JP2016219599A - 電子機器および熱拡散体 - Google Patents

Abstract

【課題】電子素子で発生する熱の処理を行う機能を有する新規な電子機器を実現する。【解決手段】電子機器１は、発熱性の電子素子５Ａを含む実装部品を実装された回路基板４と、回路基板を内部に保持する筐体３Ａ、３Ｂと、筐体内に回路基板とともに保持される熱拡散体６とを有し、熱拡散体６は、液状もしくはクリーム状の導熱媒質９を変形自在なパック容器８内に密封してなり、回路基板の発熱性の電子素子５Ａおよびその周辺領域の３次元形状に倣って変形する構成である。【選択図】図７

Description

この発明は電子機器および熱拡散体に関する。

「電子機器」は、パーソナルコンピュータや、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置等として多種多様のものが知られている。
このような電子機器は、「電子素子を含む実装部品」を実装された回路基板を、筐体により保持した構造のものが多い。
回路基板に実装される実装部品には、例えば、演算処理チップ等「使用により発熱」する発熱性の電子素子が含まれる。
発熱性の電子素子は動作時に発熱するので、発生する熱を適切に処理しないと、素子自体が高温となって、素子自体の機能を妨げたり、素子周辺の実装部品の機能に影響したりする。

発熱性の電子素子で発生する熱を処理する方法としては「発生した熱を熱伝導手段により外部に導熱して放熱する」ものが知られている（特許文献１、２）。

この発明は、電子素子で発生する熱の処理を行う機能を付与した新規な電子機器の実現を課題とする。

この発明の電子機器は、発熱性の電子素子を含む実装部品を実装された回路基板と、該回路基板を内部に保持する筐体と、該筐体内に前記回路基板とともに保持される熱拡散体とを有し、前記熱拡散体は、液状もしくはクリーム状の導熱媒質を変形自在なパック容器内に密封してなり、前記回路基板の前記発熱性の電子素子およびその周辺領域の３次元形状に倣って変形する構成である。

この発明によれば、電子素子で発生する熱の処理を行う機能を付与した新規な電子機器を実現できる。

撮像装置を示す外観図である。 撮像装置に搭載される回路基板と、この回路基板に実装された実装部品を示す図である。 筐体部分３Ａを取り外し、筐体部分３Ｂに、撮像部と回路基板を組み込んで、ねじで固定した状態を示す図である。 熱拡散体を説明するための図である。 熱拡散体を説明するための図である。 回路基板上に熱拡散体を載置した状態を示す図である。 回路基板上に載置された熱拡散体の、回路基板と反対側の面に別の回路基板を配置した状態を示す図である。 発熱する演算処理チップに対し、シート状の熱伝導体を介在させた実施の形態例を示す図である。

以下、実施の形態を説明する。
図１は、撮像装置１の外観を示す図である。
符号２Ａで示す部分は「撮像部に含まれるレンズの１つ」である。

符号３は「筐体」を示す。筐体３は、筐体部分３Ａと筐体部分３Ｂとによりなる。

図２は、撮像装置１に搭載される回路基板４と、この回路基板４に実装された実装部品５１、５２，５３、５４、５５等を示す。これら実装部品は、演算処理チップ５Ａ、５Ｂを含む。演算処理チップ５Ａ、５Ｂは、以下「演算処理チップ５Ａ等」とも言い、実装部品５１〜５５等は「実装部品５１等」とも言う。

演算処理チップ５Ａ等を含む実装部品５１等は、回路基板４の実装面に対して凸部となり、回路基板４の実装面上に「３次元的な凹凸形状」をなしている。
図３は、筐体３から筐体部分３Ａを取り外した状態を示している。筐体部分３Ｂには、レンズ２Ａ等を含む撮像部と回路基板４が組み込まれ、ねじで固定されている。

図２、図３に示した回路基板４に実装された演算処理チップ５Ａ等は、撮像装置１の動作時、即ち、撮影時には発熱し、撮影が長時間に及ぶと高温になる。
従って、演算処理チップ５Ａ等で発生する熱の処理が必要となる。

この「熱の処理」は、以下に説明する「熱拡散体」により行われる。

図４は、熱拡散体６を示す図である。

熱拡散体６は、平面図としてみると図４の如き形状を有する。この形状は、回路基板４を組み込まれた筐体部分における「熱拡散体６を配置すべき部分」の状態に応じて定められている。

熱拡散体６は、図５に示すように、導熱媒質９をパック容器８内に密封してなる。導熱媒質９は、パック容器８内を限界まで満たすのではなく余裕をもって充填され、内部の満たされていない部分は脱気される。図５において符号１０で示す部分は、脱気されてパック容器８の「両面内側が張り付いた状態」を示し、この部分には導熱媒質９は無い。

導熱媒質９を充填後、図５に符号７で示す部分を熱溶着で固着し、内部を密封する。

図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、導熱媒質９を充填されている部分は厚みがあり、脱気された部分１０では薄くなっている。

導熱媒質９は、液状もしくはクリーム状であるが、説明中の例では「クリーム状」であるとする。
「クリーム状の導熱媒質」は、液体のような流動性はないが、機械的な外力が作用すると、外力に從って自在に変形する。イメージとしては「化粧品のクリーム」に近い。

パック容器８は変形自在であり、説明中の例では「薄いポリエチレン製」である。パック容器８を構成するポリエチレンの厚さは、例えば、０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍが好ましく、説明中の例では０．０３ｍｍである。

導熱媒質９はクリーム状で、機械的な外力が作用すると、外力に從って自在に変形し、パック容器８はポリエチレン製であるから「軟質で変形自在」である。

即ち、熱拡散体６は、外力の作用により容易に変形する。

図６は、回路基板４上に熱拡散体６を載置した状態を示している。図６（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

図６に示す状態において、熱拡散体６は未だ変形しておらず、板状の形態で載置されており、図６（ｂ）においては、熱拡散体６の「図で下方の面」が、演算処理チップ５Ａに接触している。勿論、熱拡散体６の下方の面は、図３に示す演算処理チップ５Ｂや回路基板４に実装された他の実装部品５１等にも接触している。

図７は、図６の如く回路基板上に載置された熱拡散体６の、回路基板４と反対側の面に別の回路基板１１を配置した状態を示す。図７（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

回路基板１１を組み込む際に、回路基板１１が熱拡散体６を「厚み方向」に押圧する。

この押圧力が「外力として作用」することにより、熱拡散体６のパック容器内のクリーム状の導熱媒質９がパック容器８内で移動する。パック容器は変形自在であるので、自身も変形しつつ内部の導熱媒質９の移動を許す。

パック容器内における導熱媒体９の移動に従い、熱拡散体６は自在に変形し、図７（ｂ）に示すように、回路基板４の発熱性の電子素子である演算処理チップ５Ａ等およびその周辺領域の３次元形状に倣って変形する。

熱拡散体６は、図７（ｂ）に示すように、演算処理チップ５Ａ等のみならず、回路基板４の表面部分にも接触する。なお、熱拡散体６は、回路基板１１に実装された他の実装部品による凹凸構造の３次元形状にも倣って変形する。

このように、熱拡散体６が、演算処理チップ５Ａ等およびその周辺領域の３次元形状に倣って変形するので、熱拡散体６は、発熱により温度上昇する部分に面接触し、温度上昇する部分からの熱が有効に熱拡散体６に伝導され、熱拡散体６の全体に拡散される。

従って、発熱により温度上昇する部分で「熱が局所化」することが有効に防止され、演算処理チップ５Ａ等が「高温に達するまでの時間」を有効に延長させることができ、電子機器は、長時間連続して稼働可能となる。

なお、図７において符号１２は、回路基板４と１１とを連結するコネクタを示す。

上に「電子機器」の例として説明した「撮像装置」につき補足する。
この撮像装置は、全天球型の撮像装置であり、図１において、レンズ２Ａを示した「撮像部」は、図６や図７に示すように、レンズ２Ａとともにレンズ２Ｂを有し、これらレンズ２Ａ、２Ｂは、２系統の光学系にそれぞれ含まれている。

レンズ２Ａ、２Ｂを含む光学系のそれぞれは「画角１８０度以上の広角レンズ」であり、これら広角レンズにより結像される画像を撮像部で取得し、得られる画像を連結することにより全天球画像が得られる。

図７に即して上に説明した実施の形態では、熱拡散体６は、発熱する演算処理チップ５Ａ等に直接接触しているが、図８に示す形態例のように、発熱する演算処理チップ５Ａ等と熱拡散体６との間に、シート状の熱伝導体７を介在させてもよい。

このようにすると、演算処理チップ５Ａ等に、熱拡散体６を直接接触させられない場合でも、熱伝導体７により熱を熱拡散体６へ確実に導熱することが可能となる。

シート状の熱伝導体７としては、アルミシートやグラファイトシート等を好適に利用できる。

更に、シート状の熱伝導体７のサイズを「演算処理チップ５Ａ等よりも大きく」すると、演算処理チップ５Ａ等の発熱量を広範囲に拡散可能となり、熱拡散体６に「より好適」に熱を伝達できる。

熱拡散体につき補足する。
熱拡散体６は、上記の如く、発熱により温度上昇する部分に直接もしくは熱伝導体を介して面接触し、温度上昇する部分からの熱を有効に吸収し、熱拡散体全体に拡散する。

従って、熱拡散体６を構成する導熱媒質、パック容器は、熱伝導率が高いことが好ましく、また「熱拡散体６としての熱容量」も大きいことが好ましい。

パック容器の材料については、上に「０．０３ｍｍの厚さのポリエチレン」を例示したが、これに限らず、変形自在な軟質のもので、導熱媒質に対する化学的耐性を持ち、耐熱性のあるものであれば適宜に用いることができる。

導熱媒質は上に例示したクリーム状のものに限らず、液状のものでもよい。液状の導熱媒質を用いると、熱拡散体を基板上に載置しただけでも、自重により「基板上の３次元形状」にならって変形する。

また、液状の導熱媒質は、対流によっても熱伝導が生じるので、温度上昇する部分から吸熱した熱を効率よく、熱拡散体全体に拡散することができる。

液状の導熱媒質としては、アルコールや水、グリセリン等を好適に用いることができ、またヒドロゾル、オルガノゾル、アルコゾル等の各種のゾル溶液を用いることもできる。

この発明の熱拡散体は、変形自在であるから「基板上の３次元形状にならって変形」させるのに、大きな外力は不要である。從って、変形に際して電子素子等に過大な機械力が作用することが無く、電子素子等を損傷することが無い。

また、導熱媒質がパック容器に密封されているので、修理時の作業性が良い。即ち、修理時に導熱媒質をパック容器ごと容易に取り出すことができる。

熱拡散体は、基板上の３次元形状にならって変形し、導熱媒質はパック容器の隅々まで行きわたるので、電子機器内に「充填可能な最大量の導熱媒質」を充填出来る。

熱拡散体は、電子機器内に組み込まれると、回路基板の３次元形状にならって変形するが、一旦、組み込まれて変形した後は、さらなる変形は生じない。從って、一旦組み込まれたあとの「変形性」は要求されない。

上に説明した実施の形態の具体例では、クリーム状の導熱媒質として「複数種の材料により構成され、時間経過とともに固形化」するものを用いた。により、時間経過とともに固形化」するものを用いた。

即ち、Polymatech Groupの製品：ＣＧＷ−３（商品名）を導熱媒質として用いた。該導熱媒質は、シリコーンと酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムに添加剤を加えた２種のグリース状物質の混合物である。

これらの２種のグリース状物質を、物質Ａ、物質Ｂとすると、これらは「粘度」が異なり、物質Ａの粘度は４９０、物質Ｂの粘度は４２０である。

物質Ａと物質Ｂとは混合比１：１で混合され、混合後の粘度は４７０である。

物質Ａと物質Ｂの混合による導熱媒質は、混合後、５時間ほどで硬化し固形化する。

このように、固形化した後も、熱伝導率等の熱的性質は変化しない。

勿論、混合後、クリーム状の状態でパック容器に密封し、回路基板上への装備を行う。

このように固形化する導熱媒質を用いると「万が一パック容器が破損」したような場合に、導熱媒質が筐体内に漏れ出すことが無い。

上記導熱媒質の熱伝導率は、クリーム状でも固形化した状態でも３Ｗ／ｍＫであり、これは「水」の熱伝導率の６倍程度で導熱性が高い。

以上に説明したように、この発明によれば、以下の如き電子機器および熱拡散体を実現できる。

［１］
発熱性の電子素子５Ａ等を含む実装部品を実装された回路基板４、１１と、該回路基板４、１１を内部に保持する筐体３と、該筐体内に前記回路基板とともに保持される熱拡散体６とを有し、前記熱拡散体６は、液状もしくはクリーム状の導熱媒質９を変形自在なパック容器８内に密封してなり、前記回路基板の前記発熱性の電子素子５Ａ等およびその周辺領域の３次元形状に倣って変形する構成である電子機器１。

［２］
［１］記載の電子機器であって、熱拡散体６が、少なくとも発熱性の電子素子５Ａ等に直接接触する電子機器。

［３］
［１］記載の電子機器であって、熱拡散体６が、少なくとも発熱性の電子素子５Ａ等に、シート状の熱伝導体７を介して接触する電子機器。

［４］
液状もしくはクリーム状の導熱媒質９を変形自在なパック容器８内に密封してなり、発熱性の物品およびその周辺領域の３次元形状に倣って変形する構成である熱拡散体６。

［５］
［４］記載の熱拡散体であって、パック容器８内に密封された導熱媒質９が液状である熱拡散体。

［６］
［４］記載の熱拡散体であって、パック容器８内に密封された導熱媒質９がクリーム状である熱拡散体。

［７］
［６］記載の熱拡散体であって、クリーム状の導熱媒体が、複数種の材料により構成され、時間経過とともに固形化する熱拡散体。

［８］
［４］ないし［７］の何れか１に記載の熱拡散体であって、［１］ないし［３］の何れか１に記載の電子機器に使用される熱拡散体。

［９］
レンズ２Ａ、２Ｂを含む撮像部を有し、撮像装置１として構成される［１］〜［３］の何れか１に記載の電子機器。

以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、上述の放熱パック６の開口部７を「ファスナー付（ジップロック）のもの」にして開閉ができるようにしてもよく、このようにすると、導熱媒質の充填後の密封が容易であり、また、導熱媒質の交換も容易である。

この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。

１ 撮像装置
３Ａ、３Ｂ 筐体部分（筐体を構成する。）
４、１１ 回路基板
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 演算処理チップ（発熱性の電子素子）
６ 熱拡散体
８ パック容器
９ 導熱媒質

特開平１１−９７８６９号公報 特許第５４０２２０号公報

Claims (9)

1. 発熱性の電子素子を含む実装部品を実装された回路基板と、該回路基板を内部に保持する筐体と、該筐体内に前記回路基板とともに保持される熱拡散体とを有し、
   前記熱拡散体は、液状もしくはクリーム状の導熱媒質を変形自在なパック容器内に密封してなり、前記回路基板の前記発熱性の電子素子およびその周辺領域の３次元形状に倣って変形する構成である電子機器。
2. 請求項１記載の電子機器であって、
   熱拡散体が、少なくとも発熱性の電子素子に直接接触する電子機器。
3. 請求項１記載の電子機器であって、
   熱拡散体が、少なくとも発熱性の電子素子に、シート状の熱伝導体を介して接触する電子機器。
4. 液状もしくはクリーム状の導熱媒質をパック容器内に密封してなり、発熱性の物品およびその周辺領域の３次元形状に倣って変形する構成である熱拡散体。
5. 請求項４記載の熱拡散体であって、
   パック容器内に密封された導熱媒質が液状である熱拡散体。
6. 請求項４記載の熱拡散体であって、
   パック容器内に密封された導熱媒質がクリーム状である熱拡散体。
7. 請求項６記載の熱拡散体であって、
   クリーム状の導熱媒体が、複数種の材料により構成され、時間経過とともに固形化する熱拡散体。
8. 請求項４ないし６の何れか１項に記載の熱拡散体であって、
   請求項１ないし３の何れか１項に記載の電子機器における熱拡散体として使用される熱拡散体。
9. レンズを含む撮像部を有し、撮像装置として構成される請求項１〜３の何れか１項に記載の電子機器。

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