JP2010170486A

JP2010170486A - 電子機器

Info

Publication number: JP2010170486A
Application number: JP2009014538A
Authority: JP
Inventors: Kunimasa Nagayumi; 国誠長弓
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2029-01-26
Also published as: JP4876135B2

Abstract

【課題】回路基板上の多数の電子部品を１つのヒータで効率よく温めることができ、低温時でも確実な起動および安定した動作が可能な電子機器を提供する。
【解決手段】回路基板１上に放熱用のヒートシンク２０を取り付け、そのヒートシンク２０上に板状のヒータ３０を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、低温時の起動について考慮した電子機器に関する。

電子部品が搭載されたパーソナルコンピュータ等の電子機器は、低温時の使用に際し、起動しなかったり、起動しても安定した動作が困難となる。

対策として、内部の部品たとえば磁気ディスク装置や制御部にヒータと温度センサを設け、温度センサの検知温度が所定値以下に低下した場合にヒータを動作させ、ヒータの発熱によって磁気ディスク装置や制御部を加熱するようにしたデータ記録装置が知られている（例えば特許文献１）。
特開２００８―５９６５０号公報

上記のデータ記録装置は、内部の部品を局所的に加熱するだけであり、加熱対象部位が増えると、ヒータと温度センサの個数を増やさねばならず、コストの上昇を招いてしまう。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、その目的は、回路基板上の多数の電子部品を１つのヒータで効率よく温めることができ、低温時でも確実な起動および安定した動作が可能な電子機器を提供することにある。

請求項１に係る発明の電子機器は、電子部品が搭載された回路基板と、この回路基板上に設けられた放熱用のヒートシンクと、このヒートシンク上または下に設けられた板状のヒータと、を備える。

この発明の電子機器によれば、回路基板上の多数の電子部品を１つのヒータで効率よく温めることができる。これにより、コストの上昇を招くことなく、低温時でも確実な起動および安定した動作が可能となり、信頼性が向上する。

［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、電子機器の回路基板１の上面に、主制御部であるＣＰＵ２、集積回路（ＩＣ）３、温度制御回路４、温度センサ５、コネクタ端子６などが搭載されている。また、回路基板１の上面において、ＣＰＵ２、集積回路３、および温度制御回路４の相互間、温度制御回路４と温度センサ５との間、温度制御回路４とコネクタ端子６との間に、それぞれ配線用の導電パターン（図示しない）が形成されている。

そして、回路基板１の上面を被う状態に、複数の弾性の伝熱部材である伝熱ゴムブロック１１を介して、かつＣＰＵ２および集積回路３上にそれぞれ弾性の伝熱部材である伝熱ゴムプレート１２を介して、放熱用のヒートシンク２０が取り付けられる。

ヒートシンク２０は、回路基板１とほぼ同じ大きさに形成された板状のもので、上面に角柱状の多数の放熱フィン２１を立設して備え、下面が上記各伝熱ゴムブロック１１および各伝熱ゴムプレート１２を介して回路基板１、ＣＰＵ２、および集積回路３に当接している。各伝熱ゴムブロック１１および各伝熱ゴムプレート１２は、熱伝導を賄うとともに、スペーサとしても機能する。

このヒートシンク２０上に、ヒータ３０が取り付けられる。ヒータ３０は、回路基板１およびヒートシンク２０とほぼ同じ大きさを有する板状のもので、ヒートシンク２０における各放熱フィン２１の挿通を受入れるための多数の開口３１を有し、これら開口３１への各放熱フィン２１の挿通により、ヒートシンク２０の上面に面接触状態で取り付けられる。また、ヒータ３０から導出されたリード線の先端にコネクタ端子７が設けられ、このコネクタ端子７が回路基板１上のコネクタ端子６に接続される。

温度制御回路４およびその周辺部の構成を図２に示す。
温度センサ５は、回路基板１の温度Ｔａに応じて抵抗値が変化する正特性サーミスタで、温度Ｔａが上昇すると抵抗値が増大し、温度Ｔａが下降すると抵抗値が減少する。この温度センサ５と抵抗４１との直列回路に直流電圧Ｖｃ（例えば５Ｖ）が印加され、その抵抗４１に生じる電圧が比較器４２に入力される。比較器４２は、電源端子への入力電圧Ｖａにより動作するオペアンプで、抵抗４１に生じる電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、その比較結果に応じたレベルの直流電圧Ｖｏを所定のヒステリシス特性をもって出力する。具体的には、回路基板１の温度Ｔａが設定値Ｔｓたとえば０℃以下に下降したとき、抵抗４１に生じる電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以上となり、出力電圧Ｖｏが高レベルとなる。この後、温度Ｔａが設定値Ｔｓより高い所定値（＝Ｔｓ＋α）たとえば０℃以上に上昇すると、抵抗４１に生じる電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ未満となり、出力電圧Ｖｏが低レベルとなる。−４０℃〜８５℃は、回路基板１に搭載されている図２各電子部品の動作保障範囲である。

この比較器４２の出力端にＭＯＳＦＥＴ４３のゲートが接続され、そのＭＯＳＦＥＴ４３のソース・ドレイン間を介してヒータ３０に直流電圧Ｖｈ（例えば１２Ｖ）が印加される。この直流電圧Ｖｈは、抵抗４４を介してＭＯＳＦＥＴ４３のソース・ゲート間にも印加される。また、比較器４２の出力端にＭＯＳＦＥＴ４５のゲートが接続され、そのＭＯＳＦＥＴ４５のソース・ドレイン間に抵抗４６を介して直流電圧Ｖｂ（例えば３．３Ｖ）が印加される。そして、ＭＯＳＦＥＴ４５のソース電圧がインバータ４７に入力され、そのインバータ４７から出力される電圧Ｖｘが動作制御指令としてＣＰＵ２に供給される。具体的には、電圧Ｖｘが高レベルに立ち上がってから低レベルに立ち下がったとき、それが動作開始指令としてＣＰＵ２に入力される。

作用を説明する。
まず、図３のタイムチャートに示すように、当該電子機器の電源スイッチがオンされると、電圧Ｖｃ，Ｖａ，Ｖｈ，Ｖｂ，Ｖｒｅｆが生じる。

回路基板１の温度Ｔａが温度センサ５により検知されており、その検知温度Ｔａが０℃より高い状態にあれば、比較器４２の出力電圧Ｖｏが低レベルとなってＭＯＳＦＥＴ４３，４５がオフ状態を維持する。ＭＯＳＦＥＴ４３がオフしていれば、ヒータ３０は動作しない。ＭＯＳＦＥＴ４５がオフしていれば、インバータ４７の出力電圧Ｖｘが低レベルとなる。温度センサ５の検知温度Ｔａが０℃以下に下降すると、比較器４２の出力電圧Ｖｏが高レベルとなってＭＯＳＦＥＴ４３，４５が共にオンする。ＭＯＳＦＥＴ４３がオンすると、ヒータ３０が動作する。ＭＯＳＦＥＴ４５がオンすると、インバータ４７の出力電圧Ｖｘが高レベルに立ち上がる。

ヒータ３０が動作すると、その発熱がヒートシンク２０を介して回路基板１の上面の全域に伝わり、回路基板１の全域が温められる。

回路基板１の温度が上昇して、温度センサ５の検知温度Ｔａが０℃になると、比較器４２の出力電圧Ｖｏが低レベルとなってＭＯＳＦＥＴ４３，４５が共にオフする。ＭＯＳＦＥＴ４３がオフすると、ヒータ３０の動作が停止する。ＭＯＳＦＥＴ４５がオフすると、インバータ４７の出力電圧Ｖｘが低レベルに立ち下がる。

インバータ４７の出力電圧Ｖｘが低レベルに立ち下がると、それが動作開始指令としてＣＰＵ２に入力され、ＣＰＵ２が動作を開始する。この状態では、回路基板１の全域が十分に温まっているので、回路基板１上のＣＰＵ２をはじめとする多数の電子部品が確実に起動して安定した動作を続けることができる。

とくに、ヒータ３０の発熱は、ヒートシンク２０を介して回路基板１の上面の全域に伝わる。したがって、１つのヒータ３０だけで、回路基板１上の多数の電子部品を温めることができる。よって、複数のヒータや温度センサを設ける必要がなく、コストの上昇を回避できる。

しかも、ヒータ３０の板面がヒートシンク２０の全域に面接触し、そのヒートシンク２０がスペーサを兼ねた伝熱ゴムブロック１１および放熱顧客用表示部プレート１２を介して回路基板１の上面に当接する構成なので、ヒータ３０から回路基板１への熱伝導の効率が良好となる。よって、低温時の回路基板１の温度上昇が速くなり、当該電子機器の起動性が大幅に向上する。

なお、ヒータ３０をヒートシンク２０上に設けたが、下面に貼り付ける構成としてもよい。この場合、ヒータ３０の発熱は、ヒータ３０からヒートシンク２０へ伝わり、さらにヒートシンク２０から回路基板１の上面の全域へと、満遍なく伝わる。

［２］第２の実施形態について説明する。なお、図面において、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。回路基板１を上方から見た状態を図４に示し、ヒートシンク２０およびヒータ３０を斜めから見た状態を図５に示している。

図４に示すように、回路基板１の上面に、ＣＰＵ２、２つの集積回路３、温度制御回路４、温度センサ５、コネクタ端子６、円柱状の電界コンデンサ８などが搭載されている。そして、回路基板１の上面を被う状態に、第１実施形態で示した複数の伝熱ゴムブロック１１および複数の伝熱ゴムプレート１２を介して、板状のヒートシンク２０が取り付けられる。

ヒートシンク２０は、回路基板１の上面に搭載されている各種電子部品のうち、動作の主要部となる電子部品を被うことが可能な大きさのもので、図５に示すように、円柱状の電界コンデンサ８と対応する位置にその電界コンデンサ８を避けるための切り欠き２０ａを有するとともに、上面に多数枚の放熱フィン２２を所定間隔で配列して備える。このヒートシンク２０の各放熱フィン２２の一部の上縁に、ヒートシンク２０よりも面積の小さい板状のヒータ３０が取り付けられる。

ヒータ３０の面積は小さくても、ヒータ３０の発熱はヒートシンク２０を介して回路基板１の上面の全域に伝わり、回路基板１上の多数の電子部品を温めることができる。

また、ヒートシンク２０に対するヒータ３０の取り付け位置として、図４に示しているように、回路基板１上の電子部品と重ならない位置を定めている。これは、ヒータ３０の発熱が特定の電子部品に集中する事態を回避しつつ、ヒータ３０の発熱をヒートシンク２０で均一化した状態で回路基板１上の全ての電子部品に伝えるためである。
他の構成および作用効果は、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

この発明の第１の実施形態における回路基板、ヒートシンク、ヒータの構成を示す斜視図。各実施形態における回路基板上の温度制御回路およびその周辺部の構成を示す図。各実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。第２の実施形態における回路基板とその回路基板に対するヒートシンクおよびヒータの取り付け位置を上方から見た図。第２の実施形態におけるヒートシンクおよびヒータの構成を示す斜視図。

１…回路基板、２…ＣＰＵ、３…集積回路、４…温度制御回路、５…温度センサ、６，７…コネクタ端子、８…電界コンデンサ、１１…伝熱ゴムブロック、１２…伝熱ゴムプレート、２０…ヒートシンク、２０ａ…切り欠き、２１，２２…放熱フィン、３０…ヒータ、３１…開口、４２…比較器、４３，４５…ＭＯＳＦＥＴ、４７…インバータ、

Claims

電子部品が搭載された回路基板と、
この回路基板上に設けられた放熱用のヒートシンクと、
このヒートシンク上または下に設けられた板状のヒータと、
を備えることを特徴とする電子機器。
前記ヒートシンクは、板状で、上面に放熱フィンを有し、下面が前記回路基板の上面に弾性の伝熱部材を介して取り付けられ、
前記ヒータは、前記ヒートシンクの放熱フィンが挿通する開口を有し、そのヒートシンクの上面に面接触する状態で取り付けられる、
ことを特徴とする請求項1記載の電子機器。
前記ヒートシンクは、板状で、上面に放熱フィンを有し、下面が前記回路基板の上面に弾性の伝熱部材を介して取り付けられ、
前記ヒータは、前記ヒートシンクの放熱フィン上に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項1記載の電子機器。
前記回路基板に設けられた温度センサと、
この温度センサの検知温度が設定値以下に低下してからその検知温度が同設定値より高い所定値に上昇するまで、前記ヒータを動作させる制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子機器。