(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器であって、
筐体と、
前記筐体内に設けられた第１発熱体及び第２発熱体と、
前記第１発熱体及び前記第２発熱体が発生する熱を吸熱する冷却モジュールと、
を備え、
前記冷却モジュールは、
第１金属プレートと、該第１金属プレートよりも大きな外形を有する第２金属プレートとで挟まれた部分に密閉空間を形成し、該密閉空間に作動流体を封入したベーパーチャンバと、
前記第２金属プレートの前記第１金属プレートの外形から張り出した部分に形成された金属フレームと、
前記金属フレームで支持されたグラフェンを含む熱伝導プレートと、
を有し、
前記ベーパーチャンバは、前記第１発熱体が発生する熱を吸熱可能に配置され、
前記熱伝導プレートは、前記第２発熱体が発生する熱を吸熱可能に配置されている
ことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器であって、
前記金属フレームは、前記第２金属プレートの前記張り出した部分に切抜き孔が形成されることで枠状又は格子状に形成されていることを特徴とする電子機器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子機器であって、
前記密閉空間は、前記第２金属プレートの第１面に形成され、
前記第１発熱体は、前記第２金属プレートの前記密閉空間を形成する部分の第２面に対して受熱部材を介して接続され、
前記熱伝導プレートは、前記金属フレームの前記第２金属プレートの前記第２面に対応する面に固定され、
前記第２発熱体は、前記熱伝導プレートの前記金属フレームに対する取付面の裏面に向かって放熱するように設けられている
ことを特徴とする電子機器。
【請求項４】
請求項３に記載の電子機器であって、
前記熱伝導プレートは、前記金属フレームから前記第２金属プレートの前記密閉空間を形成する部分まで延在することで、前記密閉空間と上下方向にオーバーラップしていることを特徴とする電子機器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子機器であって、
前記冷却モジュールは、さらに、
前記第２金属プレートと熱的に接続された冷却フィンと、
前記冷却フィンに送風可能な送風ファンと、
を有することを特徴とする電子機器。
【請求項６】
電子機器であって、
筐体と、
前記筐体内に設けられた第１発熱体及び第２発熱体と、
前記第１発熱体及び前記第２発熱体が発生する熱を吸熱する冷却モジュールと、
を備え、
前記冷却モジュールは、
金属プレートと、
前記金属プレートの第１面に固定され、一部が前記金属プレートの外形から張り出すように設けられたグラフェンを含む第１熱伝導プレートと、
前記金属プレートの前記第１面又は第２面に固定されたグラフェンを含む第２熱伝導プレートと、
前記金属プレートに対する前記第１熱伝導プレートの取付面のうち、前記第１熱伝導プレートが前記金属プレートの外形から張り出した部分に対して固定された金属シートと、
前記金属シートに対して接合された冷却フィンと、
前記冷却フィンに送風可能な送風ファンと、
を有し、
前記第１熱伝導プレートは、前記第１発熱体が発生する熱を吸熱可能に配置され、
前記第２熱伝導プレートは、前記第２発熱体が発生する熱を吸熱可能に配置されている
ことを特徴とする電子機器。
【請求項７】
請求項６に記載の電子機器であって、
前記金属プレートの前記第２熱伝導プレートが固定される部分は、切抜き孔が形成されることで枠状又は格子状に形成されていることを特徴とする電子機器。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の電子機器であって、
前記第２熱伝導プレートは、前記金属プレートの前記第２面に固定され、
前記第１熱伝導プレートと前記第２熱伝導プレートとは、前記金属プレートを挟んで上下方向にオーバーラップしていることを特徴とする電子機器。
【請求項９】
冷却モジュールであって、
第１金属プレートと、該第１金属プレートよりも大きな外形を有する第２金属プレートとで挟まれた部分に密閉空間を形成し、該密閉空間に作動流体を封入したベーパーチャンバと、
前記第２金属プレートの前記第１金属プレートの外形から張り出した部分に形成された金属フレームと、
前記金属フレームで支持されたグラフェンを含む熱伝導プレートと、
を備えることを特徴とする冷却モジュール。
【請求項１０】
請求項９に記載の冷却モジュールであって、
前記金属フレームは、前記第２金属プレートの前記張り出した部分に切抜き孔が形成されることで枠形状又は格子形状に形成されていることを特徴とする冷却モジュール。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の冷却モジュールであって、
前記密閉空間は、前記第２金属プレートの第１面に形成され、
前記熱伝導プレートは、前記金属フレームの前記第２金属プレートの第２面に対応する面に固定され、
前記熱伝導プレートは、前記金属フレームから前記第２金属プレートの前記密閉空間を形成する部分まで延在することで、前記密閉空間と上下方向にオーバーラップしている
ことを特徴とする冷却モジュール。
【請求項１２】
冷却モジュールであって、
金属プレートと、
前記金属プレートの第１面に固定され、一部が前記金属プレートの外形から張り出すように設けられたグラフェンを含む第１熱伝導プレートと、
前記金属プレートの前記第１面又は第２面に固定されたグラフェンを含む第２熱伝導プレートと、
前記金属プレートに対する前記第１熱伝導プレートの取付面のうち、前記第１熱伝導プレートが前記金属プレートの外形から張り出した部分に対して固定された金属シートと、
前記金属シートに対して接合された冷却フィンと、
前記冷却フィンに送風可能な送風ファンと、
を備えることを特徴とする冷却モジュール。
【請求項１３】
請求項１２に記載の冷却モジュールであって、
前記金属プレートの前記第２熱伝導プレートが固定される部分は、切抜き孔が形成されることで枠形状又は格子形状に形成されている
ことを特徴とする冷却モジュール。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の冷却モジュールであって、
前記第２熱伝導プレートは、前記金属プレートの前記第２面に固定され、
前記第１熱伝導プレートと前記第２熱伝導プレートとは、前記金属プレートを挟んで上下方向にオーバーラップしている
ことを特徴とする冷却モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却モジュールを備えた電子機器及び冷却モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ノート型ＰＣ（ノートブック型パーソナルコンピュータ）のような電子機器は、ＣＰＵを含む複数の発熱体を収容している。このような電子機器は、筐体内に冷却モジュールを搭載し、発熱体が発生する熱を拡散し、外部に放熱することを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６４６９１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の冷却モジュールは、２枚の金属プレートの間の密閉空間に作動流体を封入したベーパーチャンバと、銅プレートで形成された熱拡散プレートと、をそれぞれ備えた構成が一般的である。このため、このような冷却モジュールは、部品点数が多く、筐体内への組付けに手間がかかる。また、金属製の熱拡散プレートは軽量化が難しく、電子機器の重量を増大させる。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、部品点数を低減し、軽量化を図ることができる冷却モジュールを備えた電子機器及び冷却モジュール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】
【０００６】
本発明の第１態様に係る電子機器は、電子機器であって、筐体と、前記筐体内に設けられた第１発熱体及び第２発熱体と、前記第１発熱体及び前記第２発熱体が発生する熱を吸熱する冷却モジュールと、を備え、前記冷却モジュールは、第１金属プレートと、該第１金属プレートよりも大きな外形を有する第２金属プレートとで挟まれた部分に密閉空間を形成し、該密閉空間に作動流体を封入したベーパーチャンバと、前記第２金属プレートの前記第１金属プレートの外形から張り出した部分に形成された金属フレームと、前記金属フレームで支持されたグラフェンを含む熱伝導プレートと、を有し、前記ベーパーチャンバは、前記第１発熱体が発生する熱を吸熱可能に配置され、前記熱伝導プレートは、前記第２発熱体が発生する熱を吸熱可能に配置されている。
【０００７】
本発明の第２態様に係る電子機器は、電子機器であって、筐体と、前記筐体内に設けられた第１発熱体及び第２発熱体と、前記第１発熱体及び前記第２発熱体が発生する熱を吸熱する冷却モジュールと、を備え、前記冷却モジュールは、金属プレートと、前記金属プレートの第１面に固定され、一部が前記金属プレートの外形から張り出すように設けられたグラフェンを含む第１熱伝導プレートと、前記金属プレートの前記第１面又は第２面に固定されたグラフェンを含む第２熱伝導プレートと、前記金属プレートに対する前記第１熱伝導プレートの取付面のうち、前記第１熱伝導プレートが前記金属プレートの外形から張り出した部分に対して固定された金属シートと、前記金属シートに対して接合された冷却フィンと、前記冷却フィンに送風可能な送風ファンと、を有し、前記第１熱伝導プレートは、前記第１発熱体が発生する熱を吸熱可能に配置され、前記第２熱伝導プレートは、前記第２発熱体が発生する熱を吸熱可能に配置されている。
【０００８】
本発明の第３態様に係る冷却モジュールは、冷却モジュールであって、第１金属プレートと、該第１金属プレートよりも大きな外形を有する第２金属プレートとで挟まれた部分に密閉空間を形成し、該密閉空間に作動流体を封入したベーパーチャンバと、前記第２金属プレートの前記第１金属プレートの外形から張り出した部分に形成された金属フレームと、前記金属フレームで支持されたグラフェンを含む熱伝導プレートと、を備える。
【０００９】
本発明の第４態様に係る冷却モジュールは、冷却モジュールであって、金属プレートと、前記金属プレートの第１面に固定され、一部が前記金属プレートの外形から張り出すように設けられたグラフェンを含む第１熱伝導プレートと、前記金属プレートの前記第１面又は第２面に固定されたグラフェンを含む第２熱伝導プレートと、前記金属プレートに対する前記第１熱伝導プレートの取付面のうち、前記第１熱伝導プレートが前記金属プレートの外形から張り出した部分に対して固定された金属シートと、前記金属シートに対して接合された冷却フィンと、前記冷却フィンに送風可能な送風ファンと、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、部品点数を低減し、軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、一実施形態に係る電子機器を上から見下ろした模式的な平面図である。
【図２】図２は、筐体の内部構造を模式的に示す底面図である。
【図３】図３は、冷却モジュールの斜視図である。
【図４】図４は、冷却モジュール及びマザーボードの模式的な側面断面図である。
【図５】図５は、変形例に係る金属フレームを備えた冷却モジュールの模式的な平面図である。
【図６】図６は、変形例に係る冷却モジュール及びマザーボードの模式的な側面断面図である。
【図７】図７は、図６に示す冷却モジュールの冷却フィン及びその周辺部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る電子機器及び冷却モジュールについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、一実施形態に係る電子機器１０を上から見下ろした模式的な平面図である。図１に示すように、電子機器１０は、ディスプレイ筐体１２と筐体１４とをヒンジ１６で相対的に回動可能に連結したクラムシェル型のノート型ＰＣである。本発明に係る電子機器は、ノート型ＰＣ以外、携帯電話、スマートフォン、又は携帯用ゲーム機等でもよい。
【００１４】
ディスプレイ筐体１２は、筐体１４よりも薄い扁平な箱体である。ディスプレイ筐体１２には、ディスプレイ１８が搭載されている。ディスプレイ１８は、映像を表示するディスプレイ部１８ａと、タッチ操作のためのタッチパネル部１８ｂと、を有する。ディスプレイ部１８ａは、例えば有機ＥＬ（ＯＬＥＤ：Organic  Light  Emitting  Diode）や液晶で構成される。タッチパネル部１８ｂは、省略されてもよい。
【００１５】
以下、筐体１４及びこれに搭載された各構成要素について、図１に示すようにディスプレイ筐体１２を所定角度に開いてディスプレイ１８を視認する状態を基準とし、手前側を前、奥側を後、幅方向を左右、厚み方向を上下、と呼んで説明する。
【００１６】
筐体１４は、扁平な箱体である。筐体１４は、その後端部にヒンジ１６が連結されている。筐体１４は、上面及び四周側面を形成する上カバー材１４ａと、下面を形成する下カバー材１４ｂとで構成されている。筐体１４の上面には、キーボード２０及びタッチパッド２１が設けられている。筐体１４の内部には、本実施形態に係る冷却モジュール２２が搭載されている。
【００１７】
図２は、筐体１４の内部構造を模式的に示す底面図である。図２は、下カバー材１４ｂを取り外して上カバー材１４ａの内面側から筐体１４内を見た図である。図２に示すように、筐体１４の内部には、マザーボード２４と、バッテリ装置２６と、ディスプレイ基板２８やタッチパネル基板２９等の各種電子部品と、冷却モジュール２２と、が搭載されている。
【００１８】
バッテリ装置２６は、当該電子機器１０の電源となる充電池である。ディスプレイ基板２８は、ディスプレイ部１８ａでの映像表示を制御するためのサブボードである。ディスプレイ基板２８は、筐体１２，１４間に亘るフレキシブル基板２８ａを介してディスプレイ部１８ａと電気的に接続されている。タッチパネル基板２９は、タッチパネル部１８ｂの制御用のサブボードである。タッチパネル基板２９は、筐体１２，１４間に亘るフレキシブル基板２９ａを介してタッチパネル部１８ｂと電気的に接続されている。ディスプレイ基板２８及びタッチパネル基板２９は、マザーボード２４の後側に配置され、マザーボード２４と接続されている。
【００１９】
マザーボード２４は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）３０、通信モジュール３１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、ＳＳＤ（Solid  State  Drive）３３等が実装されたＰＣＢ（プリント基板）である。マザーボード２４は、キーボード２０の下に配置され、上カバー材１４ａにねじ止めされている。マザーボード２４は、上面２４ａが上カバー材１４ａに対する取付面となり、下面２４ｂがＣＰＵ３０や通信モジュール３１等の電子部品の実装面となる。電子部品の一部は、上面２４ａに実装されていてもよい。マザーボード２４は、平面視略Ｔ字形状を成し、筐体１４の後部で左右に亘って延在している。
【００２０】
ＣＰＵ３０は、当該電子機器１０の主たる制御や処理に関する演算を行う。ＣＰＵ３０は、筐体１４内に搭載された電子部品中で最大級の発熱体である。通信モジュール３１は、ディスプレイ筐体１２や筐体１４に搭載された図示しないアンテナを介して送受信される無線通信の情報処理を行うデバイスである。通信モジュール３１は、例えば第５世代移動通信システムに対応している。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、バッテリ装置２６から供給される直流電力の電圧をＣＰＵ３０等の各電子部品に要求される電圧に変換する。ＳＳＤ３３は、ディスクドライブの代わりに半導体メモリを用いた記憶装置である。これら通信モジュール３１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、及びＳＳＤ３３は、ＣＰＵ３０に次ぐ発熱体である。
【００２１】
本実施形態のマザーボード２４は、ＣＰＵ３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、ＳＳＤ３３が略横一列に並んで配置され、通信モジュール３１がＣＰＵ３０の前側に配置されている。これらＣＰＵ３０等の配置は適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００２２】
冷却モジュール２２は、ＣＰＵ３０、通信モジュール３１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、及びＳＳＤ３３等の発熱体が発生する熱を吸熱及び拡散し、さらに筐体１４外へと放熱する冷却装置である。冷却モジュール２２の冷却対象となる電子部品は、ＣＰＵ３０、通信モジュール３１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、ＳＳＤ３３以外であっても勿論よく、例えばＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）等の各種演算装置、カメラ用の画像チップや部品等、電子機器１０の動作中に発熱する各種発熱体を例示できる。
【００２３】
図３は、冷却モジュール２２の斜視図である。図４は、冷却モジュール２２及びマザーボード２４の模式的な側面断面図である。図４は、冷却モジュール２２の機能を明示するため、通信モジュール３１をＣＰＵ３０の左側に並べて図示している。図３及び図４に示すように、冷却モジュール２２は、ベーパーチャンバ３４と、金属フレーム３５が一体形成された金属プレート３６と、熱伝導プレート３７と、冷却フィン３８と、送風ファン３９と、を備える。
【００２４】
図２〜図４に示すように、ベーパーチャンバ３４は、平面視略クランク形状を成している。ベーパーチャンバ３４は、ＣＰＵ３０と冷却フィン３８との間に亘って延在し、ＣＰＵ３０からの熱を冷却フィン３８へと輸送する。図４に示すように、ベーパーチャンバ３４は、金属プレート４１と金属プレート３６とで挟まれた部分に密閉空間３４ａを形成し、この密閉空間３４ａに作動流体を封入したものである。
【００２５】
金属プレート４１は、アルミニウム、銅、又はステンレスのような熱伝導率が高い金属によって形成されたプレートである。金属プレート４１は、ベーパーチャンバ３４の蓋板（上板）であり、略バスタブ形状を有する。金属プレート３６は、アルミニウム、銅、又はステンレスのような熱伝導率が高い金属によって形成されたプレートである。金属プレート３６は、金属プレート４１よりも大きな外形（表面積）を有する。金属プレート３６は、ベーパーチャンバ３４の底板（下板）であり、当該冷却モジュール２２の略全体に亘って広がっている。
【００２６】
金属プレート４１，３６間は、金属プレート４１の外周縁部が金属プレート３６の第１面３６ａに対して溶接等によって接合されて封止されることで、内部に密閉空間３４ａが形成される。金属プレート４１は、金属プレート３６よりも小さい外形であるため、金属プレート３６の第１面３６ａの一部のみを覆うように設けられる。図４は、金属プレート４１，３６間の接合部として、金属プレート４１の外周縁部の端面を金属プレート３６に突き当てて接合したように模式的に図示している。実際の接合部は、例えば金属プレート４１の外周縁部を板厚方向に潰して第１面３６ａに接合することで、薄いフランジ形状を成す。
【００２７】
ベーパーチャンバ３４は、ヒートパイプの一種類であるプレート型の熱輸送装置である。密閉空間３４ａは、封入された作動流体が相変化を生じながら流通する流路となる。作動流体としては、例えば水、代替フロン、アセトン又はブタン等を例示できる。本実施形態の作動流体は水である。密閉空間３４ａ内には、凝縮した作動流体を毛細管現象で送液するウィック（図示せず）が配設されている。ウイックは、例えば金属製の細線を綿状に編んだメッシュや微細流路等で形成される。
【００２８】
図４に示すように、本実施形態のベーパーチャンバ３４は、金属プレート３６の密閉空間３４ａを形成する部分、つまり金属プレート４１と対向する部分の第２面３６ｂに対してＣＰＵ３０が熱的に接続される。ＣＰＵ３０は、第２面３６ｂに対して受熱部材３０ａを介して接続される。受熱部材３０ａは、アルミニウムや銅のような熱伝導率が高い金属によって形成されたプレートである。ベーパーチャンバ３４は、金属プレート３６の第２面３６ｂに対してさらに冷却フィン３８が熱的に接続される。ＣＰＵ３０は、密閉空間３４ａの一端部（金属フレーム３５側の端部）に配置されている。冷却フィン３８は、密閉空間３４ａの他端部（金属フレーム３５側とは逆側の端部）に配置されている。これによりベーパーチャンバ３４は、作動流体が発熱体であるＣＰＵ３０からの熱で蒸発して拡散移動し、冷却フィン３８に対して放熱して凝縮した後に再びＣＰＵ３０に対する吸熱位置まで戻る相変化を繰り返して熱輸送を行う。
【００２９】
図２〜図４に示すように、金属フレーム３５は、平面視略クランク形状を成している。金属フレーム３５は、金属プレート３６の一部であり、金属プレート３６が金属プレート４１の外形（外周縁部）から張り出した部分に形成されている。金属フレーム３５は、熱伝導プレート３７を支持するためのものである。
【００３０】
金属フレーム３５は、金属プレート３６の各所に矩形状等の切抜き孔３５ａを形成することで、外枠部３５ｂと内枠部３５ｃとを有する格子状を成している。外枠部３５ｂは、金属フレーム３５の外周縁部を縁取るように延在した帯状の板部である。内枠部３５ｃは、外枠部３５ｂの内周側に梁状に設けられた帯状の板部である。本実施形態の金属フレーム３５は、格子状に形成されることで、軽量化と高い剛性とを両立している。これにより金属フレーム３５は、冷却モジュール２２の重量増を最小限に抑えつつ、熱伝導プレート３７を安定して支持することができる。
【００３１】
図２〜図４に示すように、熱伝導プレート３７は、略クランク形状を成している。熱伝導プレート３７は、金属プレート３６の第２面３６ｂのうち、密閉空間３４ａと重なる部分の金属フレーム３５側の縁部から金属フレーム３５の略全面に亘って延在している。熱伝導プレート３７は、グラフェンを含むプレートであり、高い熱伝導率を有する。熱伝導プレート３７は、例えばグラフェンを含む炭素同位体（例えば、グラファイト、カーボンナノチューブ、フラーレン等を含む）が配合された樹脂を溶融させ、この樹脂を加熱圧縮してプレート状に硬化させたものである。熱伝導プレート３７を構成するグラフェンのプレートとしては、例えば「ＧＨＰ２００」（Ying  Shun社の製品名）を例示できる。
【００３２】
このように熱伝導プレート３７は炭素系の薄いプレートである。そこで、熱伝導プレート３７は、十分な取付剛性を担保するため、金属フレーム３５で支持している。熱伝導プレート３７は、取付面３７ａが両面テープ、粘着剤、又は接着剤等で金属フレーム３５の枠部３５ｂ，３５ｃに固定されている。
【００３３】
熱伝導プレート３７は、ＣＰＵ３０に次ぐ発熱体である通信モジュール３１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、及びＳＳＤ３３等と重なるように配置される。図４に示す構成例では、熱伝導プレート３７は、金属フレーム３５に対する取付面３７ａの裏面３７ｂが、通信モジュール３１等の発熱体の頂面との間に僅かな隙間を介して対向している。熱伝導プレート３７の裏面３７ｂと通信モジュール３１等の発熱体との間は、ＣＰＵ３０と同様な受熱部材３０ａやサーマルラバー等を介在させてもよい。
【００３４】
本実施形態の熱伝導プレート３７は、一部が金属フレーム３５から金属プレート３６の密閉空間３４ａを形成する部分まで延在することで、密閉空間３４ａと上下方向にオーバーラップしている（図４参照）。これにより熱伝導プレート３７は、ベーパーチャンバ３４へと直接的に伝熱可能である。
【００３５】
図２〜図４に示すように、冷却フィン３８は、筐体１４の外壁（本実施形態では後壁）に形成された排気口に面して配置される。冷却フィン３８は、アルミニウム、銅、又はステンレスのような熱伝導率が高い金属のブロックに筐体１４の内外方向に貫通する複数のスリットを形成したものである。冷却フィン３８は、金属プレート３６の密閉空間３４ａを形成する部分の第２面３６ｂに対して溶接等によって接合されている。
【００３６】
図２〜図４に示すように、送風ファン３９は、冷却フィン３８と受熱部材３０ａ（ＣＰＵ３０）との間となる位置で、金属プレート３６の第２面３６ｂに取り付けられている。送風ファン３９は、冷却フィン３８と近接し、筐体１４内から吸い込んだ空気を冷却フィン３８のスリットを通して筐体１４外へと排気する。
【００３７】
以上のように、本実施形態の冷却モジュール２２は、最大級の発熱体であるＣＰＵ３０を吸熱対象とするベーパーチャンバ３４と、ＣＰＵ３０に次ぐ発熱体である通信モジュール３１等を吸熱対象とする熱伝導プレート３７と、を一体にモジュール化したものである。
【００３８】
ベーパーチャンバ３４の板厚は、例えば０．３ｍｍであり、このうち金属プレート３６の板厚が０．１ｍｍであり、金属プレート３６の第１面３６ａから金属プレート４１の外面までの板厚が０．２ｍｍである。金属フレーム３５は、金属プレート３６の一部であるため、その板厚は０．１ｍｍである。熱伝導プレート３７の板厚は、例えば０．２ｍｍである。送風ファン３９及び冷却フィン３８の板厚は、例えば２．７ｍｍである。従って、冷却モジュール２２は、全体として極めて薄い板厚を有する。
【００３９】
冷却モジュール２２は、最も厚みのある送風ファン３９の側方に熱伝導プレート３７を配置している。そして、送風ファン３９と熱伝導プレート３７との間に形成されるスペースにＣＰＵ３０及び受熱部材３０ａを配置して金属プレート３６と熱的に接続し、その側方に形成されるスペースに通信モジュール３１等を配置して熱伝導プレート３７と熱的に接続している。その結果、冷却モジュール２２は、筐体１４内でのスペース効率がよく、筐体１４全体の板厚に対する影響も最小限でありながらも高い冷却性能を確保できる。
【００４０】
図４中に１点鎖線で示す矢印は、熱の移動を模式的に示したものである。冷却モジュール２２において、ベーパーチャンバ３４の熱伝導率は、５０００〜１００００（Ｗ／ｍＫ）程度である。熱伝導プレート３７を形成するグラフェンプレートの熱伝導率は、１６００（Ｗ／ｍＫ）程度である。金属プレート３６が銅である場合の熱伝導率は、４００（Ｗ／ｍＫ）程度である。
【００４１】
従って、ＣＰＵ３０が発生した熱は、受熱部材３０ａからベーパーチャンバ３４へと伝達され、極めて高効率に冷却フィン３８へと伝達される。一方、通信モジュール３１等が発生した熱は、銅プレートよりも４倍程度の熱伝導率を持つ熱伝導プレート３７に伝達され、高効率に拡散して放熱される。この際、熱伝導プレート３７は、一部が金属プレート３６を挟んで密閉空間３４ａと上下方向にオーバーラップしている。このため、通信モジュール３１等の熱は、一部がベーパーチャンバ３４を介して冷却フィン３８へと高効率に輸送されるため、一層高い放熱性能が得られる。
【００４２】
しかもグラフェンを含む熱伝導プレート３７の密度は、例えば１．５（ｇ／ｃｍ３）程度であり、銅プレートの密度、例えば８．９（ｇ／ｃｍ３）程度に比べて大幅に軽い。すなわち、当該冷却モジュール２２は、グラフェンを含む熱伝導プレート３７で熱拡散プレートを形成している。このため、当該冷却モジュール２２は、銅プレートで熱拡散プレートを形成した構成に対し、金属フレーム３５の重量分を考慮しても大幅な軽量化が可能となっている。
【００４３】
図５は、変形例に係る金属フレーム３５Ａを備えた冷却モジュール２２の模式的な平面図である。上記した金属フレーム３５は、格子状であった。これに対し、図５に示す金属フレーム３５Ａは、内枠部３５ｃを持たず、外枠部３５ｂのみで枠状に形成されている。これにより金属フレーム３５Ａは、金属フレーム３５よりもさらなる軽量化を図りつつ、必要な剛性を確保できる。
【００４４】
以上のように、本実施形態の電子機器１０は、筐体１４内に、第１発熱体であるＣＰＵ３０と、第２発熱体である通信モジュール３１等と、冷却モジュール２２と、を備える。冷却モジュール２２は、ベーパーチャンバ３４と、ベーパーチャンバ３４を構成する金属プレート３６に形成された金属フレーム３５と、金属フレーム３５で支持されたグラフェンを含む熱伝導プレート３７と、を有する。そして、ベーパーチャンバ３４がＣＰＵ３０が発生する熱を吸熱可能に配置され、熱伝導プレート３７が通信モジュール３１等が発生する熱を吸熱可能に配置されている。
【００４５】
従って、当該冷却モジュール２２は、１枚の金属プレート３６に対して、異なる発熱体の吸熱に対応するベーパーチャンバ３４と熱伝導プレート３７とを設けることで、２種類の熱輸送部材が一体にモジュール化されている。その結果、当該冷却モジュール２２は、部品点数を低減し、筐体１４内への組付けが容易となる。しかも熱伝導プレート３７は、グラフェンを含むプレートで形成されることで、従来の銅等の金属製の熱拡散プレートよりも大幅な軽量化が可能となる。また、このように炭素系材料で形成された熱伝導プレート３７は、金属フレーム３５で支持されるため、剛性や取付安定性の問題を生じることもない。
【００４６】
図６は、変形例に係る冷却モジュール２２Ａ及びマザーボード２４の模式的な側面断面図である。図７は、図６に示す冷却モジュール２２Ａの冷却フィン３８及びその周辺部の拡大図である。図６に示す冷却モジュール２２Ａにおいて、図１〜図５に示される参照符号と同一の参照符号は同一又は同様な構成を示し、このため同一又は同様な機能及び効果を奏するものとして詳細な説明を省略する。
【００４７】
図６に示す冷却モジュール２２Ａは、図４に示す冷却モジュール２２と比べて、ベーパーチャンバ３４の代わりに熱伝導プレート４４及び金属シート４５を備える点が相違する。
【００４８】
熱伝導プレート４４は、上記したベーパーチャンバ３４の金属プレート４１と略同一の平面形状を有する。熱伝導プレート４４は、金属プレート３６の第１面３６ａに取り付けられている。熱伝導プレート４４は、上記した熱伝導プレート３７と同一又は同様な構造でよく、グラフェンを含むプレートである。熱伝導プレート４４は、取付面４４ａが両面テープ、粘着剤、又は接着剤等で金属プレート３６の第１面３６ａに固定されている。図６に示すように、冷却モジュール２２Ａの金属プレート３６は、図４に示す構成例よりも外形が小さい。熱伝導プレート４４は、金属プレート３６の第１面３６ａに固定された状態で、金属フレーム３５側とは逆側の一部が金属プレート３６の外形から張り出した部分（突出部分４４ｂ）を有する。冷却モジュール２２Ａにおいても、熱伝導プレート３７の一部が金属プレート３６を挟んで熱伝導プレート４４と上下方向にオーバーラップしている。
【００４９】
金属シート４５は、アルミニウム又は銅のような熱伝導率の高い金属で形成されたシートである。本実施形態の金属シート４５は、銅シートである。金属シート４５は、熱伝導プレート４４の金属プレート３６に対する取付面４４ａのうち、金属プレート３６から突出した突出部分４４ｂに対して固定されている。金属シート４５は、炭素系材料で形成された熱伝導プレート４４に対して、金属製で表面に凹凸形状を持った冷却フィン３８を強固に固定するための中間部材である。金属シート４５の板厚は、例えば１２μｍ程度である。
【００５０】
図７に示すように、金属シート４５は、両面テープ、粘着剤、又は接着剤等の固定部材４６を用いて熱伝導プレート４４の取付面４４ａに固定されている。本実施形態の固定部材４６は、高い熱伝導率を持った両面粘着テープである。固定部材４６の板厚は、例えば１５μｍ程度である。金属シート４５は、上下両面が高い平面度を持ったシート状或いはホイル状の部材であり、固定部材４６を介して強固に熱伝導プレート４４に固着できる。
【００５１】
冷却フィン３８は、その頂面が金属シート４５に対して接合部４７によって強固に接合されている。接合部４７は、例えばスズを含む溶接による接合部である。接合部４７の厚みは、例えば１０μｍ程度である。冷却フィン３８の頂面は、上記したように凹凸形状を有する。しかしながら、冷却フィン３８は、溶接による接合部４７により強固に金属シート４５に接合され、結果として熱伝導プレート４４に冷却フィン３８が強固に固定される。
【００５２】
図６中に１点鎖線で示す矢印は、熱の移動を模式的に示したものである。冷却モジュール２２Ａでは、ベーパーチャンバ３４に比べると熱伝導率が劣るが、その分、大幅な軽量化が図られた熱伝導プレート４４を用いている。このため、冷却モジュール２２Ａは、上記した冷却モジュール２２よりもさらなる軽量化が可能である。しかも冷却モジュール２２Ａにおいても、ＣＰＵ３０の熱は、受熱部材３０ａから熱伝導プレート４４へと伝達され、高効率に冷却フィン３８へと伝達される。一方、通信モジュール３１等の熱は、熱伝導プレート３７内で高効率に拡散して放熱され、一部が金属プレート３６から熱伝導プレート４４へと伝達されて、冷却フィン３８へと高効率に輸送される。
【００５３】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  電子機器
１４  筐体
２２，２２Ａ  冷却モジュール
３０  ＣＰＵ
３１  通信モジュール
３２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
３３  ＳＳＤ
３４  ベーパーチャンバ
３４ａ  密閉空間
３５，３５Ａ  金属フレーム
３６，４１  金属プレート
３７，４４  熱伝導プレート
３８  冷却フィン
３９  送風ファン
４５  金属シート
【要約】
【課題】部品点数を低減し、軽量化を図ることができる冷却モジュールを備えた電子機器及び冷却モジュールを提供する。
【解決手段】電子機器は、筐体と、前記筐体内に設けられた第１発熱体及び第２発熱体と、前記第１発熱体及び前記第２発熱体が発生する熱を吸熱する冷却モジュールと、を備える。前記冷却モジュールは、第１金属プレートと、該第１金属プレートよりも大きな外形を有する第２金属プレートとで挟まれた部分に密閉空間を形成し、該密閉空間に作動流体を封入したベーパーチャンバと、前記第２金属プレートの前記第１金属プレートの外形から張り出した部分に形成された金属フレームと、前記金属フレームで支持されたグラフェンを含む熱伝導プレートと、を有する。前記ベーパーチャンバは、前記第１発熱体が発生する熱を吸熱可能に配置され、前記熱伝導プレートは、前記第２発熱体が発生する熱を吸熱可能に配置されている。
【選択図】図４【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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