JPWO2006112027A1 - ヒートシンク、回路基板、電子機器 - Google Patents
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Abstract
回路基板に搭載されたｎ個の発熱性回路素子を放熱するヒートシンクであって、前記ｎ個の発熱性回路素子からの熱を受ける受熱面を有する筐体と、前記筐体を前記回路基板に加圧固定するｎ＋２個の固定部材が取り付けられるｎ＋２箇所の固定部とを有することを特徴とするヒートシンクを提供する。
Description
本発明は、一般には、ヒートシンク、回路基板、電子機器に係り、特に、発熱性回路素子（以下、単に「発熱素子」という。）を搭載した回路基板へのヒートシンクの固定に関する。ここで、「電子機器」は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」という。）、サーバー、パーソナルディジタルアシスタンツ（ＰＤＡ）、電子辞書、電子文具、ゲーム機などを含む概念である。
近年の電子機器の普及により、小型で高性能な電子機器を安価に供給する需要が益々高まっており、部品点数の削減が検討されている。電子機器の典型例であるノート型ＰＣはＣＰＵやチップセットなどの発熱素子を搭載し、性能向上に伴って発熱量も増加している。発熱素子を熱的に保護するために、発熱素子には、ヒートシンクと呼ばれる放熱装置が熱的に接続されている。ヒートシンクは冷却フィンを含み、自然冷却によって発熱素子の放熱を行う。また、発熱量が大きい素子の場合には、冷却ファンを利用した強制空冷によって発熱素子の放熱も行われている。ヒートシンクは発熱素子上に載置され、発熱素子の周囲四隅で固定部材を介して固定される。固定部材は、コイルバネを貫通するボルトなど、ヒートシンクを発熱素子に対して加圧して電熱損失を減少して所定の放熱効率を確保している。
従来は、発熱素子毎にヒートシンクが搭載していたか、発熱素子であってもその発熱量が所定の発熱量に達しないものに対してはヒートシンクを搭載しない。但し、近年の実装密度の増加に伴ってＣＰＵとチップセットの距離が近接していることなどから、複数の発熱素子を一の放熱装置で同時に放熱しようとする方法が提案されている（例えば、特許文献１乃至３を参照のこと）。
特開平０８−２５５８５６号公報
特開平０７−０５８４７０号公報
特開平０８−０２３１８２号公報
しかし、これらの公報は一のヒートシンクを複数の発熱素子にどのように固定するかは開示していない。一の発熱素子でさえ周囲四隅でヒートシンクを加圧固定すると加圧力が均一にならない。加圧力の低い部分では伝熱損失が大きく、放熱効果が低下し、熱破壊の危険が生じる。一方、最小加圧力が一定値以上になるように全体的に加圧力を増加することも考えられるが、これでは最大圧力を受ける部分が過負荷になり、機械破壊の危険が生じる。この点、シリコンゴムなどの弾性部材がヒートシンクと発熱素子との間に挿入される場合がある。このようにすれば、弾性部材が不均一な圧力分布を矯正することができる。しかし、かかる弾性部材は熱伝導率が低く、発熱素子の放熱効率を低下させる。このため、近年の発熱素子の発熱量の増加に伴い、その厚さは薄くせざるを得なくなり、不均一な圧力分布を矯正するほど厚くすることが困難である。更に、複数の発熱素子を一のヒートシンクで放熱する際には、いずれかの発熱素子が十分に放熱されないおそれがあるため、熱破壊の原因となる。
そこで、本発明は、一又は複数の発熱性回路素子を効率的かつ効果的に放熱するヒートシンク、回路基板及び電子機器を提供することを例示的な目的とする。
本発明の一側面としてのヒートシンクは、回路基板に搭載されたｎ個の発熱性回路素子を放熱するヒートシンクとであって、前記ｎ個の発熱性回路素子からの熱を受ける受熱面を有する筐体と、前記筐体を前記回路基板に加圧固定するｎ＋２個の固定部材が取り付けられるｎ＋２箇所の固定部とを有することを特徴とする。かかるヒートシンクは、固定部材の部品点数を従来の４ｎから削減し、コストの削減、実装密度の向上、電子機器の小型化をもたらすことができる。また、かかるヒートシンクは、各発熱性回路素子を３点固定にすることができる。３点は幾何学上面を規定するので４点よりも固定の安定性が高い。ヒートシンクと発熱性回路素子との間を加圧することにより、両者間の伝熱損失を小さくして放熱効率を高めることができる。ここで、「回路基板」は、プリント基板（「マザーボード」や「システムボード」とも呼ばれる）であってもよいし、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージ、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージなど、プリント基板に実装されるパッケージ基板も含む趣旨である。
ｎが１であれば、前記発熱性回路素子は３箇所の固定部材を頂点する三角形の重心に配置されることが好ましい。三角形の中に発熱性回路素子があれば各固定部材からの固定力が発熱性回路素子に及び、重心にあれば発熱性回路素子に加わる固定力の分布は均一になり易い。ｎが２以上であれば、前記ヒートシンクは前記ｎ個の発熱性回路素子を共通に放熱し、前記ｎ＋２箇所の固定部材のうち２箇所の固定部材を結ぶ線は２つの隣接した前記発熱性回路素子の間を通ることが好ましい。これにより、各発熱性回路素子を三角形内に配置することができる。
前記ｎ＋２箇所の固定部材のうち、一の発熱性回路素子に最も近い３箇所の固定部材において、前記一の発熱性回路素子に最も遠い固定部材と前記一の発熱性回路素子との距離は１ｃｍ以内であることが好ましい。かかる距離が大きすぎると、ｎ個の発熱性回路素子に対する圧力分布が不均一になり易いからである。前記ヒートシンクは、前記筐体に収納され、前記ｎ個の発熱性回路素子の少なくとも一つを放熱する冷却フィンを更に有してもよい。これにより、発熱量に応じて冷却フィンを設けるかどうかを選択することができる。前記冷却フィンは前記筐体から取り外し可能に構成されてもよい。これにより、適当な大きさの冷却フィンを何種類か作成してこれを筐体と組み合わせることによって様々な大きさと発熱量の発熱素子に対応することができる。ヒートシンクは、前記筐体内に送風して前記冷却フィンを強制的に冷却する冷却ファンを更に有してもよい（ファン付きヒートシンク）。これにより、ｎ個の発熱性回路素子を一の冷却ファンで同時に冷却することができる。
本発明の別の側面としての回路基板は、ｎ個の発熱性回路素子と、上述のヒートシンクと、前記ヒートシンクを前記発熱性回路素子に加圧固定するｎ＋２箇所の固定部材とを有することを特徴とする。かかる回路基板も上述のヒートシンクと同様の作用を奏する。前記ｎ＋２箇所の固定部材が加える加圧力は可変であってもよい。これにより、発熱性回路素子の上面が水平でない場合の加圧力の不均一を防止することができる。
上述の回路基板を有することを特徴とする（例えば、ノート型ＰＣ）も本発明の一側面を構成する。
本発明の他の目的と更なる特徴は、以下、添付図面を参照して説明される実施例において明らかになるであろう。
以下、添付図面を参照して、ノート型ＰＣとして具体化された本発明の一側面としての電子機器１００について説明する。ここで、図１は、ノート型ＰＣ１００の外観斜視図である。図１を参照するに、電子機器１００は例示的にノート型ＰＣ１００として具体化されているが、これに限定されずＰＤＡ、ハンドヘルドパソコン、パームサイズパソコン、ウェアラブルコンピュータ、電子辞書、電子文具、ゲーム機、ポータブル家電（例えば、ポータブルテレビ、ポータブルビデオデッキ、ポータブルＤＶＤ）などの携帯型電子機器を含む。また、ノート型ＰＣ１００の大きさはＡ４サイズ、Ｂ５サイズ、その他サブノートサイズ、ミニノートサイズなどをカバーする。
ノート型ＰＣ１００は、ＰＣ本体部１１０と、ヒンジ１２０と、表示ユニット（ＬＣＤベゼルフレーム）１３０と、図１には図示しないマザーボード（回路基板）１４０を有する。本体部１１０と表示ユニット１３０はノート型ＰＣ１００の筐体を構成する。
本体部１１０は、例えば、厚さ約２０乃至３０ｍｍの厚さの筐体構造を有し、アッパーカバー１１１、図示しないミドルカバー、ロアカバー１１２を有する。アッパーカバー１１１、ミドルカバー及びロアカバー１１２はいずれも樹脂成形によって形成される。本体部１１０は、マザーボード１４０及びハードディスクドライブ（ＨＤＤ）を内部に収納し、アッパーカバー１１１は、情報タイプ用のキーボード１１４と、ポインティングデバイス１１６とを有する。
アッパーカバー１１１はパームレストであり、キーボード１１４の手前において使う、手のひらや手首を載せるための領域である。キーボード１１４の種類は、１０１、１０６、１０９、エルゴノミックなどを問わず、キーボード配列もＱＷＥＲＴＹ配列、ＤＶＯＲＡＫ配列、ＪＩＳ配列、新ＪＩＳ配列、日本語入力コンソーシアム基準配列（ＮＩＣＯＬＡ：ＮＩｈｏｎｇｏＮｙｕｒｙｏｋｕ ＣＯｎｔｈｏｔｉｕｍ ＬＡｙｏｕｔ）などを問わない。ポインティングデバイス１１６は、マウス機能の一部をエミュレートし、タッチパッド、クリックボタン、ロール式のスクロールホイールを含む。タッチパッドは、その上でユーザが人差し指を移動するとＬＣＤ画面１３２上でマウス機能を実現する。クリックボタンは、マウスの左右のクリックボタンと同様の機能を有する。左右のクリックボタンの間には、マウスのスクロールホイールと同様の機能を有するロール式のスクロールホイールが挿入されているので、ポインティングデバイス１１６の操作性は向上している。
ヒンジ部１２０は、ヒンジカバーとシャフトを含む。ヒンジ部１２０はシャフトの周りに表示ユニット１３０が本体部１１０の周りに回転することができるように、表示ユニット１３０を本体部１１０に接続する。ヒンジカバーには電源ボタンが搭載されるが、かかる配置は例示的である。
表示ユニット１３０は、フロントカバー１３１と、ＬＣＤ画面１３２と、バックカバー１３３とを有する。フロントカバー１３１とバックカバー１３３とはネジ留めされ、両者の間にＬＣＤ画面１３２が配置される。フロントカバー１３１は、中空の矩形形状を有し、樹脂成形によって形成されたフレームであり、中央底部においてヒンジカバーと接続する。バックカバー１３３は、正面から見ると実質的に矩形形状を有する。バックカバー１３３は中央底部においてヒンジカバーと接続する。バックカバー１３３は樹脂成形によって形成される。
マザーボード１４０は、図２乃至図５に示すように、ＣＰＵ１４２と、チップセット１４４と、ヒートシンク１５０と、冷却ファン１７０とを有する他、ノート型ＰＣ１００で使用される様々な回路素子を実装する。ここで、図２は、マザーボード１４０の外観斜視図である。図３は、マザーボード１４０の部分拡大斜視図である。図４は、マザーボード１４０のヒートシンク１５０近傍の分解斜視図である。図５は、マザーボード１４０の裏面から見たヒートシンク１５０近傍の分解斜視図である。マザーボード１４０には、図４に示すように、４つの固定孔１４１が設けられている。
ＣＰＵ１４２とチップセット１４４は典型的な発熱素子であり、型式は問わない。近年の高実装密度に伴って両者間の距離が近接してきており、ＣＰＵ１４２の発熱量がチップセット１４４よりも大きい。また、チップセット１４４も高度なグラフィック処理機能を内蔵するようになり、発熱量が年々増加している。本実施例において、発熱素子としてＣＰＵ、チップセットを例として説明するが、その他のパッケージＩＣや部品等の発熱素子の冷却に本発明を適用できることは言うまでもない。
図４に示すように、ＣＰＵ１４２とチップセット１４４は、シリコンゴム１４３及び１４５を介してヒートシンク１５０に取り付けられている。シリコンゴム１４３及び１４５はＣＰＵ１４２及びチップセット１４４とヒートシンク１５０との間の隙間を埋めてＣＰＵ１４２及びチップセット１４４に働く圧力分布を均一にするためのものであるが、熱伝導率が低く、ＣＰＵ１４２及びチップセット１４４の放熱効率を低下させる。このため、近年のＣＰＵ１４２及びチップセット１４４の発熱量の増加に伴い、その厚さは薄くせざるを得なくなり、不均一な圧力分布を矯正するほど厚くすることが困難である。また、後述するように、本実施例のヒートシンク１５０はＣＰＵ１４２及びチップセット１４４に加わる圧力分布が一定になるようにマザーボード１４０に固定されるため、別の実施例ではシリコンゴム１４３及び１４５は省略される。
本実施例では、ヒートシンク１５０はＣＰＵ１４２とチップセット１４４を共通に放熱する。ヒートシンク１５０は、筐体１５１と、冷却フィン１５７と、カバー１５８と、冷却ファン１７０とを有するファン付きヒートシンクである。
筐体１５１は、図４に示すように、断面Ｕ字形状を有し、例えば、アルミニウム、銅、窒化アルミニウム、人工ダイヤモンド、プラスチック等の高熱導電性材料から構成されるフレームである。筐体１５１は、板金加工、アルミダイキャストその他の方法によって製造される。筐体１５１は、プラスチック製であれば、例えば、射出成形によって形成されてもよい。筐体１５１の裏面は、図５に示すように、固定部１５３よりも高さが低く、この高さの差によりシリコンゴム１４３及び１４５を介してＣＰＵ１４２及びチップセット１４４を受容する。筐体１５１の裏面は、ＣＰＵ１４４及びチップセット１４４から熱を受ける受熱面１５１ａとして機能する。
筐体１５１は、張り出し部１５２ａ及び１５２ｂと、４つの固定部１５３と、ネジ孔１５４と、通風路１５５と、取り付け部１５６ａ及び１５６ｃとを有する。
張り出し部１５２ａ及び１５２ｂは、筐体１５１にカバー１５８及び冷却ファン１７０を取り付けると共に筐体１５１をマザーボード１４０に取り付けるための接続部である。張り出し部１５２ａ及び１５２ｂは、図４に示すように、筐体１５１の長手方向に沿って上部両側に形成される。張り出し部１５２ａよりも張り出し部１５２ｂが長く、冷却ファン１７０を取り付けるためのＬ字型のスペースを形成する。張り出し部１５２ａは、一対の固定部１５３と、一のネジ孔１５４と、固定部１５６ａを有し、張り出し部１５２ｂは、一対の固定部１５３と、一のネジ孔１５４と、固定部１５６ｂを有する。
４つの固定部１５３は、筐体１５１をマザーボード１４０に取り付ける機能を有し、内部には図示しないコイルバネが挿入されている。固定部１５３には、ネジ１６０がそれぞれ挿入され、ネジ１６０は固定孔１４１に締め付けられる。ネジ１６０は、かかるコイルバネを介して筐体１５１に所定の加圧力を加える。この結果、ヒートシンク１５０は所定の加圧力でＣＰＵ１４２及びチップセット１４４に押し付けられる。固定部１５３のネジ１６０を取り外せば、ヒートシンク１５０とＣＰＵ１４２及びチップセット１４４は容易に分離することができる。本実施例は、熱硬化型接着剤（ハンダ付け）によってヒートシンク１５０と発熱素子を接着していないため、ＣＰＵ１４２及びチップセット１４４が動作不良の場合に交換が容易である。
固定部１５３の配置はネジ１６０が加える圧力分布を均一にする効果がある。以下、図６及び図７を参照して、固定部１５３とネジ１６０による加圧固定について説明する。ここで、図６は、本実施例の加圧固定の原理を説明するための概略平面図であり、図７は、従来の加圧固定を説明するための概略平面図である。本実施例は、図６に示すように、２つの発熱素子Ｅ１及びＥ２を共通に加圧固定するのに、４つの加圧固定点Ｐ１乃至Ｐ４を使用している。一方、従来は、図７に示すように、発熱素子Ｅ１及びＥ２の各々を周囲四隅Ｑ１１乃至Ｑ２４で独立して加圧固定していた。
図７に示す構成では発熱素子Ｅ１及びＥ２に加わる圧力分布が不均一になり、十分な放熱効果が得られないおそれがある。本発明者らは、この原因を検討したところ、幾何学上３点が面を規定することから４点では複数の面が規定されるおそれがあるために加圧固定が安定しないということを発見した。そこで、本実施例では、ｎ個の発熱素子に対してはヒートシンクを加圧固定する（ｎ＋２）箇所の固定部を設けることにしている。かかるヒートシンクは、ネジ１６０の部品点数を従来の４ｎ個から（ｎ＋２）個に削減し、コストの削減、実装密度の向上、電子機器の小型化をもたらすことができる。また、かかるヒートシンクは、各発熱素子Ｅ１及びＥ２を３点で加圧固定することができる。３点は幾何学上面を規定するので４点よりも固定の安定性が高い。
発熱素子数ｎが１であれば、発熱素子はｎ＋２＝３箇所の固定部材を頂点する三角形の重心に配置されることが好ましい。三角形の中に発熱素子があれば各固定部材からの固定力が発熱素子に同じように及ぶ。この点、発熱素子に最も近い３点が発熱素子の加圧固定を支配し易いが、図７では発熱素子Ｅ１に対して略等距離に４個の固定部材Ｑ１１乃至Ｑ１４が存在するので好ましくない。また、三角形の重心にあれば発熱素子に加わる固定力の分布は均一になり易い。従って、図７に示す発熱素子Ｅ１に対しては、単に固定部材Ｑ１１乃至Ｑ１４のうちの一つＱ１４を取り除くだけでなく、固定部材Ｑ１１乃至Ｑ１３が作る三角形の重心に発熱素子Ｅ１が配置されることが好ましい。三角形はいかなる三角形であってもよいが、後述するように、三角形の３つの頂点と発熱素子とはいずれも近接していることが好ましい。また、各頂点から加わる圧力分布を発熱素子上で均一にするには二等辺三角形又は正三角形が好ましい。更に、「重心に配置される」とは三角形の重心と発熱素子の重心とが完全に一致することが好ましいが完全に一致しなくても発熱素子が三角形の重心を含んでいれば足りる。
図６では、図７に示す各発熱素子に対して３つの固定部材を配置して独立に加圧固定をする代わりに（例えば、発熱素子Ｅ１に対して固定部材Ｑ１１、Ｑ１３及びＱ１４を配置し、発熱素子Ｅ２に対して固定部材Ｑ２１、Ｑ２２及びＱ２４を配置する代わりに）、２つの発熱素子Ｅ１及びＥ２に対して固定部材Ｐ２及びＰ３を共通に使用している。この結果、固定部材数は３ｎからｎ＋２に減り、部品点数の更なる削減を図ることができる。
一方、発熱素子数ｎが２以上であれば、ヒートシンクはｎ個の発熱素子を共通に放熱し、（ｎ＋２）個の固定部材のうち２箇所の固定部材を結ぶ線は２つの隣接した発熱素子の重心の間を通ることが好ましい。図６においては、２箇所の固定部材Ｐ２とＰ３を結ぶ線は各発熱素子Ｅ１及びＥ２の間を通る。これにより、各発熱素子を三角形内に配置することができる。図６においては、発熱素子Ｅ１は三角形Ｐ１乃至Ｐ３内に、発熱素子Ｅ２は三角形Ｐ２乃至Ｐ４内に配置することができ、上述の三角形の効果を得られる。
また、（ｎ＋２）個の固定部材のうち、一の発熱素子に最も近い３箇所の固定部材において、当該一の発熱素子に最も遠い固定部材と当該一の発熱素子との距離は１ｃｍ以内であることが好ましい。図６においては、発熱素子Ｅ１に最も近い３箇所の固定部材Ｐ１乃至Ｐ３において、発熱素子Ｅ１に最も遠い固定部材（例えば、固定部材Ｐ１）と発熱素子Ｅ１との距離は１ｃｍ以内であることが好ましい。かかる距離が大きすぎると、ｎ個の発熱素子に対する圧力分布が不均一になり易いからである。換言すれば、発熱素子に最も近い３箇所の固定部材は互いに近接していることが好ましい。
図２乃至図５に戻って、各ネジ１６０が加える圧力はネジ１６０の締め付け力を調節することによって調節可能である。これにより、ＣＰＵ１４２とチップセット１４４の高さが異なる場合であってもＣＰＵ１４２及びチップセット１４４に加わる圧力分布を調節して均一にすることができる。
一対のネジ孔１５４はネジ１６１が係合される孔である。通風路１５５は、吸気口１５５ａから排気口１５５ｂまでの冷却気体（空気）の流路を形成する。排気口１５５ｂは下方に張り出し、吸気口１５５ａよりも広い。排気口１５５ｂから放出される空気は図示しない放熱用板金に吹き付けられたり、本体部１１０の側部の排気口から外部に放出可能に構成されている。放熱用板金に接続されるとファン付ヒートシンクの温度は恒常的にほぼ一定に（例えば、室温に）維持される。
固定部１５６ａは、張り出し部１５２ａの先端に設けられ、ネジ孔１５６ｂが形成されている。固定部１５６ｃは、張り出し部１５２ｃの先端に設けられ、ネジ孔１５６ｄが形成されている。ネジ孔１５６ｂ及び１５６ｄにはネジ１６２が挿入される。
冷却（又は放熱）フィン１５７は、整列した多数の板状の高伝熱性部材（フィン組立体）から構成されており、自然空冷によってＣＰＵ１４２及びチップセット１４４を冷却する。冷却フィン１５７は、受熱面の裏面であってＣＰＵ１４２に対応する部位に設けられ、筐体１５１に収納される。冷却フィン１５７は凸形状を有して表面積を増加させているので放熱効果が増加している。もっとも冷却フィン１５７の形状は板状に限定されず、ピン状、湾曲形状など任意の配置形状を採用することができる。また、冷却フィン１５７は、一定間隔で横に整列する必要はなく、放射状に配置されたり、傾斜して配置されたりしてもよい。冷却フィン１５７の数も任意に設定することができる。冷却フィン１５７はアルミニウム、銅、窒化アルミニウム、人工ダイヤモンド、プラスチックなどの高熱伝導性材料で形成されることが好ましい。冷却フィン１５７は、金型成形、圧入、ロウ付け、溶接、射出成形などによって形成される。
本実施例では、チップセット１４４の上には冷却フィン１５７を設けていない。放熱に必要な場合にのみ冷却フィン１５７を設けることによってコストや重量を削減している。冷却フィン１５７は、筐体１５１から分割可能であってもよい。これにより、発熱素子の発熱量に応じて必要な大きさの冷却フィン１５７を筐体１５１に取り付けることができる。
カバー１５８は、通風路１５５の上部を規定し、一対の取り付け孔１５９を有する。取り付け孔１５９にネジ１６１が挿入され、ネジ１６１はネジ孔１５４に挿入される。この結果、カバー１５８が筐体１５１に固定される。
冷却ファン１７０は回転して空気流を発生することによって冷却フィン１５７を強制的に冷却する。冷却ファン１７０は、取り付け部１７１ａ及び１７１ｃと、動力部１７２と、動力部１７２に固定されるプロペラ部１７４とを有する。
取り付け部１７１ａは張り出し部１５２ａに設けられた固定部１５６ａに取り付けられ、取り付け部１７１ｂは張り出し部１５２ｂに設けられた固定部１５６ｃに取り付けられる。取り付け部１７１ａには取り付け孔１７１ｂが設けられてネジ孔１５６ｂに連通する。取り付け部１７１ｃには取り付け孔１７１ｄが設けられてネジ孔１５６ｄに連通する。この結果、冷却ファン１７０は筐体１５０に固定される。
動力部１７２は、典型的に、回転軸と、回転軸の周りに設けられたベアリングと、ベアリングハウスと、モータを構成する磁石とを有するが、動力部１７２は当業界で周知のいかなる構造も使用することができるので、ここでは詳細な説明は省略する。もっとも、ベアリングハウスへの電熱を防止するためにベアリングハウスの内周壁面に断熱部が形成されることが好ましい。断熱部は、例えば、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂などの低伝熱性材料を薄膜上にして形成される。
プロペラ部１７４は所望の角度に形成された所望の数の回転翼を有する。回転翼は等角的又は非等角的に配置され、所望の寸法を有する。冷却ファン１７０は、動力部１７２とプロペラ部１７４とは分割可能でも分割不能でもよい。なお、冷却ファン１７０に接続される配線は図示が省略されている。
冷却ファン１７０は、吸気口１７５と排気口１７６とを有する。吸気口１７５がマザーボード１４０に平行な上下面に設けられて両側から吸気する。排気口１７６はマザーボード１７０に垂直な面に形成される。このように、冷却ファン１７０は吸気方向と排気方向が直交する。冷却ファン１７０は冷却フィン１５７と略同一平面上に配置されてノート型ＰＣ１００の薄型化に寄与する。
動作において、ノート型ＰＣ１００のユーザはキーボード１１４やポインティングデバイス１１６を操作する。この際、ＣＰＵ１４２から発生する熱は、熱結合された筐体１５１の受熱部１５１ａを介して冷却フィン１５７に伝達する。この結果、冷却フィン１５７及び筐体１５１の表面から当該熱は自然冷却される。チップセット１４２からの熱は筐体１５１の表面から放熱される。また、冷却ファン１７０からの送風は冷却フィン１７０を強制冷却する。送風が送風路１５５を通過するとチップセット１４２上の筐体１５１の表面も強制冷却する。この結果、放熱効率は更に上昇する。なお、冷却ファン１７０は常時動作してもよいし、図示しない温度センサによってＣＰＵ１４２からの発熱量が一定以上であることを検出した場合に通電されて動作してもよい。
本実施例によれば、固定部材１５３の数が従来の４ｎから（ｎ＋２）に減少しているのでマザーボード１４０の更なる実装密度の向上に寄与する。また、ヒートシンク１５０が加える圧力分布はＣＰＵ１４２及びチップセット１４４で均一に分布しているので所定の放熱効率を維持することができる。また、従来はチップセット１４４を放熱していなかったが、本実施例はＣＰＵ１４２ほどではないにしろ（即ち、冷却フィン１５７は設けていないが）ある程度の放熱を行っているために、チップセット１４４の熱破壊や誤動作を簡易に防止することができる。このように、本発明のヒートシンクは必ずしも冷却フィンを必須とせず、また、複数のレベルの放熱を提供することができる。
以上、本発明の好ましい実施態様を説明してきたが、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではなく、様々な変形及び変更が可能である。例えば、本実施例では、発熱素子数はｎ＝２であったが、ｎが３以上の場合でも本実施例のヒートシンクの加圧固定方法を適用することができる。
本発明によれば、一又は複数の発熱性回路素子を効率的かつ効果的に放熱するヒートシンク、回路基板及び電子機器を提供することができる。
近年の電子機器の普及により、小型で高性能な電子機器を安価に供給する需要が益々高まっており、部品点数の削減が検討されている。電子機器の典型例であるノート型ＰＣはＣＰＵやチップセットなどの発熱素子を搭載し、性能向上に伴って発熱量も増加している。発熱素子を熱的に保護するために、発熱素子には、ヒートシンクと呼ばれる放熱装置が熱的に接続されている。ヒートシンクは冷却フィンを含み、自然冷却によって発熱素子の放熱を行う。また、発熱量が大きい素子の場合には、冷却ファンを利用した強制空冷によって発熱素子の放熱も行われている。ヒートシンクは発熱素子上に載置され、発熱素子の周囲四隅で固定部材を介して固定される。固定部材は、コイルバネを貫通するボルトなど、ヒートシンクを発熱素子に対して加圧して伝熱損失を減少して所定の放熱効率を確保している。
本発明の一側面としてのヒートシンクは、回路基板に搭載されたｎ個の発熱性回路素子を放熱するヒートシンクであって、前記ｎ個の発熱性回路素子からの熱を受ける受熱面を有する筐体と、前記筐体を前記回路基板に加圧固定するｎ＋２個の固定部材が取り付けられるｎ＋２箇所の固定部とを有し、発熱性回路素子数ｎは２以上であり、前記ヒートシンクは前記ｎ個の発熱性回路素子を共通に放熱し、前記ｎ＋２箇所の固定部材のうち２箇所の固定部を結ぶ線は２つの隣接した前記発熱性回路素子の間を通ることを特徴とする。かかるヒートシンクは、固定部材の部品点数を従来の４ｎから削減し、コストの削減、実装密度の向上、電子機器の小型化をもたらすことができる。また、かかるヒートシンクは、各発熱性回路素子を３点固定にすることができる。３点は幾何学上面を規定するので４点よりも固定の安定性が高い。ヒートシンクと発熱性回路素子との間を加圧することにより、両者間の伝熱損失を小さくして放熱効率を高めることができる。３点からなる三角形の中に発熱性回路素子があれば各固定部材からの固定力が発熱性回路素子に及び、重心にあれば発熱性回路素子に加わる固定力の分布は均一になり易い。かかるヒートシンクは、各発熱性回路素子を三角形内に配置することができる。ここで、「回路基板」は、プリント基板（「マザーボード」や「システムボード」とも呼ばれる）であってもよいし、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージ、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージなど、プリント基板に実装されるパッケージ基板も含む趣旨である。
張り出し部１５２ａ及び１５２ｂは、筐体１５１にカバー１５８及び冷却ファン１７０を取り付けると共に筐体１５１をマザーボード１４０に取り付けるための接続部である。張り出し部１５２ａ及び１５２ｂは、図４に示すように、筐体１５１の長手方向に沿って上部両側に形成される。張り出し部１５２ａよりも張り出し部１５２ｂが長く、冷却ファン１７０を取り付けるためのＬ字型のスペースを形成する。張り出し部１５２ａは、一対の固定部１５３と、一のネジ孔１５４と、固定部１５６ａを有し、張り出し部１５２ｂは、一対の固定部１５３と、一のネジ孔１５４と、固定部１５６ｃを有する。
固定部１５６ａは、張り出し部１５２ａの先端に設けられ、ネジ孔１５６ｂが形成されている。固定部１５６ｃは、張り出し部１５２ｂの先端に設けられ、ネジ孔１５６ｄが形成されている。ネジ孔１５６ｂ及び１５６ｄにはネジ１６２が挿入される。
取り付け部１７１ａは張り出し部１５２ａに設けられた固定部１５６ａに取り付けられ、取り付け部１７１ｃは張り出し部１５２ｂに設けられた固定部１５６ｃに取り付けられる。取り付け部１７１ａには取り付け孔１７１ｂが設けられてネジ孔１５６ｂに連通する。取り付け部１７１ｃには取り付け孔１７１ｄが設けられてネジ孔１５６ｄに連通する。この結果、冷却ファン１７０は筐体１５１に固定される。
冷却ファン１７０は、吸気口１７５と排気口１７６とを有する。吸気口１７５がマザーボード１４０に平行な上下面に設けられて両側から吸気する。排気口１７６はマザーボード１４０に垂直な面に形成される。このように、冷却ファン１７０は吸気方向と排気方向が直交する。冷却ファン１７０は冷却フィン１５７と略同一平面上に配置されてノート型ＰＣ１００の薄型化に寄与する。
動作において、ノート型ＰＣ１００のユーザはキーボード１１４やポインティングデバイス１１６を操作する。この際、ＣＰＵ１４２から発生する熱は、熱結合された筐体１５１の受熱部１５１ａを介して冷却フィン１５７に伝達する。この結果、冷却フィン１５７及び筐体１５１の表面から当該熱は自然冷却される。チップセット１４２からの熱は筐体１５１の表面から放熱される。また、冷却ファン１７０からの送風は冷却フィン１５７を強制冷却する。送風が送風路１５５を通過するとチップセット１４２上の筐体１５１の表面も強制冷却する。この結果、放熱効率は更に上昇する。なお、冷却ファン１７０は常時動作してもよいし、図示しない温度センサによってＣＰＵ１４２からの発熱量が一定以上であることを検出した場合に通電されて動作してもよい。
Claims (10)
- 回路基板に搭載されたｎ個の発熱性回路素子を放熱するヒートシンクであって、
前記ｎ個の発熱性回路素子からの熱を受ける受熱面を有する筐体と、
前記筐体を前記回路基板に加圧固定するｎ＋２個の固定部材が取り付けられるｎ＋２箇所の固定部とを有することを特徴とするヒートシンク。 - ｎは１であり、前記発熱性回路素子は３箇所の固定部材を頂点する三角形の重心に配置されることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
- ｎは２以上であり、前記ヒートシンクは前記ｎ個の発熱性回路素子を共通に放熱し、
前記ｎ＋２箇所の固定部材のうち２箇所の固定部を結ぶ線は２つの隣接した前記発熱性回路素子の間を通ることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。 - 前記ｎ＋２箇所の固定部材のうち、一の発熱性回路素子に最も近い３箇所の固定部材において、前記一の発熱性回路素子に最も遠い固定部材と前記一の発熱性回路素子との距離は１ｃｍ以内であることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
- 前記筐体に収納され、前記ｎ個の発熱性回路素子の少なくとも一つを放熱する冷却フィンを更に有することを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
- 前記冷却フィンは前記筐体から取り外し可能に構成されていることを特徴とする請求項５記載のヒートシンク。
- 前記筐体内に送風して前記冷却フィンを強制的に冷却する冷却ファンを更に有することを特徴とする請求項５記載のヒートシンク。
- ｎ個の発熱性回路素子と、
請求項１記載のヒートシンクと、
前記ヒートシンクを前記発熱性回路素子に加圧固定するｎ＋２箇所の固定部材とを有することを特徴とする回路基板。 - 前記ｎ＋２箇所の固定部材が加える加圧力は可変であることを特徴とする請求項８記載の回路基板。
- 請求項８記載の回路基板を有することを特徴とする電子機器。
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