JP6392694B2

JP6392694B2 - 放熱機構及び電子機器

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Publication number: JP6392694B2
Application number: JP2015064771A
Authority: JP
Inventors: 英一郎草野
Original assignee: NEC Platforms Ltd
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP2016184693A

Description

本発明は、放熱機構及び電子機器に関する。

近年、携帯電話、スマートフォン、タブレッド等の携帯電子機器、及びＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）等の電子機器においては、高性能化が進んでいる。これに伴い、基板に搭載されている電子部品の発熱量が増大する傾向にある。例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等の発熱部品を有する電子機器においては、発熱部品から出た熱が筐体に伝わり、発熱部品近傍の筐体表面が局所的に高温化する場合がある。ＣＰＵ等の発熱部品から出た熱を放熱する放熱機構として、一般的にヒートシンクが知られている。このヒートシンクは、ＣＰＵ等の上面に取り付けられている。そして、ＣＰＵ等から出た熱をヒートシンクに移動させてヒートシンクにより放熱させることで、ＣＰＵ等を冷却する技術が一般的に知られている。

ここで、図５を用いて、一般的な放熱機構８２０及び電子機器８００について説明する。図５は、一般的な放熱機構８２０及び電子機器８００の構成を示す断面図である。電子機器８００は、電子部品８１０を具備している。そして、電子機器８００は、電子部品８１０から発生する熱を放熱するために、放熱機構８２０を具備している。この放熱機構８２０は、被覆部材８３０及び放熱部材８４０を具備している。放熱機構８２０は、被覆部材８３０の第１の底面８３０ａを電子部品８１０に当接させ、電子部品８１０から発生する熱を被覆部材８３０にて受けている。また、放熱機構８２０は、第１の底面８３０ａに対向する被覆部材８３０の第２の底面８３０ｃと放熱部材８４０とを熱伝導シート８３９を介して当接させ、被覆部材８３０の熱を放熱部材８４０に伝えている。なお、被覆部材８３０は、直方体であり、第１の底面８３０ａと第２の底面８３０ｃとが同じ面積で構成され、側面８３０ｂがこれら第１の底面８３０ａ及び第２の底面８３０ｃよりも小さい面積で構成されている。第１の底面８３０ａ及び第２の底面８３０ｃの方が、側面８３０ｂよりも、電子部品８１０及び放熱部材８４０との接触面積を確保することが可能となる。このため、側面８３０ｂよりも第１の底面８３０ａ及び第２の底面８３０ｃを電子部品８１０及び放熱部材８４０に当接させる方が、熱を伝えやすい。

また、放熱部材によりＣＰＵ等からの発熱を放熱させる技術として、例えば、特許文献１には、放熱機構およびその放熱機構を備えた電子機器に関する技術が開示されている。この特許文献１記載の技術は、この文献の図１を参照すると、筐体１、発熱部品２、基板３、シールド５、熱伝達層６及び熱電変換素子８を具備している。特許文献１記載の技術は、シールド５の天面と熱伝達層６とを当接させ、シールド５の熱を熱伝達層６に伝えている。

ここで、電子部品を被覆する被覆部材（シールド）の第２の底面に放熱部材を配設させる空間が確保できない場合がある。このような場合の放熱機構９２０について図６を用いて説明する。図６は、関連する放熱機構９２０及び電子機器９００の構成を示す断面図である。電子機器９００は、電子部品９１０を具備している。そして、電子機器９００は、電子部品９１０から発生する熱を放熱するために、放熱機構９２０を具備している。この放熱機構９２０は、被覆部材９３０及び放熱部材９４０を具備している。放熱機構９２０は、被覆部材９３０の第１の底面９３０ａを電子部品９１０に当接させ、電子部品９１０から発生する熱を被覆部材９３０にて受けている。ここで、放熱機構９２０は、被覆部材９３０の第２の底面９３０ｃに放熱部材９４０を配設させる空間が確保できず、被覆部材９３０の側面９３０ｂに放熱部材９４０を当接させなければならない。この場合、放熱機構９２０は、被覆部材９３０と放熱部材９４０との接触面積を小さくしてしまうため、被覆部材９３０から放熱部材９４０への熱伝導率を低減させてしまう。

上述のように、被覆部材の底面に放熱部材を配設させる空間が確保できない場合であっても、被覆部材から放熱部材への熱伝導率を低減させない技術として、例えば、特許文献２には、電装品ユニットに関する技術が開示されている。この特許文献２記載の技術は、この文献の図１を参照すると、コンデンサ１１、伝熱部材１５、基板１９及びケース２０を具備している。特許文献２記載の技術は、ケース２０の内部から外部に伝熱部材１５を飛び出させている。そして、特許文献２記載の技術は、外部に飛び出た伝熱部材１５に放熱部材３０を当接させ、コンデンサ１１の熱を伝熱部材１５を介して放熱部材３０に伝えている。

特開２０１３−２５４７９１号公報特開２００８−０５３６３５号公報

しかしながら、上記特許文献２記載の技術は、伝熱部材１５と放熱部材３０とが別体で形成されている。このため、上記特許文献２記載の技術は、伝熱部材１５の金型を別途、作成する必要が生じ、製造コストを増大させてしまうという技術的課題がある。

そこで、本発明の目的は、被覆部材の底面に放熱部材を配設させる空間が確保できない場合であっても、被覆部材から放熱部材への熱伝導率を低減させず、かつ、製造コストの増大を抑制することが可能な放熱機構及び電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る放熱機構は、発熱部品を被覆し、この発熱部品に熱的に接続される被覆部材と、上記被覆部材に熱的に接続される放熱部材と、を具備し、上記被覆部材は、底面が上記発熱部品に当接して配設され、上記発熱部品を被覆する基部と、上記基部と一体に成型され、上記基部の側面に位置し、上記放熱部材と係合する係合部と、を有して構成される。

上記目的を達成するために、本発明に係る電子機器は、上記放熱機構と、上記発熱部品と、を具備して構成される。

本発明によれば、被覆部材の底面に放熱部材を配設させる空間が確保できない場合であっても、被覆部材から放熱部材への熱伝導率を低減させず、かつ、製造コストの増大を抑制することができる。

本発明の一実施形態（第１の実施形態）に係る放熱機構及び電子機器の構成を示す断面図である。本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る放熱機構及び電子機器の構成を示す断面図である。本発明の他の実施形態（第３の実施形態）に係る放熱機構及び電子機器の構成を示す断面図である。本発明の他の実施形態（第４の実施形態）に係る放熱機構及び電子機器の構成を示す断面図である。一般的な放熱機構及び電子機器の構成を示す断面図である。関連する放熱機構及び電子機器の構成を示す断面図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１を用いて、本発明の一実施形態（第１の実施形態）について説明する。図１は、本実施形態（第１の実施形態）に係る放熱機構１２０及び電子機器１００の構成を示す断面図である。

電子機器１００は、電子部品（発熱部品）１１０及び放熱機構１２０を具備している。電子部品１１０は、例えば、ＣＰＵ等、作動時に熱を発する部品である。放熱機構１２０は、電子部品１１０に熱的に接続され、電子部品１１０から発生する熱を外部に放熱している。

放熱機構１２０は、被覆部材１３０及び放熱部材１４０を具備している。被覆部材１３０は、電子部品１１０を被覆し、この電子部品１１０に熱的に接続される。放熱部材１４０は、例えば、ヒートシンクであり、被覆部材１３０に熱的に接続されている。本実施形態において、被覆部材１３０は、基部１３２及び係合部１３１を具備している。基部１３２は、この基部１３２の第１の底面（底面）１３２ａを電子部品１１０に当接させ、電子部品１１０を被覆している。これにより、電子部品１１０から発生する熱が被覆部材１３０に伝わる。係合部１３１は、基部１３２と一体に成型され、基部１３２の側面１３２ｂに位置し、放熱部材１４０と係合している。なお、被覆部材１３０の基部１３２は、直方体であり、第１の底面１３２ａと第２の底面１３２ｃとが同じ面積で構成され、側面１３２ｂがこれら第１の底面１３２ａ及び第２の底面１３２ｃよりも小さい面積で構成されている。第１の底面１３２ａ及び第２の底面１３２ｃの方が、側面１３２ｂよりも、電子部品１１０及び放熱部材１４０との接触面積を十分に確保し易い。

このように、本実施形態は、被覆部材１３０の基部１３２の側面１３２ｂに係合部１３１を設け、係合部１３１を介して放熱部材１４０に熱を伝達している。このため、被覆部材１３０の基部１３２の第２の底面１３２ｃと放熱部材１４０との当接面積を十分に確保できないような場合であっても、放熱部材１４０に効率良く熱を伝達することが可能となる。

そして、基部１３２と係合部１３１とが一体に成型されている。このように、基部１３２と係合部１３１とが一体に成型されているため、係合部１３１の金型を別途、作成する必要がなく、製造コストを軽減することが可能となる。

よって、本実施形態によれば、被覆部材１３０の第２の底面１３２ｃに放熱部材１４０を配設させる空間が確保できない場合であっても、被覆部材１３０から放熱部材１４０への熱伝導率を低減させず、かつ、製造コストの増大を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図２を用いて、本発明の他の実施形態（第２の実施形態）について説明する。図２は、本実施形態（第２の実施形態）に係る放熱機構２２０及び電子機器２００の構成を示す構成図である。

本実施形態の電子機器２００は、筐体２０１の内部に基板２０２、電子部品（発熱部品）２１０、放熱機構２２０を収容している。電子機器２００は、筐体２０１の孔の開口面に熱電シート２０３を配設している。電子機器２００は、筐体２０１の外部の装置と接する面に金属プレート２０４を配設している。

筐体２０１は、周知の技術であるため、具体的な説明を省略するが、外観視すると矩形状をなして形成されている。筐体２０１は、内部に基板２０２、電子部品２１０、放熱機構２２０を収容するために、中空状をなして形成されている。

基板２０２は、周知の技術であるため、具体的な説明を省略するが、樹脂等を用いて板状をなして形成される。この基板２０２の面には、電子部品２１０が実装されている。なお、本実施形態では、基板２０２の片側の面に電子部品２１０が実装されているが、これに限定されず、基板２０２の両面に電子部品２１０が実装されても良い。

この電子部品２１０は、例えば、ＣＰＵ等、作動時に熱を発する部品である。電子部品２１０には、放熱機構２２０が熱的に接続されている。この放熱機構２２０は、被覆部材２３０及び放熱部材２４０を具備している。なお、放熱機構２２０については、後述する。

ここで、電子部品２１０と放熱機構２３０との間には、熱伝導性シートを設けても良い。この熱伝導性シートは、例えば、熱伝導性樹脂、金属等を用いて形成される。なお、熱伝導性シートは、電子部品２１０から発生した熱を放熱機構２２０の被覆部材２３０に伝導し易い材質であれば、上述の材質に限定されない。このように、電子部品２１０と被覆部材２３０との間に熱伝導性シートを設けることで、電子部品２１０から発生した熱が、筐体２０１の内部に伝導するよりも、熱伝導性シートを介して被覆部材２３０に伝導し易くなる。

熱電シート２０３は、周知の技術であるため、具体的な説明を省略するが、熱伝導性樹脂を用いて板状をなして形成され、筐体２０１の孔の開口面に位置している。このように、筐体２０１の孔の開口面に熱電シート２０３を配設することで、放熱部材２４０と後述する金属プレート２０４との密着性を高め、放熱部材２４０から金属プレート２０４に熱を伝え易くしている。また、筐体２０１の孔の開口面に熱電シート２０３を配設することで、筐体２０１内への水の侵入を防ぐ防滴効果を高めている。なお、熱電シート２０３は、上述したように、熱伝導性樹脂を用いて形成されるが、熱を伝導し易い材質であれば、特に限定されず、例えば、金属等を用いて形成しても良い。

金属プレート２０４は、周知の技術であるため、具体的な説明を省略するが、ステンレス等の金属を用いて板状をなして形成され、筐体２０１の外部の装置と接する面に位置している。このように、筐体２０１の外部の装置と接する面に金属プレート２０４を配設することで、外部の装置への放熱効果を高めている。また、筐体２０１の外部の装置と接する面に金属プレート２０４を配設することで、筐体２０１と外部の装置との接続構成の補強を図ることが可能となる。接続端子２０５は、周知の技術であるため、具体的な説明を省略するが、外部の装置と接続させるための端子である。

本実施形態において、放熱機構２２０は、上述したように、被覆部材２３０及び放熱部材２４０を具備している。被覆部材２３０は、電子部品２１０を被覆し、この電子部品２１０に熱的に接続されている。被覆部材２３０は、例えば、ステンレス等の金属を用いて形成されている。ここで、被覆部材２３０の熱伝導率は、樹脂などで構成された基板２０２よりも熱伝導率が高いものが用いられる。これにより、電子部品２１０から発生する熱は、基板２０２ではなく、被覆部材２３０に伝わることとなる。

被覆部材２３０は、係合部２３１及び基部２３２を有している。基部２３２は、第１の底面２３２ａを電子部品２１０に当接させ、この電子部品２１０を被覆している。これにより、電子部品２１０から発生する熱が被覆部材２３０に伝わる。これら係合部２３１及び基部２３２は、金型により一体成型される。このため、被覆部材２３０は、別途、係合部２３１の専用の金型を用いる必要がなく、係合部２３１を形成することが可能となる。これにより、コストの削減を図ることができる。そして、係合部２３１は、基部２３２の側面２３２ｂに位置している。係合部２３１は、放熱部材２４０を保持している。また、係合部２３１は、弾性体である。ここで、係合部２３１は、断面視すると凹状をなして形成されており、この凹みの内幅を放熱部材２４０の厚みよりも幅狭にしている。係合部２３１は、この係合部２３１に放熱部材２４０を入れると、凹みの内幅は広がるが、この凹みが元の形状に戻ろうとする。このようにして、係合部２３１は、放熱部材２４０を挟み込んでいる。これにより、係合部２３１は、放熱部材２４０を挟持することが可能となる。このように、係合部２３１により放熱部材２４０を挟持することで、放熱部材２４０の抜けを抑制することが可能となる。

放熱部材２４０は、例えば、ヒートシンクであり、被覆部材２３０に熱的に接続されている。そして、放熱部材２４０は、電子部品２１０から被覆部材２３０に伝わった熱を熱伝導シート２０３に伝導する。放熱部材２４０は、熱伝導性のよい金属等で形成されている。放熱部材２４０は、例えば、ステンレス、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属で形成される。放熱部材２４０は直状をなして形成されており、このため、放熱部材２４０自体のコストダウン、放熱部材２４０の形状の制約がなくなるメリットがある。なお、放熱部材２４０の形状の制約として、例えば、放熱部材２４０に所定以上の厚みがあると、折り曲げることができず、このため、折り曲げられるよう、放熱部材２４０を所定の厚みよりも薄くしなければならないという制約がある。この制約により、放熱部材２４０の放熱性能を低減させてしまうというデメリットがある。

ここで、図５に示す一般的な冷却構造８２０のように、被覆部材８３０の面と放熱部材８４０の面とを面接触させる場合、これらは互いに金属であるため、密着性を高めるために、シート８３９を介在させる。このように、シート８３９を介在させると、シート８３９の熱伝導率は金属の熱伝導率よりも低いため、金属同士を接触させるよりも熱伝導率を低減させてしまう。また、冷却構造８２０は、被覆部材８３０と放熱部材８４０との密着性を高めるために、放熱部材８４０に押圧力をかけ、被覆部材８３０に面接触させる。このため、基板８０２の反り、基板８０２に実装されている図示しないＢＧＡ等を破損させてしまう可能性がある。「ＢＧＡ」とは、「ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ」の略である。

これに対し、本実施形態では、係合部２３１により放熱部材２４０を挟み込んでいるため、金属同士であってもシートを用いることなく密着性を高めることが可能となる。このため、接触面積が小さくても、金属同士で直に接触させているため、上述のような面接触させる場合と同様の熱伝導率を維持している。また、本実施形態では、上述したように、係合部２３１により放熱部材２４０を挟み込んでいるため、放熱部材２４０に押圧力をかける必要がなく、上述のような、基板の反り、ＢＧＡ等の破損の懸念が解消される。また、本実施形態では、上述したように、シートを用いることなく被覆部材２３０と放熱部材２４０との接触させているため、シートの部品点数を減らすことが可能となり、コストダウンを図ることができる。

また、係合部２３１は、上述したように、弾性体である。このため、係合部２３１に放熱部材２４０を挿入すると、係合部２３１により放熱部材２４０を挟持することが可能となる。これにより、係合部２３１と放熱部材２４０との密着性をより高め、係合部２３１から放熱部材２４０への熱の伝導率を向上させることが可能となる。また、係合部２３１により放熱部材２４０を挟持することで、放熱部材２４０の抜けを抑制することが可能となる。

このように、本実施形態の放熱機構２２０は、被覆部材２３０に熱伝導シートを介して放熱部材２４０を接続させる構成と比べると、接触面積を小さくしているが、金属同士を直に接続させているため、同等の放熱効果を実現している。このため、被覆部材２３０の基部２３２の天面に放熱部材２４０の配設が困難な場合であっても、被覆部材２３０から放熱部材２４０への熱伝導率を低減させずに、被覆部材２３０から放熱部材２４０に伝熱を可能としている。そして、被覆部材２３０は、係合部２３１と基部２３２とを一体成型により形成しているため、係合部２３１の専用の金型を別途、用意する必要がなく、コストの増大を抑制している。

よって、本実施形態によれば、被覆部材２３０の第２の底面２３２ｃに放熱部材２４０を配設させる空間が確保できない場合であっても、被覆部材２３０から放熱部材２４０への熱伝導率を低減させず、かつ、製造コストの増大を抑制することができる。

（第３の実施形態）
図３を用いて、本発明の他の実施形態（第３の実施形態）について説明する。図３は、本実施形態（第３の実施形態）に係る放熱機構３２０及び電子機器３００の構成を示す断面図である。

本実施形態の放熱機構３２０は、上述の第２の実施形態の放熱機構２２０に対し、係合部３３１を放熱部材３４０の内部に挿通させた点が異なり、他の点は同様である。したがって、上述の第２の実施形態の放熱機構２２０に相当する箇所については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の放熱機構３２０は、上述したように、係合部３３１を放熱部材３４０の内部に挿通させている。被覆部材３３０は、係合部３３１及び基部３３２を有している。放熱部材３４０には、凹部が設けられている。係合部３３１を凹部に嵌装させる。これにより、被覆部材３３０から放熱部材３４０に熱を伝導させている。

このように、放熱機構３２０によれば、被覆部材３３０の第２の底面３３２ｃに放熱部材３４０を配設させる空間が確保できない場合であっても、被覆部材３３０から放熱部材３４０への熱伝導率を低減させず、かつ、製造コストの増大を抑制することができる。

また、本実施形態の放熱機構３２０によれば、放熱部材３４０の内部で被覆部材３３０からの熱を吸収することが可能となるため、熱伝導率をより向上させることができる。

（第４の実施形態）
図４を用いて、本発明の他の実施形態（第４の実施形態）について説明する。図４は、本実施形態（第４の実施形態）に係る放熱機構４２０及び電子機器４００の構成を示す断面図である。

本実施形態の放熱機構４２０は、上述の第２の実施形態の放熱機構２２０に対し、係合部４３１に加え、第２の係合部４３３及び第３の係合部４３４を備えた点が異なり、他の点は同様である。したがって、上述の第２の実施形態の放熱機構２２０に相当する箇所については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の放熱機構４２０は、上述したように、第２の係合部４３３及び第３の係合部４３４を放熱部材２４０の側面に延設させている。このように、放熱機構４２０は、被覆部材４３０と放熱部材２４０との接触面積を大きくしている。

よって、放熱機構４２０によれば、被覆部材４３０の第２の底面４３２ｃに放熱部材２４０を配設させる空間が確保できない場合であっても、被覆部材４３０から放熱部材２４０への熱伝導率を低減させず、かつ、製造コストの増大を抑制することができる。

また、放熱機構４２０によれば、放熱部材２４０の第２の底面４３２ｃに沿って第２の係合部４３３及び第３の係合部４３４を延設しているため、被覆部材４３０と放熱部材２４０との接触面積を大きくすることが可能となる。これにより、放熱機構４２０によれば、熱伝達率をより向上させることができる。

１００電子機器
１１０電子部品（発熱部品）
１２０放熱機構
１３０被覆部材
１３１係合部
１３２基部
１４０放熱部材

Claims

発熱部品を被覆し、この発熱部品に熱的に接続される被覆部材と、
前記被覆部材に熱的に接続される放熱部材と、を具備し、
前記被覆部材は、
底面が前記発熱部品に当接して配設され、前記発熱部品を被覆する基部と、
前記基部と一体に成型され、前記基部の側面に位置し、前記放熱部材と係合する係合部と、を有し、
前記係合部の内部に、前記放熱部材の一部が嵌装され、
前記係合部は弾性を有する金属部材により形成される、
ことを特徴とする放熱機構。
前記被覆部材及び放熱部材は、金属製部材を用いて形成される、
ことを特徴とする請求項１記載の放熱機構。
前記係合部は、前記放熱部材の外周を挟持する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の放熱機構。
前記放熱部材は、直状をなして形成される、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の放熱機構。
請求項１乃至４の何れか一項に記載の放熱機構と、
前記発熱部品と、を具備する、
ことを特徴とする電子機器。