JP5971751B2 - 電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は回路基板に実装される集積回路を冷却するための構造に関する。
従来、回路基板に実装された集積回路上にヒートシンクが配置され、ヒートシンクを通して集積回路を冷却するものがある。下記特許文献1の電子機器では、ヒートシンクの下部に板状の受熱ブロックが設けられ、この受熱ブロックが集積回路上に位置している。受熱ブロックは回路基板の表側に配置され、回路基板の裏面側には板バネが配置されている。板バネは回路基板を貫通する螺子を通して受熱ブロックを回路基板に向けて引っ張り、板バネの弾性力により受熱ブロックは集積回路に押し付けられている。
米国特許第7,755,896号明細書
特許文献1の電子機器は板バネと受熱ブロックと集積回路上に配置されヒートシンクとが螺子で連結されており、集積回路とヒートシンクのレイアウトの自由度が限られている。
本発明の目的は、ヒートシンクを通して集積回路を冷却する電子機器において、その構造を簡素化でき、且つ集積回路とヒートシンクのレイアウトの自由度を増すことのできる電子機器を提供することにある。
本発明に係る電子機器は、回路基板と、前記回路基板の一方の面に実装される集積回路と、前記集積回路上に位置する第1の部分と、前記第1の部分から延び、前記集積回路の外縁の外側に位置する第2の部分を含むヒートパイプと、前記回路基板の前記一方の面に取り付けられ、前記ヒートパイプの前記第1の部分を前記集積回路に押し付ける板バネ部を有する部材と、前記ヒートパイプの前記第2の部分に接続されるヒートシンクとを備える。このような電子機器によれば、構造を簡素化でき,且つ集積回路とヒートシンクのレイアウトの自由度を増すことができる。
本発明の実施形態に係る電子機器が備える主要な装置及び部品を示す斜視図である。 図2は電子機器が備える部品の分解斜視図である。 上シャーシの要部の平面図である。 図3に示すIV−IV線を切断面とする電子機器の断面図である。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態に係る電子機器が備える主要な装置及び部品を示す斜視図である。電子機器は、それらの装置や部品を収容するハウジングを有している。図1では、ハウジングを構成する下ハウジング50から電子機器の装置や部品が分離されている。図2は電子機器が備える部品の分解斜視図である。図3は上シャーシ20の要部の平面図である。図4は図3に示すIV−IV線を切断面とする電子機器の断面図である。以下の説明においては、これらの図に示すX1及びX2をそれぞれ左方向及び右方向とし、Y1及びY2をそれぞれ前方及び後方とし、Z1及びZ2をそれぞれ上方及び下方とする。
電子機器は、図2に示すように、冷却ユニット10と、上シャーシ20と、回路基板30とを有している。また、この例の電子機器は下シャーシ40を有している。電子機器は、これらを収容するハウジングを備えている。電子機器のハウジングは、上下方向において互いに組み合わされる上ハウジング(不図示)と下ハウジング50(図1参照)とを有している。
回路基板30の一方の面には集積回路が実装されている。この例では、図2に示すように、回路基板30の上面に複数の集積回路31a,31b,32が実装されている。集積回路32は、例えば電子機器の全体を制御するCPU(Central Processing Unit)であり、光ディスクやハードディスクなどに格納されたプログラムを実行する。集積回路31aは例えばGPU(Graphics Processing Unit)である。集積回路31bは例えば集積回路31aに接続されるRAM(Random Access Memory)である。この例の電子機器は複数の集積回路31bを有し、これらは集積回路31aを取り囲むように配置され、それぞれが集積回路31aに接続されている。集積回路31a,31bは全体として画像処理を担うマイクロプロセッサとして機能する。集積回路31aと集積回路31aは基板31cに実装されている。基板31cには集積回路31aと集積回路31bとを接続する配線が形成されている。そして、基板31cが回路基板30に実装されている。なお、集積回路31aは必ずしもGPUでなくてもよい。例えば、集積回路31aは電子機器の全体を制御するCPUでもよいし、他の電子機器との通信を制御する回路でもよい。回路基板30には、集積回路31a,31b,32の他に、コネクタ33a〜33fが取り付けられている。
この例では、集積回路31aには集積回路31bに比して高い処理負荷が掛るため、集積回路31aの発熱量は他の集積回路31bに比して多い。そこで、本実施形態では、集積回路31a,31bの全体はパッケージングされることなく、集積回路31a,31bのそれぞれは露出している。そして、後において詳説するように、集積回路31aに、当該集積回路31aを冷却するためのヒートパイプ12が取り付けられている。
上シャーシ20は集積回路31a,31b,32を覆い、且つ集積回路31a,31b,32の周りを取り囲んでいる。上シャーシ20は金属製の板材であり、回路基板30のグランド線と電気的に接続している。そのため、集積回路31a,31a,32からの電磁波の輻射は上シャーシ20によって抑えられる。この例の上シャーシ20は回路基板30に対応したサイズを有し、回路基板30の上面の全体を覆っている。回路基板30の外周部にはグランド線(不図示)が形成されている。図4に示すように、上シャーシ20はグランド線に接触する外周部29を有している。また、上シャーシ20は、集積回路31a,31b,32などの電子部品が実装された領域を覆う部分28と、部分28から外周部29に向けて下がる周壁部27を有している。集積回路31a,31b,32などの電子部品は周壁部27と外周部29とによって取り囲まれている。
上述したように、この例の電子機器は下シャーシ40を有している。下シャーシ40も回路基板30に対応したサイズを有する金属製の板材であり、回路基板30の下面の全体を覆っている。
シャーシ20,40は回路基板30に取り付けられている。この例では、図2に示すように、上シャーシ20と下シャーシ40と回路基板30は、互いに対応する位置に貫通穴29a,49a,39aを有している。そして、これらの貫通穴29a,49a,39aに嵌められる螺子が下ハウジング50の取付穴(不図示)に固定される。貫通穴29a,49a,39aは、図2に示す例では、上シャーシ20の外周部29と下シャーシ40の外周部49と回路基板30の外周部とに形成されている。このようにシャーシ20,40は電子機器のハウジング(この例では下ハウジング50)に固定されるため、電子機器のハウジングの強度を確保する部材としても機能している。
図2に示すように、冷却ユニット10は、上部に複数のフィン11aを有する第1ヒートシンク11を有している。第1ヒートシンク11は、後において詳説するヒートパイプ12を通して集積回路31aに接続され、集積回路31aを冷却する。この例の冷却ユニット10は冷却ファン18を有しており、第1ヒートシンク11は冷却ファン18によって形成される空気流によって冷却される。冷却ファン18は、その回転中心線C1が回路基板30の厚さ方向に沿うように配置されている。すなわち、冷却ファン18の回転中心線C1は回路基板30に対して垂直となっている。第1ヒートシンク11は冷却ファン18に対してその半径方向に配置されている。この例では、図3に示すように、第1ヒートシンク11は冷却ファン18の後方に位置している。なお、集積回路31aは第1ヒートシンク11よりも更に後方に位置している。
冷却ファン18と第1ヒートシンク11は上シャーシ20上に配置される。すなわち、冷却ファン18と第1ヒートシンク11は上シャーシ20を挟んで回路基板30とは反対側に配置される。冷却ファン18と第1ヒートシンク11は上シャーシ20に取り付けられている。電子機器は、冷却ユニット10に加えて、例えばハードディスク装置や電源ユニットを備えている。ハードディスク装置や電源ユニットも上シャーシ20に取り付けられている。つまり、上シャーシ20は、電子機器が備える種々の装置をハウジング内で支持する部材として機能している。
図2に示すように、この例の冷却ユニット10は冷却ファン18と第1ヒートシンク11とを覆うカバー17を有している。カバー17は冷却ファン18と第1ヒートシンク11とを取り囲む側壁部17aを有し、側壁部17aの下縁は上シャーシ20に取り付けられている。なお、カバー17は、冷却ファン18の上側に位置する開口17bを有している。空気は、冷却ファン18の回転により、開口17bを通してカバー17内に取り込まれ、第1ヒートシンク11に送られる。
冷却ユニット10は、図2に示すように、第1ヒートシンク11の隣に第2ヒートシンク19を有している。第2ヒートシンク19は上述した集積回路32を冷却するためのヒートシンクである。第2ヒートシンク19はその底部に受熱ブロック19aを有し、受熱ブロック19aは集積回路32に押し付けられている。第2ヒートシンク19も、第1ヒートシンク11と同様に、カバー17内に配置され、冷却ファン18が形成する空気流によって冷却される。なお、上シャーシ20には開口20cが形成されている。第2ヒートシンク19が備えるフィン19bは、上シャーシ20の下側から開口20cに嵌められる。集積回路32の上面と受熱ブロック19aとが、開口20cを通して接している。
冷却ユニット10は、上述したように、ヒートパイプ12を有している。ヒートパイプ12は、図3及び図4に示すように、集積回路31a上に位置する第1の部分12aを有している。ヒートパイプ12は、第1の部分12aから延び、集積回路31aの外縁の外側に位置する第2の部分12bを含んでいる。第1ヒートシンク11は集積回路31aの位置を避けて配置されている。この例では、第1ヒートシンク11は集積回路31aよりも前方に位置している。すなわち、第1ヒートシンク11は集積回路31aよりも冷却ファン18に近い。第1ヒートシンク11はヒートパイプ12の第2の部分12bに接続されている。
電子機器は、回路基板30に取り付けられ、ヒートパイプ12の第1の部分12aを集積回路31aに押し付ける板バネ部を有する部材を備えている。この例では、図3及び図4に示すように、上述した上シャーシ20が板バネ部21を有している。板バネ部21は上シャーシ20の一部を切り欠くことで形成されている。詳細には、板バネ部21の一端(基部)が上シャーシ20と接続され、板バネ部21の他端が上シャーシ20と分離されるように、板バネ部21を取り囲む部分が切り欠かれている。ヒートパイプ12の第1の部分12aは、板バネ部21によって集積回路31aに押し付けられている。これにより、第1ヒートシンク11を集積回路31aに直接押し付ける構造に比して簡単な構造で、集積回路31aの熱を第1ヒートシンク11に安定的に伝えることができる。また、第1ヒートシンク11を必ずしも集積回路31a上に位置させる必要がなくなり、第1ヒートシンク11のレイアウトの自由度を増すことができる。また、第1ヒートシンク11は集積回路31aよりも冷却ファン18寄りに配置されているので、高い冷却性能を得ることができる。
上述したように、上シャーシ20は集積回路31a,31b,32を覆い、集積回路31a,31b,32から出る電磁波を遮蔽する機能を有している。また、上シャーシ20は電子機器のハウジング(この例では下ハウジング50)に固定され、ハウジングの強度を確保する機能を有している。すなわち、上シャーシ20は、ヒートパイプ12を集積回路31aに押し付ける機能と、電磁波を遮蔽する機能と、ハウジングの強度を確保する機能の3つを果たしている。
図3に示すように、板バネ部21はヒートパイプ12の第1の部分12aに対して交差する方向に延びている。この例では、板バネ部21の延伸方向は第1の部分12aの延伸方向に対して概ね垂直となっている。これにより、例えば板バネ部21の延伸方向が第1の部分12aの延伸方向と平行となる構造に比して、板バネ部21によって第1の部分12aを押し易くなる。
図4に示すように、板バネ部21は、その中途部に、押圧部21aを有している。押圧部21aは上シャーシ20の下方に突出する、すなわち、ヒートパイプ12の第1の部分12aに向けて突出する、凸部である。板バネ部21は、押圧部21aをヒートパイプ12に押し付けている。このような押圧部21aによれば、板バネ部21とヒートパイプ12との接点が、ヒートパイプ12の縁寄りに位置することを抑えることができる。この例では、押圧部21aはヒートパイプ12の幅方向(図4においてX2−X1で示す方向)での中央に位置している。
図2及び図4に示すように、ヒートパイプ12の幅(太さ)は集積回路31aの幅に比して小さい。ヒートパイプ12と集積回路31aとの間にはプレート13が配置されている。プレート13は集積回路31aに対応したサイズを有している。すなわち、プレート13の幅はヒートパイプ12の幅よりも大きい。このようなプレート13によれば、板バネ部21の弾性力が集積回路31aの一部に局所的に作用することを抑えることができる。
図4に示すように、電子機器は取付部材23を有している。取付部材23は、押圧部21aを挟んで板バネ部21の基部とは反対側に設けられている。この例では、取付部材23は板バネ部21の端部に設けられている。取付部材23は、板バネ部21の端部を回路基板30に向けて押している。このような取付部材23によれば、板バネ部21がヒートパイプ12を集積回路31aに押し付ける力を増すことができる。この例では、板バネ部21の端部には貫通穴が形成されている。また、回路基板30と下シャーシ40とにも貫通穴が形成され、これらの貫通穴の位置は、板バネ部21の貫通穴の位置に一致している。この例の取付部材23は螺子であり、板バネ部21と回路基板30と下ハウジング50とに形成された貫通穴に嵌められ、取付部材23の端部は下ハウジング50に形成された取付ボス51に固定されている。
図4に示すように、押圧部21aを挟んで取付部材23とは反対側、すなわち上シャーシ20における板バネ部21の基部側の部分には取付部材24が設けられている。取付部材24は、取付部材23と同様に、板バネ部21の基部を回路基板30に向けて押している。これにより、ヒートパイプ12から板バネ部21が受ける反力によって、板バネ部21の基部が回路基板30から離れることを抑えることができる。その結果、ヒートパイプ12を集積回路31aに押し付ける力を増すことができる。なお、取付部材24の取付構造は、取付部材23と同様である。すなわち、この例の取付部材24は螺子であり、板バネ部21と回路基板30と下ハウジング50とに形成された貫通穴に嵌められ、取付部材24の端部は下ハウジング50に形成された取付ボス51に固定されている。
取付部材23,24は、上述したように、押圧部21aを挟んで互いに反対側に位置している。取付部材23,24は、板バネ部21と回路基板30との間隔を規定するスペーサ部23a,24aをそれぞれ有している。この例のスペーサ部23a,24aは柱状の部分であり、回路基板30に形成された貫通穴と板バネ部21に形成された貫通穴よりも大きな外径を有している。このスペーサ部23a,24aの高さを調整することにより、押圧部21aによるヒートパイプ12への押圧力を調整して、ヒートパイプ12が過剰に大きな力で集積回路31aに押し付けられることを抑えることができる。その結果、回路基板30が、集積回路31aが配置された部分で、撓むことを抑えることができる。
第1ヒートシンク11は、上シャーシ20を挟んで回路基板30とは反対側に位置している。ヒートパイプ12の第2の部分12bは、第1ヒートシンク11と同様に、上シャーシ20を挟んで回路基板30とは反対側に位置し、ヒートパイプ12に接続されている。この例では、図4に示すように、第1ヒートシンク11は上シャーシ20の上側に配置され、第2の部分12bも上シャーシ20の上側に位置している。この例では、上シャーシ20に溝20bが形成されており(図2及び図3参照)、第2の部分12bは溝20bに配置されている。溝20bの形状は、ヒートパイプ12の第2の部分12bの形状に倣っている。
図4に示すように、ヒートパイプ12の第1の部分12aは上シャーシ20と回路基板30との間に位置している。すなわち、ヒートパイプ12の第1の部分12aは上シャーシ20の下側に位置している。図2に示すように、上シャーシ20には開口20aが形成されており、ヒートパイプ12は開口20aを通って、第1の部分12aから第2の部分12bに延びている。その結果、第2の部分12bは開口20aを通じて上シャーシ20の上側に配置される。この構造によれば、ヒートパイプ12の太さに対応した比較的小さな開口20aによってヒートパイプ12と上シャーシ20の上側に配置された第1ヒートシンク11とを接続できる。すなわち、第1ヒートシンク11のサイズに対応した大きな開口を上シャーシ20に形成する必要がなくなる。そのため、上シャーシ20の剛性を増すことが可能となる。
この例の上シャーシ20は、図2及び図3に示すように、第2の部分12bに対応する位置に、上述した溝20bを有している。上シャーシ20は、溝20bの端部に位置する開口20aを有している。第1ヒートシンク11は、上シャーシ20の溝20bを跨ぐように配置され、上シャーシ20に取り付けられている。この構造によれば、ヒートパイプ12を配置するための溝を第1ヒートシンク11の底部に形成する必要がなくなる。そのため、第1ヒートシンク11の構造の簡素化や第1ヒートシンク11の構造の自由度を増すことが可能となる。
図2に示すように、電子機器は取付プレート14を有している。この例のヒートパイプ12は取付プレート14によって第1ヒートシンク11の底面に取り付けられている。詳細には、取付プレート14には、ヒートパイプ12の第2の部分12bに対応した溝14aが形成されており、この溝14aに第2の部分12bは配置されている。取付プレート14の残部14bが第1ヒートシンク11の底面に固定され、第2の部分12bは第1ヒートシンク11の底面に押し付けられる。これにより、集積回路31aの熱はヒートパイプ12を通して第1ヒートシンク11に伝えられる。取付プレート14の残部14bは、例えば半田や螺子などによって第1ヒートシンク11に取り付けられる。取付プレート14の溝14aは上シャーシ20に形成された溝20bに嵌り、これにより、ヒートパイプ12の第2の部分12bは溝20bに配置される。図3では取付プレート14は省略されている。
上述したように、冷却ユニット10は冷却ファン18を有している。第1ヒートシンク11と冷却ファン18は前後方向において並んでいる。この例では、第1ヒートシンク11は冷却ファン18に対して後方に位置している。第1ヒートシンク11は左右方向において細長い形状を有している。このような第1ヒートシンク11の形状及びレイアウトによれば、第1ヒートシンク11が受ける空気量を増やすことができる。
集積回路31aは、図3に示すように、第1ヒートシンク11に対して後方に位置している。ヒートパイプ12は、第1ヒートシンク11の形状に合わせて、第2の部分12bにおいて右方向又は左方向のうちの一方(この例では右方向)に延び、その後、集積回路31aに向けて後方に屈曲している。集積回路31aの熱は、ヒートパイプ12を通して第1ヒートシンク11に伝わるだけでなく、ヒートパイプ12の第1の部分12aを通して上シャーシ20(詳細には、板バネ部21やその周りの部分)に伝わる。集積回路31aは、第1ヒートシンク11に対して後方に位置しているので、第1ヒートシンク11を通過した空気は、上シャーシ20における集積回路31aの上側の部分を通過する。そのため、第1ヒートシンク11を通過した空気によって、上シャーシ20における集積回路31aの上側の部分をも冷却できる。その結果、冷却ファン18が形成する空気流を有効に利用できる。
なお、集積回路31aは第1ヒートシンク11よりも前方に位置し、且つ、冷却ファン18よりも後方に位置してもよい。その場合、第1ヒートシンク11に達する前の空気によって、上シャーシ20における集積回路31aの上側の部分を冷却できる。
以上説明したように、ヒートパイプ12は、集積回路31a上に位置する第1の部分12aと、第1の部分12aから延び、集積回路31aの外縁の外側に位置する第2の部分12bとを含んでいる。また、電子機器は、回路基板30の上面に取り付けられ、ヒートパイプ12の第1の部分12aを集積回路31aに押し付ける板バネ部21を有する部材(以上の例では上シャーシ20)を有している。第1ヒートシンク11はヒートパイプ12の第2の部分12bに接続されている。これによれば、簡単な構造で、集積回路31aの熱を第1ヒートシンク11に安定的に伝えることができる。
板バネ部21を有する部材、すなわち上シャーシ20は集積回路31aを覆い、且つ集積回路31aを取り囲んでいる。これによれば、上シャーシ20に、ヒートパイプ12を集積回路31aに押し付ける機能と、集積回路31aから出る電磁波の輻射を抑える機能の双方を持たせることができ、部品数の低減を図ることができる。
板バネ部21は、電子機器が備える装置(以上の説明では冷却ユニット10や電源ユニット(不図示))を支持する上シャーシ20に形成されている。これによれば、電子機器の部品数の低減を図ることができる。
板バネ部21は、その中途部に、ヒートパイプ12に向けて突出し、ヒートパイプ12に押しつけられる押圧部21aを有している。これによれば、板バネ部21とヒートパイプ12との接点が、ヒートパイプ12の縁寄りに位置することを抑えることができる。
押圧部21aを挟んで板バネ部21の基部とは反対側には、板バネ部21を回路基板30に向けて押す取付部材23が設けられている。そして、板バネ部21と回路基板30との間には、それらの間隔を規定するスペーサ部23aが配置されている。これによれば、板バネ部21から集積回路31aに作用する力を必要十分な大きさに設定し易くなる。
なお、本発明は以上説明した電子機器に限られず、種々の変更がなされてよい。
例えば、板バネ部21の押圧部21aは細長いリブ状の凸部であってもよい。その場合は、ヒートパイプ12の第1の部分12aの延伸方向とリブの長手方向とが交差するように押圧部21a(リブ)を形成するのが好ましい。また、押圧部21aは必ずしもヒートパイプ12に向けて突出していなくてもよい。
また、以上説明した電子機器では、第1ヒートシンク11は冷却ファン18の後方に位置し、集積回路31aは第1ヒートシンク11のさらに後方に位置している。しかしながら、これらのレイアウトは必ずしも、これに限定されず、例えば第1ヒートシンク11と集積回路31aとの位置関係は適宜変更されてよい。
また、板バネ部21の基部側に設けられた取付部材24は必ずしも無くてもよい。
また、集積回路31aと複数の集積回路32の全体がパッケージングされてもよい。そして、ヒートパイプ12はパッケージングされた集積回路上に配置されてもよい。
また、集積回路31a,32は必ずしも画像処理用の回路でなくてもよい。例えば、集積回路31a,32は電子機器の全体を制御する回路でもよい。
10 冷却ユニット、11 第1ヒートシンク、11a フィン、12 ヒートパイプ、12a 第1の部分、12b 第2の部分、13 プレート、14 取付プレート、17 カバー、18 冷却ファン、19 第2ヒートシンク、20 上シャーシ、20a 開口、20b 溝、21 板バネ部、21a 押圧部、23,24 取付部材、23a,24a スペーサ部、30 回路基板、31a,31b,32 集積回路、40 下シャーシ、50 下ハウジング。

Claims (4)

  1. 回路基板と、
    前記回路基板の一方の面に実装される集積回路と
    記回路基板の前記一方の面において、前記集積回路を覆い、且つ、前記集積回路を取り囲んでいるシャーシと、
    前記シャーシを挟んで前記回路基板とは反対側に配置されるヒートシンクと、
    前記集積回路と前記シャーシとの間に位置し、前記シャーシに形成される板バネ部により前記集積回路に押し付けられる第1の部分と、前記第1の部分から前記シャーシに形成されている開口を通って延び、前記ヒートシンクと接続する第2の部分を含むヒートパイプと、
    を備えることを特徴とする電子機器。
  2. 請求項1に記載の電子機器において、
    前記シャーシは、前記電子機器が備える装置を支持する、
    ことを特徴とする電子機器。
  3. 請求項1又は2に記載の電子機器において、
    前記板バネ部は、その中途部に、前記ヒートパイプに向けて突出し、前記ヒートパイプに押しつけられる押圧部を有している、
    ことを特徴とする電子機器。
  4. 請求項1又は2に記載の電子機器において、
    前記板バネ部は、その中途部に、前記ヒートパイプに押しつけられる押圧部を有し、
    前記押圧部を挟んで前記板バネ部の基部とは反対側には、当該板バネ部を前記回路基板に向けて押す取付部材が設けられ、
    前記板バネ部と前記回路基板との間には、それらの間隔を規定するスペーサ部が配置されている、
    ことを特徴とする電子機器。
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