JP2010010609A

JP2010010609A - 電子機器

Info

Publication number: JP2010010609A
Application number: JP2008171191A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hongo; 武司本郷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-06-30
Also published as: JP4987805B2

Abstract

【課題】電子機器において、発熱部品の数に因らずに製作コストを低減し、効率よく熱排出を行なうこと。
【解決手段】電子機器１０は、対向する第１の面及び第２の面を有したプリント配線板２１ｎと、プリント配線板２１ｎの第１の面上に固定された発熱部品２１ａ，２１ｂと、発熱部品２１ａ，２１ｂの、プリント配線板２１ｎとの固定面に対向する面に、発熱部品２１ａ，２１ｂとそれぞれ熱接続されたヒートシンク２３ａ，２３ｂと、ヒートシンク２３ａ，２３ｂの、発熱部品２１ａ，２１ｂとの熱接続面に対向する面に、ヒートシンク２３ａ，２３ｂに跨って配置されたヒートパイプ２４と、プリント配線板２１ｎに支持され、ヒートパイプ２４をヒートシンク２３ａ，２３ｂのうちヒートシンク２３ａに押圧した板バネ２５と、ヒートパイプ２４に熱接続されたフィン２６と、を備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、発熱部品を冷却する冷却構造を備える電子機器に関する。

電子機器は、筐体に内蔵されるプリント配線板に、多様な演算処理を担う演算処理装置が実装されている。演算処理装置、例えば、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｕｎｉｔ）は、回路の高密度化及び演算処理の高速化に伴い発熱量が増加する傾向にある。そこで、ＣＰＵを積極的に冷却するために、冷却装置が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

ここで、冷却装置は、ヒートパイプとそのヒートパイプを支持する支持部材とを有している。支持部材は、各発熱部品上のヒートパイプ部分を発熱部品側にそれぞれ押圧することで、ヒートパイプを支持している。
特開２００７−２６６５１８号公報特開２００５−１６６７１５号公報

しかしながら、従来技術によると、プリント回路板上に複数の発熱部品が存在する場合、各発熱部品上のヒートパイプ部分を発熱部品側に押圧するために、発熱部品毎に支持部材が必要となり、支持部材の部品点数が多いという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、製作コストを低減し、効率よく熱排出を行なえる電子部品を提供することを目的とする。

本発明に係る電子機器は、上述した課題を解決するために、対向する第１の面及び第２の面を有したプリント配線板と、前記プリント配線板の前記第１の面上に固定された複数の発熱部品と、前記複数の発熱部品の、前記プリント配線板との固定面に対向する面に、前記複数の発熱部品とそれぞれ熱接続された複数の放熱部材と、前記複数の放熱部材の、前記発熱部品との熱接続面に対向する面に、前記複数の放熱部材に跨って配置された熱移送部材と、前記プリント配線板に支持され、前記熱移送部材を前記複数の放熱部材のうち１つの放熱部材に押圧した押圧部材と、前記熱移送部材に熱接続された熱排出部材と、を備えた。

本発明に係る電子機器は、上述した課題を解決するために、対向する第１の面及び第２の面を有したプリント配線板と、前記プリント配線板の前記第１の面上に固定されたパッケージと、前記パッケージの、前記プリント配線板との固定面に対向する面に固定された複数の発熱部品と、前記複数の発熱部品の、前記パッケージとの固定面に対向する面に、前記複数の発熱部品とそれぞれ熱接続される複数の放熱部材と、前記複数の放熱部材の、前記発熱部品との熱接続面に対向する面に、前記複数の放熱部材に跨って配置された熱移送部材と、前記プリント配線板に支持され、前記熱移送部材を前記複数の放熱部材のうち１つの放熱部材に押圧した押圧部材と、前記熱移送部材に熱接続された熱排出部材と、を備えた。

本発明に係る電子機器によると、製作コストを低減し、効率よく熱排出を行なえる。

本発明に係る電子機器の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の電子機器を示す概略的な外観図である。以下の説明においては、本実施形態の電子機器として、ノートブック型のパーソナルコンピュータを例に挙げて説明する。なお、本実施形態の電子機器の他の例としては、デスクトップ型パーソナルコンピュータ及びＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌｖｉｄｅｏｄｉｓｋ）プレーヤ等が挙げられる。

図１は、本実施形態の電子機器１０を示す。その電子機器１０は、コンピュータ本体１１及びディスプレイユニット１２を備える。

コンピュータ本体１１は、薄い箱型の筐体を有している。筐体の上面中央部には入力部としてのキーボード１３が設けられる。なお、入力部としては、キーボード１３の他に、ポインティングデバイス及び操作スイッチ等が挙げられる。

また、ディスプレイユニット１２には、表示部としてのＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ）１４が組み込まれている。ディスプレイユニット１２は、コンピュータ本体１１に対して、開閉軸１５を中心として矢印Ｘの方向に開閉自在となるように、連結部１６（ヒンジ）を介して連結される。

コンピュータ本体１１の内部には、プリント回路板等が設けられる。プリント回路板は、いわゆるシステム基板である。

図２は、コンピュータ本体１１の内部構造の第１例を示す模式図である。図３は、図２に示すコンピュータ本体１１の内部構造の第１例のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

図２及び図３に示すように、コンピュータ本体１１は、プリント回路板２１、伝熱部材２２（図３に示す２２ａ，２２ｂ）、放熱部材としてのヒートシンク２３（図２及び図３に示す２３ａ，２３ｂ）、熱移送部材としてのヒートパイプ２４、押圧部材としての板バネ２５、熱排出部材としてのフィン２６及びファン２７によって構成される。

プリント回路板２１は、対向する第１の面及び第２の面を有するプリント配線板２１ｎと、プリント配線板２１ｎの第１の面上に固定される２つの発熱部品、例えば、ＣＰＵチップ２１ａ及びＭＣＨ（ｍｅｍｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｈｕｂ）チップ２１ｂを備える。ＣＰＵチップ２１ａは、例えばＯＳ（オペレーティングシステム）やアプリケーションソフトウェアを基に演算処理を実施する。ＭＣＨチップ２１ｂは、ＣＰＵチップ２１ａとメモリチップ（図示しない）との接続を担う。

伝熱部材２２としては、高熱伝導率の熱伝導グリースや相変化シート等が挙げられる。相変化シートは、室温では固体状態であるが、温度が一定値（６０℃程度）以上になると軟化し、発熱部品とヒートシンク２３に密着する性質を有している。相変化シートは、発熱部品交換した場合に再使用することが可能であるため、ノートブック型パーソナルコンピュータに適している。発熱部品とヒートシンク２３との間に形成された空隙が伝熱部材２２より埋められるため、発熱部品とヒートシンク２３との間の熱伝達が向上する。

ヒートシンク２３は、放熱のための金属製の板によって構成される。ヒートシンク２３ａは、ＣＰＵチップ２１ａの、プリント配線板２１ｎとの固定面に対向する面に伝熱部材２２ａを介して熱接続され、発熱部品としてのＣＰＵチップ２１ａを冷却する機能を有する。一方、ヒートシンク２３ｂは、ＭＣＨチップ２１ｂの固定面に対向する面に伝熱部材２２ｂを介して熱接続され、発熱部品としてのＭＣＨチップ２１ｂを冷却する機能を有する。ＣＰＵチップ２１ａ及びＭＣＨチップ２１ｂから吸収される熱は、ヒートシンク２３ａ，２３ｂの全体にそれぞれ拡散して雰囲気中に放熱されたり、ヒートパイプ２４に伝えられたりする。

ヒートパイプ２４は、ヒートシンク２３ａの、ＣＰＵチップ２１ａとの熱接続面に対向する面に、また、ヒートシンク２３ｂの、ＭＣＨチップ２１ｂとの熱接続面に対向する面に、ヒートシンク２３ａ，２３ｂに跨って配置される。ヒートパイプ２４は、ヒートシンク２３ａ，２３ｂ等から伝えられる熱を拡散し、フィン２６に移送する機能を有する。ヒートパイプ２４の中には冷媒が収容され、液体の蒸発と凝縮の潜熱を利用して排熱を行なう。熱源から徐々に放熱しながら熱を拡散することにより、小さな温度差で大量の熱輸送を可能にする。

板バネ２５は、プリント配線板２１ｎ上に支持され、ヒートパイプ２４を複数の発熱部品のうち１つの発熱部品に熱接続されるヒートシンク２３に押圧する。板バネ２５は、ヒートパイプ２４を、例えば、ヒートパイプ２４を介してフィン２６に最も近い発熱部品（図２及び図３ではＣＰＵチップ２１ａ）に熱接続されるヒートシンク２３（図２及び図３ではヒートシンク２３ａ）に押圧する。また、板バネ２５は、ヒートパイプ２４を、例えば、消費電力が最も高い発熱部品（図２及び図３ではＣＰＵチップ２１ａ）に熱接続されるヒートシンク２３（図２及び図３ではヒートシンク２３ａ）に押圧する。これにより、効率よく発熱部品を冷却することが可能になる。

板バネ２５のプリント配線板２１ｎ上への支持方法としては、プリント配線板２１ｎ上のＣＰＵチップ２１ａの１対の角部の各々の外側に固着される支持台２５ａに、雄ねじ部品２５ｂを介して金属板２５ｃを支持台２５ａの各々に螺着させる方法がある。支持台２５ａ及び雄ねじ部品２５ｂは、ヒートパイプ２４の全体がプリント配線板２１ｎの方に付勢されるように金属板２５ｃを支持している。

フィン２６は、ヒートパイプ２４に熱接続され、熱交換面積を増やすために交換面がヒレ状に塑性加工される金属によって構成される。フィン２６は、ヒートパイプ２４から移送される熱を排出する機能を有する。

ファン２７は、フィン２６の近傍に配置される。ファン２７は、ヒートパイプ２４を介してフィン２６に伝えられる熱をコンピュータ本体１１の外部に排出する機能を有する。

ここで、ＣＰＵチップ２１ａの厚さとＭＣＨチップ２１ｂの厚さとが異なる場合、ヒートパイプ２４をヒートシンク２３ａ，２３ｂの両方に接触させることが難しい。そこで、発熱部品からヒートシンク２３への熱伝達を向上させるために、厚さの小さい発熱部品（図３ではＭＣＨチップ２１ｂ）に相当する伝熱部材２２（図３では伝熱部材２２ｂ）とヒートシンク２３との間にパテ、導熱ゴム部材や、グラファイトシートのような熱拡散シートを備えることが好適である。導熱ゴム部材は、熱伝導性と弾性とを有しており、弾性を備えていればゴム以外の他の部材でも構わない。

図４は、コンピュータ本体１１の内部構造の第２例を示す模式図である。図５は、図４に示すコンピュータ本体１１の内部構造の第２例のＶ−Ｖ断面図である。

図４に示すコンピュータ本体１１の内部構造は、図２及び図３に示すコンピュータ本体１１の内部構造の第１例に対し、３つの発熱部品に相当する３つのヒートシンク２３ａ，２３ｂ，２３ｃに跨って配置されるヒートパイプ２４を有する場合のものである。

プリント回路板２１は、プリント配線板２１ｎと、そのプリント配線板２１ｎの表面に固定される３つの発熱部品、例えば、ＣＰＵチップ２１ａ、ＭＣＨチップ２１ｂ及びメモリチップ２１ｃを備える。

ヒートパイプ２４は、ヒートシンク２３ａ，２３ｂ，２３ｃに跨って配置され、ヒートシンク２３ａ，２３ｂ，２３ｃ等から伝えられる熱を拡散し、フィン２６に移送する機能を有する。

ここで、ＣＰＵチップ２１ａの厚さとＭＣＨチップ２１ｂ及びメモリチップ２１ｃの厚さとが異なる場合、ヒートパイプ２４をヒートシンク２３ａ，２３ｂ，２３ｃの全てに接触させることが難しい。そこで、発熱部品からヒートシンク２３への熱伝達を向上させるために、厚さの小さい発熱部品（図５ではＭＣＨチップ２１ｂ，メモリチップ２１ｃ）に相当する伝熱部材２２（図５では伝熱部材２２ｂ，２２ｃ）とヒートシンク２３との間にパテ、導熱ゴム部材や、グラファイトシートのような熱拡散シートを備えることが好適である。導熱ゴム部材は、熱伝導性と弾性とを有しており、弾性を備えていればゴム以外の他の部材でも構わない。

なお、図２乃至図５では、コンピュータ本体１１の内部構造として、２，３つの発熱部品を有するプリント回路板２１を有する場合を例にとって説明するが、４つ以上の発熱部品を有するプリント回路板２１を有する場合であってもよい。

図６は、コンピュータ本体１１の内部構造の第３例を示す模式図である。図７は、図６に示すコンピュータ本体１１の内部構造の第３例のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。

図６及び図７に示すコンピュータ本体１１のプリント回路板２１は、対向する第１の面及び第２の面を有するプリント配線板２１ｎと、プリント配線板２１ｎの第１の面上に固定される１つのパッケージ３１と、パッケージ３１の、プリント配線板２１ｎとの固定面に対向する面に固定される複数の発熱部品（シリコンダイ）とを備える。１つのパッケージ３１上に複数の発熱部品が備えられる場合であっても、図２及び図３を用いて説明したように、板バネ２５は、ヒートパイプ２４を、パッケージ３１に含まれる複数の発熱部品のうち１つの発熱部品に熱接続されるヒートシンク２３に押圧する。

本実施形態の電子機器１０によると、複数の発熱部品のうちＣＰＵチップ２１ａ上のヒートパイプ２４をＣＰＵチップ２１ａ側に押圧してヒートパイプ２４の全体をプリント配線板２１ｎの方に付勢させることで、発熱部品の数に因らずに製作コストを低減し、効率よく熱排出を行なえる。

本実施形態の電子機器を示す概略的な外観図。コンピュータ本体の内部構造の第１例を示す模式図。図２に示すコンピュータ本体の内部構造の第１例のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。コンピュータ本体の内部構造の第２例を示す模式図。図４に示すコンピュータ本体の内部構造の第２例のＶ−Ｖ断面図。コンピュータ本体の内部構造の第３例を示す模式図。図６に示すコンピュータ本体の内部構造の第３例のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図。

符号の説明

１０電子機器
１１コンピュータ本体
２１プリント回路板
２１ｎプリント配線板
２１ａＣＰＵチップ
２１ｂＭＣＨチップ
２１ｃメモリチップ
２２伝熱部材
２３ヒートシンク
２４ヒートパイプ
２５板バネ
２６フィン
２７ファン

Claims

対向する第１の面及び第２の面を有したプリント配線板と、
前記プリント配線板の前記第１の面上に固定された複数の発熱部品と、
前記複数の発熱部品の、前記プリント配線板との固定面に対向する面に、前記複数の発熱部品とそれぞれ熱接続された複数の放熱部材と、
前記複数の放熱部材の、前記発熱部品との熱接続面に対向する面に、前記複数の放熱部材に跨って配置された熱移送部材と、
前記プリント配線板に支持され、前記熱移送部材を前記複数の放熱部材のうち１つの放熱部材に押圧した押圧部材と、
前記熱移送部材に熱接続された熱排出部材と、
を備えたことを特徴とする電子機器。
前記押圧部材は、前記熱移送部材を、前記複数の放熱部材のうち、前記熱移送部材を介して前記熱排出部材に最も近い前記放熱部材に押圧したことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記押圧部材は、前記熱移送部材を、前記複数の放熱部材のうち、前記消費電力が最も高い発熱部品に熱接続された放熱部材に押圧したことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
前記発熱部品と前記放熱部材との間に、熱伝導グリース及び相変化シート等の伝熱部材を設けたことを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
前記１つの放熱部材以外の放熱部材と前記伝熱部材との間に、パテ、導熱ゴム部材及び熱拡散シートのうち少なくとも一方を設けたことを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
対向する第１の面及び第２の面を有したプリント配線板と、
前記プリント配線板の前記第１の面上に固定されたパッケージと、
前記パッケージの、前記プリント配線板との固定面に対向する面に固定された複数の発熱部品と、
前記複数の発熱部品の、前記パッケージとの固定面に対向する面に、前記複数の発熱部品とそれぞれ熱接続される複数の放熱部材と、
前記複数の放熱部材の、前記発熱部品との熱接続面に対向する面に、前記複数の放熱部材に跨って配置された熱移送部材と、
前記プリント配線板に支持され、前記熱移送部材を前記複数の放熱部材のうち１つの放熱部材に押圧した押圧部材と、
前記熱移送部材に熱接続された熱排出部材と、
を備えたことを特徴とする電子機器。
前記押圧部材は、前記熱移送部材を、前記複数の放熱部材のうち、前記熱移送部材を介して前記熱排出部材に最も近い前記放熱部材に押圧したことを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
前記押圧部材は、前記熱移送部材を、前記複数の放熱部材のうち、前記消費電力が最も高い発熱部品に熱接続された放熱部材に押圧したことを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
前記発熱部品と前記放熱部材との間に、熱伝導グリース及び相変化シート等の伝熱部材を設けたことを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
前記１つの放熱部材以外の放熱部材と前記伝熱部材との間に、パテ、導熱ゴム部材及び熱拡散シートのうち少なくとも一方を設けたことを特徴とする請求項９に記載の電子機器。