JP3569451B2 - Electronic equipment with heat dissipation device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱装置を備える電子機器に関し、特に、金属筐体の限られた空間に収納される発熱素子のための放熱装置を備える電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、金属筐体内部に備えられるプリント板への半導体素子などの電子部品の実装密度の増大により、その発熱量は増加の傾向にあり、効率的な冷却構造が求められている。かかる要望に応えるものとして、図9に示したような構成がある。
【0003】
図9は、プリント板11上に取り付けられている高発熱素子17から発する熱を、プリント板内に層状に設けられている銅箔13に拡散させ、この銅箔13からプリント板裏面を通して絶縁性の液体の冷媒(例えば、3M社製の商品名フロリナート)を封入した(例えば、カプトン樹脂製の)袋19で、筐体10に伝熱を行っていた。しかし、このような冷媒封入袋19による伝熱は、自然放熱を利用するものであって、近年の発熱量の増加に対して十分に対応できるものではなかった。
【0004】
そこで、従来、冷却ファンを用いて強制的に冷却することも行われていた。図10は、このような従来の冷却ファンを用いる放熱構造を示している。平行に備えられた基板34の一方に、発熱素子30を取り付け、かつその上面に受熱部31を取り付けている。基板34の他方には、ファン40を取り付けて、このファン40の吐き出し側にある受熱部31に空気を衝突させて冷却させている。基板34に取り付けられたファンが、これに対抗して配置された受熱部31を取り付けた発熱素子30を直接冷却する構造のため、薄型化を図ることができない。また、このような冷却用のファン40は、軸流ファンを用い、かつベンチュリ機構であるケーシング41を必要とする構造のため、ファン装置の実装高さが高くなるという問題があった。
【0005】
図11及び図12は、従来の冷却ファンを用いる放熱構造の別の例を示している。図11は、従来のファン付ヒートシンクを例示する斜視図である。このようなファン付ヒートシンクには、その中央に図示しない冷却ファンが取り付けられる。空気は、中間プレートの上側に導入され、該プレートに開けられた穴を通してプレートの反対側に、そして放熱部を通ってそこから導出する。
【0006】
図12は、このようなファン付ヒートシンク33を筐体内部において、基板34上に取り付けて、基板34上の発熱素子30を冷却する構造を示している。図12の上側に上面図を、かつ下側に前面図を、それぞれ断面図で示している。発熱素子30で発した熱は、その上部に取り付けられた受熱部31に、そしてそこから、ヒートパイプ32を介して、それに結合されているファン付ヒートシンク33の放熱部に伝熱されて、冷却される。このような構成により、優れた冷却効果を上げることができるものの、ファン付ヒートシンク33が、基板34上に取り付けられているので、実装高さが高くなるという問題がある。特に、ノートパソコン等の携帯機器においては、従来のファン付ヒートシンク33を取り付けるのに十分なスペースを確保することができない。
【0007】
そのため、従来、ノートパソコン等においては、図13に示されるような放熱構造が用いられている。基板34の裏面に取り付けられた発熱素子30は、熱伝導シート36を介して、筐体10に設けた突起部37と接触させられている。このような放熱構造は、また自然放熱を利用するものであって、冷却効果が十分なものでないだけでなく、突起部37下面の筐体表面温度が局所的に高くなるという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
それ故、本発明は、大きな発熱量に対しても十分に対応することができるように冷却ファンを用いた強制冷却構造を採用するものにおいて冷却効率を上げ、そして特に小型の電子機器に適するように、省スペース化を図ると共に、組立容易にして、コスト低減を図ることを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の放熱装置を備える電子機器は、金属筐体10と、該筐体10内部に取り付けられた発熱素子30を表面又は裏面上に取り付けた基板34と、該発熱素子30のための放熱装置とを備えている。基板34は、筐体10の1つの壁面に対抗して該壁面と平行に取り付けられている。放熱装置のファン26は、基板34上の、該壁面とは反対側に、又は該壁面上に取り付けられている。放熱部27は、基板34と前記壁面の間に備えられ、かつ該壁面と一体に形成されている。伝熱部は、放熱部27と発熱素子30に取り付けた受熱部31とを熱伝導的に結合している。筐体吸気口23からファン26により導入された空気を、基板34に開けた穴を通して基板34の反対側の放熱部27を冷却し、そして筐体排気口24より排出する。このように、本発明は、筐体10を金属により構成して、その熱伝導性を放熱装置の放熱部27として有効利用するよう配置し、さらには、ファン26を、従来必要とされたような中間プレートを用いることなく、発熱素子30取り付け用の基板34を利用して固定することにより、省スペース化を図ると共に、冷却効率を上げることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図1は、本発明を適用した放熱装置を備える電子機器の一例を示す前面図及び上面図である。図において、10は筐体、34は基板である。図示したように、基板34は、筐体の1つの壁面に対抗して該壁面と平行に取り付けられている。(なお、図示した機器は、必ずしも水平に図示した配置で使用するものではないが、以下の説明において、この壁面を、便宜上底面と称することがある。)ファン26は、この底面に面する側とは反対側において、基板34上に取り付けられている。また、ファン26制御用の素子を、ホール素子を除いて、この基板34上に設置することができ、これによって、ファン基板部の厚みが減少し、実装高さが削減される。
【0011】
ダクト25は、基板34の上側において、冷却用の空気を吸気口23より導入して、ファン部にガイドしている。ファン26は、導入された空気を、基板34に開けられた穴を通して反対側に導き、そこに設けられている放熱部27を通ってそれを冷却した後、排気口24を通して筐体10外部に放出させる。吸気口23及び排気口24の位置は、図示したように、排気の回り込みがないように筐体10の同一側面からの吸気を避け、排気面とは垂直な面から吸気するよう配置されている。
【0012】
放熱部27には、詳細は後述する発熱素子に結合されているヒートパイプ32が結合されている。このヒートパイプ32は、放熱部27の側面に設けることができるが、その上面に設けるように構成すると、取り付け作業が容易となる。さらに、ヒートパイプ32を、放熱部27の上面に設けて、基板34によって抑えつけることもできる。
【0013】
筐体10は、軽量で高い強度、そして高い熱伝導性を持つMg合金等の金属から構成されている。そして、さらに熱伝導性を向上させるために、この金属筐体10の内面には銅メッキをすることができる。これによって、筐体10の厚み方向とは垂直な方向の熱伝導率を上げることができるため、筐体表面の温度差を解消し、筐体表面の均熱化を促進して、冷却に寄与する面積が増大する。この筐体10には、放熱部27を構成する複数のフィン、及び基板を取り付けるためのリブが、筐体作成時に金型で一体成形されている。
【0014】
図3は、図1に示した放熱部27のフィン形状を明示のために、基板及びファン等の他の構成を省いて図示した上面図である。また、このようなフィン形状の他の例を、図4に示している。図4の3つの図は、それぞれ上側に上面図を、そして下側に前面図を示している。図示したように、フィン形状は、角ピンフィン、丸ピンフィン、或いはプレートフィンのようにすることができる。このような放熱部27のフィンは、ファン26による空気流をスムーズに流入かつ流出させて高発熱素子よりヒートパイプ32に伝導された熱を効果的に冷却すると共に、伝導された熱を金属筐体に拡散させるように、適宜の位置に複数個設けられている。このように、放熱部27のフィンの一部は、ファンの排気を吸気と分離し、かつ排気を一方向に方向づけることを目的としたベンチュリ機構29として機能させている。さらに、放熱部27に伝導された熱を拡散させるために、基板34内部のグラウンド層12を利用することができる。
【0015】
図2は、図1に示したA部の詳細を示している。基板34は、全体的には絶縁性の樹脂から構成されるが、その内部に熱的、電気的に伝導性の良好な銅箔等から成るグラウンド層12を備えている。伝導した熱は、グラウンド層12に伝わり、そこからネジ14等を介し、さらにそれにより締結されている放熱部27を構成するフィン(或いは基板34取り付け用のリブ)を伝導して、そして、フィンと一体成形されている筐体10に伝導される。また、基板34に開けたネジ取付用穴の内周面に銅メッキ層20を被覆する熱的接合、いわゆるサーマルビアにより、グラウンド層12と放熱部27のフィン間の熱伝導をさらに向上させることができる。
【0016】
図5〜図8は、発熱素子30から放熱部27までの伝熱を例示する図である。図5は、基板裏側の発熱素子30から放熱部27までヒートパイプで結合する例を示している。図示した発熱素子30は、冷却を必要とするほどに発熱する電子素子であって、ファン26が取り付けられている基板34上において、ファン26とは反対の裏側に取り付けられている。この発熱素子30には、受熱部31が取り付けられ、そして、この受熱部31と放熱部27がヒートパイプ32によって熱伝導的に結合されている。ファン26により基板34の上側に導入された空気流は、基板34にあけた穴を通して基板34の反対側に導かれ、前述したように、複数のフィンから構成される放熱部27を冷却した後、筐体10外部に放出される。
【0017】
図6は、発熱素子30から放熱部への伝熱部を筐体と一体の接触部及び底壁が構成する例を示す図である。発熱素子30は、同様に、基板34の裏側に取り付けられているが、この発熱素子30は、筐体10から突出した接触部37に熱伝導シートを介して接触させている。また、この接触部37の裏面において、温度が局所的に高くなるが、筐体10の裏側表面を凹凸にした接触防止部38を設けることにより、操作者との接触面積を減少させて、操作者の体感温度を下げることができる。発熱素子30から発した熱は、熱伝導シート及び接触部37を介して筐体底面側に伝熱し、この筐体底面側が伝熱部を構成している。また、ファンと対抗する筐体底面側の部分が放熱部を構成しているので、ファン26により導入された空気流は、放熱部を構成する筐体底面側を冷却した後、発熱素子30及び接触部37を直接冷却した後、排気口24より筐体外部に放出される。ファン26から排気口24までの風の流路は、基板34と、筐体10と、ダクト20とにより構成されている。
【0018】
図7は、図6と同様な構成を例示するが、風流路内に、複数のフィン39が備えられている。筐体10と一体形成のフィン39を設けることにより、放熱面積が増大すると共に、風の流れをスムーズにすることができる。
【0019】
図8は、基板上側の発熱素子30より基板下側の放熱部27へカーボングラファイト40を用いて伝熱する例を示している。図示の例において、発熱素子30は、基板34上において、ファン26と同じく上側に取り付けられている。放熱部27は、基板34のファン26を取り付けた側とは反対側の下側に備えられているので、基板34の上側の発熱素子30から、下側の放熱部27まで、カーボングラファイト40で熱伝導的に結合されている。カーボングラファイトは、ヒートパイプに比較して伝熱量では劣るものの、厚さが薄いためほんの少しの隙間でも通すことができ、また、柔軟性があるため、放熱経路を自由に決めたり、受熱・放熱部の製造・組立公差を吸収できる利点を有している。このようなカーボングラファイトを用いて、発熱素子30から基板側面の隙間を通して裏面まで伝導し、放熱部27と基板34の間に挟んでネジでとも締めする。カーボングラファイトは導電性であるため、使用する際には接触部を除いて絶縁性の樹脂でサンドイッチしておく必要がある。
【0020】
図14は、ファン26の基板34への取付を例示する図である。図示したように、ファン26のベアリングハウス42及びファン基板部43をリブ41に取り付ける。そして、このリブ41が、基板34の筐体10の底面とは反対側に固定されて、ファン26の主要部が、基板34にあけた穴から、筐体底面側に突出するようにして取り付けられる。これによって、基板上の高さを最少にして、ファン26を取り付けることができる。
【0021】
図15は、ファン26の基板34への取付の別の例を示す図である。図において、ファン26のベアリングハウス42及びファン基板部43は、筐体10の底面側に取り付けられる。これによって、取付のためのリブを必要とせず、基板34に設けた穴からほとんど突出させることなく、ファン26を取り付けることができると共に、空気流は基板34の上側から、ファン26に対応してあけられた穴を通して図示しない放熱部に良好に導くことができる。
【0022】
【発明の効果】
本発明は、放熱装置の放熱部として、金属により構成される筐体の熱伝導性を有効利用し、さらには、ファンを、従来必要とされたような中間プレートを用いることなく、電子素子取り付け用の基板を、固定のために利用することにより、又は基板にあけた穴を風通路として利用することにより、薄型化され実装スペースの制限されている最近の電子機器への取り付けを可能にするのに十分に実装高さを削減できるだけでなく、大きな発熱量に対しても対応できる強制空冷を可能にするという効果がある。
【0023】
また、このように中間プレートが不要となり、さらには、放熱部と筐体を一体化することにより、金型が2つから1つになり、コストを削減することができる。
【0024】
また、放熱部と筐体を一体化することにより、放熱部と筐体間の接触熱抵抗が減少し、放熱効率が上昇する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した放熱装置を備える電子機器の一例を示す前面図及び上面図である。
【図2】図1に示したA部の詳細を示す図である。
【図3】図1に示した放熱部のフィン形状を明示のために、他の構成を省いて図示した上面図である。
【図4】放熱部のフィン形状の他の例を示す図である。
【図5】基板裏側の発熱素子から基板裏側の放熱部までヒートパイプで結合する例を示している。
【図6】発熱素子から放熱部への伝熱部を筐体と一体の接触部及び底壁が構成する例を示している。
【図7】図6と同様な構成を例示するが、風流路内に、複数のフィンが備えられている図である。
【図8】基板上側の発熱素子より基板下側の放熱部へカーボングラファイトを用いて伝熱する例を示している。
【図9】従来の冷媒封入袋を用いた電子機器の冷却構成を示す図である。
【図10】従来の冷却ファンを用いる放熱構造を示している。
【図11】従来のファン付ヒートシンクを例示する斜視図である。
【図12】従来の冷却ファンを用いる放熱構造の別の例を示している。
【図13】従来のノートパソコン等において用いられている放熱構造を例示する図である。
【図14】ファンの基板への取付を例示する図である。
【図15】ファンの基板への取付の別の例を示す図である。
【符号の説明】
10 筐体
12 グラウンド層
14 ネジ
20 銅メッキ層
23 吸気口
24 排気口
25 ダクト
26 ファン
27 放熱部
29 ベンチュリ機構
30 発熱素子
31 受熱部
32 ヒートパイプ
33 ファン付ヒートシンク
34 基板
36 熱伝導シート
37 突起部
38 接触防止部
39 フィン
40 カーボングラファイト
41 リブ
42 ベアリングハウス
43 ファン基板部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic device including a heat radiating device, and more particularly to an electronic device including a heat radiating device for a heating element housed in a limited space of a metal housing.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the amount of heat generated tends to increase due to an increase in the mounting density of electronic components such as semiconductor elements on a printed board provided inside a metal housing, and an efficient cooling structure is required. In response to such a demand, there is a configuration as shown in FIG.
[0003]
FIG. 9 shows that the heat generated from the high
[0004]
Therefore, cooling has been conventionally performed using a cooling fan. FIG. 10 shows a heat dissipation structure using such a conventional cooling fan. The heating element 30 is mounted on one of the substrates 34 provided in parallel, and the heat receiving section 31 is mounted on the upper surface thereof. A fan 40 is attached to the other side of the substrate 34, and air is collided with the heat receiving portion 31 on the discharge side of the fan 40 to cool the substrate. Since the fan mounted on the substrate 34 directly cools the heat generating element 30 to which the heat receiving unit 31 arranged opposite thereto is mounted, the thickness cannot be reduced. Further, such a cooling fan 40 has a problem that the mounting height of the fan device is increased due to a structure using an axial fan and requiring a casing 41 as a venturi mechanism.
[0005]
11 and 12 show another example of a heat dissipation structure using a conventional cooling fan. FIG. 11 is a perspective view illustrating a conventional heat sink with a fan. A cooling fan (not shown) is attached to the center of such a heat sink with a fan. Air is introduced into the upper side of the intermediate plate and exits through the holes drilled in the plate on the opposite side of the plate and through the heat sink.
[0006]
FIG. 12 shows a structure in which such a heat sink with a
[0007]
For this reason, a heat radiating structure as shown in FIG. 13 is conventionally used in a notebook personal computer or the like. The heating element 30 attached to the back surface of the substrate 34 is in contact with a protrusion 37 provided on the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention increases the cooling efficiency in a system employing a forced cooling structure using a cooling fan so as to be able to sufficiently cope with a large heating value, and is particularly suitable for small electronic devices. Another object of the present invention is to save space, facilitate assembly, and reduce costs.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An electronic apparatus including the heat radiating device of the present invention includes a
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a front view and a top view illustrating an example of an electronic apparatus including a heat dissipation device to which the present invention is applied. In the figure, 10 is a housing, and 34 is a substrate. As shown, the substrate 34 is mounted parallel to and against one wall surface of the housing. (Note that the illustrated devices are not necessarily used in the horizontally illustrated arrangement, but in the following description, this wall surface may be referred to as a bottom surface for convenience.) The fan 26 faces the bottom surface. On the opposite side to the above, it is mounted on the substrate 34. In addition, the elements for controlling the fan 26, except for the Hall element, can be installed on the substrate 34, whereby the thickness of the fan substrate portion is reduced and the mounting height is reduced.
[0011]
The duct 25 introduces cooling air from the
[0012]
A
[0013]
The
[0014]
FIG. 3 is a top view of the
[0015]
FIG. 2 shows details of the portion A shown in FIG. The substrate 34 is entirely made of an insulating resin, but has a ground layer 12 made of copper foil or the like having good thermal and electrical conductivity inside. The conducted heat is transmitted to the ground layer 12, and then from the ground layer 12 via the
[0016]
5 to 8 are diagrams illustrating heat transfer from the heating element 30 to the
[0017]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which a heat transfer unit from the heating element 30 to the heat radiating unit is configured by a contact unit and a bottom wall integrated with the housing. The heating element 30 is similarly attached to the back side of the substrate 34, and the heating element 30 is in contact with a contact portion 37 protruding from the
[0018]
FIG. 7 illustrates a configuration similar to that of FIG. 6, but includes a plurality of fins 39 in the air flow path. By providing the fins 39 integrally formed with the
[0019]
FIG. 8 shows an example in which heat is transferred from the heating element 30 on the upper side of the substrate to the
[0020]
FIG. 14 is a diagram exemplifying attachment of the fan 26 to the board 34. As shown, the bearing house 42 and the fan board 43 of the fan 26 are attached to the rib 41. Then, the rib 41 is fixed to the side of the substrate 34 opposite to the bottom surface of the
[0021]
FIG. 15 is a diagram showing another example of attachment of the fan 26 to the board 34. In the figure, the bearing house 42 and the fan board 43 of the fan 26 are attached to the bottom side of the
[0022]
【The invention's effect】
The present invention effectively utilizes the thermal conductivity of a metal housing as a heat radiating portion of a heat radiating device, and further mounts a fan on an electronic element without using an intermediate plate as conventionally required. By using a circuit board for fixing or using holes made in the board as air passages, it is possible to attach to recent electronic devices that are thin and have limited mounting space. In addition to this, there is an effect that not only the mounting height can be sufficiently reduced, but also forced air cooling that can cope with a large amount of heat generation is enabled.
[0023]
In addition, the intermediate plate becomes unnecessary in this way, and furthermore, by integrating the heat radiating portion and the housing, the number of molds is reduced from two to one, so that the cost can be reduced.
[0024]
Further, by integrating the heat radiating portion and the housing, the contact thermal resistance between the heat radiating portion and the housing is reduced, and the heat radiating efficiency is increased.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are a front view and a top view illustrating an example of an electronic apparatus including a heat radiating device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing details of a portion A shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a top view illustrating the fin shape of the heat radiating unit shown in FIG. 1 with other components omitted for clarity;
FIG. 4 is a view showing another example of the fin shape of the heat radiation unit.
FIG. 5 shows an example in which a heat pipe is connected from a heat generating element on the back side of the substrate to a heat radiation portion on the back side of the substrate.
FIG. 6 shows an example in which a heat transfer section from a heating element to a heat radiating section is constituted by a contact section and a bottom wall integrated with a housing.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration similar to that of FIG. 6, but including a plurality of fins in an air flow path.
FIG. 8 shows an example in which heat is transferred from a heating element on the upper side of the substrate to a heat radiation portion on the lower side of the substrate using carbon graphite.
FIG. 9 is a diagram showing a cooling configuration of an electronic device using a conventional refrigerant enclosing bag.
FIG. 10 shows a heat dissipation structure using a conventional cooling fan.
FIG. 11 is a perspective view illustrating a conventional heat sink with a fan.
FIG. 12 shows another example of a heat dissipation structure using a conventional cooling fan.
FIG. 13 is a diagram illustrating a heat dissipation structure used in a conventional notebook personal computer or the like.
FIG. 14 is a diagram exemplifying attachment of a fan to a board;
FIG. 15 is a view showing another example of attachment of the fan to the board.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基板は、筐体の1つの壁面に対抗して該壁面と平行に取り付けられ、
前記放熱装置は、前記壁面と平行な基板上の、該壁面とは反対側に取り付けられたファンと、前記基板と前記壁面の間に備えられ、かつ該壁面と一体に形成された放熱部と、該放熱部と前記電子素子に取り付けた受熱部とを熱伝導的に結合する伝熱部とを備え、
筐体吸気口から前記ファンにより導入された空気を、基板に開けた穴を通して基板の反対側の前記放熱部を冷却し、そして筐体排気口より排出する、
ことを特徴とする放熱装置を備える電子機器。In a metal housing, a substrate having an electronic element mounted inside the housing and requiring cooling, mounted on a front surface or a back surface, and an electronic device including a heat dissipation device for the electronic element,
The substrate is mounted parallel to and against one wall surface of the housing;
The heat dissipation device, on a substrate parallel to the wall surface, a fan mounted on the side opposite to the wall surface, and a heat radiation unit provided between the substrate and the wall surface, and integrally formed with the wall surface, A heat transfer portion that thermally conductively couples the heat radiating portion and a heat receiving portion attached to the electronic element,
The air introduced by the fan from the housing intake port cools the radiator on the opposite side of the substrate through a hole formed in the substrate, and is discharged from the housing exhaust port.
An electronic device comprising a heat dissipation device.
前記基板は、筐体の1つの壁面に対抗して該壁面と平行に取り付けられ、
前記放熱装置は、前記壁面に取り付けられたファンと、前記基板と前記壁面の間に備えられ、かつ該壁面と一体に形成された放熱部と、該放熱部と前記電子素子に取り付けた受熱部とを熱伝導的に結合する伝熱部とを備え、
筐体吸気口から前記ファンにより導入された空気を、ファンに対応して基板に開けた穴を通して前記放熱部を冷却し、そして筐体排気口より排出する、
ことを特徴とする放熱装置を備える電子機器。In a metal housing, a substrate having an electronic element mounted inside the housing and requiring cooling, mounted on a front surface or a back surface, and an electronic device including a heat dissipation device for the electronic element,
The substrate is mounted parallel to and against one wall surface of the housing;
The heat radiator includes a fan mounted on the wall, a heat radiator provided between the substrate and the wall, and formed integrally with the wall, and a heat receiver mounted on the heat radiator and the electronic element. And a heat transfer unit that thermally conductively couples
Air introduced by the fan from the housing intake port, cools the radiator through a hole formed in the substrate corresponding to the fan, and discharges the air from the housing exhaust port.
An electronic device comprising a heat dissipation device.
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