JP4270667B2 - 回路部品の冷却装置および電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージのような回路部品の放熱を促進させる冷却装置、およびこの冷却装置を搭載した電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブック形のポータブルコンピュータや移動体情報機器に代表される携帯形の電子機器は、文字、音声および画像のような多用のマルチメディア情報を処理するためのＭＰＵ：microprocessing unitを備えている。この種のＭＰＵは、処理速度の高速化や多機能化に伴って消費電力が増加の一途を辿り、それ故、動作中の発熱量もこれに比例して急速に増大する傾向にある。
【０００３】
そのため、発熱量の大きなＭＰＵをポータブルコンピュータの筐体に収容するに当っては、この筐体の内部でのＭＰＵの放熱性を高める必要があり、それ故、ヒートシンクや電動式のファンユニットのようなＭＰＵ専用の冷却手段が必要不可欠な存在となりつつある。
【０００４】
従来のヒートシンクは、アルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料にて構成されている。ヒートシンクは、ＭＰＵが実装された回路基板にリジッドに固定されており、このヒートシンクの受熱部にＭＰＵが熱的に接続されている。この際、ヒートシンクの受熱部とＭＰＵとの間に隙間が存在すると、この隙間がＭＰＵから受熱部への熱伝導を妨げる一種の断熱層となるので、従来では、受熱部とＭＰＵとの間に熱伝導性のグリスを充填したり、あるいは熱伝導性を有するゴム製の伝熱シートを介在させることで、受熱部とＭＰＵとの密着性を高めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パーソナルコンピュータ用のＭＰＵとしては、一般に半導体パッケージが用いられている。この種の半導体パッケージは、回路基板に実装した状態において、この回路基板に対する実装高さが±０．２５mmの範囲でばらつくことがあり得る。また、ヒートシンクにしても金属材料の射出成形品にて構成されているので、その受熱部を含む各部に寸法公差が生じることがあり、このヒートシンクを回路基板に取り付けた状態において、受熱部から回路基板までの寸法にばらつきが生じることがあり得る。
【０００６】
このため、従来では、ＭＰＵと受熱部との間に伝熱シートを介在させるに当り、この伝熱シートの厚みを寸法公差等によって生じる隙間の最大値を上回るような値に設定し、この肉厚な伝熱シートをＭＰＵと受熱部との間で弾性変形させることにより、ＭＰＵの実装高さのばらつきやヒートシンクの寸法公差を吸収している。
【０００７】
ところが、伝熱シートのような柔軟なゴム状弾性体は、一般的に密度が小さく、金属材料に比べて熱伝導性能が低いので、肉厚な伝熱シートを用いてＭＰＵの実装高さのばらつきやヒートシンクの寸法公差を吸収する従来の構成では、この伝熱シートの存在によって逆にＭＰＵから受熱部への熱伝導が妨げられる虞があり得る。
【０００８】
このため、ＭＰＵにヒートシンクを熱的に接続したにも拘らず、所望の冷却効果を充分に発揮させることができなくなり、この点において改善の余地が残されている。
【０００９】
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、回路部品と受熱ブロックとの密着性を高めて、回路部品の熱を効率良く放出することができる冷却装置および電子機器を得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る冷却装置は、
回路基板の第１の面に実装された回路部品の放熱を促進させるヒートシンクを備えている。
上記ヒートシンクは、上記回路基板の第１の面に固定された板状のベースと、上記回路部品に熱的に接続された受熱ブロックと、上記ベースに固定され、上記受熱ブロックをスライド可能に貫通することで上記受熱ブロックを上記回路部品に近づいたり遠ざかる方向に移動可能に上記ベースに支持するとともに、上記受熱ブロックに伝えられた上記回路部品の熱を上記ベースに逃す複数の軸部と、上記軸部の外周に装着され、上記受熱ブロックを常に上記回路部品の方向に弾性的に付勢する複数の弾性体と、を備えていることを特徴としている。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る電子機器は、
筐体と、
上記筐体に収容され、第１の面を有する回路基板と、
上記回路基板の第１の面に実装された発熱する回路部品と、
上記筐体に収容され、上記回路部品の放熱を促進させるヒートシンクと、を備えている。
上記ヒートシンクは、上記回路基板の第１の面に固定された板状のベースと、上記回路部品に熱的に接続された受熱ブロックと、上記ベースに固定され、上記受熱ブロックをスライド可能に貫通することで上記受熱ブロックを上記回路部品に近づいたり遠ざかる方向に移動可能に上記ベースに支持するとともに、上記受熱ブロックに伝えられた上記回路部品の熱を上記ベースに逃す複数の軸部と、上記軸部の外周に装着され、上記受熱ブロックを常に上記回路部品の方向に弾性的に付勢する複数の弾性体と、を備えていることを特徴としている。
【００１２】
このような構成によれば、回路部品の実装高さにばらつきが生じたり、あるいは受熱ブロックに寸法公差が生じたとしても、この受熱ブロックが移動することで実装高さのばらつきや寸法公差分を吸収する。
【００１３】
しかも、受熱ブロックは、常に回路部品に押し付けようとする力を受けるので、これら受熱ブロックと回路部品との密着性が良好となる。このため、受熱ブロックと回路部品との間に伝熱シートを介在させるにしても、この伝熱シートに実装高さのばらつきや寸法公差を吸収する機能を付加する必要はなく、この伝熱シートを必要最小限度まで薄くすることができる。
【００１４】
したがって、回路部品が発熱した場合に、この回路部品の熱を効率良く受熱ブロックに伝えることができる。
加えて、受熱ブロックに伝えられた回路部品の熱は、複数の軸部を通じてベースに拡散される。このため、回路部品の熱は、受熱ブロックからベースへの拡散による自然空冷によっても放出されることになり、ヒートシンクの放熱面積を充分に確保できる。よって、回路部品の冷却効率を高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第１の実施の形態をポータブルコンピュータに適用した図１ないし図８にもとづいて説明する。
【００２０】
図１は、電子機器としてのブック形のポータブルコンピュータ１を開示している。ポータブルコンピュータ１は、コンピュータ本体２と、このコンピュータ本体２に支持されたディスプレイユニット３とを備えている。
【００２１】
コンピュータ本体２は、筐体４を有している。筐体４は、底壁４ａ、上壁４ｂ、左右の側壁４ｃおよび前壁４ｄを有する偏平な箱状をなしており、その左側の側壁４ｃの後端部に排気口５が開口されている。
【００２２】
筐体４の上壁４ｂは、パームレスト６とキーボード装着口７とを有している。パームレスト６は、上壁４ｂの前半部において筐体４の幅方向に沿って延びている。キーボード装着口７は、パームレスト６の後方に位置されており、このキーボード装着口７にキーボード８が取り付けられている。
【００２３】
筐体４の上壁４ｂは、上向きに突出する一対のディスプレイ支持部１０ａ，１０ｂを有している。ディスプレイ支持部１０ａ，１０ｂは、上壁４ｂの後端部において筐体４の幅方向に互いに離間して配置されている。
【００２４】
ディスプレイユニット３は、偏平な箱状のディスプレイハウジング１１と、このディスプレイハウジング１１に収容された液晶表示装置１２とを有している。ディスプレイハウジング１１は、表示用開口部１３が形成された前面を有し、この表示用開口部１３を通じて液晶表示装置１２の表示画面１２ａが外方に露出されている。
【００２５】
ディスプレイハウジング１１は、脚部１４を有している。脚部１４は、ディスプレイ支持部１０ａ，１０ｂの間に介在されているとともに、図示しないヒンジ装置を介して筐体４に回動可能に支持されている。このため、ディスプレイユニット３は、パームレスト６やキーボード８を上方から覆うように倒される閉じ位置と、パームレスト６、キーボード８および表示画面１２ａを露出させる開き位置とに亘って回動し得るようになっている。
【００２６】
図２や図７に示すように、筐体４の内部には回路基板１６が収容されている。回路基板１６は、筐体４の底壁４ａにねじ止めされて、この底壁４ａと平行に配置されている。回路基板１６は、第１の面としての上面１６ａと、第２の面としての下面１６ｂとを有している。この回路基板１６の上面１６ａの後端部には、回路部品としてのBGA形の半導体パッケージ１８が実装されている。
【００２７】
半導体パッケージ１８は、マトリクス状に並べられた多数の半田ボール１９を有するベース基板２０と、このベース基板２０に実装されたＩＣチップ２１とを有している。ＩＣチップ２１は、文字、音声および画像のような多用のマルチメディア情報を処理するため、動作中の消費電力が大きくなっており、それに伴いＩＣチップ２１の放熱量も冷却を必要とする程に大きなものとなっている。そして、この半導体パッケージ１８は、上記半田ボール１９を介して回路基板１６の上面１６ａに直接半田付けされており、上記筐体４の後端左側部に位置されている。
【００２８】
回路基板１６の上面１６ａには、半導体パッケージ１８の冷却を促進させるための冷却装置２５が取り付けられている。冷却装置２５は、図３や図４に見られるように、ヒートシンク２６と、電動式のファンユニット２７とを備えている。
【００２９】
ヒートシンク２６は、例えばアルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料を射出成形することで構成されている。このヒートシンク２６は、ベース２８と、このベース２８に支持された受熱ブロック２９とを備えている。ベース２８は、筐体４の幅方向に延びる細長い板状をなしており、このベース２８の長手方向に沿う一端部には、図５や図７に示す通孔３０が開口されている。通孔３０は、半導体パッケージ１８よりも大きな開口形状を有している。
【００３０】
図５に最も良く示されるように、ベース２８は、一対のガイド部３１ａ，３１ｂと、ねじ孔３２を有する三つの支持部３３ａ〜３３ｃとを有している。これらガイド部３１ａ，３１ｂおよび支持部３３ａ〜３３ｃは、通孔３０の開口縁部に位置されている。ガイド部３１ａ，３１ｂは、ベース２８の上面から上向きに突出する円盤状をなしており、通孔３０を挟んで互いに向かい合っている。支持部３３ａ〜３３ｃは、ガイド部３１ａ，３１ｂに隣接した位置において、通孔３０の周方向に間隔を存して配置されており、これら支持部３３ａ〜３３ｃにしてもベース２８の上面から僅かに上向きに突出する円盤状をなしている。
【００３１】
ベース２８の周縁部には、複数の支持脚３５が一体に形成されている。これら支持脚３５は、夫々図示しないねじを介して回路基板１６の上面１６ａに固定されている。このため、ベース２８は、筐体４の後端左側部において回路基板１６と平行に配置されており、このベース２８の通孔３０の内側に半導体パッケージ１８が入り込んでいる。
【００３２】
また、ベース２８の一端部には、ファン取り付け部３６が一体に形成されている。ファン取り付け部３６は、通孔３０に隣接した位置において、ベース２８の上方に向けて張り出すとともに、上記筐体４の側壁４ｃの排気口５と向かい合っている。
【００３３】
なお、ベース２８の上面には、多数の柱状の冷却フィン３７が一体に形成されており、これら冷却フィン３７は、上記ファン取り付け部３６とは通孔３０を挟んだ反対側に位置されている。
【００３４】
図５に示すように、上記受熱ブロック２９は、ベース２８の通孔３０を上方から覆うような大きさを有する平坦な板状をなしている。この受熱ブロック２９は、上面３９ａおよび下面３９ｂを有し、この下面３９ｂがベース２８の通孔３０と向かい合っている。下面３９ｂの略中央部には、下向きに僅かに張り出す凸部４０が形成されている。凸部４０は、通孔３０の内側に位置されており、この凸部４０の下端は、上記半導体パッケージ１８のＩＣチップ２１と対向し合う平坦な受熱面４０ａをなしている。
【００３５】
また、受熱ブロック２９は、一対のガイド孔４２ａ，４２ｂと、三つの取り付け座部４３ａ〜４３ｃとを有している。ガイド孔４２ａ，４２ｂおよび取り付け座部４３ａ〜４３ｃは、受熱面４０の周囲に位置されており、これらガイド孔４２ａ，４２ｂ内に上記ベース２８のガイド部３１ａ，３１ｂが上下方向にスライド可能に嵌合されて、受熱ブロック２９とベース２８との位置決めがなされている。取り付け座部４３ａ〜４３ｃは、受熱ブロック２９の上面に露出された平坦なばね受け部４４を有している。これらばね受け部４４の中央には、嵌合孔４５が開口されており、これら嵌合孔４５は、上記ベース２８の支持部３３ａ〜３３ｃと向かい合っている。
【００３６】
なお、受熱ブロック２９は、その上面３９ａから上向きに突出する多数の軸状の放熱フィン４６を有し、これら放熱フィン４６は、取り付け座部４３ａ〜４３ｃを避けるようにして上面３９ａの略全面に亘って配置されている。
【００３７】
図２ないし図６に示すように、受熱ブロック２９は、三つの取り付けねじ４７を介してベース２８に支持されている。取り付けねじ４７は、図８に拡大して示すように、円柱状の軸部４８ａと、この軸部４８ａの一端に同軸状に連なる雄ねじ部４８ｂと、上記軸部４８ｂの他端に連なるフランジ部４８ｃとを有している。軸部４８ａは、受熱ブロック２９の上方から嵌合孔４５にスライド可能に挿通されており、この軸部４８ａに連なる雄ねじ部４８ｂがベース２８のねじ孔３２にねじ込まれている。そのため、受熱ブロック２９は、軸部４８ａをガイドとして半導体パッケージ１８に近づいたり遠ざかる方向に上下に移動可能となっており、上記ベース２８に対し浮動的に支持されている。
【００３８】
取り付けねじ４７のフランジ部４８ｃは、軸部４８ａの径方向外側に張り出しており、受熱ブロック２９のばね受け部４４と向かい合っている。これらフランジ部４８ｃと受熱ブロック２９のばね受け部４４との間には、弾性体としての圧縮コイルばね５０が圧縮状態で介在されており、この圧縮コイルばね５０は、軸部４８ａの外周に装着されている。このため、受熱ブロック２９は、常に圧縮コイルばね５０を介して半導体パッケージ１８に近づく方向に弾性的に付勢されている。
【００３９】
図７や図８に示すように、受熱ブロック２９の受熱面４０ａと半導体パッケージ１８のＩＣチップ２１との間には、伝熱シート５１が介在されている。伝熱シート５１は、例えばシリコーン樹脂にアルミナを添加してなるゴム状の弾性体であり、熱伝導性を有している。伝熱シート５１は、受熱面４０ａとＩＣチップ２１との間で弾性的に挟み込まれており、この伝熱シート５１を介して受熱面４０ａとＩＣチップ２１とが熱的に接続されている。
【００４０】
図４に示すように、上記ファンユニット２７は、ファンケーシング５５と、このファンケーシング５５に偏平モータ（図示せず）を介して支持されたロータ５６とを有している。ファンケーシング５５は、アルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料にて構成され、上記ベース２８のファン取り付け部３６にねじ止めされている。そして、このファンユニット２７は、ロータ５６の回転軸線Ｏ1を水平にした縦置きの姿勢でベース２８に一体的に組み込まれており、そのロータ５６が上記筐体４の排気口５と向かい合っている。
【００４１】
このため、ファンユニット２７のロータ５６が回転駆動されると、筐体４の内部の空気が冷却風となってヒートシンク２６に向けて流れ、この冷却風は、ヒートシンク２６を冷却した後、排気口５を通じて筐体４の外方に排出されるようになっている。
【００４２】
図７および図８に示すように、上記回路基板１６の下面１６ｂには、金属製の補強板５７が取り付けられている。補強板５７は、半導体パッケージ１８のベース基板２０の外周部に沿うような枠状をなしている。そして、この補強板５７は、半導体パッケージ１８の実装部に対応する位置に設置されており、上記受熱ブロック２９をＩＣチップ２１に向けて押圧したことに伴う回路基板１６の反りや撓みを防止している。
【００４３】
このような構成のポータブルコンピュータ１によると、半導体パッケージ１８の放熱を促進させるヒートシンク２６は、半導体パッケージ１８と共に回路基板１６に固定されたベース２８と、このベース２８に浮動的に支持された受熱ブロック２９とで構成され、この受熱ブロック２９は、圧縮コイルばね５０を介して常に半導体パッケージ１８のＩＣチップ２１に近づく方向に弾性的に付勢されている。
【００４４】
このため、回路基板１６上での半導体パッケージ１８の実装高さにばらつきが生じたり、あるいはベース２８や受熱ブロック２９に寸法公差が生じたとしても、受熱ブロック２９がガイド部３１ａ，３１ｂや取り付けねじ４７の軸部４８ａをガイドとして上下にスライドすることで実装高さのばらつきや寸法公差分を吸収する。
【００４５】
しかも、受熱ブロック２９は、常に圧縮コイルばね５０を介して半導体パッケージ１８のＩＣチップ２１に押し付けようとする力を受けているので、受熱ブロック２９の受熱面４０ａとＩＣチップ２１との密着性を高めることができ、それ故、受熱面４０ａとＩＣチップ２１との間に伝熱シート５１を介在させるにしても、この伝熱シート５１に実装高さのばらつきや寸法公差分を吸収する機能を付加する必要はない。このため、伝熱シート５１は、ＩＣチップ２１の熱を受熱面４０ａの全面に亘って分散し得る程度の肉厚を有していれば良いことになり、この伝熱シート５１を必要最小限度まで薄くすることができる。
【００４６】
したがって、ＩＣチップ２１から受熱ブロック２９の受熱面４０ａへの熱伝導が効率良く行われる。
【００４７】
また、受熱ブロック２９の嵌合孔４５には、取り付けねじ４７の軸部４８ａが嵌合されているので、受熱ブロック２９に伝えられたＩＣチップ２１の熱は、取り付けねじ４７の軸部４８ａから雄ねじ部４８ｂを通じてベース２８の支持部３３ａ〜３３ｃに逃され、ここからベース２８に拡散される。このため、ＩＣチップ２１の熱は、受熱ブロック２９からベース２８への拡散による自然空冷によって放出され、筐体４の内部での放熱面積を充分に確保することができる。
【００４８】
一方、ポータブルコンピュータ１の使用中に、ＩＣチップ２１の温度が予め規定された値を上回ると、ファンユニット２７のロータ５６が回転駆動される。このロータ５６の回転により、筐体４の内部にファンユニット２７に向かう冷却風の流れが形成され、この冷却風の流れ経路にヒートシンク２６のベース２８や受熱ブロック２９が位置される。このため、ＩＣチップ２１の熱を受ける受熱ブロック２９が空気を媒体とする強制対流により強制的に冷却されることになり、この受熱ブロック２９に充分に伝えられたＩＣチップ２１の熱は、空気流に乗じて排気口５から放出される。
【００４９】
加えて、ベース２８および受熱ブロック２９は、夫々冷却フィン３７，４６を有するので、筐体４の内部でのヒートシンク２６の放熱面積が増大するのは勿論のこと、このヒートシンク２６と冷却風との接触面積が増大する。よって、受熱ブロック２９に伝えられたＩＣチップ２１の熱を効率良く放出することができ、充分な冷却能力を確保することができる。
【００５０】
また、上記構成によると、回路基板１６の下面には、半導体パッケージ１８の実装部に対応する位置に金属製の補強板５７が取り付けられているので、受熱ブロック２９をＩＣチップ２１に押し付けたことに伴う回路基板１６の反りや撓みを防止することができる。このため、BGA形の半導体パッケージ１８が回路基板１９に向けて押圧されるにも拘わらず、特定の半田ボール１９と回路基板１６との半田接合部に応力が加わるのを防止でき、電気的接続の信頼性が向上する。
【００５１】
なお、本発明は上記第１の実施の形態に特定されるものではなく、図９に本発明の第２の実施の形態を示す。
【００５２】
この第２の実施の形態は、半導体パッケージ１８の放熱を促進させる冷却装置６１の構成が上記第１の実施の形態と相違しており、それ以外のポータブルコンピュータ１の基本的な構成は第１の実施の形態と同様である。このため、第２の実施の形態において、上記第１の実施の形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００５３】
図９の（Ａ）に示すように、冷却装置６１は、ヒートシンク６２と電動式のファンユニット６３とを備えている。ヒートシンク６２は、ベースプレート６４と、このベースプレート６４に支持された受熱ブロック６５とで構成されている。
【００５４】
ベースプレート６４は、平坦な長方形の板状をなしており、回路基板１６の上方に配置されている。このベースプレート６４は、回路基板１６の上面１６ａに複数の円柱状のスペーサ６６を介して支持されている。スペーサ６６は、熱伝導性を有する金属材料にて構成され、これらスペーサ６６の下端には、図９の（Ｂ）に示すような雄ねじ部６７が同軸状に形成されている。雄ねじ部６７は、金属製の補強板７０を介して回路基板１６に結合されている。
【００５５】
すなわち、補強板７０は、回路基板１６の下面１６ｂに重ね合わされて半導体パッケージ１８の実装部分を下方から補強している。この補強板７０の外周部には、上向きに突出する複数の円筒部７１が形成されている。円筒部７１は、ベースプレート６４にバーリング加工を施すことにより構成され、これら円筒部７１の内面に雌ねじ部７２が形成されている。
【００５６】
補強板７０の円筒部７１は、回路基板１６に開けた通孔７３に嵌合されており、この嵌合により、回路基板１６と補強板７０との位置決めがなされている。通孔７３は、回路基板１６を厚み方向に貫通して回路基板１６の上面１６ａに開口されており、この通孔７３内にスペーサ６６の雄ねじ部６７が上方から挿入されている。そして、スペーサ６６の雄ねじ部６７は、円筒部７１の雌ねじ部７２にねじ込まれている。このため、スペーサ６６と補強板７０とは、回路基板１６を挟み込んだ状態で互いに結合されており、この回路基板１６の上面１６ａからスペーサ６６が上向きに突出されている。
【００５７】
上記ベースプレート６４は、スペーサ６６の上端に突き合わされるとともに、このスペーサ６６にねじ７４を介して固定されている。このベースプレート６４は、第１の取り付け部７６と第２の取り付け部７７とを備えており、これら取り付け部７６，７７は、ベースプレート６４の下面において互いに並べて配置されている。第１の取り付け部７６は、回路基板１６の上方に位置されて半導体パッケージ１８と向かい合っている。第２の取り付け部７７は、回路基板１６の側方に突出されて筐体４の底壁４ａと向かい合っている。
【００５８】
上記受熱ブロック６５は、アルミニウム合金の射出成形品にて構成されている。受熱ブロック６５は、半導体パッケージ１８を上方から覆うような大きさを有する板状をなしており、この受熱ブロック６５の下面の中央部に下向きに僅かに張り出す凸部７８が形成されている。凸部７８の下端は、半導体パッケージ１８のＩＣチップ２１と対向し合う平坦な受熱面７８ａをなしている。
【００５９】
また、受熱ブロック６５は、複数のガイド孔７９と複数の放熱フィン８０とを有している。ガイド孔７９は、凸部７８の周囲に位置されており、これらガイド孔７９の開口縁部には、上向きに延びる円筒状のガイド壁８１が形成されている。放熱フィン８０は、受熱ブロック６５の上面から上向きに突出されている。これら放熱フィン８０は、凸部７８の反対側に位置されている。
【００６０】
受熱ブロック６５は、複数の取り付けねじ４７を介してベースプレート６４の第１の取り付け部７６に支持されている。取り付けねじ４７の軸部４８ａは、受熱ブロック６５の下方からガイド孔７９にスライド可能に挿通されており、この軸部４８ａに連なる雄ねじ部４８ｂがベースプレート６４の第１の取り付け部７６にねじ込まれている。そのため、受熱ブロック６５は、軸部４８ａをガイドとして半導体パッケージ１８に近づいたり遠ざかる方向に上下に移動可能となっており、ベースプレート６４に対し浮動的に支持されている。
【００６１】
受熱ブロック６５の外周部とベースプレート６４の下面との間には、圧縮コイルばね５０が圧縮状態で介在されており、この圧縮コイルばね５０は、軸部４８ａの外周に装着されている。このため、受熱ブロック６５は、常に圧縮コイルばね５０を介して半導体パッケージ１８に近づく方向に弾性的に付勢されており、その凸部７８の受熱面７８ａが伝熱シート５１を介してＩＣチップ１９に熱的に接続されている。
【００６２】
なお、上記取り付けねじ４７のフランジ部４８ｃは、受熱ブロック６５の外周部の下面と向かい合っており、軸部４８ａからの受熱ブロック６５の脱落を阻止するストッパとして機能している。
【００６３】
図９の（Ａ）に示すように、上記ファンユニット６３は、ベースプレート６４の第２の取り付け部７７に支持されている。ファンユニット６３は、偏平なファンケーシング８５と、このファンケーシング８５に偏平モータ（図示せず）を介して支持されたロータ８６とを備えている。ファンケーシング８５は、ロータ８６を取り囲むような枠状をなしており、このファンケーシング８５の一端に吸込口８７が開口されているとともに、ファンケーシング８５の周壁に排出口８８が開口されている。
【００６４】
このファンユニット６３は、ロータ８６の回転軸線Ｏ1を垂直にした横置きの姿勢でベースプレート６４の第２の取り付け部７７に一体的に組み込まれている。そのため、ファンユニット６３は、筐体４の内部においてベースプレート６４に沿うように配置されており、その排出口８８が上記受熱ブロック６５と向かい合っている。
【００６５】
このような構成によると、ヒートシンク６２の受熱ブロック６５は、回路基板１６上の半導体パッケージ１８に対し近づいたり遠ざかる方向に上下に移動可能に浮動的に支持されているので、半導体パッケージ１８の実装高さにばらつきが生じたり、あるいは受熱ブロック６５に寸法公差が生じたとしても、受熱ブロック６５が取り付けねじ４７の軸部４８ａをガイドとして上下にスライドすることで実装高さのばらつきや寸法公差分を吸収する。
【００６６】
しかも、受熱ブロック６５は、常に圧縮コイルばね５０を介して半導体パッケージ１８のＩＣチップ２１に押し付けようとする力を受けているので、受熱ブロック６５の受熱面７８ａとＩＣチップ２１との密着性が高まる。
【００６７】
したがって、受熱面７８ａとＩＣチップ２１との間に伝熱シート５１を介在させるにしても、この伝熱シート５１に実装高さのばらつきや寸法公差分を吸収する機能を付加する必要はなく、上記第１の実施の形態と同様に伝熱シート５１を必要最小限度まで薄くすることができる。
【００６８】
よって、ＩＣチップ２１から受熱ブロック６５への熱伝導を効率良く行なうことができる。
【００６９】
また、受熱ブロック６５に伝えられたＩＣチップ２１の熱は、取り付けねじ４７の軸部４８ａからねじ部４８ｂを通じてベースプレート６４の第２の取り付け部７７に逃され、ここからベースプレート６４全体に拡散される。このため、ＩＣチップ２１の熱は、受熱ブロック６５からベースプレート６４への拡散による自然空冷によって放出され、筐体４の内部での放熱面積を充分に確保することができる。
【００７０】
一方、ポータブルコンピュータ１の使用中に、ＩＣチップ２１の温度が予め規定された値を上回ると、ファンユニット６３のロータ８６が回転駆動される。このロータ８６の回転により、筐体４の内部の空気がファンケーシング８５の吸込口８７に吸い込まれるとともに、この吸い込まれた空気は冷却風となって排出口８８から受熱ブロック６５に向けて吐出される。
【００７１】
このため、ＩＣチップ２１の熱を受ける受熱ブロック６５が空気を媒体とする強制対流により強制的に冷却されることになり、この受熱ブロック６５に充分に伝えられたＩＣチップ２１の熱は、空気流に乗じて受熱ブロック６５から持ち去られる。したがって、受熱ブロック６５に伝えられたＩＣチップ２１の熱を効率良く放出することができ、充分な冷却能力を確保することができる。
【００７２】
また、上記構成によると、回路基板１６のうち半導体パッケージ１８の実装部分は、金属製の補強板７０によって補強されているので、受熱ブロック６５をＩＣチップ２１に押し付けたことに伴う回路基板１６の反りや撓みを防止することができる。このため、BGA形の半導体パッケージ１８が回路基板１６に向けて押圧されるにも拘わらず、特定の半田ボール１９と回路基板１６との半田接合部に応力が加わるのを防止でき、電気的接続の信頼性が向上する。
【００７３】
それとともに、ねじ７４を緩めてベースプレート６４をスペーサ６６から分離させれば、ヒートシンク６２を回路基板１６上から取り外すことができる。このため、半導体パッケージ１８の保守作業を行なうに当って、回路基板１６を筐体４の内部から取り出したり、補強板７０を回路基板１６から取り外す必要はなく、保守点検時の作業性を良好に維持することができる。
【００７４】
なお、発熱する回路部品は、BGA形の半導体パッケージに特定されるものではなく、その他の多ピン形のLSIであっても良い。
【００７５】
また、上記実施の形態では、半導体パッケージのＩＣチップと受熱ブロックとの間に伝熱シートを介在させるようにしたが、この伝熱シートの代わりに熱伝導性のグリスを用いても良いとともに、場合によっては伝熱シートやグリスを省略して受熱ブロックをＩＣチップに直接接触させるようにしても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、回路部品の熱を効率良く受熱ブロックおよびベースに伝えることができ、その分、回路部品の放熱性能が高められて、充分な冷却性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るポータブルコンピュータの斜視図。
【図２】ポータブルコンピュータの筐体にヒートシンクを組み込んだ状態を示す斜視図。
【図３】冷却装置の斜視図。
【図４】冷却装置の斜視図。
【図５】ベースプレートと受熱ブロックとを分離させた状態を示すヒートシンクの斜視図。
【図６】回路基板にヒートシンクを組み込んだ状態を示す平面図。
【図７】図６のＦ７−Ｆ７線に沿う断面図。
【図８】受熱ブロックの支持構造を示す断面図。
【図９】（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態において、筐体の内部に冷却装置を組み込んだ状態を示すポータブルコンピュータの断面図。
（Ｂ）は、スペーサの雄ねじ部を補強板の雌ねじ部にねじ込んだ状態を示す断面図。
（Ｃ）は、回路基板と補強板の円筒部との位置関係を示す断面図。
【符号の説明】
４…筐体、１６…回路基板、１６ａ…第１の面（上面）、１８…回路部品（半導体パッケージ）、２６，６２…ヒートシンク、２８，６４…ベース（ベースプレート）、２９，６５…受熱ブロック、４８ａ…軸部、５０…弾性体（圧縮コイルばね）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージのような回路部品の放熱を促進させる冷却装置、およびこの冷却装置を搭載した電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブック形のポータブルコンピュータや移動体情報機器に代表される携帯形の電子機器は、文字、音声および画像のような多用のマルチメディア情報を処理するためのＭＰＵ：microprocessing unitを備えている。この種のＭＰＵは、処理速度の高速化や多機能化に伴って消費電力が増加の一途を辿り、それ故、動作中の発熱量もこれに比例して急速に増大する傾向にある。
【０００３】
そのため、発熱量の大きなＭＰＵをポータブルコンピュータの筐体に収容するに当っては、この筐体の内部でのＭＰＵの放熱性を高める必要があり、それ故、ヒートシンクや電動式のファンユニットのようなＭＰＵ専用の冷却手段が必要不可欠な存在となりつつある。
【０００４】
従来のヒートシンクは、アルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料にて構成されている。ヒートシンクは、ＭＰＵが実装された回路基板にリジッドに固定されており、このヒートシンクの受熱部にＭＰＵが熱的に接続されている。この際、ヒートシンクの受熱部とＭＰＵとの間に隙間が存在すると、この隙間がＭＰＵから受熱部への熱伝導を妨げる一種の断熱層となるので、従来では、受熱部とＭＰＵとの間に熱伝導性のグリスを充填したり、あるいは熱伝導性を有するゴム製の伝熱シートを介在させることで、受熱部とＭＰＵとの密着性を高めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パーソナルコンピュータ用のＭＰＵとしては、一般に半導体パッケージが用いられている。この種の半導体パッケージは、回路基板に実装した状態において、この回路基板に対する実装高さが±０．２５mmの範囲でばらつくことがあり得る。また、ヒートシンクにしても金属材料の射出成形品にて構成されているので、その受熱部を含む各部に寸法公差が生じることがあり、このヒートシンクを回路基板に取り付けた状態において、受熱部から回路基板までの寸法にばらつきが生じることがあり得る。
【０００６】
このため、従来では、ＭＰＵと受熱部との間に伝熱シートを介在させるに当り、この伝熱シートの厚みを寸法公差等によって生じる隙間の最大値を上回るような値に設定し、この肉厚な伝熱シートをＭＰＵと受熱部との間で弾性変形させることにより、ＭＰＵの実装高さのばらつきやヒートシンクの寸法公差を吸収している。
【０００７】
ところが、伝熱シートのような柔軟なゴム状弾性体は、一般的に密度が小さく、金属材料に比べて熱伝導性能が低いので、肉厚な伝熱シートを用いてＭＰＵの実装高さのばらつきやヒートシンクの寸法公差を吸収する従来の構成では、この伝熱シートの存在によって逆にＭＰＵから受熱部への熱伝導が妨げられる虞があり得る。
【０００８】
このため、ＭＰＵにヒートシンクを熱的に接続したにも拘らず、所望の冷却効果を充分に発揮させることができなくなり、この点において改善の余地が残されている。
【０００９】
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、回路部品と受熱ブロックとの密着性を高めて、回路部品の熱を効率良く放出することができる冷却装置および電子機器を得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る冷却装置は、
回路基板の第１の面に実装された回路部品の放熱を促進させるヒートシンクを備えている。
上記ヒートシンクは、上記回路基板の第１の面に固定された板状のベースと、上記回路部品に熱的に接続された受熱ブロックと、上記ベースに固定され、上記受熱ブロックをスライド可能に貫通することで上記受熱ブロックを上記回路部品に近づいたり遠ざかる方向に移動可能に上記ベースに支持するとともに、上記受熱ブロックに伝えられた上記回路部品の熱を上記ベースに逃す複数の軸部と、上記軸部の外周に装着され、上記受熱ブロックを常に上記回路部品の方向に弾性的に付勢する複数の弾性体と、を備えていることを特徴としている。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る電子機器は、
筐体と、
上記筐体に収容され、第１の面を有する回路基板と、
上記回路基板の第１の面に実装された発熱する回路部品と、
上記筐体に収容され、上記回路部品の放熱を促進させるヒートシンクと、を備えている。
上記ヒートシンクは、上記回路基板の第１の面に固定された板状のベースと、上記回路部品に熱的に接続された受熱ブロックと、上記ベースに固定され、上記受熱ブロックをスライド可能に貫通することで上記受熱ブロックを上記回路部品に近づいたり遠ざかる方向に移動可能に上記ベースに支持するとともに、上記受熱ブロックに伝えられた上記回路部品の熱を上記ベースに逃す複数の軸部と、上記軸部の外周に装着され、上記受熱ブロックを常に上記回路部品の方向に弾性的に付勢する複数の弾性体と、を備えていることを特徴としている。
【００１２】
このような構成によれば、回路部品の実装高さにばらつきが生じたり、あるいは受熱ブロックに寸法公差が生じたとしても、この受熱ブロックが移動することで実装高さのばらつきや寸法公差分を吸収する。
【００１３】
しかも、受熱ブロックは、常に回路部品に押し付けようとする力を受けるので、これら受熱ブロックと回路部品との密着性が良好となる。このため、受熱ブロックと回路部品との間に伝熱シートを介在させるにしても、この伝熱シートに実装高さのばらつきや寸法公差を吸収する機能を付加する必要はなく、この伝熱シートを必要最小限度まで薄くすることができる。
【００１４】
したがって、回路部品が発熱した場合に、この回路部品の熱を効率良く受熱ブロックに伝えることができる。
加えて、受熱ブロックに伝えられた回路部品の熱は、複数の軸部を通じてベースに拡散される。このため、回路部品の熱は、受熱ブロックからベースへの拡散による自然空冷によっても放出されることになり、ヒートシンクの放熱面積を充分に確保できる。よって、回路部品の冷却効率を高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第１の実施の形態をポータブルコンピュータに適用した図１ないし図８にもとづいて説明する。
【００２０】
図１は、電子機器としてのブック形のポータブルコンピュータ１を開示している。ポータブルコンピュータ１は、コンピュータ本体２と、このコンピュータ本体２に支持されたディスプレイユニット３とを備えている。
【００２１】
コンピュータ本体２は、筐体４を有している。筐体４は、底壁４ａ、上壁４ｂ、左右の側壁４ｃおよび前壁４ｄを有する偏平な箱状をなしており、その左側の側壁４ｃの後端部に排気口５が開口されている。
【００２２】
筐体４の上壁４ｂは、パームレスト６とキーボード装着口７とを有している。パームレスト６は、上壁４ｂの前半部において筐体４の幅方向に沿って延びている。キーボード装着口７は、パームレスト６の後方に位置されており、このキーボード装着口７にキーボード８が取り付けられている。
【００２３】
筐体４の上壁４ｂは、上向きに突出する一対のディスプレイ支持部１０ａ，１０ｂを有している。ディスプレイ支持部１０ａ，１０ｂは、上壁４ｂの後端部において筐体４の幅方向に互いに離間して配置されている。
【００２４】
ディスプレイユニット３は、偏平な箱状のディスプレイハウジング１１と、このディスプレイハウジング１１に収容された液晶表示装置１２とを有している。ディスプレイハウジング１１は、表示用開口部１３が形成された前面を有し、この表示用開口部１３を通じて液晶表示装置１２の表示画面１２ａが外方に露出されている。
【００２５】
ディスプレイハウジング１１は、脚部１４を有している。脚部１４は、ディスプレイ支持部１０ａ，１０ｂの間に介在されているとともに、図示しないヒンジ装置を介して筐体４に回動可能に支持されている。このため、ディスプレイユニット３は、パームレスト６やキーボード８を上方から覆うように倒される閉じ位置と、パームレスト６、キーボード８および表示画面１２ａを露出させる開き位置とに亘って回動し得るようになっている。
【００２６】
図２や図７に示すように、筐体４の内部には回路基板１６が収容されている。回路基板１６は、筐体４の底壁４ａにねじ止めされて、この底壁４ａと平行に配置されている。回路基板１６は、第１の面としての上面１６ａと、第２の面としての下面１６ｂとを有している。この回路基板１６の上面１６ａの後端部には、回路部品としてのBGA形の半導体パッケージ１８が実装されている。
【００２７】
半導体パッケージ１８は、マトリクス状に並べられた多数の半田ボール１９を有するベース基板２０と、このベース基板２０に実装されたＩＣチップ２１とを有している。ＩＣチップ２１は、文字、音声および画像のような多用のマルチメディア情報を処理するため、動作中の消費電力が大きくなっており、それに伴いＩＣチップ２１の放熱量も冷却を必要とする程に大きなものとなっている。そして、この半導体パッケージ１８は、上記半田ボール１９を介して回路基板１６の上面１６ａに直接半田付けされており、上記筐体４の後端左側部に位置されている。
【００２８】
回路基板１６の上面１６ａには、半導体パッケージ１８の冷却を促進させるための冷却装置２５が取り付けられている。冷却装置２５は、図３や図４に見られるように、ヒートシンク２６と、電動式のファンユニット２７とを備えている。
【００２９】
ヒートシンク２６は、例えばアルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料を射出成形することで構成されている。このヒートシンク２６は、ベース２８と、このベース２８に支持された受熱ブロック２９とを備えている。ベース２８は、筐体４の幅方向に延びる細長い板状をなしており、このベース２８の長手方向に沿う一端部には、図５や図７に示す通孔３０が開口されている。通孔３０は、半導体パッケージ１８よりも大きな開口形状を有している。
【００３０】
図５に最も良く示されるように、ベース２８は、一対のガイド部３１ａ，３１ｂと、ねじ孔３２を有する三つの支持部３３ａ〜３３ｃとを有している。これらガイド部３１ａ，３１ｂおよび支持部３３ａ〜３３ｃは、通孔３０の開口縁部に位置されている。ガイド部３１ａ，３１ｂは、ベース２８の上面から上向きに突出する円盤状をなしており、通孔３０を挟んで互いに向かい合っている。支持部３３ａ〜３３ｃは、ガイド部３１ａ，３１ｂに隣接した位置において、通孔３０の周方向に間隔を存して配置されており、これら支持部３３ａ〜３３ｃにしてもベース２８の上面から僅かに上向きに突出する円盤状をなしている。
【００３１】
ベース２８の周縁部には、複数の支持脚３５が一体に形成されている。これら支持脚３５は、夫々図示しないねじを介して回路基板１６の上面１６ａに固定されている。このため、ベース２８は、筐体４の後端左側部において回路基板１６と平行に配置されており、このベース２８の通孔３０の内側に半導体パッケージ１８が入り込んでいる。
【００３２】
また、ベース２８の一端部には、ファン取り付け部３６が一体に形成されている。ファン取り付け部３６は、通孔３０に隣接した位置において、ベース２８の上方に向けて張り出すとともに、上記筐体４の側壁４ｃの排気口５と向かい合っている。
【００３３】
なお、ベース２８の上面には、多数の柱状の冷却フィン３７が一体に形成されており、これら冷却フィン３７は、上記ファン取り付け部３６とは通孔３０を挟んだ反対側に位置されている。
【００３４】
図５に示すように、上記受熱ブロック２９は、ベース２８の通孔３０を上方から覆うような大きさを有する平坦な板状をなしている。この受熱ブロック２９は、上面３９ａおよび下面３９ｂを有し、この下面３９ｂがベース２８の通孔３０と向かい合っている。下面３９ｂの略中央部には、下向きに僅かに張り出す凸部４０が形成されている。凸部４０は、通孔３０の内側に位置されており、この凸部４０の下端は、上記半導体パッケージ１８のＩＣチップ２１と対向し合う平坦な受熱面４０ａをなしている。
【００３５】
また、受熱ブロック２９は、一対のガイド孔４２ａ，４２ｂと、三つの取り付け座部４３ａ〜４３ｃとを有している。ガイド孔４２ａ，４２ｂおよび取り付け座部４３ａ〜４３ｃは、受熱面４０の周囲に位置されており、これらガイド孔４２ａ，４２ｂ内に上記ベース２８のガイド部３１ａ，３１ｂが上下方向にスライド可能に嵌合されて、受熱ブロック２９とベース２８との位置決めがなされている。取り付け座部４３ａ〜４３ｃは、受熱ブロック２９の上面に露出された平坦なばね受け部４４を有している。これらばね受け部４４の中央には、嵌合孔４５が開口されており、これら嵌合孔４５は、上記ベース２８の支持部３３ａ〜３３ｃと向かい合っている。
【００３６】
なお、受熱ブロック２９は、その上面３９ａから上向きに突出する多数の軸状の放熱フィン４６を有し、これら放熱フィン４６は、取り付け座部４３ａ〜４３ｃを避けるようにして上面３９ａの略全面に亘って配置されている。
【００３７】
図２ないし図６に示すように、受熱ブロック２９は、三つの取り付けねじ４７を介してベース２８に支持されている。取り付けねじ４７は、図８に拡大して示すように、円柱状の軸部４８ａと、この軸部４８ａの一端に同軸状に連なる雄ねじ部４８ｂと、上記軸部４８ｂの他端に連なるフランジ部４８ｃとを有している。軸部４８ａは、受熱ブロック２９の上方から嵌合孔４５にスライド可能に挿通されており、この軸部４８ａに連なる雄ねじ部４８ｂがベース２８のねじ孔３２にねじ込まれている。そのため、受熱ブロック２９は、軸部４８ａをガイドとして半導体パッケージ１８に近づいたり遠ざかる方向に上下に移動可能となっており、上記ベース２８に対し浮動的に支持されている。
【００３８】
取り付けねじ４７のフランジ部４８ｃは、軸部４８ａの径方向外側に張り出しており、受熱ブロック２９のばね受け部４４と向かい合っている。これらフランジ部４８ｃと受熱ブロック２９のばね受け部４４との間には、弾性体としての圧縮コイルばね５０が圧縮状態で介在されており、この圧縮コイルばね５０は、軸部４８ａの外周に装着されている。このため、受熱ブロック２９は、常に圧縮コイルばね５０を介して半導体パッケージ１８に近づく方向に弾性的に付勢されている。
【００３９】
図７や図８に示すように、受熱ブロック２９の受熱面４０ａと半導体パッケージ１８のＩＣチップ２１との間には、伝熱シート５１が介在されている。伝熱シート５１は、例えばシリコーン樹脂にアルミナを添加してなるゴム状の弾性体であり、熱伝導性を有している。伝熱シート５１は、受熱面４０ａとＩＣチップ２１との間で弾性的に挟み込まれており、この伝熱シート５１を介して受熱面４０ａとＩＣチップ２１とが熱的に接続されている。
【００４０】
図４に示すように、上記ファンユニット２７は、ファンケーシング５５と、このファンケーシング５５に偏平モータ（図示せず）を介して支持されたロータ５６とを有している。ファンケーシング５５は、アルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料にて構成され、上記ベース２８のファン取り付け部３６にねじ止めされている。そして、このファンユニット２７は、ロータ５６の回転軸線Ｏ1を水平にした縦置きの姿勢でベース２８に一体的に組み込まれており、そのロータ５６が上記筐体４の排気口５と向かい合っている。
【００４１】
このため、ファンユニット２７のロータ５６が回転駆動されると、筐体４の内部の空気が冷却風となってヒートシンク２６に向けて流れ、この冷却風は、ヒートシンク２６を冷却した後、排気口５を通じて筐体４の外方に排出されるようになっている。
【００４２】
図７および図８に示すように、上記回路基板１６の下面１６ｂには、金属製の補強板５７が取り付けられている。補強板５７は、半導体パッケージ１８のベース基板２０の外周部に沿うような枠状をなしている。そして、この補強板５７は、半導体パッケージ１８の実装部に対応する位置に設置されており、上記受熱ブロック２９をＩＣチップ２１に向けて押圧したことに伴う回路基板１６の反りや撓みを防止している。
【００４３】
このような構成のポータブルコンピュータ１によると、半導体パッケージ１８の放熱を促進させるヒートシンク２６は、半導体パッケージ１８と共に回路基板１６に固定されたベース２８と、このベース２８に浮動的に支持された受熱ブロック２９とで構成され、この受熱ブロック２９は、圧縮コイルばね５０を介して常に半導体パッケージ１８のＩＣチップ２１に近づく方向に弾性的に付勢されている。
【００４４】
このため、回路基板１６上での半導体パッケージ１８の実装高さにばらつきが生じたり、あるいはベース２８や受熱ブロック２９に寸法公差が生じたとしても、受熱ブロック２９がガイド部３１ａ，３１ｂや取り付けねじ４７の軸部４８ａをガイドとして上下にスライドすることで実装高さのばらつきや寸法公差分を吸収する。
【００４５】
しかも、受熱ブロック２９は、常に圧縮コイルばね５０を介して半導体パッケージ１８のＩＣチップ２１に押し付けようとする力を受けているので、受熱ブロック２９の受熱面４０ａとＩＣチップ２１との密着性を高めることができ、それ故、受熱面４０ａとＩＣチップ２１との間に伝熱シート５１を介在させるにしても、この伝熱シート５１に実装高さのばらつきや寸法公差分を吸収する機能を付加する必要はない。このため、伝熱シート５１は、ＩＣチップ２１の熱を受熱面４０ａの全面に亘って分散し得る程度の肉厚を有していれば良いことになり、この伝熱シート５１を必要最小限度まで薄くすることができる。
【００４６】
したがって、ＩＣチップ２１から受熱ブロック２９の受熱面４０ａへの熱伝導が効率良く行われる。
【００４７】
また、受熱ブロック２９の嵌合孔４５には、取り付けねじ４７の軸部４８ａが嵌合されているので、受熱ブロック２９に伝えられたＩＣチップ２１の熱は、取り付けねじ４７の軸部４８ａから雄ねじ部４８ｂを通じてベース２８の支持部３３ａ〜３３ｃに逃され、ここからベース２８に拡散される。このため、ＩＣチップ２１の熱は、受熱ブロック２９からベース２８への拡散による自然空冷によって放出され、筐体４の内部での放熱面積を充分に確保することができる。
【００４８】
一方、ポータブルコンピュータ１の使用中に、ＩＣチップ２１の温度が予め規定された値を上回ると、ファンユニット２７のロータ５６が回転駆動される。このロータ５６の回転により、筐体４の内部にファンユニット２７に向かう冷却風の流れが形成され、この冷却風の流れ経路にヒートシンク２６のベース２８や受熱ブロック２９が位置される。このため、ＩＣチップ２１の熱を受ける受熱ブロック２９が空気を媒体とする強制対流により強制的に冷却されることになり、この受熱ブロック２９に充分に伝えられたＩＣチップ２１の熱は、空気流に乗じて排気口５から放出される。
【００４９】
加えて、ベース２８および受熱ブロック２９は、夫々冷却フィン３７，４６を有するので、筐体４の内部でのヒートシンク２６の放熱面積が増大するのは勿論のこと、このヒートシンク２６と冷却風との接触面積が増大する。よって、受熱ブロック２９に伝えられたＩＣチップ２１の熱を効率良く放出することができ、充分な冷却能力を確保することができる。
【００５０】
また、上記構成によると、回路基板１６の下面には、半導体パッケージ１８の実装部に対応する位置に金属製の補強板５７が取り付けられているので、受熱ブロック２９をＩＣチップ２１に押し付けたことに伴う回路基板１６の反りや撓みを防止することができる。このため、BGA形の半導体パッケージ１８が回路基板１９に向けて押圧されるにも拘わらず、特定の半田ボール１９と回路基板１６との半田接合部に応力が加わるのを防止でき、電気的接続の信頼性が向上する。
【００５１】
なお、本発明は上記第１の実施の形態に特定されるものではなく、図９に本発明の第２の実施の形態を示す。
【００５２】
この第２の実施の形態は、半導体パッケージ１８の放熱を促進させる冷却装置６１の構成が上記第１の実施の形態と相違しており、それ以外のポータブルコンピュータ１の基本的な構成は第１の実施の形態と同様である。このため、第２の実施の形態において、上記第１の実施の形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００５３】
図９の（Ａ）に示すように、冷却装置６１は、ヒートシンク６２と電動式のファンユニット６３とを備えている。ヒートシンク６２は、ベースプレート６４と、このベースプレート６４に支持された受熱ブロック６５とで構成されている。
【００５４】
ベースプレート６４は、平坦な長方形の板状をなしており、回路基板１６の上方に配置されている。このベースプレート６４は、回路基板１６の上面１６ａに複数の円柱状のスペーサ６６を介して支持されている。スペーサ６６は、熱伝導性を有する金属材料にて構成され、これらスペーサ６６の下端には、図９の（Ｂ）に示すような雄ねじ部６７が同軸状に形成されている。雄ねじ部６７は、金属製の補強板７０を介して回路基板１６に結合されている。
【００５５】
すなわち、補強板７０は、回路基板１６の下面１６ｂに重ね合わされて半導体パッケージ１８の実装部分を下方から補強している。この補強板７０の外周部には、上向きに突出する複数の円筒部７１が形成されている。円筒部７１は、ベースプレート６４にバーリング加工を施すことにより構成され、これら円筒部７１の内面に雌ねじ部７２が形成されている。
【００５６】
補強板７０の円筒部７１は、回路基板１６に開けた通孔７３に嵌合されており、この嵌合により、回路基板１６と補強板７０との位置決めがなされている。通孔７３は、回路基板１６を厚み方向に貫通して回路基板１６の上面１６ａに開口されており、この通孔７３内にスペーサ６６の雄ねじ部６７が上方から挿入されている。そして、スペーサ６６の雄ねじ部６７は、円筒部７１の雌ねじ部７２にねじ込まれている。このため、スペーサ６６と補強板７０とは、回路基板１６を挟み込んだ状態で互いに結合されており、この回路基板１６の上面１６ａからスペーサ６６が上向きに突出されている。
【００５７】
上記ベースプレート６４は、スペーサ６６の上端に突き合わされるとともに、このスペーサ６６にねじ７４を介して固定されている。このベースプレート６４は、第１の取り付け部７６と第２の取り付け部７７とを備えており、これら取り付け部７６，７７は、ベースプレート６４の下面において互いに並べて配置されている。第１の取り付け部７６は、回路基板１６の上方に位置されて半導体パッケージ１８と向かい合っている。第２の取り付け部７７は、回路基板１６の側方に突出されて筐体４の底壁４ａと向かい合っている。
【００５８】
上記受熱ブロック６５は、アルミニウム合金の射出成形品にて構成されている。受熱ブロック６５は、半導体パッケージ１８を上方から覆うような大きさを有する板状をなしており、この受熱ブロック６５の下面の中央部に下向きに僅かに張り出す凸部７８が形成されている。凸部７８の下端は、半導体パッケージ１８のＩＣチップ２１と対向し合う平坦な受熱面７８ａをなしている。
【００５９】
また、受熱ブロック６５は、複数のガイド孔７９と複数の放熱フィン８０とを有している。ガイド孔７９は、凸部７８の周囲に位置されており、これらガイド孔７９の開口縁部には、上向きに延びる円筒状のガイド壁８１が形成されている。放熱フィン８０は、受熱ブロック６５の上面から上向きに突出されている。これら放熱フィン８０は、凸部７８の反対側に位置されている。
【００６０】
受熱ブロック６５は、複数の取り付けねじ４７を介してベースプレート６４の第１の取り付け部７６に支持されている。取り付けねじ４７の軸部４８ａは、受熱ブロック６５の下方からガイド孔７９にスライド可能に挿通されており、この軸部４８ａに連なる雄ねじ部４８ｂがベースプレート６４の第１の取り付け部７６にねじ込まれている。そのため、受熱ブロック６５は、軸部４８ａをガイドとして半導体パッケージ１８に近づいたり遠ざかる方向に上下に移動可能となっており、ベースプレート６４に対し浮動的に支持されている。
【００６１】
受熱ブロック６５の外周部とベースプレート６４の下面との間には、圧縮コイルばね５０が圧縮状態で介在されており、この圧縮コイルばね５０は、軸部４８ａの外周に装着されている。このため、受熱ブロック６５は、常に圧縮コイルばね５０を介して半導体パッケージ１８に近づく方向に弾性的に付勢されており、その凸部７８の受熱面７８ａが伝熱シート５１を介してＩＣチップ１９に熱的に接続されている。
【００６２】
なお、上記取り付けねじ４７のフランジ部４８ｃは、受熱ブロック６５の外周部の下面と向かい合っており、軸部４８ａからの受熱ブロック６５の脱落を阻止するストッパとして機能している。
【００６３】
図９の（Ａ）に示すように、上記ファンユニット６３は、ベースプレート６４の第２の取り付け部７７に支持されている。ファンユニット６３は、偏平なファンケーシング８５と、このファンケーシング８５に偏平モータ（図示せず）を介して支持されたロータ８６とを備えている。ファンケーシング８５は、ロータ８６を取り囲むような枠状をなしており、このファンケーシング８５の一端に吸込口８７が開口されているとともに、ファンケーシング８５の周壁に排出口８８が開口されている。
【００６４】
このファンユニット６３は、ロータ８６の回転軸線Ｏ1を垂直にした横置きの姿勢でベースプレート６４の第２の取り付け部７７に一体的に組み込まれている。そのため、ファンユニット６３は、筐体４の内部においてベースプレート６４に沿うように配置されており、その排出口８８が上記受熱ブロック６５と向かい合っている。
【００６５】
このような構成によると、ヒートシンク６２の受熱ブロック６５は、回路基板１６上の半導体パッケージ１８に対し近づいたり遠ざかる方向に上下に移動可能に浮動的に支持されているので、半導体パッケージ１８の実装高さにばらつきが生じたり、あるいは受熱ブロック６５に寸法公差が生じたとしても、受熱ブロック６５が取り付けねじ４７の軸部４８ａをガイドとして上下にスライドすることで実装高さのばらつきや寸法公差分を吸収する。
【００６６】
しかも、受熱ブロック６５は、常に圧縮コイルばね５０を介して半導体パッケージ１８のＩＣチップ２１に押し付けようとする力を受けているので、受熱ブロック６５の受熱面７８ａとＩＣチップ２１との密着性が高まる。
【００６７】
したがって、受熱面７８ａとＩＣチップ２１との間に伝熱シート５１を介在させるにしても、この伝熱シート５１に実装高さのばらつきや寸法公差分を吸収する機能を付加する必要はなく、上記第１の実施の形態と同様に伝熱シート５１を必要最小限度まで薄くすることができる。
【００６８】
よって、ＩＣチップ２１から受熱ブロック６５への熱伝導を効率良く行なうことができる。
【００６９】
また、受熱ブロック６５に伝えられたＩＣチップ２１の熱は、取り付けねじ４７の軸部４８ａからねじ部４８ｂを通じてベースプレート６４の第２の取り付け部７７に逃され、ここからベースプレート６４全体に拡散される。このため、ＩＣチップ２１の熱は、受熱ブロック６５からベースプレート６４への拡散による自然空冷によって放出され、筐体４の内部での放熱面積を充分に確保することができる。
【００７０】
一方、ポータブルコンピュータ１の使用中に、ＩＣチップ２１の温度が予め規定された値を上回ると、ファンユニット６３のロータ８６が回転駆動される。このロータ８６の回転により、筐体４の内部の空気がファンケーシング８５の吸込口８７に吸い込まれるとともに、この吸い込まれた空気は冷却風となって排出口８８から受熱ブロック６５に向けて吐出される。
【００７１】
このため、ＩＣチップ２１の熱を受ける受熱ブロック６５が空気を媒体とする強制対流により強制的に冷却されることになり、この受熱ブロック６５に充分に伝えられたＩＣチップ２１の熱は、空気流に乗じて受熱ブロック６５から持ち去られる。したがって、受熱ブロック６５に伝えられたＩＣチップ２１の熱を効率良く放出することができ、充分な冷却能力を確保することができる。
【００７２】
また、上記構成によると、回路基板１６のうち半導体パッケージ１８の実装部分は、金属製の補強板７０によって補強されているので、受熱ブロック６５をＩＣチップ２１に押し付けたことに伴う回路基板１６の反りや撓みを防止することができる。このため、BGA形の半導体パッケージ１８が回路基板１６に向けて押圧されるにも拘わらず、特定の半田ボール１９と回路基板１６との半田接合部に応力が加わるのを防止でき、電気的接続の信頼性が向上する。
【００７３】
それとともに、ねじ７４を緩めてベースプレート６４をスペーサ６６から分離させれば、ヒートシンク６２を回路基板１６上から取り外すことができる。このため、半導体パッケージ１８の保守作業を行なうに当って、回路基板１６を筐体４の内部から取り出したり、補強板７０を回路基板１６から取り外す必要はなく、保守点検時の作業性を良好に維持することができる。
【００７４】
なお、発熱する回路部品は、BGA形の半導体パッケージに特定されるものではなく、その他の多ピン形のLSIであっても良い。
【００７５】
また、上記実施の形態では、半導体パッケージのＩＣチップと受熱ブロックとの間に伝熱シートを介在させるようにしたが、この伝熱シートの代わりに熱伝導性のグリスを用いても良いとともに、場合によっては伝熱シートやグリスを省略して受熱ブロックをＩＣチップに直接接触させるようにしても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、回路部品の熱を効率良く受熱ブロックおよびベースに伝えることができ、その分、回路部品の放熱性能が高められて、充分な冷却性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るポータブルコンピュータの斜視図。
【図２】ポータブルコンピュータの筐体にヒートシンクを組み込んだ状態を示す斜視図。
【図３】冷却装置の斜視図。
【図４】冷却装置の斜視図。
【図５】ベースプレートと受熱ブロックとを分離させた状態を示すヒートシンクの斜視図。
【図６】回路基板にヒートシンクを組み込んだ状態を示す平面図。
【図７】図６のＦ７−Ｆ７線に沿う断面図。
【図８】受熱ブロックの支持構造を示す断面図。
【図９】（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態において、筐体の内部に冷却装置を組み込んだ状態を示すポータブルコンピュータの断面図。
（Ｂ）は、スペーサの雄ねじ部を補強板の雌ねじ部にねじ込んだ状態を示す断面図。
（Ｃ）は、回路基板と補強板の円筒部との位置関係を示す断面図。
【符号の説明】
４…筐体、１６…回路基板、１６ａ…第１の面（上面）、１８…回路部品（半導体パッケージ）、２６，６２…ヒートシンク、２８，６４…ベース（ベースプレート）、２９，６５…受熱ブロック、４８ａ…軸部、５０…弾性体（圧縮コイルばね）
Claims (6)
- 回路基板の第１の面に実装された回路部品の放熱を促進させるヒートシンクを具備する冷却装置であって、
上記ヒートシンクは、
上記回路基板の第１の面に固定された板状のベースと、
上記回路部品に熱的に接続された受熱ブロックと、
上記ベースに固定され、上記受熱ブロックをスライド可能に貫通することで上記受熱ブロックを上記回路部品に近づいたり遠ざかる方向に移動可能に上記ベースに支持するとともに、上記受熱ブロックに伝えられた上記回路部品の熱を上記ベースに逃す複数の軸部と、
上記軸部の外周に装着され、上記受熱ブロックを常に上記回路部品の方向に弾性的に付勢する複数の弾性体と、を備えていることを特徴とする冷却装置。 - 請求項１の記載において、上記ベースは、上記回路部品が入り込む通孔を有し、上記軸部は上記通孔の周方向に間隔を存して配置されているとともに、上記受熱ブロックは、上記通孔を覆うような大きさを有することを特徴とする冷却装置。
- 請求項２の記載において、上記ベースは、上記通孔と隣り合うファン取り付け部を有し、このファン取り付け部に上記ベースおよび上記受熱ブロックを強制的に冷却するファンが支持されていることを特徴とする冷却装置。
- 請求項１又は請求項３の記載において、上記ベースおよび上記受熱ブロックは、夫々多数の放熱フィンを有することを特徴とする冷却装置。
- 請求項１の記載において、上記回路基板は、上記第１の面の反対側に位置する第２の面を有し、この第２の面のうち上記回路部品に対応する位置に補強板が取り付けられていることを特徴とする冷却装置。
- 筐体と、
上記筐体に収容され、第１の面を有する回路基板と、
上記回路基板の第１の面に実装された発熱する回路部品と、
上記筐体に収容され、上記回路部品の放熱を促進させるヒートシンクと、を具備する電子機器であって、
上記ヒートシンクは、
上記回路基板の第１の面に固定された板状のベースと、
上記回路部品に熱的に接続された受熱ブロックと、
上記ベースに固定され、上記受熱ブロックをスライド可能に貫通することで上記受熱ブロックを上記回路部品に近づいたり遠ざかる方向に移動可能に上記ベースに支持するとともに、上記受熱ブロックに伝えられた上記回路部品の熱を上記ベースに逃す複数の軸部と、
上記軸部の外周に装着され、上記受熱ブロックを常に上記回路部品の方向に弾性的に付勢する複数の弾性体と、を備えていることを特徴とする電子機器。
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