JP3895094B2 - 冷却機構、ヒートシンク、電子装置及び電子装置の組み立て方法 - Google Patents
冷却機構、ヒートシンク、電子装置及び電子装置の組み立て方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、CPU等の電子部品や発熱素子を冷却する冷却機構、ヒートシンク、電子装置及び電子装置の組み立て方法に関し、特に、電子部品や発熱素子の発熱量に応じた最適な冷却機構を搭載できるようにした冷却機構、ヒートシンク、電子装置及び電子装置の組み立て方法に関する。
【0002】
電子装置、特にCPUを搭載したコンピュータの小型化、高性能化は、目覚しいものがある。CPU等の電子部品は、その動作により発熱する。電子部品の熱を放熱しないと、電子部品の性能が低下し、且つ電子部品が故障する。このため、電子部品の冷却機構が必要となる。近年の電子装置の小型化に伴い、冷却空間が狭くなっているため、高性能な冷却機構が必要となる。
【0003】
【従来の技術】
CPU等の電子部品の冷却機構として、ヒートシンクが利用されている(例えば、特開平8−316384号公報)。ヒートシンクは、電子部品の表面に密着し、電子部品の熱を放熱するものであり、例えば、冷却フィンを備えたものや、冷却フィンと冷却ファンを備えたものがある。
【0004】
しかし、電子部品の発熱量が大きい場合には、電子部品を放熱するのに、ヒートシンクだけでは、不十分である。このため、比較的面積の大きい装置のフレーム等を放熱板に利用し、ヒートシンクの熱を伝導部材により、放熱板に伝導して、冷却を補助するものが提案されている(例えば、特開平10−107468号公報)。この提案では、熱伝導部材をバネ性により、放熱板で構成されたヒートシンクをCPUに押し付ける構成が示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ノートパソコン、デスクトップパソコン等の情報処理装置では、CPUの性能向上が著しい。CPUの動作周波数により、CPUの発熱量(消費電力)が異なる。例えば、366MHzのCPU(例えば、Intel Celeron 366)では、約9Wであるが、650MHzのCPU(例えば、Intel PIII650)では、約14Wである。
【0006】
一方、かかる情報処理装置の低価格の要求は激しいため、最大消費電力に合わせた冷却機構を、小さい消費電力のCPUに適用することは、コスト高を招く。このため、CPUの消費電力に合わせた冷却機構を選択する必要がある。又、上記した情報処理装置では、受注生産(BTO:Built to order)などの要求により、キーコンポネントの後付けが可能な冷却機構が望まれる。
【0007】
前述のヒートシンクと熱伝導パイプが分離された従来技術では、CPUの性能に合わせて、ヒートシンクと熱伝導パイプを選択し、搭載できる構造である。しかしながら、熱伝導パイプ自体が、ヒートシンクをCPUに押し当てる接続構成のため、ヒートシンクが、CPUに面接触するのが難しいという問題があり、ヒートシンクがCPUの熱を有効に吸熱できないという問題があった。
【0008】
又、ヒートシンクと熱伝導パイプとの接触面積が小さいため、ヒートシンクの熱を熱伝導パイプに有効に伝達するのが困難であるという問題もあった。このため、冷却機構の冷却能力を有効に利用できない構造であるため、小消費電力のCPUに、低価格の冷却機構を適用できず、分離構成にすると、コストの低減が難しいという問題があった。
【0009】
従って、本発明の目的は、分離された冷却機構でも、冷却能力の低下を防止するための冷却機構、ヒートシンク、電子装置及び電子装置の組み立て方法を提供するにある。
【0010】
本発明の他の目的は、電子部品の消費電力に合わせた冷却機構を選択できる冷却機構、ヒートシンク、電子装置及び電子装置の組み立て方法を提供するにある。
【0011】
本発明の更に他の目的は、分離された冷却機構でも、コストの低減が可能な冷却機構、ヒートシンク、電子装置及び電子装置の組み立て方法を提供するにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この目的の達成のため、本発明の冷却機構及び電子装置は、発熱部と熱的に接続するヒートシンクと、放熱のための放熱板と、前記ヒートシンクの熱を前記放熱板に伝導する熱伝導部材と、前記ヒートシンクと前記熱伝導部材とを分離可能に接続するための接続機構とを有し、前記ヒートシンクは、前記発熱部に熱的に接続する接続面と、前記接続面の反対の面と、一対の側面とを有し、前記接続機構は、前記ヒートシンクを前記熱伝導部材を支点にして、回転可能に接続するとともに、前記ヒートシンクの前記側面に設けられた。
【0013】
この本発明の態様では、ヒートシンクと熱伝導部材とを分離可能に接続するための接続機構を設けているため、ヒートシンクを熱伝導部材とを分離しても、ヒートシンクを発熱電子に独立に面接触させることができ、ヒートシンクと電子部品との熱伝導抵抗を小さくできる。又、接続機構を設けているため、ヒートシンクと熱伝導部材との熱伝導抵抗も小さくでき、ヒートシンクと熱伝導部材とを分離しても、冷却能力の低下を防止できる。
【0014】
このため、電子装置に、搭載する電子部品の消費電力にあった冷却機構を安価に設定でき、分離構造でも安価な電子装置を提供できる。更に、BTO方式を採用しても、安価に且つ迅速に、搭載する電子部品の消費電力にあった冷却機構を備える電子装置を提供できる。その上、接続機構により、脱着できるため、装置出荷後に、電子部品のグレードアップのための交換、ヒートシンクの交換等を容易に実行できる。
【0015】
又、本発明の電子装置及び冷却機構では、前記接続機構は、前記ヒートシンクが、前記熱伝導部材を支点にして、回転可能に接続することにより、ヒートシンクと熱伝導部材とを外さなくても、電子部品の交換、取り付けが可能となる。このため、製造時のヒートシンクと熱伝導部材との熱伝導抵抗を維持したまま、交換、取り付けが可能となる。
【0016】
又、本発明の電子装置及び冷却機構では、前記接続機構は、前記ヒートシンクに接続され、前記熱伝導部材を支持する支持部と、前記支持部に脱着可能であり、前記熱伝導部材を前記支持部との間で保持するための抑え部材とを有する。更に、本発明の電子装置の組み立て方法では、電子部品を放熱するためのヒートシンクの支持部に、前記電子部品を搭載するための装置フレームの熱伝導部材をセットするステップと、前記ヒートシンクの支持部に、前記熱伝導部材を脱着可能に取り付けるステップとを有する。支持部を設けることにより、ヒートシンクと熱伝導部材とを接続しても、これらの間の熱伝導抵抗を小さくできる。
【0017】
更に、本発明の電子装置、ヒートシンク及び冷却機構では、前記支持部を、前記ヒートシンクと一体に構成することにより、ヒートシンクと熱伝導部材との熱伝導抵抗をより小さくできるとともに、接続機構を設けても、部品点数を低減できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、電子装置、冷却機構、他の実施の形態に分けて、説明する。
【0019】
[電子装置]
図1は、本発明の一実施の形態の電子装置の上面図、図2は、そのA−A断面図である。この例では、電子装置として、ノート型パーソナルコンピュータを例にしてある。
【0020】
図1に示すように、ノート型パーソナルコンピュータ1は、表示部(LCD)10と、レジュウムスイッチ11と、キーボード12(複数のキーが配置されているが、図示を省略する)と、フラット型ポインテイングデバイス13と有し、外装パネル14で覆われる。尚、図1のコンピュータ1は、外装パネル14に、図示しない開閉可能なフラットデスプレイ(LCD)が搭載される。
【0021】
図2の断面図に示すように、コンピュータ1内に、装置フレーム20が設けられる。この装置フレーム20は、各部を支持し、且つ装置の強度を向上する。更に、装置フレーム20は、後述するように、放熱板としても機能する。
【0022】
図2において、装置フレーム20に、プリント板15が搭載される。このプリント基板15には、ICソケットが設けられ、ICソケットに、CPU16が搭載される。CPU16の放熱のため、ヒートシンク21が、CPU16に面接触するように設けられる。尚、後述するように、ヒートシンク21は、放熱板20に熱伝導パイプ22により、熱的に接続される。
【0023】
このようなコンピュータでは、各グレードのCPUを搭載したモデルが設定されている。例えば、366MHzのCPU(例えば、Intel Celeron 366、Intel PII366)モデル、500MHzのCPU(例えば、Intel PIII500)モデル、650MHzのCPU(例えば、Intel PIII650)モデルであり、各々CPUの消費電力は、9W,11W、約14Wと異なる。
【0024】
この場合に、ヒートシンク21を最大消費電力のCPUに合わせると、ヒートシンク21の能力として、約16Wの冷却能力のものを必要とする。このヒートシンク21を低消費電力(例えば、366MHzのCPU)に適用した場合には、過剰な冷却能力であり、かかる装置のコストが高くなるばかりか、冷却(冷却ファン)のための消費電力も大きくなり、長時間の電池駆動を可能とするモバイル端末を実現するのが困難である。
【0025】
そこで、CPUの消費電力に合わせた冷却機構を装置に搭載し、コストダウンと冷却のための消費電力の低減を図る必要がある。即ち、放熱板20は、装置フレームのため、変更できないとしても、ヒートシンク21及び熱伝導パイプ22を、後述するように、CPUの消費電力にあったものに選択できる構造とする。
【0026】
尚、電子装置として、ノート型パーソナルコンピュータを例に説明したが、デスクトップ型コンピュータ、携帯端末等の他のCPUを搭載した電子装置に適用することもできる。
【0027】
[冷却機構]
図3は、図2の装置フレーム(放熱板)20の斜視図、図4は、図3の装置フレーム20にヒートシンク21を取り付けた状態図、図5は、そのヒートシンク21と熱伝導パイプ22との接続機構の構成図、図6は、その断面図、図7は、熱伝導パイプ22と装置フレーム20との接続状態図、図8は、その動作説明図である。
【0028】
図3は、図2の下面から見た装置フレーム20の斜視図であり、一端に熱伝導パイプ22が設けられている。熱伝導パイプ22としては、銅系軸材料、ヒートパイプを選択して用いることができる。図7に示すように、熱伝導パイプ22の一端は、フレーム20の巻きつけ部20−1により、フレーム20に固定される。このため、熱伝導パイプ22が、フレーム20に覆われるため、フレーム20と熱伝導パイプ22との接触面積が大きくなり、熱伝導抵抗は極めて小さい。例えば、0.4℃/W程度である。
【0029】
図8に示すように、図3のフレーム20にプリント基板15が搭載され、このプリント基板15に設けられたICソケット18(図9参照)に、CPU16が搭載される。尚、図8では、プリント基板15の隣に、カードスロット機構17が、搭載された状態を示している。
【0030】
図8に示すように、CPU16の隣に、熱伝導パイプ22の他端が延びている。図4に示すように、ヒートシンク21は、CPU16の上に、設けられ、左右4点で、ネジ30により、プリント基板15(図8参照)に固定される。このため、ヒートシンク21は、CPU16に面接触し、接触面積が大きくなり、CPU16との熱伝導抵抗は、小さい。例えば、0.5℃/W程度である。更に、接触面にグリス等を塗布することにより、更に熱伝導抵抗を小さくできる。ヒートシンク21の構成は、後述する。
【0031】
ヒートシンク21は、熱伝導パイプ22と接続機構により接続される。図5及び図6に示すように、ヒートシンク21には、熱伝導パイプ22を支持する支持部21−1が設けられている。この支持部21−1は、ヒートシンク21の本体と一体であり、例えば、銅、アルミで形成される。
【0032】
この支持部21−1は、熱伝導パイプ22を収容する凹みを有している。抑え部材21−2は、支持部21−1の上に設けられ、熱伝導パイプ22を挟み込む。そして、抑え部材21−2は、支持部21−1にネジ31により固定される。
【0033】
この構成では、ヒートシンク21の支持部21−1と抑え部材21−2とが、熱伝導パイプ22を覆うため、接触面積が大きくなり、ヒートシンク21と熱伝導パイプ22との熱伝導抵抗は、小さい。例えば、0.4℃/W程度である。更に、接触面にグリス等を塗布することにより、更に熱伝導抵抗を小さくできる。
【0034】
図9及び図10は、ヒートシンクの搭載状態図である。図9に示すヒートシンク21は、CPU16に面接触する受熱プレート21−3と、放熱フィン21−6と、放熱ファン21−7とを有する。放熱ファン21−7は、例えば、図の上方向から吸気し、横方向に排気する。従って、放熱フィン21−6を冷却するのに有効である。図10のヒートシンク21は、放熱フィン21−6と、受熱プレート21−3を有するものである。
【0035】
このように、ヒートシンク21と熱伝導パイプ22が分離されているため、ヒートシンク21と熱伝導パイプ22とを、CPU16の消費電力に合わせたものを組み合わせることができる。例えば、高消費電力のCPU16には、ヒートシンク21として、図9の冷却フィンと冷却ファンを備えたものを採用し、低消費電力のCPU16には、ヒートシンク21として、図10の冷却フィンのみを備えるものを採用する。更に、冷却ファンを備えたヒートシンクでも、様々な冷却ファンの冷却能力のものがあり、これらを必要に応じて選択できる。
【0036】
当然、冷却ファンを備えたヒートシンクは高価であり、冷却能力の高いヒートシンクは一層高価である。又、熱伝導パイプとしては、銅系軸、ヒートパイプ等があり、ヒートパイプの方が、熱伝導率が高く、価格も高価である。これらもCPU16の消費電力に合わせたものを組み合わせることができる。更に、熱伝導パイプを設けないものも提供できる。
【0037】
従って、コストと性能のバランスのとれた冷却機構を電子装置に付与できる。又、BTO方式を採用する場合には、ヒートシンク21と熱伝導パイプ22との組み合わせにより、幾通りもの冷却能力の冷却機構を提供できるため、部品在庫数を減少できる。又、後付けできるため、納期短縮に効果がある。
【0038】
又、接続機構により、ヒートシンクと熱伝導パイプとを分離可能に接続するため、ヒートシンクをCPUに密着実装でき、分離構造でありながら、ヒートシンクとCPUとの接触面積を大きくでき、熱伝導抵抗を小さくできる。又、接続機構を用いるため、ヒートシンクと熱伝導パイプとの接触面積を大きくでき、分離構造でありながら、熱伝導抵抗を小さくできる。このため、分離構造にしても、冷却機構の冷却能力のロスを最小限にすることができ、より安価な冷却機構を実現できる。
【0039】
更に、熱伝導パイプに対し、ヒートシンクを回転できるように接続している。即ち、図11に示すように、装置出荷後に、ヒートシンク21の取り付けネジ30を外すことにより、ヒートシンク21を熱伝導パイプを軸に回転する。これにより、CPU16が露出するため、CPU16の交換を容易に実現できる。例えば、CPUのアップグレードのためや、CPUの故障のための交換が容易にできる。
【0040】
この時、接続機構はヒートシンクと熱伝導パイプとの接続関係を維持している。このため、工場組み立て時の熱伝導抵抗を維持できる。例えば、熱伝導抵抗を小さくするため、グリースを塗布しても、これが消失するおそれがない。又、ヒートシンクは、熱伝導パイプと分離可能に接続されているため、ファン等の故障しやすいヒートシンクを使用しても、ネジ31を外すだけで交換できる。
【0041】
例えば、366MHzのCPU(例えば、Intel Celeron 366、Intel PII366)モデル、500MHzのCPU(例えば、Intel PIII500)モデル、650MHzのCPU(例えば、Intel PIII650)モデルを例にとると、各々CPUの消費電力は、9W,11W、約14Wと異なるため、ヒートシンクを12Wのファン能力のもの、14Wのファン能力のもの、16Wのファン能力のものを、各CPUに適用する。更に、より低消費電力のCPUに対しては、冷却ファンのないヒートシンクを適用する。これにより、ヒートシンクの電力消費がないため、携帯型装置の電池寿命の長時間化に有効である。
【0042】
[他の実施の形態]
図12は、本発明の他の実施の形態の構成図であり、ヒートシンク21と熱伝導パイプ22との接続機構の他の例を示す。ヒートシンク21に設けられた支持部21−4に熱伝導パイプ22をはめ込み、ばね材で構成された抑え部材21−5を支持部21−4にはめ込む。
【0043】
この例では、抑え部材21−5のバネ性により、熱伝導パイプ22を保持する。このため、図5の例に比し、ネジ31による取り付けを必要としない。このため、組み立て、取り外しが容易となる。
【0044】
上述の実施の態様の他に、本発明は、次のような変形が可能である。
【0045】
(1) 発熱部としての電子部品のCPUを例に説明したが、他の部品にも、発明は適用できる。MPU、DSP、パワーマネージメント用のIC、DC/DCコンバータの制御用のchipや画像処理用のICなど、本発明を種々の部品に適用が可能である。
【0046】
(2) 電子装置をノート型パーソナルコンピュータで説明したが、携帯端末、携帯電話等他の電子装置にも適用できる。
【0047】
以上、本発明を実施の形態により説明したが、本発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果を奏する。
【0049】
ヒートシンクと熱伝導部材とを分離可能に接続するための接続機構を設けているため、ヒートシンクを熱伝導部材とを分離しても、ヒートシンクを電子部品に独立に面接触させることができ、ヒートシンクと電子部品との熱伝導抵抗を小さくできる。又、接続機構を設けているため、ヒートシンクと熱伝導部材との熱伝導抵抗も小さくでき、ヒートシンクと熱伝導部材とを分離しても、冷却能力の低下を防止できる。
【0050】
このため、電子装置に、搭載する電子部品の消費電力にあった冷却機構を安価に設定でき、分離構造でも安価な電子装置を提供できる。更に、BTO方式を採用しても、安価に且つ迅速に、搭載する電子部品の消費電力にあった冷却機構を備える電子装置を提供できる。その上、接続機構により、脱着できるため、装置出荷後に、電子部品のグレードアップのための交換、ヒートシンクの交換等を容易に実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の電子装置の上面図である。
【図2】図1の装置のA−A断面図である。
【図3】図2の装置フレームの斜視図である。
【図4】図2の装置フレームにヒートシンクを取り付けた状態図である。
【図5】図4の接続機構の構成図である。
【図6】図4の接続機構の断面図である。
【図7】図3の装置フレームと熱伝導パイプとの接続構成図である。
【図8】図2の装置フレームにヒートシンクとCPUを搭載した状態図である。
【図9】図8の搭載時の断面図である。
【図10】図8の搭載時の他の断面図である。
【図11】出荷後の交換動作の説明図である。
【図12】本発明の他の実施の形態の接続機構の構成図である。
【符号の説明】
1 電子装置
20 装置フレーム(放熱板)
21 ヒートシンク
22 熱伝導部材
21−1,21−2 接続機構
16 CPU
Claims (9)
- 発熱部を冷却するための冷却機構において、
前記発熱部と熱的に接続するヒートシンクと、
放熱のための放熱板と、
前記ヒートシンクの熱を前記放熱板に伝導する熱伝導部材と、
前記ヒートシンクと前記熱伝導部材とを分離可能に接続するための接続機構とを有し、
前記ヒートシンクは、前記発熱部と熱的に接続する接続面と、前記接続面の反対の面と、一対の側面とを有し、
前記接続機構は、前記ヒートシンクを , 前記熱伝導部材を支点にして、回転可能に接続するとともに、前記ヒートシンクの前記側面に設けられた
ことを特徴とする冷却機構。 - 請求項1の冷却機構において、
前記熱伝導部材は、前記放熱板を構成する装置フレームの所定位置に設けられた
ことを特徴とする冷却装置。 - 請求項1の冷却機構において、
前記接続機構は、
前記ヒートシンクの側面に設けられ、前記熱伝導部材を支持する支持部と、
前記支持部に脱着可能であり、前記熱伝導部材を前記支持部との間で保持するための抑え部材とを有する
ことを特徴とする冷却装置。 - 発熱部を冷却するためのヒートシンクにおいて、
前記発熱部と熱的に接続する接続面と、前記接続面の反対の面と、一対の側面とを有するヒートシンク本体と、
前記ヒートシンク本体の前記側面に設けられ、放熱板に熱を伝導する熱伝導部材を支持する支持部と、
前記支持部に脱着可能であり、前記熱伝導部材を前記支持部との間で保持するとともに、前記ヒートシンク本体を、前記熱伝導部材を支点にして、回転可能に接続するための抑え部材とを有する
ことを特徴とするヒートシンク。 - 発熱部を有する電子装置において、
前記発熱部と熱的に接続するヒートシンクと、
放熱のための放熱板と、
前記放熱板に設けられ、前記ヒートシンクの熱を前記放熱板に伝導する熱伝導部材と、
前記ヒートシンクと前記熱伝導部材とを分離可能に接続するための接続機構とを有し、
前記ヒートシンクは、前記発熱部に熱的に接続する接続面と、前記接続面の反対の面と、一対の側面とを有し、
前記接続機構は、前記ヒートシンクの前記側面に、前記ヒートシンクを、前記熱伝導部材を支点にして、回転可能に接続する
ことを特徴とする電子装置。 - 請求項5の電子装置において、
前記熱伝導部材は、前記電子装置の裏面で、且つ前記放熱板を構成する装置フレームの所定位置に設けられた
ことを特徴とする電子装置。 - 請求項5の電子装置において、
前記接続機構は、
前記ヒートシンクの側面に設けられ、前記熱伝導部材を支持する支持部と、
前記支持部に脱着可能であり、前記熱伝導部材を前記支持部との間で保持するための抑え部材とを有する
ことを特徴とする電子装置。 - 請求項5の電子装置において、
前記発熱部がプリント板に搭載された電子部品からなり、
前記ヒートシンクは、前記電子部品を覆うように、前記プリント板にネジ止めされる
ことを特徴とする電子装置。 - 電子装置の組み立て方法において、
発熱部を冷却するためのヒートシンクの側面に設けられた支持部を、前記発熱部を搭載するための装置フレームに設けられた熱伝導部材にセットするステップと、
前記ヒートシンクの支持部に、前記ヒートシンクを、前記熱伝導部材を支点にして、回転可能に保持するための抑え部材を脱着可能に取り付けるステップとを有する
ことを特徴とする電子装置の組み立て方法。
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