JP3659634B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＰＵ等の電子部品の冷却モジュールを有する電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年電子機器に搭載されるＣＰＵは、動作クロック周波数が向上し、ますます高速、高性能になってきており、発熱量もますます大きいものとなってきており、ＣＰＵの性能を維持する為にはＣＰＵを冷却することが必要となっている。冷却方法として、ヒートシンク等の放熱部材をＣＰＵ上面に接続することで、ＣＰＵからの熱を放熱する方法が取られている。
【０００３】
従来のコンピュータ等の電子機器は、筐体に回路基板が内蔵され、この基板上にＣＰＵが実装されている。ＣＰＵの底面には複数の電極がマトリックス状に形成されており、回路基板にＣＰＵの電極が半田付け等により接続されている。ＣＰＵの上方にはＣＰＵにより発熱される熱を放熱する為のヒートシンクが伝熱性の良好な伝熱シート等を介して実装されている。ヒートシンクはアルミ等の熱伝導性の良好な材料により形成され、回路基板にヒートシンクを固定する為の支持部を一体形成している。ヒートシンクの支持部がネジを介して回路基板に固定されることで、ＣＰＵは回路基板とヒートシンクとの間に挟まれるように実装される。
【０００４】
上述したような従来の冷却モジュールにおいては、ヒートシンクはネジにより筐体、あるいは回路基板等にネジ止され、そのネジ止に係る力がそのままＣＰＵに加わるような構造となっている。また、ＣＰＵの寸法誤差、ＣＰＵの電極、例えば、半田バンプ、半田ボール等の寸法誤差による実装高さによるバラツキ、ヒートシンクの製造公差等のさまざまな寸法誤差を押えながら、さらに、ＣＰＵとヒートシンクの確実な熱接続を確保する為に、ＣＰＵには非常に大きな加重が加わっている。
【０００５】
さらに、近年のコンピュータ等の電子機器はユーザーの使用目的、好みに合わせた仕様に応じて作り分ける手法を取り入れたり、ユーザーが自由に仕様を変更することが可能となってきている。例えば、ＣＰＵに関しては、動作クロック周波数の異なるものを容易に取り替え可能なことが要求される。その為に、回路基板にＣＰＵ実装用のソケットを実装し、このソケットにＣＰＵを着脱可能に実装する方法が主流となってきている。ソケットはマトリックス状に配置された複数の半田ボールや、半田バンプ等により回路基板に半田付け実装される。更にＣＰＵは着脱を容易にする為にＰＧＡ（ＰＩＮ ＧＲＩＤ ＡＲＲＡＹ）タイプのものが採用されている。このタイプのＣＰＵは、ＣＰＵの電極として複数のピンがマトリックス状にＣＰＵ下面に配置されており、ソケットにＣＰＵのそれぞれのピンを差込実装する方式となっている。このようなＣＰＵ実装方法によりユーザーの要求を満たすことが可能となっている。
【０００６】
上記したソケットは通常リフロー半田付けされている。リフロー半田付けとはまず回路基板上の部品を実装する為の電極パッド上に半田ペーストを塗布し、次に高温のリフロー炉の中を通すことで半田ペーストを溶融させ半田付けさせるものである。また回路基板は両面に表面実装されており、回路基板表面へ部品（ソケット等）をリフロー半田付けし、次に回路基板の裏面に他の部品をリフロー半田付けする２ステップのリフロー半田付けにより回路基板両面への部品実装が行われる。通常回路基板は、実装する面を上面にしてリフロー炉内に入れられる
【０００７】
この際、表面へのリフロー半田付けによりソケットが正常に実装されているにも関わらず、裏面へのリフロー半田付けの際、回路基板をリフロー炉内に入れた際、表面（リフロー炉内では下面）に実装されている部品を接続している半田が再度溶融される。この半田が溶融している状態において、ソケットの自重により、ソケットが回路基板から離れる方向に傾いたりしてしまう。
【０００８】
ソケットの実装において、電極の半田付け等の品質によるソケットの実装高さ、傾きに大きくバラツキが出てくる。さらにはＣＰＵのピンのソケットへの差込具合や、ＣＰＵの寸法誤差、ソケットの寸法誤差により、ＣＰＵ実装後の回路基板面からＣＰＵ上面までの高さ寸法はかなりのバラツキが出てきてしまう。
【０００９】
このような実装方法を取っているＣＰＵに上述したようなヒートシンクを接続し、回路基板にネジ止めすると、ヒートシンクを止めるネジ固定力がそのままＣＰＵあるいはソケットに加わってしまう。従って、ＣＰＵやソケットに許容量以上の加重が加わると、ＣＰＵ、ソケットそれぞれの電極の亀裂、破損、回路破壊等、回路モジュールに悪影響を及ぼすという問題を誘発してしまう。
【００１０】
このような問題点を解決する例として例えば、特開２００１−１１０９６７号公報「電子素子の放熱構造」がある。特開２００１−１１０９６７号公報に開示されている電子素子の冷却構造は、基板に実装された電子素子に伝熱ブロックを接触させ、電熱ブロックからヒートパイプを介して熱拡散板に熱拡散する冷却構造において、伝熱ブロックの基板への実装に際し、ブロックの４角に設けられている固定用のネジとブロックとの間にコイルスプリングをそれぞれ介在させる構造が開示されている。このような構造で電子素子の高さ寸法の誤差を吸収する方法を提案している。しかしながら、特開２００１−１１０９６７号公報に開示の構成では部品点数の増加につながり、組立て性、部品点数、コストの面で余り好ましくない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたもので、電子部品や電子部品の実装寸法に誤差が生じたとしても、電子部品を破損させることなく良好に冷却することができ、組立て性の向上、部品点数の削減、コストの削減に良的な電子機器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る電子機器では、本体と、本体に内蔵され、動作中発熱する電子部品が実装された回路基板と、回路基板に実装され、ファンユニットを支持するファンケースと、このファンケースに支持され、電子部品に熱的に接続されて電子部品からの熱が伝熱されるとともに板バネ状に形成された受熱板とを具備する冷却モジュールと、を具備することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る電子機器は、本体と、本体に内蔵され、動作中発熱する電子部品が実装された回路基板と、回路基板に実装され、ファンユニットを支持するファンケースと、このファンケースに支持され、電子部品に熱的に接続されて電子部品からの熱が伝熱されるとともに板バネ状に形成された受熱板と、ファンケースの上面に設けられ空気を流入する流入口と、ファンケースの側面に設けられ流入された空気を吐き出す吐出口とを具備する冷却モジュールと、を具備することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る電子機器は、本体と、本体に内蔵され、動作中発熱する電子部品が実装された回路基板と、回路基板に実装され、ファンユニットを支持するファンケースと、このファンケースに一体に形成され、電子部品に熱的に接続されて電子部品からの熱が伝熱されるとともに板バネ状に形成された受熱板とを具備する冷却モジュールと、を具備することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下ノート型コンピュータ等の電子機器に適用した本発明に係る実施の形態を、図面を参照して説明する。図１はコンピュータの斜視図である。コンピュータ１は本体４を有している。本体４は上ケース２および下ケース３を有している。本体４の上面にはキーボード５が配置されている。本体４の後部にはヒンジ部６が設けられており、このヒンジ部６を介して表示部７が本体４に対して回動可能に接続されている。本体４の側面には開口８が形成される。
【００１７】
図２は、ＣＰＵの実装分解斜視図である。コンピュータ１には回路基板１０が内蔵される。回路基板１０にはマトリックス状に配置された電極パッド１１が設けられている。電極パッド１１上には電子部品であるＣＰＵ１６を実装するためのＣＰＵソケット１２が実装される。ＣＰＵソケット１２は基台１３に複数の半田ボール１５が形成されたＢＧＡタイプのソケットであり、半田ボール１５はパッド１１に半田付けされる。ＣＰＵソケット１２の上面には複数の孔１４がマトリックス状に形成されている。
【００１８】
ＣＰＵ１６の基台１７の下面には複数の電極ピン１９が形成されており、ＰＧＡタイプのＣＰＵとなっている。基台１７には素子１８が実装されており、素子１８とピン１９とは電気的に接続されている。
【００１９】
図３は、第１の実施形態に係る冷却モジュールの斜視図である。回路基板１０に実装されているＣＰＵソケット１２およびＣＰＵ１６上には冷却モジュール２０が実装される。冷却モジュール２０はファンケース２１および受熱板２２とがアルミニウム等の金属材料にて一体形成されている。ファンケース２１はローター２５およびファン２６および後述するモータを覆うようなハウジング状に形成されており、上面には２１ａには吸入口２３が形成される。吸入口２３とはファン２６およびローター２５とが露出される。これらファン２６の回転により、冷却モジュール２０の周囲の空気は吸入口２３に流入されるようになる。さらにファンケース２１の側面には吐出口２４が形成される。吸入口２３から流入した空気は吐出口２４からは吐き出される構成となる。回路基板１０および冷却モジュール２０は本体４に実装されると、冷却モジュール２０の吐出口２４は開口８と対向するように配置される。ファンケース２１には、冷却モジュール２０を回路基板１０にネジ固定するためのネジ固定部２９ａ，２９ｂ，２９ｃが形成される。ネジ固定部２９ａ，２９ｂ，２９ｃはボス３１ａ，３１ｂ，３１ｃおよび、ネジ３３ａ，３３ｂ，３３ｃを介して回路基板１０に固定される。
【００２０】
受熱板２２は平らな板バネ状に形成され、バネ特性を有している。したがって受熱板２２はファンケース２１との境界付近がファンケース２１に支持されているような片持ちの板バネとして機能する。受熱板２２はＣＰＵ１６からの熱に熱的に接続された状態で回路基板１０に支持される。受熱板２２の端部には回路基板１０に固定するために固定部２７、２８が一体形成される。固定部２７，２８も受熱板２２と同厚寸法で形成される為板バネ特性を有するものである。固定部２７，２８には回路基板１０にネジ固定するためのネジ孔３０ａ，３０ｂが形成される。固定部２７，２８は回路基板１０にネジ３５ａ，３５ｂおよびボス３２ａ，ｂを介してネジ固定される。
【００２１】
図４は、図３におけるＡ−Ａ’線に沿う断面を示す図である。ファン２６およびローター２５はファンケース２１に支持されたモータ２５ａにより回転駆動される。受熱板２２の裏面のほぼ中央部には受熱板２２より若干突出した受熱部２２ａが一体形成される。
【００２２】
図４に示すように回路基板１０にＣＰＵソケット１２を介して実装されたＣＰＵ１６の素子１８からの熱は伝熱シートもしくは伝熱グリス等の伝熱部材４０を介して受熱板２２の受熱部２２ａに伝熱される。受熱板２２に伝熱された熱はファンケース２１に伝熱され、ファン２６の回転により吸入口２３より流入した空気により冷却され、吐出口２４より横方に吐き出される。吐出口２４より吐き出された空気は本体側面の開口８より外部に吐き出される。
【００２３】
図５は、第１の実施形態に係る冷却モジュールの断面図である。図５に示すように受熱板２２はファンケース２１と一体形成されており、受熱板２２はファンケース２１との境界２２ｂを境に板バネとして機能する。図のように受熱板２２は上下への変位が可能である。
【００２４】
図６は、ＣＰＵの実装高さ寸法に応じて冷却モジュールが実装された場合の図５におけるＡ−Ａ’線に沿う断面を示す図である。図６に示すようにＣＰＵソケット１２の実装高さに狂いが生じ、ＣＰＵ１６の実装高さにばらつきが生じた場合でも、受熱板２２は受熱部２２ａ付近がＣＰＵ１６の実装高さに応じて上方に盛り上がった状態、すなわち図６中矢印方向へ変位した状態でＣＰＵ１６に密着するようになる。したがって、ＣＰＵ１６やＣＰＵソケット１２への過度の応力が加わらないため、ＣＰＵ１６やＣＰＵソケット１２自身もしくはこれらのピン１９や半田ボール１５にダメージを与えることが極力抑えられることになる。
【００２５】
図７は、第２の実施形態に係る冷却モジュールの斜視図である。図８は、図７におけるＢ−Ｂ’線に沿う断面を示す図である。第１の実施の形態と同一構造の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
受熱板２２からは延出部４１ａ，４１ｂが一体形成される。延出部４１ａ，４１ｂは受熱板２２と同厚寸法に形成されるため、板バネとしても機能する。さらに延出部４１ａ，４１ｂからはそれぞれ下方に伸びる脚部４１ｃ，４１ｄがそれぞれ一体形成され，これら脚部４１ｃ，４１ｄからは固定部４１ｅ，４１ｆが形成される。図８に示すように、固定部４１ｅ，４１ｆにはネジ固定用のネジ孔４２ａ，４２ｂが形成され、ネジ３５ａ，３５ｂにより回路基板１０にネジ固定される。
【００２７】
図９は、第２の実施形態に係る冷却モジュールの断面図である。第１の実施の形態と同様に、受熱板２２はファンケース２１と一体形成されており、受熱板２２はファンケース２１との境界２２ｂを境に板バネとして機能する。図のように受熱板２２は上下への変位が可能である。
【００２８】
図１０は、ＣＰＵの実装高さ寸法に応じて冷却モジュールが実装された場合の図７におけるＢ−Ｂ’線に沿う断面を示す図である。図１０に示すようにＣＰＵソケット１２の実装高さに狂いが生じ、ＣＰＵ１６の実装高さにばらつきが生じた場合でも、受熱板２２は受熱部２２ａ付近がＣＰＵ１６の実装高さに応じて上方に盛り上がった状態でＣＰＵ１６に密着するようになる。したがって、ＣＰＵ１６やＣＰＵソケット１２への過度の応力が加わらないため、ＣＰＵ１６やＣＰＵソケット１２自身もしくはこれらのピン１９や半田ボール１５にダメージを与えることが極力抑えられることになる。
【００２９】
第２の実施の形態においては、固定部４２ａ，４２ｂを回路基板１０に直接固定することが出来るため第１の実施の形態に比べて部品点数の削減に貢献する。さらに、延出部４１ａ，４１ｂおよび脚部４１ｃ，４１ｄも板バネとして機能するために第１の実施の形態に比べてＣＰＵ１６の実装高さのばらつきに追従して、受熱板２２のＣＰＵ１６への密着を効率よく行うことが可能となる。
本発明ではその主旨を逸脱しない範囲であれば、上記の実施形態に限定されるものではない。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述した発明によれば、電子部品や電子部品の実装寸法に誤差が生じたとしても、電子部品を破損させることなく良好に冷却することができ、組立て性の向上、部品点数の削減、コストの削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンピュータの斜視図。
【図２】ＣＰＵの実装分解斜視図。
【図３】第１の実施形態に係る冷却モジュールの斜視図。
【図４】図３におけるＡ−Ａ’線に沿う断面を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る冷却モジュールの断面図。
【図６】ＣＰＵの実装高さ寸法に応じて冷却モジュールが実装された場合の図３におけるＡ−Ａ’線に沿う断面を示す図。
【図７】第２の実施形態に係る冷却モジュールの斜視図。
【図８】図７におけるＢ−Ｂ’線に沿う断面を示す図。
【図９】第２の実施形態に係る冷却モジュールの断面図。
【図１０】ＣＰＵの実装高さ寸法に応じて冷却モジュールが実装された場合の図７におけるＢ−Ｂ’線に沿う断面を示す図。
【符号の説明】
１…コンピュータ、２…上ケース、３…下ケース、４…本体、５…キーボード、６…ヒンジ部、７…表示部、８・・・開口、１０・・・回路基板、１１・・・電極パッド、１２・・・ＣＰＵソケット、１３、１７・・・基台、１４・・・孔、１５・・・半田ボール、１６・・・ＣＰＵ、１８・・・素子、１９・・・電極ピン、２１・・・冷却モジュール、２１・・・ファンケース、２２・・・受熱板、２２ａ・・・受熱部、２２ｂ・・・境界、２３・・・吸入口、２４・・・吐出口、２５・・・ローター、２６・・・ファン、２９ａ，２９ｂ，２９ｃ・・・ネジ固定部、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ・・・ボス、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ、３５ａ，ｂ・・・ネジ、４０・・・伝熱部材、４１ａ，４１ｂ・・・延出部、４１ｃ，４１ｄ・・・脚部、４１ｅ，４１ｆ・・・固定部、４２ａ，４２ｂ・・・ネジ孔

Claims (7)

1. 本体と、
   上記本体に内蔵され、動作中発熱する電子部品が実装された回路基板と、
   上記回路基板に実装され、ファンユニットを支持するファンケースと、このファンケースに支持され、上記電子部品に熱的に接続されて上記電子部品からの熱が伝熱されるとともに板バネ状に形成された受熱板とを具備する冷却モジュールと、
   を具備することを特徴とする電子機器。
2. 本体と、
   上記本体に内蔵され、動作中発熱する電子部品が実装された回路基板と、
   上記回路基板に実装され、ファンユニットを支持するファンケースと、このファンケースに支持され、上記電子部品に熱的に接続されて上記電子部品からの熱が伝熱されるとともに板バネ状に形成された受熱板と、上記ファンケースの上面に設けられ空気を流入する流入口と、上記ファンケースの側面に設けられ上記流入された空気を吐き出す吐出口とを具備する冷却モジュールと、
   を具備することを特徴とする電子機器。
3. 本体と、
   上記本体に内蔵され、動作中発熱する電子部品が実装された回路基板と、
   上記回路基板に実装され、ファンユニットを支持するファンケースと、このファンケースに一体に形成され、上記電子部品に熱的に接続されて上記電子部品からの熱が伝熱されるとともに板バネ状に形成された受熱板とを具備する冷却モジュールと、
   を具備することを特徴とする電子機器。
4. 上記受熱板は固定部を有し、上記固定部は上記回路基板に固定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器。
5. 上記ファンケースは上面に空気を流入する流入口を有し、側面に上記流入口から流入された空気を吐き出す吐出口が形成されたことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の電子機器。
6. 上記本体は側面に開口を有し、上記吐出口は上記開口と対向することを特徴とする請求項２または請求項５に記載の電子機器。
7. 上記電子部品と上記受熱板とは伝熱部材を介して熱的に接続されることを特徴とする請求項６記載の電子機器。

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