JP2016181546A - 冷却構造及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温となる発熱体と放熱体との密着性を継続的に維持する。
【解決手段】本発明に係る冷却構造１３０は、複数の発熱体１２０に熱的に接続して配置され、これら複数の発熱体１２０から発生する熱を放熱する放熱体１４０と、放熱体１４０の発熱体１２０との対向面に位置し、最も高温となる第１の発熱体１２１との距離を短くする突起部１４３と、を具備して構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却構造及び装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータ等の電子装置（装置）においては、高性能化が進んでいる。これに伴い、パーソナルコンピュータに実装されているＣＰＵ、このＣＰＵの周辺の集積回路、及び電源回路等の発熱体の発熱量が増大傾向にある。「ＣＰＵ」とは「Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ」の略である。このため、発熱体から発生する熱を効率的にヒートシンク等の放熱体に逃がす技術が求められている。

ここで、複数の発熱体から発生する熱を一つの放熱体により放熱する場合、発熱体と放熱体との間の密着性は、各発熱体で異なる。なぜなら、基板の撓み、基板の傾き、発熱体の高さのバラつき、発熱体を基板に実装させる際に生じる実装誤差等の理由により、各発熱体の高さ位置にバラつきが生じてしまうからである。

このように、各発熱体と放熱体との間の密着性が異なると、各発熱体から発生する熱の放熱効果に偏りを生じさせてしまう。このため、各発熱体のうち、低温の発熱体と放熱体との密着性に対し、高温の発熱体の放熱体との密着性が低い場合には、高温の発熱体から発生する熱の放熱効果を低減させてしまう。なお、発熱体と放熱体との間に熱伝導性シートを介在させ、これら発熱体と放熱体とを密接させることで、上述のような放熱効果の偏りを抑制する技術が一般的に知られている。しかしながら、各発熱体と放熱体との間の密着性は同じか、或いは、高温の発熱体と放熱体との間の密着性が低温の発熱体と放熱体との密着性よりも高い方が好ましい。

そこで、上述のような各発熱体と放熱体との密着性のバラつきを抑制するために、例えば、特許文献１には、マルチチップモジュールの冷却装置に関する技術が開示されている。この特許文献１記載の技術は、この文献の図１に示すように、複数の電子部品Ｐを有し、これら複数の電子部品Ｐのうち、最も厚みが厚い電子部品Ｐに対向する放熱体１の対向面に凹みを設けている。これにより、特許文献１記載の技術は、各発熱体と放熱体との密着性の差を吸収し、放熱効果の偏りを抑制している。

また、特許文献２には、半導体素子の冷却構造および電磁遮蔽構造に関する技術が開示されている。この特許文献２記載の技術は、この文献の図４に示すように、ヒートシンク５の下面に凸部１６を設けている。この凸部１６は、ヒートシンク５の下面のうち、基板の内部に埋め込まれている半導体素子１に対向する位置に位置している。これにより、特許文献２記載の技術は、基板の表面から突出している表面実装型パッケージ７と基板の内部に埋め込まれている半導体素子１とに生じる高さバラつきを吸収している。

特開平１１−１２１６６６号公報 特許第２９４４０５号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２記載の技術は、各発熱体と放熱体との密着性の差を吸収し、放熱効果の偏りを抑制しているが、高温の発熱体と放熱体との間の密着性を低温の発熱体と放熱体との密着性よりも高めているか否かが定かではない。このため、上記特許文献１及び２記載の技術は、冷温の発熱体と放熱体との間の密着性を高温の発熱体と放熱体との密着性よりも高めてしまう可能性がある。このように、上記特許文献１及び２記載の技術は、高温の発熱体と放熱体との密着性を積極的に高めるものではないため、上述ように、高温の発熱体を優先的に放熱できない。

そこで、本発明の目的は、上記従来の実状に鑑みて、高温となる発熱体と放熱体との密着性を積極的に高めることが可能な冷却構造及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る冷却構造は、複数の発熱体に熱的に接続して配置され、これら複数の発熱体から発生する熱を放熱する放熱体と、上記放熱体の前記発熱体との対向面に位置し、最も高温となる発熱体との距離を短くする突起部と、を具備して構成される。

上記目的を達成するために、本発明に係る放熱体は、発熱体の対向面に配置され、最も高温となる発熱体との距離を短くする突起部を具備して構成される。

上記目的を達成するために、本発明に係る装置は、上記冷却構造と、上記複数の発熱体と、を具備して構成される。

本発明によれば、高温となる発熱体と放熱体との密着性を積極的に高めることができる。

本発明の一実施形態（第１の実施形態）に係る冷却構造及びこの冷却構造を具備する電子装置（装置）の構成を示す側方面図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る冷却構造及びこの冷却構造を具備する電子装置（装置）の構成を示す分解斜視図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る冷却構造及びこの冷却構造を具備する電子装置（装置）の構成を示し、これら冷却構造及び電子装置の第１の状態を示す側方面図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る冷却構造及びこの冷却構造を具備する電子装置（装置）の構成を示し、これら冷却構造及び電子装置の第２の状態を示す側方面図である。 本発明の他の実施形態（第３の実施形態）に係る冷却構造及びこの冷却構造を具備する電子装置（装置）の構成を示す平面図である。 図５におけるＡ方向から目視した状態を示す側方面図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１を用いて、本発明の一実施形態（第１の実施形態）について説明する。図１は、本実施形態（第１の実施形態）に係る冷却構造１３０及びこの冷却構造１３０を具備する電子装置（装置）１００の構成を示す側方面図である。冷却構造１３０は、放熱体１４０と、突起部１４３と、保持機構１６０とを具備している。

この放熱体１４０は、複数の発熱体１２０に熱的に接続して配置され、これら複数の発熱体１２０から発生する熱を放熱している。突起部１４３は、放熱体１４０の発熱体１２０との対向面に位置し、最も高温となる第１の発熱体１２１との距離を短くしている。

本実施形態の冷却構造１３０は、高温となる第１の発熱体１２１と放熱体１４０との距離を短くし、高温の発熱体への接触を優先させている。このため、本実施形態の冷却構造１３０は、高温となる第１の発熱体１２１と放熱体１４０との密着性を積極的に高めることができる。

同様に、本実施形態の電子装置１００は、高温となる第１の発熱体１２１と放熱体１４０との距離を短くし、高温の発熱体への接触を優先させている。このため、電子装置１００は、高温となる第１の発熱体１２１と放熱体１４０との密着性を積極的に高めることができる。

（第２の実施形態）
図２乃至図４を用いて、本発明の他の実施形態（第２の実施形態）について説明する。図２は、本実施形態（第２の実施形態）に係る冷却構造２３０、及びこの冷却構造２３０を具備する電子装置（装置）２００の構成を示す分解斜視図である。図３及び図４は、本実施形態（第２の実施形態）に係る冷却構造２３０、及びこの冷却構造２３０を具備する電子装置（装置）２００の構成を示し、これら冷却構造２３０及び電子装置２００の第１及び第２の状態を示す断面図である。なお、第１の状態とは、発熱体２２０に放熱体２４０を押しあてる前の状態をいう。また、第２の状態とは、発熱体２２０に放熱体２４０を押しあてた後の状態をいう。

電子装置２００は、基板２１０、発熱体２２０及び冷却構造２３０を具備している。この基板２１０は、周知の技術であるため、簡易的な説明に留め、具体的な説明を省略するが、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を用いて板状をなして形成される。そして、板状をなして形成された基板２１０の面上には、複数の発熱体２２０が配設される。

この発熱体２２０は、周知の技術であるため、具体的な説明を省略するが、例えば、ＣＰＵ、ＩＣ、ＬＳＩ、ＭＰＵ等の集積回路素子である。発熱体２２０は、作動時に熱を発する。このため、発熱体２２０には、この発熱体２２０により発生する熱を放熱するために、冷却構造２３０が熱的に接続されている。なお、「ＩＣ」は「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ」の略である。「ＬＳＩ」は「Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ」の略である。「ＣＰＵ」は「Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ」の略である。「ＭＰＵ」は「Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ」の略である。

冷却構造２３０は、放熱体２４０、熱伝導性部材２５０及び第１の保持機構２６０を具備している。この冷却構造２３０は、発熱体２２０から発生する熱を放熱している。この放熱体２４０は、発熱体２２０から発生した熱を放熱するためのものであり、熱伝導性の良い、アルミニウム、鉄又は銅等の金属を用いて形成され例えば、ヒートシンクである。

放熱体２４０は、一例として、プレートフィンタイプのヒートシンクが挙げられる。このプレートフィンタイプのヒートシンクは、ベースと複数のプレートフィンとからなる。そして、このベースに複数のプレートフィンが立設されてなる。また、ヒートシンクは、これら複数のプレートフィンを図示しない送風部から送風される風向き方向に沿って延在させている。このため、送風部によりヒートシンクに風を送ると、各プレートフィンの間を風が通過し、ヒートシンクの全体を冷やすことが可能となる。これにより、ヒートシンクは、発熱体２２０により発生する熱の放熱効果を高めている。

本実施形態において、放熱体２４０は、複数の発熱体２２０のうち、最も高温となる第１の発熱体２２１に対向する対向面に突起部２４３を設けている。この突起部２４３は、第１の発熱体２２１に対向する対向面の面上から第１の発熱体２２１に向かって突出して形成される。このため、放熱体２４０は、この放熱体２４０を発熱体２２０に押し当てる際、他の発熱体よりも先に第１の発熱体２２１に突起部２３４を当接させることが可能となる。すなわち、放熱体２４０は、この放熱体２４０を第１の発熱体２２１に優先的に当接させることが可能となる。

そして、発熱体２２０と放熱体２４０との間には、熱伝導性部材２５０が介在している。この熱伝導性部材２５０は、放熱体２４０による押圧力により、これら発熱体２２０及び放熱体２４０に密接して配置されている。熱伝導性部材２５０は、発熱体２２０から発生する熱を放熱体２４０に伝える。これら複数の熱伝導性部材２５０は、熱伝導性樹脂等を用いて形成される。

本実施形態において、これら複数の熱伝導性部材２５０は、発熱体２２０との放熱体２４０との距離に応じて異なる材質を用いている。ここで、放熱性能は、熱抵抗で表される。熱抵抗の値が低ければ、放熱性能が良く、熱抵抗の値が高ければ、放熱性能が悪くなる。熱抵抗は、発熱体２２０と放熱体２４０との距離／（熱伝導性部材の材質に応じて定めされている熱の伝わり易さ×発熱体２２０と放熱体２４０との接触面積）で算出される。このため、熱抵抗の値を低くするためには、発熱体２２０と放熱体２４０との距離を低くするか、熱が伝わり易い材質を用いるか、又は発熱体２２０と放熱体２４０との接触面積の大きくする必要がある。

本実施形態において、例えば、複数の発熱体２２０のうち、第１の発熱体２２１が最も高温となる場合、この第１の発熱体２２１は、上述したように、突起部２４３により押圧される。このため、第１の発熱体２２１は、他の発熱体２２０よりも放熱体２４０との距離が短くなる。第１の発熱体２２１と放熱体２４０との間には、放熱体２４０により押圧した際に薄くなる第１の熱伝導性部材２５１を用いる。第１の熱伝導性部材２５１は、例えば、シート状熱伝導ゲル、高性能放熱グリースを用いる。このため、第１の発熱体２２１と放熱体２４０との距離は、「０」に近い値となる。これにより、発熱体２２０と放熱体２４０とを隙間なく密着させ、かつ、発熱体２２０と放熱体２４０との距離を短くしている。

これに対し、第２の発熱体２２１と放熱体２４０との間には、放熱体２４０により押圧された際、第１の熱伝導性部材２５１よりも厚みをなす第２の熱伝導性部材２５２を用いる。この第２の熱伝導性部材２５２は、例えば、放熱ゴム、放熱用ギャップ充填材を用いる。

このように、本実施形態では、発熱体２２０と放熱体２４０との間の距離に応じて、最小厚みが異なる熱伝導性部材２５０を用いる。このため、本実施形態では、上述の突起部２４３とともに、高温となる発熱体と放熱体との距離を、他の発熱体と放熱体との距離よりも短くすることが可能となり、放熱性能を高めている。

また、本実施形態の冷却構造２３０は、上述したように、第１の保持機構２６０を具備している。この第１の保持機構２６０は、放熱体２４０を複数の発熱体２２０に熱的に接続させている際、発熱体２２０に放熱体２４０により継続的に押圧をかけた状態で放熱体２４０を保持している。

この第１の保持機構２６０は、図示しないピン及び圧縮コイルばねを有する。ここで、放熱体２４０の周縁の所定の位置にはピンを挿通させる孔が形成される。第１の保持機構２６０は、ピンの軸部に圧縮コイルばねを嵌め込み、この放熱体２４０に形成された孔にピンを挿通させ、放熱体２４０を基板２１０に固定させる。これにより、放熱体２４０は、発熱体２２０側に付勢される。このため、発熱体２２０は、放熱体２４０により継続して押圧されている。第１の保持機構２６０は、発熱体２２０と放熱体２４０との密着性を高めている。

ここで、各発熱体２２０と放熱体２４０との間の密着性は、各発熱体２２０で異なる。この現象は、基板２１０、熱伝導性部材２５０等の経年劣化により生じる場合がある。このように、基板２１０、熱伝導性部材２５０等の経年劣化により各発熱体２２０と放熱体２４０との密着性を低減させてしまう可能性がある。

これに対し、本実施形態の冷却構造２３０は、上述したように、突起部２４３により高温となる発熱体２２１を優先的に押しあて、第１の保持機構２６０により継続的に放熱体２４０を発熱体２２０に押しあてている。このため、高温となる第１の発熱体２２１との密着性を継続的に維持することができる。これにより、高温となる第１の発熱体２２１の高温化を抑制することが可能となる。

よって、本実施形態の冷却構造２３０によれば、経年劣化等による発熱体２２０と放熱体２４０との密着性の低下を抑制することとなり、高温となる第１の発熱体２２１と放熱体２４０との密着性を継続的に維持することができる。

同様に、本実施形態の電子装置２００によれば、高温となる第１の発熱体２２１と放熱体２４０との密着性を継続的に維持することが可能となり、第１の発熱体２２１の温度上昇を抑制することができる。

なお、本実施形態の電子装置２００の一例として、この電子装置２００は、ＰＣＩＥ規格に基づく、カードである。このＰＣＩＥ規格のカードのサイズには、一般的に、フルサイズ、ショートサイズ、ロープロファイル等がある。このＰＣＩＥ規格に基づく、カードサイズは、フルサイズで高さが１０７ｍｍ、長さが３１２ｍｍと規定されている。また、ショートサイズで高さが１０７ｍｍ、長さが１７３ｍｍと規定されている。「ＰＣＩＥ」とは、「Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｅｘｐｒｅｓｓ」の略である。

（第３の実施形態）
図５及び図６を用いて、本発明の他の実施形態（第３の実施形態）について説明する。図５は、本実施形態（第３の実施形態）に係る冷却構造３３０、及びこの冷却構造３３０を具備する電子装置３００の構成を示す平面図である。図６は、図５におけるＡ方向から目視した状態を示す側方面図である。

なお、本実施形態の冷却構造３３０は、上述の第２の実施形態の冷却構造２３０に対し、複数の放熱体３４０（第１の放熱体３４１及び第２の放熱体３４２）を有する点が異なる。また、本実施形態の冷却構造３３０は、第２の保持機構３７０を具備する点が異なる。本実施形態の冷却構造３３０は、上述の第２の実施形態の冷却構造２３０に対し、上述の点が異なり、他の点は同様である。したがって、上述の第２の実施形態に相当する箇所には、同一又は相当する符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の冷却構造３３０は、複数の放熱体３４０を有し、最も高温となる発熱体２２１に第１の放熱体３４０ａを設ける。また、冷却構造３３０は、第１の放熱体３４０ａを他の放熱体３４０（例えば、第２の放熱体３４０ｂ）とは別途独立して連結している。そして、第１の放熱体３４０ａは、第２の保持機構３７０を介して第２の放熱体３４０ｂに連結される。

第２の保持機構３７０は、第１の保持機構２６０と同様に、図示しないピン及び圧縮コイルばねを有する。第１の放熱体３４０ａの四隅には、ピンを挿通させる孔が形成される。第２の保持機構３７０は、ピンの軸部に圧縮コイルばねを嵌め込み、この孔にピンを挿通させている。これにより、第１の放熱体３４０ａは、第２の放熱体３４０ｂに継続して押圧される。これにより、放熱体３４０の全体の傾きを抑制することが可能となる。ここで、放熱体３４０の放熱効果を高めるために、放熱体３４０のサイズを大きくすると、放熱体３４０が傾いた場合、放熱体３４０の周縁での発熱体２２０との距離の乖離が大きくなってしまう。このため、本実施形態では、中心に位置する第１の放熱体３４０ａを独立させているため、放熱体３４０の全体の傾きを緩和することが可能となる。

以上のように、本実施形態の冷却構造３３０によれば、第１の放熱体３４０ａを独立させているため、放熱体３４０のサイズを大きくしたとしても、放熱体３４０の全体の傾きを抑制することが可能となる。よって、本実施形態の冷却構造３３０によれば、放熱性能の偏りを抑制することができる。

１００ 電子装置
１２０ 発熱体
１３０ 冷却構造
１４０ 放熱体

Claims (10)

1. 複数の発熱体に熱的に接続して配置され、これら複数の発熱体から発生する熱を放熱する放熱体と、
   前記放熱体の前記発熱体との対向面に位置し、最も高温となる発熱体との距離を短くする突起部と、を具備する、
   ことを特徴とする冷却構造。
2. 前記放熱体を前記複数の発熱体に熱的に接続させている際、前記発熱体に前記放熱体により継続的に押圧をかけた状態で前記放熱体を保持する第１の保持機構を具備する、
   ことを特徴とする請求項１記載の冷却構造。
3. 前記複数の発熱体の各々と前記放熱体との間に介在して配置され、前記複数の発熱体から発生する熱を前記放熱体に伝える複数の熱伝導性部材を具備し、
   これら複数の熱伝導性部材は、前記複数の発熱体の各々と前記放熱体との距離に応じて最小厚みが異なる材質を用いる、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の冷却構造。
4. 前記複数の熱伝導性部材は、前記複数の発熱体のうち、前記放熱体との距離が長い発熱体よりも、前記放熱体との距離が短い発熱体に最小厚みが薄い材質を用いる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の冷却構造。
5. 前記放熱体を複数有し、これら複数の放熱体のうち、第１の放熱体は、複数の発熱体のうち、最も高温となる発熱体に対応した位置に配設され、他の発熱体に対応した位置に位置する他の放熱体とは独立して形成される、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の冷却構造。
6. 前記第１の放熱体は、前記他の放熱体に第２の保持機構を介して連結される、
   ことを特徴とする請求項５記載の冷却構造。
7. 前記放熱体と前記突起部とは一体成型されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の冷却構造。
8. 前記放熱体と前記突起部とは別体で構成される、
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の冷却構造。
9. 発熱体の対向面に配置され、最も高温となる発熱体との距離を短くする突起部を具備する、
   ことを特徴とする放熱体。
10. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の冷却構造と、
    前記複数の発熱体と、を具備する、
    ことを特徴とする装置。

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