスケット、９１ 粘着テープ

Claims (9)

1. 電磁遮蔽可能な熱分離装置であって、
   動作に伴い発熱源となる第１発熱部と、
   前記第１発熱部と別個に設けられて、動作に伴い発熱源となる第２発熱部と、
   前記第１発熱部と前記第２発熱部とが取り付けられた基板と、
   前記第１発熱部で発生した熱を伝えるために、前記基板に取り付けられた第１熱伝導板と、
   前記第１熱伝導板と別個に設けられて、前記第２発熱部で発生した熱を伝えるために、前記基板に取り付けられた第２熱伝導板と、
   前記第１熱伝導板と第２熱伝導板とを接続する、所定の熱伝導率より十分小さい金属で形成されたプレートと、
   前記第１熱伝導板と前記第２熱伝導板に伝えられた熱を前記ケースに伝えるために、前記基板に取り付けられた第３熱伝導板と、
   を備えていることを特徴とする熱分離装置。
2. 前記プレートは、前記第１熱伝導板と第２熱伝導板との間で、波状の形状で接続されることを特徴とする請求項１に記載の熱分離装置。
3. 前記プレートは、前記第１熱伝導板および第２熱伝導板に対して十分薄いことを特徴とする請求項１または２に記載の熱分離装置。
4. 前記プレートは、前記第１熱伝導板と第２熱伝導板との間で、ガスケットをはさむことにより接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の熱分離装置。
5. 前記第１熱伝導板と前記第２熱伝導板は、前記基板に前記第１発熱部と前記第２発熱部とが取り付けられた面である第１の面側に設けられており、
   前記第３熱伝導板は、前記基板における前記第１の面と反対の第２の面側に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の熱分離装置。
6. さらに、
   前記第１発熱部と前記第１熱伝導板との間に設けられた第１熱伝導シートと、
   前記第２発熱部と前記第２熱伝導板との間に設けられた第２熱伝導シートと、
   を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の熱分離装置。
7. 前記第１発熱部と前記第２発熱部とは、排他的に動作することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の熱分離装置。
8. 前記第１発熱部はＣＰＵであり、前記第２発熱部はＵＳＢコントローラであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の熱分離装置。
9. 前記第１熱伝導板、前記第２熱伝導板、前記第３熱伝導板、および前記プレートは、電磁遮蔽のシールド板としての機能も果たすことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の熱分離装置。
   
   

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