JP6578616B1 - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱量が多い電子部品の近傍における筐体の表面温度の上昇を抑制できる電子機器の提供。【解決手段】電子機器１は、筐体１０と、筐体１０内に設けられたマザーボード３０と、マザーボード３０の実装面３０ａに実装された、第１の発熱部品１０１及び該第１の発熱部品１０１よりも発熱量が多い第２の発熱部品１０２と、マザーボード３０の実装面３０ａ及び実装面３０ａと反対側の裏面３０ｂの少なくともいずれか一方を覆う第１の放熱板４０と、を有し、第１の放熱板４０は、第１の発熱部品１０１に対し空間を介して対向する第１の対向部２０１と、該第１の対向部２０１よりもマザーボード３０側に突出し、第２の発熱部品１０２に対し熱的に接触する第２の対向部２０２と、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、電子機器に関するものである。

電子機器として、例えば、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータは、筐体と、筐体内に設けられ、複数の電子部品が実装された基板と、基板を覆う放熱板と、を備えている。放熱板は、基板に実装された複数の電子部品から発せられる熱を拡散して外部に放熱させている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２２７９２５号公報

近年、電子機器の薄型化の要請によって、電子部品の発熱が筐体の表面温度に反映され易くなっており、特に発熱量が多い電子部品の近傍における筐体の表面温度の上昇が課題となっている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発熱量が多い電子部品の近傍における筐体の表面温度の上昇を抑制できる電子機器の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電子機器は、筐体と、前記筐体内に設けられた基板と、前記基板の実装面に実装された、第１の発熱部品及び該第１の発熱部品よりも発熱量が多い第２の発熱部品と、前記基板の実装面及び前記実装面と反対側の裏面の少なくともいずれか一方を覆う第１の放熱板と、を有し、前記第１の放熱板は、前記第１の発熱部品に対し空間を介して対向する第１の対向部と、該第１の対向部よりも前記基板側に突出し、前記第２の発熱部品に対し熱的に接触する第２の対向部と、を有する。

また、上記電子機器においては、前記第２の対向部は、前記第１の放熱板が部分的に曲げられることで形成されていてもよい。
また、上記電子機器においては、前記第２の対向部は、前記第２の発熱部品の一部に対し、空間を介して対向する溝部及び空間をあける開口部の少なくともいずれか一方を有してもよい。
また、上記電子機器においては、前記溝部及び前記開口部の少なくともいずれか一方は、前記第２の発熱部品の中で温度が高いヒートスポットに対応する位置にあってもよい。
また、上記電子機器においては、前記ヒートスポットは、前記溝部及び前記開口部が無い場合に、前記筐体の表面温度を設定温度以上に加熱する部分であってもよい。
また、上記電子機器においては、前記基板の前記実装面を覆う第２の放熱板を有し、前記第１の放熱板は、前記基板の前記裏面を覆ってもよい。
また、上記電子機器においては、前記基板には、前記実装面から前記裏面にかけて放熱ビアが形成されていてもよい。
また、上記電子機器においては、前記第２の放熱板は、前記第１の発熱部品及び前記第２の発熱部品に対し熱的に接触し、ヒートパイプを介して冷却ファンに熱的に接続されていてもよい。

本発明の上記態様によれば、発熱量が多い電子部品の近傍における筐体の表面温度の上昇を抑制できる。

第１実施形態における電子機器１の斜視図である。 第１実施形態におけるマザーボード３０の斜視図である。 第１実施形態におけるマザーボード３０の分解斜視図である。 第１実施形態におけるマザーボード３０に実装された電子部品と第１の放熱板４０の突部４２との位置関係を示す（ａ）平面図、（ｂ）底面図である。 第１実施形態における電子機器１の断面模式図である。 第２実施形態における電子機器１Ａの断面模式図である。 第２実施形態の変形例における電子機器１Ｂの断面模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における電子機器１の斜視図である。
電子機器１は、筐体１０及び蓋体２０を備える。この電子機器１は、クラムシェル型のラップトップパーソナルコンピュータ（いわゆるノート型のパーソナルコンピュータ）である。

筐体１０は、扁平な箱状に形成されている。筐体１０の上面１０ａには、キーボード１１と、タッチパッド１２が設けられている。キーボード１１は、上面１０ａの奥側に配置され、タッチパッド１２は、上面１０ａの手前側に配置されている。また、上面１０ａにおけるタッチパッド１２の左右両側には、パームレスト部１３が形成されている。

蓋体２０は、筐体１０の上面１０ａに対向する面に、表示装置２１を備えている。表示装置２１は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどから形成されている。蓋体２０の下端部は、筐体１０の奥側に設けられた図示しないヒンジに対し、左右方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。

図１に示すように蓋体２０が開かれると、表示装置２１が手前側を向き、筐体１０の上面１０ａが開放された状態になる。一方、蓋体２０が閉じられると、蓋体２０は、表示装置２１及び筐体１０の上面１０ａを覆うカバーとなる。

筐体１０内には、マザーボード３０（基板）、冷却ファン３１、及び図示しないバッテリなどが設けられている。筐体１０の左側面１０ｂには、冷却ファン３１の排気口１４、マザーボード３０のＵＳＢ（Universal Serial Bus）レセプタクル３２が開口している。排気口１４は、左側面１０ｂの奥側から手前側に向かって複数形成されている。

マザーボード３０は、筐体１０の底部に立設された図示しない複数のボスにネジ止めにより固定され、当該底部に対し空間を介してほぼ平行に対向して配置されている。このマザーボード３０は、キーボード１１の裏面側に配置され、筐体１０のほぼ半分の面積に亘って設けられている。このマザーボード３０は、プリント基板やセラミック基板などから形成されている。

冷却ファン３１は、筐体１０の左奥隅に配置されている。冷却ファン３１は、後述するヒートパイプを介してマザーボード３０を冷却すると共に、冷却風を筐体１０の排気口１４から外部に排気する。なお、筐体１０の上面１０ａや底面などには、外部の空気を筐体１０の内部に取り込むための図示しない吸気口ないし隙間が形成されている。

図２は、第１実施形態におけるマザーボード３０の斜視図である。図３は、第１実施形態におけるマザーボード３０の分解斜視図である。
図２及び図３に示すように、マザーボード３０は、第１の放熱板４０と、第２の放熱板５０に挟まれた構造となっている。第１の放熱板４０及び第２の放熱板５０は、例えば、銅やアルミニウムなどの放熱性の高い金属で形成されている。

マザーボード３０には、図３に示すように、複数の電子部品が実装されている。このなかで、発熱量が比較的多い電子部品は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１と、メモリ６２と、チャージャ６３と、ＳＳＤ（Solid State Drive）６４である。

本実施形態のマザーボード３０は、片面実装タイプであり、上面（以下、実装面３０ａという）に上述した複数の電子部品が実装されている。第２の放熱板５０は、マザーボード３０の実装面３０ａを覆っている。第２の放熱板５０は、少なくともＣＰＵ６０、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、メモリ６２、チャージャ６３、及びＳＳＤ６４を含む、複数の電子部品に対して熱的に接触している。

具体的に、第２の放熱板５０は、複数の電子部品に対して直接、または、図示しない熱伝導部材を介して間接的に物理接触している。当該熱伝導部材としては、グラファイトシートなどの熱伝導シートや、カーボン系またはシリコン系の熱接続ラバーなどがある。特にＣＰＵ６０の発熱量は多いため、第２の放熱板５０は、ＣＰＵ６０に対向する部位に、銅チップ５１を配置している。

銅チップ５１は、ステンレス製の枠部材５２に保持されている。枠部材５２は、ＣＰＵ６０の周囲３箇所にネジ止め可能な固定部５２ａを有し、当該ネジ止めにより、銅チップ５１をＣＰＵ６０の上面に押し付けている。銅チップ５１の上面には、２本のヒートパイプ５３、５４の端部が配設されている。

ヒートパイプ５３は、その一端が銅チップ５１（ＣＰＵ６０）の上面に配置され、その他端が冷却ファン３１の冷却風が吹き出る放熱フィン３１ａに熱的に接続されている。もう一つのヒートパイプ５４は、一端が銅チップ５１（ＣＰＵ６０）の上面に配置され、他端が冷却ファン３１とは反対側に延びて、ＣＰＵ６０の熱を拡散させている。

第２の放熱板５０は、二層構造になっており、ヒートパイプ５３，５４は、第２の放熱板５０の層間に挟まれている。なお、ヒートパイプ５３，５４は、銅やアルミニウムなどの金属から構成される扁平状のコンテナに作動液が封入され、内壁部分にウィックが設けられた熱伝達部材である。

第１の放熱板４０は、マザーボード３０の実装面３０ａと反対側の裏面３０ｂを覆っている。第１の放熱板４０には、マザーボード３０の裏面３０ｂと平行な平面部４１と、平面部４１よりもマザーボード３０側に突出した突部４２と、が形成されている。突部４２は、平面視略Ｌ字状にプレス加工され、マザーボード３０に実装された複数の電子部品の一部と熱的に接触している。

なお、ここでいう「熱的に接触」とは、熱伝導が可能な接触状態を意味し、例えば、突部４２がマザーボード３０の裏面３０ｂに物理的に接触し、ＣＰＵ６０などの熱を、マザーボード３０を介して受けてもよい。また、マザーボード３０と突部４２との間に、さらに、上述した熱伝導シートや熱接続ラバーなどの熱伝導部材が介在してもよい。すなわち、空間を介さなければよい。

図４は、第１実施形態におけるマザーボード３０に実装された電子部品と第１の放熱板４０の突部４２との位置関係を示す（ａ）平面図、（ｂ）底面図である。
図４（ａ）に示すように、第１の放熱板４０の突部４２は、ＣＰＵ６０、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、メモリ６２、チャージャ６３と、平面視で重なって配置されている。

具体的に、突部４２は、ＣＰＵ６０の約８割の面積、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１の約９割以上の面積、メモリ６２の全面、チャージャ６３の全面と、平面視で重なって配置されている。一方、突部４２は、ＳＳＤ６４とは平面視で重なって配置されていない。図４（ｂ）に示すように、ＳＳＤ６４は、第１の放熱板４０の平面部４１と対向している。

図５は、第１実施形態における電子機器１の断面模式図である。なお、図５における符号６５は、マザーボード３０に実装された、ＣＰＵ６０、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、メモリ６２、チャージャ６３、ＳＳＤ６４以外の比較的発熱量が少ない複数の電子部品をまとめて一つの箱として模式的に示している（以下、微発熱部品６５と総称する）。

上述した複数の電子部品は、第１の発熱部品１０１と、該第１の発熱部品１０１よりも発熱量が多い第２の発熱部品１０２と、に大別される。本実施形態では、発熱時の電子部品の表面温度が、例えば、６０℃未満のものが第１の発熱部品１０１で、６０℃以上のものが第２の発熱部品１０２と切り分けている。

第１の発熱部品１０１には、ＳＳＤ６４（表面温度が４０℃〜５０℃程度）、その他の微発熱部品６５が含まれる。第１の放熱板４０は、これら第１の発熱部品１０１に対し空間を介して対向する第１の対向部２０１を有する。第１の対向部２０１は、マザーボード３０の裏面３０ｂと隙間をあけて平行に延びる第１の放熱板４０の平面部４１によって形成されている。

一方、第２の発熱部品１０２には、ＣＰＵ６０、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、メモリ６２、チャージャ６３が含まれる。第１の放熱板４０は、第１の対向部２０１よりもマザーボード３０側に突出し、第２の発熱部品１０２に対し熱的に接触する第２の対向部２０２を有する。第２の対向部２０２は、マザーボード３０の裏面３０ｂに接触する第１の放熱板４０の突部４２によって形成されている。すなわち、第２の対向部２０２は、第１の放熱板４０が部分的に曲げられることで形成されている。

マザーボード３０には、実装面３０ａから裏面３０ｂにかけて放熱ビア３３が形成されている。放熱ビア３３は、マザーボード３０に形成されたスルーホールの内壁面に金属膜を形成したものか、あるいはその内部を熱伝導に優れた金属粉などを含んだ樹脂材で充填したものである。突部４２と対向する放熱ビア３３の下端は、突部４２と熱的に接触している。

上記構成の電子機器１においては、マザーボード３０の実装面３０ａと裏面３０ｂを第１の放熱板４０と第２の放熱板５０で挟み込んでいるため、マザーボード３０の両面から電子部品の発熱を吸熱し、拡散することができる。マザーボード３０の実装面３０ａ側では、第２の放熱板５０がすべての電子部品と熱的に接触し、熱伝導により第２の放熱板５０が受けた熱を冷却ファン３１で冷却している。

冷却ファン３１は、筐体１０が薄型になるほど容量が減り、冷却性能が落ちていく。このため、マザーボード３０の実装面３０ａ側で電子部品の熱を冷却しきれなかった場合、マザーボード３０の裏面３０ｂ側の放熱で補う必要がある。本実施形態では、概略、マザーボード３０の実装面３０ａ側では７０％程度の放熱が行なわれ、マザーボード３０の裏面３０ｂ側では残りの３０％程度の放熱が行なわれる。

ここで、マザーボード３０には、実装面３０ａから裏面３０ｂにかけて放熱ビア３３が形成されているため、実装面３０ａに実装されている複数の電子部品の熱を裏面３０ｂに効率よく伝えることができる。

マザーボード３０の裏面３０ｂ側では、第１の放熱板４０が裏面３０ｂに全面接触しているのではなく、発熱量が多い第２の発熱部品１０２に対向する突部４２だけが裏面３０ｂに接触している。これにより、発熱量が多い第２の発熱部品１０２（ＣＰＵ６０、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、メモリ６２、チャージャ６３）で発生した熱が、これら電子部品と熱的に接触する第２の対向部２０２から受熱され、第１の放熱板４０にて放熱される。

仮に、第１の発熱部品１０１と第２の発熱部品１０２とを含む全ての電子部品に、第１の放熱板４０を熱的に接触させると、第１の放熱板４０の受熱量が自身の放熱量を超えてしまい、ＣＰＵ６０などの特に冷却を要する電子部品を十分に冷却できなくなることがある。このため、第１の放熱板４０は、発熱量の少ない第１の発熱部品１０１と対向する第１の対向部２０１においては、空間（空間断熱部）を介在させ、その受熱を制限している。

この構成によれば、発熱量が多い第２の発熱部品１０２を集中して冷却することができる。これにより、第２の発熱部品１０２の冷却が十分に行われ、第２の発熱部品１０２の近傍の、例えば、筐体１０の底面１０ｃにおける表面温度を下げることができる。このため、電子機器１の使用者が、例えば、筐体１０を膝の上に置いた状態で作業をしても筐体１０の底面１０ｃから熱を感じないようにすることができる。

このように、上述の本実施形態によれば、筐体１０と、筐体１０内に設けられたマザーボード３０と、マザーボード３０の実装面３０ａに実装された、第１の発熱部品１０１及び該第１の発熱部品１０１よりも発熱量が多い第２の発熱部品１０２と、マザーボード３０の実装面３０ａと反対側の裏面３０ｂを覆う第１の放熱板４０と、を有し、第１の放熱板４０は、第１の発熱部品１０１に対し空間を介して対向する第１の対向部２０１と、該第１の対向部２０１よりもマザーボード３０側に突出し、第２の発熱部品１０２に対し熱的に接触する第２の対向部２０２と、を有する、という構成を採用することによって、発熱量が多い第２の発熱部品１０２の近傍における筐体１０の表面温度の上昇を抑制することが可能になる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図６は、第２実施形態における電子機器１Ａの断面模式図である。
第２実施形態の第１の放熱板４０Ａは、図６に示すように、第２の対向部２０２に、第２の発熱部品１０２の一部に対し空間を介して対向する溝部４３を有する点で、上記実施形態と異なる。

溝部４３は、平面部４１の上面と同じ高さの底面を有する。なお、溝部４３は、突部４２の先端面よりも窪んでいればよい。この溝部４３は、第２の発熱部品１０２の中で最も温度が高いＣＰＵ６０のヒートスポットＰ１に対応する位置にある。具体的には、溝部４３は、実装面３０ａを垂直方向から視た平面視においてヒートスポットＰ１と重なる位置にある。ＣＰＵ６０の表面温度は、面分布を有し、その面分布のなかで温度が高いヒートスポットＰ１では、例えば１００℃以上となることがある。

筐体１０の薄型化が進んでいくと、ＣＰＵ６０のヒートスポットＰ１と、筐体１０の底面１０ｃとの距離が近づいていく。そうすると、仮に、溝部４３が無い第１実施形態の第１の放熱板４０では、ヒートスポットＰ１の直下のスポットＰ２において、筐体１０の底面１０ｃにおける表面温度が、例えば使用者が熱を感じる設定温度（例えば５０℃）まで上昇してしまう場合がある。

このため、第２実施形態では、筐体１０の底面１０ｃにおける表面温度を、上記設定温度まで加熱してしまうヒートスポットＰ１に対向するように、溝部４３を形成している。溝部４３は、ＣＰＵ６０と対向する第２の対向部２０２の一部に、空間（空間断熱部）を形成し、当該ヒートスポットＰ１から第１の放熱板４０への直接の受熱を制限する。ちなみに、ＣＰＵ６０からの受熱は、ヒートスポットＰ１の周囲の、例えば、８０〜９０℃程度の部分から行なわれる。

このように、第２の対向部２０２に溝部４３を形成することにより、第１の放熱板４０に熱を落とすエリアをコントロールすることができる。このため、筐体１０を薄型化しても、発熱量が多い第２の発熱部品１０２の特にＣＰＵ６０近傍における筐体１０の表面温度（具体的にはスポットＰ２の表面温度）の上昇を抑制することが可能になる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。上記の実施形態において説明した各構成は、矛盾しない限り任意に組み合わせることができる。

例えば、上記実施形態では、第１の放熱板４０がマザーボード３０の裏面３０ｂを覆う形態を例示したが、第１の放熱板４０がマザーボード３０の実装面３０ａを覆う形態であってもよい。

また、例えば、上記第２実施形態の溝部４３は、ＣＰＵ６０のヒートスポットＰ１に対向するように形成されていたが、他の第２の発熱部品１０２においても同じようなヒートスポットが存在する場合、そのヒートスポットに対向するように溝部４３を形成してもよい。

また、例えば、溝部４３の形状は、円筒状、多角形の筒状、半球状、その他の異形状であってもよい。また、溝部４３の平面視の大きさは、ヒートスポットの領域（例えば表面温度が１００℃以上の領域）を少なくとも含む大きさであればよい。

図７は、第２実施形態の変形例における電子機器１Ｂの断面模式図である。
また、例えば、溝部４３の代替として、図７に示す第２実施形態の変形例における第１の放熱板４０Ｂのように、第２の対向部２０２に、第２の発熱部品１０２の一部に対し空間をあける開口部４４を有してもよい。この構成によれば、溝部４３と同様に、第２の発熱部品１０２の一部（ヒートスポットＰ１）から第１の放熱板４０Ｂへの直接の受熱を制限することができる。なお、ヒートスポットが複数存在する場合、第２の対向部２０２は、開口部４４、溝部４３の両方を有してもよい。

また、例えば、上記実施形態では、電子機器の一例としてノート型パーソナルコンピュータを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばタブレット等の他の電子機器にも適用できるものである。

１…電子機器、１０…筐体、１０ａ…上面、１０ｂ…左側面、１１…キーボード、１２…タッチパッド、１３…パームレスト部、１４…排気口、２０…蓋体、２１…表示装置、３０…マザーボード（基板）、３０ａ…実装面、３０ｂ…裏面、３１…冷却ファン、３１ａ…放熱フィン、３２…ＵＳＢレセプタクル、３３…放熱ビア、４０…第１の放熱板、４１…平面部、４２…突部、４３…溝部、４４…開口部、５０…第２の放熱板、５１…銅チップ、５２…枠部材、５２ａ…固定部、５３…ヒートパイプ、５４…ヒートパイプ、６０…ＣＰＵ、６１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、６２…メモリ、６３…チャージャ、６４…ＳＳＤ、６５…微発熱部品、１０１…第１の発熱部品、１０２…第２の発熱部品、２０１…第１の対向部、２０２…第２の対向部、Ｐ１…ヒートスポット、Ｐ２…スポット

Claims (8)

1. 筐体と、
   前記筐体内に設けられた基板と、
   前記基板の実装面に実装された、第１の発熱部品及び該第１の発熱部品よりも発熱量が多い第２の発熱部品と、
   前記基板の実装面及び前記実装面と反対側の裏面の少なくともいずれか一方を覆う第１の放熱板と、を有し、
   前記第１の放熱板は、前記第１の発熱部品に対し空間を介して対向する第１の対向部と、該第１の対向部よりも前記基板側に突出し、前記第２の発熱部品に対し熱的に接触する第２の対向部と、を有し、
   前記第２の対向部は、前記第２の発熱部品の一部に対し、空間を介して対向する溝部及び空間をあける開口部の少なくともいずれか一方を有する、電子機器。
2. 前記第２の対向部は、前記第１の放熱板が部分的に曲げられることで形成されている、請求項１に記載の電子機器。
3. 前記溝部及び前記開口部の少なくともいずれか一方は、前記第２の発熱部品の中で温度が高いヒートスポットに対応する位置にある、請求項１または２に記載の電子機器。
4. 前記ヒートスポットは、前記溝部及び前記開口部が無い場合に、前記筐体の表面温度を設定温度以上に加熱する部分である、請求項３に記載の電子機器。
5. 前記基板の前記実装面を覆う第２の放熱板を有し、
   前記第１の放熱板は、前記基板の前記裏面を覆う、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子機器。
6. 前記基板には、前記実装面から前記裏面にかけて放熱ビアが形成されている、請求項５に記載の電子機器。
7. 前記第２の放熱板は、前記第１の発熱部品及び前記第２の発熱部品に対し熱的に接触し、ヒートパイプを介して冷却ファンに熱的に接続されている、請求項５または６に記載の電子機器。
8. 筐体と、
   前記筐体内に設けられた基板と、
   前記基板の実装面に実装された、第１の発熱部品及び該第１の発熱部品よりも発熱量が多い第２の発熱部品と、
   前記基板の実装面と反対側の裏面を覆う第１の放熱板と、
   前記基板の前記実装面を覆う第２の放熱板と、を有し、
   前記第１の放熱板は、前記第１の発熱部品に対し空間を介して対向する第１の対向部と、該第１の対向部よりも前記基板側に突出し、前記第２の発熱部品に対し熱的に接触する第２の対向部と、を有し、
   前記第２の放熱板は、前記第１の発熱部品及び前記第２の発熱部品に対し熱的に接触し、ヒートパイプを介して冷却ファンに熱的に接続されている、電子機器。

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