JP4325263B2 - 回路装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートパイプの機能を有する冷却装置を備えた回路装置及びその回路装置を搭載した電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えばコンピュータ等の回路基板に実装されるＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱素子を冷却する機構としてヒートパイプを利用したものが提案されている。ヒートパイプはコンテナの内部に凝縮性の作動流体を封入している。ヒートパイプのコンテナの受熱部には、発熱素子から発せられる熱が伝達され、作動流体が蒸発して蒸気になる。作動流体が蒸気になると、コンテナ内における入熱部付近の圧力が高くなるため、コンテナ内の圧力が低い側、すなわち放熱部側へ流れる。蒸気が放熱部側へ流れるとその作動流体は凝縮して熱を放出する。凝縮した作動流体は、コンテナ内に設けられたグルーブ（溝）を通って受熱部側へ戻る。作動流体がグルーブを流通する現象は毛細管現象を利用している。このようにしてヒートパイプは受熱及び放熱を繰り返すことにより発熱素子を冷却する。
【０００３】
ヒートパイプは、熱伝導性を上げるために、通常コンテナが銅やアルミ等の金属でなっている。そしてそのコンテナにヒートスプレッダ（熱拡散部材）を介在させて発熱素子を取り付けている。また伝熱シート等の接着剤により、コンテナ、ヒートスプレッダ、発熱素子を接着している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−７６６６４号公報（段落［００２０］、［００２１］等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近では発熱素子の集積度の向上に伴ってその発熱量も増加しつつある。ヒートパイプの熱伝導率が低いと、発熱量が大きい素子を実装したコンピュータでは熱暴走を引き起こすおそれがある。このような問題を解決するために素子の低電力化により発熱量を低減させる方法もある。しかしこのような方法に加え、上記ヒートパイプを用いてさらに効率良く発熱素子を冷却することが要求されている。
【０００６】
また、特許文献１に記載の放熱装置のように、ヒートパイプのコンテナが金属製の場合、熱伝導性は良好であるが軽量化に適さないという問題がある。また特許文献１に記載の装置では、ヒートスプレッダ等の薄型化を図っているが、それでもまだ厚み（方向Ｗの厚み）が大きいため、装置を小型化することも困難となってくる。したがって、例えばノート型のコンピュータにその放熱装置を組み込むような場合、さらなる小型化、薄型化、軽量化を達成することが期待される。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、発熱素子を効率良く冷却することができるとともに、小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる、冷却装置を備えた回路装置及び電子機器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る回路装置は、内部に作動流体を封入した電気絶縁材でなるコンテナを有し、前記作動流体の蒸発作用及び凝縮作用を用いて熱を吸収及び放出する冷却装置と、前記コンテナの表面に直接設置され、発した熱が前記冷却装置により吸収される発熱素子と、コンテナの表面に直接形成され、前記発熱素子に電気的に接続された導体線とを有する回路部とを具備し、前記発熱素子はモータを有し、前記コンテナは、該コンテナの表面に平面状に形成され少なくとも前記導体線が形成された第１の平面部と、該第１の平面部に対向する第２の平面部とを有し、前記回路部は、前記第２の平面部に形成され前記モータの磁気回路を構成するための磁気回路部材を有する。
【０００９】
本発明では、冷却装置の電気絶縁材でなるコンテナの表面に発熱素子を直接設置し、該表面に導体線を直接形成する構成とした。これにより、例えばコンテナの材料に比較的熱伝導率の高いものを用いれば、冷却装置の熱効率を向上させることができる。また、従来のようにヒートスプレッダやこれをコンテナに取り付けるための接着剤等は不要であり、薄型化、小型化を図ることができる。
【００１０】
また本発明では、冷却装置と一体となったモータ用回路装置を提供することができる。磁気回路部材として磁性体であれば何でもよい。また本発明において発熱素子にはモータの他、そのモータを駆動するための集積回路等が含まれる。この集積回路は例えば第１の平面部に設置することが可能であるがこの限りではない。
【００１１】
本発明において、発熱素子として、例えばＣＰＵ、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、メモリ、モータ等が挙げられ、熱を発する素子であれば何でもよい。
【００１２】
本発明の一の形態では、前記コンテナは、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Strene）、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、窒化ケイ素セラミックス、または窒化アルミニウムセラミックスでなる。これにより、コンテナが金属でなる場合に比べ回路装置の軽量化、薄型化を図ることができる。特にポリイミド、ポリアミド、またはポリエステルを用いることによりコンテナに柔軟性を持たせることができる。その結果、例えば電子機器に回路装置を搭載させる場合にその設置箇所の限定が少なくなり、小型化、薄型化に寄与する。一方、熱伝導性に優れた窒化ケイ素セラミックス、窒化アルミニウムセラミックス等を用いることで、コンテナの電気絶縁性を維持しつつ冷却装置の熱効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る電子機器は、内部に作動流体を封入した電気絶縁材でなるコンテナを有し、前記作動流体の蒸発作用及び凝縮作用を用いて熱を吸収及び放出する冷却装置と、前記コンテナの表面に直接設置され、発した熱が前記冷却装置により吸収される発熱素子と、コンテナの表面に直接形成され、前記発熱素子に対し電気的に接続された導体線とを有する回路部とを具備する回路装置であって、前記発熱素子がモータを有し、前記コンテナが、該コンテナの表面に平面状に形成され少なくとも前記導体線が形成された第１の平面部と、該第１の平面部に対向する第２の平面部とを有し、前記回路部が、前記第２の平面部に形成され前記モータの磁気回路を構成するための磁気回路部材を有する回路装置を搭載した。
【００１４】
本発明では、冷却装置の電気絶縁材でなるコンテナの表面に発熱素子を設置し、該表面に導体線を直接形成する構成とした。これにより、例えばコンテナの材料に比較的熱伝導率の高いものを用いれば、冷却装置の熱効率を向上させることができる。また、従来のようにヒートスプレッダやこれをコンテナに取り付けるための接着剤等は不要であり、薄型化、小型化を図ることができる。その結果、電子機器を薄型化、小型化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１６】
まず、本発明の参考例を説明する。
［参考例１］
図１は本発明の第１の参考例に係る回路装置を示す斜視図である。図２、図３はそれぞれ図１に示す回路装置のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。この回路装置１には冷却装置５が設けられており、この冷却装置５上には回路部１０が設けられている。回路部１０は、発熱素子として、ＣＰＵ２やその他コンデンサや抵抗等の素子４を有し、また、導体線である回路配線３を有している。一般的にＣＰＵ２の発熱量はその他の素子４の発熱量が無視できるくらいに大きい。
【００１７】
冷却装置５はヒートパイプの機能を有している。図２、図３に示すように、冷却装置５のコンテナ１５の内部１５ｂは例えば真空とされており、作動流体６が封入されている。作動流体６としては例えば純水、メタノール、アンモニア、代替フロン等を用いることができる。作動流体６は図２においてコンテナ１５の内部１５ｂの右側に位置しているが、回路装置１が図に示すように水平に配置されるとすれば、実際は重力により内部１５ｂの下方に位置することになる。
【００１８】
コンテナ１５の内壁にはメッシュ部材７が取り付けられている。メッシュ部材７は、作動流体６を毛細管現象により還流させる機能を有する。このメッシュ部材７は例えば金属、布、または炭素繊維等でなっている。ここで布とは、織物、メリヤス、不織布等のことをいう。このように布を用いることにより、金属製のメッシュ部材を用いる場合に比べ熱伝導率を向上させることができる。
【００１９】
コンテナ１５は、ほぼ平板状に形成されており電気絶縁材でなる。例えばその材料はＡＢＳ、ＰＰＳ、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、窒化アルミニウムセラミックス、窒化ケイ素セラミックスを用いている。これにより、コンテナ１５が金属でなる場合に比べ回路装置の軽量化、薄型化を図ることができる。具体的には、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリエステル等を用いることによりコンテナ１５に柔軟性を持たせることができる。その結果、例えば、ノート型のコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等の電子機器に回路装置１を搭載させる場合にその設置箇所の限定が少なくなり、電子機器の小型化、薄型化に寄与する。一方、熱伝導性に優れた窒化アルミニウムセラミックス、窒化ケイ素セラミックス等を用いることで、コンテナ１５の電気絶縁性を維持しつつ冷却装置の熱効率を向上させることができる。窒化アルミニウムセラミックス、窒化ケイ素セラミックスは約２００〜４００[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]という高い熱伝導率を有する。
【００２０】
回路部１０の発熱素子２、４等は、コンテナ１５の表面１５ａに直接取り付けられている。また導体線３もコンテナ１５の表面１５ａに直接形成され配線されている。導体線３は例えば薄膜形成技術やフォトリソグラフィ技術等で形成することができる。具体的には、まず図４（ａ）に示すように、コンテナ１５の表面１５ａに金属膜８を形成し、図４（ｂ）に示すようにレジスト膜９を形成し、露光し、現像する。そしてエッチング等により余分な金属膜８を除去し、図４（ｃ）に示すようにレジスト剥離を行う。以上のようにして導体線３を形成した後、例えば発熱素子２等を設置する。
【００２１】
次に、この回路装置１に設けられた冷却装置５の作用を説明する。発熱素子２から発生した熱は、冷却装置５の受熱部２０から受け入れられる。具体的には発熱素子２から発生した熱は、受熱部２０においてコンテナ１５の表面１５ａに伝わる。厳密には、コンデンサや抵抗等の素子４からも多少発熱するので、その熱も表面１５ａに伝わり入熱されることになる。
【００２２】
受熱部２０が受けた熱により作動流体６が蒸発して蒸気になると、コンテナ１５内における受熱部２０付近の圧力が高くなるため、コンテナ１５内の圧力が低い側、すなわち放熱部３０側へ流れる。蒸気が放熱部３０側へ流れると作動流体６は凝縮して熱を放出する。凝縮した作動流体６は、メッシュ部材７を通って受熱部２０側へ戻る。このようにして冷却装置５は受熱及び放熱を繰り返すことにより発熱素子２、４を冷却する。
【００２３】
以上のように本参考例では、冷却装置５の電気絶縁材でなるコンテナ１５の表面１５ａに発熱素子２を直接設置し、また表面１５ａに導体線３を直接形成する構成とした。これにより、例えば、一般的に用いられる熱伝導率の低いガラスエポキシ積層板（熱伝導率０．３５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］程度）を使用する必要がないので、冷却装置５の熱効率を向上させることができる。また、従来のようにヒートスプレッダやこれをコンテナ１５に取り付けるための接着剤等は不要であり、薄型化、小型化を図ることができる。またその結果、回路装置の製造工程数を減少させることができコストを抑えることができる。
【００２４】
本参考例では、コンテナ１５の平坦部である表面１５ａに発熱素子等を直接設置することとなるので、その表面１５ａと発熱素子２、４との接触面積を極力大きくすることができる。その結果、冷却装置５の熱効率をより高めることができる。
【００２５】
本参考例では、コンテナ１５を平板形状とすることにより冷却装置５がいわば回路基板のような存在となる。すなわち、回路部１０の基板が冷却装置５となる。そのため、例えば電子機器に回路装置１を搭載させる場合に、電子機器の薄型化を達成することができる。
【００２６】
［参考例２］
図５は本発明の第２の参考例に係る回路装置の斜視図である。
【００２７】
冷却装置２５のコンテナ３５の表面３５ａには回路部３１が設けられている。冷却装置２５は、上記第１の参考例に係る冷却装置５と同様にヒートパイプの機能を有している。回路部３１は例えば２つのプロセシングユニット２２ａ、２２ｂを有している。これら２つのプロセシングユニット２２ａ、２２ｂは例えばメインＣＰＵ、サブＣＰＵとして機能するものである。この回路装置２１においても、上記第１の参考例に係る回路装置１と同様に、発熱素子２２ａ、２２ｂ、２４がコンテナ３５の表面３５ａに直接設置され、また導体線２３も表面３５ａに直接形成されている。また、コンテナ３５も電気絶縁材でなり、例えばＡＢＳ、ＰＰＳ、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、窒化ケイ素セラミックス、窒化アルミニウムセラミックスでなる。コンテナ３５の形状は平板状であり、上記実施の形態におけるコンテナ１５より幅広に形成されている。
【００２８】
この回路装置２１では、２つの大きな発熱量の素子２２ａ、２２ｂを有しているため、それらの素子２２ａ、２２ｂが設置されている箇所付近がそれぞれ冷却装置２５の受熱部となる。したがって、放熱部は、素子２２ａ、２２ｂが設置されている箇所以外の箇所となる。
【００２９】
このように、本参考例では上記第１の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、ＣＰＵ等の発熱量の比較的大きな発熱素子が複数ある場合であっても効率良く発熱素子を冷却することができる。
【００３０】
図６は、図５に示す回路装置２１に、例えばファンモータ３３とヒートシンク３４を取り付けた状態を示す斜視図である。具体的には冷却装置２５のコンテナ３５の放熱部にヒートシンク３４を接触させている。ファンモータ３３はケース３２に収納されている。ファンモータ３３により外部からケース３２内に取り込まれた空気は、ケースの開口部３２ａを介してヒートシンク３４側へ流れるようになっている。これにより、冷却装置２５から放出される熱がヒートシンク３４に伝達され、ヒートシンク３４に蓄積される熱は、ファンモータ３３により供給される空気によって効率良く放出される。これにより、さらに効率良く発熱素子２２ａ等が冷却される。
【００３１】
［参考例３］
図７は本発明の第３の参考例に係る回路装置を示す斜視図である。図８はその図７におけるＣ−Ｃ断面図である。
【００３２】
この回路装置４１は、ヒートパイプ機能を有する冷却装置４５と、発熱素子４２、その他図示しない導体線等を含む回路部とを有している。発熱素子４２は冷却装置４５のコンテナ５５の表面５５ａに直接取り付けられている。コンテナ５５の内部５５ｂには支持体５２が設けられている。支持体５２は、例えば複数設けられ、筒形状を有する。支持体５２はコンテナ５５の上下の壁部５５ｃに当接されて設けられて、壁部５５ｃを内部から支持している。支持体５２がない場合、内部５５ｂが真空であることから壁部が大気圧によってへこんだりつぶれたりする等、変形するおそれがあるが、本参考例によればそのような問題はない。なお、コンテナ５５の材質が大気圧により変形しない材質を用いることができ、あるいは、その壁部が大気圧により変形しないような厚みを有していれば支持体５２を設ける必要はない。
【００３３】
［本発明の実施の形態］
次に、本発明の実施の形態について説明する。図９は本実施の形態に係るモータ用の回路装置を示す断面図である。
【００３４】
この回路装置６１は、モータ用の回路装置であり、例えばモータ８０はコンピュータ等に搭載されるファンモータである。回路装置６１は、冷却装置６５を有し、発熱素子６２、導体線６３等を有する回路部を有している。発熱素子６２は例えばファンモータ８０を駆動するための集積回路であり、冷却装置６５のコンテナ７５の表面７５ａに直接取り付けられている。また導体線６３も表面７５ａに直接形成されている。さらにコンテナ７５の表面７５ａであって、発熱素子６２の設けられた側と逆側の表面７５ａ（裏面側）に磁性部材７１が直接取り付けられている。磁性部材７１は、例えばケイ素鋼板、アルミ板、亜鉛鋼板である。また図示せずとも、後述するモータのコイル部８５には導線が接続されている。
【００３５】
ファンモータ８０のコイル部８５はその中心に設けられた支持部材８６に取り付けられており、支持部材８６は、図１０に示す冷却装置６５のコンテナ７５に設けられた穴部７５ｄに嵌合されて固定されている。シャフト８３はベアリング８４を介して支持部材８６に取り付けられている。シャフト８３には羽根部８１が固定されており、羽根部８１にはマグネット８２が取り付けられている。コイル部８５に流れる電流により、磁性部材７１を用いて磁気回路Ｍが形成され、羽根部８１が回転するように構成されている。
【００３６】
図１０に示すように、集積回路６２が発する熱は冷却装置６５における受熱部２０で受け入れられ、放熱部３０で放熱される。発熱する素子には集積回路６２だけではなくファンモータ８０の特にコイル部８５も含まれる。したがってコイル部８５から発生する熱も支持部材８６を介して受熱部２０で受け入れられ、放熱部３０で放熱されることになる。
【００３７】
本実施の形態によれば、冷却装置６５と一体となったモータ用回路装置を提供することができるとともに、チップ状の集積回路６２だけでなくモータ８０も効率良く冷却することができる。
【００３８】
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００３９】
冷却装置のコンテナの形状は上記各実施の形態において説明した形状に限られず、例えば平板状であって、三角形状、Ｌ字形状、口形状等の形状でもよい。またコンテナの断面が円形状をつぶしたような略楕円形状を有するものでもよいし、平板状に限られず、コンテナの表面の一部が曲面状であってもよい。
【００４０】
また、上記実施の形態において、磁性部材７１は必ずしもコンテナの裏面側に取り付けなくてもよく、コイル部８５がある側に取り付けるように取り付けるようにしてもよい。またモータはファンモータに限られず、例えばサーボ用のモータやボイスコイルモータでもかまわない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発熱素子等を効率良く冷却することができるとともに、回路装置の小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の参考例に係る回路装置を示す斜視図である。
【図２】 図１に示す回路装置のＡ−Ａ断面図である。
【図３】 図１に示す回路装置のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】 導体線の形成工程を示す図である。
【図５】 本発明の第２の参考例に係る回路装置の斜視図である。
【図６】 図５に示す回路装置に、ファンモータとヒートシンクを取り付けた状態を示す斜視図である。
【図７】 本発明の第３の参考例に係る回路装置を示す斜視図である。
【図８】 図７におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態に係る回路装置を示す断面図である。
【図１０】 図９における回路装置の冷却装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２１、４１、６１…回路装置
２、２２ａ、２２ｂ、４２、６２、…発熱素子
３、２３、６３…回路配線、導体線
５、２５、４５、６５…冷却装置
６…作動流体
１０、３１…回路部
１５、３５、５５、７５…コンテナ
１５ａ、３５ａ、５５ａ、７５ａ…表面
１５ｂ、５５ｂ…内部
５２…支持体
５５ｃ…壁部
７１…磁性部材
８０…モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートパイプの機能を有する冷却装置を備えた回路装置及びその回路装置を搭載した電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えばコンピュータ等の回路基板に実装されるＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱素子を冷却する機構としてヒートパイプを利用したものが提案されている。ヒートパイプはコンテナの内部に凝縮性の作動流体を封入している。ヒートパイプのコンテナの受熱部には、発熱素子から発せられる熱が伝達され、作動流体が蒸発して蒸気になる。作動流体が蒸気になると、コンテナ内における入熱部付近の圧力が高くなるため、コンテナ内の圧力が低い側、すなわち放熱部側へ流れる。蒸気が放熱部側へ流れるとその作動流体は凝縮して熱を放出する。凝縮した作動流体は、コンテナ内に設けられたグルーブ（溝）を通って受熱部側へ戻る。作動流体がグルーブを流通する現象は毛細管現象を利用している。このようにしてヒートパイプは受熱及び放熱を繰り返すことにより発熱素子を冷却する。
【０００３】
ヒートパイプは、熱伝導性を上げるために、通常コンテナが銅やアルミ等の金属でなっている。そしてそのコンテナにヒートスプレッダ（熱拡散部材）を介在させて発熱素子を取り付けている。また伝熱シート等の接着剤により、コンテナ、ヒートスプレッダ、発熱素子を接着している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−７６６６４号公報（段落［００２０］、［００２１］等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近では発熱素子の集積度の向上に伴ってその発熱量も増加しつつある。ヒートパイプの熱伝導率が低いと、発熱量が大きい素子を実装したコンピュータでは熱暴走を引き起こすおそれがある。このような問題を解決するために素子の低電力化により発熱量を低減させる方法もある。しかしこのような方法に加え、上記ヒートパイプを用いてさらに効率良く発熱素子を冷却することが要求されている。
【０００６】
また、特許文献１に記載の放熱装置のように、ヒートパイプのコンテナが金属製の場合、熱伝導性は良好であるが軽量化に適さないという問題がある。また特許文献１に記載の装置では、ヒートスプレッダ等の薄型化を図っているが、それでもまだ厚み（方向Ｗの厚み）が大きいため、装置を小型化することも困難となってくる。したがって、例えばノート型のコンピュータにその放熱装置を組み込むような場合、さらなる小型化、薄型化、軽量化を達成することが期待される。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、発熱素子を効率良く冷却することができるとともに、小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる、冷却装置を備えた回路装置及び電子機器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る回路装置は、内部に作動流体を封入した電気絶縁材でなるコンテナを有し、前記作動流体の蒸発作用及び凝縮作用を用いて熱を吸収及び放出する冷却装置と、前記コンテナの表面に直接設置され、発した熱が前記冷却装置により吸収される発熱素子と、コンテナの表面に直接形成され、前記発熱素子に電気的に接続された導体線とを有する回路部とを具備し、前記発熱素子はモータを有し、前記コンテナは、該コンテナの表面に平面状に形成され少なくとも前記導体線が形成された第１の平面部と、該第１の平面部に対向する第２の平面部とを有し、前記回路部は、前記第２の平面部に形成され前記モータの磁気回路を構成するための磁気回路部材を有する。
【０００９】
本発明では、冷却装置の電気絶縁材でなるコンテナの表面に発熱素子を直接設置し、該表面に導体線を直接形成する構成とした。これにより、例えばコンテナの材料に比較的熱伝導率の高いものを用いれば、冷却装置の熱効率を向上させることができる。また、従来のようにヒートスプレッダやこれをコンテナに取り付けるための接着剤等は不要であり、薄型化、小型化を図ることができる。
【００１０】
また本発明では、冷却装置と一体となったモータ用回路装置を提供することができる。磁気回路部材として磁性体であれば何でもよい。また本発明において発熱素子にはモータの他、そのモータを駆動するための集積回路等が含まれる。この集積回路は例えば第１の平面部に設置することが可能であるがこの限りではない。
【００１１】
本発明において、発熱素子として、例えばＣＰＵ、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、メモリ、モータ等が挙げられ、熱を発する素子であれば何でもよい。
【００１２】
本発明の一の形態では、前記コンテナは、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Strene）、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、窒化ケイ素セラミックス、または窒化アルミニウムセラミックスでなる。これにより、コンテナが金属でなる場合に比べ回路装置の軽量化、薄型化を図ることができる。特にポリイミド、ポリアミド、またはポリエステルを用いることによりコンテナに柔軟性を持たせることができる。その結果、例えば電子機器に回路装置を搭載させる場合にその設置箇所の限定が少なくなり、小型化、薄型化に寄与する。一方、熱伝導性に優れた窒化ケイ素セラミックス、窒化アルミニウムセラミックス等を用いることで、コンテナの電気絶縁性を維持しつつ冷却装置の熱効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る電子機器は、内部に作動流体を封入した電気絶縁材でなるコンテナを有し、前記作動流体の蒸発作用及び凝縮作用を用いて熱を吸収及び放出する冷却装置と、前記コンテナの表面に直接設置され、発した熱が前記冷却装置により吸収される発熱素子と、コンテナの表面に直接形成され、前記発熱素子に対し電気的に接続された導体線とを有する回路部とを具備する回路装置であって、前記発熱素子がモータを有し、前記コンテナが、該コンテナの表面に平面状に形成され少なくとも前記導体線が形成された第１の平面部と、該第１の平面部に対向する第２の平面部とを有し、前記回路部が、前記第２の平面部に形成され前記モータの磁気回路を構成するための磁気回路部材を有する回路装置を搭載した。
【００１４】
本発明では、冷却装置の電気絶縁材でなるコンテナの表面に発熱素子を設置し、該表面に導体線を直接形成する構成とした。これにより、例えばコンテナの材料に比較的熱伝導率の高いものを用いれば、冷却装置の熱効率を向上させることができる。また、従来のようにヒートスプレッダやこれをコンテナに取り付けるための接着剤等は不要であり、薄型化、小型化を図ることができる。その結果、電子機器を薄型化、小型化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１６】
まず、本発明の参考例を説明する。
［参考例１］
図１は本発明の第１の参考例に係る回路装置を示す斜視図である。図２、図３はそれぞれ図１に示す回路装置のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。この回路装置１には冷却装置５が設けられており、この冷却装置５上には回路部１０が設けられている。回路部１０は、発熱素子として、ＣＰＵ２やその他コンデンサや抵抗等の素子４を有し、また、導体線である回路配線３を有している。一般的にＣＰＵ２の発熱量はその他の素子４の発熱量が無視できるくらいに大きい。
【００１７】
冷却装置５はヒートパイプの機能を有している。図２、図３に示すように、冷却装置５のコンテナ１５の内部１５ｂは例えば真空とされており、作動流体６が封入されている。作動流体６としては例えば純水、メタノール、アンモニア、代替フロン等を用いることができる。作動流体６は図２においてコンテナ１５の内部１５ｂの右側に位置しているが、回路装置１が図に示すように水平に配置されるとすれば、実際は重力により内部１５ｂの下方に位置することになる。
【００１８】
コンテナ１５の内壁にはメッシュ部材７が取り付けられている。メッシュ部材７は、作動流体６を毛細管現象により還流させる機能を有する。このメッシュ部材７は例えば金属、布、または炭素繊維等でなっている。ここで布とは、織物、メリヤス、不織布等のことをいう。このように布を用いることにより、金属製のメッシュ部材を用いる場合に比べ熱伝導率を向上させることができる。
【００１９】
コンテナ１５は、ほぼ平板状に形成されており電気絶縁材でなる。例えばその材料はＡＢＳ、ＰＰＳ、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、窒化アルミニウムセラミックス、窒化ケイ素セラミックスを用いている。これにより、コンテナ１５が金属でなる場合に比べ回路装置の軽量化、薄型化を図ることができる。具体的には、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリエステル等を用いることによりコンテナ１５に柔軟性を持たせることができる。その結果、例えば、ノート型のコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等の電子機器に回路装置１を搭載させる場合にその設置箇所の限定が少なくなり、電子機器の小型化、薄型化に寄与する。一方、熱伝導性に優れた窒化アルミニウムセラミックス、窒化ケイ素セラミックス等を用いることで、コンテナ１５の電気絶縁性を維持しつつ冷却装置の熱効率を向上させることができる。窒化アルミニウムセラミックス、窒化ケイ素セラミックスは約２００〜４００[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]という高い熱伝導率を有する。
【００２０】
回路部１０の発熱素子２、４等は、コンテナ１５の表面１５ａに直接取り付けられている。また導体線３もコンテナ１５の表面１５ａに直接形成され配線されている。導体線３は例えば薄膜形成技術やフォトリソグラフィ技術等で形成することができる。具体的には、まず図４（ａ）に示すように、コンテナ１５の表面１５ａに金属膜８を形成し、図４（ｂ）に示すようにレジスト膜９を形成し、露光し、現像する。そしてエッチング等により余分な金属膜８を除去し、図４（ｃ）に示すようにレジスト剥離を行う。以上のようにして導体線３を形成した後、例えば発熱素子２等を設置する。
【００２１】
次に、この回路装置１に設けられた冷却装置５の作用を説明する。発熱素子２から発生した熱は、冷却装置５の受熱部２０から受け入れられる。具体的には発熱素子２から発生した熱は、受熱部２０においてコンテナ１５の表面１５ａに伝わる。厳密には、コンデンサや抵抗等の素子４からも多少発熱するので、その熱も表面１５ａに伝わり入熱されることになる。
【００２２】
受熱部２０が受けた熱により作動流体６が蒸発して蒸気になると、コンテナ１５内における受熱部２０付近の圧力が高くなるため、コンテナ１５内の圧力が低い側、すなわち放熱部３０側へ流れる。蒸気が放熱部３０側へ流れると作動流体６は凝縮して熱を放出する。凝縮した作動流体６は、メッシュ部材７を通って受熱部２０側へ戻る。このようにして冷却装置５は受熱及び放熱を繰り返すことにより発熱素子２、４を冷却する。
【００２３】
以上のように本参考例では、冷却装置５の電気絶縁材でなるコンテナ１５の表面１５ａに発熱素子２を直接設置し、また表面１５ａに導体線３を直接形成する構成とした。これにより、例えば、一般的に用いられる熱伝導率の低いガラスエポキシ積層板（熱伝導率０．３５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］程度）を使用する必要がないので、冷却装置５の熱効率を向上させることができる。また、従来のようにヒートスプレッダやこれをコンテナ１５に取り付けるための接着剤等は不要であり、薄型化、小型化を図ることができる。またその結果、回路装置の製造工程数を減少させることができコストを抑えることができる。
【００２４】
本参考例では、コンテナ１５の平坦部である表面１５ａに発熱素子等を直接設置することとなるので、その表面１５ａと発熱素子２、４との接触面積を極力大きくすることができる。その結果、冷却装置５の熱効率をより高めることができる。
【００２５】
本参考例では、コンテナ１５を平板形状とすることにより冷却装置５がいわば回路基板のような存在となる。すなわち、回路部１０の基板が冷却装置５となる。そのため、例えば電子機器に回路装置１を搭載させる場合に、電子機器の薄型化を達成することができる。
【００２６】
［参考例２］
図５は本発明の第２の参考例に係る回路装置の斜視図である。
【００２７】
冷却装置２５のコンテナ３５の表面３５ａには回路部３１が設けられている。冷却装置２５は、上記第１の参考例に係る冷却装置５と同様にヒートパイプの機能を有している。回路部３１は例えば２つのプロセシングユニット２２ａ、２２ｂを有している。これら２つのプロセシングユニット２２ａ、２２ｂは例えばメインＣＰＵ、サブＣＰＵとして機能するものである。この回路装置２１においても、上記第１の参考例に係る回路装置１と同様に、発熱素子２２ａ、２２ｂ、２４がコンテナ３５の表面３５ａに直接設置され、また導体線２３も表面３５ａに直接形成されている。また、コンテナ３５も電気絶縁材でなり、例えばＡＢＳ、ＰＰＳ、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、窒化ケイ素セラミックス、窒化アルミニウムセラミックスでなる。コンテナ３５の形状は平板状であり、上記実施の形態におけるコンテナ１５より幅広に形成されている。
【００２８】
この回路装置２１では、２つの大きな発熱量の素子２２ａ、２２ｂを有しているため、それらの素子２２ａ、２２ｂが設置されている箇所付近がそれぞれ冷却装置２５の受熱部となる。したがって、放熱部は、素子２２ａ、２２ｂが設置されている箇所以外の箇所となる。
【００２９】
このように、本参考例では上記第１の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、ＣＰＵ等の発熱量の比較的大きな発熱素子が複数ある場合であっても効率良く発熱素子を冷却することができる。
【００３０】
図６は、図５に示す回路装置２１に、例えばファンモータ３３とヒートシンク３４を取り付けた状態を示す斜視図である。具体的には冷却装置２５のコンテナ３５の放熱部にヒートシンク３４を接触させている。ファンモータ３３はケース３２に収納されている。ファンモータ３３により外部からケース３２内に取り込まれた空気は、ケースの開口部３２ａを介してヒートシンク３４側へ流れるようになっている。これにより、冷却装置２５から放出される熱がヒートシンク３４に伝達され、ヒートシンク３４に蓄積される熱は、ファンモータ３３により供給される空気によって効率良く放出される。これにより、さらに効率良く発熱素子２２ａ等が冷却される。
【００３１】
［参考例３］
図７は本発明の第３の参考例に係る回路装置を示す斜視図である。図８はその図７におけるＣ−Ｃ断面図である。
【００３２】
この回路装置４１は、ヒートパイプ機能を有する冷却装置４５と、発熱素子４２、その他図示しない導体線等を含む回路部とを有している。発熱素子４２は冷却装置４５のコンテナ５５の表面５５ａに直接取り付けられている。コンテナ５５の内部５５ｂには支持体５２が設けられている。支持体５２は、例えば複数設けられ、筒形状を有する。支持体５２はコンテナ５５の上下の壁部５５ｃに当接されて設けられて、壁部５５ｃを内部から支持している。支持体５２がない場合、内部５５ｂが真空であることから壁部が大気圧によってへこんだりつぶれたりする等、変形するおそれがあるが、本参考例によればそのような問題はない。なお、コンテナ５５の材質が大気圧により変形しない材質を用いることができ、あるいは、その壁部が大気圧により変形しないような厚みを有していれば支持体５２を設ける必要はない。
【００３３】
［本発明の実施の形態］
次に、本発明の実施の形態について説明する。図９は本実施の形態に係るモータ用の回路装置を示す断面図である。
【００３４】
この回路装置６１は、モータ用の回路装置であり、例えばモータ８０はコンピュータ等に搭載されるファンモータである。回路装置６１は、冷却装置６５を有し、発熱素子６２、導体線６３等を有する回路部を有している。発熱素子６２は例えばファンモータ８０を駆動するための集積回路であり、冷却装置６５のコンテナ７５の表面７５ａに直接取り付けられている。また導体線６３も表面７５ａに直接形成されている。さらにコンテナ７５の表面７５ａであって、発熱素子６２の設けられた側と逆側の表面７５ａ（裏面側）に磁性部材７１が直接取り付けられている。磁性部材７１は、例えばケイ素鋼板、アルミ板、亜鉛鋼板である。また図示せずとも、後述するモータのコイル部８５には導線が接続されている。
【００３５】
ファンモータ８０のコイル部８５はその中心に設けられた支持部材８６に取り付けられており、支持部材８６は、図１０に示す冷却装置６５のコンテナ７５に設けられた穴部７５ｄに嵌合されて固定されている。シャフト８３はベアリング８４を介して支持部材８６に取り付けられている。シャフト８３には羽根部８１が固定されており、羽根部８１にはマグネット８２が取り付けられている。コイル部８５に流れる電流により、磁性部材７１を用いて磁気回路Ｍが形成され、羽根部８１が回転するように構成されている。
【００３６】
図１０に示すように、集積回路６２が発する熱は冷却装置６５における受熱部２０で受け入れられ、放熱部３０で放熱される。発熱する素子には集積回路６２だけではなくファンモータ８０の特にコイル部８５も含まれる。したがってコイル部８５から発生する熱も支持部材８６を介して受熱部２０で受け入れられ、放熱部３０で放熱されることになる。
【００３７】
本実施の形態によれば、冷却装置６５と一体となったモータ用回路装置を提供することができるとともに、チップ状の集積回路６２だけでなくモータ８０も効率良く冷却することができる。
【００３８】
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００３９】
冷却装置のコンテナの形状は上記各実施の形態において説明した形状に限られず、例えば平板状であって、三角形状、Ｌ字形状、口形状等の形状でもよい。またコンテナの断面が円形状をつぶしたような略楕円形状を有するものでもよいし、平板状に限られず、コンテナの表面の一部が曲面状であってもよい。
【００４０】
また、上記実施の形態において、磁性部材７１は必ずしもコンテナの裏面側に取り付けなくてもよく、コイル部８５がある側に取り付けるように取り付けるようにしてもよい。またモータはファンモータに限られず、例えばサーボ用のモータやボイスコイルモータでもかまわない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発熱素子等を効率良く冷却することができるとともに、回路装置の小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の参考例に係る回路装置を示す斜視図である。
【図２】 図１に示す回路装置のＡ−Ａ断面図である。
【図３】 図１に示す回路装置のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】 導体線の形成工程を示す図である。
【図５】 本発明の第２の参考例に係る回路装置の斜視図である。
【図６】 図５に示す回路装置に、ファンモータとヒートシンクを取り付けた状態を示す斜視図である。
【図７】 本発明の第３の参考例に係る回路装置を示す斜視図である。
【図８】 図７におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態に係る回路装置を示す断面図である。
【図１０】 図９における回路装置の冷却装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２１、４１、６１…回路装置
２、２２ａ、２２ｂ、４２、６２、…発熱素子
３、２３、６３…回路配線、導体線
５、２５、４５、６５…冷却装置
６…作動流体
１０、３１…回路部
１５、３５、５５、７５…コンテナ
１５ａ、３５ａ、５５ａ、７５ａ…表面
１５ｂ、５５ｂ…内部
５２…支持体
５５ｃ…壁部
７１…磁性部材
８０…モータ
Claims (3)
- 内部に作動流体を封入した電気絶縁材でなるコンテナを有し、前記作動流体の蒸発作用及び凝縮作用を用いて熱を吸収及び放出する冷却装置と、
前記コンテナの表面に直接設置され、発した熱が前記冷却装置により吸収される発熱素子と、コンテナの表面に直接形成され、前記発熱素子に電気的に接続された導体線とを有する回路部とを具備し、
前記発熱素子はモータを有し、
前記コンテナは、該コンテナの表面に平面状に形成され少なくとも前記導体線が形成された第１の平面部と、該第１の平面部に対向する第２の平面部とを有し、
前記回路部は、前記第２の平面部に形成され前記モータの磁気回路を構成するための磁気回路部材を有する回路装置。 - 請求項１に記載の回路装置であって、
前記コンテナは、ＡＢＳ、ＰＰＳ、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、窒化ケイ素セラミックス、または窒化アルミニウムセラミックスでなる回路装置。 - 内部に作動流体を封入した電気絶縁材でなるコンテナを有し、前記作動流体の蒸発作用及び凝縮作用を用いて熱を吸収及び放出する冷却装置と、
前記コンテナの表面に直接設置され、発した熱が前記冷却装置により吸収される発熱素子と、コンテナの表面に直接形成され、前記発熱素子に対し電気的に接続された導体線とを有する回路部とを具備し、
前記発熱素子はモータを有し、
前記コンテナは、該コンテナの表面に平面状に形成され少なくとも前記導体線が形成された第１の平面部と、該第１の平面部に対向する第２の平面部とを有し、
前記回路部は、前記第２の平面部に形成され前記モータの磁気回路を構成するための磁気回路部材を有する回路装置
を搭載した電子機器。
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