JP4144983B2 - 熱拡散プレートを有する薄型電磁妨害シールド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、電磁妨害（ＥＭＩ）シールド構造に係る。特に、本発明はヒートシンクとも結合する小型ＥＭＩシールド構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型で携帯可能なコンピュータは、大学生、ビジネスマン、ライター、その他、携帯可能なワープロ、Ｅメール及びコンピュータグラフィック機能を必要とする者の間でますます人気が高まっている。特に、ノート冊子型のコンピュータは、一般に「ノートブックコンピュータ」として知られているが、その小型軽量による携帯可能性と使用便宜性から、ますます人気が高まっている。
【０００３】
一般に、ノートブックコンピュータは、相互にヒンジ結合された貝殻構成の２つの主要なセクションから構成されている。第１のセクションは情報表示用の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む。ＬＣＤ画面はＬＣＤベゼルフレームに配置されている。典型的に、ベゼルフレームは厚さ約１ｃｍ未満である。ノートブックコンピュータの第２のセクションは、データ入力用のキーパッド領域を有する小型コンピュータベースセクションを含む。ノートブックコンピュータのコンピュータベースは、その畳んだ構造でノートブックコンピュータの大きさを最小にするために、その垂直厚ができるだけ薄いという点で薄型（ロープロファイル）である。典型的に、ノートブックコンピュータのコンピュータベースセクションは高さ約４ｃｍ未満で、好ましくは高さ約２ｃｍである。典型的に、コンピュータベースセクションは、ノートブックパッドに匹敵する幅と長さを有している（例えば、好ましくは、約８．５インチ×１１インチ未満）。一般に、ユーザが長時間快適にデータ入力できるキーボードデザインに一致するようにコンピュータベースセクションの幅と長さをできるだけ低減することは好ましい。一般に、従来のクエーティ（ＱＷＥＲＴＹ）キーボードはノートブックコンピュータに使用され、クエーティキーボードはコンピュータベースセクションの上面を実質的に満たしている。しかし、より省スペース構造のクエーティキーボードの機能を達成する代替的なコンピュータキーボードデザインは当業者には既知である。
【０００４】
ノートブックコンピュータデザインは、薄型筐体を維持しながらノートブックコンピュータの機能性を増加するという問題に直面している。典型的に、コンピュータベースの中央部は、２乃至３ｃｍの垂直高さを有する容積に適合しなければならない電子回路で密に充填されている。例えば、メインマザーボードは、好ましくは、プリント基板の両側に電子チップを有する両面マザーボードである。マザーボードに加えて、コンピュータベースの中央部は支持及びマウント要素、電子相互接続要素及び電気絶縁素子も含んでいる。更に、コンピュータベースのフレームとキーボードアッセンブリは、コンピュータベースの垂直高さの一部を使用する。
【０００５】
高性能ノートブックコンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）は高いクロック速度で動作する。スイッチング動作毎に熱が発生する。その結果、高いクロック速度によりＣＰＵは高速で発熱する。ＣＰＵを許容動作温度に維持するためにはこの熱を発散する必要がある。従来のデスクトップコンピュータに使用されている高性能チップのある放熱手段は高性能ヒートシンクをＣＰＵに結合させることである。しかし、高性能ヒートシンクは、典型的に、フィン型ヒートシンクとヒートシンクのフィン上の空気吹き付けに使用されるファンに依拠する相当の厚さを有する。一例として、高さ約１ｃｍの小型ヒートシンク及びファンは、高さ３ｃｍを有するコンピュータベースセクションの高さの相当部分（例えば、約１／３）を使用する。従来のヒートシンク及びファンをある程度小型にすることは可能であるが、従来の突出型（フィン型）ヒートシンクが典型的に高さ約５乃至１０ｍｍを有しており、従来のファンが典型的に高さ１ｃｍ相当部分である。その結果、フィン型ヒートシンク及びファンを有する従来の放熱構造の使用は、両面マザーボードとその他のマウント、支持、電子相互接続要素に対して十分な垂直高さを有する薄型ノートブックコンピュータベースに相容れないものである。
【０００６】
電磁妨害（ＥＭＩ）も高性能ノートブックコンピュータで問題である。高性能ノートブックコンピュータのＣＰＵの高いクロック速度は高周波数信号コンポーネントに関連付けられている。これらの高周波数信号コンポーネントは、ノートブックコンピュータの他の部位又は隣接する電子回路に伝搬して有害な電磁妨害（ＥＭＩ）を生成する電磁波を発生する可能性がある。許容レベルまでＥＭＩを低減するために、ＣＰＵを実質的に包囲する導電性筐体からなる更なるＥＭＩシールドが要求されてきた。周知の電磁気理論の原理によれば、導電性筐体は被収納源からの電磁放射の伝搬を遮蔽又は遮断する。ＥＭＩシールド筐体は、一般に６面箱形状を有しているが、ＥＭＩ源を実質的に包囲するその他の形状を有する場合もある。マザーボードを実質的に包囲する６面ＥＭＩシールドを形成するために、幾つかの従来のノートブックコンピュータは更なる別個のメタルカバーを有するコンピュータベースセクションに５個のシートメタルを利用している。しかし、６面ＥＭＩシールドの形成にシートメタルを利用することはノートブックコンピュータの寸法と重量を相当に増加させる。代替的に、実質的６面ＥＭＩシールド筐体は、コンピュータベース筐体の内壁を導電性コーティングでコートすることによってノーブックコンピュータ内に形成可能である。しかし、電子コンポーネントはノートブックコンピュータ内で密接して離間されているので、電子回路の短絡を防止するために、電子回路要素をＥＭＩシールドの導電性壁から隔離するために更なる絶縁スペーサ体の付加するなど、プロアクティブな手段がＥＭＩシールドに採用されなければならない。導電性コーティングの使用は、筐体面に適当に接着する高品質等角コーティングを使用することに関連する問題など、製造上の問題も有する場合がある。
【０００７】
ＥＭＩシールドを軽量化するある技術は、シートメタルの代わりに弾性導電膜から袋状筐体を形成することである。不幸にも、絶縁及び導電層からなる弾性ＥＭＩ袋状筐体は従来のヒートシンクの使用に概して不向きである。例えば、米国特許第５，４３６，８０３号は、絶縁材料袋に埋め込まれた追加的金属ファイバーを有する弾性電気絶縁袋の使用を教示している。同様に、米国特許第５，５９７，９７９は、絶縁シートの片側に埋め込み又はラミネートされた導電性材料からなる袋状ＥＭＩシールドの使用を教示している。内部絶縁面を有する弾性袋状筐体は、袋状筐体がアッセンブリされたプリント基板の周囲に配置可能であるという利点を有する。弾性袋状筐体の首又は部分開口端は、袋に囲まれたプリント基板への電子接続の形成／変更を容易にすることもできる。しかし、袋状筐体は従来のヒートシンクの使用には不向きである。これは、主として、回路基板の周囲に配置された袋状ＥＭＩ筐体が内部ヒートシンクを横切る空気流を遮断するためである。従って、内部回路基板アッセンブリ及びヒートシンクを包囲する袋状ＥＭＩ筐体は大気との熱交換による電子機器アッセンブリの効果的冷却には不向きである。
【０００８】
また、従来のヒートシンクは、弾性ＥＭＩ筐体内に含まれた電子機器アッセンブリに効果的に熱結合されることができない。電気絶縁層は良好な熱絶縁体になり易いということは材料科学業界では周知である。その結果、電気絶縁層に取り付けられた（又は埋め込まれた）外部導電層を有する袋筐体は、包囲された電子機器アッセンブリと外部ヒートシンクとの間に大きな熱抵抗を形成しやすい。袋状筐体を有するＥＭＩシールドに伴う更なる問題は、弾性電気絶縁膜を形成するのに使用される従来のポリマー及びプラスチックが、通常のはんだ接着プロセス温度で変形及び／又は溶解しやすいことである。従って、米国特許第５,４３６,８０３号及び第５,５９７,９７９号のＥＭＩシールド筐体と従来のヒートシンクとの間に効果的な熱又は電気結合を達成するのにはんだ付けプロセスを使用することは困難であろう。
【０００９】
ＥＭＩシールドとヒートシンクの結合寸法と重量はノートブックコンピュータにとっては相当のものである。不幸にも、従来のＥＭＩシールドは、ノートブックコンピュータの垂直高さ及び／又は重量の実質的低減を達成するために従来のヒートシンクに直接結合することができなかった。米国特許第５,１７５,６１３号の電子機器パッケージは、プリント基板の単一の（上）面に配置されたチップを取り囲むＥＭＩシールドの上面を形成するのにフィン型ヒートシンクの導電面を利用している。米国特許第５,１７５,６１３号のフィン型ヒートシンクは、ボルト又はネジによってプリント基板に機械的に固定されている。また、ボルト又はネジは、プリント基板の中央に配置された接地基準面にヒートシンクを電気的に結合している。米国特許第５,１７５,６１３号は、ＥＭＩと熱保護をヒートシンクの導電面とプリント基板の接地基準面との間に配置された回路チップに与えている。しかし、米国特許第５,１７５,６１３号のパッケージは高性能ノートブックコンピュータのスペースと重量の制約に着目して設計されたものではない。
【００１０】
米国特許第５，１７５，６１３号のパッケージに伴う一の問題はフィン型ヒートシンクの利用が典型的に相当の垂直高さを消費して、満足のいく放熱結果を達成するために追加的なファン要素を必要とすることである。例えば、マザーボードアッセンブリを冷却するのに適しているフィン型（突出型）ヒートシンクは典型的に５乃至１０ｍｍの高さを有し、それはノートブックコンピュータのコンピュータベースの利用可能な垂直高さの相当部分である。また、従来のフィン型ヒートシンクは、銅などの相当量の高導電率金属を一般に有している。従って、一体型ヒートシンク／ＥＭＩシールドは更なるＥＭＩシールドコンポーネントの必要性を排除するが、そのパッケージの総合高さ及び重量はノートブックコンピュータの使用に未だ好ましくないほど大きい。
【００１１】
米国特許第５，１７５，６１３号のパッケージに伴う別の問題は、プリント基板の上下面にマウントされたチップを有する両面マザーボードに不向きであることである。米国特許第５，１７５，６１３号は、電子チップはプリント基板の片側にのみ配置されることを明示的に教示している。このことはプリント基板の基底接地基準面が、チップを取り囲むＥＭＩシールドの一面を形成するのに使用されることを許容する。両面マザーボードに対して米国特許第５，１７５，６１３号の教示を修正するためには、第２のヒートシンク（又はシートメタルからなる別の５面ＥＭＩ筐体）が、プリント基板の底面に配置されたチップの周囲にＥＭＩシールドを形成するために、マザーボードの底面の周囲に付加されなければならないであろう。また、更なるネジ又はボルト手段が、ＥＭＩシールドを形成すべく、第２のヒートシンクをプリント基板の基準面に電気的に結合するために、必要となるであろう。アッセンブリ全体の厚さと重量は小型ノートブックコンピュータのスペース及び幅の制約には不適当な場合がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の既知のノートブックコンピュータは軽量ＥＭＩシールド及び小型ヒートシンクの機能を相乗的に結合する問題には着目していなかった。しかし、薄型ノートブックコンピュータデザインにおいて効果的な放熱とＥＭＩシールドを達成するという問題はＣＰＵクロック速度が増加するにつれてますます悪化することになるだろう。また、ノートブックコンピュータは小型アッセンブリを要求する電子装置の一例であるが、高性能パームトップコンピュータなどの他の電子装置は同一の放熱及びＥＭＩ問題の多くに直面している。
【００１３】
必要なのは、ＥＭＩシールドに電子回路を収納すると共に効果的放熱機能を与える薄型アッセンブリである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電磁妨害（ＥＭＩ）シールド筐体とヒートシンクの機能を結合する構造に関する。本発明は、一般に、導電性材料からなる熱拡散プレートとＥＭＩシールド材料からなる容器とを有し、容器は、容器の接地タブを熱拡散プレートに機械的に連通させることによって容器が熱拡散プレートに電気的に結合されるように、トレイに電気的に結合された接地タブを有している。
【００１５】
本発明の一の側面は、容器を形成するための内部絶縁層と外部導電層からなる二層構造体ＥＭＩ材料の使用である。ＥＭＩ材料の一部は、熱拡散プレートに電気的接続を形成するＥＭＩ材料の外部導電層の露出部分を有する接地タブに形成可能である。
【００１６】
本発明の別の側面は、熱拡散プレートに配置された伝熱性ブロックとＥＭＩシールドによって囲まれたマザーボードにマウントされたチップとの間に所定の離間を達成するスペーサ層の使用である。スペーサ体の離間距離を適当に選択すると伝熱性ブロックとチップとの間を熱結合することが可能になると共に接地タブと熱拡散プレートとの間に圧力接触を促進する。
【００１７】
本発明の更に別の側面は、熱拡散プレートがノートブックコンピュータの他のコンポーネントに支持又は補強機能を与えるのに使用されるノートブックコンピュータアッセンブリである。ある実施例においては、熱拡散プレートの一部はキーボードを機械的に支持するのに使用される。
【００１８】
本発明の更に別の側面においては、補助ヒートシンクがノートブックコンピュータの液晶ディスプレイセクションに結合され、伝熱性ブロックに熱結合される。補助ヒートシンクは熱拡散プレートの放熱要求を低減し、大容量の熱負荷に対応可能な小型薄型のノートブックコンピュータデザインを促進にする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
ノートブックコンピュータデザインに直面する問題を解決する範囲で本発明を詳細に説明する。しかし、本発明の発明者等は、パームトップコンピュータなどの別の小型電子装置が、本発明の一体型電磁妨害（ＥＭＩ）シールド・ヒートシンクデザインから恩恵を得ることができると信じている。また、製造の容易性のために電子装置の寸法とコンポーネント数を低減することが好ましいので、本発明の一体型ＥＭＩシールド・ヒートシンクデザインは多種多様な消費者及び航空宇宙装置にとって有益でもある。
【００２０】
本出願の発明者等は、ＥＭＩシールドとヒートシンクがノートブックコンピュータの要求に関して相乗的に設計されれば、相当の恩恵が達成されるであろうと認識した。高性能ノートブックコンピュータを設計する際に課される一般のスペース制約は図１を参照して示すことができる。図１は、小型ノートブックコンピュータ１０を示す斜視図であるが、多くの個別的詳細はコンピュータ毎に相違する。ノートブックコンピュータは、ヒンジ４０によってコンピュータベース部５０に結合された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）ベゼルフレーム３０に配置されたＬＣＤ画面２０を有している。典型的に、ベース領域５０は厚さ約４ｃｍ未満で、好ましくは厚さ約２ｃｍ未満の垂直高さ５７を有している。図１に示すように、ＬＣＤベゼルフレームは、ＬＣＤ画面２０を保持する実質的に矩形フレームを有している。コンピュータベース５０は、情報をタイプ用の従来のコンピュータキーボードセクション６０（詳細には図示せず）を含んでいる。コンピュータベース５０は、コンピュータ電子機器を含む外部フレーム又は筐体５１を有している。コンピュータベース５０は、従来のマウス機能の一部をエミュレートする位置決め装置７０も含んでもよい。ノートブックコンピュータ１０は、ベース部５０に摺動するモジュール８０及び９０も含むことができる。これらのモジュールはバッテリユニット又はハードディスクドライブユニットなど他の電子機能を有することができる。しかし、モジュール８０、９０の機能はモジュール８０、９０の機能をベース５０に含むことによって達成することもできるであろう。
【００２１】
図２は、コンピュータベースセクション領域５０に配置されたノートブックコンピュータ１０のマザーボードが一体型電磁妨害（ＥＭＩ）・熱拡散プレート筐体に封入されている本発明の実施例の分解斜視図を示している。熱拡散プレート２００は、５乃至１０ｍｍよりもかなり小さい一般のフィン型（突出型）ヒートシンク厚さ２０２を有する実質的平面を好ましくは有している。一般に、放熱機能を実行する熱拡散プレート２００に一致するように熱拡散プレート２００をできるだけ薄く形成することが好ましい。機械工学の当業者には周知なように、プレート厚が減少するにつれてプレート状部材を横切る熱の伝熱性は減少する。従って、ノートブックコンピュータＣＰＵなどの熱源からの熱拡散プレートによる放熱能力はプレート厚が減少するにつれて効率的ではなくなる。しかし、本発明者等は、たとえプレートが比較的薄くても（例えば、約２ｍｍ未満）、ノートブックコンピュータＣＰＵから熱拡散プレートが効率的に放熱可能であることを認識した。熱拡散プレート２００が約２ｍｍ未満の厚さ２０２を有しても、実質的恩恵が垂直間隔に関して与えられる。好ましくは、熱拡散プレート２００は、重量低減とスペース確保のために約１ｍｍ未満の厚さ２０２を有している。熱拡散プレート２００は銅などの高熱伝導率材料から好ましくは構成されている。しかし、銅ほどは高い熱伝導率を有さないアルミニウムは軽量、低コストで、従って熱拡散プレート２００に好ましい材料である。
【００２２】
メインプリント基板アッセンブリ２１０は、「マザーボード」としても知られているが、その表面に配置された高放熱コンポーネント２１５を有している。これらの高放熱電子コンポーネント２１５は、ノートブックコンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）を有してもよい。従って、電子コンポーネント２１５は一以上のチップでもよい。しかし、本発明の教示は、他の発熱及び電磁妨害発生電子装置にも適用することができるので、本発明は発熱及び電磁妨害発生回路素子を含むより任意の回路アッセンブリにも適用可能である。これらは、無線周波数及びマイクロ波回路並びに高周波数ディジタル回路を含んでいるが、これらに限定されるものではない。
【００２３】
電子コンポーネント２１５は、伝熱性ブロック２０５によって熱拡散プレート２００に好ましくは熱結合されている。伝熱性ブロック２０５は熱拡散プレート２００に電子コンポーネント２１５からの熱を結合する機能を有する。しかし、伝熱性ブロック２０５は、電子コンポーネント２１５に過度の圧力を加えずに、電子コンポーネント２１５と熱拡散プレート２００との間の熱結合を強固に促進にするためにクッション体を含んでもよい。伝熱性ブロック２０５は、それらが伝熱する電子コンポーネント２１５と少なくとも同一の表面積を好ましくは有している（例えば、２ｃｍ角チップは同様の又は多少大きな表面積を有するブロックを有しなければならない。）。省スペース化と軽量化を達成するために伝導性ブロック２０５の厚さは好ましくは比較的薄い。様々な伝熱性ブロック材料がコンピュータ組立業界で周知である。これらの幾つかは、伝熱性ブロックをチップ表面に物理的接触させるために、伝熱性エラストマー材料を含んでいる。これにより、伝導性ブロック２０５を介してチップ２１５の熱を伝導性ブロック２０５の反対側に取り付けられたヒートシンク２００に強固に熱結合することが可能となる。
【００２４】
図２に示すように、マザーボード２１０はＥＭＩシールド容器２２０に適合する。ＥＭＩシールド容器２２０は、マザーボードアッセンブリ２１０が容器の内部に実質的に等角的に適合するような大きさを有する好ましくは一般にトレイ形状の容器である。ＥＭＩ容器２２０は、底面パネル２３０と４面壁パネル２３５を有するトレイ状構造を好ましくは有している。これにより、容器を一般のプリント基板アッセンブリ２１０デザインに係合させることが容易になる。しかし、本発明は、実質的に矩形断面を有するプリント基板アッセンブリ２１０に加えて他の放熱素子にも使用可能である。例えば、容器２２０は、円筒形状アッセンブリに係合する大きさを有するならば円筒形状を有することができる。図２に示すように、６面ＥＭＩシールド筐体を形成するために容器２２０が実質的平面体２００によってカバーされることができるように側壁２４５は実質的に同一の高さを有する。しかし、容器２２０は、ＥＭＩシールド筐体を形成するために非平面カバーと係合するように設計された可変高さの側壁２３５を有することもできる。従って、図２はプリント基板アッセンブリの周囲にＥＭＩシールド筐体を形成するのに特に適した実施例を示しているが、本発明の教示はより任意の形状を有する電子アッセンブリの周囲にＥＭＩシールド筐体を形成するのに採用することができる。
【００２５】
ＥＭＩシールド容器２２０は内部電気絶縁層と外部導電（シールド）層を有する弾性材料から好ましくは構成される。図３は、図２の線３‘−３‘に沿った図２のシールド容器２２０の概略断面図である。図３に示すように、底面パネル２３０及び側壁パネル２３５は、少なくとも２つの別個の材料層２４０、２４５を有する材料から好ましくは構成される。内部絶縁層２４０により、ＥＭＩシールドの導電部にマザーボードアッセンブリ２１０のコンポーネントを短絡させる危険性を低減しながら、マザーボード２１０がＥＭＩ容器２２０にうまく配置可能となる。従って、内部絶縁層２４０は、絶縁スペーサなどの別個の電気絶縁手段がマザーボードアッセンブリ２１０の導電性コンポーネントからＥＭＩシールド容器２２０を物理的に分離する必要性を排除している。
【００２６】
図３に示すように、底面パネル２３０及び側壁パネル２３５は、少なくとも一の導電層２４５を有している。導電層２４５は、別の材料構造に含まれている金属ファイバー又は金属フレークなどの金属膜その他の導電層である。（図示しない）更なる層が、パネル２３０、２３５の外表面を絶縁するために導電層２４５の表面部分に付加することができる。例えば、幾つかのＥＭＩシールド材料は、２つの絶縁層間に埋め込まれた金属膜又は金属ファイバーから構成される。しかし、図３の二層構造材料は、容器２２０とヒートシンクカバー２００との間に電気的接続を与えるために容器２２０に取り付けられた一体接地タブ２２５の形成を容易にするので好ましい。２つの絶縁層間に埋め込まれた導電層２４５などより複雑な層構造を使用可能であるが、導電層２４５からの絶縁部分のストリップ及び／又は導電層２４５の一部への別個の接地タブの取り付けという追加工程が必要となる。
【００２７】
ＥＭＩシールド容器２２０を製造可能な様々な方法が存在するが、絶縁層２４０と導電層２４５からなる商業的に入手可能なＥＭＩシールド材料も存在する。無線／航空電子機器などの敏感な電子コンポーネントの周囲に実質的に６面ＥＭＩシールド筐体を形成するために、様々なＥＭＩシールド材料が航空宇宙電子工学業界で一般に使用されている。かかるシールド材料は、しばしば、絶縁材料に取り付け又は埋め込まれている金属ファイバーの薄片又は層から構成される。かかるシールド材料は、従来の温度圧力形成技術により電子装置の筐体に成形可能なように、典型的に多少弾性的である。かかる材料の一つは、ニューヨーク州マウントバーノンにあるスプレイラット社（Ｓｐｒａｙｌａｔ,Ｉｎｃ．）製のフォームシールド（ＦＯＲＭＳＨＩＥＬＤＴＭ）である。フォームシールドは様々なシールド形状に真空又は圧力形成可能である。フォームシールドなどの材料は軽量で、厚さ約１ｍｍ絶縁層と厚さ約数百ミクロン未満の薄片金属層などの比較的薄層を利用することができる。フォームシールドなどの商業的に入手可能なシールド材料は約０．１乃至１．０ｍｍ間のシート厚さで入手可能である。
【００２８】
本発明においては、フォームシールドに類似の二層構造材料は、図２に示すようなトレイ状容器に好ましくは真空又は圧力形成される。カバー要素への電気的接続を形成するために容器２２０の側壁パネル２３５の上端に配置された好ましくは一以上の接地タブ２２５が存在する。接地タブ２２５は、熱拡散プレート２００の底部に接触可能な導電層２４５の相当面積（例えば、何平方ミリメートル）を示している。フォームシールドは弾性材料であるので、マザーボード２１０は、タブ２２５を折り曲げてマザーボード２１０を容器２２０内に配置することによって筐体を形成した後に、ＥＭＩ容器２２０に挿入可能になる。代替的に、タブ２２５はマザーボードがシールド容器２２０に挿入された後に所定位置に折り曲げられてもよい。タブ２２５は、マザーボードアッセンブリ２１０の周囲に６面ＥＭＩ筐体を形成するために、熱拡散プレート２００のタブ２２５への押圧が導電層２４５と熱拡散プレート２００の底面２０４との間の電気的接続のための大面積を形成するような実質的表面積を有する。
【００２９】
接地タブ２２５は、タブ２２５とプレート２００との間の低圧機械的接触によってプレート２００に好ましくは電気的に接続されている。フォームシールドのようなＥＭＩ材料は多くの一般電気的接続プロセスに不向きである。例えば、軽量ポリマー又はプラスチック絶縁層は、タブ２２５の導電層２４５とプレート２００との間のはんだ接続に十分高い温度で溶解又は変形するであろう。導電エポキシはタブ２２５及びプレート２００間の電気的接続を形成するのに使用可能であるが、ＥＭＩ容器２２０及びプレート２００の膨張熱係数の差に関連する実質的熱応力が存在する場合がある。特に、高性能ＣＰＵ回路コンポーネント２１５は、ＥＭＩ筐体が６０℃よりも大きい温度変化を経験するように、相当の熱を生成する場合がある。その結果、導電エポキシ接合プロセスは信頼性がない。また、マザーボードアッセンブリ２１０がノートブックコンピュータの寿命期間中は稼動可能であるので、エポキシプロセスはエポキシ接合がマザーボードにアクセスするために破壊される必要があるという欠点を有しており、ノートブックコンピュータが稼動されるたびにＥＭＩシールド材料の破損の危険をもたらす。
【００３０】
従って、タブ２２５とプレート２００との圧力接触は好ましい電気接続プロセスである。タブ２２５と熱拡散プレート２００の底部２０４との間の十分な機械的圧力を形成するために必要な圧力は様々な手段によって達成することができる。しかし、好ましくは、プレート２００がノートブックコンピュータにマウントされるときに熱拡散プレート２００はタブ２２５に自動的に多少押圧される。別の重要な考慮事項は伝熱性ブロック２０５がチップ２１５に熱接触されていることである。伝熱性ブロック２０５とチップ２１５との間のエアギャップは熱結合の悪化をもたらす。しかし、伝導ブロック２０５とチップ２１５との間の過度の圧力はチップ２１５の破損をもたらす場合がある。好ましくは、スペーサ体は、導電ブロック２０５とチップ２１５との間の所定の離間距離を達成するのに使用される。図４に示すように、更なる導電性スペーサ２０８がタブ２２５とプレート２００とを電気的に結合するのに使用可能である。スペーサ２０８により、伝熱性ブロック２０５はチップ２１５と熱接触することができる。所定の高さｈｓを有するスペーサ２０８を適当に選択すると、伝熱性ブロック２０５とチップ２１５とを熱接触したまま、プレート２００が筐体２１１の一部にボルト止め又はネジ止め可能となる。ＥＭＩシールド材料の厚さに対する伝導性スペーサ高さを適当に選択すると、タブ２２５の導電層２４５と熱拡散プレート２００との間の電気的接触の設定及び維持を更に可能になる。
【００３１】
図４の実施例が電気及び熱結合を達成する問題の一解決策であるが、過度の応力が接地タブ２２５に印加される場合があるという欠点を有する。更に、タブ２２５が固定されているので、それらは相当の熱応力の下に置かれるかもしれない。周知のように、材料の熱膨張係数は温度変化によって生じる材料長さ変化を表す。しかし、異なる熱膨張係数（ＴＣＥ）を有する剛性取付部材からなるアッセンブリにおいて、熱応力はアッセンブリの熱循環と共に発展可能となる。従って、図４の実施例は、ノートブックコンピュータの耐用期間中にＥＭＩシールドの一部を破損する熱応力の危険性を低減するために、より厚い金属層２４５、又は、スペーサ２０８とシールド材料２２０を有するＥＭＩシールド材料との間のＴＣＥの実質的一致など、追加工程を必要とする場合がある。
【００３２】
好ましいスペーサ構成を図５に示す。スペーサ２０９は、伝熱性ブロック２０５とチップ２１５との間で熱接触をもたらす。スペーサ２０９の高さｈｓはチップ２１５の高さｈｃにチップ２１５に突出する伝熱状態の伝熱性ブロック２０５の高さｈｂを付加したものである（それは、エラストマーの場合にはその自由非押圧状態よりも僅かに小さいものであってもよい）。一般に、マザーボードアッセンブリ２１０の上面２１７又はプレート２００の底面２０４に配置された絶縁スペーサ体２０９は、所望の熱及び電気的接続を達成するために、所定の離間距離を維持するためのアッセンブリに利用可能である。図５の実施例においては、ＥＭＩシールド容器２２０の材料の弾性に関連する内部ばね力Ｆｓのために接地タブ２２５はプレート２００の底部２０４に接触する。本発明者等の実験によればフォームシールドは所望の弾性を有している。プレート２００はタブ２２５に押圧され、側壁２３５及び／又はタブ２２５に僅かな押圧力を印加し、ＥＭＩシールド材料にばね状回復力を生成している。結果的回復力により、タブ２２５はプレート２００の底部２０４と機械的接触を保つことができる。このばね状接触機構により、タブ２２５とプレート２００との間の電気的接続を維持しながらプレート２００の表面２０４にタブ２２５のある横運動が可能になる。従って、本発明者等は図５の実施例がタブ２２５とプレート２００との低応力の電気的接続を可能にすると信じている。特に、タブ２２５はある横運動ができるので、タブ２２５をプレート２００に強固に取り付ける場合に比較して熱応力を減少することができる。フォームシールドは所望の弾性を有する本発明者等が既知の唯一の商業的に入手可能な材料であるが、材料科学の当業者は弾性材料構造を達成するためにプラスチック、高分子その他の一般の絶縁体の材料特性を変更する方法に詳しい。従って、本発明者等は、その他のＥＭＩ材料構造が図５の実施例において変形及び利用可能であると信じている。
【００３３】
本発明は更なる恩恵を得るために更に変形可能である。放熱プレート２００は多くのＣＰＵ使用に適当な放熱を与えるのに十分である。しかし、本発明の一実施例においては、補助ヒートシンクが熱拡散プレート２００と組み合わせて利用可能である。図６に示すように、熱拡散プレート２００に加えて、補助ヒートシンク２５５が、伝熱性ブロック２０５又は熱拡散プレート２００のブロック２０５に近い領域に熱結合される。補助ヒートシンク２５５は、高さ約４ｃｍ未満の薄型アッセンブリを維持しながら放熱機能を向上するのに利用される。補助ヒートシンク２５５はＬＣＤベゼル２６０の一部に好ましくは配置され、伝熱性部材２５０によって熱拡散プレート２００又は伝熱部材２５０に結合される。伝熱部材２５０は、ヒートパイプなどの効果的高熱伝導率を有する好ましくは小型要素である。ヒートパイプは、芯又は多孔材料によって生成される毛管力と一般に管構造に配置される作動液体を利用して、高温室から冷却室に熱を移送する周知の種類の蒸気−液体相変化装置である。比較的大きい表面積のヒートシンク２５５はＬＣＤベゼル２６０に配置可能であるので、ＬＣＤベゼル２６０は補助ヒートシンクにとって好ましい位置である。また、現代のノートブックコンピュータのＬＣＤベゼル２６０は比較的薄型であるので、ＬＣＤベゼルにマウントされた補助ヒートシンクから大気に実質的熱結合が存在する。しかし、補助ヒートシンク２５５は、大気への熱結合を促進にするためにコンピュータベースセクションの筐体の外面の一つに近いコンピュータベースセクション内に配置可能である。
【００３４】
補助ヒートシンクは２つの主な長所を与えている。第１に、ＥＭＩシールド２２０に配置された電子回路が適当な動作温度に維持されるように、補助ヒートシンク２５５を使用して放熱能力を増加することは好ましい。一般に、電子コンポーネントの信頼性は、最大動作温度が低く維持される場合に向上する。第２に、コンピュータキーボードを適度な動作温度で維持することは好ましい。補助ヒートシンク２５５は、その他の点ではキーボードの下の熱拡散プレート２００を流れるであろう熱負荷の一部を除去する。その結果、補助ヒートシンクは適度なタイプ温度でキーボードを維持することを補助することができる。これは、高いクロック速度で動作する高性能ＣＰＵなどの高い放熱用途に対して重要な考慮事項である。
【００３５】
本発明の一体型ＥＭＩシールド・ヒートシンクは、別個のヒートシンクとＥＭＩシールドを利用する場合に比較して、相当に大きさを低減している。しかし、本発明の一体型ＥＭＩシールド・ヒートシンクの別の恩恵は、小型薄型のノートブックコンピュータの製造を容易にする大型ノートブックコンピュータの一部として設計可能であることである。上述したように、熱拡散プレート２００は、一体型ＥＭＩシールド・ヒートシンクを形成するために所定位置にボルト付けされることができる。しかし、本発明者等は、ノートブックコンピュータの別の要素に対して熱拡散プレート２００が支持構造として拡張及び使用可能であることを認識した。
【００３６】
図７は、熱拡散プレート３００がコンピュータキーボード３５０に対して支持機能も果たす本発明の実施例を示している。ノートブックコンピュータのプラスチック筐体は比較的薄い。その結果、プラスチック筐体はコンピュータキーボード３５０を位置決めするのに所望の剛性を与えることができない。このことは、キーボード３５０上で相当のタイピング力を発するユーザに特に当てはまる。従って、ノートブックコンピュータ１０のキーボード３５０のタイプ応答性と耐久性を向上するのに金属剛性要素を利用することは好ましい。本発明の発明者等は、本発明の熱拡散プレートは、キーボード３５０などの別のノートブックコンピュータコンポーネントに対する更なる剛性／支持機能を実施するのに採用可能であることを認識した。図７の実施例に示すように、コンピュータキーボード３５０はノートブックコンピュータ１０の上ケース３３５の棚３５５に適合する。熱拡散プレート３００に配置されたキーボード支持領域３４０はキーボード３５０を保持する棚３５５を支持する。キーボード支持領域３４０は、好ましくは、熱拡散プレート３００のエンボス部である。棚３５５は好ましくは低熱伝導率のプラスチックからなり、熱拡散プレート３００からキーボード３５０までの伝熱性が低くなるように、好ましくはキーボード支持領域３４０の多少上にキーボード３５０を持ち上げる。
【００３７】
好ましくは、一体型ＥＭＩシールド、熱拡散プレート及び支持構造は低コストマウント技術を使用してマウントされるように設計される。図７に示すように、マザーボードアッセンブリ３２０は好ましくはボルト又はネジ孔３２５を有している。５面ＥＭＩ容器３３０はその底面に型押し又はパンチされた対応するボルト又はネジ孔３２７を好ましくは有しているが、通常の弾性ＥＭＩシールド材料は十分薄いのでボルト又はネジがシールド層を容易に貫通してしまう。また、ＥＭＩ容器３３０は、孔３２７の輪郭の周囲を実質的に適合するように成形可能である。アッセンブリ中に、マザーボード３２０はＥＭＩ容器３３０に最初に配置される。ネジ又はボルト３６０は、筐体３３５の上部、熱拡散プレート３００、マザーボードアッセンブリ３２０及びＥＭＩ容器３３０を取り付けるのに使用可能である。ＥＭＩ容器３００の（図７には図示しない）タブ２２５は、ネジ３６０が印加する圧力によってアッセンブリプロセス中にプレート３００に押圧接触される。スペーサ体３１５は、マザーボード３２０が伝熱性ブロック３０５に連通可能である所定距離を画定する。スペーサ体３１５は、過度の圧力がチップ３１０に印加されないように、好ましくは選択される。タブ２２５を熱拡散プレート３００と電気的接触するように押圧するため、かつ、伝熱性ブロック３０５をチップ３１０に熱接触するように連通するために、アッセンブルされたノートブックコンピュータに適当な圧力を与えるようにスペーサ３１５の高さも好ましくは選択される。
【００３８】
導電層２４５が比較的薄いという事実に対してＥＭＩシールド材料及びタブデザインの選択に関わる幾つかのトレードオフが存在する。容器３２０の形成においてタブ２２５は製造及びアッセンブリプロセス中に過度に押圧されないことが好ましい。使用される特定シールド材料に依存して、ＥＭＩシールドの導電層が破損する可能性がある。例えば、導電層２４５を電気的にまとめる導電コーティングにひび割れが発生する場合がある。例えば、フォームシールドコーティングは比較的薄い導電コーティング２４５を有している。アッセンブリ、その後の熱循環、又はその後のマザーボードの保守／交換中に接地タブ２２５を形成するのに使用される鋭い折り目に沿って導電コーティングが割れる可能性が多少存在する。その結果、単一のタブは熱拡散プレート２００とＥＭＩ容器２２０のパネル２３０、２３５との間に適当な電気的接続を与えないという僅かな危険性を低減するために一以上の接地タブ２２５を利用することが好ましいかもしれない。また、容器２２０及び接地タブ２２５を製造するのに使用される真空又は圧力プロセスは、鋭い折り目ではなく僅かに丸い湾曲部及び角を与えるのに好ましくは選択される。
【００３９】
別個のＥＭＩシールド及びヒートシンクという従来手法に比較して、本発明の一体型ＥＭＩシールド・ヒートシンクは、ＥＭＩシールドとヒートシンク機能を達成するのに要求される全体寸法と重量を相当に低減している。更に、本発明は、これらの機能達成に必要なコンポーネントの総数を更に低減するために、ＥＭＩシールド機能、ヒートシンク機能及び機械的支持機能も有している。
【００４０】
本発明のＥＭＩシールド・ヒートシンクは、特にノートブックコンピュータに有益である。本発明者等は、約４ｃｍ未満の垂直高さを有するノートブックコンピュータのコンピュータベースセクション５０に適合するように設計されたＥＭＩシールド・ヒートシンク構造を成功裡に組み込むことができた。しかし、本発明は、より小さい垂直間隔を有する電子装置にも適用可能である。熱拡散プレート２００は、好ましくは、厚さ約１ｍｍ未満である。フォームシールドなどのＥＭＩシールド材料は、厚さ約０．１乃至１．０ｍｍで入手可能である。従って、熱拡散プレート２００の結合高さと底部パネル２３０と接地タブ２２５を有する材料の厚さはせいぜい２、３ｍｍである。その結果、本発明者等は、２乃至３ｃｍの垂直間隔を有する超小型ノートブック及びパームトップコンピュータなどの垂直間隔が実質的に４ｃｍ未満である多種多様の電子機器用途に本発明が有効に使用可能であると信じている。
【００４１】
本発明の好ましい実施例とその変形を詳細にここで説明したが、本発明はそれらの正確な実施例及び変形に限定されないこと、及び、別の変形及び変更が添付の特許請求の範囲で定義されるように本発明の要旨及び範囲を逸脱せずに当業者によって実施可能であることが理解されるであろう。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、放熱と電磁妨害シールドを達成しつつ小型かつ薄型で、機械的強度にも優れたノートブックコンピュータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 コンピュータベースセクションとＬＣＤディスプレイセクションとを示すノートブックコンピュータの斜視図である。
【図２】 本発明の実施例の電磁妨害シールド、マザーボード及びヒートシンクの分解斜視図である。
【図３】 線３‘−３‘に沿った図２のＥＭＩシールドトレイの側面図である。
【図４】 追加的な導電性スペーサ体を有する線３‘−３‘に沿った図２のＥＭＩシールド・ヒートシンクアッセンブリの実施例の側面図である。
【図５】 導電性スペーサ体の代わりの絶縁スペーサ体を除いて図４と同様である本発明の実施例の側面図である。
【図６】 ＬＣＤベゼルの後方に配置された補助ヒートシンクが熱結合されている本発明の実施例の部分斜視図である。
【図７】 コンピュータベースセクションにおける熱拡散プレートが追加的支持機能を果たす本発明の実施例の側面図である。
【符号の説明】
１０ 小型ノートブックコンピュータ
２０ ＬＣＤ画面
３０ ＬＣＤベゼルフレーム
４０ ヒンジ
５０ コンピュータベース部
６０ コンピュータキーボードセクション
７０ 位置決め装置
８０ モジュール
９０ モジュール
２００ 熱拡散プレート
２０５ 伝熱性ブロック
２１０ マザーボード
２１５ 電子コンポーネント（チップ）
２２０ 容器
２２５ 接地タブ
２４０ 絶縁層
２４５ 導電層
２５０ 伝熱部材
２５５ 補助ヒートシンク
２６０ ＬＣＤベゼル
３００ 熱拡散プレート
３２０ マザーボードアッセンブリ
３３０ ＥＭＩ容器
３３５ 上ケース
３４０ キーボード支持領域
３５０ コンピュータキーボード

Claims (9)

1. コンピュータベースセクションと液晶ディスプレイとを有するノートブックコンピュータのマザーボード用の薄型放熱電磁妨害シールドノートブックコンピュータアッセンブリであって、プリント基板アッセンブリを有する前記コンピュータベースセクションに配置されるマザーボードと、前記マザーボードの表面にマウントされた発熱回路素子と、熱拡散プレートと、前記熱拡散プレートの表面に配置された伝熱性ブロックと、前記マザーボードの表面と前記熱拡散プレートの間に配置されて、前記伝熱性ブロックと高放熱回路とを熱結合するのに十分な所定距離だけ前記熱拡散プレートの表面と前記マザーボードの表面とを分離させる大きさを有するスペーサ体と、電磁妨害シールド材料からなり、前記マザーボードを収納する大きさと一の開口端とを有する容器であって、当該容器の前記開口端に近接する前記容器のシールド材料に結合された接地タブを有する容器とを有し、前記マザーボードの周囲に電磁妨害シールド筐体を形成するために、前記接地タブが前記容器を前記熱拡散プレートに電気的に結合しながら前記容器は前記熱拡散プレートに係合する形状を有するノートブックコンピュータアッセンブリ。
2. 前記熱拡散プレートは前記ノートブックコンピュータの少なくとも一の他の要素を機械的に支持するのに使用される請求項１記載のノートブックコンピュータアッセンブリ。
3. 前記熱拡散プレートに熱結合されているヒートシンクを更に有する請求項１記載のノートブックコンピュータアッセンブリ。
4. 前記ヒートシンクは前記ノートブックコンピュータの前記ディスプレイセクションに配置されている請求項３記載のノートブックコンピュータアッセンブリ。
5. 前記ヒートシンクは伝熱性部材によって前記熱拡散プレートに結合されている請求項４記載のノートブックコンピュータアッセンブリ。
6. 前記容器は底部パネルに取り付けられた４つの側壁パネルを有し、前記容器の前記パネルは外部の連続的導電層と内部の電気絶縁層とを有する請求項１記載のノートブックコンピュータアッセンブリ。
7. 前記容器の前記接地タブを前記熱拡散プレートに機械的に接触させることによって前記容器の前記接地タブの前記導電層の一部が前記熱拡散プレートに電気的に結合されるように、前記容器の前記側壁パネルは少なくとも一の接地タブを形成するために折り曲げられる請求項６記載のノートブックコンピュータアッセンブリ。
8. 前記容器の前記パネルは、外部の連続的導電層と内部の電気絶縁層からなる弾性パネルを有する請求項７記載のノートブックコンピュータアッセンブリ。
9. 少なくとも６０℃の温度変化に亘って前記接地タブが前記熱拡散プレートと電気的接触を維持するように、前記容器は十分に押圧される請求項８記載のノートブックコンピュータアッセンブリ。

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