JP4371210B2

JP4371210B2 - 電子ユニットおよびその放熱構造

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Publication number: JP4371210B2
Application number: JP2003406653A
Authority: JP
Inventors: 孝士小山田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: JP2005167102A; US7397662B2; GB2409583B; GB0426559D0; US20050122686A1; GB2409583A; CN100484377C; CN1625330A

Description

本発明は電子通信装置架台に搭載される電子ユニットの構造に係り、特に電子ユニットのプリント基板に搭載された電子部品から熱を効率的に放熱する電子ユニットの放熱構造に関する。

高集積化された半導体デバイスなどの電子部品は１つの発熱源となっており、このような電子部品をプリント基板に搭載した電子カードユニットの放熱機構は必要不可欠となっている。特に、架内に複数段のカード棚が設けられ、そこに多数の電子カードユニットが差し込まれて接続された電子通信装置では、装置内に大量の熱が発生する。この熱をいかに効率的に放熱し冷却するかは大きな技術的課題であり、そのために種々の技術が提案されている。

たとえば、特開昭６３−１５２２００号公報（特許文献１）に開示された放熱構造では、プリント基板上の発熱部品がヒートパイプを通して固定放熱フィンを接続され、この固定放熱フィンが更に外気導入室に突出した可動放熱フィンに接続されることで、放熱効率の向上を図っている。

また、特開平１０−２７０８８４号公報（特許文献２）に開示された放熱構造では、プリント基板上の発熱体に接続されたユニット側のヒートパイプと、通信機器の上面に設けられた放熱板に接続したヒートパイプとを着脱可能に接続し、接続されたヒートパイプを通して発熱体の熱を外部の放熱板から放熱している。

特開昭６３−１５２２００号公報（第１ページ右下欄３行〜１５行、第１図）特開平１０−２７０８８４号公報（段落００１１〜００１３、第１図）

一般に、電子通信装置架台には多数のカード状の電子ユニットが精度よくプラグイン装着され、上述したように効率的に放熱される必要がある。したがって、電子ユニットのプリント基板には強度と精度が共に要求され、さらに放熱のためのスペース配分もコンパクト化することが必要である。

しかしながら、特許文献１に記載された放熱構造では、固定放熱フィンと可動放熱フィンを設けているために、強度および精度を向上させることが困難であるばかりでなく、フィン構造がコンパクト化にとって大きな障害となっている。

また、特許文献２に記載された放熱構造では、発熱体からの熱をヒートパイプを通して外部の放熱板まで伝導させるために、装置内に放熱スペースを確保する必要がありコンパクト化を阻害する原因となっている。

本発明の目的は、プリント基板の補強と放熱効率の向上とをコンパクトに達成できる電子ユニットおよびその放熱構造を提供することにある。

本発明による電子ユニットは、発熱部品を所定位置に搭載したプリント基板を有し電子装置架台に垂直に装着される電子ユニットであって、前記プリント基板の上端および下端の少なくとも一方に固定された補強板と、前記発熱部品の発熱を前記補強板に伝導する熱伝導手段と、を有し、前記熱伝導手段は、前記発熱部品上に密着した吸熱体と、前記吸熱体を貫通し前記プリント基板の外周部に沿って配設され、前記補強板に接触固定され、内部に封入された流体が前記吸熱体内を通過し、前記補強板に沿って流れ、前記吸熱体に帰還する循環路を形成する放熱循環パイプと、を有することを特徴とする。特に、前記補強板には複数の通気孔が形成されていることが望ましい。

前記熱伝導手段は、前記流体を前記放熱循環パイプ内で強制的に循環させるポンプを更に設けることもできる。

本発明の他の側面によれば、発熱部品を所定位置に搭載したプリント基板を有し電子装置架台に垂直に装着される電子ユニットの放熱構造において、前記プリント基板の上端および下端の少なくとも一方に固定されたＬ字状の補強板兼放熱板と、前記発熱部品の発熱を前記Ｌ字状の補強板兼放熱板に伝導する熱伝導手段と、を有し、前記熱伝導手段は、前記発熱部品上に密着した吸熱体と、前記吸熱体を貫通し前記プリント基板の外周部に沿って配設され、前記補強板兼放熱板に接触固定され、内部に封入された流体が前記吸熱体内を通過し、前記補強板兼放熱板に沿って流れ、前記吸熱体に帰還する循環路を形成する放熱循環パイプと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、プリント基板の周縁部に設けられた補強板に発熱部品で発生した熱を伝導することで補強板を放熱手段として利用することができる。これによりプリント基板の強度を高めると共に、熱を補強板から効率的に放熱することができ、コンパクトな放熱構造を得ることができる。特に、補強板に通気孔を形成しておくことで、放熱効率を更に高めることができる。

また、熱伝導手段として放熱循環パイプをプリント基板周縁部に配置して流体を循環させることで、発熱部品からの熱を更に効率的に放熱することができる。流体をポンプを用いて強制循環させれば、大量の発熱にも十分な冷却効果を得ることができる。さらに、ポンプにより流体の流量を調整することで、発熱量の変動に対応することも可能である。

図１は本発明による電子ユニットを装着する電子通信装置架台の一例を示す斜視図である。電子通信装置架台１内には複数の棚板２が設けられ、複数段のシェルフ棚３が形成されている。１つのシェルフ棚２には所定数のカード状電子ユニット６をプラグイン装着することが可能であり、ガイドレール２ａが向かい合って配列された上下２枚の棚板２と背後のマザーボード４とからなる。マザーボード４には複数個のコネクタ５が所定位置に設けられ、それぞれ電子ユニット６がガイドレール２ａを通して差し込まれると電子ユニット６のコネクタと電気的および機械的に接続する。

多数の電子ユニット６が装着されると、上述したように大量の熱が発生する。この放熱対策として、電子通信装置架台１の下段と中段とに吸気ファン７を設け、さらに上面に排気ファン９を設けている。吸気ファン７によって外の冷気８が吸い込まれ、装置内部の高温の空気が排気ファン９により排気１０として外へ排出される。吸気ファン７および排気ファン９により、装置内には気流１１が強制的に作り出され、多数の電子ユニット６からでる多量の熱を排気し冷却する。

次に、本発明の好ましい実施例による電子ユニットの構造を図４〜５を用いて詳細に説明するが、その前に参考例を図２〜３を参照して説明する。

図２は第１参考例による電子ユニットの斜視図である。第１参考例による電子ユニット６ａは、プリント基板１２の前端に化粧パネル１３が設けられ、後端にはマザーボード４のコネクタ５と接続するコネクタ１４および１５が設けられている。プリント基板１２の後端部には鍵形状の後補強板１６が固定され、プリント基板１２後方のたわみやそりに対する強度を向上させている。

プリント基板１２の上端部にはＬ字状の補強板兼放熱器１７が固定され、補強板兼放熱器１７には多数の通気孔１７ａが形成されている。同様に、プリント基板１２の下端部にもＬ字状の補強板兼放熱器１８が固定され、補強板兼放熱器１８にも多数の通気孔１８ａが形成されている。このような補強板兼放熱器１７および１８により、プリント基板１２の上下部のたわみやそりに対する強度が向上するとともに、後述するように放熱効率が向上する。なお、補強板兼放熱器１７および１８は、十分な強度があり熱伝導性の良い金属材料で形成されており、たとえばアルミや銅合金などを用いることができる。

プリント基板１２の所定位置には発熱源である電子部品１９が搭載され、電子部品１９の上には放熱フィンが形成された吸熱体２０がバネ金具２２により密着されている。吸熱体２０には、電子部品１９からの熱を伝導するためのヒートパイプ２１が埋め込まれており、このヒートパイプ２１は上方の補強板兼放熱器１７まで延び、固定金具等により補強板兼放熱器１７に沿って固定され埋め込まれている。

このように構成することで、電子部品１９で発生した熱は、吸熱体１９のフィンで放熱され、さらにヒートパイプ２１を伝導して補強板兼放熱器１７から大気中へ放熱される。補強板兼放熱器１７には放熱用の孔１７ａが多数形成されているために、ヒートパイプ２１を伝わってきた熱が効率よく放熱される。また、補強板兼放熱器１７はプリント基板１２の補強機能も有しており、プリント基板のそり防止や強度向上および放熱効率向上の両方を同時に達成することができ、コンパクトで丈夫な電子ユニット６ａを得ることができる。

なお、本参考例では、プリント基板１２の上端部および下端部にそれぞれ補強板兼放熱器１７および１８を設けて補強したが、必要なそり防止あるいは強度が得られるならば、上端部および下端部のいずれか一方に補強板兼放熱器１７あるいは１８を設けてもよい。

図３は第２参考例による電子ユニットの斜視図である。第２参考例による電子ユニット６ｂは、第１参考例とは熱伝導手段が異なっている。その他は第１参考例と基本的に同じ機能および構成を有するので、同じ参照番号を付して説明は省略する。

図３において、プリント基板１２に搭載された電子部品１９上には、熱伝導シート３１がフィンを有する吸熱体３０にバネ金具２２により密着されている。熱伝導シート３１は、高い熱伝導性を有する材料、たとえばグラファイトで形成される。熱伝導シート３１は上方の補強板兼放熱器１７まで延び、補強板兼放熱器１７に埋め込まれている。熱伝導シート３１は電子部品１９から補強板兼放熱器１７へ向けて幅が広がっており、電子部品１９側では電子部品１９の幅に合致した幅を有するが、補強板兼放熱器１７側では幅を広くして放熱効果を高めている。

このように構成することで、電子部品１９で発生した熱は、吸熱体３０のフィンで放熱され、さらに熱伝導シート３１を伝導して補強板兼放熱器１７から大気中へ放熱される。補強板兼放熱器１７には放熱用の通気孔１７ａが多数形成されているために、熱伝導シート３１を伝わってきた熱が効率よく放熱される。また、補強板兼放熱器１７はプリント基板１２の補強機能も有しており、プリント基板のそり防止や強度向上および放熱効率向上の両方を同時に達成することができ、コンパクト、軽量かつ丈夫な電子ユニット６ｂを得ることができる。

なお、本参考例では、熱伝導シート３１を上方の補強板兼放熱器１７に接続したが、もう１つの熱伝導シート３１を下方の補強板兼放熱器１８に接続して更に放熱効率を高めることもできる。また、本参考例では、プリント基板１２の上端部および下端部にそれぞれ補強板兼放熱器１７および１８を設けて補強したが、必要なそり防止あるいは強度が得られるならば、上端部および下端部のいずれか一方に補強板兼放熱器１７あるいは１８を設けてもよい。

図４は本発明の一実施例による電子ユニットの斜視図であり、図５はその分解斜視図である。本実施例による電子ユニット６ｃは、プリント基板１２の前端に化粧パネル１３が設けられ、後端にはマザーボード４のコネクタ５と接続するコネクタ１４および１５が設けられている。プリント基板１２の後端部には鍵形状の後補強板１６がネジで固定され、プリント基板１２後方のたわみやそりに対する強度を向上させている。

プリント基板１２の上端部にはＬ字状の補強板兼放熱器１７が固定され、補強板兼放熱器１７には多数の通気孔１７ａが形成されている。同様に、プリント基板１２の下端部にもＬ字状の補強板兼放熱器１８が固定され、補強板兼放熱器１８にも多数の通気孔１８ａが形成されている。このような補強板兼放熱器１７および１８により、プリント基板１２の上下部のたわみやそりに対する強度が向上するとともに、後述するように放熱効率が向上する。

プリント基板１２の所定位置には発熱源である電子部品１９が裏側の金属プレート４７により固定され、電子部品１９の上には放熱フィンが形成された吸熱体４０がバネ金具２２により密着されている。吸熱体４０には、電子部品１９からの熱を流体を循環させることで放熱するための放熱循環パイプ４１がＵ字型に貫通している。

放熱循環パイプ４１はプリント基板１２の外周縁に沿ってループ状に形成され、内部に封入された流体は自然にあるいは強制的に矢印Ｌ方向に循環する。吸熱体４０から延びた放熱循環パイプ４１は、本実施例では強制循環ポンプ４５通して上方の補強板兼放熱器１７まで延び、放熱循環パイプ４１の上方放熱部分４２が固定金具４８により補強板兼放熱器１７に沿って固定されている。さらに放熱循環パイプ４１は、上方放熱部分４２に続く後方放熱部分４３で後補強板１６の下を通り、下方の補強板兼放熱器１８まで延びる。放熱循環パイプ４１の下方放熱部分４４は固定金具４９により補強板兼放熱器１８に沿って固定され、下方放熱部分４４が延びて吸熱体４０に戻る。吸熱体４０には放熱循環パイプ４１のＵ字状部分４６が貫通し、電子部品１９の熱が放熱循環パイプ４１内の流体に伝わる。

本実施例では、放熱循環パイプ４１内の流体は、強制循環ポンプ４５によって矢印Ｌ方向に強制的に流れる。このように構成することで、電子部品１９で発生した熱は、吸熱体４０のフィンで放熱され、さらに放熱循環パイプ４１のＵ字状部分４６内を流れる流体に吸熱される。こうして高温になった流体は強制循環ポンプ４５を通して矢印Ｌ方向に流れ、上方放熱部分４２を通ることで流体の熱が上方補強板兼放熱器１７へ移動し、大気中へ放熱される。こうして温度降下した流体は、放熱循環パイプ４１の後方放熱部分４３を通過する間にも温度降下し、さらに放熱循環パイプ４１の下方放熱部分４４を通ることで流体の熱が下方補強板兼放熱器１８へ移動し、大気中へ放熱される。こうして冷却された流体が再び吸熱体４０内を通過し、上述した吸熱および放熱プロセスを繰り返す。

放熱循環パイプ４１内の流体を、強制循環ポンプ４５によって強制的に循環させることでより大きな冷却放熱効果を得ることができる。特に、強制循環ポンプ４５で流量を調整することで、大消費電力パネルの放熱にも対応することが可能となり、また発熱量の変動に対応することも可能である。ただし、電子部品１９の発熱量が比較的小さい場合には、ポンプによる強制循環でなく、自然循環によってもよい。

すでに述べたように、上方補強板兼放熱器１７には放熱用の孔１７ａが多数形成されているために、上方放熱部分４２を通る流体の熱が効率よく放熱される。同様に、下方補強板兼放熱器１８にも放熱用の孔１８ａが多数形成されているために、下方放熱部分４４を通る流体の熱が効率よく放熱される。また、補強板兼放熱器１７および１８はプリント基板１２の補強機能も有しており、プリント基板のそり防止や強度向上および放熱効率向上の両方を同時に達成することができ、コンパクトで丈夫な電子ユニット６ｃを得ることができる。

本発明による電子ユニットおよびその放熱構造は、多数の電子ユニットを架台に装着して動作させる電子通信装置における電子ユニット単体に適用され、特に電子ユニットのプリント基板に搭載された発熱部品の放熱構造に適用される。

本発明による電子ユニットを装着する電子通信装置架台の一例を示す斜視図である。第１参考例による電子ユニットの斜視図である。第２参考例による電子ユニットの斜視図である。本発明の一実施例による電子ユニットの斜視図である。図４に示す電子ユニットの分解斜視図である。

１電子通信装置架台
６、６ａ、６ｂ、６ｃ電子ユニット
１２プリント基板
１７上方補強板兼放熱器
１７ａ通気孔
１８下方補強板兼放熱器
１８ａ通気孔
１９電子部品
２０吸熱体
２１ヒートパイプ
３０吸熱体
３１熱伝導シート
４０吸熱体
４１放熱循環パイプ４２上方放熱部分
４３後方放熱部分
４４下方放熱部分
４５強制循環ポンプ
４６Ｕ字状部分

Claims

発熱部品を所定位置に搭載したプリント基板を有し電子装置架台に垂直に装着される電子ユニットにおいて、
前記プリント基板の上端および下端の少なくとも一方に固定された補強板と、
前記発熱部品の発熱を前記補強板に伝導する熱伝導手段と、
を有し、
前記熱伝導手段は、
前記発熱部品上に密着した吸熱体と、
前記吸熱体を貫通し前記プリント基板の外周部に沿って配設され、前記補強板に接触固定され、内部に封入された流体が前記吸熱体内を通過し、前記補強板に沿って流れ、前記吸熱体に帰還する循環路を形成する放熱循環パイプと、
を有することを特徴とする電子ユニット。
前記補強板には複数の通気孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子ユニット。
前記流体を前記放熱循環パイプ内で強制的に循環させるポンプを更に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の電子ユニット。
発熱部品を所定位置に搭載したプリント基板を有し電子装置架台に垂直に装着される電子ユニットの放熱構造において、
前記プリント基板の上端および下端の少なくとも一方に固定されたＬ字状の補強板兼放熱板と、
前記発熱部品の発熱を前記Ｌ字状の補強板兼放熱板に伝導する熱伝導手段と、
を有し、
前記熱伝導手段は、
前記発熱部品上に密着した吸熱体と、
前記吸熱体を貫通し前記プリント基板の外周部に沿って配設され、前記補強板兼放熱板に接触固定され、内部に封入された流体が前記吸熱体内を通過し、前記補強板兼放熱板に沿って流れ、前記吸熱体に帰還する循環路を形成する放熱循環パイプと、
を有することを特徴とする電子ユニットの放熱構造。
前記補強板兼補強板には複数の通気孔が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電子ユニットの放熱構造。
前記流体を前記放熱循環パイプ内で強制的に循環させるポンプを更に設けたことを特徴とする請求項４または５に記載の電子ユニットの放熱構造。