JP2004207661A - 放熱部材および放熱部材を有する電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発熱素子が発生する熱を分散して放熱できるとともに、発熱素子が発生するノイズを各発熱素子ごとにシールドすることができる放熱部材および放熱部材を有する電子機器を提供すること。
【解決手段】電子機器１０の筐体内に配置されて、筐体内の基板３２に搭載された複数の発熱素子４０，４２，４３の発生する熱を分散して放熱するための放熱部材３１であり、放熱部材３１は、基板３２に対面するように配置されて、複数の発熱素子４０，４２，４３を熱的に区画する区画部６０乃至６５を有し、導電性と熱伝導性を持つ炭素繊維が含有された樹脂モールド材からなる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器の筐体内に配置されて、筐体内の基板に搭載された複数の発熱素子の発生する熱を分散して放熱するための放熱部材および放熱部材を有する電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化の要請に伴い、電子機器内に収容される回路基板には、各種の電子素子がより高い集積度で搭載されるようになっており、作動時には各電子素子は発熱素子となる。しかも各発熱素子の占める体積は小さくなっている。
このことから回路基板上の単位体積あたりにおける複数の発熱素子の発生する発熱量の増加が著しく、その発熱量の増加が懸念されている。
【０００３】
コンピュータ、オーディオビジュアル（ＡＶ）機器、携帯電話、電話機、ファクシミリ等の電子機器に搭載されている半導体素子やその他の種類の電子素子は、それぞれ動作する時に熱を発生する発熱素子である。
このような発熱素子の冷却が、特に電子機器の筐体の小型化に伴い注目されている。この種の電子機器（電機機器とも呼ぶ）の構成部品や筐体は、成形性に優れ安価であり軽量化の可能なことからプラスチックにより作られている。
特に、携帯電話やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース：プロトコルの総称）、無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）などの通信モジュールの入ったＰＤＡ（携帯情報端末）などは、モールドに金属をコーティングしたシールドケースを用いている。従来の電子機器用の部材は、繊維強化プラスチックと金属成形品を複合した成形品である（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１４７２８６号公報（第１頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、携帯電話や携帯情報端末のような電子機器は、高集積化と多機能化が進み、消費電力がなかなか減らない状態になっている。しかも、高集積化および多機能化が進んだ回路の各素子から発生するノイズが、電子機器の外部に出るのを防ぐ必要もある。
そこで本発明は上記課題を解消し、複数の発熱素子が発生する熱を分散して放熱できるとともに、発熱素子が発生するノイズを各発熱素子ごとにシールドすることができる放熱部材および放熱部材を有する電子機器を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電子機器の筐体内に配置されて、前記筐体内の基板に搭載された複数の発熱素子の発生する熱を分散して放熱するための放熱部材であり、前記放熱部材は、前記基板に対面するように配置されて、複数の前記発熱素子を熱的に区画する区画部を有し、導電性と熱伝導性を持つ炭素繊維が含有された樹脂モールド材からなることを特徴とする放熱部材である。
【０００７】
請求項１では、放熱部材は、基板に対面して配置される。この放熱部材は、複数の発熱素子を熱的に区画する区画部を有している。放熱部材は、導電性と熱伝導性を持つ炭素繊維が含有された樹脂モールド材から作られている。
これにより、複数の発熱素子が発生する熱を分散して放熱することができるとともに、複数の発熱素子が発生するノイズが、区画部によりそれぞれ区画してシールドすることができる。したがって、発熱素子の発生する熱は確実に分散して放熱できるとともに、発熱素子の発生するノイズは外部に漏れないようにカットすることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の放熱部材において、前記発熱素子の面には、シート状の熱伝達部材が配置されており、前記放熱部材は、前記シート状の熱伝達部材に対して熱的に密着されている。
【０００９】
請求項２では、発熱素子の面には、シート状の熱伝達部材が配置されている。この放熱部材は、シート状の熱伝達部材に対して熱的に密着されている。
これにより、発熱素子の発生する熱は、シート状の熱伝達部材を介して放熱部材側に確実に伝えることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２に記載の放熱部材において、複数の前記発熱素子の面に対して密着して配置されたヒートスプレッダをさらに有する。
【００１１】
請求項３では、複数の発熱素子の面に対してヒートスプレッダが密着して配置されている。シート状の熱伝達部材は、ヒートスプレッダと放熱部材の間に配置されている。
これにより、複数の発熱素子の発生する熱はヒートスプレッダにより平準化される。平準化された熱は、ヒートスプレッダからシート状の熱伝達部材を介して放熱部材側に放熱される。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１に記載の放熱部材において、電気絶縁性を有するセラミックス材が配置されている。
【００１３】
請求項４では、電気絶縁性を有するセラミックス材が放熱部材に配置されることにより、シールド部材として機能する放熱部材に対して電気絶縁性を持たせるとともに、さらに放熱特性を上げることができる。
【００１４】
請求項５の発明は、電子機器の筐体内に配置されて、前記筐体内の基板に搭載された複数の発熱素子の発生する熱を分散して放熱するための放熱部材を有する電子機器であり、前記放熱部材は、前記基板に対面するように配置されて、複数の前記発熱素子を熱的に区画する区画部を有し、導電性と熱伝導性を持つ炭素繊維が含有された樹脂モールド材からなることを特徴とする放熱部材を有する電子機器である。
【００１５】
請求項５では、放熱部材は、基板に対面して配置される。この放熱部材は、複数の発熱素子を熱的に区画する区画部を有している。放熱部材は、導電性と熱伝導性を持つ炭素繊維が含有された樹脂モールド材から作られている。
これにより、複数の発熱素子が発生する熱を分散して放熱することができるとともに、複数の発熱素子が発生するノイズが、区画部によりそれぞれ区画してシールドすることができる。したがって、発熱素子の発生する熱は確実に分散して放熱できるとともに、発熱素子の発生するノイズは外部に漏れないようにカットすることができる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項５に記載の放熱部材を有する電子機器において、前記発熱素子の面には、シート状の熱伝達部材が配置されており、前記放熱部材は、前記シート状の熱伝達部材に対して熱的に密着されている。
【００１７】
請求項６では、発熱素子の面には、シート状の熱伝達部材が配置されている。この放熱部材は、シート状の熱伝達部材に対して熱的に密着されている。
これにより、発熱素子の発生する熱は、シート状の熱伝達部材を介して放熱部材側に確実に伝えることができる。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項５に記載の放熱部材を有する電子機器において、複数の前記発熱素子の面に対して密着して配置されたヒートスプレッダをさらに有する。
【００１９】
請求項７では、複数の発熱素子の面に対してヒートスプレッダが密着して配置されている。シート状の熱伝達部材は、ヒートスプレッダと放熱部材の間に配置されている。
これにより、複数の発熱素子の発生する熱はヒートスプレッダにより平準化される。平準化された熱は、ヒートスプレッダからシート状の熱伝達部材を介して放熱部材側に放熱される。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項５に記載の放熱部材を有する電子機器において、電気絶縁性を有するセラミックス材が配置されている。
【００２１】
請求項８では、電気絶縁性を有するセラミックス材が放熱部材に配置されることにより、シールド部材として機能する放熱部材に対して電気絶縁性を持たせるとともに、さらに放熱特性を上げることができる。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項５に記載の放熱部材を有する電子機器において、第１筐体部と、前記第１筐体部に対してヒンジ部を介して機械的に接続されている第２筐体部を有し、前記第１筐体部の内部に配置された前記放熱部材は、前記第２筐体部側の放熱部に対して前記ヒンジ部を介して熱的に接続されている。
【００２３】
請求項９では、電子機器は、第１筐体部と第２筐体部を有している。第２筐体部は第１筐体部に対してヒンジ部を介して機械的に接続されている。第１筐体部の内部に配置された放熱部材は、第２筐体部の放熱部に対してヒンジ部を介して熱的に接続されている。
これによって、第１筐体部側の熱は放熱部材とヒンジ部を介して第２筐体部側の放熱部に対して熱を確実に放出することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００２５】
図１は、本発明の電子機器の一例である携帯電話の好ましい実施の形態を示している。図２は、図１の携帯電話の本体の分解斜視図である。
図１と図２に示す電子機器１０は、携帯電話機である。この携帯電話機１０は、本体１１と表示部１２を有している。表示部１２は本体１１に対して連結部１３によりＲ方向に開閉可能になっている。表示部１２は、例えば液晶表示パネル１４と受話口１５を有している。
本体１１は、操作ダイヤル１６、複数のキー１７、送話口１８を有している。本体１１は、筐体上部２０と筐体下部２１から構成されている。
【００２６】
図１に示す本体１１は、その内部に図２に示すような構成要素を有している。筐体上部２０と筐体下部２１の中の空間には、キー基板３０、キー保持ケース３１およびメイン基板３２を収容している。
キー基板３０は筐体上部２０の内面側に配置されている。筐体上部２０の各キー１７を押すことにより、キー基板３０のキースイッチ３３がオン操作できるようになっている。
【００２７】
キー基板３０はキー保持ケース３１の外面３４にたとえば貼り付けて固定されている。キー保持ケース３１は、本発明の放熱部材に相当する。キー保持ケース３１は、筐体上部２０のキー１７を押した時にキー基板３０とメイン基板３２に対して圧力が及ばないようにして、キー基板３０とメイン基板３２が相互に傷まないようにする機能を有している。
キー保持ケース３１は、メイン基板３２に対して対面して覆うことができる部材である。
【００２８】
メイン基板３２は、たとえば発熱素子４０，４２，４３を搭載している。その他にメイン基板３２はダイヤル１６を搭載している。キー保持ケース３１は、このダイヤル１６を避けるようにしてメイン基板３２に対して固定するために凹部３５を有している。
発熱素子４０，４２，４３は、たとえばＬＳＩ（大規模集積回路）やその他の電子素子であり、動作する際には発熱をする発熱素子である。
これらの発熱素子４０，４２，４３の周りには、グランドライン４５がメイン基板３２の面に形成されている。
メイン基板３２は領域５１，５２，５３を有している。これらの領域５１，５２，５３は、グランドライン４５により電気的に区切られたたとえば長方形状の領域である。
【００２９】
次に、上述した放熱部材としてのキー保持ケース３１について詳しく説明する。
キー保持ケース３１は、高熱伝導性を有する炭素繊維が含有された樹脂モールド材により作られたものである。
図３は、キー保持ケース３１とメイン基板３２を拡大して示している。図３ではキー保持ケース３１の内面５６側を示している。
この炭素繊維は、高熱伝導性と導電性を併せ持つ材料である。この炭素繊維が含有された樹脂モールド材は、発熱素子４０，４２，４３から発生するノイズをカットすることができるとともに、発熱素子４０，４２，４３から発生する熱を分散して放熱できる機能を有している。
【００３０】
炭素繊維は黒鉛を繊維状にしたもので、導電性があり、繊維の方向性を揃えることにより６００〜１０００Ｗ／ｍＫまでの高熱伝導性を有する。
これにより、樹脂モールド材が高熱伝導性と電気シールド性の特性を同時に持ち、かつ炭素の比重が軽いため、モールド材の比重が２．０ｇ／ｃｍ³より軽量であり、熱伝導率が２０〜１００Ｗ／ｍＫを有することができる。
また、このモールド材は導電性を持っているために、従来のようにモールドに金属をコーティングするプロセスが省けるという利点がある。
【００３１】
放熱部材であるキー保持ケース３１は、それ自体がヒートスプレッダの役割も果たすことができるので、発熱素子４０，４２，４３が発生する熱はキー保持ケース３１の全体で放熱して平準化できる。このことから、図２に示す筐体上部２０は、いわゆるホットスポット（熱集中箇所）を発生させないようにすることが可能である。
【００３２】
このキー保持ケース３１は、さらに特徴的な点としては図３に示すように複数の区画部６０乃至６５を有していることである。区画部６１は、メイン基板３２の領域５３に対応する形状を有している。区画部６３は、メイン基板３２の領域５２に対応する形状を有している。区画部６４は、メイン基板３２の領域５１に対応する形状を有している。
したがって、区画部６１はメイン基板３２の領域５３内の発熱素子４３を覆ってしまうことができる。同様にして区画部６３はメイン基板３２の領域５２の発熱素子４２を覆ってしまうことができる。区画部６４はメイン基板３２の領域５１の発熱素子４０を覆ってしまうことができるのである。
【００３３】
発熱素子４０，４２，４３がそれぞれ発生する熱は、キー保持ケース３１の全体を使って平準化して、ホットスポットを無くすことができる。しかも、キー保持ケース３１の区画部６１，６３，６４を用いることにより、発熱素子４０，４２，４３がそれぞれ発生するノイズを相互に遮断することができる。発熱素子４０，４２，４３の発生するノイズは、キー保持ケース３１により完全に遮蔽されるので電子機器の外部に漏れてしまうことを防ぐのである。
キー保持ケース３１の区画部６０乃至６５、好ましくは区画部６１，６３，６４の内面６１Ａ，６３Ａ，６４Ａには、ノイズ反射用の金属をコーティングするのが望ましい。このノイズ反射用の金属は、たとえば銅やニッケルなどを用いることができる。
【００３４】
次に、図４と図５を参照して、本発明の電子機器の別の実施の形態について説明する。
図４と図５の実施の形態が図３の実施の形態と異なるのは、放熱スペーサ７０が用いられていることである。これらの放熱スペーサ７０は、発熱素子４０，４２，４３のそれぞれの面に貼り付けて熱的に密着されている。放熱スペーサ７０は、シート状の熱伝達部材であり、放熱スペーサ７０は、各発熱素子４０，４２，４３の面とキー保持ケース３１の区画部６１，６３，６４の内面６１Ａ，６３Ａ，６４Ａを熱的に密着するためのものである。
【００３５】
この放熱スペーサ７０は、発熱素子４０，４２，４３の発生する熱をキー保持ケース３１側に効率よく確実に伝えることができる。この放熱スペーサ７０を設けることにより、発熱素子４０，４２，４３の高さがそれぞれ異なっていても、図５に示すように、放熱スペーサ７０の厚みを変えるだけで、各発熱素子４０，４２，４３はキー保持ケース３１の内面６１Ａ，６３Ａ，６４Ａに対して確実に密着することができる。
【００３６】
この放熱スペーサ７０は、シート状の熱伝達部材であるが、この放熱スペーサ７０は、電磁波吸収機能を兼用して持たせても勿論構わない。この場合に放熱スペーサ７０は、発熱素子の特定の周波数をカットすることに用いる。放熱スペーサ７０が電磁波吸収を行うために、放熱スペーサ７０は、たとえばＭｎ−ＺｎやＮｉ−Ｚｎ合金やあるいは１μｍ以下の粒径を持つ金属片などの電磁波吸収フィラーと、放熱性を持つアルミナまたは窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ホウ素、金属粉などの放熱フィラーを含んでいる。
【００３７】
図６は、本発明のさらに別の実施の形態を示している。
図６（Ａ）に示すキー保持ケース３１は、その区画部６１，６３，６４の内面には、ヒートスプレッダ８０がたとえば接着されている。このヒートスプレッダ８０を含む放熱構造は、図６（Ｂ）に示している。
ヒートスプレッダ８０は、メイン基板３２の複数の発熱素子４０Ａ，４０Ｂに対して熱的に密着して貼り付けられている。ヒートスプレッダ８０はシート状の部材である。ヒートスプレッダ８０は、キー保持ケース３１の区画部６１，６３，６４の内面６１Ａ，６３Ａ，６４Ａに対して貼り付けて熱的に密着されている。このヒートスプレッダ８０は、シート状の熱伝達部材である放熱スペーサ７０を介して複数の発熱素子４０Ａ，４０Ｂに熱的に密着されている。このようにすると、複数の発熱素子４０Ａ，４０Ｂの熱は、放熱スペーサ７０を通じてヒートスプレッダ８０に伝えられる。ヒートスプレッダ８０は、複数の発熱素子４０Ａ，４０Ｂの発生する熱を平準化してキー保持ケース３１の区画部６４の内面６４Ａに伝えることができる。
【００３８】
キー保持ケース３１は、この伝えられた熱をさらに平準化して放熱をする。ヒートスプレッダ８０の材質としては、銅箔、アルミニウム箔、グラファイトシートなどの高熱伝導率を持つ材質を用いる。キー保持ケース３１の内面とヒートスプレッダ８０は、たとえば熱伝導性を持つフィラーが含有された接着剤で熱的に密着して接続するのが望ましい。
【００３９】
図７は、本発明のさらに別の実施の形態を示している。
図７（Ａ）に示すキー保持ケース３１の外面３４には、セラミックス板９０が図７（Ｂ）のように熱的に密着して貼り付けて固定されている。セラミックス板９０は、キー保持ケース３１の外面３４に対して電気絶縁性を持たせるとともに、さらに熱を拡散させるためにヒートスプレッダの機能をも兼ね備えている。
このように電気絶縁性を有するセラミックス板９０を用いるのは、図２に示すキー保持ケース３１とキー基板３０の間に電気絶縁性を持たせる必要がある場合である。セラミックス板９０は、たとえば厚みが０．２ｍｍ乃至０．５ｍｍ程度のものである。
【００４０】
セラミックス板９０の材質としては、アルミナまたは窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などを用いることができる。特に窒化珪素と窒化アルミニウムは、熱伝導性が優れているために、電気絶縁性ばかりではなく、ヒートスプレッダのような熱拡散性機能をも有している。
キー保持ケース３１の外面３４とセラミックス板９０は、たとえば熱伝導性を持つフィラーが含有された接着剤により熱的に密着して固定することも可能である。
【００４１】
図８は、本発明の電子機器のさらに別の実施の形態を示している。
筐体下部２１と筐体上部２０の間には、シールドケースとしてのキー保持ケース３１と、放熱スペーサ７０が、発熱素子４０に対して熱的に密着して固定されている。このキー保持ケース３１は、端子９８を介して、メイン基板３２のグランドライン４５に対して電気的に接続されている。
【００４２】
またキー保持ケース３１は、金属製のヒンジ９５を介して、表示部１２側の放熱部１００に対して熱的に接続されている。このようにすることで、発熱素子４０が発生する熱は、放熱スペーサ７０を介してキー保持ケース３１に伝わる。この伝わった熱は、キー保持ケース３１およびヒンジ９５を通じて表示部１２側の放熱部１００に熱を放出することができる。
放熱部１００は、たとえば筐体の外部に対して熱を放出する。キー保持ケース３１から、比較的大きな熱容量を持つ金属製のヒンジ９５に放熱したり、そしてさらに大きな熱容量を持つ放熱部１００が効率よく熱を外部に放出することができる。
【００４３】
上述したようなシート状の熱伝達部材である放熱スペーサ７０は、たとえばシリコンやアクリルなどの素材により作ることができる。このシリコンやアクリルの素材に対してアルミナなどの高熱伝導性フィラーを含有するようにすることで、シート状の熱伝達部材は熱伝達効率を上げることができる。
【００４４】
上述したようにキー保持ケース３１は区画部６０乃至６５を有しており、特に区画部６１，６３，６４はメイン基板３２の領域５３，５２，５１にそれぞれ対応して別々に覆ってしまうことができる。
このことから各領域５３，５２，５１における発熱素子４３，４２，４０の発生するノイズをシールドすることができるとともに、発熱素子４３，４２，４０が発生する熱を放熱することができる。
本発明の放熱部材は、導電性と高熱伝導性を持つ炭素繊維が含有されたモールド材をシールドケースに用いることにより、良好なシールド性と放熱性を持たせることができる。
【００４５】
ところで本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
上述した実施の形態では、電子機器として、いわゆる携帯型の電子機器である携帯電話を例に挙げている。
しかしこれに限らず電子機器としては、携帯情報端末（ＰＤＡ）や、デジタルビデオカメラその他の情報関連機器または筐体の中にシールドケースを持つ電子機器であっても勿論構わない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の発熱素子が発生する熱を分散して放熱できるとともに、発熱素子が発生するノイズを各発熱素子ごとにシールドすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子機器の一例である携帯電話を示す斜視図。
【図２】図１の携帯電話の本体の分解斜視図。
【図３】本発明の実施の形態であるメイン基板とキー保持ケースを示す斜視図。
【図４】本発明の別の実施の形態を示す斜視図。
【図５】図４の実施の形態における放熱構造を示す図。
【図６】本発明のさらに別の実施の形態を示す斜視図。
【図７】本発明のさらに別の実施の形態を示す斜視図。
【図８】本発明のさらに別の実施の形態を示す断面図。
【符号の説明】
１０・・・電子機器、１１・・・本体、３１・・・キー保持ケース（放熱部材）、３２・・・メイン基板、４０，４２，４３・・・発熱素子、６０乃至６５・・・キー保持ケースの区画部、７０・・・放熱スペーサ（シート状の熱伝達部材）、８０・・・ヒートスプレッダ、９０・・・セラミックス板、９５・・・ヒンジ

Claims (9)

1. 電子機器の筐体内に配置されて、前記筐体内の基板に搭載された複数の発熱素子の発生する熱を分散して放熱するための放熱部材であり、
   前記放熱部材は、前記基板に対面するように配置されて、複数の前記発熱素子を熱的に区画する区画部を有し、導電性と熱伝導性を持つ炭素繊維が含有された樹脂モールド材からなることを特徴とする放熱部材。
2. 前記発熱素子の面には、シート状の熱伝達部材が配置されており、前記放熱部材は、前記シート状の熱伝達部材に対して熱的に密着されている請求項１に記載の放熱部材。
3. 複数の前記発熱素子の面に対して密着して配置されたヒートスプレッダをさらに有する請求項２に記載の放熱部材。
4. 電気絶縁性を有するセラミックス材が配置されている請求項１に記載の放熱部材。
5. 電子機器の筐体内に配置されて、前記筐体内の基板に搭載された複数の発熱素子の発生する熱を分散して放熱するための放熱部材を有する電子機器であり、
   前記放熱部材は、前記基板に対面するように配置されて、複数の前記発熱素子を熱的に区画する区画部を有し、導電性と熱伝導性を持つ炭素繊維が含有された樹脂モールド材からなることを特徴とする放熱部材を有する電子機器。
6. 前記発熱素子の面には、シート状の熱伝達部材が配置されており、前記放熱部材は、前記シート状の熱伝達部材に対して熱的に密着されている請求項５に記載の放熱部材を有する電子機器。
7. 複数の前記発熱素子の面に対して密着して配置されたヒートスプレッダをさらに有する請求項５に記載の放熱部材を有する電子機器。
8. 電気絶縁性を有するセラミックス材が配置されている請求項５に記載の放熱部材を有する電子機器。
9. 第１筐体部と、前記第１筐体部に対してヒンジ部を介して機械的に接続されている第２筐体部を有し、前記第１筐体部の内部に配置された前記放熱部材は、前記第２筐体部側の放熱部に対して前記ヒンジ部を介して熱的に接続されている請求項５に記載の放熱部材を有する電子機器。

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