JP2007172076A - 放熱装置およびそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンク周辺に配置された発熱部品の放熱も可能にする放熱装置を提供する。詳細には、ファンより下流側の空気流通路近傍に配置された発熱部品の放熱も可能にする放熱装置を提供する。
【解決手段】複数の発熱部品をマザーボード１に搭載し、発熱部品の少なくとも１つにヒートシンク１０を取付ける。ヒートシンク１０は、発熱部品と接する位置より上流側に配置したファン１２と、発熱部品と接する位置より下流側に配置した空気流通路１３と、前記空気流通路１３を構成する面板に形成した１つまたは複数の貫通孔２２とを備える。ファン１２によって吸気するとともに、貫通孔２２からも吸気し、貫通孔周辺の放熱を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器を構成する複数の部品が発する熱を放熱する放熱装置に関する。本発明は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、テレビ、ＨＤ−ＤＶＤレコーダ、ゲーム機、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ＰＤＡ、電子辞書などの高密度実装した電子機器に好適である。

ノート型ＰＣ、テレビ、ＨＤ−ＤＶＤレコーダ、ゲーム機、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ＰＤＡ、電子辞書などの電子機器は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、チップセット、コンデンサ、抵抗、拡張スロットなどの多くの回路素子よりなり、小型化するために高密度実装される。近年の電子機器は、その高速化と高機能化に伴って、発熱部品の数が増加するともに、発熱量が大きくなっている。特にＣＰＵの発熱量は大きく、ＣＰＵからの発熱を効果的に放熱するため、ヒートシンクが設けられる。
ヒートシンクは、高熱伝導性材料からなる多数の放熱フィンを有し、更にファンを有するファン付ヒートシンクが使用される。ファン付ヒートシンクは、ファンが発生する空気流によってヒートシンクを強制的に冷却し、放熱量を大きくする。

ファン付ヒートシンクを使用する放熱機構およびそれを用いたノート型ＰＣが、特許文献１および２に開示されている。特許文献１は、発熱性部品を実装する基板に貫通孔を形成して、この貫通孔に基板に対して垂直に配向するよう冷却ファンを取り付け、基板の両面の放熱を行うものである。また特許文献２は、プリント基板に実装された発熱部品に放熱板を取り付け、発熱部品および放熱板の周囲の空気を、冷却ファンにより機器本体の排気口に連通した排出口より排出するものである。
特開２００１−２８４８６３号公報 特開２００１−１４０６７号公報

特許文献１により、基板の両面を放熱することができる薄型化ノート型ＰＣに好適な放熱機構を得ることができる。また特許文献２により、発熱部品および放熱板の周囲の空気を機器本体の排気口から排出することができる。
しかしながら、この特許文献１および２に記載の放熱機構は、ファン上流側に配置された発熱部品からの放熱を有効に行うが、ヒートシンク近傍の発熱部品を放熱するものではない。つまりファンより下流側に空気流通路を形成するケースは、排気口を除きほぼ密閉され、ファンによって発生した空気流は放熱フィンを通って排気口より排出されるだけである。
本発明は、ヒートシンク周辺に配置された発熱部品の放熱を可能にする放熱装置を提供するものである。より詳細には、ファンより下流側の空気流通路近傍に配置された発熱部品の放熱を可能にする放熱装置を提供するものである。

本発明の放熱装置は、複数の発熱部品を搭載するマザーボードと、前記複数の発熱部品の少なくとも１つに取り付けたヒートシンクを備える放熱装置であって、前記ヒートシンクは、前記発熱部品を備える位置に空気流通路を形成したフィンと、前記フィンを冷却するためのファンを備え、前記空気流通路を構成する面板に１つまたは複数の貫通孔を備える。この構成によって、貫通孔からも空気を吸引することができ、貫通孔が形成された周囲も冷却することができる。また貫通孔の近傍に発熱部品が配置されている場合は、素野発熱部品も放熱することができる。また貫通孔を複数備える場合は、複数の箇所の周囲を冷却することができ、複数の発熱部品の放熱を行うことができる。

そして、本発明の放熱装置は、前記ファンがシロッコファンよりなり、前記空気流通路は空気の流れ方向に沿って配置した複数の放熱フィンよりなる。これにより、放熱装置を薄型にし、また空気の流れを並行にし、放熱フィンからの放熱量を大きくすることができる。また本発明の放熱装置は、前記ヒートシンクに接するように取付けた第１の発熱部品の発熱量は、前記貫通孔の近傍に配置する第２の発熱部品の発熱量より大きい。従って、第１の発熱量の大きい発熱部品の放熱効果を低下させることなく、第２の発熱部品からの発熱も放熱することができる。また本発明の放熱装置は、前記貫通孔が前記空気流通路を構成する面板を切り欠きまたは折り曲げて形成する。このため、構造が簡単である。また本発明の放熱装置は、前記複数の貫通孔が、前記発熱部品の発熱量に対応した大きさである。このため、放熱装置の放熱効果を有効に利用することができる。

更に本発明の放熱装置は、前記貫通孔に吸気ダクトを接続する。従って放熱装置から離れた位置にある発熱部品も効果的に放熱することができる。また本発明の放熱装置は、前記複数の貫通孔にそれぞれ吸気ダクトを備え、前記ファンに近い貫通孔に接続される吸気ダクトは、ファンから遠い貫通孔に接続される吸気ダクトより長い。従ってファンの近くに配置された発熱部品も、ファンから遠くに配置された発熱部品も放熱することができる。
本発明は、以上のような放熱装置を備える電子機器である。これにより、放熱効果の優れた電子装置を得ることができる。

本発明の放熱装置は、マザーボードに搭載した複数の発熱部品の１つに対してヒートシンクを取り付け、このヒートシンクが発熱部品と接する位置より下流側の空気流通路を構成する面板に貫通孔を形成するので、この貫通孔からも空気を吸気することができ、貫通孔の周囲を冷却することができる。また貫通孔の近傍に配置された発熱部品も有効に放熱をすることができる。

また本発明は、シロッコファンを使用するので、静圧を高くすることができ、空気流通路を構成する面板に形成した貫通孔から吸気することができ、従って貫通孔の周辺に配置した発熱部品の放熱を行うことができる。またシロッコファンは羽根車の接線方向に排気するので、平行に配置した複数の放熱フィンに沿って空気が流れ、放熱量を大きくすることができる。

また本発明は、ヒートシンクに接するようにＣＰＵを配置し、ＣＰＵよりも発熱量の少ない発熱部品を貫通孔の近傍に配置するので、ＣＰＵの放熱効果を低下させないとともに、貫通孔の近傍に配置した発熱部品も効果的に放熱することができる。また本発明は、空気流通路を構成する面板に貫通孔を形成するので、外側の空気流通路の空気流通を変化させるだけであり、ＣＰＵの放熱効果を低下させない。また本発明は、貫通孔を複数備え、ファンに近い貫通孔は、ファンから遠い貫通孔より開口が小さくのように、開口の大きさを変化させるので、発熱部品の発熱量に対応して開口の大きさを調整することにより、最適放熱量に設計することができる。
更に本発明は、ファンに近い貫通孔に接続される吸気ダクトを、ファンから遠い貫通孔に接続される吸気ダクトより長くするので、開口の大きさと吸気ダクトの長さを発熱部品の放熱量に対応して調整することが可能になる。

本発明の放熱装置は、ノート型ＰＣ、テレビ、ＨＤ−ＤＶＤレコーダ、ゲーム機、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ＰＤＡ、電子辞書などの高密度実装した電子機器に適用されるが、以下の説明はノート型ＰＣに適用した場合について説明する。
図１は、ノート型ＰＣのマザーボードの分解斜視図を示し、図２はマザーボードの平面図を示す。マザーボード１はＣＰＵソケット２を介してＣＰＵ３を搭載する。ＣＰＵ３からマザーボードの端部の方に、商用交流電源からACアダプターを介して直流電源が供給され、ＣＰＵ３に直流電源を供給するＣＰＵ用直流電源部４を備える。ＣＰＵ用直流電源部４は直流安定化回路ＩＣ、ノイズ除去用チョークコイル、コンデンサ、その他により構成される。またＣＰＵ３の隣に２段型ＰＣカードホルダー５を配置する。ＰＣカードホルダー５は、ＰＣカードスロット６から挿入されたＰＣカードを保持し、ＰＣカードにより、フラッシュメモリの容量を増大し、またはＬＡＮカード、ＳＣＳＩカード、モデムカードによりネットワークとの通信を可能にする。

マザーボード１にＣＰＵ３を搭載した箇所より中央側に、ノースブリッジ７を搭載する。ノースブリッジ７はＰＣ内部の情報流通を制御するチップセットであり、ＣＰＵとＣＰＵバスを接続する役割をはたし、メインメモリやＡＧＰバスとの接続を制御する。ＣＰＵ３とノースブリッジ７の延長線上に複数のＲＡＭ８を搭載する。ノースブリッジ７の隣に、ノート型ＰＣに備えられたバッテリー（図示しない）からの直流電源と、ＡＣアダプターからの直流電源を切換えて、ＰＣの各部品に直流電源を供給するシステム用直流電源部９を備える。システム用直流電源部９は直流電源切換え部、コンデンサ、抵抗により構成される。マザーボード１は、この他にスイッチ、ＵＳＢのような拡張ソケットが高密度実装により搭載されるが、ここでは説明を省略する。

以上のようなマザーボード１において、ＣＰＵ３の上方にヒートシンク１０を取付ける。図３に示すように、ヒートシンク１０は、ケース１１と、ファン１２と、空気流通路１３とを有する、いわゆるファン付きヒートシンクである。ケース１１は、例えばアルミニュウム、銅、窒化アルミニュウム、高熱伝導性樹脂等のプラスッチからなる高熱伝導性材料からなり、板金加工、アルミダイキャスト、射出成型により作製する。ケース１１はほぼ直方体形状フレームにより形成され、上面板１４、下面板１５、右側面板１６、左側面板１７、前面板１８、排気口１９を有する。上面板１４および下面板１５の前面板１８の近傍にほぼ円形の吸気口２０、２１を形成し、両面吸引型ヒートシンクを構成する。上面板１４、下面板１５、右側面板１６、左側面板１７、前面板１８は、それぞれ別体に形成する必要はなく、例えば下面板１５、右側面板１６、左側面板１７、前面板１８を一体的に１つの部材により形成することができる。

また空気流通路１３を構成するフィンは、ケース１１と同様にアルミニュウム、銅、窒化アルミニュウム、高熱伝導性樹脂等のプラスッチからなる高熱伝導性材料からなり、空気流通方向に沿って、複数の平行な板状体を並べることにより、空気流通路１３を形成する。フィンは、下面板１５、右側面板１６、左側面板１７、前面板１８と一体的に形成してもよく、一体的に形成する場合は、構成部品数を少なくすることができる。従って、下面板１５、右側面板１６、左側面板１７、前面板１８、フィンを一体的に形成したものに、上面板１４をネジ止めして、ヒートシンク１０を組み立てる。ヒートシンク１０の放熱効果を特に高くする場合は、フィンは銅製によりケース１１と別体に形成し、ケース１１に嵌め合わせる構造にしてもよい。ここでは空気流通路１３は、放熱効果を大きくするためにフィンで仕切って複数形成しているが、放熱量が少ない場合は、１つの空気流通路１３としてもよい。
以上のように、フィンによって上流側から下流側まで断面積がほぼ一定になるよう真直ぐに空気流通路１３を形成することによって、空気流通は平行で、真直ぐになり、空気流通の乱れがなくなり、風量を大きくして放熱効果を大きくすることができる。しかし、本発明において、上流から下流まで断面積が一定の真直ぐな空気流通路は必ずしも必要ではなく、断面積が徐々に大きくなるよう変化してもよく、また空気流通路は曲がっていてもよい。またフィンは下面板１５から上面板１４に達し、空気流通路を完全に仕切るのが空気の流れを平行に保つためには望ましいが、これに限定されるものではない。

本発明は、ヒートシンク１のケース１１を形成する右側面板１６または左側面板１７に貫通孔２２を形成することを特徴とする。貫通孔２２は、ヒートシンク１０をマザーボード１に搭載した場合に、ＣＰＵ３と接する位置より下流側に形成する。貫通孔２２は１つでもよく、あるいは２つ以上でもよい。貫通孔２２は、図３、図４に示すように右側面板１６または左側面板１７の上下方向に細長いスリット状に形成する。または円形、楕円形、三角形状に形成してもよい。
貫通孔２２は、図４（ａ）に示すように、右側面板１６または左側面板１７を打ち抜いて切り欠き部によって形成してもよいが、図４（ｂ）に示すように、側面板１６の一部分を折り曲げて形成してもよい。折り曲げて形成する場合は、矢印で示した空気の流れに沿った方向に曲げるとよい。この実施形態では、貫通孔２２は右側面板１６に形成したが、左側面板１７、上面板１４または下面板１５に形成してもかまわない。貫通孔２２を上面板１４または下面板１５に形成する場合、貫通孔は１つの空気流通路に対してのみ形成するのが空気流通の観点からは望ましいが、２つ以上の空気流通路にまたがるように形成してもよい。

貫通孔２２の大きさと形状は、空気流通路１３を流れる空気の流線形状に注意する必要がある。即ち、貫通孔２２は空気流通路１３の空気流れ方向の大きさを変化させて調整する。貫通孔２２は下面板１５から上面板１４に達する細長いスリット状に形成し、空気流通路１３の空気流れ方向の大きさを変化させる。これにより、空気流通路内の空気の流れは、渦巻きを発生せずに、全て直線形状にすることができる。この場合は、ファンに近いほど静圧が大きいので、貫通孔２２の開口を小さくし、ファンから遠いほど開口を大きくする。
このように構成することにより、ファンの近くの貫通孔の近傍に配置された発熱部品の放熱量と、ファンから遠くに配置された発熱部品の放熱量をほぼ等しくすることができる。または発熱部品の発熱量に対応して開口の大きさを調整することにより、最適放熱量を得ることができる。即ち、発熱量の大きい発熱部品はファンに近くに開けた貫通孔２２ａの近傍に配置し、発熱量の小さい発熱部品はファンより遠くの貫通孔２２ｂの近傍に配置する。

ファン１２は、ケース１１の内部に上記吸気口１９、２０に面するように取付ける。ファン１２は扁平形状であり、中央部に駆動モータ２３を有し、周囲に羽根車２を有する。ファン１２は、駆動モータ２３により羽根車２４が回転することにより、羽根車２４の軸線方向の両方から吸気し、接線方向（遠心方向）に排気するシロッコファン（または遠心ファンとも言う）である。シロッコファンにより吸気口１９、２０から排気された空気は、ケース内に配置した複数の空気流通路１３に沿って平行に流れ、排気口１９から排気される。シロッコファンは静圧が大きく、そのため面板に形成した貫通孔２２から吸気し、フィンによって形成される空気流通路１３を介して排気口１９より排気することができる。
ＣＰＵ３は、中央部の空気流通路１３に対向するよう下面板１５に取り付けられ、そのため中央部の空気流通路１３は比較的高温であるが、外側の空気流通路１３はＣＰＵ３から離れているため、比較的低温になっている。貫通孔２２は、右側面板１６または左側面板１７に備えられ、最も外側の空気流通路１３に形成されているので、比較的低温であり、貫通孔２２から吸気した空気を効果的に冷却する。貫通孔２２を上面板１４または下面板１５に形成する場合は、外側の空気流通路１３の方に形成する方がよい。

図５（ａ）に平面図、図５（ｂ）に側面図を示すように、ヒートシンク１０の空気流通路１３は、マザーボード１に搭載したＣＰＵ３から直流電源部４に達する大きさを有し、ファン１２に近い側にＣＰＵ３が位置するように取付けられる。そして、ＣＰＵ３と、ケース１１の下面板１５を密着させ、ＣＰＵ３とケース１１の熱伝導を良好にするため、ＣＰＵ３と下面板１５の間に両者を密着させるシリコン系のサーマルパッドのような熱伝導材を挿入する。ケース１１がアルミニュウム、窒化アルミニュウム、高熱伝導性樹脂等のプラスッチからなる場合は、これらより熱伝導性が高く、ＣＰＵソケット２と同程度の大きさを有する、銅板を貼付してＣＰＵ３の熱を下面板１５に拡散させる。またヒートシンク１０をマザーボード１に固定するネジ２５はスプリング付きのネジを使用し、ＣＰＵ３を中心にして４箇所に配置したケース１１と一体的に形成したネジ穴２６を通して、ヒートシンク１０の下面板１５とＣＰＵ３の面が平行に接触するように、マザーボード１の下側に配置した固定板にネジ止めして、取付ける。さらにヒートシンク１０をマザーボード１に固定するとき、ヒートシンク１０の排気口９とＰＣキャビネットの排気口（図示しない）と一致させ、ヒートシンク１０からの排気がＰＣキャビネット外にスムーズに排出されるようにする。

以上のように、マザーボード１にＣＰＵ３ＣＰＵ用直流電源部４、ＰＣカードホルダー５、ノースブリッジ７、ＲＡＭ８、システム用直流電源部９その他を搭載し、ＣＰＵ３の上にヒートシンク１０を取付けて、ファン１２を作動させると、図５に矢印で示すように、吸気口２０、２１から空気を吸気して、空気流通路１３を通して、排気口１９、キャビネットの排気口より排気する。同時に本発明では空気流通路１３を形成する右側面板１６または左側面板１７に貫通孔２２を形成しているので、貫通孔２２から吸気して、貫通孔２２の近傍に配置された発熱部品からの発熱を放熱する。貫通孔２２は、ＣＰＵ用直流電源部４に近い右側面板１７及び左側面板１８に形成しているので、ＣＰＵ用直流電源部４を構成する部品が発生する熱を効果的に放熱する。またシステム電源部９およびＰＣカードホルダー５が発生する熱を効果的に放熱する。貫通孔２２を複数形成する場合は、ファン１２に近い方が空気流通路の静圧が高いので、より効果的に放熱することができる。従って、より高熱の発熱部品をファンに近い方の貫通孔の近傍に配置するとよい。

本発明の他の実施形態では、図６に示すようにヒートシンク１０の側面板に形成した貫通孔２２に、吸気ダクト２７を接続する。図６の吸気ダクト２７は直方管で示しているが、円筒形でもよい。貫通孔２２が複数存在する場合は、それぞれの貫通孔に吸気ダクト２７を接続してもよいが、任意の１つまたは複数の貫通孔に吸気ダクト２７を接続してもよい。吸気ダクト２７の先端開口部は発熱部品に対向するよう配置する。例えば吸気ダクト２７の先端開口部がシステム用直流電源９に対向するように配置し、システム用直流電源部９の発熱部品の放熱を行う。システム用直流電源部９は、ヒートシンク１０の吸気口１９、２０にも近いので、両方から放熱する。
また本発明の放熱装置は、前記貫通孔２２を複数備え、ファン１２に近い貫通孔２２ａに接続される吸気ダクト２７ａは、ファン１２から遠い貫通孔２２ｂに接続される吸気ダクト２７ｂより長くする。従ってヒートシンク１０から遠くに配置された発熱部品の放熱量を大きくすることができる。更に本発明は、ファン１２に近い貫通孔２２ａに接続される吸気ダクト２７ａは、ファン１２から遠い貫通孔２２ｂに接続される吸気ダクト２７ｂより長くするように、貫通孔２２の開口の大きさと吸気ダクト２７の長さを発熱部品の放熱量に対応して調整するので、発熱部品の発熱量に対応して最適放熱量を得ることができる。

マザーボードとヒートシンクの分解斜視図を示す。 マザーボードの平面図を示す。 ヒートシンクの斜視図を示す。 貫通孔の説明図を示す。 マザーボードにヒートシンクを取り付けた状態の平面図と側面図を示す。 ヒートシンクの他の実施形態の斜視図を示す。

符号の説明

１ マザーボード
３ ＣＰＵ
４ ＣＰＵ用電源部
５ ＰＣカードホルダー
９ システム用電源部
１０ ヒートシンク
１１ ケース
１２ ファン
１３ 空気流通路
１４ 上面板
１５ 下面板
１６ 右側面板
１７ 左側面板
１８ 前面板
２０、２１ 吸気口
２２ 貫通孔
２７ 吸気ダクト

Claims (8)

1. 複数の発熱部品を搭載するマザーボードと、前記複数の発熱部品の少なくとも１つに取り付けたヒートシンクを備える放熱装置であって、
   前記ヒートシンクは、前記発熱部品を備える位置に空気流通路を形成したフィンと、前記フィンを冷却するためのファンを備え、前記空気流通路を構成する面板に１つまたは複数の貫通孔を備えることを特徴とする放熱装置。
2. 前記ファンはシロッコファンよりなり、前記空気流通路は空気の流れ方向に沿って配置した複数の放熱フィンよりなることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
3. 前記ヒートシンクに接するように取付けた第１の発熱部品の発熱量は、前記貫通孔の近傍に配置される第２の発熱部品の発熱量より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の放熱装置。
4. 前記貫通孔は、前記空気流通路を構成する面板を切り欠きまたは一部を折り曲げて形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放熱装置。
5. 前記複数の貫通孔は、前記発熱部品の発熱量に対応した大きさであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放熱装置。
6. 前記貫通孔に吸気ダクトを接続することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の放熱装置。
7. 前記複数の貫通孔にそれぞれ吸気ダクトを備え、前記ファンに近い貫通孔に接続される吸気ダクトは、ファンから遠い貫通孔に接続される吸気ダクトより長いことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の放熱装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の放熱装置を備える電子機器。

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