特開 2021-132155 熱輸送装置および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-132155(P2021-132155A)

(43)【公開日】2021年9月9日

(54)【発明の名称】熱輸送装置および電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/40 20060101AFI20210813BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20210813BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/40 E

   H05K7/20 E

   H05K7/20 F

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2020-27363(P2020-27363)

(22)【出願日】2020年2月20日

(71)【出願人】

【識別番号】505205731

【氏名又は名称】レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 諒太

(72)【発明者】

【氏名】山崎 央

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA11

5E322AB01

5E322AB11

5E322BB03

5E322DB08

5E322FA04

5F136BA30

5F136CC11

5F136DA25

5F136EA36

5F136EA43

5F136FA01

5F136FA02

5F136FA03

(57)【要約】

【課題】良好な放熱性を有し、薄型化が可能で、基板に対してストレスを与えない熱輸送装置。
【解決手段】熱輸送装置１１は、メイン基板２０における裏面２０ｂに沿って広がり、裏面２０ｂにおけるチップ３４に対応する位置に接触する第１放熱板３８と、実装面２０ａに沿って広がり、チップ３４の表面に接触する第２放熱板４０と、メイン基板２０のスルーホール４１を通り、第１放熱板３８と第２放熱板４０との隙間が所定幅Ｗになるように第１放熱板３８と第２放熱板４０とを固定する接続具４２とを備える。接続具４２は、第２放熱板４０に形成された雄ネジ孔５８を雄ネジ部４４ｂが通るボルト４４と、第１放熱板３８に固定されてスルーホール４１を通って立設し、雄ネジ部４４ｂが螺合されるスタッド４６とを備える。第２放熱板４０は、スタッド４６の端面４６ｂとボルト４４のヘッド部４４ａとによって固定される。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に実装された発熱体の熱を輸送する熱輸送装置であって、
前記基板における前記発熱体の実装面と逆の裏面に沿って広がり、前記裏面における前記発熱体に対応する位置に熱接触する第１放熱板と、
前記実装面に沿って広がり、前記発熱体の表面に熱接触する第２放熱板と、
前記基板に形成されたスルーホールを通り、前記第１放熱板と前記第２放熱板との隙間が所定幅になるように前記第１放熱板と前記第２放熱板とを固定する接続具と、
を備えることを特徴とする熱輸送装置。

【請求項2】

請求項１に記載の熱輸送装置において、
前記接続具は、
前記第１放熱板および前記第２放熱板のいずれか一方に形成された雄ネジ孔を雄ネジ部が通るボルトと、
他方に固定されて前記スルーホールを通って立設し、前記雄ネジ部が螺合されるスタッドと、
を備え、
前記第１放熱板および前記第２放熱板のうち前記雄ネジ孔の形成された一方は、前記スタッドの端面と前記ボルトのヘッド部とによって挟持されて固定されることを特徴とする熱輸送装置。

【請求項3】

請求項１に記載の熱輸送装置において、
前記接続具は、
前記第１放熱板および前記第２放熱板のいずれか一方に形成された雄ネジ孔を雄ネジ部が通るボルトと、
他方に形成された支柱孔を通って立設し、前記支柱孔に対して抜け止めされ、前記雄ネジ部が螺合されるスタッドと、
を備え、
前記第１放熱板および前記第２放熱板のうち前記雄ネジ孔が形成された一方は、前記スタッドの端面と前記ボルトのヘッド部とによって挟持されて固定されることを特徴とする熱輸送装置。

【請求項4】

請求項２または３に記載の熱輸送装置において、
前記第１放熱板および前記第２放熱板のうち前記雄ネジ孔が形成された一方に対して、一端が前記発熱体と熱接触する部分に固定され、前記ボルトが前記スタッドに螺合することにより他端が前記ヘッド部によって押圧されて弾性変位する板バネを備えることを特徴とする熱輸送装置。

【請求項5】

請求項２〜４のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、
前記第１放熱板は、
前記裏面における前記発熱体に対応する位置に熱接触し、前記スタッドが設けられる第１厚み部分と、
前記第１厚み部分の側面に固定され、前記第１厚み部分よりも薄い第２厚み部分と、
を備えることを特徴とする熱輸送装置。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、
前記第２放熱板は、前記発熱体に熱接触する接触部が凸形状になっていることを特徴とする熱輸送装置。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、
前記発熱体はＰｏＰ構造であることを特徴とする熱輸送装置。

【請求項8】

発熱体を備える電子機器であって、
前記発熱体が実装された基板と、
前記基板における前記発熱体の実装面と逆の裏面に沿って広がり、前記裏面における前記発熱体に対応する位置に熱接触する第１放熱板と、
前記実装面に沿って広がり、前記発熱体の表面に熱接触する第２放熱板と、
前記基板に形成されたスルーホールを通り、前記第１放熱板と前記第２放熱板との隙間が所定幅になるように前記第１放熱板と前記第２放熱板とを固定する接続具と、
を備えることを特徴とする電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発熱体の熱を輸送する熱輸送装置、および該熱輸送装置を備える電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器ではＣＰＵなどの発熱体を備えており、その消費電力によっては放熱する必要がある。特許文献１にはＣＰＵで発生する熱を放熱板によって放熱する発明が開示されている。特許文献１の放熱板はヒートパイプとヒートスプレッダーとを含む一枚板であり、ＣＰＵの上面に接している。

【0003】

一方、ノート型ＰＣやタブレット端末などの携帯用電子機器はさらなる小型化および薄型化が求められている。携帯用電子機器では基板の小型化のために、ＰｏＰ（Ｐａｃｋａｇｅ ｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ）構造を用いられることが考えられる。ＰｏＰ構造では、例えばロジック系のサブパッケージとメモリ系のサブパッケージとを積層して基板上に実装することで実装面積を減らすとともに、配線長を短縮することができる。

【0004】

ＰｏＰ構造パッケージにおける下層のサブパッケージについては上層のサブパッケージで覆われてしまうことから放熱性が劣る。特に、下層のサブパッケージを発熱量の大きいＣＰＵとするためには何らかの熱輸送手段を設けることが望ましい。このため、特許文献２では、ＰｏＰの下層サブパッケージにおける電子部品に対して、その上方露呈面に放熱部材を接触させて放熱することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−３４９４７９号公報

【特許文献2】特開２０１４−１１６６０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献２に記載の発明では、下層サブパッケージの電子部品に放熱部材を接触させているが、該放熱部材は下層サブパッケージと上層サブパッケージとの狭い隙間に介在させなければならず製造が困難である。また、既存のＰｏＰ構造に対してはこのような放熱部材を後付けで取り付けることはできない。

【0007】

発熱量が大きい発熱体を十分に放熱させるためには、放熱板を２枚設けることが考えられる。例えば、図１１の比較例に示すように基板５００の上面に発熱体のチップ５０２が実装されている場合に第１放熱板５０４および第２放熱板５０６を設ける。第１放熱板５０４は、基板５００におけるチップ５０２の裏面５００ａに沿って広がり、裏面５００ａにおけるチップ５０２に対応する位置に接触する。第２放熱板５０６は、実装面５００ｂに沿って広がり、チップ５０２の表面に接触する。第１放熱板５０４および第２放熱板５０６は、それぞれ基板５００に対してスタッド５０８ａ，５０８ｂによって固定される。このように第１放熱板５０４と第２放熱板５０６とを用いることにより、チップ５０２がＰｏＰ構造であっても適切に放熱させることができる。

【0008】

しかしながら、図１１に示す例では第１放熱板５０４が裏面５００ａに対してスタッド５０８ａで固定されるとともに、第２放熱板５０６が実装面５００ｂに対してスタッド５０８ｂで固定されていることから、高さ方向に２つのスタッド５０８ａ，５０８ｂが介在して高さ方向寸法が大きくなり薄型化の要請に反する。

【0009】

また、第１放熱板５０４および第２放熱板５０６をチップ５０２の上面およびその裏面相当部に対して適切に接触させるためには、各スタッド５０８ａ，５０８ｂをチップ５０２の近傍に配置することが望ましいが、これらのスタッド５０８ａ，５０８ｂは基板５００に固定されることから該基板５００には曲げストレスが加わり、チップ５０２の半田付け部に剥離などの接触不良が発生する懸念がある。

【0010】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、良好な放熱性を有し、薄型化が可能で、しかも基板に対してストレスを与えることのない熱輸送装置および電子機器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】

【0011】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第１態様に係る熱輸送装置は、基板上に実装された発熱体の熱を輸送する熱輸送装置であって、前記基板における前記発熱体の実装面と逆の裏面に沿って広がり、前記裏面における前記発熱体に対応する位置に熱接触する第１放熱板と、前記実装面に沿って広がり、前記発熱体の表面に熱接触する第２放熱板と、前記基板に形成されたスルーホールを通り、前記第１放熱板と前記第２放熱板との隙間が所定幅になるように前記第１放熱板と前記第２放熱板とを固定する接続具と、を備える。

【0012】

このような熱輸送装置では、第１放熱板と第２放熱板とにより良好な放熱性を有する。また、第１放熱板と第２放熱板とを固定する接続具は、基板に形成されたスルーホールを通っていることから実装面側と裏面側とで共通であることから薄型化が可能で、しかも基板に対してストレスを与えることがない。

【0013】

前記接続具は、前記第１放熱板および前記第２放熱板のいずれか一方に形成された雄ネジ孔を雄ネジ部が通るボルトと、他方に固定されて前記スルーホールを通って立設し、前記雄ネジ部が螺合されるスタッドと、を備え、前記第１放熱板および前記第２放熱板のうち前記雄ネジ孔の形成された一方は、前記スタッドの端面と前記ボルトのヘッド部とによって挟持されて固定されてもよい。

【0014】

前記接続具は、前記第１放熱板および前記第２放熱板のいずれか一方に形成された雄ネジ孔を雄ネジ部が通るボルトと、他方に形成された支柱孔を通って立設し、前記支柱孔に対して抜け止めされ、前記雄ネジ部が螺合されるスタッドと、を備え、前記第１放熱板および前記第２放熱板のうち前記雄ネジ孔が形成された一方は、前記スタッドの端面と前記ボルトのヘッド部とによって挟持されて固定されてもよい。

【0015】

前記第１放熱板および前記第２放熱板のうち前記雄ネジ孔が形成された一方に対して、一端が前記発熱体と熱接触する部分に固定され、前記ボルトが前記スタッドに螺合することにより他端が前記ヘッド部によって押圧されて弾性変位する板バネを備えていると、良好な熱接続状態となる。

【0016】

前記第１放熱板は、前記裏面における前記発熱体に対応する位置に熱接触し、前記スタッドが設けられる第１厚み部分と、前記第１厚み部分の側面に固定され、前記第１厚み部分よりも薄い第２厚み部分と、を備えてもよい。第２厚み部分は第１厚み部分よりも厚く、スタッドの支持に好適である。

【0017】

前記第２放熱板は、前記発熱体に熱接触する接触部が凸形状になっていていると良好な熱接続状態となる。

【0018】

前記発熱体はＰｏＰ構造であっても、好適な放熱性が得られる。

【0019】

また、本発明の第２態様に係る電子機器は、発熱体を備える電子機器であって、前記発熱体が実装された基板と、前記基板における前記発熱体の実装面と逆の裏面に沿って広がり、前記裏面における前記発熱体に対応する位置に熱接触する第１放熱板と、前記実装面に沿って広がり、前記発熱体の表面に熱接触する第２放熱板と、前記基板に形成されたスルーホールを通り、前記第１放熱板と前記第２放熱板との隙間が所定幅になるように前記第１放熱板と前記第２放熱板とを固定する接続具と、を備える。

【発明の効果】

【0020】

本発明の上記態様によれば、良好な放熱性を有し、薄型化が可能で、しかも基板に対してストレスを与えることのない熱輸送装置および電子機器を提供することを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、一実施形態に係る電子機器を閉じて収納形態とした状態を示した斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す電子機器を開いて使用形態とした状態を模式的に示した斜視図である。

【図3】図３は、図２に示す電子機器の内部構造を模式的に示した平面図である。

【図4】図４は、筐体部材とその内部に設けられる構成部品との分解斜視図である。

【図5】図５は、筐体部材とその内部に設けられる構成部品との斜視図である。

【図6】図６は、ＰｏＰ構造であるチップの断面側面図である。

【図7】図７は、補助具の斜視図である。

【図8】図８は、熱輸送装置の断面側面図である。

【図9】図９は、第１変形例に係る熱輸送装置の断面側面図である。

【図10】図１０は、第２変形例に係る熱輸送装置の断面側面図である。

【図11】図１１は、比較例に係る熱輸送装置の断面側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下に、本発明にかかる熱輸送装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0023】

図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器１０を閉じて収納形態とした状態を示した斜視図である。図２は、図１に示す電子機器１０を開いて使用形態とした状態を模式的に示した斜視図である。図３は、図２に示す電子機器１０の内部構造を模式的に示した平面図である。電子機器１０は、本発明の一実施形態にかかる熱輸送装置１１を内部に備えている。

【0024】

図１及び図２に示すように、電子機器１０は、２つの筐体部材１２Ａ及び１２Ｂと、背表紙部材１４と、ディスプレイ１６とを備える。筐体部材１２Ａ及び１２Ｂは、カバー１８で覆われている。カバー１８は、例えばポリウレタンである。本実施形態では電子機器１０として本のように二つ折りに折り畳み可能なタブレット型ＰＣを例示する。電子機器１０は携帯電話、スマートフォン又は電子手帳等であってもよい。

【0025】

ディスプレイ１６は、例えばタッチパネル式である。ディスプレイ１６は、筐体部材１２Ａ，１２Ｂを折り畳んだ際に一緒に折り畳み可能な構造である。ディスプレイ１６は、例えば柔軟性の高いペーパー構造を持った有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等のフレキシブルディスプレイであり、筐体部材１２Ａ，１２Ｂの開閉動作に伴って開閉する。ディスプレイ１６は、折り畳み構造ではない液晶型で筐体部材１２Ａ，１２Ｂのいずれか一方に設けられていてもよい。

【0026】

各筐体部材１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ背表紙部材１４に対応する辺以外の３辺に側壁を起立形成した矩形の板状部材である。各筐体部材１２Ａ，１２Ｂは、例えばステンレスやマグネシウム、アルミニウム等の金属板や炭素繊維等の強化繊維を含む繊維強化樹脂板で構成される。筐体部材１２Ａ，１２Ｂの内面側には、支持プレートを介してディスプレイ１６が固定される。筐体部材１２Ａ，１２Ｂ間は、一対のヒンジ機構１９，１９を介して連結される。ヒンジ機構１９は、筐体部材１２Ａ，１２Ｂ間を図１に示す収納形態と図２に示す使用形態とに折り畳み可能に連結している。図３中に１点鎖線で示す線Ｏは、筐体部材１２Ａ，１２Ｂの折り畳み動作の中心となる折曲中心Ｏを示している。

【0027】

図３に示すように、筐体部材１２Ａの内面１２Ａａには、熱輸送装置１１、メイン基板２０、通信モジュール２２およびＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）２４などが取付固定される。メイン基板２０および熱輸送装置１１は筐体部材１２Ａの内面１２Ａａにおいて広い面積を占めている。筐体部材１２Ａの隅には冷却ファン２６が設けられている。筐体部材１２Ｂの内面１２Ｂａには、サブ基板２８、アンテナ３０及びバッテリ装置３２等が取付固定される。

【0028】

図４は、筐体部材１２Ａとその内部に設けられる構成部品との分解斜視図である。図５は、筐体部材１２Ａとその内部に設けられる構成部品との斜視図である。以下の説明において、図４、図５におけるメイン基板２０が配置される方向を上、筐体部材１２Ａが配置される方向を下とする。

【0029】

図４および図５に示すように、メイン基板２０の上面である実装面２０ａにはＰｏＰ構造のチップ３４、チップセット３６などが実装されている。チップ３４は電子機器１０に搭載された電子部品のうちで熱量が最大の発熱体である。熱輸送装置１１はメイン基板２０上に実装されたチップ３４の熱を輸送するものであるが、メイン基板２０に実装された他の発熱体（ＰｏＰ構造に限らない）に対しても適用可能である。

【0030】

図６は、ＰｏＰ構造であるチップ３４の断面側面図である。チップ３４は下層サブパッケージ３４ａと、上層サブパッケージ３４ｂとから構成されている。下層サブパッケージ３４ａと上層サブパッケージ３４ｂとの間の隙間は狭く、チップ３４の高さ方向寸法は十分に小さい。

【0031】

下層サブパッケージ３４ａは、下層基板３４ａａと、半導体部品３４ａｂとを備える。下層基板３４ａａの下面には複数のハンダボール３４ａｃが設けられており、該ハンダボール３４ａｃがメイン基板２０のパターンに対して電気的に接続される。半導体部品３４ａｂは、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。下層基板３４ａａと半導体部品３４ａｂとの間は複数のワイヤー３４ａｄによって接続されており信号伝達が行われる。半導体部品３４ａｂおよびワイヤー３４ａｄは樹脂３４ａｅによって封止されている。

【0032】

上層サブパッケージ３４ｂは、上層基板３４ｂａと、半導体部品３４ｂｂとを備える。上層祈願３４ｂａの下面にはハンダボール３４ｂｃが設けられており、該ハンダボール３４ｂｃが下層基板３４ａａのパターンに対して電気的に接続される。半導体部品３４ｂｂは、例えばメモリである。上層基板３４ｂａと半導体部品３４ｂｂとの間は複数のワイヤー３４ｂｄによって接続されており信号伝達が行われる。半導体部品３４ｂｂおよびワイヤー３４ｂｄは樹脂３４ｂｅｄによって封止されている。このようなチップ３４は、下層サブパッケージ３４ａと上層サブパッケージ３４ｂとが積層構造となっていることにより、メイン基板２０を小型化することができる。

【0033】

図４および図５に戻り、熱輸送装置１１は、実装面２０ａと逆の裏面２０ｂに沿って広がり、裏面２０ｂにおけるチップ３４の裏側に対応する位置に熱接触する第１放熱板３８と、実装面２０ａに沿って広がり、チップ３４の表面に熱接触する第２放熱板４０と、メイン基板２０に形成されたスルーホール４１を通り、第１放熱板３８と第２放熱板４０との隙間が所定幅Ｗ（図８参照）になるように第１放熱板３８と第２放熱板４０とを固定する接続具４２とを備える。なお、熱接触とは伝熱可能なように接触することであり、直接的な接触以外にも伝熱体や伝熱用グリースなどを介して接触することを含む。

【0034】

スルーホール４１及び接続具４２は、チップ３４の近くに３つずつほぼ等間隔で設けられている。熱輸送装置１１の第１放熱板３８および第２放熱板４０は、平面視でメイン基板２０よりも大きく設定されている。なお、メイン基板２０では、チップ３４を含む多くの電子部品が実装面２０ａに実装されているが、設計条件により裏面２０ｂにもある程度の部品が実装されていてもよい。

【0035】

接続具４２はボルト４４とスタッド４６とを備える。第２放熱板４０には補助具４８がカシメ固定されている。補助具４８は第２放熱板４０に固定される部材であるが、図４では理解を容易にするために補助具４８と第２放熱板４０とを分離して示している。ボルト４４、スタッド４６および補助具４８については後述する。

【0036】

第１放熱板３８は、メイン基板２０を介してチップ３４と熱接続するヒートパイプ５０と、ヒートパイプ５０と熱接続して熱を放熱させるヒートスプレッダー５４とを備えている。

【0037】

ヒートパイプ５０は、例えば両端部を接合して内側に密閉空間を形成した金属管を潰した構成であり、その密閉空間内に封入した作動流体の相変化を利用して熱を高効率に輸送可能な熱輸送装置である。ヒートパイプ５０は、一部がメイン基板２０の裏面２０ｂにおけるチップ３４の裏側と熱接続するように配置され、端部５０ａが冷却ファン２６の送風口に接続された冷却ファン２６と熱伝達可能に接続されている。ヒートパイプ５０は、伝熱板５２を介してメイン基板２０と熱接続するが、メイン基板２０と直接的に接していてもよい。

【0038】

冷却ファン２６は、端部５０ａの近傍に配置され、筐体部材１２Ａの一側面における通気孔１２Ａａおよび他の側面における通気孔１２Ａｂのいずれか一方から吸気して他方に排気し、ヒートパイプ５０の熱を放出させる。

【0039】

ヒートスプレッダー５４は、ヒートパイプ５０における端部５０ａ以外の部分を囲って固定されている第１厚み部分５４ａと、該第１厚み部分５４ａのほぼ全周を囲ってその側面に固定されている第２厚み部分５４ｂとを有する。ヒートパイプ５０と第１厚み部分５４ａとは同じ厚みである（図８参照）。第２厚み部分５４ｂは第１厚み部分５４ａよりも薄い（図８参照）。ヒートスプレッダー５４における端部５０ａが配置される側の辺は、ほぼ第１厚み部分５４ａだけで形成されている。

【0040】

第１厚み部分５４ａは第２厚み部分５４ｂよりも厚いため、突出する端部５０ａを安定して支持可能である。ヒートパイプ５０、第１厚み部分５４ａおよび第２厚み部分５４ｂは内面１２Ａａに沿って広がっており、上下方向には重ならない。第１厚み部分５４ａはヒートパイプ５０と同等かそれ以上の面積を有する。第２厚み部分５４ｂは、第１厚み部分５４ａよりも面積が広い。

【0041】

ヒートパイプ５０と第１厚み部分５４ａとは、例えばプレスや圧入によって固定され、接触している。ヒートパイプ５０と第１厚み部分５４ａとの圧入は、例えば金属管と第１厚み部分５４ａの母材とをローラの転動によって同時に加圧し、金属管を潰してヒートパイプ５０を形成するのと同時にその側面に対して第１厚み部分５４ａを圧入することができる。

【0042】

第１厚み部分５４ａと第２厚み部分５４ｂとは、例えばプレスや圧入によって固定され、接触している。第１厚み部分５４ａと第２厚み部分５４ｂとの境界は、ほぼ全周に亘って連続的に設けられた櫛歯状の噛み合い部で結合していてもよい。第２厚み部分５４ｂの隅には、冷却ファン２６を避ける切欠き５０が形成されている。

【0043】

伝熱板５２およびヒートスプレッダー５４は伝熱性の高い金属板であって、例えばアルミニウム、銅、ステンレスまたはこれらの合金である。ヒートスプレッダー５４の第１厚み部分５４ａと第２厚み部分５４ｂとは、同じ材質でもよいし異なる材質でもよい。第２厚み部分５４ｂよりも厚い第１厚み部分５４ａをアルミニウムにすると軽量化を図ることができる。第１厚み部分５４ａよりも薄い第２厚み部分５４ｂを銅にすると高い伝熱性によって熱を広く拡散することができる。

【0044】

ヒートパイプ５０は一部が伝熱板５２を介してメイン基板２０の裏面２０ｂと熱接触してヒートスプレッダー５４および冷却ファン２６に伝熱する。ヒートスプレッダー５４は十分に広い面積であり、ヒートパイプ５０から受熱して放熱させる。また、ヒートパイプ５０の端部５０ａが冷却ファン２６から風を受けることにより、さらに冷却効果が高まる。ただし、熱条件によっては冷却ファン２６を省略してもよい。

【0045】

第２放熱板４０はヒートスプレッダーであり、例えば第２厚み部分５４ｂと同厚で同材を適用することができる。第２放熱板４０は、平面視で第１放熱板３８とほぼ同じ形状となっており適度に広い面積を有する。第２放熱板４０は下向きに凸形状の凸部５６を備える。凸部５６は、例えばプレス成型によって形成され、上方に開口する緩やかな略円錐台形状であって、底部５６ａおよびテーパ部５６ｂを備える。凸部５６の下面である底部５６ａはチップ３４の上面に熱接触する。底部５６ａには補助具４８がカシメ固定される。第２放熱板４０には、凸部５６の周囲に３つの雄ネジ孔５８が形成されている。雄ネジ孔５８は、スルーホール４１およびスタッド４６と同軸上にある。

【0046】

第２放熱板４０は内面１２Ａａに設けられた複数のボス４７ｂに対してビス４９によって固定される。第１放熱板３８は、上記のように接続具４２によって第２放熱板４０に固定される。メイン基板２０は内面１２Ａａに設けられた複数のボス４７Ａａに対して図示しないビスによって固定されるが、第１放熱板３８および第２放熱板４０に対しては直接的には固定されていない。

【0047】

第２放熱板４０は内面１２Ａａに設けられた複数のボス４７ｂに対してビス４９によって固定される。第１放熱板３８は、上記のとおり補助具４８によって第２放熱板４０に固定される。メイン基板２０は、内面１２Ａａに設けられた複数のボス４７ａに対して図示しないビスによって固定されるが、基本的に第１放熱板３８および第２放熱板４０に対しては直接固定されない。

【0048】

図７は、補助具４８の斜視図である。補助具４８は円板６０と、３つのアーム６２とを備える。補助具４８は、例えばステンレス板をカットしてプレス成型することにより構成される。円板６０は、凸部５６（図８参照）の底部５６ａより僅かに小さい円形であり、該底部５６ａに熱接触して固定される部分である。円板６０は、例えば周方向で各アーム６２の中間部分の３か所が底部５６ａに対してカシメ固定される。

【0049】

アーム６２は、円板６０の径方向の略中間部から緩い角度で斜め上方に突出する傾斜部６２ａと、該傾斜部６２ａから水平に突出する水平部６２ｂと、該水平部６２ｂから小さい下向き段差を介してさらに突出するボルト座６２ｃとを備える。３つのアーム６２は等間隔で放射状に形成されている。

【0050】

ボルト座６２ｃには、ボルト４４が回転可能に設けられている。ボルト座６２ｃの上面にはヘッド部４４ａが設けられ、雄ネジ部４４ｂは孔６２ｄ（図８参照）を通ってボルト座６２ｃよりも下方に突出している。雄ネジ部４４ｂにはワッシャ６４が脱落しないように嵌め込まれている。

【0051】

図８は、熱輸送装置１１の断面側面図である。図８〜図１０では、３本のアーム６２のうち２本の中心に沿った断面を示している。

【0052】

図８に示すように、スタッド４６は、第１厚み部分５４ａに設けられた圧入孔３８ａに対して圧入・固定されて上方に向かって立設している。スタッド４６の第１放熱板３８の上面からの突出量は規定の所定幅Ｗである。スタッド４６はメイン基板２０のスルーホール４１を貫通している。なお、スタッド４６が貫通するスルーホール４１は、メイン基板２０における回路パターンの一部として銅メッキ処理されていてもよいし、あるいは銅メッキ処理のない単なるスタッド４６を通すだけの孔としてもよい。スルーホール４１に銅メッキ処理がなされている場合には、スルーホール４１およびスタッド４６の少なくとも一方に絶縁被膜が設けられていてもよい。

【0053】

スタッド４６は圧入孔３８ａに対して、例えばセレーション構造で結合されており、上下動不能でかつ回転不能に固定されている。スタッド４６は、第２厚み部分５４ｂと比較して厚い第１厚み部分５４ａに固定されていることから、固定しやすくかつ安定している。スルーホール４１はスタッド４６よりも大径であって、両者の間にはわずかな隙間が形成される。スタッド４６には雌ネジ部４６ａが形成されている。

【0054】

ボルト４４の雄ネジ部４４ｂは、第２放熱板４０に形成された雄ネジ孔５８を通ってスタッド４６の雌ネジ部４６ａに螺合している。雄ネジ孔５８が形成された第２放熱板４０は、ボルト座６２ｃおよびワッシャ６４を介し、スタッド４６の端面４６ｂとボルト４４のヘッド部４４ａとによって挟持されて固定され、第１放熱板３８と第２放熱板４０との距離は所定幅Ｗになる。これにより、第２放熱板４０の下向きの凸部５６は、テーパ部５６ｂがわずかに弾性変形し、底部５６ａがチップ３４の上面に対して弾性的に当接する。

【0055】

また、アーム６２は仮想線で示すように、ボルト４４がスタッド４６に螺合していない自然状態ではやや上方に位置しているが、ボルト４４がスタッド４６に螺合することにより弾性変形して押し下げられ、ボルト座６２ｃはワッシャ６４を介して第２放熱板４０の上面に当接する。すなわち、アーム６２の一端は、第２放熱板４０におけるチップ３４と熱接触する底部５６ａに固定され、他端は、ボルト４４がスタッド４６に螺合することによりヘッド部４４ａによって押圧されて弾性変位する。このようにアーム６２は板バネとして作用する。アーム６２はバネワッシャのように作用することから、ボルト４４はスタッド４６から抜けにくくなる。また、アーム６２の板バネとしての作用により、円板６０はチップ３４に対してより一層押し付けられて隙間が発生しにくくなり、伝熱性が向上する。アーム６２は等間隔で３本設けられていることから、バランスよく底部５６ａを押圧することができる。

【0056】

ところで、ＰｏＰ構造であるチップ３４の下層サブパッケージ３４ａ（図６参照）は、発熱量の大きいＣＰＵであるが、上層サブパッケージ３４ｂに覆われていることから単体では放熱性に劣る。これに対して、本実施形態にかかる熱輸送装置１１および電子機器１０においては、第１放熱板３８および第２放熱板４０によって良好な放熱性を実現し、チップ３４が過度に昇温することを防止している。すなわち、第１放熱板３８はメイン基板２０の裏面２０ｂにおけるチップ３４の裏側に対応する位置に熱接触し、チップ３４の熱をハンダボール３４ａｃ、メイン基板２０および伝熱板５２を介して受熱して放熱する。第１放熱板３８は、チップ３４の裏面部にヒートパイプ５０が設けられており、しかもその回りには比較的厚い第１厚み部分５４ａが接続されていることから伝熱性が高い。さらに第１厚み部分５４ａの側面には広い第２厚み部分５４ｂが接続されていることから放熱性が高い。

【0057】

一方、チップ３４の上面には第２放熱板４０の凸部５６が当接しており、しかもテーパ部５６ｂおよびアーム６２の弾性によって適度に強く押し付けられていることから隙間がなくて伝熱性が高い。このようにして、熱輸送装置１１および電子機器１０では、メイン基板２０に実装された発熱体であるチップ３４に対して、上面側と下面側とから受熱および放熱することができ、チップ３４が過度に昇温することを防止できる。したがって、チップ３４として消費電力の大きい部品を適用することができる。

【0058】

また、第１放熱板３８と第２放熱板４０とはスタッド４６によって適切な所定幅Ｗに維持されているが、該スタッド４６はメイン基板２０のスルーホール４１に対して隙間をもって遊嵌していることから、メイン基板２０にはストレスが加わらず、ハンダボール３４ａｃとメイン基板２０との間での接触不良が発生しにくい。スタッド４６とスルーホール４１との隙間は、両者間に力が働かない程度の公差に設定してもよく、実質的にゼロでもよい。また、スタッド４６はメイン基板２０にストレスを加えないことから、チップ３４の近傍に配置することができ、これにより第１放熱板３８および第２放熱板４０をチップ３４に対して適切に熱接触させることができる。

【0059】

さらに、図１１を参照して説明したように、第１放熱板５０４および第２放熱板５０６がメイン基板５００の両面から突出するスタッド５０８ａ，５０８ｂによって固定されているとすると、熱輸送装置の高さ方向寸法が大きくなってしまい、電子機器の薄型化要請に反する。これに対して本実施形態にかかる熱輸送装置１１では、第１放熱板３８と第２放熱板４０とは、スルーホール４１を貫通するスタッド４６で支持されていることから、高さ方向寸法が小さく、電子機器１０を薄型化することができる。

【0060】

図９は、第１変形例にかかる熱輸送装置１１Ａの断面側面図である。図１０は第２変形例にかかる熱輸送装置１１Ｂの断面側面図である。熱輸送装置１１Ａ，１１Ｂにおいて上記の熱輸送装置１１と同様の構成要素については同符号を付してその詳細な説明を省略する。

【0061】

図９に示すように、第１変形例にかかる熱輸送装置１１Ａでは、上記のスタッド４６に代えてスタッド４６Ａが設けられている。スタッド４６Ａの下端には抜け止めのフランジ４６ｃが設けられている。スタッド４６Ａは、第１放熱板３８に形成された支柱孔３８ａａを通って立設しており、雌ネジ部４６ａに対して雄ネジ部４４ｂが螺合される。スタッド４６Ａは、支柱孔３８ａａに対してフランジ４６ｃによって抜け止めされている。

【0062】

支柱孔３８ａａは上記の圧入孔３８ａ（図８参照）と同じ位置に形成されているが、スタッド４６Ａは支柱孔３８ａａよりも小径であり、圧入固定されない。また、スタッド４６および支柱孔３８ａａは断面が非円形（例えば六角形）であって、スタッド４６Ａは第１放熱板３８に対して回り止めがなされている。すなわち、スタッド４６Ａは、フランジ４６ｃによる抜け止め規制の範囲内で上下動可能であり、かつ第１放熱板３８に対して回転不能に設けられている。このような熱輸送装置１１Ａにおいては、上記の熱輸送装置１１と同様に、第１放熱板３８と第２放熱板４０との距離が所定幅Ｗに維持される。したがって、第１放熱板３８は伝熱板５２を介してメイン基板２０の裏面２０ｂに当接するとともに、第２放熱板４０はチップ３４の上面に当接することから、受熱および放熱性に優れる。また、スタッド４６Ａはスルーホール４１を貫通することから、メイン基板２０にはストレスが加わらない。

【0063】

図１０に示すように、第２変形例にかかる熱輸送装置１１Ｂの構成要素は、基本的に上記の熱輸送装置１１と同じであるが、第１放熱板３８と第２放熱板４０との位置が逆になっている。つまり、第１放熱板３８はチップ３４の上面に当接し、第２放熱板４０は凸部５６がメイン基板２０の裏面２０ｂにおけるチップ３４の裏側相当部分に当接している。そして、第１放熱板３８に固定されるスタッド４６は下向きに突出し、ボルト４４は雄ネジ部４４ｂが上向きとなってスタッド４６の雌ネジ部４６ａに螺合している。このような熱輸送装置１１Ｂにおいても熱輸送装置１１と同様の作用が得られる。

【0064】

換言すれば、ボルト４４の雄ネジ部４４ｂは、第１放熱板３８および第２放熱板４０のいずれか一方に形成された雄ネジ孔５８を通り、スタッド４６は、他方に固定されてメイン基板２０のスルーホール４１を通って立設し、雄ネジ部４４ｂが螺合される構成となっていればよい。

【0065】

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】

【0066】

１０ 電子機器
１１，１１Ａ，１１Ｂ 熱輸送装置
２０ メイン基板
２０ａ 実装面
２０ｂ 裏面
３４ チップ（発熱体）
３４ａ 下層サブパッケージ
３４ｂ 上層サブパッケージ
３８ａ 圧入孔
３８ａａ 支柱孔
３８ 第１放熱板
４０ 第２放熱板
４１ スルーホール
４２ 接続具
４４ ボルト
４４ａ ヘッド部
４４ｂ 雄ネジ部
４６，４６Ａ スタッド
４６ａ 雌ネジ部
４６ｂ 端面
４６ｃ フランジ
４８ 補助具
５０ ヒートパイプ
５２ 伝熱板
５４ ヒートスプレッダー
５４ａ 第１厚み部分
５４ｂ 第２厚み部分
５６ 凸部
５６ａ 底部
５６ｂ テーパ部
５８ 雄ネジ孔
６０ 円板
６２ アーム（板バネ）
６２ａ 傾斜部
６２ｂ 水平部
６２ｃ ボルト座
Ｗ 所定幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】