JP5915721B1 - 冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発熱部品の発熱をより効率よく冷却すること。【解決手段】本発明の第1の実施の形態における冷却装置100は、第1の放熱部110と、熱伝導部130とを備えている。第1の放熱部110は、基板210の第1の面(表面)上に実装された第1の発熱部品220に熱的に結合されている。熱伝導部130は、熱伝導部130は、柔軟性を有する。熱伝導部130は、基板210の第2の面(裏面)上に実装された第2の発熱部品230に熱的に結合するとともに、第1の放熱部110に熱的に結合する。【選択図】 図1

Description

本発明は、冷却装置に関し、例えば、基板の両面各々に実装された各発熱部品の双方を冷却するものに関する。
特許文献1には、電子回路基板装置等の発明として、冷却装置16を用いて電子回路基板11上の複数の電子部品を冷却する技術が、開示されている。特許文献1の技術では、複数の電子部品(高密度固体化電子部品12c)が電子基板(電子回路板11)上に実装されている。電子部品熱伝導カバー15は、電子基板上の複数の電子部品を覆うように設けられている。電子部品熱伝導カバー15は、複数の電子部品の発熱を輻射熱により熱伝導的に受熱する。電子部品熱伝導カバー15は、放熱フィン13に熱伝導的に接続されており、複数の電子部品の熱を放熱フィン13に伝導する。また、冷却装置駆動部16aと放熱フィン13は、冷媒管16b(水冷用のパイプ)を介して、接続されている。冷媒管16bは、放熱フィン13内に通るように、設けられている。複数の電子部品の熱は、電子部品熱伝導カバー15、放熱フィン13および冷媒管16bを介して、冷却装置駆動部16aに伝導される。このような構成により、特許文献1に記載の技術では、電子回路基板11上の複数の電子部品を冷却することができる。
なお、本発明に関連する技術が、特許文献2〜4にも開示されている。
特開2005−223099号公報 特開2008−84215号公報 特開平11−352190号公報 特開2010−94144号公報
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、電子部品熱伝導カバーが複数の電子部品から離れているため、熱伝導効率が良くないという問題があった。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、発熱部品の発熱をより効率よく冷却することができる冷却装置を提供することにある。
本発明の冷却装置は、基板の第1の面上に実装された第1の発熱部品に熱的に結合された第1の放熱部と、前記基板の前記第1の面の反対側の面である第2の面に向かい合う第2の放熱部と、前記第2の放熱部のうち前記基板の前記第2の面と向かい合う面に密着され、前記基板の前記第2の面上に実装された第2の発熱部品に熱的に結合するとともに、前記第1の放熱部に熱的に結合する熱伝導部とを備えている。
本発明にかかる冷却装置によれば、発熱部品の発熱をより効率よく冷却することができる。
本発明の第1の実施の形態における冷却装置を電子基板に取り付けた後の状態を示す側面図である。 本発明の第1の実施の形態における冷却装置を電子基板に取り付ける前の状態を示す側面図である。 本発明の第1の実施の形態における冷却装置において、熱伝導部を第1の放熱部の凹部内に密着させる方法を説明するための図である。 本発明の第1の実施の形態における冷却装置において、熱伝導部を第1の放熱部の凹部内に密着させる方法を説明するための図である。 本発明の第2の実施の形態における冷却装置において、熱伝導部を第1の放熱部の凹部内に密着させる方法を説明するための図である。 本発明の第2の実施の形態における冷却装置において、熱伝導部を第1の放熱部の凹部内に密着させる方法を説明するための図である。 本発明の第3の実施の形態における冷却装置において、熱伝導部を第1の放熱部に密着させる方法を説明するための図である。 本発明の第3の実施の形態における冷却装置において、熱伝導部を第1の放熱部に密着させる方法を説明するための図である。 本発明の第4の実施の形態における冷却装置を電子基板に取り付けた後の状態を示す側面図である。 本発明の第4の実施の形態における冷却装置を電子基板に取り付ける前の状態を示す側面図である。
<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態における冷却装置100の構成について説明する。図1は、冷却装置100を電子基板200に取り付けた後の状態を示す側面図である。図2は、冷却装置100を電子基板200に取り付ける前の状態を示す側面図である。
説明の便宜上、まず、電子基板200の構成について説明する。
図1および図2に示されるように、電子基板200は、基板210と、第1の発熱部品220と、第2の発熱部品230a、230bとを備えている。
基板210は、板状に形成されている。基板210の材料には、例えばガラスエポキシ樹脂が用いられる。また、基板210には、後述の一括固定ネジ170a、170bが取り付けられる位置に、ネジ穴(不図示)が設けられている。
第1の発熱部品220は、基板210の表面(図1および図2にて紙面上側)上に実装されている。なお、基板210の表面は、本発明の基板の第1の面に対応する。第2の発熱部品230a、230bは、基板210の裏面(図1および図2にて紙面下側)に実装されている。第2の発熱部品230aの部品高さと、第2の発熱部品230bの部品高さは、同一である。
なお、第2の発熱部品230aと第2の発熱部品230bを区別する必要がない場合、これらを総称して第2の発熱部品230と呼ぶ。基板210の裏面は、基板210の表面の反対側の面である。基板210の裏面は、本発明の基板の第2の面に対応する。第1の発熱部品220および第2の発熱部品230は、稼働すると熱を発する電子部品である。第1の発熱部品220および第2の発熱部品230は、例えば、CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)である。
以上、電子基板200の構成について説明した。
次に、冷却装置100の構成について説明する。
図1および図2に示されるように、冷却装置100は、第1の放熱部110と、第2の放熱部120と、熱伝導部130と、袋体140a、140bと、板材150a、150bと、一括固定ネジ170a、170bと、板材固定ネジ170a、170bとを備えている。なお、本発明では、少なくとも第1の放熱部110および熱伝導部130を備えていれば、前述の発明の目的に達することができる。したがって、第1の放熱部110および熱伝導部130を省略した構成で、冷却装置を構成してもよい。また、袋体140a、140bと、板材150a、150bと、板材固定ネジ170a、170bとを含む部材は、押圧部500に対応する。押圧部500は、熱伝導部130を第1の放熱部110へ向けて押圧することにより、熱伝導部130を第1の放熱部110に密着させる。
図1に示されるように、第1の放熱部110は、基板210の表面上に実装された第1の発熱部品220に熱的に結合されている。図1および図2に示されるように、第1の放熱部110は、複数のフィン111と、凹部112とを備えている。複数のフィン111は、板状に基板110の表面から離れる方向に延出するように設けられている。凹部112は、第1の放熱部110の両端部側に、基板110の表面から離れる方向に凹状に形成されている。
また、第1の放熱部110では、一括固定ネジ170a、170bおよび板材固定ネジ160a、160bが取り付けられる位置に、ネジ穴(不図示)が設けられている。第1の放熱部110の材料には、鉄やアルミニウムなど、熱伝導性の高い金属材料等が、用いられる。第1の放熱部110は、ヒートシンクとも呼ばれる。
図1および図2に示されるように、第2の放熱部120は、基板110の裏面に向かい合うように設けられている。図1および図2に示されるように、第2の放熱部120は、板状に形成されている。また、図1および図2に示されるように、第2の放熱部120の両端部は、第1の放熱部110へ近づく方向に向けて曲げられている。第2の放熱部120の一方の面上には、熱伝導部130が積層されている。熱伝導部130は、第2の放熱部120の一方の面に、密着されている。
また、第2の放熱部120には、一括固定ネジ170a、170bが取り付けられる位置に、ネジ穴(不図示)が設けられている。第2の放熱部120の材料には、鉄やアルミニウムなど、熱伝導性の高い金属材料等が、用いられる。第2の放熱部120は、放熱板とも呼ばれる。
図1および図2に示されるように、熱伝導部130は、第2の放熱部120の一方の面に密着されている。より具体的には、熱伝導部130は、第2の放熱部120のうちで基板210の裏面に向かい合う面に、密着されている。図1に示されるように、熱伝導部130は、基板210の裏面上に実装された第2の発熱部品230a、230bに熱的に結合する。熱伝導部130は、柔軟性を有する。
また、図1および図2に示されるように、熱伝導部130は、第2の放熱部120の両端部側にて、外方へ延出する部分(延出部分)が設けられている。図1および図2に示されるように、熱伝導部130の延出部分は、第2の放熱部120の両端部側にて、第1の放熱部110へ近づく方向に向けて延びるように設けられている。
図1に示されるように、冷却装置100が電子基板200に取り付けられたとき、熱伝導部130の延出部分は、第1の放熱部110の凹部111内で、第1の放熱部110に熱的に結合する。また、熱伝導部130の延出部分は、第1の放熱部110の凹部111内で、袋体140a、140bを包み込んでいる。熱伝導部130の材料には、例えばグラファイトが用いられる。熱伝導部130は、グラファイトシートとも呼ばれる。
図1に示されるように、袋体140a、140bは、第1の放熱部110の凹部111内に収容される。また、袋体140a、140bは、第1の放熱部110の凹部111内で、熱伝導部130の延出部分に包み込まれる。袋体140a、140bの内部には、予め凹部112内部の体積程度の液体または気体が内部に注入され、密封される。袋体140a、140bの内部容積の最大値は、少なくとも、注入される液体または気体の体積よりも、大きい。また、袋体140a、140bの内部に注入された液体または気体は、袋体140a、140bの内部で、移動できる。袋体140a、140b内に空気が注入されている場合、袋体140a、140bはエアバックとも呼ばれる。なお、袋体140aと袋体140bを区別しない場合、これらを総称して袋体140として説明する。
図1に示されるように、板材150a、150bは、板材固定ネジ170a、170bによって、第1の放熱部110に取り付けられる。板材150a、150bは、平板状に形成されている。また、板材150a、150bには、板材固定ネジ170a、170b用のネジ穴(不図示)が形成されている。板材150a、150bが板材固定ネジ170a、170bにより第1の放熱部110に取り付けられたとき、板材150a、150bは、第1の放熱部110の凹部112内であって板材150a、150bおよび第1の放熱部110の間で袋体140a、140bを圧縮する。すなわち、板材150a、150bは、板材150a、150bおよび第1の放熱部110の凹部112の底面間で袋体140a、140bを圧縮する。これにより、熱伝導部130が第1の放熱部110へ向けて押圧される。この結果、熱伝導部130と第1の放熱部110とが圧接される。そして、熱伝導部130と第1の放熱部110とが熱的に結合する。
図1および図2に示されるように、一括固定ネジ170a、170bは、第1の放熱部110、基板210および第2の放熱部120の各々に形成されたネジ穴(不図示)に取り付けられる。
図1および図2に示されるように、板材固定ネジ170a、170bは、第1の放熱部110および板材150a、150bの各々に形成されたネジ穴(不図示)に取り付けられる。板材固定ネジ170a、170bは、板材150a、150bを第1の放熱部110に取り付ける。なお、板材固定ネジ170a、170bは、本発明の固定部材に対応する。
以上、冷却装置100の構成について説明した。
次に、冷却装置100を電子基板200に取り付ける方法を説明する。
まず、電子基板200と、第1の放熱部110と、熱伝導部130が密着された第2の放熱部120とを準備する。
熱伝導部130と基板210の裏面とが互いに向かい合うように、電子基板200と第2の放熱部120を配置する。そして、電子基板200を第2の放熱部120に装着する。これにより、基板110の裏面上に実装された第2の発熱部品230a、230bと熱伝導部30が熱的に結合する。この結果、発熱部品230a、230bと熱伝導部30が熱的に結合する。
次に、第1の放熱部110を電子基板200上に装着する。このとき、第1の放熱部110と基板210の表面が互いに向かい合うように、第1の放熱部110を電子基板200上に配置する。これにより、基板110の表面上に実装された第1の発熱部品220と第1の放熱部110が熱的に結合する。この結果、第1の発熱部品220と熱伝導部130が熱的に結合する。
また、第1の放熱部110を電子基板200上に装着する際に、熱伝導部130と袋体140a、140bを第1の放熱部110の凹部112内に取り付ける。
図3および図4は、第1の実施の形態における冷却装置100において、熱伝導部130を第1の放熱部110の凹部112内に密着させる方法を説明するための図である。図3は、第1の実施の形態における冷却装置100において、熱伝導部130を第1の放熱部110の凹部112内に密着させる前の状態を示す。図4は、第1の実施の形態における冷却装置100において、熱伝導部130を第1の放熱部110の凹部112内に密着させた後の状態を示す。なお、図3および図4では、図1および図2の紙面左側の凹部112に熱伝導部130と袋体140aを取り付ける状態を示している。しかし、図1および図2の紙面右側の凹部112に熱伝導部130と袋体140bを取り付ける状態も、図3および図4と対象になっているだけで、基本的には同様である。
図3に示されるように、第1の放熱部110を電子基板200上に装着する際に、熱伝導部130と袋体140aを左側の第1の放熱部110の凹部112内に、袋体140aを変形させながら挿入する。同様に、第1の放熱部110を電子基板200上に装着する際に、熱伝導部130と袋体140bを右側の第1の放熱部110の凹部112内に、袋体140bを変形させながら挿入する。
このとき、袋体140a、140bの内部容積の最大値は、前述の通り、少なくとも、注入される液体または気体の体積よりも、大きい。また、袋体140a、140bの内部に注入された液体または気体は、袋体140a、140bの内部で、移動できる。このため、袋体140a、140bを容易に変形させることができる。したがって、熱伝導部130と袋体140a、140bを第1の放熱部110の凹部112内に、容易に挿入することができる。ここで、図3に例示されるように、袋体140a、140bの上端部が凹部112内に確実に挿入されていることと、袋体140a、140bの下端部が第1の放熱部110の凹部112から飛び出していることを、確認する。
この時点で、一括固定ネジ170a、170bを、第2の放熱部120、基板210および第1の放熱部110のネジ穴に取り付けて、ネジ止めする。これにより、電子基板200および第2の放熱部120が第1の放熱部110に保持される。
次に、図4に例示されるように、袋体140a、140bのうちで、第1の放熱部110の凹部112から飛び出している下端部を、押しつぶしながら、板材150a、150bを、第1の放熱部110の下面側から取り付ける。このように、板材150a、150bで袋体140a、140bを押さえつけることにより、袋体140a、140bの下側の気体または液体は、袋体140a、140bの上側へ移動する。気体または液体の移動によって、袋体140a、140bが、第1の放熱部110の凹部112内で膨らむ。袋体140a、140bが膨らむ力によって、熱伝導部130が凹部112内の内壁に密着される。この状態で、板材固定ネジ170a、170bを用いて、板材150a、150bを第1の放熱部110の下面にネジ止めして、固定する。
以上、冷却装置100を電子基板200に取り付ける方法を説明した。
次に、冷却装置100の動作について説明する。より具体的には、電子基板200の基板210の両面に実装された第1の発熱部品220および第2の発熱部品230の熱が放熱されるまでの流れを説明する。
電子基板200に電源が供給されると、第1の発熱部品220と、第2の発熱部品230a、230bとが、発熱する。
このとき、第1の発熱部品220と第1の放熱部110とは互いに熱的に結合しているので、第1の発熱部品220の熱は第1の放熱部110へ伝わる。そして、第1の放熱部110は、第1の発熱部品220の熱を放熱する。
第2の発熱部品230a、230bは、熱伝導部130に密着し、熱的に結合している。このため、第2の発熱部品230a、230bの熱は、まず、熱伝導部130へ伝わる。第2の発熱部品230a、230bで発生した熱は、熱伝導部130の面方向に伝わった後、凹部112内部まで伝わる。凹部112内では、第1の放熱部110と熱伝導部130が熱的に結合している。この接触部では、熱伝導部130の上面が、第1の放熱部110に密着している。熱伝導部130の上面は、第2の発熱部品230a、230bと熱的に結合している面でもある。これにより、第2の発熱部品230a、230bで発生した熱が、熱伝導部130を介して、効率よく第1の放熱部110に伝わる。
以上の通り、第1の発熱部品220および第2の発熱部品230a、230bで発生した熱は、ともに第1の放熱部110へ伝わる。これにより、第1の発熱部品220および第2の発熱部品230a、230bで発生した熱は、ともに第1の放熱部110で一括して放熱される。
ここで、熱伝導部130にグラファイトを用いた場合を説明する。グラファイトは一般的に面方向に高い熱伝導率(同銅の2〜4倍)を有することが知られている。このため、熱伝導部130にグラファイトを用いた場合、第2の発熱部品230a、230bで発生した熱を、熱伝導部130を介して、より効率よく第1の放熱部110に伝えることができる。
以上、冷却装置100の動作について説明した。
以上の通り、本発明の第1の実施の形態における冷却装置100は、第1の放熱部110と、熱伝導部130とを備えている。
第1の放熱部110は、基板210の第1の面(表面)上に実装された第1の発熱部品220に熱的に結合されている。熱伝導部130は、柔軟性を有する。また、熱伝導部130は、第2の放熱部120のうち基板110の第2の面(裏面)上に実装された第2の発熱部品230に熱的に結合するとともに、第1の放熱部110に熱的に結合する。なお、第2の面(裏面)は、基板110の第1の面(表面)の反対側の面である。
このように、基板210の第1の面上に実装された第1の発熱部品220は、第1の放熱部110に熱的に結合する。基板210の第2の面上に実装された第2の発熱部品230は、熱伝導部130を介して第1の放熱部110に間接的に熱的に結合する。このとき、第2の発熱部品230は第2の放熱部120に熱的に結合するため、第2の発熱部品230から第2の放熱部120への熱伝導効率は、特許文献1に記載の技術と比較して、高くすることができる。これにより、第1の発熱部品220および第2の発熱部品230の熱を、円滑に第1の放熱部110へ伝えることができる。この結果、第1の発熱部品220および第2の発熱部品230の熱を、第1の放熱部110で効率よく放熱することができる。したがって、本発明の第1の実施の形態における冷却装置100によれば、発熱部品の発熱をより効率よく冷却することができる。
特許文献1に記載の技術において、たとえば、電子部品熱伝導カバー15を複数の電子部品に熱的に結合させようとする場合を想定する。このとき、電子部品熱伝導カバー15および電子部品の間には、通常、隙間(たとえば、0.1mm〜0.3mm程度)が生じる。この隙間は、電子部品熱伝導カバー15および電子部品の寸法公差が原因で、生じる。また、電子部品熱伝導カバー15および電子部品の表面には、微細な凹凸が生じる。
そして、一般的には、電子部品熱伝導カバー15および電子部品の間の隙間や、電子部品熱伝導カバー15および電子部品の表面の凹凸を埋めるために、熱伝導材料(TIM:Thermal Interface Material)である熱伝導部材もしくはグリスを、電子部品熱伝導カバー15および電子部品の間に介在させる。これにより、電子部品の熱を熱伝導部材もしくはグリスを介して電子部品熱伝導カバー15へ伝導することができる。
しかしながら、電子部品熱伝導カバー15および電子部品の寸法のばらつきによって、肉厚なTIMを設ける必要が生じるため、電子部品熱伝導カバー15および電子部品の間の熱抵抗が高くなりやすい傾向がある。
これに対して、冷却装置100では、熱伝導部130自体で、第2の発熱部品230の熱を第1の放熱部110に伝導するため、第2の発熱部品230および第1の放熱部110の間の熱抵抗を、前述の仮定と比較して、低くすることができる。このように、本発明の冷却装置100では、第2の発熱部品230および第1の放熱部110の寸法のばらつきの影響を受けにくく、第2の発熱部品230および第1の放熱部110の間をより低い熱抵抗で接続することができる。
また、特許文献1には、冷却装置16を用いて電子回路基板11の両面を同時に冷却する技術も、開示されている。これに関して、特許文献1の技術では、放熱フィン13が電子回路基板11の両面にまたがるように設けられている。また、冷却装置16の冷却装置駆動部16aと放熱フィン13は、冷媒管16b(水冷用のパイプ)を介して、接続されている。冷媒管16bは、放熱フィン13内に通るように、設けられている。このような構成により、特許文献1に記載の技術では、電子回路基板11の両面を同時に冷却することができる。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、放熱フィン13が電子回路基板11の両面にまたがるように設ける必要があるが、このような構成が複雑になってしまうという問題があった。さらに、前述の通り、電子部品熱伝導カバー15および電子部品の寸法のばらつきによって、肉厚なTIMを設ける必要が生じるため、電子部品熱伝導カバー15および電子部品の間の熱抵抗が高くなりやすい傾向があった。
また、特許文献2には、電子機器等の発明として、基板の両面に実装された発熱部品にそれぞれ装着された放熱部材をネジで接続する技術が、開示されている。これにより2つの放熱部材が熱接続される。また、2つの放熱部材のうち、一方の放熱部材は、ヒートシンクに熱接続されている。この構造により、1つのヒートシンクで基板両面の発熱部品を一括で冷却することができる。また、2つの放熱部の基板両面に分離して配置しているので、特許文献1に記載の技術と比較して、基板両面に実装された電子部品の高さ寸法のばらつきを吸収することができる。
しかしながら、特許文献2に記載の技術では、ネジ部分の接触面積が小さく熱抵抗が大きくなってしまうという問題があった。
一方、特許文献1および特許文献2に記載の技術に対して、本発明の冷却装置100では、基板をまたがって放熱部材を複雑な構造で配置する必要はない。すなわち、第1の発熱部品220は第1の放熱部110に直接的に熱的に結合するので、第1の発熱部品220から第1の放熱部110までの熱移動経路には、特許文献1に記載の技術のような複雑な構造は介在しない。また、第2の発熱部品230は熱伝導部130を介して第1の放熱部110に間接的に熱的に結合するが、第2の発熱部品230から第1の放熱部110までの熱移動経路には、特許文献1に記載の技術のような複雑な構造は介在しない。さらには、前述の通り、冷却装置100では、熱伝導部130自体で、第2の発熱部品230の熱を第1の放熱部110に伝導するため、第2の発熱部品230および第1の放熱部110の間の熱抵抗を低くすることができる。
また、冷却装置100では、特許文献2に記載の技術のように、ネジ接続を行わず、第1の発熱部品220は第1の放熱部110に直接的に熱的に結合する構成を採用している。
このように、本発明の冷却装置100では、特許文献1および特許文献2に記載の技術と比較して、第2の発熱部品230および第1の放熱部110の寸法のばらつきの影響を受けにくく、より簡単な構成でより低い熱抵抗で接続することができる。
これにより、第1の発熱部品220および第2の発熱部品230の熱を、円滑に第1の放熱部110へ伝えることができる。この結果、第1の発熱部品220および第2の発熱部品230の熱を、第1の放熱部110で効率よく放熱することができる。
また、本発明の第1の実施の形態における冷却装置100は、第2の放熱部120をさらに備えてもよい。第2の放熱部120は、基板210の第2の面(裏面)に向かい合う。熱伝導部130は、第2の放熱部120のうち基板210の第2の面(裏面)と向かい合う面に密着されている。これによっても、上述した効果と同様の効果を奏する。
また、本発明の第1の実施の形態における冷却装置100において、押圧部500を更に備えている。押圧部500は、熱伝導部130を第1の放熱部110に押圧することにより、熱伝導部130を第1の放熱部110に密着させる。
これにより、熱伝導部130および第1の放熱部110をより確実に熱的に結合させることができる。この結果、第2の発熱部品230の熱を、熱伝導部130を介して第1の放熱部110に、より確実に伝えることができる。
本発明の第1の実施の形態における冷却装置100において、押圧部500は、袋体140a、140bと、板材150a、150bと、固定部材160a、160bとを有する。袋体140a、140bには、液体または気体が内部に注入されている。固定部材160a、160bは、板材150a、150bを第1の放熱部110に取り付ける。冷却装置100は、板材150a、150bおよび第1の放熱部110の間で袋体140a、140bを圧縮するように固定部材160a、160bを第1の放熱部110に取り付けることにより、熱伝導部130を第1の放熱部110へ向けて押圧し、熱伝導部130を第1の放熱部110に密着させる。
このように、板材150a、150bおよび第1の放熱部110の間で袋体140a、140bを圧縮するように固定部材160a、160bを第1の放熱部110に取り付けることにより、熱伝導部130を第1の放熱部110へ向けて押圧し、熱伝導部130を第1の放熱部110に密着させる。したがって、熱伝導部130および第1の放熱部110の間を、接着剤を用いることなく、熱的に結合させることができる。このため、熱伝導部130および第1の放熱部110の間の熱抵抗を小さくすることができる。また、熱伝導部130および第1の放熱部110の間を、簡単な着脱作業によって、熱的に結合させることができる。
本発明の第1の実施の形態における冷却装置100は、凹部112を更に備えている。凹部112は、第1の放熱部110に凹状に形成されている。押圧部500は、袋体140a、140bと、板材150a、150bと、固定部材160a、160bとを有する。袋体140a、140bには、液体または気体が内部に注入されている。固定部材160a、160bは、板材150a、150bを第1の放熱部110に取り付ける。また、冷却装置100では、熱伝導部130および袋体140a、140bの少なくとも一部が凹部112内に収容されている。冷却装置100は、凹部112内であって板材150a、150bおよび第1の放熱部130の間で袋体140a、140bを圧縮するように固定部材160a、160bを第1の放熱部110に取り付けることにより、熱伝導部130を凹部112の内面へ向けて押圧し、熱伝導部130を凹部112の内面に密着させる。
このように、冷却装置100では、凹部112内で袋体140a、140bを圧縮させて、熱伝導部130を凹部112の内面へ向けて押圧し、熱伝導部130を凹部112の内面に密着させる。このため、袋体140a、140bの膨張力を、熱伝導部130を凹部112の内面へ向けて押圧する力に、転換することができる。これにより、熱伝導部130を第1の放熱部110の凹部112の内面に、より確実に密着させることができる。この結果、熱伝導部130を第1の放熱部110の凹部112の内面に、より確実に熱的に結合させることができる。
本発明の第1の実施の形態における冷却装置100において、熱伝導部130は、グラファイトにより形成されている。熱伝導部130にグラファイトシートを用いた場合、グラファイトシートは一般的に面方向に高い熱伝導率(銅の2〜4倍)を有することが知られている。このため、熱伝導部130にグラファイトシートを用いた場合、第2の発熱部品230a、230bで発生した熱を、熱伝導部130を介して、より効率よく第1の放熱部110に伝えることができる。
<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態における冷却装置の構成について説明する。図5および図6は、本発明の第2の実施の形態における冷却装置において、熱伝導部130を第1の放熱部110の凹部112内に密着させる方法を説明するための図である。図5は、本発明の第2の実施の形態における冷却装置において、熱伝導部130を第1の放熱部110の凹部112内に密着させる前の状態を示す。図6は、本発明の第2の実施の形態における冷却装置において、熱伝導部130を第1の放熱部110の凹部112内に密着させた後の状態を示す。なお、図5および図6では、図1〜4で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜4に示した符号と同等の符号を付している。
ここで、図3、図4と、図5、図6とを比較する。図3、4と図5、6は、押圧部の構成で異なる。すなわち、図3および図4では、押圧部500は、袋体140a、板材150aおよび板材固定ネジ160aにより構成されている。一方、図5および図6では、押圧部500Aは、付勢部材180および付勢部材用固定ネジ190により構成されている。この点で、図3、4と図5、6は互いに相違する。
図5および図6に示されるように、押圧部500Aは、付勢部材180と、付勢部材用固定ネジ190を有する。押圧部500Aは、熱伝導部130を第1の放熱部110へ向けて押圧することにより、熱伝導部130を第1の放熱部110に密着させる。
図5および図6に示されるように、付勢部材180は、複数の弾性部材181と、3枚の金属板182、183、184とを有する。
図5および図6に示されるように、弾性部材181は、金属板182および金属板183の間に設けられ、金属板182および金属板183を連結する。弾性部材181は、金属板182および金属板183の間を広げる方向に、金属板182および金属板183を付勢する。弾性部材181は、金属板182および金属板184の間に設けられ、金属板182および金属板184を連結する。弾性部材181は、金属板182および金属板184の間を広げる方向に、金属板182および金属板184を付勢する。図5に示されるように、弾性部材181は、付勢部材用固定ネジ190の締め付けにより、圧縮された状態となる。一方、図6に示されるように、付勢部材用固定ネジ190の締め付けを解放することにより、弾性部材181は、伸長され、金属板182、183、184を付勢する状態となる。弾性部材181は、例えば、板バネや弦巻バネである。弾性部材181の材料には、例えば、りん青銅や樹脂材料などが用いられる。
図5および図6に示されるように、付勢部材用固定ネジ190は、金属板182、183、184の各々に形成されたネジ穴(不図示)に取り付けられることにより、金属板182、183、184の間を閉じた状態で固定する。付勢部材用固定ネジ190を金属板182、183、184から取り外すことにより、弾性部材181は、伸長され、金属板182、183、184を付勢する。これにより、金属板182、183、184の間が開かれる。
以上、押圧部500Aの構成について説明した。
次に、押圧部500Aの動作について説明する。
まず、図5に示されるように、金属板182、183、184の間が付勢部材用固定ネジ190の固定により閉じられた状態で、押圧部150Aを第1の放熱部110の凹部112内に挿入する。このとき、金属板183および凹部112の内壁の間と、金属板184と凹部112の内壁の間に、熱伝導部130を配置する。すなわち、熱伝導部130は、金属板182,183、184を覆っている。
次に、図6に示されるように、押圧部150Aを第1の放熱部110の凹部112内に挿入した状態で、付勢部材用固定ネジ190を金属板182、183、184から取り外す。これにより、弾性部材181は、伸長される。このため、弾性部材181は、金属板182および金属板183の間を広げる方向に、金属板182および金属板183を付勢する。併せて、弾性部材181は、金属板182および金属板184の間を広げる方向に、金属板182および金属板184を付勢する。この結果、金属板182、183、184の間が開かれ、熱伝導部130が第1の放熱部110へ向けて押圧され、熱伝導部130が第1の放熱部110に密着される。
以上の通り、本発明の第2の実施の形態における冷却装置において、押圧部500Aは、熱伝導部130を第1の放熱部110へ付勢する付勢部材181を含む。これにより、熱伝導部130および第1の放熱部110の間を、接着剤を用いることなく、簡単な着脱作業で熱接続することができる。また、熱伝導部130および第1の放熱部110の間に複雑な構造を有さないので、熱伝導部130および第1の放熱部110の間の熱抵抗を小さくすることができる。
また、本発明の第2の実施の形態における冷却装置は、凹部112をさらに備えている。凹部112は、第1の放熱部110に凹状に形成されている。そして、付勢部材181は、凹部112内に収容され、熱伝導部130を凹部112内の内面へ付勢する。これにより、熱伝導部130を第1の放熱部110の凹部112の内面に、より確実に密着させることができる。この結果、熱伝導部130を第1の放熱部110の凹部112の内面に、より確実に熱的に結合させることができる。
<第3の実施の形態>
次に、本発明の第3の実施の形態における冷却装置の構成について説明する。図7および図8は、熱伝導部130を第1の放熱部110に密着させる方法を説明するための図である。図7は、熱伝導部130を第1の放熱部110に密着させる前の状態を示す。図8は、熱伝導部130を第1の放熱部110に密着させた後の状態を示す。なお、図7および図8では、図1〜6で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜6に示した符号と同等の符号を付している。
ここで、図3、図4と、図7、図8とを比較する。図3、4と図7、8は、押圧部の構成で異なる。なお、図3および図4では、第1の放熱部110の凹部112近傍を示している。一方、図7および図8では、第1の放熱部110の側面近傍を示している。本実施形態では、凹部112が第1の放熱部110に形成されていなくてもよい。図3および図4では、押圧部500は、袋体140a、板材150aおよび板材固定ネジ160aにより構成されている。一方、図7および図8では、押圧部500Bは、少なくとも、押さえ板320と、押さえ板固定ネジ330とを有する。また、第1の放熱部110の側面には、引っ掛け部310が取り付けられている。これらの点で、図3、4と図7、8は互いに相違する。
図7および図8に示されるように、押圧部500Bは、少なくとも、押さえ板320と、押さえ板固定ネジ330とを有する。押圧部500Bは、熱伝導部130を第1の放熱部110へ向けて押圧することにより、熱伝導部130を第1の放熱部110に密着させる。
図7および図8に示されるように、引っ掛け部310は、第1の放熱部110の側面に取り付けられている。引っ掛け部310には、熱伝導部130が引っ掛けられる。すなわち、熱伝導部130は、引っ掛け部310をまたぐように、通されている。
図7および図8に示されるように、押さえ板320は、平板状に形成されている。押さえ板320は、例えば矩形状に形成されている、ただし、押さえ板320は、矩形状に限定されず、例えば円形状や多角形状や楕円形状に形成されてもよい。
図7に示されるように、押さえ板固定ネジ330は、押さえ板320を第1の放熱部110に取り付ける。また、押さえ板固定ネジ330は、押さえ板320および第1の放熱部110の間で熱伝導部130を挟持するように、第1の放熱部110に取り付けられる。これにより、押さえ板320が熱伝導部130を第1の放熱部110へ向けて押圧する。押さえ板固定ネジ330は、は、本発明の固定部材に対応する。
以上、押圧部500Bの構成について説明した。
以上の通り、本発明の第3の実施の形態における冷却装置において、押圧部500Bは、押さえ板320と、押さえ板固定ネジ330とを有する。押さえ板固定ネジ330は、押さえ板320を第1の放熱部110に取り付ける。また、押圧部500Bは、押さえ板320および第1の放熱部110の間で熱伝導部130を挟持するように押さえ板固定ネジ330を第1の放熱部110に取り付けることにより、熱伝導部130を第1の放熱部110へ向けて押圧する。これにより、熱伝導部130および第1の放熱部110の間を、接着剤を用いることなく、簡単な着脱作業で熱的に結合させることができる。また、熱伝導部130および第1の放熱部110の間に複雑な構造を有さないので、熱伝導部130および第1の放熱部110の間の熱抵抗を小さくすることができる。
<第4の実施の形態>
次に、本発明の第4の実施の形態における冷却装置100Aの構成について説明する。図9は、冷却装置100Aを電子基板200Aに取り付けた後の状態を示す側面図である。図10は、冷却装置100Aを電子基板200Aに取り付ける前の状態を示す側面図である。なお、図9および図10では、第1の放熱部110は省略している。また、図1〜8で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜8に示した符号と同等の符号を付している。
図9および図10に示されるように、冷却装置100Aは、第1の放熱部(不図示)と、第2の放熱部120Aと、熱伝導部130と、袋体140Aと、押圧板350と、押圧板用ネジ部材360a、360bとを備えている。
ここで、図1、図2と、図9、図10とを比較する。図1および図2では、電子基板200の裏面(第2の面)上に実装されている第2の発熱部品230a、230bの高さ(電子基板200の裏面からの距離)は同一であった。これに対して、図9および図10では、電子基板200Aの裏面(第2の面)上に実装されている第2の発熱部品230a、230b、230bの高さ(電子基板200の裏面からの距離)は異なる。まず、この点で、両者は互いに相違する。
また、図1および図2では、熱伝導部130は、第2の発熱部品230a、230bおよび第2の放熱部120の間で、挟持されていた。また、図1および図2では、押圧部500が第1の放熱部110の両端部に取り付けられていた。これに対して、図9および図10では、押圧部500は、押圧部500が第1の放熱部110の両端部に取り付けられていない。したがって、図9および図10で省略された第1の放熱部の両端部には、凹部が形成されない。図9および図10では、袋体140Aが、熱伝導部130および第2の放熱部120の間に設けられている。また、図9および図10では、熱伝導部130が、第2の発熱部品230a、230b、230cおよび袋体140Aの間で、挟持されている。これらの点でも、図1、2と図9、10は互いに相違する。
図9および図10に示されるように、第2の放熱部120Aは、基板210の裏面(第2の面)と向かい合う。基板210の裏面(第2の面)は、基板210の第1の面(表面)の反対側の面である。第2の放熱部120Aは、2つの開口部121を有する。この開口部121を設けることにより、袋体140Aが、第2の放熱部の上面(図9、10の紙面上側の面)と押圧板350の裏面(図9、10の紙面下側の面)の間に、回り込む。図9および図10に示されるように、袋体140Aは、この開口部121を介して、第2の放熱部120Aに巻き付くように、装着されている。第2の放熱部120Aには、後述の押圧板固定ネジ360a、360b用のネジ穴(不図示)が形成されている。
熱伝導部130は、基板210および第2の放熱部120Aの間に設けられている。熱伝導部130は、第2の放熱部120Aの一方の面(図9、10の紙面上側)の外周部に密着されている。また、図9、10では図示しないが、熱伝導部130は、第1の放熱部110に熱的に結合する。
袋体140Aには、液体または気体が内部に注入される。図9および図10に示されるように、袋体140Aは、熱伝導部130および第2の放熱部120Aの間に設けられている。袋体140Aの上部は、熱伝導部130に覆われている。袋体140Aの内部には、予め第2の発熱部品230a、230b、230cの部品高さ(基板210の裏面から第2の発熱部品230a、230b、230cの上面(図9、10では紙面下側の面)までの距離)に応じて調整した量の液体または気体が注入され、密封される。袋体140Aの内部容積の最大値は、少なくとも、注入される液体または気体の体積よりも、大きい。また、袋体140Aの内部に注入された液体または気体は、袋体140Aの内部で、移動できる。袋体140A内に空気が充填されている場合、袋体140Aは大型エアバックとも呼ばれる。
図9および図10に示されるように、押圧板350は、第2の放熱部120Aの底面の開口部121と向かい合う。併せて、開口部121を介して熱伝導部130に向かい合う。また、押圧板350は、第2の放熱部120Aの底面側から袋体140Aを押圧して、袋体140A内の空気または液体を開口部121を介して第2の放熱部120Aおよび熱伝導部130の間に移動させ、第2の放熱部120Aおよび熱伝導部130の間で袋体140Aを膨張させる。これにより、押圧板350は、熱伝導部130を基板210の裏面(第2の面)へ向けて移動させて、熱伝導部130を基板210の裏面(第2の面)上に実装された第2の発熱部品230a、230b、230cに熱的に結合させる。押圧板350の材料には、例えば、剛性の高い金属板が用いられる。押圧板350には、後述の押圧板固定ネジ360a、360b用のネジ穴(不図示)が形成されている。
図9に示されるように、押圧板固定ネジ360a、360bは、押圧板350および第2の放熱部120Aの底面に取り付けられる。
次に、冷却装置100Aを電子基板200Aに取り付ける方法を説明する。
まず、電子基板200Aと、第1の放熱部110と、熱伝導部130が外周部に密着された第2の放熱部120Aとを準備する。
図9に示されるように、電子基板200Aを、熱伝導部130に覆われた袋体140A上に載せる。なお、袋体140Aは、熱伝導部130および第2の放熱部120Aの間に設けられている。また、第1の放熱部(不図示)を電子基板200A上に配置して、第1の放熱部の外周部と熱伝導部130を熱的に結合させる。
この状態で、図10に示されるように、押圧固定ネジ360a、360bを押圧板350および第2の放熱部120Aの底面に取り付ける。そして、押圧固定ネジ360a、360bを締め付けることにより、開口部121から飛び出している袋体140Aを、押圧板350で下側から押しつぶす。これにより、袋体140Aは、押圧板350および第2の放熱部120Aの間で、圧縮される。そして、袋体140A内で、押し潰された分の空気または液体は、熱伝導部130および第2の放熱部120Aの間へ移動する。これにより、袋体140Aは、熱伝導部130および第2の放熱部120Aの間で、膨張する。
このとき、同時に、熱伝導部130も、袋体140Aの膨張に追従して移動して、第2の発熱部品230a、230b、230cに熱的に結合する。
このように、袋体140Aを用いることで、電子基板200Aの基板210の裏面(第2の面)上に実装された第2の発熱部品230a、230b、230cの高さが異なる場合であっても、熱伝導部130を各第2の発熱部品230a、230b、230cに一括して熱的に結合させることができる。
以上、冷却装置100Aを電子基板200Aに取り付ける方法を説明した。
次に、冷却装置100Aの動作について説明する。より具体的には、電子基板200Aの基板210の両面に実装された第1の発熱部品220および第2の発熱部品230a、230b、230cの熱が放熱されるまでの流れを説明する。
電子基板200Aに電源が供給されると、第1の発熱部品220と、第2の発熱部品230a、230b、230cが、発熱する。
このとき、第1の発熱部品220と第1の放熱部(不図示)とは互いに熱接続しているので、第1の発熱部品220の熱は第1の放熱部へ伝わる。そして、第1の放熱部は、第1の発熱部品220の熱を放熱する。
第2の発熱部品230a、230b、230cは、袋体140Aの膨張によって、熱伝導部130に密着している。このため、第2の発熱部品230a、230b、230cの熱は、まず、熱伝導部130へ伝わる。第2の発熱部品230a、230b、230cで発生した熱は、熱伝導部130の面方向に伝わった後、熱伝導部130の外周部に接続された第1の放熱部(不図示)へ伝わる。これにより、第2の発熱部品230a、230b、230cで発生した熱が、熱伝導部130を介して、効率よく第1の放熱部に伝わる。
以上の通り、第1の発熱部品220および第2の発熱部品230a、230b、230cで発生した熱は、ともに第1の放熱部へ伝わる。これにより、第1の発熱部品220および第2の発熱部品230a、230b、230cで発生した熱は、ともに第1の放熱部で一括して放熱される。
以上、冷却装置100Aの動作について説明した。
以上の通り、本発明の第4の実施の形態における冷却装置100Aは、第1の放熱部と、第2の放熱部120Aと、熱伝導部130と、袋体140Aと、押圧板350とを備えている。
第1の放熱部は、基板210の表面(第1の面)上に実装された第1の発熱部品210に熱的に結合されている。第2の放熱部120Aは、基板210の表面(第1の面)の反対側の面である裏面(第2の面)と向かい合う。熱伝導部130は、基板210および第2の放熱部120Aの間に設けられている。熱伝導部130は、第2の放熱部120Aの一方の面の外周部に密着され、第1の放熱部に熱的に結合する。袋体140Aは、液体または気体が内部に注入され、熱伝導部130および第2の放熱部120Aの間に設けられている。押圧板350は、第2の放熱部120Aの底面に形成された開口部121と向かい合う。また、押圧板350は、第2の放熱部120Aの底面側から袋体140Aを押圧して、袋体140A内の空気または液体を開口部121を介して第2の放熱部120Aおよび熱伝導部130の間に移動させ、第2の放熱部120Aおよび熱伝導部130の間で袋体140Aを膨張させる。これにより、押圧板35は、熱伝導部130を基板210の裏面(第2の面)へ向けて移動させて、熱伝導部130を基板210の裏面(第2の面)上に実装された第2の発熱部品230a、230b、230cに熱的に結合させる。
このように、押圧板350は、第2の放熱部120Aの底面側から袋体140Aを押圧して、第2の放熱部120Aおよび熱伝導部130の間で袋体140Aを膨張させる。そして、押圧板350は、熱伝導部130を基板210の裏面(第2の面)へ向けて移動させて、熱伝導部130を基板210の裏面(第2の面)上に実装された第2の発熱部品230a、230b、230cに熱的に結合させる。これにより、電子基板200Aの基板210の裏面(第2の面)上に実装された第2の発熱部品230a、230b、230cの高さが異なる場合であっても、熱伝導部130を各第2の発熱部品230a、230b、230cに一括して熱的に結合させることができる。
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、上述各実施の形態に対して、さまざまな変更、増減、組合せを加えてもよい。これらの変更、増減、組合せが加えられた変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
100 冷却装置
110 第1の放熱部
111 フィン
112 凹部
120、120A 第2の放熱部
121 開口部
130 熱伝導部
140a、140b 袋体
150a、150b 板材
160a、160b 板材固定ネジ
170a、170b 一括固定ネジ
180 付勢部材
181 弾性部材
182、183、184 金属板
200 電子基板
210 基板
220 第1の発熱部品
230a、230b、230 第2の発熱部品
310 引っ掛け部
320 押さえ板
330 押さえ板固定ネジ
350 押圧板
360a、360b 押圧板固定ネジ
500、500A、500B 押圧部

Claims (9)

  1. 基板の第1の面上に実装された第1の発熱部品に熱的に結合された第1の放熱部と、
    柔軟性を有し、前記基板の前記第1の面の反対側の面である第2の面上に実装された第2の発熱部品に熱的に結合するとともに、前記第1の放熱部に熱的に結合する熱伝導部と
    前記熱伝導部を前記第1の放熱部へ向けて押圧することにより、前記熱伝導部を前記第1の放熱部に密着させる押圧部とを備えた冷却装置。
  2. 前記基板の第2の面に向かい合う第2の放熱部をさらに備え、
    前記熱伝導部は、前記第2の放熱部のうち前記基板の前記第2の面と向かい合う面に密着されている請求項1に記載の冷却装置。
  3. 前記押圧部は、液体または気体が内部に注入された袋体と、板材と、前記板材を前記第1の放熱部に取り付ける固定部材とを有し、
    前記板材および前記第1の放熱部の間で前記袋体を圧縮するように前記固定部材を前記第1の放熱部に取り付けることにより、前記熱伝導部を前記第1の放熱部へ向けて押圧し、前記熱伝導部を前記第1の放熱部に密着させる請求項1に記載の冷却装置。
  4. 前記第1の放熱部に凹状に形成された凹部をさらに備え、
    前記押圧部は、液体または気体が内部に注入された袋体と、板材と、前記板材を前記第1の放熱部に取り付ける固定部材を有し、
    前記熱伝導部および前記袋体の少なくとも一部が前記凹部内に収容されており、
    前記凹部内であって前記板材および前記第1の放熱部の間で前記袋体を圧縮するように前記固定部材を前記第1の放熱部に取り付けることにより、前記熱伝導部を前記凹部の内面へ向けて押圧し、前記熱伝導部を前記凹部の内面に密着させる請求項1に記載の冷却装置。
  5. 前記押圧部は、前記熱伝導部を前記第1の放熱部へ付勢する付勢部材を含む請求項1に記載の冷却装置。
  6. 前記第1の放熱部に凹状に形成された凹部をさらに備え、
    前記付勢部材は、前記凹部内に収容され、前記熱伝導部を前記凹部内の内面へ付勢する請求項5に記載の冷却装置。
  7. 前記押圧部は、押さえ板と、前記押さえ板を前記第1の放熱部に取り付ける固定部材とを有し、
    前記押さえ板および前記第1の放熱部の間で前記熱伝導部を挟持するように前記固定部材を前記第1の放熱部に取り付けることにより、前記熱伝導部を前記第1の放熱部へ向けて押圧する請求項1に記載の冷却装置。
  8. 基板の第1の面上に実装された第1の発熱部品に熱的に結合された第1の放熱部と、
    底面に開口部を有し、前記基板の前記第1の面の反対側の面である第2の面と向かい合う第2の放熱部と、
    前記基板および前記第2の放熱部の間に設けられ、前記第2の放熱部の一方の面の外周部に密着され、前記第1の放熱部に熱的に結合する熱伝導部と、
    液体または気体が内部に注入され、前記熱伝導部および前記第2の放熱部の間に設けられ袋体と、
    前記第2の放熱部の底面に形成された前記開口部と向かい合う押圧板とを備え、
    前記押圧板は、前記第2の放熱部の底面側から前記袋体を押圧して、前記袋体内の前記気体または前記液体を前記開口部を介して前記第2の放熱部および前記熱伝導部の間に移動させ、前記第2の放熱部および前記熱伝導部の間で前記袋体を膨張させることにより、前記熱伝導部を前記基板の前記第2の面へ向けて移動させて、前記熱伝導部を前記基板の前記第2の面上に実装された第2の発熱部品に熱的に結合させる冷却装置。
  9. 前記熱伝導部は、グラファイトにより形成されている請求項1〜のいずれか1項に記載の冷却装置。
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