JP2008091567A

JP2008091567A - 放熱板および放熱板の実装構造

Info

Publication number: JP2008091567A
Application number: JP2006269889A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kishimoto; 信之岸本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17

Abstract

【課題】発熱部品に近い筐体の外側表面部にヒートスポットが生じることを防ぐ放熱板および該放熱板の実装構造を提供すること。
【解決手段】放熱板１０は、内側の第１層１１と外側の第２層１２とを有し、第２層１２の熱伝導率は、第１層１１の熱伝導率よりも小さい。また放熱板は筐体に対向する領域を有し、この領域においては、第２層１２は第１層１１よりも筐体に近接している。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱板および該放熱板の実装構造に関する。

携帯電話機およびパーソナルコンピュータなど、回路基板を含む電子機器において、回路基板に配設された回路部品は、その機能によって消費電力が異なり、異なる種類の回路部品を配置した回路基板全体から均一な放熱を行うことは困難である。発熱部品からの熱が筐体に伝わり、発熱部品に近い筐体の外側表面部が局所的に熱くなってヒートスポットが生じると、局所的な温度上昇によって筐体に変形または破損が起こる可能性がある。発熱部品が稼動と停止を繰返すことによって温度上昇と温度下降が繰返されると、熱膨張および収縮の繰り返しによって、ヒートスポットが生じる部分からの筐体の変形および破損の可能性はさらに大きくなる。

局所的に周囲の回路部品よりも熱が多く発生する回路部品からの熱を放散できる面積を拡大する手法として、グラファイトを含む５層構造で平面的に拡散する放熱板および放熱手法が知られている（たとえば特許文献１参照）。

特開２００５−３１７９８８号公報

しかしグラファイトシートを用いる方法では、グラファイトシートの厚み方向にグラファイトの配向によって、厚み方向および面方向に熱伝導率に異方性が発現するようにグラファイトシートを形成する必要がある。したがって、グラファイトシートを用いる熱拡散の方法は、容易とは言い難い。またグラファイトシートを用いる方法では、接着層を含めて５層または５層以上の積層体が用いられており、製造が容易であるとも言えない。

本発明の目的は、発熱部品に近い筐体の外側表面部にヒートスポットが生じることを防ぐ放熱板および該放熱板の実装構造を提供することである。

本発明は、筐体内で発熱部品を覆う放熱板であって、
前記放熱板は、前記発熱部品に臨む内側の層と、内側の層よりも発熱部品に対して外側に形成される外側の層とを有し、
前記外側の層の熱伝導率は、前記内側の層の熱伝導率よりも小さく選ばれ、
前記放熱板は、前記筐体に対向する領域を有し、該対向する領域においては、前記外側の層が前記筐体に対して前記内側の層よりも近接して配設されることを特徴とする放熱板である。

また本発明は、前記内側の層の外縁部の少なくとも一部分は、前記発熱部品および前記外方側の層に対し、外方に延在することを特徴とする。

また本発明は、前記放熱板が覆う前記発熱部品は、回路基板に実装される部品であって、
前記回路基板は、前記放熱板を該回路基板に機械的に接続する接続手段を備えることを特徴とする放熱板の実装構造である。

また本発明は、前記接続手段は、金属から成ることを特徴とする。

本発明によれば、放熱板は、内側の層と外側の層とを有し、外側の層の熱伝導率が、発熱部品に臨む内側の層の熱伝導率よりも小さい。これによって、放熱板の厚み方向に垂直な平面内における、発熱部品からの距離に対応する前記外側の層の外側表面部の温度変化としての温度勾配を、ゆるやかにすることができる。また放熱板は筐体に対向する領域を有し、この領域においては、放熱板の外側の層は内側の層よりも筐体に近接している。これによって、発熱部品から筐体への熱移動の速さを、放熱板の厚み方向に垂直な平面内での放熱板中の熱移動の速さよりも遅くすることができる。したがって筐体の外側表面部においても、筐体の厚み方向とは垂直な平面内で発熱部品から距離に対応する温度変化としての温度勾配を、ゆるやかにすることができ、筐体の外側表面部にヒートスポットが生じることを防ぐことができる。その結果、発熱部品による局所的な温度上昇によって筐体に変形または破損が起こることを防ぐことができる。発熱部品が稼動と停止を繰返すことによって温度上昇と温度下降が繰返されても、熱膨張および収縮の繰り返しによって、ヒートスポットが生じる部分からの筐体の変形および破損を防ぐことができる。

また本発明によれば、発熱部品に臨む内側の層の外縁部の少なくとも一部分が、発熱部品および前記外側の層よりも、外方に延在することによって、発熱部品からの熱を該外縁部を経由して筐体内の空気中に放散することができる。したがって放熱板の厚み方向に垂直な平面内での温度勾配を前記外縁部が延在していない場合に比べて大きくすることができ、該平面内での熱の移動について、放熱板中の熱伝導効率を上げることができる。したがって筐体表面部にヒートスポットが生じることを防ぎ、発熱部品による局所的な温度上昇によって筐体に変形または破損が起こることを防ぐことができる。発熱部品が稼動と停止を繰返すことによって温度上昇と温度下降が繰返されても、熱膨張および収縮の繰り返しによって、ヒートスポットが生じる部分からの筐体の変形および破損を防ぐことができる。

回路基板に実装される発熱部品を前記放熱板で覆うことによって、放熱板の厚み方向に垂直な平面内における、発熱部品からの距離に対応する前記外側の層の外側表面部の温度変化としての温度勾配を、ゆるやかにすることができる。したがって回路基板を含む電子機器の筐体にヒートスポットが生じることを防ぐことができる。また回路基板が、放熱板を回路基板に機械的に接続する接続手段を有することによって、発熱部品から放熱板に伝えられた熱を、該接続手段を経由して回路基板に伝えることができ、かつ該接続手段近傍の筐体内の空気中に熱を放散することができる。したがって放熱板の厚み方向に垂直な平面内での熱の移動について、放熱板中の熱伝導効率をさらに上げることができる。その結果発熱部品から筐体への熱移動の速さよりも、発熱部品近傍から放熱板の厚み方向に垂直な平面内での放熱板中の熱移動の速さを速くすることができる。したがって筐体表面部にヒートスポットが生じることを防ぎ、発熱部品による局所的な温度上昇によって筐体に変形または破損が起こることを防ぐことができる。発熱部品が稼動と停止を繰返すことによって温度上昇と温度下降が繰返されても、熱膨張および収縮の繰り返しによって、ヒートスポットが生じる部分からの筐体の変形および破損を防ぐことができる。

放熱板の回路基板への接続手段を金属で形成することによって、発熱部品から放熱板に伝えられた熱を、該接続手段を経由して回路基板にも伝えることができる。また該接続手段近傍の筐体内の空気中に熱を放散することができる。したがって放熱板の厚み方向に垂直な平面内での熱の移動について、放熱板中の熱伝導効率をさらに上げることができる。その結果発熱部品から筐体への熱移動の速さよりも、発熱部品近傍から放熱板の厚み方向に垂直な平面内での放熱板中の熱移動の速さを速くすることができる。したがって筐体表面部にヒートスポットが生じることを防ぎ、発熱部品による局所的な温度上昇によって筐体に変形または破損が起こることを防ぐことができる。発熱部品が稼動と停止を繰返すことによって温度上昇と温度下降が繰返されても、熱膨張および収縮の繰り返しによって、ヒートスポットが生じる部分からの筐体の変形および破損を防ぐことができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。本発明において、隣接する周囲の部品よりも発熱量が多い部品を「発熱部品」と称する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る放熱板１０の部分断面図である。放熱板１０は、発熱部品に臨む内側の層１１と、発熱部品に臨む内側の層よりも発熱部品に対し外側に配設される外側の層１２と、該外側の層よりもさらに外側に位置する層１３とを有している。以下本実施形態において、発熱部品に臨む内側の層を「第１層」と称し、発熱部品に臨む内側の層よりも発熱部品に対し外側に配設される外側の層を「第２層」と称し、該外側の層よりもさらに外側に位置する層を「第３層」と称する。ある板状部材において、厚み方向に垂直な２つの表面部における２つの表面温度の差を、「表面温度差」と称することとする。厚さＬ１の板状部材において単位時間に単位面積を通過する熱流量を、該板状部材の表面温度差で除した値が、厚さＬ２の銅板において単位時間に単位面積を通過する熱流量を該銅板の表面温度差で除した値と同じであるとき、厚さＬ２を、前記厚さＬ１の板状部材の「等価厚さ」と称する。

第１実施形態に係る放熱板１０は第１層１１と第２層１２と第３層１３とを有している。第１層１１、第２層１２および第３層１３は、それぞれ等方的な部材から成り、第１層１１の熱伝導率は第２層１２の熱伝導率よりも高いものとする。第２層１２の等価厚さは第１層１１の等価厚さの１００倍以上であることが好ましい。第１層１１はたとえば銅またはアルミニウムから成る。第１実施形態で第１層１１は、０．１０ｍｍ厚の銅板である。第２層１２は、たとえばエポキシ樹脂またはアクリル樹脂から成る。第１実施形態で第２層１２は、アクリル系接着剤から形成された０．０５０ｍｍ厚のアクリル樹脂である。第３層１３は、たとえば鉄、ニッケルまたはチタニウムから成る。第１実施形態で第３層１３は、０．１０ｍｍ厚の鉄板である。

銅、アクリル樹脂、鉄の熱伝導率は室温において、それぞれ３８０Ｗｍ^−１Ｋ^−１、０．３Ｗｍ^−１Ｋ^−１、４３Ｗｍ^−１Ｋ^−１、であるので、０．１０ｍｍ厚の銅板から成る第１層１１、０．０５０ｍｍ厚のアクリル樹脂から成る第２層１２、０．１０ｍｍ厚の鉄板から成る第３層１３の等価厚さはそれぞれ、０．１０ｍｍ、６３ｍｍ、０．８８ｍｍとなる。第１実施形態に係る放熱板１０を形成する第１層１１、第２層１２および第３層１３のそれぞれは、熱伝導率について等方的な材質から成る。

図２は、本発明の第１実施形態に係る放熱板１０を、第１層１１が発熱部品２１を臨むように配置したときの、発熱部品２１からの熱の伝わり方を表す図である。図２において、矢印の向きと大きさは熱が伝えられる向きと速さを模式的に表している。第１層１１は熱伝導率が大きく、第１層１１中で発熱部品２１から遠ざかる向きに進む熱流速は、第２層１２中でのそれに比べて大きい。第２層１２の熱伝導率は小さいので、第１層１１から第２層１２に伝えられた熱が第２層１２中を伝わる速さは遅く、したがって第１層１１から第３層１３に熱が伝えられる速さも遅くなる。第１〜３層の等価厚さは、前述した値であるので、放熱板の厚み方向に垂直な方向で発熱部品２１から遠ざかる向きに、第１層１１を熱が伝えられる速さは、第１層１１から第３層１３に熱が伝えられる速さよりも６３０倍速くなる。したがって、発熱部品２１からの熱が発熱部品２１近傍の第３層１３の外側表面部に集中し、ヒートスポットが生じることを抑制する。

図３は、第１〜３層を熱伝導率が等しい物質であるときに、発熱部品２１からの熱の伝わり方を表す図である。図３において、矢印の向きと大きさは熱が伝えられる向きと速さを模式的に表している。第１〜３層を熱伝導率の等しい物質とすると、放熱板の厚み方向に垂直な方向で発熱部品２１から遠ざかる向きに熱が伝えられる速さは、放熱板の厚み方向に熱が伝えられる速さと同じとなる。したがって発熱部品２１からの熱は放熱板を伝わり、筐体の外表面部にヒートスポットが生じる。

図４は、本発明の第１実施形態に係る放熱板１０の実装構造を、放熱板１０の厚み方向を含む切断面で切断して見たときの断面図である。発熱部品２１は回路基板２２に実装されており、放熱板１０は、発熱部品２１を覆っている。放熱板１０は、放熱板１０の外縁部によって回路基板２２に接しており、発熱部品２１は、放熱板１０と回路基板２２の間に位置している。筐体２３には、放熱板１０、発熱部品２１、回路基板２２が収納されている。発熱部品はＬＳＩ（Large-Scale Integration），ＶＬＳＩ（Very-Large-Scale Integration），ＵＬＳＩ（Ultra-Large-Scale Integration）などの集積回路とし、第１実施形態では、ＧａＡｓから成る半導体２４を含むチップである。

発熱部品２１近傍の放熱板１０の厚み方向は、回路基板２２の厚み方向と一致しており、発熱部品２１と発熱部品２１近傍の放熱板１０との間隙は、０．１０ｍｍである。発熱部品２１近傍の放熱板１０と筐体２３とは厚み方向を一致させて近接しており、放熱板１０と筐体２３との間隙ΔＬ１は、０．１０ｍｍである。筐体２３は、厚み０．５０ｍｍのポリカーボネートである。発熱部品２１を覆っている放熱板１０は、その外縁部で回路基板２２に保持されている。発熱部品２１と放熱板１０との間隙ΔＬ２は０．１０ｍｍである。

放熱板１０は筐体に対向する領域を有しており、該対向する領域においては、発熱部品２１に近い方から筐体に近い方に向かって、第１層１１、第２層１２、第３層１３の順番で位置するように、放熱板１０は配設されている。放熱板１０のうち回路基板に接続されている部分においては、放熱板１０は発熱部品２１を取囲むように形成されており、発熱部品２１から遠ざかるにつれて、第１層１１、第２層１２、第３層１３の順番で位置するように、放熱板１０は配設されている。

図５は、本発明に係る放熱板１０の熱移動特性を調べるために行った実験に用いた構成部品の平面図である。図６は、本発明に係る放熱板１０の熱移動特性を調べるために行った実験に用いた構成部品を、図５に示す切断面線Ｓ１−Ｓ１で切断して見た部分断面図である。回路基板２２の大きさは８０ｍｍ×４０ｍｍ×０．８０ｍｍである。本実施形態において、回路基板２２の厚み方向を「Ｚ方向」と称する。回路基板２２は絶縁層を含んでおり、該絶縁層の熱伝導率は０．６Ｗｍ^−１Ｋ^−１である。筐体２３はステンレス鋼で形成されており、その熱伝導率は１６Ｗｍ^−１Ｋ^−１である。筐体２３をＺ方向に見たときの形は矩形をしており、大きさは、１００ｍｍ×５０ｍｍである。

回路基板２２のＺ方向に垂直な表面のうち、一方の表面は筐体２３に臨んでおり、他方の表面は断熱材から成る板状部材に臨んでいる。筐体２３は断熱材から成る板状部材に接することで基板２２、発熱部品２１、放熱板１０を内包している。筐体２３のＺ方向の長さは４．０ｍｍである。筐体２３に臨んでいる基板２２の表面部には発熱部品２１として、ＧａＡｓから成る半導体２４を含む集積回路を含んでいる。集積回路は６つ取付けられており、そのうち１つのみに通電を行った。通電を行った集積回路を発熱部品２１とする。

取付けた６つの集積回路のうちの３つは、Ｚ方向に垂直な面上において直線状に並んで１つの列を形成する。３つが並んで形成する直線の方向およびＺ方向の両方に垂直な方向に、３つから成る前記１つの列が２列、並んでいる。前記１つの列の端に位置する集積回路のうち、端に位置する１つの集積回路のみに通電を行い、６つの集積回路のうち、残る５つの集積回路には通電を行わない。測定は、前記断熱材から成る板状部材から、発熱部品２１を挟んで最も遠くに位置している筐体２３の表面部２３ａにおける温度について、測定を行った。

発熱部品２１の大きさは１０ｍｍ×１０ｍｍ×１．１ｍｍであり、内部にＧａＡｓから成る５．０ｍｍ×５．０ｍｍ×０．３０ｍｍの大きさの半導体２４を含んでいる。発熱部品２１は、１つあたり５５Ｗの熱量を定常的に放出する。筐体２３の内側、発熱部品２１と筐体２３との間に、放熱板１０が配置されている。放熱板１０をＺ方向に見たときの大きさは、６０ｍｍ×３５ｍｍである。放熱板１０の外縁部は回路基板２２に接着されており、集積回路を６つ内包している。実験を行うときには、６つの集積回路のうち、端に位置する１つのみの通電を行い、筐体表面部の温度を測定した。筐体周囲の環境温度は２０℃である。発熱部品２１と放熱板１０との間隙は０．１０ｍｍとし、回路基板２２と断熱材から成る板状部材との間隙は、０．４０ｍｍである。

図７は、図５および図６についての説明で示した条件下で実験を行ったときの結果として、筐体の外側表面部の温度を示した温度分布図である。通電を始めてから平衡状態に達したときの筐体表面部の温度分布を結果として示している。第１ラインＬ１は、２７℃の等温線である。第２ラインＬ２は、２９℃の等温線である。第３ラインＬ３は、３１℃の等温線である。第３ラインＬ３で囲まれた領域Ａ１は、筐体の表面部の温度が３１℃以上３３℃未満であった領域である。このように、放熱板１０を実装し、発熱部品に通電を行ったときには、３３℃を超える温度を示す表面部は観測されない。通電を行った集積回路は、６つのうちの１つであるにも関わらず、６つの集積回路近傍の筐体の表面部を含む範囲よりも、広い範囲の筐体の表面部において、温度差２℃以内となり、均一な温度分布となった。

図８は、本発明に係る放熱板１０の熱移動特性を調べるために行った対照実験に用いた構成部品の平面図である。図９は、本発明に係る放熱板１０の熱移動特性を調べるために行った対照実験に用いた構成部品を、図８に示す切断面線Ｓ２−Ｓ２で切断して見た部分断面図である。対照実験では、図５および図６について説明した実験条件を構成する構成要素のうち、放熱板１０を取り除いて実験を行った。該対照実験において、放熱板１０の有無以外の条件は、全て同様であるものとする。測定は、断熱材から成る板状部材から、発熱部品２１を挟んで最も遠くに位置している筐体２３の表面部２３ｂにおける温度について、測定を行った。

図１０は、図８および図９についての説明で示した条件下で実験を行ったときの結果として、筐体の外側表面部の温度を示した温度分布図である。通電を始めてから平衡状態に達したときの筐体表面部の温度分布を結果として示している。第４ラインは、２７℃の等温線である。第５ラインは、２９℃の等温線である。第６ラインは、３１℃の等温線である。第７ラインは、３３℃の等温線である。第８ラインは、３５℃の等温線である。第９ラインは、３７℃の等温線である。第１０ラインは、３９℃の等温線である。第１１ラインは、４１℃の等温線である。第１１ラインに囲まれた領域Ａ２は、筐体の表面部の温度が４１℃以上４３℃未満であった領域である。このように、通電を行った発熱部品２１近傍の筐体表面の温度が４１℃を超える温度に達し、３３℃を超える温度を示す領域は、通電を行った発熱部品２１近傍のみに限られる結果となった。

第１実施形態において、第１層１１は０．１０ｍｍ厚の銅板、第２層１２は０．０５０ｍｍ厚のアクリル系接着剤、第３層１３は０．１０ｍｍ厚の鉄板であるけれども、第２層１２の等価厚さが第１層１１の等価厚さの１００倍以上であればよく、第３層１３はなくても構わない。第１実施形態において発熱部品２１は、半導体２４を含む集積回路であるけれども、周囲の部品よりも発熱量が多い部品であればよく、集積回路に限るものではない。

発熱部品２１と放熱板１０との間隙、および放熱板１０と筐体２３との間隙は、必ずしも前記の長さに限るものではない。放熱板１０と、放熱板１０を実装した回路基板２２とは、筐体２３内に実装されなければならず、放熱板１０と筐体２３との間には、放熱板１０と筐体２３とを含む部品の製造に伴う誤差の公差に対応して、間隙を設けることが必要となる。該製造に伴う誤差の公差を考慮すると、放熱板１０と筐体２３との間隙の大きさは０．１０ｍｍ以上であることが好ましい。また放熱板１０からの熱は、放熱板１０と筐体２３との間隙が小さいほど効率よく筐体２３に移動するので、間隙が大きいことは、放熱板１０から筐体２３への熱移動の効率を低下させることになる。したがって放熱板１０と筐体２３との間隙は、集積回路が有する最も長い辺の２０％程度、第１実施形態においては２．０ｍｍ以内であることが好ましい。

発熱部品２１と放熱板１０との距離は、熱が伝わる距離であればよく、放熱板１０と筐体２３との距離については、制限を設けない。また図５〜図１０に関して示した実験条件および実験結果は、本発明の効果を検証するためのものであり、本発明の内容を限定するものではない。

第１実施形態に係る放熱板１０によれば、放熱板１０は、内側の第１層１１と外側の第２層１２とを有し、第２層１２の熱伝導率は、第１層１１の熱伝導率よりも小さい。これによって、放熱板１０の厚み方向に垂直な平面内における、発熱部品２１からの距離に対応する前記外側の第２層１２の外側表面部の温度変化としての温度勾配を、ゆるやかにすることができる。また放熱板は筐体に対向する領域を有し、この領域においては、第２層１２は第１層１１よりも筐体に近接している。これによって、発熱部品２１から筐体２３への熱移動の速さを、放熱板１０の厚み方向に垂直な平面内での放熱板１０中の熱移動の速さよりも遅くすることができる。したがって、筐体２３の外側表面部においても、筐体２３の厚み方向とは垂直な平面内において、発熱部品２１から距離に対応する温度変化としての温度勾配を、ゆるやかにすることができ、筐体２３の外側表面部にヒートスポットが生じることを防ぐことができる。その結果発熱部品２１による局所的な温度上昇によって筐体２３に変形または破損が起こることを防ぐことができる。発熱部品２１が稼動と停止を繰返すことによって温度上昇と温度下降が繰返されても、熱膨張および収縮の繰り返しによって、ヒートスポットが生じる部分からの筐体２３の変形および破損を防ぐことができる。

また仮に熱伝導率に異方性を持つ材質から板状部材を形成し、発熱部品２１および筐体２３に前記板状部材を対向させ、発熱部品２１に対向する面内での熱伝導率が大きく、対向する面に垂直な方向での熱伝導率が小さくなるように前記板状部材を配設しようとすれば、異方性にしたがった配設を行う必要がある。しかし第１実施形態において、放熱板１０を形成する第１層１１、第２層１２および第３層１３のそれぞれは、熱伝導率について等方的な材質から成る。したがって、熱伝導率について異方性を有する材質から成る材質から放熱板を形成するよりも、放熱板の作成にかかる工程数および費用を低減することができる。

また放熱板１０が回路基板２２に接続されていることによって、回路基板２２上の発熱部品２１から放熱板１０に伝えられた熱を、回路基板２２に伝えることができる。したがって放熱板１０の厚み方向に垂直な平面内での熱の移動について、放熱板１０中の熱伝導効率をさらに上げることができる。その結果発熱部品２１から筐体２３への熱移動の速さよりも、発熱部品２１近傍から放熱板１０の厚み方向に垂直な平面内での放熱板１０中の熱移動の速さを速くすることができる。したがって筐体２３表面部にヒートスポットが生じることを防ぎ、発熱部品２１による局所的な温度上昇によって筐体２３に変形または破損が起こることを防ぐことができる。発熱部品２１が稼動と停止を繰返すことによって温度上昇と温度下降が繰返されても、熱膨張および収縮の繰り返しによって、ヒートスポットが生じる部分からの筐体２３の変形および破損を防ぐことができる。

また放熱板１０を構成する複数の層のうち、前記外側の第２層１２よりもさらに外方に第３層１３を有することによって、放熱板１０の剛性を、第３層１３を有しないときに比べてさらに高めることができる。したがって放熱板１０の機械的強度を高め、筐体の外からの衝撃によって放熱板１０が変形することを防ぐことができる。また放熱板１０に内包される部品が放熱板１０よりも外からの衝撃によって変形することを防ぐことができる。

図１１は、本発明の第２実施形態に係る放熱板１０Ａの実装構造を、Ｚ方向の直線を含む切断面で切断して見たときの断面図である。第２実施形態における放熱板の第１層１１の外縁部は、第２層１２および第３層１３の外縁部よりも外方に広く延在している。放熱板１０Ａは、第２層１２および第３層１３よりも広く延在した第１層１１の外縁部によって、回路基板２２に接している。延在した外縁部は、その厚み方向が、回路基板２２との接触領域において、回路基板の厚み方向と平行になるように、形成されている。具体的には、第２実施形態において放熱板１０Ａは、発熱部品２１を内側としてコの字形に形成されており、第２層１２および第３層１３はその中央部から外縁部に向かうにつれて、回路基板２２の厚み方向に沿って回路基板２２に近づくように形成されている。第２層１２および第３層１３よりも広く延在した第１層１１の外縁部は、放熱板１０Ａの中央部から外縁部に向かうにつれて、発熱部品２１から遠ざかる向きに向かうように折り曲げられて、形成されている。

回路基板２２は、広く延在した第１層１１の外縁部を回路基板２２に機械的に接続する接続手段を有する。具体的には第２実施形態において、前記接続手段は、金属製のクランプとする。広く延在した第１層１１の外縁部は、クランプ２５によって回路基板２２に保持される。クランプ２５は、回路基板２２に対して放熱板１０の、広く延在した第１層１１の外縁部を弾発的に保持する。第２実施形態において、放熱板１０Ａの第１〜第３層１３の材質および厚みは、第１実施形態におけるそれらと同じであるものとする。第２実施形態において発熱部品２１と放熱板１０Ａとの間隙は０．１０ｍｍとし、放熱板１０Ａと筐体２３との間隙は、０．１０ｍｍである。

広く延在した第１層１１の外縁部と接触する回路基板２２上の領域には、電気配線として役割を持たない導体パターンを形成する。この導体パターンは放熱板１０Ａの第１層１１とは接触するけれども、回路基板２２内において電気的配線として役割を持つ導体パターンとは機械的にも電気的にも接触していない。

第２実施形態において、第１層１１、第２層１２、および第３層１３の材質と厚みとは第１実施形態と同じであるけれども、第２層１２の等価厚さが第１層１１の等価厚さの１００倍以上であればよく、第３層１３はなくても構わない。また発熱部品２１と放熱板１０との間隙、および放熱板１０と筐体２３との間隙は、必ずしも前記の長さに限るものではない。放熱板１０Ａと放熱板１０を実装した回路基板２２とは、筐体２３内に実装されなければならず、放熱板１０Ａと筐体２３との間には、放熱板１０Ａと筐体２３とを含む部品の製造に伴う誤差の公差に対応して、間隙を設けることが必要となる。該製造に伴う誤差の公差を考慮すると、放熱板１０Ａと筐体２３との間隙の大きさは０．１０ｍｍ以上であることが好ましい。また放熱板１０Ａからの熱は、放熱板１０Ａと筐体２３との間隙が小さいほど効率よく筐体２３に移動するので、間隙が大きいことは、放熱板１０Ａから筐体２３への熱移動の効率を低下させることになる。したがって放熱板１０Ａと筐体２３との間隙は、集積回路が有する最も長い辺の２０％程度、第２実施形態においては２．０ｍｍ以内であることが好ましい。

発熱部品２１と放熱板１０との距離は、熱が伝わる距離であればよく、放熱板１０と筐体２３との距離については、制限を設けない。第１層１１の外縁部は、外縁部全体にわたって第２層１２および第３層１３よりも延在していてもよく、また第１層１１の外縁部の一部分が部分的に第２層１２および第３層１３よりも延在するように形成されていてもよい。また第２層１２および第３層１３よりも広く延在した第１層１１の外縁部を回路基板２２に保持する接続手段は、クランプでなくても構わない。金属製であればよく、たとえば、はんだであってもよい。また広く延在した第１層１１の外縁部と接触する回路基板２２上の領域には、電気配線として役割を持たない導体パターンを形成したけれども、他の実施形態においては、熱伝導率３０Ｗｍ^−１Ｋ^−１以上の薄板を形成してもよく、たとえば窒化ホウ素を含むセラミックスから形成してもよい。広く延在した第１層１１の外縁部と接触する回路基板２２上の領域に、改めて何も形成しない場合もあり得る。

また第２実施形態に係る放熱板１０Ａによれば、発熱部品２１に臨む第１層１１の外縁部の少なくとも一部分が、発熱部品２１および前記外側の第２層１２よりも、外方に延在することによって、発熱部品２１からの熱を該外縁部を経由して筐体２３内の空気中に放散することができる。したがって放熱板１０Ａの厚み方向に垂直な平面内での温度勾配を前記外縁部が延在していない場合に比べて大きくすることができ、該平面内での熱の移動について、放熱板１０Ａ中の熱伝導効率を上げることができる。したがって筐体２３表面部にヒートスポットが生じることを防ぎ、発熱部品２１による局所的な温度上昇によって筐体２３に変形または破損が起こることを防ぐことができる。発熱部品２１が稼動と停止を繰返すことによって温度上昇と温度下降が繰返されても、熱膨張および収縮の繰り返しによって、ヒートスポットが生じる部分からの筐体２３の変形および破損を防ぐことができる。

また回路基板２２が、放熱板１０Ａを回路基板２２に機械的に接続する接続手段を有することによって、発熱部品２１から放熱板１０Ａに伝えられた熱を、該接続手段を経由して回路基板２２に伝えることができ、かつ該接続手段近傍の筐体２３内の空気中に熱を放散することができる。したがって放熱板１０Ａの厚み方向に垂直な平面内での熱の移動について、放熱板１０Ａ中の熱伝導効率をさらに上げることができる。その結果発熱部品２１から筐体２３への熱移動の速さよりも、発熱部品２１近傍から放熱板１０Ａの厚み方向に垂直な平面内での放熱板１０Ａ中の熱移動の速さを速くすることができる。したがって筐体２３表面部にヒートスポットが生じることを防ぎ、発熱部品２１による局所的な温度上昇によって筐体２３に変形または破損が起こることを防ぐことができる。発熱部品２１が稼動と停止を繰返すことによって温度上昇と温度下降が繰返されても、熱膨張および収縮の繰り返しによって、ヒートスポットが生じる部分からの筐体２３の変形および破損を防ぐことができる。

放熱板１０Ａの回路基板２２への接続手段を金属で形成することによって、発熱部品２１から放熱板１０Ａに伝えられた熱を、該接続手段を経由して回路基板２２にも伝えることができる。また該接続手段近傍の筐体２３内の空気中に熱を放散することができる。したがって放熱板１０Ａの厚み方向に垂直な平面内での熱の移動について、放熱板１０Ａ中の熱伝導効率をさらに上げることができる。その結果発熱部品２１から筐体２３への熱移動の速さよりも、発熱部品２１近傍から放熱板１０Ａの厚み方向に垂直な平面内での放熱板１０Ａ中の熱移動の速さを速くすることができる。したがって筐体２３表面部にヒートスポットが生じることを防ぎ、発熱部品２１による局所的な温度上昇によって筐体２３に変形または破損が起こることを防ぐことができる。発熱部品２１が稼動と停止を繰返すことによって温度上昇と温度下降が繰返されても、熱膨張および収縮の繰り返しによって、ヒートスポットが生じる部分からの筐体２３の変形および破損を防ぐことができる。

広く延在した第１層１１の外縁部と接触する回路基板２２上の領域には、電気配線として役割を持たない導体パターンを形成する。これによって放熱板１０Ａから回路基板２２への熱の移動が、導体パターンを形成しないときに比べて容易になり、放熱板１０Ａから筐体２３内の空気への熱の拡散を加速することができる。したがって筐体２３表面部にヒートスポットが生じることを防ぎ、発熱部品２１による局所的な温度上昇によって筐体２３に変形または破損が起こることを防ぐことができる。発熱部品２１が稼動と停止を繰返すことによって温度上昇と温度下降が繰返されても、熱膨張および収縮の繰り返しによって、ヒートスポットが生じる部分からの筐体２３の変形および破損を防ぐことができる。

第１および第２実施形態において発熱部品２１は、携帯電話機およびパーソナルコンピュータなど、回路基板を含む電子機器に含まれる、ＧａＡｓから成る半導体２４を含む集積回路としたけれども、隣接する周囲の部品よりも発熱量が多い部品であれば、足りる。他の実施形態において発熱部品は、ＧａＡｓ以外の半導体を含む集積回路でもよい。第１および第２実施形態において回路基板２２は、携帯電話機およびパーソナルコンピュータなどの電子機器に含まれる回路基板としたけれども、集積回路を含む回路基板であれば、足りる。たとえばゲーム機、小形ゲーム機、携帯情報端末（Personal Digital Assistance 略称：ＰＤＡ）などに含まれる回路基板であってもよい。

本発明の第１実施形態に係る放熱板１０の部分断面図である。本発明の第１実施形態に係る放熱板１０を、第１層１１が発熱部品２１を臨むように配置したときの、発熱部品２１からの熱の伝わり方を表す図である。第１〜３層を熱伝導率が等しい物質であるときに、発熱部品２１からの熱の伝わり方を表す図である。本発明の第１実施形態に係る放熱板１０の実装構造を、放熱板１０の厚み方向を含む切断面で切断して見たときの断面図である。本発明に係る放熱板１０の熱移動特性を調べるために行った実験に用いた構成部品の平面図である。本発明に係る放熱板１０の熱移動特性を調べるために行った実験に用いた構成部品を、図５に示す切断面線Ｓ１−Ｓ１で切断して見た部分断面図である。図５および図６についての説明で示した条件下で実験を行ったときの結果として、筐体の外側表面部の温度を示した温度分布図である。本発明に係る放熱板１０の熱移動特性を調べるために行った対照実験に用いた構成部品の平面図である。本発明に係る放熱板１０の熱移動特性を調べるために行った対照実験に用いた構成部品を、図８に示す切断面線Ｓ２−Ｓ２で切断して見た部分断面図である。図８および図９についての説明で示した条件下で実験を行ったときの結果として、筐体の外側表面部の温度を示した温度分布図である。本発明の第２実施形態に係る放熱板１０Ａの実装構造を、Ｚ方向の直線を含む切断面で切断して見たときの断面図である。

符号の説明

１０放熱板
１１第１層１１
１２第２層１２
１３第３層１３
２１発熱部品
２２回路基板
２３筐体
２４半導体
２５クランプ

Claims

筐体内で発熱部品を覆う放熱板であって、
前記放熱板は、前記発熱部品に臨む内側の層と、内側の層よりも発熱部品に対して外側に形成される外側の層とを有し、
前記外側の層の熱伝導率は、前記内側の層の熱伝導率よりも小さく選ばれ、
前記放熱板は、前記筐体に対向する領域を有し、該対向する領域においては、前記外側の層が前記筐体に対して前記内側の層よりも近接して配設されることを特徴とする放熱板。
前記内側の層の外縁部の少なくとも一部分は、前記発熱部品および前記外方側の層に対し、外方に延在することを特徴とする請求項１に記載の放熱板。
請求項１または２に記載の放熱板が覆う前記発熱部品は、回路基板に実装される部品であって、
前記回路基板は、前記放熱板を該回路基板に機械的に接続する接続手段を備えることを特徴とする放熱板の実装構造。
前記接続手段は、金属から成ることを特徴とする請求項３記載の放熱板の実装構造。