JP2020123415A

JP2020123415A - ディスク装置

Info

Publication number: JP2020123415A
Application number: JP2019014676A
Authority: JP
Inventors: 健二水落; Kenji Mizuochi; 丈雄林; Takeo Hayashi; 功一東海林; Koichi Shoji
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2020-08-13
Also published as: CN111508536A; US10832709B2; US20200243109A1

Abstract

【課題】電子部品の耐圧限界を越えずに放熱効率を上げることが可能なディスク装置を提供する。【解決手段】ディスク装置は、第１当接面７０ａを有するボス７０が底壁１２ａに設けられた筐体と、筐体内に収容された記録媒体と、底壁に取付けられたプリント回路基板５０と、プリント回路基板に実装され、第１当接面に対向した第２当接面６４ａを有する電子部品６４と、第１当接面に当接する第３当接面及び第２当接面に当接する第４当接面を有する放熱シートＨＳ１と、を備えている。第１当接面の面積は、第３当接面の面積より小さいか、あるいは、第２当接面の面積は、第４当接面の面積より小さい。【選択図】図３

Description

この発明の実施形態は、ディスク装置に関する。

ディスク装置として、例えば、磁気ディスクドライブ（ＨＤＤ）は、一般に、ディスク状の記録媒体、磁気ヘッド、および磁気ヘッドを移動させるアクチュエータ等を収納した筐体と、筐体の底面に対向して配置されたプリント回路基板（ＰＣＢ）と、を備えている。プリント回路基板上には、複数の半導体素子、コネクタ等の電子部品が実装されている。半導体素子の内、発熱量の多いＣＰＵ（大規模集積回路：ＬＳＩ）と筐体の底壁との間に、放熱シートが設けられている。ＬＳＩの熱を放熱シートを介して筐体に放熱する構造としている。
放熱効率を上げるためには、筐体とＬＳＩとで放熱シートを挟んで圧縮し、放熱シートを密着させることが有効となる。しかし、この場合、ＬＳＩに負荷を掛けることになり、ＬＳＩなどの電子部品の半田接合部にクラックが生じる懸念がある。
また、放熱効率を上げるために、放熱性能の高い放熱シートを使うことが有効である。しかし、放熱性能が高い放熱シートは比較的硬く、圧縮量を上げるとＬＳＩの耐圧限界を超えるため圧縮量を増加させることが困難となる。そのため、放熱シートの厚みのバラツキ、あるいは、ＬＳＩと筐体との隙間のバラツキによって、放熱シートの一部または全面がＬＳＩあるいは筐体に接触せず、放熱性能が低下する可能性がある。

特開２００３−１０１２７０号公報特許第３９５２１８４号公報特開２００４−３２６９６７号公報

この発明の実施形態の課題は、電子部品の耐圧限界を越えずに放熱効率を上げることが可能なディスク装置を提供することにある。

実施形態によれば、ディスク装置は、第１面を有する凸部が底壁に設けられた筐体と、前記筐体内に収容された記録媒体と、前記底壁に取付けられたプリント回路基板と、前記プリント回路基板に実装され、前記第１面に対向した第２面を有する電子部品と、前記第１面に当接する第３面と前記第２面に当接する第４面とを有する放熱シートと、を備えている。前記第１面の面積は前記放熱シートの前記第３面の面積より小さいか、あるいは、前記第２面の面積は前記放熱シートの前記第４面の面積より小さい。

図１は、第１の実施形態に係るハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の分解斜視図。図２は、第１の実施形態に係るＨＤＤの底壁側およびプリント回路基板を示す分解斜視図。図３は、電子部品、筐体の当接部、および放熱シートの当接状態を示すＨＤＤの断面図。図４は、２種類の放熱シートについて、放熱シートの圧縮量と面圧との関係を比較して示す図。図５は、筐体側の２種類の接触面の面積について、放熱シートの圧縮量と面圧との関係を比較して示す図。図６は、第２の実施形態に係るＨＤＤにおいて、電子部品、筐体の当接部、および放熱シートの当接状態を示すＨＤＤの断面図。

以下図面を参照しながら、実施形態に係るディスク装置ついて説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

以下、ディスク装置として、実施形態に係るハードディスクドライブ（ＨＤＤ）について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＨＤＤの分解斜視図、図２は、ＨＤＤの底壁側およびプリント回路基板を示す分解斜視図である。
図１に示すように、ＨＤＤは、ほぼ矩形状の筐体１０を備えている。この筐体１０は、上面の開口した矩形箱状のベース１２と、複数のねじ１３によりベース１２にねじ止めされベース１２の上端開口を閉塞する内カバー１４と、内カバー１４に重ねて配置され、周縁部がベース１２に溶接される外カバー（トップカバー）１６と、を有している。ベース１２は、内カバー１４と隙間を置いて対向する矩形状の底壁１２ａと、底壁１２ａの周縁に沿って立設された側壁１２ｂとを有し、例えば、アルミニウムにより一体に成形されている。側壁１２ｂは、互いに対向する一対の長辺壁と互いに対向する一対の短辺壁とを含んでいる。側壁１２ｂの上端面に、ほぼ矩形枠状の固定リブ１２ｃが突設されている。

内カバー１４は、例えば、ステンレスにより矩形板状に形成されている。内カバー１４は、その周縁部がねじ１３によりベース１２の側壁１２ｂの上面にねじ止めされ、固定リブ１２ｃの内側に固定されている。外カバー１６は、例えば、アルミニウムにより矩形板状に形成されている。外カバー１６は、内カバー１４よりも僅かに大きな平面寸法に形成されている。外カバー１６は、その周縁部が全周に亘って、ベース１２の固定リブ１２ｃに溶接され、気密に固定される。

内カバー１４および外カバー１６のそれぞれには、筐体１０内と外部とを連通する通気孔３６、３８が形成されている。筐体１０内の空気は、通気孔３６、３８を通して排気され、更に、これらの通気孔４６、４８を通して、筐体１０内に空気よりも密度の低い低密度ガス（不活性ガス）、例えば、ヘリウムが封入される。外カバー１６の外面には、通気孔３８を塞ぐように例えばシール（封止体）４０が貼付される。

筐体１０内には、記録媒体としての複数、例えば、５〜９枚の磁気ディスク１８、および磁気ディスク１８を支持および回転させる駆動部としてのスピンドルモータ２０が設けられている。スピンドルモータ２０は、底壁１２ａ上に配設されている。各磁気ディスク１８は、例えば、直径９５ｍｍ（３．５インチ）に形成され、その上面および／または下面に磁気記録層を有している。各磁気ディスク１８は、スピンドルモータ２０の図示しないハブに互いに同軸的に嵌合されているとともにクランプばねによりクランプされ、ハブに固定されている。これにより、各磁気ディスク１８は、ベース１２の底壁１２ａと平行に位置した状態に支持されている。磁気ディスク１８は、スピンドルモータ２０により所定の回転数で回転される。
なお、本実施形態において、５〜９枚の磁気ディスク１８が筐体１０内に収容されるが、磁気ディスク１８の枚数はこれに限られない。また、単一の磁気ディスク１８が筐体１０内に収容されても良い。

筐体１０内には、磁気ディスク１８に対して情報の記録、再生を行なう複数の磁気ヘッド３２、これらの磁気ヘッド３２を磁気ディスク１８に対して移動自在に支持したヘッドスタックアッセンブリ（アクチュエータ）２２が設けられている。また、筐体１０内には、ヘッドスタックアッセンブリ２２を回動および位置決めするボイスコイルモータ（以下ＶＣＭと称する）２４、磁気ヘッド３２が磁気ディスク１８の最外周に移動した際、磁気ヘッド３２を磁気ディスク１８から離間したアンロード位置に保持するランプロード機構２５、および変換コネクタ等の電子部品が実装された基板ユニット（配線部材）２１が設けられている。基板ユニット２１は、フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）で構成されている。このＦＰＣは、ヘッドスタックアッセンブリ２２上の中継ＦＰＣを介して磁気ヘッド３２およびＶＣＭ２４のボイスコイルに電気的に接続されている。

ヘッドスタックアッセンブリ２２は、回転自在な軸受ユニット２８と、軸受ユニット２８から延出した複数のアーム３０と、各アーム３０から延出したサスペンション３４と、を有している。各サスペンション３４の先端部に磁気ヘッド３２が支持されている。

図１および図２に示すように、制御回路基板（プリント回路基板）５０がベース１２の底壁１２ａの外面に対向して配置されている。制御回路基板５０は、複数のねじ５２により底壁１２ａにねじ止めされ、底壁１２ａの外面と隙間を置いて対向している。制御回路基板５０は、ほぼ矩形板状に形成され、底壁１２ａに対向する第１主面Ｓ１および反対側の第２主面Ｓ２を有している。
制御回路基板５０の第１主面Ｓ１上に複数の電子部品が実装されている。例えば、複数の半導体チップ６０ａ、２つの半導体素子（例えば、大規模集積回路：ＬＳＩ）６４、６６、基板ユニット２１に接続可能な中継コネクタ５６が実装されている。ＬＳＩ６４、６６は、それぞれ矩形状に形成され、底壁１２ａと対向する平坦な第２当接面（第２面）６４ａ、６６ａを有している。第１主面Ｓ１上に、スピンドルモータ１５用の接続端子６０ｂが設けられている。更に、制御回路基板５０の一側縁に、外部機器を接続可能なインターフェースコネクタ５４が実装されている。

一方、ベース１２の底壁１２ａの外面に、第１当接部として機能する２つのボス（凸部）７０、７２が突設されている。２つのボス７０、７２は、制御回路基板５０のＬＳＩ６４、６６と対向する位置に設けられている。各ボス７０、７２は、底壁１２ａの外面とほぼ平行で平坦な第１当接面（第１面）７０ａ、７２ａをそれぞれ有している。本実施形態において、ボス７０、７２および第１当接面７０ａ、７２ａは、例えば、円形に形成されている。なお、ボスおよび第１当接面は、円形に限らず、矩形状、多角形状等の種々の形状を選択可能である。

制御回路基板５０をベース１２の所定位置に取り付けた状態において、中継コネクタ５６は底壁１２ａに設けられたコネクタ５７に接続される。コネクタ５７は、基板ユニット２１の変換コネクタに接続されている。また、接続端子６０ｂは、スピンドルモータ２０の接続端子に接続される。制御回路基板５０の制御部は、基板ユニット２６を介してＶＣＭ２０、および磁気ヘッド３２の動作を制御するとともに、接続端子６０ｂを介してスピンドルモータ２０の動作を制御する。２つのＬＳＩ６４、６６の第２当接面６４ａ、６４ｂは、ボス７０、７２の第１当接面７０ａ、７２ａとそれぞれ対向して位置する。

本実施形態において、ボス７０とＬＳＩ６４との間に放熱シートＨＳ１が配置され、ボス７２とＬＳＩ６６との間に放熱シートＨＳ２が配置されている。図３は、ＬＳＩ６４、放熱シートＨＳ１、およびボス７０の当接状態を示す底壁および制御回路基板の断面図である。図示のように、放熱シートＨＳ１は、上面（第３面）および下面（第４面）を有し、ボス７０とＬＳＩ６４との間に挟まれ、上面がボス７０の第１当接面７０ａに当接し、下面がＬＳＩ６４の第２当接面６４ａに当接している。また、制御回路基板５０を所定の押圧力で底壁１２ａ側に押圧した状態で底壁１２ａにねじ止めすることにより、放熱シートＨＳ１は、ボス７０およびＬＳＩ６４によって所定の面圧で押圧され所定の圧縮量だけ圧縮された状態で配置されている。ＬＳＩ６４の発熱は、放熱シートＨＳ１、ボス７０を介して底壁１２ａに伝わり、底壁１２ａから機外に放熱される。これにより、ＬＳＩ６４が冷却され、過度の温度上昇が抑制される。

放熱シートＨＳ１は、一例として、シート厚が０．７ｍｍ、放熱性能が２Ｗ程度の比較的柔らかい放熱シート、例えば、面圧１０Ｋｇ／ｃｍ^２に対して圧縮量が０．２〜０．４ｍｍの放熱シートを用いている。放熱シートの硬さは、種々の要素により変化するが、一例では、ガラス繊維、カーボン繊維の含有量に応じて変化する。

本実施形態において、ボス７０の第１当接面７０ａの面積は、放熱シートＨＳ１の面積（第３面および第４面の面積）およびＬＳＩ６４の第２当接面６４ａの面積よりも小さく形成され、第１当接面７０ａの全面が放熱シートＨＳ１に当接し放熱シートＨＳ１を圧縮している。第１当接面７０ａの面積は、一例では、放熱シートＨＳＩの面積の３０〜７０％に設定されている。放熱シートＨＳ１は、例えば、矩形状を有し、ＬＳＩ６４の第２当接面６４ａの面積よりも大きい面積を有している。第２当接面６４ａは、その全面が放熱シートＨＳ１に当接している。

図４は、放熱シートの圧縮特性を示す図であり、本実施例に係る放熱シート（放熱性能低）と比較例に係る放熱シート（放熱性能高）の圧縮特性を比較して示している。
図５は、当接部の第１当接面の面積に応じた放熱シートの圧縮特性を示す図であり、本実施形態（第１当接面の面積が放熱シートの面積の４０％に形成されている）と比較例（第１当接面の面積が放熱シートの面積よりも大きい）と比較して示している。
図４に示すように、比較例に係る放熱性能の高い放熱シートは、比較的硬いため、ＬＳＩに密着させるために圧縮量を多くすると、ＬＳＩに作用する面圧が増大する。例えば、圧縮量０．２ｍｍの場合、面圧が１８Ｋｇ／ｃｍ^２となる。これに対して、本実施形態のように比較的柔らかい放射性能の低い放熱シートＨＳ１では、圧縮量０．２ｍｍの場合、ＬＳＩに作用する面圧は６Ｋｇ／ｃｍ^２程度であり、比較例の約１／３となる。すなわち、比較的柔らかい放熱性能の低い放熱シートの方が、低い面圧で圧縮量を大きくし、ＬＳＩおよび当接部との密着性を上げられることが解る。

また、図５に示すように、比較例のように第１当接面の面積、放熱シートの面積、およびＬＳＩの第２当接面の面積を同じ大きさとした場合、例えば、圧縮量０．３ｍｍを得るために面圧１３Ｋｇ／ｃｍ２が必要となる。これに対して、本実施形態のように、第１当接面の面積を放熱シートの面積よりも小さくした場合、ここでは、放熱シートの面積の４０％程度とした場合、圧縮量０．３ｍｍの時の面圧は１０Ｋｇ／ｃｍ^２程度であり、比較例よりもー３Ｋｇ／ｃｍ^２程度、面圧を下げることができる。

以上のように、本実施形態によれば、ベース１２の第１当接面７０ａの面積を放熱シートＨＳ１の面積よりも小さく設定することにより、ＬＳＩ６４に作用する面圧を低く抑えた状態で放熱シートＨＳ１の圧縮量を増大させ、第１当接面７０ａおよび第２当接面６４ａに対する放熱シートＨＳ１の密着性を向上させることができる。これにより、ＬＳＩ６４を損傷することなく、すなわち、ＬＳＩ６４の耐圧限界を越えることなく、ＬＳＩ６４の放熱効率を上げることが可能となる。更に、放熱シートＨＳ１として、例えば、面圧１０Ｋｇ／ｃｍ^２に対して圧縮量が０．２〜０．４ｍｍとなる比較的柔らかい放熱シートを用いることにより、一層低い面圧で、所望の圧縮量を得ることが可能となる。

なお、図示していないが、もう一方のＬＳＩ６６、放熱シートＨＳ２、およびボス７２は、図３に示したＬＳＩ６４、放熱シートＨＳ１、およびボス７２と同一の構成、および同一の面積の大小関係を有して構成されている。従って、ＬＳＩ６６に作用する面圧を低く抑えた状態で放熱シートＨＳ２の圧縮量を増大させ、放熱シートＨＳ２の密着性および放熱性能を向上させることができる。
以上のことから、本実施形態によれば、電子部品の耐圧限界を越えずに放熱効率を上げることが可能なディスク装置が得られる。

次に、他の実施形態に係るＨＤＤについて説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を簡略化あるいは省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係るＨＤＤのベース底壁および制御回路基板の断面図である。図示のように、第２の実施形態によれば、ベース１２の底壁１２ａのボス（当接部）７０と制御回路基板５０上のＬＳＩ（電子部品）６４との間に放熱シートＨＳ１が配置されている。放熱シートＨＳ１は、ボス７０とＬＳＩ６４との間に挟まれ、ボス７０の第１当接面７０ａおよびＬＳＩ６４の第２当接面６４ａに当接している。制御回路基板５０を所定の押圧力で底壁１２ａ側に押圧した状態で底壁１２ａにねじ止めすることにより、放熱シートＨＳ１は、ボス７０およびＬＳＩ６４によって所定の面圧で押圧され所定の圧縮量だけ圧縮された状態で配置されている。

放熱シートＨＳ１は、一例として、シート厚が０．７ｍｍ、放熱性能が３Ｗ程度の比較的柔らかい放熱シート、例えば、面圧１０Ｋｇ／ｃｍ^２に対して圧縮量が０．２〜０．４ｍｍの放熱シートを用いている。
第２の実施形態では、放熱シートＨＳ１の面積は、ＬＳＩ６４の第２当接面６４ａの面積よりも大きく形成され、同様に、ボス７０の第１当接面７０ａの面積は、ＬＳＩ６４の第２当接面６４ａの面積よりも大きく放熱シートＨＳＩの面積とほぼ同一に形成されている。言い換えると、ＬＳＩ６４の第２当接面６４ａの面積は、放熱シートＨＳ１の面積およびボス７０の第１当接面７０ａの面積よりも小さく形成され、第２当接面６４ａの全面が放熱シートＨＳ１に当接し放熱シートＨＳ１を圧縮している。放熱シートＨＳ１および第１当接面７０ａは、例えば、矩形状を有し、第１当接面７０ａは、その全面が放熱シートＨＳ１に当接している。
第２の実施形態において、ＨＤＤの他の構成は、前述した第１の実施形態に係るＨＤＤと同一である。

以上のように、本実施形態によれば、ＬＳＩ６４の第２当接面６４ａの面積を放熱シートＨＳ１の面積よりも小さく設定することにより、ＬＳＩ６４に作用する面圧を低く抑えた状態で放熱シートＨＳ１の圧縮量を増大させ、第１当接面７０ａおよび第２当接面６４ａに対する放熱シートＨＳ１の密着性を向上させることができる。これにより、ＬＳＩ６４を損傷することなく、すなわち、ＬＳＩ６４の耐圧限界を越えることなく、ＬＳＩ６４の放熱効率を上げることが可能となる。更に、放熱シートＨＳ１として、例えば、面圧１０Ｋｇ／ｃｍ^２に対して圧縮量が０．２〜０．４ｍｍとなる比較的柔らかい放熱シートを用いることにより、一層低い面圧で、所望の圧縮量を得ることが可能となる。
よって、第２の実施形態においても、電子部品の耐圧限界を越えずに放熱効率を上げることが可能なディスク装置が得られる。

本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、放熱シートにより放熱する電子部品は、ＬＳＩに限定されることなく、発熱量の高い他の電子部品を適用してもよい。放熱シート、第１当接面、第２当接面の形状、大きさ等は、上述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて種々変更可能である。

１０…筐体、１２…ベース、１２ａ…底壁、１４…内カバー、１６…外カバー、
１８…磁気ディスク、２１…基板ユニット、２２…ヘッドスタックアッセンブリ、
３２…磁気ヘッド、５０…制御回路基板（プリント回路基板）、
６４、６６…電子部品（ＬＳＩ）、６４ａ、６６ａ…第２当接面、
７０、７２…ボス（当接部）、７０ａ、７２ａ…第１当接面、
ＨＳ１、ＨＳ２…放熱シート

Claims

第１面を有する凸部が底壁に設けられた筐体と、
前記筐体内に収容された記録媒体と、
前記底壁に取付けられたプリント回路基板と、
前記プリント回路基板に実装され、前記第１面に対向した第２面を有する電子部品と、
前記第１面に当接する第３面と前記第２面に当接する第４面とを有する放熱シートと、を備え、
前記第１面の面積は前記放熱シートの前記第３面の面積より小さいか、あるいは、前記第２面の面積は前記放熱シートの前記第４面の面積より小さい、
ディスク装置。
前記放熱シートの前記第３面の面積及び前記第４面の面積は、前記凸部の前記第１面の面積および前記電子部品の前記第２面の面積よりも大きい請求項１に記載のディスク装置。
前記電子部品の前記第２面の面積は、前記凸部の前記第１面の面積よりも大きい請求項１に記載のディスク装置。
前記電子部品の前記第２面は、前記放熱シートの前記第４面の面積および前記凸部の前記第１面の面積よりも小さい面積を有し、前記第２面の全面が前記放熱シートに当接している請求項１に記載のディスク装置。
前記放熱シートは、面圧１０Ｋｇ／ｃｍ^２に対して圧縮量が０．２〜０．４ｍｍとなる放熱シートである請求項１から４のいずれか１項に記載のディスク装置。