(57)【要約】【課題】電子機器内の実装されるＬＳＩの放熱構造において、放熱構造の小型化及びＬＳＩの防塵、防水対策を図る事を目的とする。【解決手段】筺体の内部に格納された発熱体による熱源を放熱部で外部放出させる放熱装置であって、前記筺体は、平面を持つ前記放熱部で塞がれた開口部を備える前記筺体を分割した第１の分割筺体と、平面を持つ前記発熱体を前記発熱体の平面が露出するように配置した基板と、前記筺体を分割した第２の分割筺体と、前記第１の分割筺体と前記第２の分割筺体を組み合わせる第１の固定部と、を備え、前記第１の固定部により、前記放熱部と前記発熱体の互いの平面が平行に接触するように前記第１の分割筺体と前記第２の分割筺体を固定し、前記基板を前記第１の筺体と前記第２の筺体の内部に格納する構造である。【選択図】図２
0003162593.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
筺体の内部に格納された発熱体による熱源を放熱部で外部放出させる放熱装置であって、
前記筺体は、
平面を持つ前記放熱部で塞がれた開口部を備える前記筺体を分割した第１の分割筺体と、
平面を持つ前記発熱体を前記発熱体の平面が露出するように配置した基板と、
前記筺体を分割した第２の分割筺体と、
前記第１の分割筺体と前記第２の分割筺体を組み合わせる第１の固定部と、
を備え、
前記第１の固定部により、前記放熱部と前記発熱体の互いの平面が平行に接触するように前記第１の分割筺体と前記第２の分割筺体を固定し、前記基板を前記第１の筺体と前記第２の筺体の内部に格納する構造であることを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
前記基板は第２の固定部を更に備え、
前記第２の固定部により、前記放熱部と前記発熱体の互いの平面が平行に接触するように前記第１の分割筺体と前記基板を固定する構造である事を特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項３】
前記放熱部の主成分はセラミクスを用いる事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放熱装置。
【請求項４】
前記発熱体はプロセッサ用途とロジック用途に使用されるＬＳＩである事を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の放熱装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電子回路基板を備える電子製品の筺体に配置された放熱部による放熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路であるＬＳＩはスケーリング則によりＬＳＩチップ内に形成されるＭＯＳトランジスタ・配線などの素子寸法の微細化は処理速の度高速化とチップ面積の小型化に寄与する。
【０００３】
ここでのスケーリング則とは、１９７４年、米ＩＢＭ社のロバート・デナードらが発表したＬＳＩのチップ内の主要素子のＭＯＳトランジスタ・配線のサイズを縦、横、高さ方向をそれぞれ縮小して使えば、ＬＳＩの動作は保証されつつ、スイッチング動作も高速になるという法則である。
【０００４】
チップ内の主要素子の単位面積あたりの集積度も向上し、結果的に前世代のＬＳＩよりも小型のチップにおいて高性能を実現できる。概ね製造費、材料費を変えずに高性能で小型化のＬＳＩを生産できることから年々、ＬＳＩは微細化とチップ面積の小型化が進められている。
【０００５】
スケーリング則に従い素子寸法の微細化とチップ面積が小型化されたＬＳＩは高性能であるだけでなく、平面状の電子回路基板に高密度により多くの種類のＬＳＩを実装したり、性能を向上させつつ電子回路基板を小型化したりすることができる。
【０００６】
このように電子回路基板の小型化は、現在の電子製品の主流となりつつあるデザイン性の高い小型・薄型筺体の電子製品を普及させる源泉となっている。小型・薄型電子製品は、携帯性、扱い易さに優れており製品自体の付加価値を高める。
【０００７】
ところが、一般にＬＳＩは内部抵抗を有しておりＬＳＩ駆動時に熱が発生する。このためＬＳＩを従来よりも狭い筺体に高密度に実装することは、製品駆動時に発生する単位面積あたりの発熱を増加させ、この発熱が誤動作、寿命低下などの問題の原因となっている。
この対策として、ＬＳＩの処理速度を制限して発熱を抑えるか、ヒートシンクにより放熱対策を行うことが主流となっている。
【０００８】
特許文献１に記載されている技術の主な構成は、密閉容器、密閉容器の一部である外部ヒートシンク、密閉容器内のプラグインパッケージング、内部ヒートシンクとからなり、内部ヒートシンクはプラグインパッケージングとの接触固定機能と外部ヒートシンクの内面との接触固定機能を有し、プラグインパッケージングの着脱を想定した可動型ヒートシンクであり、これを用いてプラグインパッケージング、内部ヒートシンク、外部ヒートシンクの接触固定を行い、プラグインパッケージング内で発生した熱移動を向上させる。
この際に、固定法式を規定することで、製品の小型化にも寄与するものである。
【０００９】
ＬＳＩ駆動時の発熱が過剰となるとＬＳＩ内での電流リークによる誤作動や、ＬＳＩ自体の寿命を縮める問題がある。一般にプロセッサやロジック系のＬＳＩはＬＳＩの温度が９０℃以上になると、誤動作を起こす。またＬＳＩの寿命は８０℃前後から１０℃上がると半減すると言われ、常温〜８０℃程度で使用するのが良いとされている。
このようななか、前述したとおり、近年単位面積あたりの発熱の顕著な増加は、誤動作や、寿命低下を招くほど大きくなっている。
【００１０】
この対策として、現状では、処理速度を制限して発熱を抑えるか、自然対流型ヒートシンクにより熱対策を行うことが主流となっている。先ず前術の処理速度の制限は、製品の性能を制限するものであり好ましくない。
【００１１】
またヒートシンクによる放射現象を利用する場合を考えると、放射は既知の物理現象であり、固体の多くが熱を赤外線に変換して放射する性質を指す。放射の効率は、放射率の値の高い材料が優れており、放射率が同じ値の場合、表面積が広いほど放射量が増える。
【００１２】
その一方で、体積の影響を受けない。一般に放射率の低い物質は対流型ヒートシンクにも良く利用される銅、アルミなどの金属であり、高い物資はセラミクスや酸化処理をした金属が挙げられる。
【００１３】
銅、アルミなどの放射率は０．１前後、セラミクスは０．８〜０．９前後、酸化処理をした金属はその中間である。なお、酸化処理をした金属は比較的放射率が高いが、酸化度合いが放射率に影響するためばらつきがおおく、個体物性として高い放射率を有するセラミクスの利用が最適である。
公知の技術として、この要件を満たすセラミクスの例の放射率の高いアルミナを用い、実験的に電子デバイス冷却に応用した例が示されている。（非特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−１５４８８８
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】２００９年電子材料１０月号ＰＰ３９-４３  出版社  工業調査会
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１６】
前述の自然対流型ヒートシンクは熱伝導の良い銅、アルミなどの金属製であり、発熱源と接触する面に広い平面を設け、これに直行するフィン（薄い板）を設けたものが主流であり、平面で暖まった気体が上昇・フィンの間を通過する際、気体の分子とフィンの接触により、フィンの熱を奪うことで冷却効果を得るが、立体構造であることから電子製品の小型化を阻むもので根本的な解決策に至らない。
【００１７】
セラミクス型ヒートシンクによる放射現象は対流を必要としないため、自然対流を起こしやすい立体構造をとることなくセラミクスの表面積を稼ぐことだけで放熱効率を高めることが可能となり、電子製品の求める平板状の冷却手段として最適である。
【００１８】
このためセラミクス平板を密閉容器内の発熱源のＬＳＩや電子回路基板、に熱的に接触させることでＬＳＩの冷却が可能となる。
ところが赤外線の放射経路に密閉容器面がある場合、赤外線は密閉容器面に吸収されるか、反射し、系の内部に熱エネルギーがこもってしまう。
【００１９】
この問題を解決するために、セラミクス平板を電子回路基板に固定し、基板の対向面の密閉容器を開口し、赤外線の外部への放射を促すことで冷却効果を得ることができるが、製品内の防塵保持・防水能力保持の点から好ましくない。
本考案は、放熱部の構造をシンプルにすることで電子機器の小型化に寄与し、放熱部を電子機器と組み込む際に必要な固定の構造も更にシンプルにし、小型化と安価な放熱構造にて赤外線を密閉容器面での吸収や反射をさせず外部に放射させる構造をもつ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本考案は、筺体の内部に格納された発熱体による熱源を放熱部で外部放出させる放熱装置であって、前記筺体は、平面を持つ前記放熱部で塞がれた開口部を備える前記筺体を分割した第１の分割筺体と、平面を持つ前記発熱体を前記発熱体の平面が露出するように配置した基板と、前記筺体を分割した第２の分割筺体と、前記第１の分割筺体と前記第２の分割筺体を組み合わせる第１の固定部と、を備え、前記第１の固定部により、前記放熱部と前記発熱体の互いの平面が平行に接触するように前記第１の分割筺体と前記第２の分割筺体を固定し、前記基板を前記第１の筺体と前記第２の筺体の内部に格納する構造であることを特徴とする。
【００２１】
また、前記基板は第２の固定部を更に備え、前記第２の固定部により、前記放熱部と前記発熱体の互いの平面が平行に接触するように前記第１の分割筺体と前記基板を固定する事を特徴とする。
また、前記放熱部の主成分はセラミクスを用いる事を特徴とする。
また、前記発熱体はプロセッサ用途とロジック用途に使用されるＬＳＩである事を特徴とする。
【考案の効果】
【００２２】
本考案により、放熱部の構造をシンプルにすることで電子機器の小型化に寄与し、放熱部を電子機器と組み込む際に必要な固定の構造も更にシンプルにし、小型化と安価な放熱構造にて赤外線を密閉容器面での吸収や反射をさせず外部に放射させる構造をもつ装置を提供することができる。
【００２３】
加えて密閉容器に固定されたセラミクス平板の密閉容器内部の熱源への接触は、密閉容器どうしの固定を利用するので、セラミクス平板の密閉容器内部の熱源への接触固定行程が簡略化され生産性の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の放熱構造の一例を示す図
【図２】本考案の放熱構造の第１の実施例を示す図
【図３】本考案の放熱構造の第２の実施例を示す図
【考案を実施するための形態】
【００２５】
本考案は先行技術例と同じく密閉容器の一部を外部ヒートシンクとして利用するが、さらに効率良く小型化を実現するため、外部ヒートシンクと、密閉容器内の熱源との熱的な導通は先行技術例のような特殊な固定治具を用いず、筺体どうしの固定、または、筺体と電子回路基板の固定を利用する。
【００２６】
本考案は密閉容器に固定される電子回路基板について、電子基板上のＬＳＩ駆動時の発熱を効率良く放熱する構成であって、密閉容器の小型化に、より適した構造を提供し、且つ製造の効率向上に寄与する。
本考案では、省スペースの放熱手段として放射または輻射現象（近年放射という言葉が主流であるので以後放射とする）を利用する。
【００２７】
本考案では、密閉容器に開口部を設け、開口部を塞ぐように密閉容器に固定にしたセラミクスに対向するＬＳＩまたは電子回路基板、またはこれらに接続する熱伝導材に熱的に接触させることでＬＳＩの直接および間接冷却を行う。
図1に従来の放熱構造について示す。
図１において、筺体１内に電子基板回路、発熱源３であるＬＳＩが固定されている。発熱源３のＬＳＩが駆動することによって熱を発生する。
【００２８】
ＬＳＩの消費電力が高い場合、高速処理によって発熱源３から過剰の熱が多く発生し、この熱がＬＳＩ自身の正常動作を阻む。このため、従来自然対流型ヒートシンク２は、図示しない電子回路基板上に取り付けられた、ばねつき固定ネジ、フックなどで発熱源３に熱的に接触するように固定される。
【００２９】
自然対流を利用したヒートシンクを用いるＬＳＩの冷却は、従来一般的な冷却であったが、機能上、立体構造を取る必要があるので、電子製品の小型化・薄型化が困難であり、電子製品の小型を阻んでいる。
【００３０】
加えて、自然対流型ヒートシンク２固定には上述したように、ばねつき固定ネジ、フックなどの固定治具を用いるため、電子回路基板上の配線パターンはこれらをよける必要があり、電子回路基板の小型化を阻む問題がある。
図２は本考案の放熱構造の第１の実施例である。
【００３１】
図２の２０１は、発熱源７の平面を持つＬＳＩが平面を持つ外部ヒートシンク６と熱的に接触をする前の図であり、図２の２０２は熱的に接触した場合を示す図である。外部ヒートシンク６はＬＳＩの熱源を外部放出させる。外部ヒートシンク６はセラミクスであるアルミナを主成分とする。高温でのＬＳＩの誤動作が懸念されるため、本考案の発熱体であるＬＳＩは主にプロセッサやロジック系の用途である場合を想定している。
【００３２】
これらの図によりヒートシンク固定の構成を示す。図２の２０１において、外部ヒートシンク６は、筺体Ａ５に図示しない接着材、テープ材、などで固定されている。発熱源７となるＬＳＩは、電子回路基板８上にはんだリフローにより固定されている。ＬＳＩはＬＳＩの平面が露出するよう電子回路基板８上に配置している。ＬＳＩは筺体の内部に格納された場合にＬＳＩの平面が外部ヒートシンクの平面と平行になるように電子回路基板８上に配置している。
【００３３】
さらに電子回路基板８は、筺体Ｂ９にネジ止めなどで固定されている。図２の２０２において、筺体Ａ５と筺体Ｂ９は製品としての密閉構造をとるために固定ネジ１０によって固定される。その際、同時に外部ヒートシンク６は発熱源７と熱的に接触を得る構成となる。電子回路基板８は密閉構造の筺体の内部に格納される。筺体Ａ５と筺体Ｂ９は筺体が分割されたものである。
【００３４】
なお、外部ヒートシンク６は、製品の小型化・薄型に寄与させるために、電子回路基板８と平行になるように配置される。外部ヒートシンク６と発熱源７を固定するための専用の固定治具は用いない。このため、電子回路基板８上にネジ穴、フック固定部などを設ける必要がなく、電子回路基板を小型にできる。
【００３５】
さらに、外部ヒートシンク６は、セラミクス平板からなるため、薄型化に寄与する。発熱源７から発生した熱は外部ヒートシンク６に伝わり、熱エネルギーは赤外線に変換され、密閉構造である筺体の外部に放出される。これにより、発熱源７のＬＳＩの駆動時の温度は許容温度以下に保たれ、正常動作し且つ寿命が延びる。
図３は本考案の発熱対処方法の第２の実施例である。
【００３６】
図３の３０１は、発熱源７の平面を持つＬＳＩが平面を持つ外部ヒートシンク６と熱的に接触をする前の図であり、図３の３０２は熱的に接触した場合を示す図である。
【００３７】
図３の３０３は製品として筺体が密閉容器になった図を示す。これらの図によりヒートシンク固定の構成を示す。図３の３０１において、外部ヒートシンク６は、筺体Ａ５に図示しない接着材、テープ材、などで固定されている。
【００３８】
発熱源７となるＬＳＩは、電子回路基板８上にはんだリフローにより固定されている。図３の３０２において、電子回路基板８は、筺体Ａ５にネジ止めなどで固定される。ＬＳＩはＬＳＩの平面が露出するよう電子回路基板８上に配置している。ＬＳＩは筺体Ａと基板が固定された場合にＬＳＩの平面が外部ヒートシンクの平面と平行になるように電子回路基板８上に配置している。
【００３９】
その際、同時に外部ヒートシンク６は発熱源７と熱的に接触を得る構成となる。尚、外部ヒートシンク６は、製品の小型化・薄型に寄与するために、概ね電子回路基板８と並行になるように配置される。外部ヒートシンク６は、セラミクス平板からなるため、薄型化に寄与する。外部ヒートシンク６と発熱源７を固定するための固定治具は用いない。
【００４０】
このため、電子回路基板８上にネジ穴、フック固定部などを設ける必要がなく、電子回路基板を小型にできる。図３の３０３において、筺体Ａ５と筺体Ｂ９は製品としての密閉構造をとるために固定される。なお、発熱源７から発生した熱は外部ヒートシンク６に伝わり、熱エネルギーは赤外線に変換され、外部に放出される。これにより、発熱源７のＬＳＩの駆動時の温度は許容温度以下に保たれ、正常動作し且つ寿命が延びる。
【符号の説明】
【００４１】
１    筺体
２    自然対流型ヒートシンク（放熱部）
３    発熱源（ＬＳＩ）
４    電子回路基板
５    筺体Ａ
６    外部ヒートシンク（放熱部）
７    発熱源（ＬＳＩ）
８    電子回路基板
９    筺体Ｂ
１０  固定ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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