JP6399022B2 - 冷却装置、電子機器およびヒートシンク搭載方法 - Google Patents

Description

本発明は、発熱部品（発熱体）を冷却する技術に関する。

ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ(半導体メモリ)等の発熱部品（発熱体）は、発熱量が多いために熱損傷や当該部品が搭載されている電気回路の誤動作を招く虞がある。このことを考慮し、発熱部品はヒートシンク等を利用して冷却される。

回路基板に複数の発熱部品が搭載されている場合にそれら発熱部品を冷却する手法の一つとして、複数の発熱部品を共通に冷却するヒートシンクによる冷却手法が有る。この手法では、各発熱部品の発熱量にばらつきがあっても、発熱量の小さい方の発熱部品に対応するヒートシンク部分が、発熱量の大きい方の発熱部品の熱をも放熱できることから、発熱量の大きい方の発熱部品における冷却効率を高めることができる。

しかしながら、発熱部品の高さは種類等により異なる。このため、高さが異なる複数の発熱部品の頂部側に共通のヒートシンクを配置すると、背低の発熱部品は、シートシンクとの隙間に起因して、背高な発熱部品よりもヒートシンクへの熱伝導性が低くなる。これにより、ヒートシンクによる冷却（放熱）効率は、背高な発熱部品よりも背低の発熱部品の方が低くなってしまう。

特許文献１には、高さが異なる複数の発熱部品をヒートシンクにより冷却する構成が開示されている。特許文献１では、ヒートシンクは、高さが異なる各発熱部品に応じた複数のヒートシンク部位を有している。

国際公開第２０１４／１４８０２６号

特許文献１に記載されているヒートシンクは、複数のヒートシンク部位が組み合わされることにより構成される。このため、発熱部品の熱が、或るヒートシンク部位から隣のヒートシンク部位に伝導するヒートシンク部位間境界部分において熱伝導率が低下する虞がある。このため、複数のヒートシンク部位を備えるヒートシンクは、ヒートシンクが単一部品である場合に比べて、放熱効率が低下してしまうという懸念が有る。

本発明は上記課題を解決するために考え出された。すなわち、本発明の主な目的は、複数のヒートシンク部位を有して構成されるヒートシンクにおいて、放熱効率の低下を抑制する技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、一様相として、
高さの異なる複数の発熱体の熱を放熱し互いに熱的に接続されている複数のヒートシンクと、
前記複数のヒートシンクの外部から、隣り合う前記ヒートシンク間を圧着させる力を前記ヒートシンクに加える加圧部材と
を備えている。

また、本発明の電子機器は、一様相として、
発熱体と、
前記発熱体の熱を放熱する請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の冷却装置と
を備えている。

さらにまた、本発明のヒートシンク搭載方法は、一様相として、
高さの異なる複数の発熱体の熱を放熱し互いに熱的に接続されている複数のヒートシンクを設け、
前記複数のヒートシンクの外部から、隣り合う前記ヒートシンク間を圧着させる力を前
記ヒートシンクに加える。

本発明によれば、複数のヒートシンクを利用して発熱体の熱を放熱する構成である場合に、放熱効率の低下を抑制できる。

本発明に係る第１実施形態の冷却装置の構成を簡略化して説明するブロック図である。 第１実施形態の冷却装置を備えた電子機器の構成を簡略化して説明するブロック図である。 本発明に係る第２実施形態の冷却装置を備えた電子機器の構成を模式的に表す断面図である。 ヒートシンクの一形態例を説明する図である。 その他の実施形態を説明する図である。 さらに別のその他の実施形態を説明する図である。 さらにまた別のその他の実施形態を説明する図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る第１実施形態の冷却装置の構成を簡略化して表すブロック図である。第１実施形態の冷却装置１は、例えば、図２に表されるように、発熱体６を備える電子機器５に組み込まれる。第１実施形態の冷却装置１は、発熱体６の熱を放熱する複数のヒートシンク２と、加圧部材３とを備えている。第１実施形態では、複数のヒートシンク２は、互いに熱的に接続するように配置されている。加圧部材３は、複数のヒートシンク２の外側から、隣り合うヒートシンク２を圧着させる力をヒートシンク２に加える構成を備えている。なお、“複数のヒートシンク２が互いに熱的に接続する”とは、複数のヒートシンク２が当接することにより直接に熱的に接続している場合もあるし、ヒートシンク２間に別の部材が介設され複数のヒートシンク２が間接的に熱的に接続している場合もある。

この第１実施形態の冷却装置１は、加圧部材３を備えることにより、隣り合うヒートシンク２を圧着させることができる。このため、隣り合うヒートシンク２の圧着している境界部分の熱伝導率は、隣り合うヒートシンク２が圧着していない場合に比べて高くなるので、複数のヒートシンク２の放熱効率を向上させることができる。これにより、熱的に接続している複数のヒートシンク２の内部における熱伝導性（熱拡散性）が向上し、放熱効率を高めることができる。

このような冷却装置１を備えた電子機器５は、発熱体６の熱を効率良く放熱でき、これにより、発熱体６の熱損傷や、発熱体６を備えた回路の熱による誤動作等の問題を防止できる。

＜第２実施形態＞
以下に、本発明に係る第２実施形態を説明する。

図３は、第２実施形態の冷却装置を備えた電子機器の構成を模式的に表す断面図である。この第２実施形態における電子機器１０は、基板１１と、当該基板１１に搭載されている冷却対象の発熱体である複数の発熱部品１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）とを備えている。この第２実施形態では、基板１１には、発熱部品１２を含む回路が形成されている。当該基板１１には、その回路の形成領域を囲むようにフレーム１３が立設されている。また、発熱部品１２ａ，１２ｃは、例えばメモリ（半導体メモリ）であり、発熱部品１２ｂは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）１２ｂである。発熱部品１２ｂは、発熱部品１２ａ，１２ｃよりも背高な部品であり、基板１１に搭載されている状態において基板面から部品頂部までの高さが発熱部品１２ａ，１２ｃよりも高い。

電子機器１０は、さらに、それら発熱部品１２を冷却する冷却構造（冷却装置）を備えている。すなわち、電子機器１０は、複数のシートシンク１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）と、加圧部材１６と、押圧部材１７とを備えている。

複数のヒートシンク１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）は、それぞれ、個別に対応する発熱部品１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）に熱伝導部材１９を介して接続されている。その熱伝導部材１９は、発熱部品１２の放熱に関わる仕様に基づいて定まる熱伝導率を持ち、かつ、変形し易い材料（例えばシート状のシリコン材料）により構成されている。

また、隣り合うヒートシンク１５は、放熱グリス等の熱伝導部材２０を介して接続されている。これによって、複数のヒートシンク１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、熱的に接続されている一つの接続体の態様と成している。熱伝導部材２０も、熱伝導部材１９と同様に、仕様に基づいて定まる熱伝導率を持つ材料により構成される。なお、熱伝導部材１９，２０は、熱伝導率だけでなく、製造上の事項や、配設位置をも考慮して選択された材料にて構成されるため、同じ材料により構成される場合もあるし、異なる材料により構成される場合もある。また、熱伝導部材１９，２０は、加圧部材によってヒートシンク間を圧着させるため、接触するヒートシンク１５がずれないように比較的摩擦係数の大きい滑りにくい材料により構成されてもよい。

ところで、ヒートシンク１５の一つの形態として、図４に表されるような、複数の板状のフィン２２が互いに間隔を介して並設されている態様がある。各ヒートシンク１５ａ，１５ｂ，１５ｃが図４に表されるような形態である場合には、フィン２２の板面同士（最外側に配置されているフィン２２の外側面２２ａ同士）が熱伝導部材２０を介して接続するように、隣り合うヒートシンク１５が接続される。このような接続形態は、隣り合うヒートシンク１５の接続面積が広くなるので、ヒートシンク１５ａ，１５ｂ，１５ｃ間の熱伝導性を高めることができる。

加圧部材１６は、複数のヒートシンク１５の外側から、隣り合うヒートシンク１５を圧着させる力をヒートシンク１５に加える構成を備えている。第２実施形態では、加圧部材１６は、ねじ２３を有する。また、フレーム１３が、加圧部材１６の構成部材（つまり、固定用部材）としても機能する。つまり、フレーム１３には、ヒートシンク１５を間にして向き合うような複数の位置に、ねじ２３と螺合するねじ穴２４がそれぞれ形成されている。加圧部材１６は、それらねじ穴２４に、ねじ２３がフレーム１３の外側から螺合し、フレーム１３の内側に突出したねじ２３の先端部分がヒートシンク１５を押圧する構成と成している。前述したように、ねじ穴２４は、フレーム１３において、複数のヒートシンク１５を間にして向き合うような複数位置に形成されている。このため、それらねじ穴２４に螺合する複数のねじ２３により複数のヒートシンク１５が挟持されるような状態となり、ねじ２３からの押圧力によって隣り合うヒートシンク１５が圧着される。そのねじ２３によるヒートシンク１５への押圧力（締め付け力）の大きさは、隣り合うヒートシンク１５の密着度を高めるべく、ヒートシンク１５の形態や構成材料等を考慮した適宜な大きさとなっている。

なお、ねじ２３の頭部と、フレーム１３のねじ穴２４の開口端縁部との間には、ばね２５が介設されている。

押圧部材１７は、ヒートシンク１５から個別に対応する発熱部品１２に向かう方向の力をヒートシンク１５に加える構成を備えている。図３の例では、押圧部材１７は、ねじ２７を有している。ねじ２７は、ヒートシンク１５に挿通され、さらに、基板１１に形成されているねじ穴２８に螺合されている。押圧部材１７は、ねじ２７を締め付けることにより、ヒートシンク１５を発熱部品１２に押し付ける方向の力をヒートシンク１５に作用する構成を備えている。

この押圧部材１７によって、ヒートシンク１５が発熱部品１２に押し付けられることにより、発熱部品１２からヒートシンク１５への熱伝導性は、押し付けられていない場合に比べて高くなる。これにより、押圧部材１７を備えた冷却装置および電子機器１０は、発熱部品１２の放熱効率を高めることができるという効果を得ることができる。また、押圧部材１７は、シートシンク１５を、個別に対応する発熱部品１２に密着させた状態で基板１１に固定できることから、発熱部品１２に対するヒートシンク１５のずれを防止できるという効果を得ることができる。

図３の例では、基板１１において、発熱部品１２が搭載されている基板面とは反対側の基板面に、基板１１を補強する補強部材３０が設けられている。

この第２実施形態の電子機器１０は、上記のように構成されている。第２実施形態の電子機器１０は、次のような効果を得ることができる。すなわち、第２実施形態では、個別に対応するシートシンク１５が接続される構成である。このため、シートシンク１５は、個別に対応する発熱部品１２の高さ等に応じて配設することができるため、複数の発熱部品１２の高さ等の相違に起因して発熱部品１２からヒートシンク１５への放熱効率が低下するという問題が抑制される。

また、第２実施形態の電子機器１０は、複数のヒートシンク１５が熱的に接続されている構成を有する。これにより、隣り合うヒートシンク１５の境界部分において熱伝導率の低下が懸念されるところであるが、電子機器１０は、加圧部材１６によって、隣り合うヒートシンク１５を圧着できる構成を備えているので、そのような熱伝導率の低下を緩和できる。

さらに、電子機器１０は、押圧部材１７を備え、押圧部材１７によって、ヒートシンク１５と発熱部品１２の密着度を高めることができる構成を備えているので、発熱部品１２からヒートシンク１５への放熱効率を高めることができる。

第２実施形態の電子機器１０は、上記のような構成により、発熱部品１２の熱をヒートシンク１５によって効率良く放熱することができ、これにより、発熱部品１２の熱損傷や発熱部品１２の熱に起因した回路の誤動作の問題を抑制できる。

＜その他の実施形態＞
なお、本発明は第１と第２の実施形態に限定されず、様々な実施の態様を採り得る。例えば、図５は、基板１１の上方側からヒートシンク１５と発熱部品１２との関係例を表す模式的な平面図である。この図５の例では、複数の同種（つまり、高さが同じ）の発熱部品１２ａが配列配置されており、これら発熱部品１２ａに共通のヒートシンク１５ａが配置されている。同様に、複数の同種（つまり、高さが同じ）の発熱部品１２ｃが配列配置されており、これら発熱部品１２ｃに共通のヒートシンク１５ｃが配置されている。

このような構成であっても、第２実施形態と同様に、例えば、ねじ２３を有する加圧部材１６が設けられ、加圧部材１６によって、隣り合うヒートシンク１５は圧着される。

また、各ヒートシンク１５には、対応する発熱部品１２にヒートシンク１５を押し付ける加圧部材が設けられる。同種の発熱部品１２であっても製造精度の問題等に因り、発熱部品１２の高さにばらつきが生じてしまうが、加圧部材は、その高さばらつきの悪影響を軽減できる。つまり、加圧部材は、ヒートシンク１５を、対応する複数の発熱部品１２に押し付けるので、それら発熱部品１２に高さばらつきがあっても、ヒートシンク１５と発熱部品１２を仕様等に応じた良好な状態で熱的に接続させることができる。

さらに、第２実施形態では、加圧部材１６は、フレーム１３を利用して基板１１に固定されている。これに代えて、フレーム１３とは別に、加圧部材１６を基板１１に固定する専用の固定用部材が基板１１に設けられていてもよい。

さらに、図３や図５の例では、ヒートシンク１５は図面の横方向に並設されているために、加圧部材１６は、ヒートシンク１５に横方向の押圧力をヒートシンク１５に作用する構成である。この構成に加えて、例えば、図６に表されるように、ヒートシンク１５が図面の横方向に並設されているだけでなく、縦方向にも並設されている場合がある。この場合には、その縦方向に並設されている複数のヒートシンクに縦方向の押圧力を作用する加圧部材１６が設けられる。さらに、図７に表されるように、ヒートシンク１５が配置されていてもよく、このような場合にも、隣り合うヒートシンク１５との間を圧着させる力を加える加圧部材１６が設けられる。

さらに、第２実施形態では、加圧部材１６や押圧部材１７は、ねじを利用してヒートシンク１５に力を作用する構成であるが、他の構成により、ヒートシンクに力を作用してもよい。

１ 冷却装置
２，１５ ヒートシンク
３，１６ 加圧部材
５，１０ 電子機器
６ 発熱体
１２ 発熱部品
１７ 押圧部材
１９，２０ 熱伝導部材

Claims (7)

1. 高さの異なる複数の発熱体の熱を放熱し互いに熱的に接続されている複数のヒートシンクと、
   前記複数のヒートシンクの外部から、隣り合う前記ヒートシンク間を圧着させる力を前記ヒートシンクに加える加圧部材と
   を備えている冷却装置。
2. 前記複数のヒートシンクは、複数の前記発熱体の熱を放熱する構成を備え、
   前記ヒートシンクは、前記発熱体に対向配置されている請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記ヒートシンクから前記発熱体に向かう方向の力を加える押圧部材をさらに備えている請求項２に記載の冷却装置。
4. 隣り合う前記ヒートシンク間には熱伝導部材が介設されている請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記ヒートシンクの外側に配置され、かつ、前記発熱体が配設されている基板に設けられている固定用部材をさらに備え、
   前記加圧部材は、前記固定用部材に固定されている請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の冷却装置。
6. 発熱体と、
   前記発熱体の熱を放熱する請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の冷却装置と
   を備えている電子機器。
7. 高さの異なる複数の発熱体の熱を放熱し互いに熱的に接続されている複数のヒートシンクを設け、
   前記複数のヒートシンクの外部から、隣り合う前記ヒートシンク間を圧着させる力を前記ヒートシンクに加える
   ヒートシンク搭載方法。
   
   

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