JP5619966B2 - 放熱構造 - Google Patents

Description

本発明は、放熱構造に関し、特に、マザーボードに適用する放熱構造に関する。

一般的には、コンピュータの運転中、マザーボード上の中央処理ユニット（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ；ＣＰＵ）、サウスブリッジチップ、ノースブリッジチップ、表示チップ、コンデンサ、インダクタ等のような電子素子は熱を生じるが、これらの電子素子からの熱量を効率的に排出しなければ、コンピュータがシャットダウンしやすい状況となり、さらに深刻になると、マザーボードが焼けて、財産的損失をもたらし又は使用者に傷を負わせる可能性がある。従って、設計者がコンピュータの内に放熱モジュールを設けることは一般的である。

放熱モジュールには、数多くの種類があり、ファン、放熱シート、ヒートパイプ、水冷装置が多い。一例として、放熱シートをチップの表面に貼り付けてもよく、放熱シートの温度が環境温度より高い場合、チップの温度を下げることができる。これは、自然対流という放熱方式である。ファンと放熱シートを合わせて用いることもできる。ファンを放熱シートの上に設けて、チップから放熱シートに伝導した熱をファンによる風により奪い去ることができる。これは、強制対流という放熱方式である。ヒートパイプは、毛細体及び水分子を有し、ヒートパイプ両端の温度が異なる場合、水分子は、高温の部分で気態（気体状態）となり、低温の部分で液態（液体状態）となり、低温の部分における水は、毛細体によって低温の部分から高温の部分に還流して、高温の部分に位置する放熱シート及びチップの温度を下げることができる。水冷装置は、流水により放熱シート及びチップの熱を奪い去ることによって、温度を下げる効果を達する。

しかしながら、上記の放熱モジュールのいずれも、マザーボードの所定の電子素子に放熱させ、例えば、１つのチップに１つの放熱シートを貼り付け、又は一組の放熱シート及びファンの組み合わせをセットするものであり、単一の放熱モジュールによってマザーボードの他の電子素子（例えば、コンデンサ及びインダクタ）に放熱させることはできない。従って、マザーボードに複数の放熱モジュールを取り付ける必要があり、莫大な時間及び人間の原価がかかる。また、従来の放熱モジュールは、電子素子に対する保護及び防塵の機能を有していないため、マザーボードの使用寿命を効果的に長くすることができない。

本発明の一技術態様は、少なくとも１つのインターフェースカードスロットを有する回路基板を覆う放熱構造である。

本発明が提供する放熱構造は、板体と、少なくとも１つの放熱シートと、少なくとも１つのインターフェースカード開口と、を備える。板体は、対向する第１面及び回路基板に向かう第２面を有する。放熱シートは、板体の第１面に形成される。インターフェースカード開口は、板体の第１面及び第２面を貫通して、インターフェースカードスロットをインターフェースカード開口の中に露出させる。

本案の放熱構造は、放熱シートが板体に形成されるように回路基板を覆うため、回路基板の電子素子による熱を、放熱構造の放熱シートに伝導することができる。放熱シートの温度が環境温度より高い場合、自然対流によって放熱することができる。また、放熱構造は、ファン装置、ヒートパイプ、液体放熱モジュールを選択的に備え、放熱シートの放熱効率を強化することができる。

さらに、放熱構造のインターフェースカード開口は、回路基板のインターフェースカードスロットに位置合わせされる。放熱構造が回路基板に組み立てられる場合、インターフェースカードスロットは、インターフェースカード開口の中に露出させることができる。このように、インターフェースカードは、インターフェースカード開口に差し込むとともにインターフェースカードスロットの中に固定することができ、放熱構造の板体によって阻害されることはない。

板体の回路基板の熱源に面する反対側に放熱シートを形成することにより、この放熱構造は、回路基板の複数の熱源に同時に放熱することができる。このように、従来の回路基板に設けられる放熱モジュールの数を低減することができるため、組立の時間及び人件費を節約することができる。また、放熱構造が回路基板を覆うため、回路基板の電子素子を保護することができ、防塵の機能も有し、回路基板の使用寿命を長くすることができる。

本発明の第１実施形態による放熱構造が回路基板を覆う状態を示す斜視図である。 図１に示した放熱構造及び回路基板を示す分解図である。 図１に示した放熱構造及び回路基板が使用される場合を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態による放熱構造が回路基板を覆う状態を示す斜視図である。 図４に示した放熱構造及び回路基板が使用される場合を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態による放熱構造が回路基板を覆う状態を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態による放熱構造が回路基板を覆う状態を示す斜視図である。 本発明の第５実施形態による放熱構造が回路基板を覆う状態を示す斜視図である。

以下、図面で本発明の複数の実施形態を開示し、明確に説明するために、数多くの実務上の細部を下記叙述で合わせて説明する。しかしながら、理解すべきなのは、これらの実務上の細部が、本発明を制限するためのものではない。つまり、本発明の実施形態の一部において、これらの実務上の細部は、必要としない。また、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造及び素子は、図面において簡単で模式的に示される。

図１は、本発明の第１実施形態による放熱構造１００が、回路基板２００を覆う状態を示す斜視図である。図２は、図１に示した放熱構造１００及び回路基板２００を示す分解図である。図１及び図２を同時に参照して、放熱構造１００は回路基板２００を覆う。回路基板２００は、インターフェースカードスロット２１０と、メモリスロット２１０’と、複数の熱源と、入出力コネクタ２３０と、を有する。インターフェースカードスロット２１０は、ＡＧＰスロット、ＰＣＩスロット、ＰＣＩ‐Ｅスロットを選択的に含むことができる。熱源は、チップ２２２、２２４、インダクタ（ｃｈｏｋｅ）２２６、半導体（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ＭＯＳ）２２８を含むことができる。入出力コネクタ２３０は、イーサネット（登録商標）（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））コネクタ、汎用直列バス（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ；ＵＳＢ）コネクタ、表示出力コネクタ（例えば、ＨＤＭＩ（登録商標）、ＶＧＡ等）、音声出入力コネクタを含むことができる。

放熱構造１００は、板体１１０と、放熱シート１２２、１２４、１２６と、インターフェースカード開口１３０と、を備える。板体１１０は、対向する第１面１１２及び第２面１１４を有する。第１面１１２は回路基板２００と反対側に向き（背を向け）、第２面１１４は回路基板２００に向かう。

放熱シート１２２、１２４、１２６は、板体１１０の第１面１１２に形成される。インターフェースカード開口１３０は、板体１１０の第１面１１２及び第２面１１４を貫通し、その位置は回路基板２００のインターフェースカードスロット２１０の位置に基づいて設計することができる。放熱構造１００が回路基板２００に組み立てられる場合、インターフェースカードスロット２１０を、インターフェースカード開口１３０の中に露出させることができる。

本実施形態において、板体１１０及び放熱シート１２２、１２４、１２６は、一体成形の金属（例えば、アルミニウム、銅又は鉄）素子、一体成形の放熱プラスチック素子、又は一体成形のセラミック素子であってよい。板体１１０の第２面１１４に絶縁層がめっきされてよく、これにより、板体１１０が回路基板２００における電子素子に接触してショートすることを避けることができる。

また、板体１１０は、貫通孔１１６を有し、回路基板２００は、貫通孔１１６に合わせるねじ穴２０２を有し、貫通孔１１６は、回路基板２００のねじ穴２０２の中に螺合するねじ１１８により貫通することができ、これにより、放熱構造１００は、回路基板２００に固定することができる。しかしながら、放熱構造１００を回路基板２００に固定する方法は、上記方法に限定されず、一例としては、放熱構造１００は、係合、貼り合わせ又は溶接等の方法によって、回路基板２００に組み立てることもできる。

さらに、放熱構造１００は、入出力コネクタ収納部１５０を更に備えることができる。入出力コネクタ収納部１５０は、板体１１０の第１面１１２に位置し、回路基板２００の入出力コネクタ２３０を覆うことができる収納空間１５２を有する。

図３は、図１に示した放熱構造１００及び回路基板２００が使用される場合を示す斜視図である。図２及び図３を同時に参照して、放熱構造１００は、チップの透かし彫り部１４０を備える。チップの透かし彫り部１４０は、図１に示すように、回路基板２００のチップ２２４を露出することができる。本実施形態において、チップ２２４は、中央処理ユニット（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ；ＣＰＵ）であり、通常、中央処理ユニットに追加の放熱モジュール２２９を取り付ける必要がある。例としては、放熱モジュール２２９は、ファン装置２２５及び放熱シート２２７を有することができる。放熱モジュール２２９をチップ２２４の周囲に組み立てる場合、放熱構造１００のチップの透かし彫り部１４０により、板体１１０が放熱モジュール２２９の取り付けを阻害しないようにすることができる。

放熱シート１２２、１２４、１２６は、板体１１０に形成され、回路基板２００における電子素子による熱は、放熱構造１００の放熱シート１２２、１２４、１２６に伝導することができ、放熱シートの板体１１０での位置を熱源の位置に基づいて設計することができる。一例としては、放熱シート１２２は、チップ２２２（例えば、サウスブリッジチップ又は表示チップ）の上方に位置するため、チップ２２２の熱は、放熱シート１２２に伝導することができる。また、例えば、放熱シート１２４、１２６は、インダクタ２２６及び半導体２２８の上方に位置するため、インダクタ２２６及び半導体２２８の熱は、放熱シート１２４、１２６に伝導し、自然対流方式によって放熱することができる。インダクタ２２６及び半導体２２８は、チップ２２４の電力供給モジュールであってもよい。

また、放熱シート１２４、１２６は、放熱モジュール２２９に隣接するため、ファン装置２２５からの気流は、放熱シート２２７を通る以外に、放熱シート１２４、１２６を通って、放熱シート２２７、１２４、１２６を強制対流方式によって放熱させることもできる。放熱構造１００が回路基板２００に組み立てられる場合、インターフェースカードスロット２１０は、インターフェースカード開口１３０の中に露出させる。

インターフェースカード１３２（例えば、ディスプレイカード又はサウンドカード）は、インターフェースカード開口１３０に差し込むとともにインターフェースカードスロット２１０の中に固定することができ、またメモリ１３２’は、メモリスロット２１０’の中に差し込むことができ、いずれも放熱構造１００の板体１１０に阻害されることはない。板体１１０の熱源に面する反対側に放熱シート１２２、１２４、１２６を形成すれば、放熱構造１００は、回路基板２００の複数の熱源に同時に放熱させることができる。

このように、従来の回路基板２００に設けられる放熱モジュールの数を低減することができるため、組立の時間及び人件費を節約することができる。また、放熱構造１００が回路基板２００を覆うため、回路基板２００の電子素子を保護することができ、防塵の機能も有し、回路基板２００の使用寿命を長くすることができる。

既に上記実施形態において記載された素子と素子との接続関係については、以下において繰り返して説明をしない点に注意されたい。以下の説明において、放熱構造１００は、液体放熱モジュール、ファン装置、ヒートパイプを選択的に備えることができ、放熱シート１２２、１２４、１２６の熱がより効率的に奪い去られるようにすることについて説明する。

図４は、本発明の第２実施形態による放熱構造１００が回路基板２００を覆う状態を示す斜視図である。放熱構造１００は、板体１１０と、放熱シート１２２、１２４、１２６（図１参照）と、インターフェースカード開口１３０と、を備える。図１に示した実施形態とは、放熱構造１００が液体放熱モジュール１６０を更に備える点で異なっている。

液体放熱モジュール１６０は、放熱シート１２４に隣接するように、板体１１０の第１面１１２に位置する。液体放熱モジュール１６０は、遮蔽板１６４と、流路１６２（図１参照）と、を含む。流路１６２は、板体１１０の第１面１１２に形成され、液体（例えば、水）を収納することができる。遮蔽板１６４は、ねじ１６３によって流路１６２に取り外し可能に固定され、それぞれ流路１６２の両端につながっている給液口１６６及び排液口１６８を有する。

図５は、図４に示した放熱構造１００及び回路基板２００が使用される場合を示す斜視図である。使用される場合、給液口１６６及び排液口１６８は、それぞれ輸液チューブ１７２、１７４に接続され、液体は、給液口１６６から流路１６２（図１参照）に流れて排液口１６８から流出することができる。このように、放熱シート１２４及び遮蔽板１６４の下方の放熱シート１２６（図１参照）からの熱は、流れている液体により高速に奪い去ることができる。

図６は、本発明の第３実施形態による放熱構造１００が回路基板２００を覆う状態を示す斜視図である。放熱構造１００は、板体１１０と、放熱シート１２２、１２４、１２６と、インターフェースカード開口１３０と、を備える。図１の実施形態とは、放熱構造１００が板体１１０の第１面１１２に位置するファン装置１８２、１８４を更に備える点で異なっている。ファン装置１８２は、放熱シート１２２を通る気流を生じさせることができ、ファン装置１８４は、放熱シート１２４、１２６を通る気流を生じさせることができる。このように、放熱シート１２２、１２４、１２６の熱は、ファン装置１８２、１８４からの気流により高速に奪い去ることができる。

図７は、本発明の第４実施形態による放熱構造１００が回路基板２００を覆う状態を示す斜視図である。放熱構造１００は、板体１１０と、放熱シート１２２、１２４、１２６と、インターフェースカード開口１３０と、を備える。図１の実施形態とは、放熱構造１００がヒートパイプ１９０を更に備えることで異なっている。

ヒートパイプ１９０は、板体１１０の第１面１１２に位置し、その両端１９２、１９４がそれぞれ放熱シート１２２、１２４に接続される。ヒートパイプ１９０は、毛細体及び水分子を有し、ヒートパイプ１９０の両端１９２、１９４の温度が異なる場合、水分子が高温の部分で気態となり、低温の部分で液態となり、低温の部分における水が毛細体を利用して低温の部分から高温の部分に還流し、高温の部分に位置する放熱シートの温度を下げることができる。

図８は、本発明の第５実施形態による放熱構造１００が回路基板２００を覆う状態を示す斜視図である。放熱構造１００は、板体１１０と、放熱シート１２２、１２４、１２６と、インターフェースカード開口１３０と、を備える。図１の実施形態とは、板体１１０が第１サブ板体１１１と、第２サブ板体１１３と、固定素子１１５と、を含むことで異なっている。固定素子１１５は、第１サブ板体１１１と第２サブ板体１１３を互いに接続させるように、第１サブ板体１１１と第２サブ板体１１３の間に位置することができる。

本実施形態において、固定素子１１５は、接続シート１１７、ねじ１１９を含むが、本発明を限定するものではなく、例えば、固定素子１１５は、第１サブ板体１１１と第２サブ板体１１３が互いに接続したり分離したりできれば、スナップ、治具等の形であってもよい。また、板体１１０のサブ板体の数は、２つに限定されず、設計者の必要に応じて決めることができる。

本発明の放熱構造は、放熱シートは、板体に形成されるように、回路基板を覆うため、回路基板の電子素子による熱は、放熱構造の放熱シートに伝導することができる。放熱シートの温度が環境温度より高い場合、自然対流によって放熱することができる。また、放熱構造のインターフェースカード開口の位置は、回路基板のインターフェースカードスロットの位置に基づいて設計されるため、放熱構造が回路基板に組み立てられる場合、インターフェースカードスロットは、インターフェースカード開口の中に露出させて、インターフェースカードがインターフェースカード開口に差し込むとともにインターフェースカードスロットの中に固定するようにすることができ、放熱構造の板体によって阻害されることはない。

さらに、本発明の放熱構造は、ファン装置、ヒートパイプ、液体放熱モジュールを選択的に備えて、放熱シートの放熱効率を強化することができ、また、回路基板の複数の熱源に同時に放熱させることができ、従来の回路基板に設けられる放熱モジュールの数を低減することができるため、組立の時間及び人件費を節約することができる。

また、本発明の放熱構造は、回路基板を覆うため、回路基板の電子素子を保護することができ、防塵の機能も有し、回路基板の使用寿命を長くすることができる。

本発明では実施形態を前記の通り開示したが、本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と領域から逸脱せずに、多様な変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、後の特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１００ 放熱構造
１１０ 板体
１１１ 第１サブ板体
１１２ 第１面
１１３ 第２サブ板体
１１４ 第２面
１１５ 固定素子
１１６ 貫通孔
１１７ 接続シート
１１８、１１９、１６３ ねじ
１２２、１２４、１２６、２２７ 放熱シート
１３０ インターフェースカード開口
１３２ インターフェースカード
１３２’ メモリ
１４０ チップの透かし彫り部
１５０ 入出力コネクタ収納部
１５２ 収納空間
１６０ 液体放熱モジュール
１６２ 流路
１６４ 遮蔽板
１６６ 給液口
１６８ 排液口
１７２、１７４ 輸液チューブ
１８２、１８４、２２５ ファン装置
１９０ ヒートパイプ
１９２、１９４ 一端
２００ 回路基板
２０２ ねじ穴
２１０ インターフェースカードスロット
２１０’ メモリスロット
２２２、２２４ チップ
２２６ インダクタ
２２８ 半導体
２２９ 放熱モジュール
２３０ 入出力コネクタ

Claims (9)

1. 少なくとも１つのインターフェースカードスロットを有する回路基板を覆う放熱構造に
   おいて、
   対向する第１面及び前記回路基板に向かう第２面を有する板体と、
   前記板体の前記第１面に形成される少なくとも１つの放熱シートと、
   前記板体の前記第１面及び前記第２面を貫通して、中に前記インターフェースカードスロットを露出させる少なくとも１つのインターフェースカード開口と、
   前記板体の前記第１面に位置し、前記回路基板の入出力コネクタを収納するための収納空間を有する入出力コネクタ収納部と、
   を備える放熱構造。
2. 前記板体の前記第１面に位置するファン装置
   を更に備える請求項１に記載の放熱構造。
3. 前記板体の前記第１面に位置し、両端がそれぞれ前記放熱シートに接続されるヒートパイプを更に備える請求項１に記載の放熱構造。
4. 前記放熱シートに隣接するように、前記板体の前記第１面に位置する液体放熱モジュール
   を更に備える請求項１に記載の放熱構造。
5. 前記液体放熱モジュールは、
   前記板体の前記第１面に形成され、液体を収納するための流路と、
   前記流路に取り外し可能に固定され、給液口及び排液口を有する遮蔽板と、
   を含む請求項４に記載の放熱構造。
6. 前記回路基板のチップを露出させるためのチップの透かし彫り部
   を更に備える請求項１に記載の放熱構造。
7. 前記板体は、少なくとも１つの貫通孔を有し、前記回路基板は、前記貫通孔に合わせるねじ穴を有し、前記貫通孔は、前記回路基板の前記ねじ穴の中に螺合するねじにより貫通される請求項１に記載の放熱構造。
8. 前記板体は、
   複数のサブ板体と、
   前記サブ板体の間に位置し、前記サブ板体を互いに接続させるための少なくとも１つの固定素子と、
   を含む請求項１に記載の放熱構造。
9. 前記板体及び前記放熱シートは、一体成形の金属素子、一体成形の放熱プラスチック素子、又は一体成形のセラミック素子である請求項１に記載の放熱構造。