JP2016181624A - 放熱モジュール、およびテレビジョン受像機 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に搭載される素子を十分に冷却することができる放熱モジュールを提供する。
【解決手段】一面側に素子（１１）が搭載される基板（１０）と、上記基板（１０）の一面側の上記素子上に配置された一面側放熱板（１２）と、上記基板（１０）の他面側に、上記基板（１０）から離間して配置された他面側放熱板（１７）と、上記基板（１０）から上記他面側放熱板に熱を伝導する他面側熱伝導部材（１８）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は放熱モジュール、およびテレビジョン受像機に関する。

近年、画像の高解像度化を実現するために、画像処理を担うＩＣは高速処理を実行する必要に迫られている。

特に、テレビジョン受像機の高解像度化が進んでおり、８Ｋ映像と呼ばれる約８０００×４０００ピクセル程度の高解像度映像を表示可能な液晶パネルを有するテレビジョン受像機が実用化に向け動き出している。また、同様の高解像度映像を撮像可能な撮像装置や、同様の高解像度映像を記録再生可能な記録再生装置の開発も進んでいる。

画像の高解像度化を実現するためのＩＣによる高速処理は、従来のＩＣの処理と比べ大量の発熱を伴う。したがって、放熱効率を上げて冷却効果を高める必要がある。

放熱効率を上げる技術としては、放熱板を素子上に配置するとともに、素子に放熱板を密着させる技術が挙げられる（例えば特許文献１を参照）。

特開２００６−３０３０６５号公報（２００６年１１月２日公開）

しかしながら、上述のように素子上に放熱板を配置し、素子に放熱板を密着させるだけでは、基板に搭載される高速処理を担う素子を十分に冷却することができないという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板に搭載される素子を従来に比べて効果的に冷却することができる放熱モジュールを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る放熱モジュールは、一面側に素子が搭載される基板と、上記基板の一面側の上記素子上に配置された一面側放熱板と、上記基板の他面側に、上記基板から離間して配置された他面側放熱板と、上記基板から上記放熱板に熱を伝導する他面側熱伝導部材とを備えることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、基板に搭載される素子を従来に比べて効果的に冷却することができる、という効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る放熱モジュールの概略断面図である。 本発明の実施形態１に係る放熱モジュールの概略断面図である。 放熱モジュールの比較例の概略断面図である。 本発明の実施形態１に係る放熱モジュールの分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る放熱モジュールの断面図である。 本発明の実施形態２に係る放熱モジュールの概略断面図である。 本発明の実施形態３に係る放熱モジュールの概略断面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態４に係るテレビジョン受像機の模式図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態４に係るレコーダの模式図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施形態について、図１〜５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

以下、本実施形態に係る放熱モジュールについて説明する。本実施形態に係る放熱モジュールは、例えば、画像を表示する表示装置や、画像を記録再生する記録再生装置や、撮像装置等に用いることができる。特に、画像の解像度が高く、処理用の集積回路からの発熱が大きい場合に好適に適用することができる。ただし、本実施形態に係る放熱モジュールの適用例は、上記のものに限定されるものではなく、様々な電子機器に適用可能である。

また、本実施形態において、放熱モジュールと呼ぶ構成は、放熱を行う放熱板だけでなく、発熱源であるＩＣを搭載した基板も含んだ構成である。

本実施形態において、放熱モジュール１は、図１に示すように、基板１０、素子であるＩＣ（集積回路）１１、一面側放熱板としての第１の放熱板１２、一面側熱伝導部材としての第１の放熱シート１３、一面側ビスとしての放熱板固定ビス１４、放熱板スペーサ１６、他面側放熱板としての第２の放熱板１７、他面側熱伝導部材としての第２の放熱シート１８、バックライトシャーシ１９、およびバックライトシャーシスペーサ２０を備えている。

なお、図１においては、バックライトシャーシ１９を図面に含めているが、バックライトシャーシ１９は、放熱モジュール１の必須の構成ではない。

ＩＣ１１は、基板１０に搭載されて動作する。ＩＣ１１は、例えば画像処理を担う。ＩＣ１１は、動作に伴い発熱する発熱源である。

図１に示すように、第１の放熱板１２は、基板１０のＩＣ１１が配置された側に、基板から離間して配置され、ＩＣ１１が発する熱を放熱する。

第１の放熱板１２は、放熱モジュール１の薄型を保つために薄型の形状に形成されるのが好ましく、薄型であっても放熱効果を保つために大面積に形成されることが好ましい。特に、第１の放熱板１２は、基板１０と平行な方向における寸法が、ＩＣ１１の基板１０と平行な方向における寸法より大きいことが好ましい。第１の放熱板１２は、例えば金属で形成されていることが好ましい。

また、図１に示されるように、第１の放熱板１２には、底板１２ａから突出するように放熱フィン１２ｂが形成されている。放熱フィン１２ｂの高さは例えば５ｍｍ程度であることが好ましい。

第１の放熱シート１３は、ＩＣ１１から第１の放熱板１２へ熱を伝導するように設けられる。第１の放熱シート１３は、例えばゴム等の樹脂で形成されていることが好ましい。

図１に示すように、第２の放熱板１７は、基板１０のＩＣ１１が配置された側と反対側に、基板１０から離間して配置され、ＩＣ１１が発する熱を放熱する。特に高画質の画像処理をＩＣが担う場合等においては、ＩＣは動作に伴い大量の熱を発する。このような場合においては、基板１０のＩＣ１１が配置された側に第１の放熱板１２を配置するだけでなく、基板１０のＩＣ１１が配置された側と反対側にも第２の放熱板１７のような放熱板を配置し、放熱を行うことは、装置の動作を担保するにあたり非常に有効である。

第２の放熱板１７は、放熱モジュール１の薄型を保つために薄型の形状に形成されるのが好ましく、薄型であっても放熱効果を保つために大面積に形成されることが好ましい。例えば、第２の放熱板１７は、基板１０と平行な方向における寸法が、基板１０と略同じであることが好ましい。第２の放熱板１７は、例えば金属で形成されていることが好ましい。

放熱板スペーサ１６は、第２の放熱板１７上に配置され、基板１０と第２の放熱板１７との間の間隔を規定する。放熱板スペーサ１６は、基板１０と第２の放熱板１７との間に空気が流れるような空間を形成することが好ましい。より具体的には、基板１０を立てた状態（基板１０の法線が水平方向となる状態）において、基板１０と第２の放熱板１７との間の暖められた空気が、上方にスムースに移動し、下方から新たな空気がスムースに侵入してくるように、基板１０と第２の放熱板１７との間に空間を形成することが好ましい。例えば、放熱板スペーサ１６は、基板１０と第２の放熱板１７との間隔が３ｍｍ以上となるような高さを有していることが好ましい。このような空間を有することにより、空気の流れによって放熱効果が向上する。

また、放熱板スペーサ１６の基板側には螺子受け孔が形成されており、当該螺子受け孔の内側表面には螺子切りが施されている。

また、基板１０には、螺子が貫通できる孔が開いている。

放熱板固定ビス１４は、第１の放熱板１２に設けられた貫通孔を貫通し、基板１０に設けられた孔を貫通するとともに、放熱板スペーサ１６の螺子受け孔に螺合されて放熱板スペーサ１６に固定される。すなわち、基板１０と第２の放熱板１７とは共締めされる。

また、放熱板固定ビス１４は、基板１０に搭載されている部品の共振により発生する不要輻射を抑制するようにも作用する。したがって放熱板固定ビス１４は、基板１０の動作する周波数帯によって、配置位置が定められることが好ましい。

放熱板固定ビス１４のビス頭と、第１の放熱板１２の底板との間に、当該放熱板固定ビス１４を取り巻くようにして、蔓巻ばね１５が配置されている。ばね１５は、第１の放熱板１２をＩＣ１１側に付勢して、第１の放熱板１２と第１の放熱シート１３とＩＣ１１と基板１０とを密着させる。この密着により、放熱効果を向上させることができる。

また、ばね１５による付勢により、第１の放熱板１２は、第１の放熱シート１３およびＩＣ１１を介して基板１０を押圧する。一方、第２の放熱板１７は、基板１０のＩＣ１１の搭載されていない側から基板１０を押圧する。したがって、図２に示されるように、基板１０は、両側から押圧されることになる。これにより、ばね１５による付勢による第１の放熱板１２の押圧により基板１０が撓むという問題を防ぐことができる。

比較例として、第２の放熱板が配置されていない放熱モジュール５を図３に例示する。図３に示されるように、ばね３５による付勢により、放熱板３２は、放熱シート３３およびＩＣ３１を介して基板３０を押圧する。このとき、放熱モジュール５は本実施形態の第２の放熱板１７に対応する構成を備えていないので、ばね３５による付勢により放熱板３２が基板３０を撓ませてしまう。

第２の放熱シート１８は、ＩＣ１１が搭載された基板１０から第２の放熱板１７へ熱を伝導するように設けられる。第２の放熱シート１８は、例えばゴム等の樹脂で形成され、放熱板スペーサ１６の高さよりも厚く形成されたものを用いることが好ましい。これにより、第２の放熱シート１８の弾性力によって、基板１０と第２の放熱シート１８と第２の放熱板１７とがしっかりと密着する。また、第２の放熱シート１８は、基板１０と第２の放熱板１７との間で押し潰されることにより熱伝導率が向上する。

バックライトシャーシ１９は、図示を省略するバックライトパネルを支持する。

バックライトシャーシスペーサ２０は、基板１０とバックライトシャーシ１９との間に設けられ、基板１０とバックライトシャーシ１９との間隔を規定する。バックライトシャーシスペーサ２０は、第２の放熱板１７に放熱される熱によりバックライトシャーシ１９が熱され過ぎない間隔を保つように、基板１０とバックライトシャーシ１９との間の間隔を規定する。

図４は、本実施形態に係る放熱モジュール１の分解斜視図である。

図４に示されるように、放熱モジュール１は位置決め用ピン２１をさらに備える。本実施形態においては、位置決め用ピン２１が基板１０に形成された貫通孔を貫通し、第１の放熱板１２の端部に形成された貫通孔に挿入されることにより、第１の放熱板１２の端部において基板１０に第１の放熱板１２が位置決めされる。

図４には、２個の位置決め用ピン２１を図示しているが、位置決め用ピン２１は２個以上備えられることが好ましい。これにより、基板１０の法線方向を軸として第１の放熱板１２が基板１０に対して回転しないように第１の放熱板１２を基板１０に位置決めすることができる。

また図４に示されるように、複数個所においてビス２２が基板１０と第２の放熱板１７とを締結する。

図５は、本実施形態に係る放熱モジュールの断面図である。

図５に示されるように、放熱板固定ビス１４は、ＩＣ１１の周囲において、第２の放熱板１７の放熱板スペーサ１６と締結する。図５においては、３カ所において第１の放熱板１２と第２の放熱板１７とが締結されているように図示されているが、放熱板固定ビス１４は、第１の放熱板１２のＩＣ１１の周囲に対応する４カ所において第１の放熱板１２と第２の放熱板１７とを締結している。

また、図５に示されるように、基板１０と第２の放熱板１７とは、ビス２２が第２の放熱板１７に配置されたビス留２３に留められることにより締結される。

また、図５に示されるように、位置決め用ピン２１は基板１０を貫通する。さらに位置決め用ピン２１の一方側は第１の放熱板１２に形成された穴に挿入され、位置決め用ピン２１の他方側は基板１０に固定される。

さらに、位置決め用ピン２１は、中段部分に第１の放熱板１２に形成された穴に挿入不可能な中段部が形成されていることが好ましい。この中段部は、第１の放熱板１２が第１の放熱シート１３およびＩＣ１１を介して基板１０に当接した状態における基板１０と第１の放熱板１２との間の間隔を規定するスペーサとして機能することができる。

放熱板固定ビス１４によるＩＣ１１の周囲における第１の放熱板１２と基板１０との締結に加え、位置決め用ピン２１による第１の放熱板１２の端部の間隔の規定により、第１の放熱板１２が基板１０に対して傾くことを防ぐことができる。

さらに、位置決め用ピン２１の数が多くなると、基板１０に対する第１の放熱板１２の水平配置をより良好に保たせることができる。この場合、各々の位置決め用ピン２１は、互いに離れた位置に配置されることが好ましい。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態の放熱モジュール２は、第２の放熱板１７もばねにより基板１０側へ付勢される点で実施形態１と異なる。

図６に示すように、放熱モジュール２は、ビス留２４、他面側ビスとしての第２の放熱板固定ビス２５、およびばね２６をさらに備えている。

基板１０には、螺子が貫通できる孔が開いている。

ビス留２４は、基板１０の第２の放熱板１７側に配置される。放熱板固定ビス１４は、第１の放熱板１２に設けられた貫通孔を貫通し、基板１０に設けられた孔を貫通するとともに、ビス留２４に固定される。

また、本実施形態の放熱板固定ビス１４は、第２の放熱板１７に設けられた貫通穴と、ばね２６を貫通し、第２の放熱板固定ビス２５の螺子受け穴に螺合されて固定される。

ばね２６は、第２の放熱板固定ビス２５のビス頭と第２の放熱板１７との間に配置され、第２の放熱板１７を基板１０側に付勢する。これにより、第２の放熱板１７と基板１０とを、第２の放熱シート１８を介して好適に密着させることができる。また、図６に示されるように、基板１０は、両側から好適に押圧されることになる。したがって、基板１０の一方側からのみばね１５により付勢される場合と比較して、基板１０が撓むことをさらに防ぐことができる。

〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態において、放熱モジュールと呼ぶ構成は、放熱を行う放熱板、および発熱源であるＩＣを搭載した基板だけでなく、バックライトシャーシも含んだ構成である。

本実施の形態の放熱モジュール３は、第２の放熱板１７のバックライトシャーシ１９と対向する側に断熱材２７を備える点で実施形態１と異なる。

第２の放熱板１７に放熱される熱によりバックライトシャーシ１９が直接熱された場合、表示装置の表示画面が白くなってしまうという表示品位悪化が生じる。

そこで、第２の放熱板１７に放熱される熱によりバックライトシャーシ１９が直接熱されないように断熱材２７を配置する。断熱材２７は、バックライトシャーシ１９と対向する第２の放熱板１７の全面を覆うように貼り付けられることが好ましい。また、断熱材２７は、例えば発砲ポリウレタンで構成されることが好ましい。

上記の構成によれば、振動等によって第２の放熱板１７とバックライトシャーシ１９とが接触または過度に接近した場合であっても、断熱材２７によって熱の伝導が抑制されるので、表示品位悪化を抑制することができる。

なお、断熱材２７は、第２の放熱板１７に貼り付けられなくてもよく、第２の放熱板１７とバックライトシャーシ１９との間の空間の一部を充填していれば、第２の放熱板１７からバックライトシャーシ１９へ放熱される熱を好適に断熱することができる。

〔実施形態４〕
実施形態４として、上述した放熱モジュール１、放熱モジュール２、または実施形態３の放熱モジュール３を備える機器について説明する。

図８（ａ）は、実施形態１の放熱モジュール１、実施形態２の放熱モジュール２、または実施形態３の放熱モジュール３を備えるテレビジョン受像機１００を示す。テレビジョン受像機１００は、上述した放熱モジュール１または放熱モジュール２を備える表示装置と、放送波を受信するチューナとを含んで構成される。

図８（ｂ）は、実施形態１の放熱モジュール１、または実施形態２の放熱モジュール２を備える記録再生装置の一例としてのレコーダ２００を示す。

上述した放熱モジュール１、放熱モジュール２、および実施形態３の放熱モジュール３は、これらの例以外の電子機器にも適用することができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る放熱モジュール１、２、３は、一面側に素子（ＩＣ１１）が搭載される基板１０と、上記基板１０の他面側に、上記基板１０から離間して配置された他面側放熱板（第２の放熱板１７）と、上記基板１０から上記他面側放熱板（第２の放熱板１７）に熱を伝導する他面側熱伝導部材（第２の放熱シート１８）とを備えている。

上記の構成によれば、基板１０に搭載される素子（ＩＣ１１）を十分に冷却することができる。

本発明の態様２に係る放熱モジュール１、２、３は、上記態様１において、上記基板１０の一面側の上記素子（ＩＣ１１）上に配置された一面側放熱板（第１の放熱板１２）をさらに備えていてもよい。

上記の構成によれば、基板１０の一面側においても放熱板が配置されるので、基板１０に搭載される素子（ＩＣ１１）をさらに十分に冷却することができる。

本発明の態様３に係る放熱モジュール１、２、３は、上記態様２において、上記素子（ＩＣ１１）から上記一面側放熱板（第１の放熱板１２）に熱を伝導する一面側熱伝導部材（第１の放熱シート１３）をさらに備えていてもよい。

上記の構成によれば、一面側熱伝導部材（第１の放熱シート１３）により素子（ＩＣ１１）から発する熱を一面側放熱板（第１の放熱板１２）に効率的に放熱することができる。

本発明の態様４に係る放熱モジュール１、２、３は、上記態様２または３において、上記一面側放熱板（第１の放熱板１２）を上記基板１０に固定する一面側ビス（放熱板固定ビス１４）をさらに備えていてもよい。

上記の構成によれば、一面側放熱板（第１の放熱板１２）が基板１０に固定されるので、基板１０に対して一面側放熱板（第１の放熱板１２）が安定して配置される。

本発明の態様５に係る放熱モジュール１、２、３は、上記態様４において、上記一面側ビス（放熱板固定ビス１４）は上記他面側放熱板（第２の放熱板１７）をさらに固定してもよい。

上記の構成によれば、基板１０と他面側放熱板（第２の放熱板１７）とを共締めすることになるので、製造の作業工程を削減することができる。

本発明の態様６に係る放熱モジュール１、２、３は、上記態様４または５において、上記一面側ビス（放熱板固定ビス１４）は、ビス頭が上記一面側放熱板（第１の放熱板１２）側に配置され、上記ビス頭と上記一面側放熱板（第１の放熱板１２）との間にばね１５が配置されてもよい。

上記の構成によれば、ばね１５が一面側放熱板（第１の放熱板１２）を付勢するので、一面側放熱板（第１の放熱板１２）が素子（ＩＣ１１）側に押圧され、放熱効果を向上することができる。

本発明の態様７に係る放熱モジュール１、２、３は、上記態様１〜６の何れか１の態様において、上記基板１０と上記他面側放熱板（第２の放熱板１７）との間において、空気が流れるような間隔を有していてもよい。

上記の構成によれば、空気が流れることにより、効果的に熱を外部に放出することができる。

本発明の態様８に係る放熱モジュール２は、上記態様１〜７の何れか１の態様において、上記他面側放熱板（第２の放熱板１７）を上記基板１０に固定する他面側ビス（第２の放熱板固定ビス２５）をさらに備えていてもよい。

上記の構成によれば、他面側放熱板（第２の放熱板１７）が基板１０に固定されるので、基板１０に対して他面側放熱板（第２の放熱板１７）が安定して配置される。

本発明の態様９に係る放熱モジュール２は、上記態様８において、上記他面側ビス（第２の放熱板固定ビス２５）は、ビス頭が上記他面側放熱板（第２の放熱板１７）側に配置され、上記ビス頭と上記基板１０との間にばね２６が配置されてもよい。

上記の構成によれば、ばね１５が他面側放熱板（第２の放熱板１７）を付勢するので、他面側放熱板（第２の放熱板１７）が基板１０側に押圧され、放熱効果を向上することができる。特に一面側放熱板（第１の放熱板１２）が配置されている場合においては、基板１０の両側から基板１０を押圧することになるので、基板１０が撓むことを防ぐことができる。

本発明の態様１０に係る放熱モジュール３は、上記態様１〜９の何れか１の態様において、上記他面側放熱板（第２の放熱板１７）に対して、上記基板１０の配置側の反対側に配置されたバックライトシャーシ１９と、上記他面側放熱板（第２の放熱板１７）と上記バックライトシャーシ１９との間に配置された断熱材２７をさらに備えてもよい。

上記の構成によれば、断熱材２７を備えずバックライトシャーシ１９に対して直接放熱した場合と比較して、バックライトシャーシ１９の温度勾配を小さくすることができる。特に、放熱モジュール３を表示装置に適用した場合には、表示品位の悪化を防ぐことができる。

本発明の態様１１に係るテレビジョン受像機１００は、態様１〜１０の何れか１項に記載の放熱モジュール１、２、３を備えている。

本発明は、発熱源を備える機器に利用することができる。

１、２、３、５ 放熱モジュール
１０、３０ 基板
１１、３１ ＩＣ
１２ 第１の放熱板
１２ａ 底板
１２ｂ 放熱フィン
１３ 第１の放熱シート
１４ 放熱板固定ビス
１５、２６、３５ ばね
１６ 放熱板スペーサ
１７ 第２の放熱板
１８ 第２の放熱シート
１９ バックライトシャーシ
２０ バックライトシャーシスペーサ
２１ 位置決め用ピン
２２ ビス
２３、２４ ビス留
２５ 第２の放熱板固定ビス
２７ 断熱材
３２ 放熱板
３３ 放熱シート
１００ テレビジョン受像機
２００ レコーダ

Claims (10)

1. 一面側に素子が搭載される基板と、
   上記基板の一面側の上記素子上に配置された一面側放熱板と、
   上記基板の他面側に、上記基板から離間して配置された他面側放熱板と、
   上記基板から上記他面側放熱板に熱を伝導する他面側熱伝導部材と
   を備えることを特徴とする放熱モジュール。
2. 上記素子から上記一面側放熱板に熱を伝導する一面側熱伝導部材
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の放熱モジュール。
3. 上記一面側放熱板を上記基板に固定する一面側ビス
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の放熱モジュール。
4. 上記一面側ビスは上記他面側放熱板をさらに固定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の放熱モジュール。
5. 上記一面側ビスは、ビス頭が上記一面側放熱板側に配置され、
   上記ビス頭と上記一面側放熱板との間にばねが配置される
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の放熱モジュール。
6. 上記基板と上記他面側放熱板との間において、空気が流れるような間隔を有している
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の放熱モジュール。
7. 上記他面側放熱板を上記基板に固定する他面側ビス
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の放熱モジュール。
8. 上記他面側ビスは、ビス頭が上記他面側放熱板側に配置され、
   上記ビス頭と上記基板との間にばねが配置される
   ことを特徴とする請求項７に記載の放熱モジュール。
9. 上記他面側放熱板に対して、上記基板の配置側の反対側に配置されたバックライトシャーシと、
   上記他面側放熱板と上記バックライトシャーシとの間に配置された断熱材をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の放熱モジュール。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載の放熱モジュールを備えることを特徴とするテレビジョン受像機。

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