JP2021040096A - 放熱機構および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】受熱板に接する電子部品の局所に力が集中して作用するのを抑制できる放熱機構および電子機器を提供する。【解決手段】放熱機構４０は、矩形状の熱伝達領域２２ａを有する電子部品２０からの熱を受ける受熱板４１と、受熱板４１を冷却する熱輸送部材４２と、を備える。受熱板４１は、熱伝達領域２２ａに接触して電子部品２０からの熱を受ける受熱面４１ｂを有する。受熱面４１ｂに、受熱面４１ｂと垂直な方向から見て熱伝達領域２２ａの少なくとも１つの角部を包含する１または複数の凹部４３が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、放熱機構および電子機器に関する。

ノートブック型パーソナル・コンピュータ（ノートＰＣ）などの電子機器には、筐体内の電子部品が発する熱を排出するため、放熱機構が搭載されることがある（例えば、特許文献１参照）。発熱量が大きい電子部品としては、例えば、セントラル・プロセッシング・ユニット（ＣＰＵ）、およびグラフィックス・プロセッシング・ユニット（ＧＰＵ）がある。

放熱機構は、例えば、金属製の受熱板と、熱輸送部材（ヒートパイプ等）とを備える。受熱板は、電子部品（例えば、ＣＰＵおよびＧＰＵ）に接触して設けられ、電子部品の熱が伝えられる。熱輸送部材は、受熱板の熱を放熱体（ヒートシンク、放熱フィン等）に輸送する。受熱板は、電子部品との間の伝熱効率を高めるため、電子部品に面的に接触して設置される。

特開２００４−２４６４０３号公報

前記放熱機構は、構成部品の寸法のばらつきなどを原因として、一部の電子部品に対してわずかに傾いた姿勢となることがある。その場合、電子部品が狭小な部位で受熱板に接触するため、受熱板によって電子部品の局所に大きな力が集中して作用する可能性があった。

本発明の一態様は、受熱板に接する電子部品の局所に力が集中して作用するのを抑制できる放熱機構および電子機器を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、矩形状の熱伝達領域を有する電子部品からの熱を受ける受熱板と、前記受熱板を冷却する熱輸送部材と、を備え、前記受熱板は、前記熱伝達領域に接触して前記電子部品からの熱を受ける受熱面を有し、前記受熱面に、前記受熱面と垂直な方向から見て前記熱伝達領域の少なくとも１つの角部を包含する１または複数の凹部が形成されている、放熱機構を提供する。

前記凹部は、前記受熱面と垂直な方向から見て前記熱伝達領域の全周縁を包含する溝状に形成されていることが好ましい。

前記凹部は、複数形成され、前記複数の凹部は、それぞれ前記熱伝達領域の角部を包含する構成であってもよい。

本発明の他の態様は、前記放熱機構を搭載した電子機器を提供する。

前記電子機器は、前記電子部品を複数備え、複数の電子部品は、共通の主基板に搭載された構成であってよい。

本発明の一態様によれば、受熱板の受熱面に接する電子部品の局所に力が集中して作用するのを抑制できる放熱機構および電子機器を提供する。

第１実施形態に係る放熱機構の斜視図である。 第１実施形態に係る放熱機構の斜視図である。 第１実施形態に係る放熱機構を模式的に示す側面図である。 第１実施形態に係る放熱機構の受熱板の平面図である。 第１実施形態に係る放熱機構の受熱板の断面図である。 第２実施形態に係る放熱機構の斜視図である。 第２実施形態に係る放熱機構を模式的に示す側面図である。 第２実施形態に係る放熱機構の受熱板の平面図である。 第２実施形態に係る放熱機構の受熱板の断面図である。 第２実施形態に係る放熱機構の受熱板の変形例の断面図である。

［電子機器］（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る放熱機構４０の斜視図である。図２は、放熱機構４０の斜視図である。図３は、放熱機構４０を模式的に示す側面図である。図４は、放熱機構４０の受熱板４１の平面図である。図５は、放熱機構４０の受熱板４１の断面図である。図５は、図４のＩ−Ｉ断面図である。

図１に示すように、第１実施形態に係る電子機器１００は、セントラル・プロセッシング・ユニット１０（第１の電子部品）と、グラフィックス・プロセッシング・ユニット２０（第２の電子部品）と、マザーボード３０（主基板）（図３参照）と、放熱機構４０とを備える。

セントラル・プロセッシング・ユニット（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）は、「ＣＰＵ」という。グラフィックス・プロセッシング・ユニット（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）は、「ＧＰＵ」という。ＣＰＵ１０と、ＧＰＵ２０と、マザーボード３０と、放熱機構４０とは、筐体（図示略）に収容される。
電子機器１００は、例えば、ノートブック型パーソナル・コンピュータ（ノートＰＣ）、ワークステーション、サーバ等であってよい。

ＣＰＵ１０は、アプリケーション・プログラムを実行して全般的な処理を行うプロセッサである。ＣＰＵ１０は、基板１１と、半導体チップ１２（ダイ）とを備える。基板１１は、例えば、プリント基板（ＰＣＢ）である。基板１１には、メモリ、コンデンサ等を併せて実装してもよい。

半導体チップ１２は、基板１１の一方の面に設けられる。半導体チップ１２は、矩形板状に形成されている。
図３に示すように、半導体チップ１２の第１主面１２ａは、受熱板４１（第１受熱板４１Ａ）に熱を伝える熱伝達領域である。第１主面１２ａを熱伝達領域１２ａという。熱伝達領域１２ａは、矩形状とされる。熱伝達領域１２ａは、基板１１に対向する第２主面１２ｂとは反対の面である。熱伝達領域１２ａは、受熱板４１（第１受熱板４１Ａ）に面的に接触することで、半導体チップ１２の熱を受熱板４１（第１受熱板４１Ａ）に伝達する。

図１に示すように、ＧＰＵ２０は、描画処理を行うプロセッサである。ＧＰＵ２０は、基板２１と、半導体チップ２２（ダイ）とを備える。基板２１は、例えば、プリント基板（ＰＣＢ）である。基板２１には、メモリ、コンデンサ等を併せて実装してもよい。

半導体チップ２２は、基板２１の一方の面に設けられる。半導体チップ２２は、矩形板状に形成されている。
図３に示すように、半導体チップ２２の第１主面２２ａは、受熱板４１（第２受熱板４１Ｂ）に熱を伝える熱伝達領域である。第１主面２２ａを熱伝達領域２２ａという。熱伝達領域２２ａは、矩形状とされる。熱伝達領域２２ａは、基板２１に対向する第２主面２２ｂとは反対の面である。熱伝達領域２２ａは、受熱板４１（第２受熱板４１Ｂ）に面的に接触することで、半導体チップ２２の熱を受熱板４１（第２受熱板４１Ｂ）に伝達する。

図４に示すように、熱伝達領域２２ａの４つの角部をそれぞれ第１角部２２ｄ，第２角部２２ｅ，第３角部２２ｆ，第４角部２２ｇという。第１角部２２ｄおよび第２角部２２ｅは、第３角部２２ｆおよび第４角部２２ｇに比べてＣＰＵ１０に近い位置にある。

図３に示すように、ＣＰＵ１０と、ＧＰＵ２０とは、共通のマザーボード３０の第１主面３０ａに搭載されている。

図１に示すように、放熱機構４０は、受熱板４１，４１と、ヒートパイプ（熱輸送部材）４２とを備える。受熱板４１は、銅、アルミニウムなどの金属で構成される。

図３に示すように、受熱板４１，４１は、ヒートパイプ４２に伝熱可能に設置されている。受熱板４１，４１は、ヒートパイプ４２に接触することで、ヒートパイプ４２と熱的に結合している。受熱板４１，４１は、ヒートパイプ４２の長さ方向に位置を違えて設置されている。

２つの受熱板４１，４１のうち一方の受熱板４１（第１受熱板４１Ａ）の一方の面を受熱面４１ａという。第１受熱板４１Ａは、ＣＰＵ１０に重ねられる。受熱面４１ａはＣＰＵ１０の熱伝達領域１２ａに接触する。これにより、第１受熱板４１Ａは、ＣＰＵ１０と熱的に結合する。

２つの受熱板４１，４１のうち他方の受熱板４１（第２受熱板４１Ｂ）の一方の面を受熱面４１ｂという。第２受熱板４１Ｂは、ＧＰＵ２０に重ねられる。受熱面４１ｂはＧＰＵ２０の熱伝達領域２２ａに接触する。これにより、第２受熱板４１Ｂは、ＧＰＵ２０と熱的に結合する。

図２および図４に示すように、第２受熱板４１Ｂの受熱面４１ｂには、凹部４３が形成されている。凹部４３は、受熱面４１ｂと垂直な方向から見て矩形状の溝である。凹部４３の溝幅は均一である。なお、受熱面４１ｂと垂直な方向から見ることを「平面視」という。

図４に示すように、凹部４３の外周縁４３ａの第１長さＷ１は、ＧＰＵ２０の熱伝達領域２２ａの第１長さＷ２より大である。凹部４３の内周縁４３ｂの第１長さＷ３は、熱伝達領域２２ａの第１長さＷ２より小である。外周縁４３ａの第１長さＷ１は、矩形状の外周縁４３ａの第１辺４３ａ１の長さである。内周縁４３ｂの第１長さＷ３は、矩形状の内周縁４３ｂの第１辺４３ｂ１の長さである。

凹部４３の外周縁４３ａの第２長さＨ１は、ＧＰＵ２０の熱伝達領域２２ａの第２長さＨ２より大である。凹部４３の内周縁４３ｂの第２長さＨ３は、熱伝達領域２２ａの第２長さＨ２より小である。外周縁４３ａの第２長さＨ１は、外周縁４３ａの第１辺４３ａ１に隣接する第２辺４３ａ２の長さである。内周縁４３ｂの第２長さＨ３は、内周縁４３ｂの第１辺４３ｂ１に隣接する第２辺４３ｂ２の長さである。

平面視において、熱伝達領域２２ａの周縁２２ｃは、外周縁４３ａの内側、かつ内周縁４３ｂの外側に位置する。そのため、凹部４３は、熱伝達領域２２ａの周縁２２ｃの全てを包含する。熱伝達領域２２ａの角部２２ｄ〜２２ｇは、平面視において凹部４３に包含される。

図５に示すように、凹部４３の長さ方向に直交する断面の形状は、例えば、矩形状である。なお、凹部の断面形状は特に限定されず、半円状、Ｖ字状などであってもよい。

ＧＰＵ２０と受熱板４１（第２受熱板４１Ｂ）との間には、グリスを充填してもよい。ＣＰＵ１０と受熱板４１（第１受熱板４１Ａ）との間には、グリスを充填してもよい。

図１に示すように、ヒートパイプ４２は、密閉空間が形成された管体で構成される。ヒートパイプ４２は、例えば、銅、アルミニウムなどの金属で構成される。ヒートパイプ４２内の密閉空間には、作動流体が流動可能に封入されている。ヒートパイプ４２内部には、例えば、ウィックが設けられている。

ヒートパイプ４２は、例えば、放熱ユニット（図示略）に接続されている。放熱ユニットは、例えば、ヒートシンクと放熱ファンとを備える。ヒートシンクはヒートパイプ４２に接続される。放熱ファンは、送風によりヒートシンクを冷却する。

図３に示すように、ＣＰＵ１０とＧＰＵ２０とは、共通のマザーボード３０に設けられているため、独立して位置または姿勢を調整するのが難しい場合がある。そのため、ＣＰＵ１０と第１受熱板４１Ａとが隙間なく接触するようにＣＰＵ１０の位置および姿勢を設定すると、構成部品の寸法のばらつき、マザーボード３０の反り変形などを原因として、ＧＰＵ２０が第２受熱板４１Ｂに対してわずかに傾いた姿勢となることがある。

図４に示すように、放熱機構４０では、第２受熱板４１Ｂの受熱面４１ｂに凹部４３が形成されているため、熱伝達領域２２ａの周縁２２ｃは受熱面４１ｂに当接しない。そのため、ＧＰＵ２０が傾いた姿勢となった場合でも、熱伝達領域２２ａの周縁２２ｃに力が集中して作用するのを抑制できる。よって、ＧＰＵ２０に破損が起こりにくい。

放熱機構４０では、受熱面４１ｂに凹部４３が形成されているため、凹部４３がない場合に比べて、熱伝達領域２２ａと受熱面４１ｂとの面的な接触を確保しやすい。よって、熱伝達領域２２ａと受熱面４１ｂとの間の伝熱効率を良好にすることができる。

第１比較形態として、受熱面に凹部がない受熱板を備えた放熱機構（図示略）を想定する。この放熱機構では、電子部品の熱伝達領域が傾斜していると、熱伝達領域が１つの角部のみで受熱面に接し、当該角部に大きな力が集中して作用する可能性がある。

第２比較形態として、第１比較形態の放熱機構において、電子部品と受熱板との間に軟質材層を設けた構成を想定する。第２比較形態では、軟質材層によって、電子部品にかかる力を軽減できるが、電子部品と受熱板との間の伝熱特性は低下する。

放熱機構４０では、凹部４３が、平面視において熱伝達領域２２ａの全周縁を包含する溝状に形成されている。そのため、ＧＰＵ２０の傾斜の向きによらず、受熱面４１ｂに接する熱伝達領域２２ａの局所に力が集中するのを抑制できる。

［電子機器］（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る放熱機構１４０の斜視図である。図７は、放熱機構１４０を模式的に示す側面図である。図８は、放熱機構１４０の受熱板１４１の平面図である。図９は、放熱機構１４０の受熱板１４１の断面図である。図９は、図８のＩＩ−ＩＩ断面図である。なお、第１の実施形態との共通構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、第２実施形態に係る電子機器２００は、凹部１４３の形状が、図２に示す凹部４３の形状と異なる。
放熱機構１４０は、受熱板４１（第１受熱板４１Ａ）（図７参照）と、受熱板１４１（第２受熱板１４１Ｂ）と、ヒートパイプ４２とを備える。

図７に示すように、受熱板１４１は、ヒートパイプ４２に伝熱可能に設置されている。受熱板１４１は、ヒートパイプ４２に接触することで、ヒートパイプ４２と熱的に結合している。受熱板４１（第１受熱板４１Ａ）と、受熱板１４１（第２受熱板１４１Ｂ）とは、ヒートパイプ４２の長さ方向に位置を違えて設置されている。

第２受熱板１４１Ｂの一方の面を受熱面１４１ｂという。第２受熱板１４１Ｂは、ＧＰＵ２０に重ねられる。受熱面１４１ｂはＧＰＵ２０の第１主面２２ａ（熱伝達領域２２ａ）に接触する。これにより、第２受熱板１４１Ｂは、ＧＰＵ２０と熱的に結合する。

図６および図８に示すように、第２受熱板１４１Ｂには、複数（例えば４つ）の凹部１４３が形成されている。凹部１４３は、平面視において円形状の凹部である。４つの凹部１４３は、互いに離れて形成されている。４つの凹部１４３は、平面視において、それぞれ熱伝達領域２２ａの角部２２ｄ〜２２ｇを包含する。平面視において、凹部１４３の中心は、それぞれ角部２２ｄ〜２２ｇに位置することが好ましい。
なお、平面視における凹部の形状は、円形状に限らず、矩形状、楕円形状などであってもよい。

図９に示すように、凹部１４３の、受熱面１４１ｂに垂直な断面の形状は、例えば、半円状である。なお、凹部の断面形状は特に限定されず、矩形状、Ｖ字状などであってもよい。

放熱機構１４０では、第２受熱板１４１Ｂの受熱面１４１ｂに凹部１４３が形成されているため、熱伝達領域２２ａの角部２２ｄ〜２２ｇは受熱面１４１ｂに当接しない。そのため、ＧＰＵ２０が傾いた姿勢となった場合でも、熱伝達領域２２ａの局所に力が集中して作用するのを抑制できる。よって、ＧＰＵ２０に破損が起こりにくい。

放熱機構１４０では、受熱面１４１ｂに凹部１４３が形成されているため、熱伝達領域２２ａと受熱面１４１ｂとの面的な接触を確保しやすい。よって、熱伝達領域２２ａと受熱面１４１ｂとの間の伝熱効率を良好にすることができる。

凹部１４３は、円形状であるため、溝状の凹部に比べて容易に形成することができる。

この発明の具体的な構成は上述の実施形態に限られず、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。上述の実施形態において説明した各構成は、任意に組み合わせることができる。
前記実施形態では、電子機器としてノート型ＰＣ等を例示したが、電子機器としては、スマートフォン、携帯電話端末なども挙げられる。

図２に示す凹部４３は、熱伝達領域２２ａの４つの角部２２ｄ〜２２ｇをすべて包含するが、凹部は、平面視において、熱伝達領域の４つの角部のうち少なくとも１つを包含すればよい。例えば、４つの角部２２ｄ〜２２ｇのうち２つの角部２２ｄ，２２ｅを包含する構成であってもよい。

図２に示す凹部４３、および、図６に示す凹部１４３は、受熱板４１，１４１を貫通しない凹部であるが、凹部は、受熱板を厚さ方向に貫通する貫通孔によって形成されていてもよい。図１０は、受熱板１４１の変形例である受熱板２４１の断面図である。受熱板２４１に形成された凹部２４３は、受熱板２４１を厚さ方向に貫通する貫通孔２４４によって形成されている。

図１に示す電子機器１００は、２つの電子部品、すなわち、ＣＰＵ１０（第１の電子部品）と、ＧＰＵ２０（第２の電子部品）とを備えるが、電子機器が備える電子部品の数は１であってもよいし、３以上の任意の数であってもよい。受熱板の数は電子部品の数と同数とされる。

１０…ＣＰＵ（第１の電子部品）、２０…ＧＰＵ（第２の電子部品）、２２ａ…熱伝達領域、２２ｃ…周縁、２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ…角部、３０…マザーボード（主基板）、４０，１４０…放熱機構、４１，１４１，２４１…受熱板、４１Ｂ…第２受熱板、４１ｂ，１４１ｂ…受熱面、４２…ヒートパイプ（熱輸送部材）、４３，１４３，２４３…凹部、１００…電子機器。

Claims (5)

1. 矩形状の熱伝達領域を有する電子部品からの熱を受ける受熱板と、前記受熱板を冷却する熱輸送部材と、を備え、
   前記受熱板は、前記熱伝達領域に接触して前記電子部品からの熱を受ける受熱面を有し、
   前記受熱面に、前記受熱面と垂直な方向から見て前記熱伝達領域の少なくとも１つの角部を包含する１または複数の凹部が形成されている、放熱機構。
2. 前記凹部は、前記受熱面と垂直な方向から見て前記熱伝達領域の全周縁を包含する溝状に形成されている、請求項１記載の放熱機構。
3. 前記凹部は、複数形成され、
   前記複数の凹部は、それぞれ前記熱伝達領域の角部を包含する、請求項１記載の放熱機構。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の放熱機構と、前記電子部品とを搭載した、電子機器。
5. 前記電子部品を複数備え、
   前記複数の電子部品は、共通の主基板に搭載される、請求項４記載の電子機器。

Images