JP2009224720A - 電子モジュールおよび電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増やすこと無く、発熱性部品で生じる熱を放散させる。
【解決手段】熱を発生する発熱性部品（例えばＩＣ）と、当該発熱性部品が発生した熱を受けかつ当該熱を放出することが可能な放熱性部品（例えば金属材料からなるスロット筐体）と、可撓性を有する伝送配線（例えばＦＰＣ）とを有する電子モジュールで、発熱性部品と放熱性部品の双方に接触するように伝送配線を配した。伝送配線により熱を伝え放熱を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子モジュールおよび電子装置に係り、特にＩＣ等の発熱性部品で発生される熱を放散させる放熱構造に関する。

複数の電子部品を搭載し様々な機能を備えた多くの電子機器が今日提供されている。かかる電子機器は、一般にトランジスタやＩＣなどの発熱性部品を含んでおり、装置を正常に動作させ所期の性能を維持するためにこれら発熱性部品から生じる熱を装置の外部に逃がす放熱構造が備えられる。

発熱性部品で発生した熱は、部品表面から直接周囲に（筐体内の空気中や通気口を通じて外気に）放散もされるが、放熱効率を高めるために当該部品に接触させた部材を通じて装置筐体などの熱容量の大きな部品に熱を伝え、これを通じて装置外部へ熱を放散させる放熱構造を備えることがある。また、放熱効率を高めるために、ヒートシンクやヒートプレートを設けて放熱面積を増やし、あるいは、ファンにより熱伝達率を上げるなどの方法が採られることもある。

また、複合電子部品における放熱構造を開示するものとして下記文献がある。
特開平１０‐５６２８８号公報

ところで、従来の放熱構造は、装置本来の機能実現とは直接関係のない放熱用の部品が別に必要となる問題がある。

例えば、前記特許文献１に記載の発明では、基板上に実装された発熱性部品で生じた熱をシールドケースに伝え放熱を行うが、放熱経路としては、熱源である発熱性部品、当該部品が実装されている基板、当該基板上に固定されたコネクタ、コネクタに差し込まれたコンタクト片、コンタクト片が接合されたシールドケースの順に伝熱を行っている。このため、当該装置としては本来必要ではないコネクタを新たに設けなければならず、その分、部品点数が増えてしまう難がある。部品点数の増加は、装置の製造コストを上昇させ、装置の小型軽量化の要請にも反する。また放熱効率の点でも、伝熱経路が長く（介在される媒体の数が多く）、放熱効率が良好であるとは言えない。さらにこの放熱構造は、シールドケースを持たない装置には適用することが出来ない。

一方、電子機器の筐体を放熱手段として利用する構造の場合、筐体が金属製の装置にしか適用することが出来ない。特に、無線を利用した各種の電子装置、例えば無線ＬＡＮのベースステーションや中継機器（アクセスポイント装置）、無線ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）装置などでは通常、金属筐体を使用することは出来ず、熱伝導性に劣る樹脂筐体を使用させざるを得ない。このため、筐体を放熱手段に利用することが出来ない。

したがって、本発明の目的は、上記のような問題を解消し、部品点数を増やすこと無く、発熱性部品から発生される熱を放散させる新たな放熱構造を得ることにある。

前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係る電子モジュールは、熱を発生する発熱性部品と、当該発熱性部品が発生した熱を受けかつ当該熱を放出することが可能な放熱性部品と、可撓性を有する伝送配線とを有する電子モジュールであって、前記発熱性部品と前記放熱性部品の双方に接触するように前記伝送配線を配置した。

本発明の電子モジュールでは、発熱性部品で発生される熱を放熱性部品に伝えてこの放熱性部品から放熱を行うが、当該熱を伝導させる部材として伝送配線を利用する。このため、本発明では放熱のためのみに使用する部品や部材（例えば前記特許文献１におけるコンタクト片のような）を設ける必要がないから、放熱構造を備えるにあたって部品点数が増えることが無く、製造コストを抑えることが可能となる。また、熱伝導部材として可撓性を有する伝送配線を用いるので、部品配置の制約も少なく、装置の設計の自由度も高い。

上記伝送配線としては、典型的には、信号線を含む帯状のケーブル（フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits））を用いることが出来るが、可撓性（または屈曲性）を有しかつ熱伝導性を有するものであれば配線の種類および構造は問わない。

例えば、上記伝送配線は、１以上の信号線と、当該信号線と一定の距離を隔てて配置された金属箔と、これら信号線と金属箔との間に介在された電気絶縁層と、前記信号線の表面を覆う信号線側被覆絶縁層と、前記金属箔の表面を覆う金属箔側被覆絶縁層とを含む場合がある。金属箔は、例えば、電磁的な干渉を防ぎ所望の伝送特性を実現する電磁波遮蔽層（電磁シールド層）、あるいは、信号線の特性インピーダンスを調整するインピーダンス整合用のグランド層として備えられたものであって良い。

また、当該金属箔は、複数の孔を備えた網状（または多孔状）の導電体箔からなっていても良い。このような金属箔を備えれば、熱伝導部材として使用する上記伝送配線の可撓性を向上させることができ、本発明に基づいて伝送配線を柔軟に引き回して放熱経路を形成することが出来る。このような複数の孔を備えた網状の導電体箔は、例えば、金属線材を編み込むことにより、あるいは金属箔をプレス加工することにより、あるいは導電ペーストを印刷することにより形成することが出来る。

さらに本発明では、発熱性部品および放熱性部品のいずれか一方または双方への接触部分において上記金属層側被覆絶縁層を除去することにより発熱性部品および放熱性部品のいずれか一方または双方に金属箔を接触させるようにしても良い。このような構造によれば、当該金属箔によって発熱性部品から放熱性部品へ効率よく熱を伝え、また発熱性部品から伝送配線への熱伝導、あるいは伝送配線から放熱性部品への熱伝導を良好にすることができ、放熱効率を向上させることが出来る。

本発明において、伝送配線を発熱性部品および放熱性部品に固定し接触状態に保つ方法は、特に問わない。例えば、接着剤や粘着テープ、ワイヤ、固定金具など様々な固定手段を採ることが可能である。ただし、接着剤を使用する場合のように、両者（伝送配線と発熱性部品または放熱性部品）間に固定手段が介在される場合には、当該固定手段は熱伝導率が高いものを使用することが好ましい。例えば接着剤を当該固定手段として使用する場合には、金属粉末や無機フィラー（例えばシリコン粉末）など熱伝導率の高い材料を含む接着剤を使用することが、熱伝導効率を高める点で好ましい。

一方、本発明では、伝送配線を発熱性部品および放熱性部品のいずれか一方または双方に押し付ける弾性部材を備えても良い。このような弾性部材を用いれば、伝送配線と発熱性部品あるいは伝送配線と放熱性部品とを何も介在させること無く（接着剤等を使用しなくても）直接接触させることが出来るから、両者間における熱伝導効率をより一層高めることが可能となる。弾性部材としては、例えば、ゴムやスポンジ、その他弾性を有する樹脂材、バネ（板バネやコイルバネ）などを使用することが出来る。

また本発明では、伝送配線が、発熱性部品への接触部分と放熱性部品への接触部分との間に幅寸法を拡大させた拡幅部を有するようにしても良い。伝送配線による伝熱量を増やし放熱効率を高めるためである。

本発明では、熱伝導を行う上記伝送配線と、発熱性部品および放熱性部品との電気的な直接の関連性は問わない（伝送配線は発熱性部品および放熱性部品に対してあるいは発熱性部品および放熱性部品から電気信号を伝送するものである必要はない）。具体的には、上記伝送配線は、発熱性部品および放熱性部品のうちのいずれか一方または双方に電気的に接続されていても良いし、発熱性部品および放熱性部品以外の複数の部品間に電気的に接続されたものであっても良い。

本発明は、発熱性部品を複数備えている（上記電子モジュールが、発熱量が異なる２以上の発熱性部品を備える）場合にも適用することが可能である。この場合、伝送配線を、当該２以上の発熱性部品のうち発熱量が大きいものから順に接触させて放熱性部品に至るように配置することが望ましい。複数の発熱性部品から放熱性部品へスムーズに熱伝導を行い放熱効率を高めるためである。

また、放熱性部品を複数備えている（上記電子モジュールが、熱容量が異なる２以上の放熱性部品を備える）場合にも本発明は適用することが可能である。この場合、発熱性部品から伝えられる熱を当該複数の放熱性部品間で効率よく放散させるため、前記伝送配線を、発熱性部品に接触した後、当該２以上の放熱性部品に熱容量が小さいものから順に接触するように配置することが好ましい。

放熱性部品としては、例えば、金属材料からなるスロット筐体を利用することが出来る。このスロット筐体には、リムーバブル記憶媒体（例えばメモリカード等の半導体メモリを使用した記憶媒体や、ＣＤ・ＤＶＤ・ＦＤ・ＭＯ・ＺＩＰ等のディスク状記録媒体）、あるいはＳＤメモリカードやＰＣカードのような機能拡張ボード等を着脱（抜き差し）するスロットを形成する金属筐体が含まれる。このような金属製のスロット筐体を放熱性部品として使用すれば、たとえ当該電子装置の筐体が樹脂などの熱伝導率の低い材料からなっていても放熱を行うことが可能となる。

なお、本発明に言う放熱性部品は、スロット筐体に限られるものではなく、上記以外の部品、例えば金属材料からなるシールドケースその他の部品であっても良い。例えば電子装置の筐体が金属等の熱伝導率の高い材料からなっていれば電子装置の筐体を放熱性部品として使用することも可能である。

本発明に係る電子装置は、本発明に係る上記いずれかの構造を有する電子モジュールを含むものである。本発明に言う電子装置の一例を挙げれば、ワイヤレスＨＤＤ（ハードディスクドライブ）装置、無線ＬＡＮのベースステーション（親機）や中継機器（アクセスポイント装置）、ノート型パーソナルコンピュータ（ラップトップパソコン）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant／携帯情報端末）、携帯電話機、携帯音楽プレーヤ、デジタル録音再生機、ゲーム機器が挙げられる。ただし、本発明の電子装置はこれらに限定されるものではなく、他の様々な電子機器に本発明を適用できることは当業者にとって明らかである。

本発明によれば、部品点数を増やすこと無く、発熱性部品から発生される熱を良好に放散させることが出来る。

本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基づいて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。なお、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。

図１から図２は、本発明の一実施形態に係る電子モジュールを示すものである。この電子モジュールはワイヤレスハードディスクドライブ装置に内蔵する電子モジュールで、図１に示すように、配線基板１の下面に実装されたパワーコントロールＩＣ（以下、単にＩＣと言う）１１と、同じく配線基板１の下面側に設置されたメモリカード用のスロット筐体１２およびハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤと言う）４を備えている。配線基板１の上面にはコネクタ２を備え、このコネクタ２とＨＤＤ４のコネクタ３とがフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと言う）１３により接続されている。

本実施形態では、発熱性部品である上記ＩＣ１１で発生される熱をスロット筐体１２に導いてこのスロット筐体１２から放熱を行う。メモリカード用のスロット筐体１２は金属材料からなる。また、ＩＣ１１で発生される熱をスロット筐体１２に伝導させる熱伝導部材としてＦＰＣ１３を用いる。ＦＰＣ１３は、配線基板上面のコネクタ２から、配線基板１の下側に引き回され、配線基板下面のＨＤＤ４に備えられた接続コネクタ３に接続されているが、この間にＩＣ１１とスロット筐体１２とに接触させるように設置する。

図２は、当該ＦＰＣ１３の一部を切断して示す斜視図である。この図に示すようにＦＰＣ１３は、ポリイミドからなる絶縁層２３を挟んでその下面に複数の信号ライン２４を、またその上面に金属箔２２をそれぞれ備え、さらに、信号ライン２４の下面を覆う信号ライン側被覆層２５と、金属箔２２の上面を覆う金属箔側被覆層２１とを有する。信号ライン側ならびに金属箔側の各被覆層２１，２５は、信号ライン２４と金属箔２２との間に介在される前記絶縁層２３と同様にポリイミドからなる。また、ＦＰＣ１３は、その上面に被覆層（信号ライン側被覆層）２１の一部を取り除いた開口部２６を有し、金属箔２２を露出させてある。そして、この開口部２６を通じて金属箔２２をＩＣ１１ならびにスロット筐体１２の表面にそれぞれ直接接触させる。

ＩＣ１１への接触は、ＦＰＣ１３を下方からＩＣ１１の下面に当接させ、弾性部材１４により開口部２６を通じて金属箔２２をＩＣ１１に下面に押し付けることにより行う。弾性部材１４は、ＦＰＣ１３を上方へ（ＩＣ１１の下面に向け）付勢して金属箔２２をＩＣ１１の表面に密着させる。一方、スロット筐体１２への接触は、ＨＤＤ４とスロット筐体１２とでＦＰＣ１３を挟み込むことにより行う。なお、このとき接着剤によってＦＰＣ１３をスロット筐体１２の下面に接着しても良いし（前記ＩＣ１１への接触の場合も同様）、接着剤を使用せずに前記ＩＣ１１への接触と同様に弾性部材をＨＤＤ４とＦＰＣ１３との間に介在させれば、開口部２６を通じて金属箔２２をスロット筐体１２の下面に密着させることが出来る。

本実施形態の放熱構造では、ＩＣ１１で発生された熱は、ＦＰＣ１３（金属箔２２）に伝えられ、当該ＦＰＣ１３（金属箔２２）を通ってスロット筐体１２に伝えられる。スロット筐体１２は、この電子モジュールがＨＤＤ装置に収容され実装されてもメモリカードの抜き差しのため外気（装置外部）に連通しており、当該スロット筐体１２からＨＤＤ装置外部へと放熱が行われる。また、このときＨＤＤ装置の筐体が樹脂製であってもＩＣ１１からの熱を良好に放散させることが出来る。

図３は、本発明に基づいて形成した放熱経路の一例を示すものである。この図に示すように発熱性部品および放熱性部品のいずれか一方または双方が複数ある場合には、これらを例えば、発熱性部品の大きい方から順に、すなわち、発熱性部品１１ａ、発熱性部品１１ｂおよび発熱性部品１１ｃの順にＦＰＣ１３を接触させ、その後、放熱性部品の熱容量が小さいものから順に、すなわち、放熱性部品１２ａ、放熱性部品１２ｂおよび放熱性部品１２ｃの順に接触させるようにＦＰＣ１３を引き回せば良い。発熱性部品および放熱性部品を２個または４個以上備える場合も、同様にＦＰＣ１３を接触させて各部品を経由するように放熱経路を形成すれば良い。

なお、放熱経路を形成する上記ＦＰＣ１３は、図３の例では、発熱性部品１１ａ〜１１ｃおよび放熱性部品１２ａ〜１２ｃ以外の部品である、電子部品Ａと電子部品Ｂとを電気的に接続するものであり、発熱性部品１１ａ〜１１ｃおよび放熱性部品１２ａ〜１２ｃのいずれとも電気的に直接接続されていない（直接の関連性を有しない）配線であるが、当該ＦＰＣ１３が発熱性部品および放熱性部品のいずれかと電気的に接続されたものであっても良い。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。

例えば、前記ＦＰＣ１３は、５層（金属箔側被覆層２１，金属箔２２，絶縁層２３，信号ライン２４，信号ライン側被覆層２５）の積層構造を有するケーブルであるが、例えば信号ライン２４の片面側だけでなく、両方の面側に絶縁層を介して金属箔を備えるなど、これ以外の様々な構造を有する伝送配線を本発明において使用することが可能である。また、絶縁層２３および被覆層２１，２５は、実施形態ではポリイミドにより形成したが、他の絶縁材料、例えばシリコンやアルミナ等の電気絶縁材料からなっていても良い。

また、前記実施形態のように開口部２６を形成せず、被覆層２１を発熱性部品（ＩＣ１１）と放熱性部品（スロット筐体１２）とに接触させて熱伝導を行うようにしても良い。前記金属箔２２は、例えば、銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属材料により形成することが出来る。さらに本発明に言う発熱性部品は、ＩＣやトランジスタなどの能動電子部品に限られず、受動電子部品やバッテリなどであっても良い。また放熱性部品は、電子装置に内蔵されたシールドケースや電子装置の金属筐体などであっても良い。

本発明の一実施形態に係る電子モジュールを示す図である。 前記実施形態に係る電子モジュールで使用するフレキシブルフラットケーブル（伝送配線）の一部を切断して示す斜視図である。 本発明の電子装置における放熱経路の一例を示す概念図である。

符号の説明

１ 配線基板
２，３ コネクタ
４ ハードディスクドライブ
１１ パワーコントロールＩＣ（発熱性部品）
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 発熱性部品
１２ メモリカード用スロット筐体（放熱性部品）
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 放熱性部品
１３ フレキシブルプリント基板
１４ 弾性部材
２１ 金属箔側被覆層
２２ 金属箔
２３ 絶縁層
２４ 信号ライン
２５ 信号ライン側被覆層
２６ 開口部

Claims (12)

1. 熱を発生する発熱性部品と、
   当該発熱性部品が発生した熱を受けかつ当該熱を放出することが可能な放熱性部品と、
   可撓性を有する伝送配線と、
   を有する電子モジュールであって、
   前記発熱性部品と前記放熱性部品の双方に接触するように前記伝送配線を配置したことを特徴とする電子モジュール。
2. 前記伝送配線は、前記発熱性部品および前記放熱性部品のうちのいずれか一方または双方に電気的に接続されている
   請求項１に記載の電子モジュール。
3. 前記伝送配線は、前記発熱性部品および前記放熱性部品以外の複数の部品間に電気的に接続されたものである
   請求項１に記載の電子モジュール。
4. 発熱量が異なる２以上の前記発熱性部品を備え、
   前記伝送配線を、当該２以上の発熱性部品のうち発熱量が大きいものから順に接触させて前記放熱性部品に至るように配置した
   請求項１から３のいずれか一項に記載の電子モジュール。
5. 熱容量が異なる２以上の前記放熱性部品を備え、
   前記伝送配線は、前記発熱性部品に接触した後、当該２以上の放熱性部品に熱容量が小さいものから順に接触するように配置されている
   請求項１から４のいずれか一項に記載の電子モジュール。
6. 前記放熱性部品は、金属材料からなるスロット筐体である
   請求項１から５のいずれか一項に記載の電子モジュール。
7. 前記伝送配線は、
   １以上の信号線と、
   当該信号線と一定の距離を隔てて配置された金属箔と、
   これら信号線と金属箔との間に介在された電気絶縁層と、
   前記信号線の表面を覆う信号線側被覆絶縁層と、
   前記金属層の表面を覆う金属箔側被覆絶縁層と、
   を含む請求項１から６のいずれか一項に記載の電子モジュール。
8. 前記発熱性部品および前記放熱性部品のいずれか一方または双方への接触部分において前記金属箔側被覆絶縁層を除去することにより当該発熱性部品および放熱性部品のいずれか一方または双方に前記金属箔を接触させた
   請求項７に記載の電子モジュール。
9. 前記金属箔は、複数の孔を備えた網状の箔材からなる
   請求項７または８に記載の電子モジュール。
10. 前記伝送配線は、前記発熱性部品への接触部分と前記放熱性部品への接触部分との間に、幅寸法を拡大させた拡幅部を有する
    請求項１から９のいずれか一項に記載の電子モジュール。
11. 前記伝送配線を前記発熱性部品および放熱性部品のいずれか一方または双方に押し付ける弾性部材を備える
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の電子モジュール。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の前記電子モジュールを含む電子装置。

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