JP2807415B2 - 電子機器における発熱部品の放熱構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般的には電子機器
におけるＣＰＵ，ＭＰＵその他の発熱部品（電子素子）
を冷却する放熱構造に関するものであり、さらに具体的
には、ノートブック型のパーソナルコンピュータやディ
スクトップのような薄型の電子機器を対象とする場合に
適する発熱部品の放熱構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えばパーソナルコンピュータな
どのＣＰＵその他の部品は急速に高性能化され、これに
伴ってそれらの部品が発生する熱への対策が不可欠とな
っている。高性能のＣＰＵその他の発熱部品を搭載した
パーソナルコンピュータでは、例えば図８のように、基
板１に搭載された発熱部品２の上にフィン２ａを介して
ファン２ｂを取り付けることにより、部品２から発生す
る熱を放熱している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のように発熱部品
２の熱をフィン付のファン２ｂで放熱するのは、放熱効
果が大きく確実でもあるが、他方、ノイズの発生，消費
電力の増大やファンモータによる熱の発生という問題を
有する。また、フィン付ファンの代わりに発熱部品へ容
量の大きい放熱フィンを取り付けると、前述のような問
題はないが、機器全体の重量が増大するばかりでなく、
電子機器が大型になるので機器のポータブル性を著しく
低下させる。

【０００４】この発明の目的は、前述のような問題を改
善し、電子機器の大型化をまねくことなく、しかもノイ
ズの発生や電力消費を伴わない発熱部品の放熱構造を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電子機器
における発熱部品の放熱構造は、前述の目的を達成する
ため、それぞれ以下のように構成している。すなわち、
この発明による第１の放熱構造は、薄い板状の金属ベー
スの一部には、前記金属ベースよりも厚い金属プレート
が接触し又は接合した状態に取り付けられ、前記金属プ
レートの前記金属ベースと接触し又は接合している部分
以外の部分には、電子機器の発熱部品が直接又は熱伝導
性の層を介して接触し又は接合した状態に取り付けら
れ、前記金属ベースにはヒートパイプの一部分が接触し
又は接合した状態に取り付けられ、前記ヒートパイプの
他の部分の少なくとも一部は、前記金属ベースへ接触し
又は接合した状態で前記金属プレートへ近接，接触又は
接合されていることを特徴としている。

【０００６】この発明による第２の放熱構造は、薄い板
状の金属ベースの一方の面の一部には、当該金属ベース
よりも厚い金属プレートが所定の弾力で押し付けられた
状態に取り付けられ、前記金属プレートの前記金属ベー
スと接触している面の反対側の面には、基板に装着され
ている電子機器の発熱部品が直接又は熱伝導性の層を介
して所定の弾力で押し付けられた状態に取り付けられ、
前記金属ベースにはヒートパイプの一部分が接触し又は
接合した状態に取り付けられ、前記ヒートパイプの他の
部分の少なくとも一部は、前記金属ベースへ接触し又は
接合した状態で前記金属プレートの側部へ近接，接触若
しくは接合されていることを特徴としている。

【０００７】

【作用】この発明による第１の放熱構造は、例えば金属
ベースを電子機器のプラスチック製ケーシングの内壁面
へ取り付けて使用すると、発熱部品から発生した熱は金
属プレートによって拡散される。金属プレートによって
拡散された熱の一部は金属ベースへ伝達されてさらに拡
散され、電子機器のケーシングを通じて放熱される。他
方、金属プレートによって拡散された熱の他の一部は、
ヒートパイプを介して金属ベースへ伝達され、電子機器
のケーシングを通じて放熱される。

【０００８】発熱部品が取り付けられている金属プレー
トは金属ベースよりも肉厚が厚いので、発熱部品の発熱
密度が高くても、熱抵抗を小さくした状態で熱拡散する
ことができる。逆に、薄い金属ベースは熱密度が低いの
で、金属プレートより厚みが薄くても熱抵抗は小さい。

【０００９】すなわち、この発明による第１の放熱構造
は、肉厚の薄い金属ベースとそれよりも厚い金属プレー
ト、及びヒートパイプとの組み合わせによって、金属に
よる熱伝導とヒートパイプによる熱輸送とにより熱拡散
されるため、全体の厚みが薄くしかもより軽量で低熱抵
抗の放熱手段となる。

【００１０】この発明による第２の放熱構造によれば、
薄肉の金属ベースと厚肉の金属プレート、及び金属プレ
ートと発熱部品との相互は所定の弾力で押し付けられて
いるので、前述の第１の放熱構造の作用に加えて、それ
らの間の各接触部の熱抵抗はより小さくなり、かつ、発
熱部品に過度の強度的負荷がかかり難くなる。

【００１１】この発明による放熱構造において、前記金
属プレート及び金属ベースは、熱拡散の効率の面では肉
厚が厚いほど好ましいが、それらの肉厚をあまり大きく
すると薄型の電子機器が重くなる（同時に厚くなる）の
で、それらの肉厚は厚くとも、前記金属プレートについ
ては３mm以下，前記金属ベースについては１mm以下であ
るのが望ましい。電子機器のケーシングが薄肉の金属板
である場合には、当該ケーシングの一部が金属ベースを
兼ねるように構成することによって、一層のコンパクト
化及び軽量化を図ることができる。

【００１２】この発明において、放熱部の厚みをより薄
く構成するため、あるいはヒートパイプと金属ベースと
の接触熱抵抗をより小さくするためには、前記ヒートパ
イプを偏平形状その他の断面形状に変形させた状態で金
属ベースへ取り付けることができる。また、薄型の電子
機器における発熱部品やその他の部品の実装密度から考
慮すると、前記ヒートパイプには例えば外形４mm以下の
ような細径のヒートパイプを使用するのが好ましい。

【００１３】第２の放熱構造のように、薄肉の金属ベー
スと厚肉の金属プレート、及び金属プレートと発熱部品
との相互を所定の弾力で押し付けるには、例えば、前記
金属ベースを部分的に切り起こして弾性取付片を形成
し、この弾性取付片で前記金属プレートを金属ベースへ
押し付けるとともに、前記発熱部品を前記弾性取付片に
より前記金属ベースに押し付けるように構成するのが、
一層のコンパクト化及び軽量化を図る上で好ましい。

【００１４】前記ヒートパイプの一部を金属ベースに取
り付けるには、当該金属ベースと一体のパイプ保持片を
形成し、このパイプ保持片によって当該ヒートパイプを
少なくとも部分的につかんだ状態又は包んだ状態で保持
させるのが好ましい。このように構成することによっ
て、ヒートパイプと金属ベース間の熱抵抗を一層小さく
することができる。前記ヒートパイプの他の一部を、前
記金属ベースへ接触し又は接合した状態で前記金属プレ
ートへ近接又は接触状態に取り付けることによって、放
熱性能が向上する。その取付方法としては、前記弾性取
付片によりヒートパイプを保持させるように取り付ける
のが、機器のコンパクト化の点で好ましい。

【００１５】

【実施例】以下図１〜図７を参照しながら、この発明に
よる放熱構造の好ましい実施例を説明する。図１はこの
発明による実施例の放熱構造の発熱部品を省略した状態
の部分分解斜視図、図２は図１の放熱構造の部分断面
図、図３は図１の矢印Ａ−Ａに沿う部分拡大断面図、図
４はこの発明による放熱構造の他の実施例を示す部分断
面図、図５はさらに他の実施例の放熱構造の発熱部品を
省略した状態の部分斜視図、図６は図５の放熱構造の部
分断面図、図７は金属ベースとヒートパイプとの結合状
態の変形例を示す部分斜視図である。

【００１６】図２の符号６は電子機器のケーシングであ
り、このケーシング６の内壁面には厚み０．５mm程度の
薄い板状の金属ベース５が接着その他の適当な手段によ
り取り付けられている。この実施例の金属ベース５は、
アルミニウム合金製であり、１５０×１８０mmの長方形
である。

【００１７】金属ベース５の上面の一側部寄り位置に
は、厚み２mmの金属プレート３が接触する状態に固定さ
れており、この金属プレート３の長辺側の一側部には、
ヒートパイプ４（作動液：水、コンテナ材：内面グルー
ブ付銅パイプ、外径：３mm、内径：２．４mm、全長：２
５０mm）の一部が接触した状態で取り付けられている。
ヒートパイプ４の前記一部は、前述のように金属プレー
ト３に接触し、かつ、金属ベース５の一部にも接触して
いる。この実施例の金属プレート３は、アルミニウム合
金製であり、５０×９０mmの長方形である。

【００１８】前記金属プレート３の上面には、基板１に
装着されたＣＰＵからなる発熱部品２を直接又は熱伝導
性のラバ−（図示しない）からなる層を介して接触する
状態に取り付けている。前記ヒートパイプ４の他の一部
は、金属ベース５に対して、金属プレート３の近傍に位
置し、かつ金属ベース５の中央より外周方向へ離れて位
置するように固定されている。なお、図１のように、発
熱部品が取り付けられる金属プレート３を金属ベース５
の中央部分でなく外周寄り位置に配置した場合には、前
記ヒートパイプ４を、図示のように金属ベース５の外周
方向側に位置する金属プレート３の側部へ配置すると、
逆方向の側部へ配置した場合に比べ放熱性能はより向上
する。

【００１９】この実施例の放熱構造では、図１及び図２
のように、金属ベース５を部分的に切り起こすことによ
り、当該金属ベース５へほぼＵ字状又はＳ字状に曲げた
対の弾性取付片５０，５１が所定の間隔を置いて相対す
る状態に形成されている。この弾性取付片５０，５１は
前述のようにほぼＵ字状又はＳ字状に曲げられているこ
とにより、所定の弾性が付与されている。前記金属プレ
ート３は、弾性取付片５０，５１の相対する入口部分へ
押し込むことにより、当該取付片５０，５１の弾性によ
って金属ベース５へ押し付けられた状態に取り付けられ
ている。前記発熱部品２は、前記基板１を前記弾性取付
片５０，５１の先端部を逆方向に延ばした水平部５２，
５３へねじ１０（図１）で固定され、取付片５０，５１
の弾力により前記金属プレート３へ押し付けられた状態
になっている。また前記ヒートパイプ４の一部は、金属
プレート３の肉厚とほぼ同様に短軸が２mmになるように
偏平に加工した後、一方の弾性取付片５１のＵ字状内部
へ金属プレート３の側部と接するように挿入してある。

【００２０】前記金属ベース５の中央部よりも外周寄り
位置には、当該金属ベース５を部分的に切り起こした逆
向きで複数のパイプ保持片５４，５５を交互に形成して
おり、前記ヒートパイプ４の他の一部は、各パイプ保持
片５４，５５を下向きの溝状に加工するのと同時に偏平
（短軸：１．５mm）に加工することにより、前記各パイ
プ保持片５４，５５によって部分的につかんだ状態で保
持させている。なお、ヒートパイプ４の他の一部は、前
述のように偏平に加工するのに代えて、他の断面形状に
なるように変形させてもよい。ヒートパイプ４の他の一
部は、前述のようにパイプ保持片５４，５５とともに変
形加工することにより、ヒートパイプ４の当該部分の短
軸長さと保持片５４又は５５の肉厚とを加えた厚みは、
ほぼ２mmになっている。

【００２１】この実施例の放熱構造においては、図１の
ように、金属プレート３の長辺３０の長さＬ１と、弾性
取付片５０，５１の幅Ｗ１はそれぞれ同じに設定してあ
る。

【００２２】この実施例の放熱構造によれば、図２の発
熱部品２で発生した熱は、その大半が金属プレート３へ
伝達され拡散される。金属プレート３によって拡散され
た熱の一部は直接金属ベース５へ伝達されるとともに、
他の一部はヒートパイプ４を介して金属ベース５へ伝達
される。また、発熱部品２で発生した熱の僅かな一部
は、基板１及び弾性取付片５０，５１を介して金属ベー
ス５へ伝達される。金属ベース５へ伝達された熱はさら
に拡散され、電子機器のケーシング６を通じて放熱され
る。したがって、ノイズの発生やエネルギー（電力）の
消費を伴わないで放熱が行われる。

【００２３】この実施例によれば、金属プレート３は金
属ベース１よりも肉厚が厚いので、発熱部品２の発熱密
度が高くても、熱抵抗を小さくした状態で熱拡散するこ
とができる。金属ベース５はヒートパイプ４が取り付け
てあり、かつ面積も大きいので熱密度は低く、厚さを薄
くしても熱抵抗を小さくすることができ、したがって、
高性能でより小型で軽量な放熱構造が構成される。

【００２４】同一の発熱部品（ＣＰＵ）を使用した場合
において、基板１に装着された発熱部品２を直接前記サ
イズの金属ベース５へ接触させた状態で取り付けた場合
と、この実施例のように前記サイズの金属ベース５へ前
記金属プレート３を介して発熱部品２を取り付け、さら
にヒートパイプ４を取り付けた場合とについて放熱実験
を行ったが、前者における発熱部品は後者における発熱
部品よりもほぼ１０℃程度温度が上昇した。

【００２５】また、薄肉の金属ベース５と厚肉の金属プ
レート３、及び金属プレート３と発熱部品２とは、相互
に所定の弾力で押し付けられているので、それらの間の
各接触部の熱抵抗はより低くなり、それらの部品間の熱
伝達はより一層効率的になるとともに、発熱部品に強度
的に過度の負荷がかかり難い。また、前述のように発熱
部品２と金属プレート３、金属プレートと金属ベース５
をそれぞれ所定の弾性で押し付けるように構成したの
で、各種発熱部品２の厚みの差に対応して同じ放熱構造
を実施することができる。

【００２６】それぞれ前述のサイズの金属ベース５，金
属プレート３及びヒートパイプ４を使用し、それぞれ同
じ発熱部品（ＣＰＵ）を使用して、発熱部品２を金属テ
ープ（図示しない）によって金属プレート３へ接触する
ように固定するとともに、金属プレート３を金属テープ
によって金属ベース５へ固定した放熱構造と、前述の実
施例の放熱構造とについて放熱実験を行ったところ、前
者の放熱構造では発熱部品の上昇温度はほぼ１０℃のバ
ラツキであったが、後者の放熱構造ではほぼ３℃のバラ
ツキに止まった。

【００２７】また、前述の実施例によれば、ヒートパイ
プ４は金属プレート３の側部に接触する状態に取り付け
られており、金属ベース５，ヒートパイプ４，金属プレ
ート３を加えた厚みは、僅かに２．５mmであるので、ノ
ートブック型パーソナルコンピュータのような薄型電子
機器のポータブル性を損なわないで実施することができ
る。さらに、ヒートパイプ４の他の一部は、前述のよう
にパイプ保持片５４，５５とともに変形すべく加工する
ことにより、この部分の熱抵抗をより小さくすることが
できるとともに、ヒートパイプ４の当該部分とパイプ保
持片５４，５５の肉厚とを加えた厚みを２mm程度にする
ことができたことにより、他の部品の実装の際の邪魔に
ならず、かつ電子機器の厚みを増大させない．

【００２８】それぞれ前述のサイズの金属ベース５，金
属プレート３及びヒートパイプ４を使用し、それぞれ同
じ発熱部品（ＣＰＵ）を使用して、ヒートパイプ４を潰
さずに金属テープで金属ベース５へ固定した放熱構造
と、前記実施例のようにパイプ保持片５４，５５で保持
させた状態でヒートパイプ４を潰した放熱構造とについ
て放熱実験を行ったところ、後者では前者よりも発熱部
品２の温度を３℃程度低下させることができた。

【００２９】発熱部品２（ＣＰＵ）の発熱量を５．５Ｗ
にして、放熱手段を全く使用しない場合と、前記実施例
の放熱構造を採用した場合とについて、発熱部品の温度
の差異を調べたが、前者は発熱部品の温度が６５℃に上
昇したのに対して、後者は３７℃まで上昇したのに止ま
った。例えば、従来ノートブックタイプのパソコンにお
いて、ＣＰＵの発熱量は２．５〜３．０Ｗ程度が限界で
あるので、前記実施例の放熱構造を採用することによ
り、従来の２倍以上発熱するＣＰＵの採用が可能にな
る。

【００３０】金属プレート３が前述のように長方形であ
る場合には、ヒートパイプ４が金属プレート３の長辺３
０へ沿うように構成するのが好ましく、また、Ｕ字状の
弾性取付片５０，５１の幅Ｗ１は前述の実施例のように
長辺３０の長さＬ１と同じか、あるいはＬ１よりも大き
く設定するのが好ましい。

【００３１】例えば図４のように、電子機器のケーシン
グ６が薄い金属板で構成されている場合には、このケー
シング６の一部を金属ベース５と共用させることができ
る。この点は、後述の他の実施例の場合にも同じであ
る。

【００３２】図１の実施例の放熱構造では、金属ベース
５に形成したパイプ保持片５４，５５の下面へヒートパ
イプ４を保持させるように構成したが、このような構成
に代えて、例えば図７のように、パイプ保持片５４，５
５の上面へヒートパイプ４を保持させるように構成して
も実施することができる。このような構成における効果
は、前記実施例の場合とほぼ同様である。

【００３３】前述の各実施例では、金属ベース５の上面
へ金属プレート３を取り付けているが、このような構成
に代えて、例えば図５及び図６のように、金属ベース５
を部分的に切り起こして鍔状の取付片５６，５７を形成
し、これらの取付片５６，５７の下面へ金属プレート３
をねじ５８によって取り付けても実施することができ
る。この実施例では、ヒートパイプ４の一部は、長方形
の金属プレート３の側部へその一方の長辺へ沿う状態で
前記取付片５７によって金属プレート３の上面へ押し付
けられている。またこの実施例では、ヒートパイプ４の
他の一部は、金属ベース５の一部へ一体に形成されたパ
イプ保持片５９により、ほぼ全体を包んだ状態で保持さ
れており、パイプ保持片５９とヒートパイプ４とは両者
が密着するように同時に図示の状態に加工している。

【００３４】

【発明の効果】この発明の係る第１の放熱構造によれ
ば、金属プレートは金属ベースよりも肉厚が厚いので、
発熱部品の発熱密度が高くても、熱抵抗を小さくした状
態でバラツキが少ない状態で熱拡散され、金属ベースと
ヒートパイプとを通じてより効率的に放熱することがで
きる。したがって、薄型電子機器の厚みを増大させない
で採用することができるとともに、ノイズ発生のおそれ
もない。

【００３５】この発明に係る第２の放熱構造によれば、
前述の第１の放熱構造の効果のほかに、薄肉の金属ベー
スと厚肉の金属プレート、及び金属プレートと発熱部品
との相互は所定の弾力で押し付けられているので、それ
らの間の各接触部の熱抵抗はより低くなり、かつ、発熱
部品に強度的に過度の負荷がかかり難い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による実施例の放熱構造の発熱部品を
省略した状態の部分分解斜視図である。

【図２】図１の放熱構造の部分断面図である。

【図３】図１の矢印Ａ−Ａに沿う部分拡大断面図であ
る。

【図４】この発明による放熱構造の他の実施例を示す部
分断面図である。

【図５】さらに他の実施例の放熱構造の一部を省略した
部分斜視図である。

【図６】図５の放熱構造の部分断面図である。

【図７】金属ベースとヒートパイプとの結合状態の変形
例を示す部分斜視図である。

【図８】従来の放熱構造の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 １０ ねじ ２ 発熱部品 ２ａ フィン ２ｂ ファン ３ 金属プレート ３０ 長辺 ４ ヒートパイップ ５ 金属ベース ５０，５１ 弾性取付片 ５２，５３ ５４，５５ パイプ保持片 ５６，５７ 取付片 ５８ ねじ ５９ パイプ保持片 ６ ケーシング Ｌ１ 金属プレートの長辺の長さ Ｗ１ 弾性取付片の幅

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/427 H01L 23/40

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄い板状の金属ベースの一部には、前記
   金属ベースよりも厚い金属プレートが接触し又は接合し
   た状態に取り付けられ、 前記金属プレートの前記金属ベースと接触し又は接合し
   ている部分以外の部分には、電子機器の発熱部品が直接
   又は熱伝導性の層を介して接触し又は接合した状態に取
   り付けられ、 前記金属ベースにはヒートパイプの一部分が接触し又は
   接合した状態に取り付けられ、 前記ヒートパイプの他の部分の少なくとも一部は、前記
   金属ベースへ接触し又は接合した状態で前記金属プレー
   トへ近接，接触又は接合されていることを特徴とする、 電子機器における発熱部品の放熱構造。
2. 【請求項２】 薄い板状の金属ベースの一方の面の一部
   には、当該金属ベースよりも厚い金属プレートが所定の
   弾力で押し付けられた状態に取り付けられ、 前記金属プレートの前記金属ベースと接触している面の
   反対側の面には、基板に装着されている電子機器の発熱
   部品が直接又は熱伝導性の層を介して所定の弾力で押し
   付けられた状態に取り付けられ、 前記金属ベースにはヒートパイプの一部分が接触し又は
   接合した状態に取り付けられ、 前記ヒートパイプの他の部分の少なくとも一部は、前記
   金属ベースへ接触し又は接合した状態で前記金属プレー
   トの側部へ近接，接触又は接合されていることを特徴と
   する、 電子機器における発熱部品の放熱構造。