JP2021012590A - サーマルモジュール、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱量が多い電子部品の近傍における筐体の表面温度の上昇を抑制できるサーマルモジュール、電子機器、サーマルモジュール用放熱板の提供。【解決手段】サーマルモジュール４０は、可撓性を有する熱伝導シート５０と、熱伝導シート５０で塞がれた開口部６１，６２を有する枠体６０と、枠体６０の開口部６１を介して熱伝導シート５０と接触するヒートパイプ４２と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、サーマルモジュール、電子機器、サーマルモジュール用放熱板に関するものである。

電子機器として、例えば、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータは、電子部品が実装された基板と、電子部品から熱を奪うサーマルモジュールと、を備えている。サーマルモジュールは、電子部品から発せられる熱を拡散して放熱させる放熱板を備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２２７９２５号公報

近年、電子機器の薄型化の要請によって、電子部品の発熱が筐体の表面温度に反映され易くなっており、特に発熱量が多い電子部品（発熱部品）の近傍における筐体の表面温度の上昇が課題となっている。放熱板は、発熱部品に重ねて配置することが効果的であるが、銅板などは強度が低いため厚みがかさみやすく、結果、筐体とのギャップを縮めてしまい、筐体の表面温度が上昇し易くなっている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、発熱量が多い電子部品の近傍における筐体の表面温度の上昇を抑制できるサーマルモジュール、電子機器、サーマルモジュール用放熱板の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るサーマルモジュールは、可撓性を有する熱伝導シートと、前記熱伝導シートで塞がれた開口部を有する枠体と、前記枠体の前記開口部を介して前記熱伝導シートと接触する熱輸送部材と、を備える。
上記サーマルモジュールにおいては、前記熱伝導シートは、グラファイトシートであってもよい。
上記サーマルモジュールにおいては、前記枠体は、ステンレスフレームであってもよい。
上記サーマルモジュールにおいては、前記枠体は、前記熱輸送部材と重なる部分に、前記熱輸送部材に沿って間欠的に前記開口部を有してもよい。
上記サーマルモジュールにおいては、前記枠体は、前記熱輸送部材と重ならない部分に、前記熱伝導シートで塞がれた第２の開口部を有してもよい。
上記サーマルモジュールにおいては、前記熱輸送部材を冷却する冷却ファンを備え、前記枠体は、前記冷却ファンと重なる部分に、前記冷却ファンと係合する係合爪を有してもよい。
上記サーマルモジュールにおいては、前記熱伝導シートの一方の面は、接着面であり、前記接着面に、前記枠体、前記熱輸送部材、前記冷却ファンが接着されていてもよい。

また、本発明の一態様に係る電子機器は、発熱部品を実装した基板と、前記発熱部品から熱を奪う、先に記載のサーマルモジュールと、を備える。
上記電子機器においては、前記発熱部品として、前記熱輸送部材と重なって配置された第１の発熱部品を備えてもよい。
上記電子機器においては、前記発熱部品として、前記熱輸送部材と重ならずに、前記開口部を介して前記熱伝導シートと接触する第２の発熱部品を備えてもよい。
上記電子機器においては、前記熱伝導シートは、前記枠体の外側に延出する延出部を有し、前記発熱部品として、前記延出部と接触する第３の発熱部品を備えてもよい。

また、本発明の一態様に係るサーマルモジュール用放熱板は、可撓性を有する熱伝導シートと、前記熱伝導シートで塞がれた開口部を有する枠体と、を備える。

本発明によれば、発熱量が多い電子部品の近傍における筐体の表面温度の上昇を抑制できる。

本発明の実施形態における電子機器の外観図である。 本発明の実施形態におけるサーマルモジュールの斜視図である。 本発明の実施形態におけるサーマルモジュールの分解斜視図である。 本発明の実施形態における枠体を熱伝導シート側から視た図である。 本発明の実施形態における枠体を熱伝導シートと反対側からみた斜視図である。 図２に示す矢視Ａ−Ａ断面の模式図である。

図１は、本発明の実施形態における電子機器１の外観図である。
電子機器１は、筐体１０及び蓋体２０を備える。この電子機器１は、クラムシェル型のラップトップパーソナルコンピュータ（いわゆるノート型のパーソナルコンピュータ）である。なお、電子機器１は、クラムシェル型によらず、タブレット型、スマートフォン型であっても構わない。

筐体１０は、扁平な箱状に形成されている。筐体１０の上面１０ａには、キーボード１１と、タッチパッド１２が設けられている。キーボード１１は、上面１０ａの奥側に配置され、タッチパッド１２は、上面１０ａの手前側に配置されている。また、上面１０ａにおけるタッチパッド１２の左右両側には、パームレスト部１３が形成されている。

蓋体２０は、筐体１０の上面１０ａに対向する面に、表示装置２１を備えている。表示装置２１は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどから形成されている。蓋体２０の下端部は、図示しないヒンジを介して左右方向に延びる軸回りに回転可能とされ、筐体１０の奥側に連結されている。

図１に示すように蓋体２０が開かれると、筐体１０の上面１０ａが開放された状態になる。一方、蓋体２０が閉じられると、蓋体２０は、表示装置２１及び筐体１０の上面１０ａを覆うカバーとなる。

筐体１０内には、マザーボード３０、後述するサーマルモジュール４０などが設けられている。筐体１０の奥側には、図示しない排気口が設けられ、サーマルモジュール４０の冷却ファン４３の排気フローが、蓋体２０の背面側に排気されるようになっている。筐体１０には、外部の空気を筐体１０の内部に取り込むための図示しない吸気口ないし隙間が形成されている。なお、サーマルモジュール４０の排気フローは、筐体２０の背面側によらず、側面側などに排気されても構わない。

マザーボード３０は、筐体１０に設けられた図示しない複数のボスにネジ止めにより固定され、筐体１０の底部に対し空間をあけてほぼ平行に対向して配置されている。このマザーボード３０は、キーボード１１の裏面側に配置されている。

図２は、本発明の実施形態におけるサーマルモジュール４０の斜視図である。図３は、本発明の実施形態におけるサーマルモジュール４０の分解斜視図である。
図２に示すように、サーマルモジュール４０は、マザーボード３０及び図１においては不図示のサブボード３５と重なって配置されている。

図３に示すように、マザーボード３０には、複数の電子部品（なお、図に示す電子部品は主要部品の一部である）が実装されており、このなかで発熱量が比較的多い電子部品（発熱部品）は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１（第１の発熱部品）と、メモリ３２と（第２の発熱部品）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３（第３の発熱部品）である。また、サブボード３５には、発熱部品として、ＳＳＤ（Solid State Drive）３４（第２の発熱部品）が実装されている。なお、これら発熱部品はあくまで一例であり、例えば、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＷＷＡＮ（Wireless Wide Area Network）カードなどを含んでいても構わない。

サーマルモジュール４０は、放熱板４１（サーマルモジュール用放熱板）と、ヒートパイプ４２（熱輸送部材）と、冷却ファン４３と、を備えている。冷却ファン４３は、遠心ファンであって、軸方向に吸気口４３ａを備え、軸方向と直交した半径方向に排気口４３ｂを備えている。排気口４３ｂには、放熱フィン４３ｃが複数配設されている。放熱フィン４３ｃは、ヒートパイプ４２の一端部と熱的に接触している。

ヒートパイプ４２の他端部は、ＣＰＵ３１と重なる位置まで延びている。ヒートパイプ４２の他端部には、ＣＰＵ３１からの受熱面積を広げる拡張部材４４が固定され、拡張部材４４には、付勢部材４５が固定されている。拡張部材４４は、熱伝導性が良い金属ブロック（例えば銅ブロック）から形成されている。付勢部材４５は、例えば、ステンレス製の板バネから形成されている。

拡張部材４４には、ヒートパイプ４２を配置するスリット４４ａが形成され、スリット４４ａによって二つのブロックに分離している。二つのブロックは、後述する図５（図３とは反対向きに視た図）に示すように、スリット４４ａを横切る二つの接続片４４ｂによって互いに接続されている。

付勢部材４５は、筐体１０にネジ止め可能な固定部４５ａを有している。固定部４５ａは、図２に示すように、ＣＰＵ６０の周囲３箇所に配置されている。これにより、付勢部材４５は、ヒートパイプ４２及び拡張部材４４をＣＰＵ３１に略均一に押し付けることができる。

放熱板４１は、図３に示すように、可撓性を有する熱伝導シート５０と、熱伝導シート５０で塞がれる開口部６１，６２を有する枠体６０と、を備えている。熱伝導シート５０は、例えば、グラファイトシートから形成されている。枠体６０は、例えば、ステンレスフレームから形成されている。

放熱板４１は、接着シート７０を介してマザーボード３０及びサブボード３５と接着されている。接着シート７０は、発熱部品のうち、メモリ３２、ＳＳＤ３４と重なって配置され、一方で、ＣＰＵ３１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３とは重なって配置されていない。なお、マザーボード３０上に配置される接着シート７０は、上述したヒートパイプ４２、拡張部材４４、及び付勢部材４５の形状に沿って切り欠かれている。

図４は、本発明の実施形態における枠体６０を熱伝導シート５０側から視た図である。なお、図４では、枠体６０の視認性を向上させるため、熱伝導シート５０は外形のみを示している。図５は、本発明の実施形態における枠体６０を熱伝導シート５０と反対側からみた斜視図である。なお、図５においては、冷却ファン４３の筐体の一部を構成するファンケーシング４７を取り外し、ファンカバー４６のみを示している。図６は、図２に示す矢視Ａ−Ａ断面の模式図である。

図４に示すように、枠体６０には、複数の開口部６１，６２，６３が形成されている。これら開口部６１，６２，６３のうち、第１の開口部６１は、ヒートパイプ４２と重なる部分に、ヒートパイプ４２に沿って間欠的に形成されている。第１の開口部６１は、ヒートパイプ４２の幅よりも僅かに小さい幅を有する略矩形状の開口とされ、ヒートパイプ４２の蛇行形状に沿って１列に列を成して形成されている。

詳しくは、第１の開口部６１は、ヒートパイプ４２の長手方向に沿って略一定のピッチで形成されているが、付勢部材４５で挟まれた部分（ＣＰＵ３１と重なる部分）では、例外的に当該ピッチよりも長く形成されている。また、ヒートパイプ４２の曲げ部における第１の開口部６１は、扇状とされている。これら第１の開口部６１は、熱伝導シート５０によって塞がれている。そして、ヒートパイプ４２は、これら第１の開口部６１を介して熱伝導シート５０と接触している。

第２の開口部６２は、ヒートパイプ４２と重ならない部分に形成された開口部である。第２の開口部６２は、ヒートパイプ４２とは関係無しに縦横に開口縁（桟）が形成されている。これら第２の開口部６２は、熱伝導シート５０によって塞がれている。マザーボード３０及びサブボード３５と重なる第２の開口部６２の熱伝導シート５０と反対側は、図５に示すように、接着シート７０が配置されている。

第３の開口部６３は、付勢部材４５と重なる部分に形成された略くの字状の開口部である。第３の開口部６３は、熱伝導シート５０によって塞がれておらず、また、接着シート７０によっても塞がれていない。

枠体６０には、図３及び図４に示すように、微小な段差６６，６７が形成されている。段差６６は、冷却ファン４３と重なる部分の高さを調整する段差である。また、段差６６は、ＳＳＤ３４と重なる部分の高さを調整する段差である。枠体６０は、ＳＳＤ３４と重なる部分に、サブボード３５と共締め可能な固定部６５が突出して設けられている。

枠体６０は、枠体６０は、冷却ファン４３と重なる部分に、冷却ファン４３と係合する係合爪６４を有している。係合爪６４は、枠体６０の一部を曲げて形成されたものであり、冷却ファン４３のファンカバー４６の周縁部に沿って複数形成されている。ファンカバー４６の周縁部には、係合爪６４が挿入される複数の係合孔４６ａが形成されている。

熱伝導シート５０には、図２及び図３に示すように、冷却ファン４３の吸気口４３ａを露出させる第１の貫通孔５１と、枠体６０の係合爪６４及びファンカバー４６の係合孔４６ａを露出させる第２の貫通孔５２と、ファンカバー４６及びファンケーシング４７を固定する固定ボルト４８を露出させる第３の貫通孔５３と、付勢部材４５を露出させる第４の貫通孔５４と、が形成されている。

枠体６０と対向する熱伝導シート５０の一方の面５０ａ（図６参照）は、接着面であり、当該一方の面５０ａに、枠体６０、ヒートパイプ４２、冷却ファン４３が接着されている。つまり、熱伝導シート５０の一方の面５０ａには、枠体６０の開口縁（桟）、第１の開口部６１から露出するヒートパイプ４２、及び、熱伝導シート５０と重なる冷却ファン４３のファンカバー４６が接着されている。

熱伝導シート５０は、マザーボード３０と重なる部分に、枠体６０の外側に延出する延出部５５（図２及び図４参照）を有している。延出部５５は、発熱部品のなかで背の高いＤＣ／ＤＣコンバータ３３と接着されている。つまり、延出部５５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３と、枠体６０及び接着シート７０を介さずに直接接触している。

上記構成のサーマルモジュール４０の放熱板４１によれば、可撓性を有する熱伝導シート５０と、熱伝導シート５０で塞がれた開口部６１，６２を有する枠体６０と、を備えているので、熱伝導としての機能は、薄い熱伝導シート５０で担保し、熱伝導シート５０の形状の維持を枠体６０が担うことができる。

熱伝導シート５０は、可撓性を有するので、図６に示すように、枠体６０の開口部６１の内側で撓んで、ヒートパイプ４２と接触できる。これにより、ホットスポットの一つとなるＣＰＵ３１直下において、放熱板４１（熱伝導シート５０）と筐体１０とのスペースＳを大きく確保でき、その結果、筐体１０の表面温度が上昇し難くなる。

このように、上述した本実施形態のサーマルモジュール４０によれば、可撓性を有する熱伝導シート５０と、熱伝導シート５０で塞がれた開口部６１を有する枠体６０と、枠体６０の開口部６１を介して熱伝導シート５０と接触するヒートパイプ４２と、を備える、という構成を採用することによって、発熱量が多い電子部品の近傍における筐体１０の表面温度の上昇を抑制できるサーマルモジュール４０が得られる。

また、本実施形態では、熱伝導シート５０は、グラファイトシートであるため、例えば、従来の銅板と比べて約半分の薄さで等価の熱拡散性が得られる。よって、熱伝導シート５０は、例えば、０．１ｍｍ程度に薄くすることができる。

また、本実施形態では、枠体６０は、ステンレスフレームである。ステンレスフレームは、熱伝導率は低いが、軽く、薄くても強度を保てるので、熱伝導シート５０の形状維持に優れている。ステンレスフレームも、例えば、０．１ｍｍ程度に薄くすることができる。

また、本実施形態では、枠体６０は、図４に示すように、ヒートパイプ４２と重なる部分に、ヒートパイプ４２に沿って間欠的に第１の開口部６１を有しているので、熱伝導シート５０の形状を保ちつつ熱伝導シート５０とヒートパイプ４２との接触面積を広く確保し、熱伝導シート５０が受けた熱をヒートパイプ４２に伝え易くすることができる。

また、本実施形態では、枠体６０は、ヒートパイプ４２と重ならない部分に、熱伝導シート５０で塞がれた第２の開口部６２を有しているので、ヒートパイプ４２と重ならない部分からも他の発熱部品から熱を奪うことができる。

また、本実施形態では、枠体６０は、冷却ファン４３と重なる部分に、冷却ファン４３と係合する係合爪６４を有しているので、冷却ファン４３に対して枠体６０（放熱板４１）を容易に位置決めできる。これにより、サーマルモジュール４０の組み立て性が良くなる。

また、本実施形態では、熱伝導シート５０の一方の面５０ａは、接着面であり、一方の面５０ａに、枠体６０、ヒートパイプ４２、冷却ファン４３が接着されている。この構成によれば、サーマルモジュール４０を組み立て性が良くなる。例えば、熱伝導シート５０の両面を接着面とし、一方の面に枠体６０を接着し、他方の面にヒートパイプ４２及び冷却ファン４３を接着する場合、接着工程の工数が増えるが、熱伝導シート５０の一方の面５０ａに、枠体６０、ヒートパイプ４２、冷却ファン４３を接着すれば、接着工程の工数が減り、また、接着面も片面で足りる。

また、上記電子機器１においては、発熱部品として、ヒートパイプ４２と重なって配置されたＣＰＵ３１（第１の発熱部品）を備えるので、発熱量が多いＣＰＵ３１の近傍における筐体１０の表面温度の上昇を抑制できる。

また、本実施形態では、発熱部品として、ヒートパイプ４２と重ならず、第２の開口部６２を介して熱伝導シート５０と接触するメモリ３２やＳＳＤ３４などの第２の発熱部品を備えているので、発熱量が多いメモリ３２やＳＳＤ３４などからも熱伝導シート５０に熱を伝えて拡散させることができる。

また、本実施形態では、熱伝導シート５０は、枠体６０の外側に延出する延出部５５を有し、発熱部品として、延出部５５と接触するＤＣ／ＤＣコンバータ３３（第３の発熱部品）を備えているので、発熱量が多く背が高いＤＣ／ＤＣコンバータ３３からも熱伝導シート５０に直接熱を伝えて拡散させることができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。上記の実施形態において説明した各構成は、矛盾しない限り任意に組み合わせることができる。

例えば、上記実施形態では、熱伝導シート５０がグラファイトシートである構成を例示したが、熱伝導シート５０は、例えば、シリコーン系の熱伝導シートや、非シリコーン系（例えばアクリル系）の熱伝導シートなどであってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、枠体６０がステンレスフレームである構成を例示したが、枠体６０は、例えば、チタン、チタン合金、アルミ、アルミ合金、銅、銅合金などの他の金属フレームであってもよい。また、強度を確保できれば、枠体６０は、プラスチックフレーム（繊維強化プラスチックを含む）であっても構わない。

また、例えば、上記実施形態では、発熱部品として、ＣＰＵ３１、メモリ３２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３、ＳＳＤ３６を例示したが、他の電子部品（例えばチャージャなど）を含んでいても構わない。また、第１〜第３の発熱部品の指定についても、上記発熱部品に限定されるものではない。

また、例えば、上記実施形態では、熱輸送部材として、ヒートパイプ４２を例示したが、例えば、ベーパーチャンバー（Vapor chamber）であっても構わない。

また、例えば、上記実施形態では、電子機器の一例としてノート型パーソナルコンピュータを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばタブレット等の他の電子機器にも適用できるものである。

１ 電子機器
３０ マザーボード（基板）
３１ ＣＰＵ（第１の発熱部品）
３２ メモリ（第２の発熱部品）
３３ ＤＣ／ＤＣコンバータ（第３の発熱部品）
３５ サブボード（基板）
３６ ＳＳＤ（第２の発熱部品）
４０ サーマルモジュール
４１ 放熱板
４２ ヒートパイプ（熱輸送部材）
４３ 冷却ファン
５０ 熱伝導シート
５０ａ 一方の面（接着面）
５５ 延出部
６０ 枠体
６１ 開口部（第１の開口部）
６２ 第２の開口部
６４ 係合爪

本発明は、サーマルモジュール、電子機器に関するものである。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、発熱量が多い電子部品の近傍における筐体の表面温度の上昇を抑制できるサーマルモジュール、電子機器の提供を目的とする。

Claims (12)

1. 可撓性を有する熱伝導シートと、
   前記熱伝導シートで塞がれた開口部を有する枠体と、
   前記枠体の前記開口部を介して前記熱伝導シートと接触する熱輸送部材と、を備える、サーマルモジュール。
2. 前記熱伝導シートは、グラファイトシートである、請求項１に記載のサーマルモジュール。
3. 前記枠体は、ステンレスフレームである、請求項１または２に記載のサーマルモジュール。
4. 前記枠体は、前記熱輸送部材と重なる部分に、前記熱輸送部材に沿って間欠的に前記開口部を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のサーマルモジュール。
5. 前記枠体は、前記熱輸送部材と重ならない部分に、前記熱伝導シートで塞がれた第２の開口部を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のサーマルモジュール。
6. 前記熱輸送部材を冷却する冷却ファンを備え、
   前記枠体は、前記冷却ファンと重なる部分に、前記冷却ファンと係合する係合爪を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のサーマルモジュール。
7. 前記熱伝導シートの一方の面は、接着面であり、
   前記接着面に、前記枠体、前記熱輸送部材、前記冷却ファンが接着されている、請求項６に記載のサーマルモジュール。
8. 発熱部品を実装した基板と、
   前記発熱部品から熱を奪う、請求項１〜７のいずれか一項に記載のサーマルモジュールと、を備える、電子機器。
9. 前記発熱部品として、前記熱輸送部材と重なって配置された第１の発熱部品を備える、請求項８に記載の電子機器。
10. 前記発熱部品として、前記熱輸送部材と重ならずに、前記開口部を介して前記熱伝導シートと接触する第２の発熱部品を備える、請求項８または９に記載の電子機器。
11. 前記熱伝導シートは、前記枠体の外側に延出する延出部を有し、
    前記発熱部品として、前記延出部と接触する第３の発熱部品を備える、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の電子機器。
12. 可撓性を有する熱伝導シートと、
    前記熱伝導シートで塞がれた開口部を有する枠体と、を備える、サーマルモジュール用放熱板。

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