JP7142215B2 - ヒートシンク構造 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＳＩ等の電子部品の放熱に用いられるヒートシンク構造に関するものである。

基板上に配置されたＬＳＩ等の電子部品を放熱するために用いられるヒートシンク構造として、例えば、特許文献１に記載された構造が存在する。特許文献１における図３に示されているように、電子部品は基板に取りつけられており、基板を覆うように金属製のカバーが設けられている。そして、カバーには外部から電気配線を接続して基板に通電させるためのコネクタ部が設けられている。また、カバーの内部には電子部品を放熱するためのヒートシンク部材が設けられている。ヒートシンク部材は導電性材料により形成されている。

カバーにおけるコネクタ部周辺にカバーの外部から静電気が印加された場合、カバーの内部における空間に電磁波が放出されることがある。この放出された電磁波によりカバーの内部に静電場が生じる。これにより、ヒートシンク部材に電位差が発生する。そして、電磁波が消失した後には前記電位差が元に戻ろうとすることから、ヒートシンク部材に電流が発生する。

この電流の発生に伴い、ヒートシンク部材の周囲に磁界が発生する（アンペアの右ねじの法則）。この発生した磁界内に基板（例えばプリント基板）上の電気配線が存在すると、電磁誘導によりこの電気配線に起電力（電圧）が発生する。つまり、この電圧は、コネクタ部周辺にカバーの外部から静電気が印加されたことに伴い、間接的に生じる電圧である。この電圧が基板上のＬＳＩ等の電子部品に加わると、当該電子部品に誤動作等の悪影響を及ぼす場合があった。

特開２０１５－８２２８２号公報

そこで本発明は、コネクタ部の周辺に静電気が印加された場合であっても、電子部品に悪影響を及ぼすことを抑制できるヒートシンク構造を提供することを課題とする。

本発明は、導電性材料により形成されたカバーと、前記カバーを貫通し、前記カバーの内外を通電可能とするコネクタ部と、前記カバーの内部に位置する基板及び当該基板上に設けられた電子部品と、前記電子部品の放熱を行うため、前記カバーの内部に位置しており導電性材料により形成されたヒートシンク部と、を備え、前記ヒートシンク部は、前記電子部品を伝熱可能な状態で押さえる押さえ部と、前記押さえ部の周辺に位置し、前記基板に対向しており、前記押さえ部よりも前記基板から離間している周辺部と、を有するヒートシンク構造である。

この構成によれば、基板に対向した周辺部が、押さえ部よりも基板から離間している。このため、周辺部にカバーの内部に静電場が生じることで電流が発生した結果、周辺部の周囲に磁界が発生しても、基板上の電気配線に電磁誘導による電流が発生しにくい。

そして、前記カバーと前記ヒートシンク部との間に、絶縁性のある絶縁部が設けられていることもできる。

この構成によれば、カバーに静電気が印加された場合でも、静電気が最短経路を通ろうとしてヒートシンク部に流れることが、絶縁部によって抑制される。

そして、前記押さえ部は、前記電子部品に対向する部分に平坦面を有し、前記平坦面の形成範囲は、前記電子部品の前記押さえ部に対向する面の範囲に対して等しい範囲、または、小さい範囲とできる。

この構成によれば、カバーの内部に静電場が生じることへの対策を行いつつ、ヒートシンク部に良好な放熱性を持たせることができる。

本発明は、周辺部の周囲に磁界が発生しても、基板上の電気配線に電磁誘導による電流が発生しにくい。よって、コネクタ部の周辺に静電気が印加された場合であっても、電子部品に悪影響を及ぼすことを抑制できる。

本発明の一実施形態に係るヒートシンク構造を示す縦断面図である。 前記ヒートシンク構造の作用を説明する要部拡大図（その１）である。 前記ヒートシンク構造の作用を説明する要部拡大図（その２）である。

本発明につき、一実施形態を取り上げて、図面とともに以下説明を行う。なお、以下の説明における上下左右は、図１に示した状態における方向に対応している。ただし、本発明の実施に当たり、方向が以下に説明する方向だけに限定されるものではない。

本実施形態のヒートシンク構造１は、一例として、産業機械等に搭載されるコントローラに内蔵される。このようなコントローラが情報処理のために有するＣＰＵ６は、稼働時に発熱するので、放熱のためにこのヒートシンク構造１が用いられる。また、例えば産業機械に搭載されるコントローラは小型化が要請されていることが通常であるから、小さい内部スペースに必要な内部構造をレイアウトする必要があるとの制約があるとの事情がある。

本実施形態のヒートシンク構造１は、導電性材料により形成されたカバー２を備える。カバー２は例えば、種々の金属材料（例えばアルムニウム合金）により形成することができる。このカバー２は、図示下面側が開放されており、例えば平板状とされた支持板３にねじ止め等により取り付けることができる。本実施形態におけるカバー２は、天面２１が沿うように位置する平面方向（図示左右方向）の寸法に対して、側面２２が沿うように位置する厚さ方向（図示上下方向）の寸法が小さく形成されている。このような形状であるから、特に対策を講じなかったとすると、カバー２の天面２１に静電気が印加された場合、この静電気は最短経路を通ろうとして、カバー２の内部を通り図示下方へと流れることになる。このことへの対策は後述する。なお、天面２１及び側面２２に内外連通した開口部を設けることもできる。

カバー２には、当該カバー２を貫通して内外を通電可能とするコネクタ部４が設けられている。本実施形態では側面２２に設けられている。コネクタ部４にはプラグを接続することで、カバー２の外部に対して電気配線を接続することができる。また、図示はしていないが、カバー２の内部に配置された種々の部品（基板５、ＣＰＵ６を含む）にコネクタ部４から延びる電気配線が接続されている。

カバー２に囲まれた内部の空間には基板５（具体的にはプリント基板）が設けられている。この基板５上に、ＬＳＩからなる電子部品であるＣＰＵ６が設けられている。基板５は支持板３に取り付けられた基板支持部３１の上に乗せられており、カバー２の内部に浮くように位置している。ＣＰＵ６はカバー２の天面２１に対向して設けられている。

また、カバー２の内部には、ＣＰＵ６から生じる熱を放熱するためのヒートシンク部７が設けられている。このヒートシンク部７は導電性材料により形成されており、下ヒートシンク部７１と上ヒートシンク部７２の２部品から構成されている。上下ヒートシンク部７１，７２の各々は、例えば平板状の金属板（アルミニウム合金製の板等）が折り曲げられて形成される。ただし、折り曲げに限定されず、種々の方法で形成できる。

下ヒートシンク部７１は、基板５から図示上方に立ち上げられたスペーサ３２に取り付けられている。下ヒートシンク部７１は、押さえ部７１１と、押さえ部７１１の周辺に位置する周辺部７１２と、押さえ部７１１と周辺部７１２とを連結する立ち上げ部７１３と、を有する。周辺部７１２は立ち上げ部７１３を介して押さえ部７１１に隣接している。

押さえ部７１１は、ＣＰＵ６を伝熱可能な状態で押さえる部分である。本実施形態では、ＣＰＵ６の上面に下放熱シート８が乗せられており、この下放熱シート８の図示上面に押さえ部７１１が当接している。このため、ＣＰＵ６に生じた熱は下放熱シート８を介して、接触伝熱により押さえ部７１１に伝達される。

この押さえ部７１１は、ＣＰＵ６に対して対向する面（図示下面）に平坦面７１４を有し、平坦面７１４よりも周辺部７１２寄りの位置には湾曲部７１５が形成されている。この湾曲部７１５に立ち上げ部７１３が接続されている。このように平坦面７１４の全面が（下放熱シート８を介して）ＣＰＵ６の図示上面を押さえることから、ＣＰＵ６の熱を逃がすための伝熱面積が有効に確保されている。

また、この平坦面７１４の形成範囲は、ＣＰＵ６の押さえ部７１１に対向する面（図示上面）の範囲に対して等しい範囲、または、小さい範囲である。このような範囲で平坦部を形成することにより、カバー２の内部に静電場が生じることへの対策（後述）を行いつつ、ヒートシンク部７に良好な放熱性を持たせることができる。

周辺部７１２は、基板５に対向しており、押さえ部７１１よりも基板５から離間している部分である。このため、押さえ部７１１と周辺部７１２との間には段差７１ａが存在する。離間に係る距離に関しては、周辺部７１２に、仮にカバー２の内部に生じた静電場によって生じた電流から磁界が発生し、この磁界により基板５上の電気配線に生じる起電力（電圧）が、ＣＰＵ６に悪影響を及ぼさない程度となるような距離を、アンペアの右ねじの法則における計算式等を用いることによって決定することができる。

立ち上げ部７１３は、本実施形態の場合、周辺部７１２の基板５からの離間を確保すべく、押さえ部７１１に対して垂直に立ち上げられている。

このような下ヒートシンク部７１の形状により、周辺部７１２を、押さえ部７１１よりも基板５から離間させることができる。このため図２に示すように、カバー２の側面２２のうちコネクタ部４の周辺に静電気Ｅが印加されたことにより、カバー２の内部に静電場Ｆａが生じることで下ヒートシンク部７１における周辺部７１２に、電流Ｉａが発生した結果、周辺部７１２の周囲に磁界Ｆｂが発生しても、図２で矢印にて示したように、この周辺部７１２の周囲に生じた磁界Ｆｂは基板５から離れた位置にあることから、基板５に掛りにくい。更に、立ち上げ部７１３の周囲に生じた磁界Ｆｂも、水平方向において回ることから、立ち上げ部７１３よりも図示下方に位置する基板５に掛りにくい。このため、基板５上の電気配線に電磁誘導による起電力（電圧）が発生しにくい。よって、コネクタ部４の周辺に静電気Ｅが印加された場合であっても、電子部品であるＣＰＵ６に、前記起電力（電圧）による悪影響を及ぼすことを抑制できる。

上ヒートシンク部７２は、下ヒートシンク部７１に重ねられる形でスペーサに取り付けられている。この上ヒートシンク部７２は、図示上方に立ち上げられた突出部７２１を有しており、この突出部７２１がカバー２における天面２１に対し対向している。そして、上ヒートシンク部７２とカバー２との間には、上放熱シート９が介在している。上放熱シート９は上ヒートシンク部７２とカバー２とに当接している。このため、上ヒートシンクの熱を、上放熱シート９を経由してカバー２に逃がすことができる。

また、特にこの上放熱シート９は絶縁性を有していることで絶縁部として機能する。このため、上放熱シート９を熱が通ることはできるが、電流が通ることは抑制される。よって図３に示すように、カバー２に静電気Ｅが印加された場合であっても、静電気Ｅがカバー２の内部に位置するヒートシンク部７に流れることが、絶縁部である上放熱シート９によって抑制される。印加された静電気Ｅは電流Ｉｂとして、カバー２の天面２１及び側面２２を流れてアースされた部分まで流れることになる。このため、カバー２の内部に流れ込んだ静電気が、カバー２の内部において磁界を生じさせ、この磁界によって基板５に起電力（電圧）が生じてＣＰＵ６が誤作動することを防止できる。

ここで、静電気は印加された部分からアースされた部分との間で最短経路を通るから、前記絶縁部はその最短経路に設けることが効果的である。本実施形態のカバー２は、水平方向寸法よりも厚み方向寸法の方が小さい形状を有している。このため、厚み方向に対して横切るように絶縁部としての上放熱シート９を設けることにより、静電気がカバー２の内部を通り抜けることを防止できる。

以上、本発明につき一実施形態を取り上げて説明してきたが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、前記実施形態における電子部品は、ＬＳＩからなるＣＰＵ６であったが、熱の対策が必要な程度に発熱する電子部品であればよく、電子部品の種類は限定されない。また、前記実施形態のＣＰＵ６は図示のように平たい形状であって、ＣＰＵ６の押さえ部７１１に対向する面が略平面とされていたが、電子部品の形状は限定されない。

また、前記実施形態では、下ヒートシンク部７１と上ヒートシンク部７２とは別個の部品であった。しかし、これに限られず、下ヒートシンク部７１と上ヒートシンク部７２とを一体の部品として形成し、当該部品中で下方に向かうように折り曲げられた部分を下ヒートシンク部７１とし、上方に向かうように折り曲げられた部分を上ヒートシンク部７２とすることもできる。

また、前記実施形態では、立ち上げ部７１３は押さえ部７１１及び周辺部７１２に対して垂直に屈曲した形状であった。しかしこれに限定されず、押さえ部７１１及び周辺部７１２に対して斜め上方に延びる形状であってもよい。

また、前記実施形態における上下ヒートシンク部７１，７２の各々は、１枚の帯状の板が水平方向における一方向（図１における左右方向）において折り曲げられて形成されていた。しかしこれに限らず、プレス加工等により、水平方向における一方向と前記一方向に対して直交する方向の両方に折り曲げがなされてもよい。

更に、下ヒートシンク部７１について、例えば折り曲げ以外の方法によって形成した場合、湾曲部７１５を形成しないこともできる。

また、前記実施形態では、上下ヒートシンク部７１，７２の各々は１枚の板から形成された一体の部品であった。しかし、例えば下ヒートシンク部７１において押さえ部７１１と周辺部７１２及び立ち上げ部７１３とを別体で形成することもできる。

１ ヒートシンク構造
２ カバー
４ コネクタ部
５ 基板
６ 電子部品、ＣＰＵ
７ ヒートシンク部
７１１ 押さえ部
７１４ 平坦面
７１２ 周辺部
９ 絶縁部、上放熱シート

Claims (3)

1. 導電性材料により形成されたカバーと、
   前記カバーを貫通し、前記カバーの内外を通電可能とするコネクタ部と、
   前記カバーの内部に位置する基板及び当該基板上に設けられた電子部品と、
   前記電子部品の放熱を行うため、前記カバーの内部に位置しており導電性材料により形成されたヒートシンク部と、を備え、
   前記ヒートシンク部は、
   前記電子部品を伝熱可能な状態で押さえる押さえ部と、
   前記押さえ部の周辺に位置し、前記基板に対向しており、前記カバーにおける天面から離間し、かつ、前記押さえ部よりも前記基板から離間している周辺部と、
   前記押さえ部と前記周辺部とを連結する立ち上げ部と、
   前記カバーにおける天面に対向するものであって、前記周辺部よりも前記天面に近い位置にある突出部と、を有し、
   前記周辺部は、前記立ち上げ部よりも前記コネクタ部に近い位置にあるヒートシンク構造。
2. 前記ヒートシンク部は、前記電子部品側に設けられた下ヒートシンク部と、前記天面側に設けられた上ヒートシンク部の２部品から構成されており、
   前記カバーと前記ヒートシンク部との間に、絶縁性のある絶縁部が設けられている、請求項１に記載のヒートシンク構造。
3. 前記押さえ部は、前記電子部品に対向する部分に平坦面を有し、
   前記平坦面の形成範囲は、前記電子部品の前記押さえ部に対向する面の範囲に対して等しい範囲、または、小さい範囲である、請求項１または２に記載のヒートシンク構造。

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