JP6505217B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

この発明は、ヒートシンクを備えた電子機器に関するものである。

基板に実装された発熱部品の温度上昇を防ぐために、ファンを使用して強制的に通風することによって筐体全体の温度上昇を防ぐ方法、または発熱部品の熱を放熱シートを介して板金部品へ放熱する方法が一般的であった。

近年では発熱部品の高性能化が進むことにより発熱量の増加傾向が著しいこと、また、筐体の小型化などによりファンのみでの冷却効果に限界があることから、発熱部品にヒートシンクを接触させて温度上昇を防ぐ構造が採用されている。ただし、発熱部品およびヒートシンクの寸法ばらつきおよび実装時のばらつき等があるため、発熱部品とヒートシンクとの間に隙間が生じ、放熱が十分にできなくなる問題があった。その対策として、発熱部品とヒートシンクの間に放熱シートを挟む場合があるが、放熱シートに対して上記のばらつきを吸収する機能を付加するには放熱シートを厚くする必要があるため、コストアップにつながっていた。

そこで、例えば特許文献１に記載された電子機器では、板ばねを使用して、ヒートシンクを発熱部品の方向へ付勢することにより、上記のばらつきを吸収している。
また、例えば特許文献２に記載された放熱構造では、ヒートシンクに相当する金属板をプレス加工して、発熱部品の上端面に弾性的に押し付けられる伝熱部を形成することにより、上記のばらつきを吸収している。

特開２００１−１９６７７３号公報 特開２００５−１４２３５０号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に係る発明ではヒートシンクの熱変形については考慮されていないため、発熱部品の熱を受けてヒートシンクが熱変形した場合に当該ヒートシンクを取り付けた基板等に負荷がかかり、はんだの剥がれまたはクラックなどが引き起こされ、基板等の破損につながるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、部品の寸法ばらつきおよび実装時のばらつき等に加え、ヒートシンクの熱変形を吸収することを目的とする。

この発明に係る電子機器は、発熱部品が実装された基板と、基板が取り付けられたシャーシと、発熱部品の熱を受けて放熱するヒートシンクと、発熱部品とヒートシンクの間に挟まれた放熱シートとを備え、ヒートシンクは、放熱シートに当接して発熱部品の熱を受ける受熱部と、受熱部の外周における互いに対向する２箇所を基部として、基部それぞれから１つずつ外周に沿って互いに反対方向にのびた、可撓性を有する２つの撓み部と、２つの撓み部の先端部に形成された、基板またはシャーシに固定される２つの固定部とを有するものである。

この発明によれば、ヒートシンクに２つの撓み部を形成し、２つの撓み部の先端部を基板またはシャーシに固定するようにしたので、撓み部が撓むことにより、部品の寸法ばらつきおよび実装時のばらつき等に加え、ヒートシンクの熱変形を吸収することができる。

この発明の実施の形態１に係る電子機器における放熱構造を示す斜視図である。 実施の形態１に係る電子機器における放熱構造を説明するための側面図である。 この発明の実施の形態２に係る電子機器における放熱構造を示す斜視図である。 実施の形態２に係る電子機器における放熱構造を説明するための側面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電子機器１における放熱構造を示す斜視図である。図２は、この放熱構造を説明するための側面図である。電子機器１は、発熱部品３０が実装された基板２０と、基板２０が取り付けられたシャーシ１０と、発熱部品３０の熱を受けて放熱するヒートシンク５０と、発熱部品３０とヒートシンク５０の間に挟まれた放熱シート４０とを備えている。発熱部品３０は、例えばＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。

ヒートシンク５０は、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属材料を用いて構成されている。このヒートシンク５０は、放熱シート４０に当接して発熱部品３０の熱を受ける受熱部５１と、受熱部５１の外周における互いに対向する２箇所を基部として、その外周に沿って互いに反対方向にのびた、可撓性を有する２つの撓み部５３，５６と、２つの撓み部５３，５６の先端部に形成された、基板２０に固定された２つの固定部５４，５７とを備えている。

なお、発熱部品３０の発熱量が多い場合、ヒートシンク５０を構成する金属板の面積をできるだけ大きくして、放熱効果を高めることが望ましい。図１の例では、受熱部５１の縁を折り曲げて曲げ部５８を形成することで、基板２０上の占有面積を増やさずに放熱面積だけを増やすことができる。図１の例では、受熱部５１の縁を上側に折り曲げて曲げ部５８を形成したが、下側に折り曲げてもよい。また、複数の縁に複数の曲げ部５８を形成してもよい。

また、図１の例では、ヒートシンク５０は、アルミニウム等の熱伝導率の高い材料からなる金属板を、プレス加工等により成形してなる。
具体的には、略矩形状の金属板の曲げ部５８が形成される辺の縁から、この辺に対向する辺へ向けてスリット５５が形成されている。スリット５５により受熱部５１から分割された部分が撓み部５６となる。
曲げ部５８が形成される辺に対向する辺の縁から、曲げ部５８が形成される辺へ向けてスリット５２が形成されている。スリット５２により受熱部５１から分割された部分が撓み部５３となる。撓み部５３，５６が撓むことにより、受熱部５１は上下方向に移動することが可能である。

撓み部５３の先端部および撓み部５６の先端部は、基板２０に固定する固定部５４および固定部５７となる。図１ではネジ６１，６２を用いて固定部５４，５７を基板２０に固定しているが、固定方法は何でもよく、例えばビスまたはリベット等を用いてもよい。ヒートシンク５０の１組の向かい合う２角は固定部５４，５７として基板２０に固定される一方、もう１組の向かい合う２角は固定されていない。

図２に示す通り、基板２０に実装された発熱部品３０の上端面には、シリコーンゴム等の熱伝導率の高い材料からなる放熱シート４０が設置され、この放熱シート４０の上にヒートシンク５０の受熱部５１が接触している。放熱シート４０の厚さ方向の寸法は、ヒートシンク５０が基板２０に取り付けられた際の受熱部５１と発熱部品３０との間の隙間の間隔よりも厚くなっており、オーバラップ部４１を形成している。このオーバラップ部４１は、ヒートシンク５０が基板２０に固定される際に受熱部５１によって押圧されて弾性変形し、受熱部５１と放熱シート４０とが隙間なく接触する。発熱部品３０と放熱シート４０と受熱部５１とが隙間なく接触することにより、発熱部品３０が発する熱が放熱シート４０を介して受熱部５１へ伝わり放熱される。

撓み部５３，５６が撓んで受熱部５１が上下方向に動くことにより、発熱部品３０およびヒートシンク５０等の寸法ばらつき、発熱部品３０を基板２０に実装する際のばらつき、ならびにヒートシンク５０を基板２０に固定する際のばらつき等を吸収することができる。よって、受熱部５１から発熱部品３０と基板２０へかかる負荷を低減でき、発熱部品３０および基板２０の破損ならびにはんだの剥がれおよびクラック等を防止できる。

また、撓み部５３，５６が撓んで受熱部５１が上下方向に動くことにより上記のばらつきを吸収できるので、従来のように放熱シート４０に上記のばらつきを吸収させる機能を付加する必要はない。よって、放熱シート４０を必要最低限の厚みにすることができ、コストダウンが可能となる。

さらに、発熱部品３０の熱を受けたヒートシンク５０が温度上昇して熱変形したとしても、このヒートシンク５０を固定した基板２０へかかる負荷を低減できる。つまり、撓み部５３，５６が撓むことによりヒートシンク５０の熱変形を吸収できるので、固定部５４，５７に熱応力が生じず、よって基板２０に負荷はかからない。また、固定部５４，５７を設けていない２角は拘束されていないため、ヒートシンク５０の熱変形を逃がすことができる。
一方、先立って説明した特許文献１，２のような従来の構造では、ヒートシンクの例えば４隅が基板に固定されるので、ヒートシンクに熱応力が発生して基板との固定部分に負荷がかかり、基板が破損するおそれがある。

以上より、実施の形態１によれば、電子機器１に用いるヒートシンク５０は、放熱シート４０に当接して発熱部品３０の熱を受ける受熱部５１と、受熱部５１の外周における互いに対向する２箇所を基部として、外周に沿って互いに反対方向にのびた、可撓性を有する２つの撓み部５３，５６と、２つの撓み部５３，５６の先端部に形成された、基板２０に固定される２つの固定部５４，５７とを有する構成にしたので、部品の寸法ばらつきおよび実装時のばらつき等に加え、ヒートシンク５０の熱変形を吸収することができる。

また、受熱部５１に対して、別体として構成された２つの撓み部５３，５６を取り付けることにより、ヒートシンク５０を製造してもよいが、金属板のプレス加工によりヒートシンク５０を成形してもよい。プレス加工により成形されたヒートシンク５０は、このヒートシンク５０を構成する金属板に形成された互いに反対方向にのびた２つのスリット５２，５５が、受熱部５１と２つの撓み部５３，５６とを形成している構造である。

また、実施の形態１によれば、受熱部５１の縁を折り曲げて曲げ部５８を形成することにより、放熱面積を増やすことができ、発熱部品３０を効率よく冷却することができる。

なお、電子機器１において、ヒートシンク５０を用いた発熱部品３０の冷却だけでなく、ファンを用いた強制通風による冷却を行ってもよい。例えば、図１においてシャーシ１０の側面に外気取り入れ口１１を形成し、外気取り入れ口１１と向かい合う側面にファン取り付け部１２を形成してファンを取り付ける。図１ではファンは図示を省略している。
ファン取り付け部１２に取り付けられたファンが動作することにより、矢印で示すように、シャーシ１０の外部の空気が外気取り入れ口１１を通じてシャーシ１０の内部に取り入れられ、対面側の外気吐き出し口１３を通じてシャーシ１０の外部へ吐き出される。ファンを用いてシャーシ１０内に外気を強制的に通風させることにより、ヒートシンク５０が受けた発熱部品３０の熱を効率よく放熱することができる。さらに、外気を強制的に通風させる経路上に、ヒートシンク５０の曲げ部５８を配置することにより、曲げ部５８に強制的に外気を当てて放熱性能を高めることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１ではヒートシンクを基板に固定する構成を示したが、本実施の形態２ではヒートシンクをシャーシに固定する構成を示す。
図３は、実施の形態２に係る電子機器１における放熱構造を示す斜視図である。図４は、この放熱構造を説明するための側面図である。図３および図４において、図１および図２と同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。

実施の形態２においては、ヒートシンク５０の固定部５４，５７が第２シャーシ１４に固定される。第２シャーシ１４は金属製であり、例えばシャーシ１０の上に重ねて取り付けられる２階シャーシ、またはシャーシ１０の上面開口を被覆するカバーシャーシ等である。また、図示例では、ヒートシンク５０に段差５９を設けて、発熱部品３０に当接させる受熱部５１だけをヒートシンク５０から基板２０側へ突出させる構成にし、基板２０に実装されている発熱部品３０以外の実装部品にヒートシンク５０がぶつからないようになっている。この構成であっても、上記実施の形態１と同様に、部品の寸法ばらつきおよび実装時のばらつき等に加え、ヒートシンク５０の熱変形を吸収することができる。

また、上記実施の形態１のようなヒートシンク５０が基板２０に固定された構成では、発熱部品３０などの実装部品が発するノイズまたは熱がヒートシンク５０を介して基板２０へ伝わる懸念があるが、本実施の形態２のようにヒートシンク５０が金属製の第２シャーシ１４に固定された構成では、発熱部品３０などの実装部品が発するノイズをヒートシンク５０を介して第２シャーシ１４へ逃がすことができる。よって、近年求められている、音質またはノイズなどの電気性能の改善が可能である。また、発熱部品３０が発する熱をヒートシンク５０を介して第２シャーシ１４から外部へ放熱することができるので、ヒートシンク５０を基板２０に固定した場合に比べて放熱性能を高めることができる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る電子機器は、ヒートシンクを用いて発熱部品を冷却するようにしたので、カーナビゲーション装置などの電子機器に用いるのに適している。

１ 電子機器、１０ シャーシ、１１ 外気取り入れ口、１２ ファン取り付け部、１３ 外気吐き出し口、１４ 第２シャーシ、２０ 基板、３０ 発熱部品、４０ 放熱シート、４１ オーバラップ部、５０ ヒートシンク、５１ 受熱部、５２，５５ スリット、５３，５６ 撓み部、５４，５７ 固定部、５８ 曲げ部、５９ 段差、６１，６２ ネジ。

Claims (4)

1. 発熱部品が実装された基板と、
   前記基板が取り付けられたシャーシと、
   前記発熱部品の熱を受けて放熱するヒートシンクと、
   前記発熱部品と前記ヒートシンクの間に挟まれた放熱シートとを備え、
   前記ヒートシンクは、
   前記放熱シートに当接して前記発熱部品の熱を受ける受熱部と、
   前記受熱部の外周における互いに対向する２箇所を基部として、前記基部それぞれから１つずつ前記外周に沿って互いに反対方向にのびた、可撓性を有する２つの撓み部と、
   前記２つの撓み部の先端部に形成された、前記基板または前記シャーシに固定される２つの固定部とを有することを特徴とする電子機器。
2. 前記ヒートシンクを構成する金属板に形成された互いに反対方向にのびた２つのスリットが、前記受熱部と前記２つの撓み部とを形成していることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記ヒートシンクは、前記受熱部の縁が折れ曲がった曲げ部を有することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
4. 前記曲げ部は、ファンを用いた強制通風の経路上に配置されていることを特徴とする請求項３記載の電子機器。

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