特開 2021-174913 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2021-174913(P2021-174913A)

(43)【公開日】2021年11月1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】

   H05K 7/20 20060101AFI20211004BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20211004BHJP

   H01L 23/427 20060101ALI20211004BHJP

   G06F 1/20 20060101ALI20211004BHJP

【ＦＩ】

   H05K7/20 F

   H01L23/36 Z

   H01L23/46 B

   G06F1/20 B

   G06F1/20 C

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-78855(P2020-78855)

(22)【出願日】2020年4月28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】内野 顕範

(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）】

5E322AA01

5E322AA02

5E322AB01

5E322AB04

5E322AB06

5E322BB03

5E322DB10

5E322FA04

5E322FA06

5F136BC03

5F136BC04

5F136BC07

5F136CC14

5F136CC20

5F136DA22

5F136EA43

5F136FA02

5F136FA03

(57)【要約】

【課題】良好な放熱性を有し、しかも発熱体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。
【解決手段】熱輸送装置１１は、メイン基板２０におけるチップ３４の実装面２０ａに沿って広がり、平面視でチップ３４を含む部分にシート取付孔４２が形成されたサブ放熱板４０と、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に対応する位置に熱接触するメイン放熱板３８と、サブ放熱板４０に対してシート取付孔４２を塞ぐように取り付けられた熱伝導性を有するシート部材４４と、メイン基板２０に固定されてシート取付孔４２を覆うブラケット４８と、シート部材４４とブラケット４８とによって弾性圧縮されながら挟持される樹脂弾性体５０とを備える。シート部材４４は、チップ３４の表面に熱接触し、サブ放熱板４０よりも低剛性である。シート部材４４はグラファイトシートである。
【選択図】図９

【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に沿って広がり、平面視で前記発熱体を含む部分にシート取付孔が形成された第１放熱板と、
前記第１放熱板に対して前記シート取付孔を塞ぐように取り付けられた熱伝導性を有するシート部材と、
を備え、
前記シート部材は、前記発熱体の表面に熱接触し、前記第１放熱板よりも低剛性であ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、
前記基板に固定されて前記シート取付孔を覆うブラケットと、
前記ブラケットから押圧されて弾性圧縮されながら前記シート部材を介して前記発熱体を押圧する樹脂弾性体と、
を備えることを特徴とする熱輸送装置。

【請求項3】

請求項２に記載の熱輸送装置において、
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２放熱板と、
前記第２放熱板から立設して前記基板のスルーホールを通って設けられるスタッドと、
を備え、
前記ブラケットは前記スタッドに固定されていることを特徴とする熱輸送装置。

【請求項4】

請求項３に記載の熱輸送装置において、
前記第２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5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、
前記シート部材はグラファイトシートであ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１放熱板は、前記シート取付孔の周囲が前記基板に向かって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に沿って広がり、平面視で前記発熱体を含む部分にシート取付孔が形成された第１放熱板と、
前記第１放熱板に対して前記シート取付孔を塞ぐように取り付けられた熱伝導性を有するシート部材と、
を備え、
前記シート部材は、前記発熱体の表面に熱接触し、前記放熱板よりも低剛性であ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メイン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メイン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】

特許文献１に記載のような放熱板を適用する場合、該放熱板を発熱体の表面に接触させるが、両者の間で良好な熱伝達を行うためにはある程度強く接触させる必要がある。しかしながら、あまり強く接触させると発熱体が損傷してしまう懸念がある。

【0008】

特に、ＰｏＰ構造パッケージは下層サブパッケージと上層サブパッケージとの間はハンダボールでつながっているだけであり、機械的には必ずしも高強度ではなく、表面に放熱板を強く押し付けるとストレスによりハンダボールなどに損傷の懸念がある。

【0009】

さらに、発熱体と放熱板との間で良好な熱伝達を行うためには、両者が面接触していることが望ましい。しかしながら小さい面積の発熱体に対して大きい面積の放熱板を面同士で接触させるには、相当に精度よく位置決めまたは調整を行う必要がある。

【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、しかも発熱体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、メイン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、前記メイン基板における前記発熱体の実装面に沿って広がり、平面視で前記発熱体を含む部分にシート取付孔が形成された第１放熱板と、前記第１放熱板に対して前記シート取付孔を塞ぐように取り付けられた熱伝導性を有するシート部材と、を備え、前記シート部材は、前記発熱体の表面に熱接触し、前記第１放熱板よりも低剛性である。

【0012】

このような熱輸送装置では、第１放熱板にシート取付孔が形成され、該シート取付孔を塞ぐように取り付けられた低剛性のシート部材が発熱隊の表面に当接することから、第１放熱板に起因する外力や振動はシート部材によって吸収され、発熱体にストレスを与えることがない。また、発熱体が発生する熱はシート部材を介して第１放熱板に伝熱し、該第１放熱板によって拡散および放熱されるため、熱輸送装置は良好な放熱性を有する。

【0013】

前記メイン基板に固定されて前記シート取付孔を覆うブラケットと、前記ブラケットから押圧されて弾性圧縮されながら前記シート部材を介して前記発熱体を押圧する樹脂弾性体と、を備えてもよい。このように、樹脂弾性体がシート部材とブラケットとによって弾性圧縮されながら挟持されていると、シート部材は低剛性で弾性変形可能であることから、樹脂弾性体から下方向押圧されることで適度に変形して発熱体に一層確実に密着する。これにより、発熱体とシート部材との伝熱性がさらに向上する。

【0014】

前記メイン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２放熱板と、前記第２放熱板から立設して前記メイン基板のスルーホールを通って設けられるスタッドと、を備え、前記ブラケットは前記スタッドに固定されていてもよい。

【0015】

前記第２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１厚み部分は第２厚み部分よりも厚く、スタッドの立設に好適である。

【0016】

前記シート部材はグラファイトシートであると、熱伝導性が良好であり、発熱体の発熱量が大きい場合に有効である。

【0017】

前記第１放熱板は、前記シート取付孔の周囲が前記基板に向かって凸形状になっていると良好な熱接触状態となる。

【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】

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メイン基板と、前記メイン基板における前記発熱体の実装面に沿って広がり、平面視で前記発熱体を含む部分にシート取付孔が形成された第１放熱板と、前記第１放熱板に対して前記シート取付孔を塞ぐように取り付けられた熱伝導性を有するシート部材と、を備え、前記シート部材は、前記発熱体の表面に熱接触し、前記放熱板よりも低剛性である。

【発明の効果】

【0020】

本発明の上記態様にかかる熱輸送装置および電子機器では、第１放熱板に対してシート取付孔を塞ぐように取り付けられた熱伝導性を有するシート部材を備えており、該シート部材は、発熱体の表面に熱接触して良好な放熱性を有する。また、シート部材は第１放熱板よりも低剛性であることから、発熱体に対してストレスを与えることがない。

【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、ブラケットの斜視図である。

【図8】図８は、シート部材の斜視図である。

【図9】図９は、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。すなわち、電子機器１０はいわゆるフォルダブル式である。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。上層基板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。ＰｏＰ構造のチップ３４は実装効率が高いため、スペース上の制約があるフォルダブル式の電子機器１０に好適である。

【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メイン放熱板（第２放熱板）３８と、実装面２０ａに沿って広がるサブ放熱板（第１放熱板）４０とを備える。ここでいう放熱板の「メイン」と「サブ」という呼称は識別を容易にするためのものであり、放熱能力の優劣を限定するものではない。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。サブ放熱板４０には、平面視でチップ３４を含む部分にシート取付孔４２が形成されている。

【0034】

熱輸送装置１１は、さらにサブ放熱板４０に対してシート取付孔４２を塞ぐように取り付けられた熱伝導性を有するシート部材４４と、メイン基板２０に固定されてシート取付孔４２を覆うブラケット４８と、ブラケット４８から押圧されて弾性圧縮されながらシート部材４４を介してチップ３４を押圧する樹脂弾性体５０とを備える。すなわち、樹脂弾性体５０は、シート部材４４とブラケット４８とによって弾性圧縮されながら挟持されている。樹脂弾性体５０は、平面視でチップ３４とほぼ同形状である。樹脂弾性体５０は、例えばスポンジおよびラバーなどであり、弾性を有する。シート取付孔４２およびシート部材４４については後述する。

【0035】

熱輸送装置１１には、サブ放熱板３８およびメイン放熱板４０とメイン基板２０とを接続する３つの接続具５２が設けられている。３つの接続具５２は、チップ３４の周囲に３つがほぼ等間隔で設けられている。接続具５２の詳細については後述する。

【0036】

熱輸送装置１１のメイン放熱板３８およびサブ放熱板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。

【0037】

メイン放熱板３８は、メイン基板２０を介してチップ３４と熱接触するヒートパイプ５３と、ヒートパイプ５３と熱接触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。

【0038】

ヒートパイプ５３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５３は、一部がメイン基板２０の裏面２０ｂにおけるチップ３４の裏側と熱接触するように配置され、端部５３ａ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５３は、伝熱板５５を介してメイン基板２０と熱接触するが、メイン基板２０と直接的に接していてもよい。

【0039】

冷却ファン２６は、端部５３ａの近傍に配置され、筐体部材１２Ａの一側面における通気孔１２Ａｃおよび他の側面における通気孔１２Ａｄ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５３の熱を放出させる。

【0040】

ヒートスプレッダー５４は、ヒートパイプ５３における端部５３ａ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５３と第１厚み部分５４ａとは同じ厚みである（図９参照）。第２厚み部分５４ｂは第１厚み部分５４ａよりも薄い（図９参照）。

【0041】

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５３ａを安定して支持可能である。ヒートパイプ５３、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５３と同等の面積を有する。第２厚み部分５４ｂは、第１厚み部分５４ａよりも面積が広い。

【0042】

ヒートパイプ５３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５３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５３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。

【0043】

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を避ける切欠きが形成されている。

【0044】

伝熱板５５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。

【0045】

ヒートパイプ５３は一部が伝熱板５５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５３から受熱して放熱させる。また、ヒートパイプ５３の端部５３ａ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。

【0046】

サブ放熱板４０はヒートスプレッダーであり、例えばメイン放熱板３８の第２厚み部分５４ｂと同厚で同材を適用することができる。サブ放熱板４０は、平面視でメイン放熱板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。サブ放熱板４０はメイン基板４０に向かって凸形状の凸部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５４ｂを備える。凸部５６の下面である底部５６ａには上記のシート取付孔４２が形成されている。シート取付孔４２は、チップ３４よりもやや大きい矩形である。

【0047】

サブ放熱板４０には３つのやや長尺なアーム孔５７が設けられている。アーム孔５７は後述するアーム６２が挿入される孔である。３つのアーム孔は凸部５６の周囲に等間隔で放射状に設けられており、その一部はテーパ部５６ｂにかかっている。

【0048】

サブ放熱板４０は内面１２Ａａに設けられた複数のボス５８ａに対してビス５９によって固定される。メイン基板２０は内面１２Ａａに設けられた複数のボス５８ｂに対して図示しないビスによって固定される。

【0049】

図７は、ブラケット４８の斜視図である。ブラケット４８は円盤６０と、３つのアーム６２とを備える。ブラケット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、薄型でありながら適度な剛性を有する。アーム６２の途中部分には下向き段差６２ａがあり、該アーム６２の先端部に設けられたボルト座６２ｂは円盤６０よりもやや下がっている。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６２ｂには、ボルト６４（図９参照）が回転可能に設けられている。ボルト座６２ｂの上面にはヘッド部６４ａが設けられ、雄ネジ部６４ｂは孔６２ｄ（図９参照）を通ってボルト座６２ｂよりも下方に突出している。雄ネジ部６４ｂにはワッシャ６６（図９参照）が脱落しないように嵌め込まれている。

【0051】

図８は、シート部材４４の斜視図である。シート部材４４は外周側のフランジ部４４ａと内周側の丸い底部４４ｂと、フランジ部４４ａと底部４４ｂとの間をつなぐテーパ部４４ｃとを有する。テーパ部４４ｃはメイン基板２０に向かって凸形状であり、上記のテーパ部５６ｂに嵌り合うような傾斜となっている。シート部材４４には３つのやや深いアーム切欠４４ｄが形成されている。アーム切欠４４ｄは、アーム６２が挿入される切り欠きである。３つのアーム切欠４４ｄは底部４４ｂの周囲でテーパ部４４ｃからフランジ部４４ａにかけて、等間隔で放射状に設けられている。

【0052】

図９は、熱輸送装置１１の断面側面図である。図９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。

【0053】

図９に示すように、接続具５２はスペーサ６８と、スタッド７０と、上記のボルト６４とから構成されている。スタッド７０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。

【0054】

スタッド７０はメイン基板２０のスルーホール７２を貫通している。なお、スタッド７０が貫通するスルーホール７２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７０を通すだけの孔としてもよい。スルーホール７２に銅メッキ処理がなされている場合には、スルーホール７２およびスタッド７０の少なくとも一方に絶縁被膜が設けられていてもよい。実装面２０ａおよび裏面２０ｂにおけるスルーホール７２の周囲にはグランドパッド７２ａが設けられている。

【0055】

スタッド７０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７０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。スタッド７０には雌ネジ部７０ａが形成されている。

【0056】

ボルト６４の雄ネジ部６４ｂは、スペーサ６８の中空部を通ってスタッド７０の雌ネジ部７０ａに螺合している。スペーサ６８はブラケット４８のアーム６２とメイン基板２０とによって挟持される。メイン基板２０はスペーサ６８とメイン放熱板３８とによって挟持されている。このような接続具５２により、ブラケット４８はボルト６４、スペーサ６６およびスタッド７０によってメイン基板２０およびメイン放熱板３８に固定されている。なお、接続具５２はサブ放熱板４０は対しては接続されていない。

【0057】

アーム６２はサブ放熱板４０のアーム孔５７に挿入されており、該サブ放熱板４０とは干渉しない。アーム６２はシート部材４４のアーム切欠４４ｄに嵌り込んでおり、該シート部材４４とは干渉しない。凸部５６のテーパ部５６ｂが下向きに凸形状であるとともに、アーム６２の段差６２ａが下向きであることから、ヘッド部６４ａはサブ放熱板４０よりも下側に奥まった位置に配置されており、熱輸送装置１１が薄型化されている。

【0058】

シート部材４４はサブ放熱板４０の下面に固定されている。具体的には、シート部材４４におけるフランジ部４４ａの上面が凸部５６の周辺部に固定され、シート部材４４におけるテーパ部４４ｃの上面が凸部５６におけるテーパ部５６ｂに固定され、シート部材４４における底部４４ｂの縁が凸部５６の底部５６ａに固定されている。凸部５６の底部５６ａにはシート取付孔４２が形成されていることから、シート部材４４における底部４４ｂの中央部分はブラケット４８に対しては固定されずに弾性変形が可能となっている。すなわち、シート部材４４は、サブ放熱板４０に対してシート取付孔４２を塞ぐように取り付けられている。シート部材４４とサブ放熱板４０との固定は、例えば熱伝導性のある接着剤により接着する。

【0059】

シート部材４４は、サブ放熱板４０よりも薄く、低剛性である。シート部材４４はサブ放熱板４０とは別に製造されるものであり、サブ放熱板４０の材質や板厚等に影響を受けずに十分低剛性に製造可能である。シート部材４４は、例えば０．１ｍｍ程度である。サブ放熱板４０は、例えば０．２ｍｍ程度である。

【0060】

シート部材４４は、例えば電熱性の接着剤によってサブ放熱板４０に固定されている。シート部材４４は、例えばグラファイトシート、銅箔およびアルミ箔などである。グラファイトシートは熱伝導性が良好であり、チップ３４の発熱量が大きい場合にはシート部材４４の材質として好適である。

【0061】

シート部材４４における上面がシート取付孔４２の開口部で露呈している箇所は、その下面がチップ３４の表面に熱接触している。シート部材４４とチップ３４とは、例えば熱伝導性のある接着剤により接着する。これにより、チップ３４が発生する熱はシート部材４４を介してサブ放熱板４０に伝熱し、サブ放熱板４０によって拡散および放熱される。このように、本実施形態にかかる熱輸送装置１１および電子機器１０は良好な放熱性を有する。

【0062】

シート部材４４はチップ３４に接することから、チップ３４に直接的に接することのないサブ放熱板４０よりも熱伝達性が高いことが望ましい。チップ３４とシート取付孔４２との横方向の幅Ｗは適度に狭く設定することが望ましい。幅Ｗを狭くすることにより、それだけサブ放熱板４０の面積および体積が大きくなり熱容量を確保することができる。また、シート取付孔４２が小さくなりサブ放熱板４０の形状が安定する。さらにシート部材４４の使用面積を抑制することができ、比較的高価なグラファイトシートを用いる場合にコスト削減効果がある。幅Ｗは、例えば０．５〜２ｍｍ程度とし、さらに好適には１ｍｍ程度にするとよい。

【0063】

サブ放熱板４０は、シート部材４４よりは厚く高剛性でありしかも広い面積を有することから、仮にシート部材４４を介さずに直接的にチップ３４に当接していると、組み立て精度によっては該チップ３４に対してやや大きい外力を加えうる。

【0064】

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、サブ放熱板４０にシート取付孔４２が形成され、該シート取付孔４２を塞ぐように取り付けられた低剛性のシート部材４４がチップ３４の表面に当接することから、サブ放熱板４０に起因する外力や振動はシート部材４４によって吸収され、チップ３４に加わる力が抑制される。したがって、チップ３４に対してストレスを与えることがなく、チップ３４が保護され、例えばハンダボール３４ａｃ，３４ｂｃなどが損傷する懸念（例えば、クラックなどに起因する接触不良）がなくなる。シート部材４４の下面はチップ３４から上向きの力を受けるためサブ放熱板４０に対して外れにくい。ただし、設計条件によってはシート部材４４をサブ放熱板４０の上側に固定してもよい。

【0065】

シート部材４４は低剛性であることからシート取付孔４２で囲われた範囲で適度に弾性変形が可能である。したがって、サブ放熱板４０が多少傾いていてもシート部材４４はチップ３４の表面に合うように弾性変形し、両者は面接触する。これにより、チップ３４とシート部材４４との接触面積が広く確保され、伝熱しやすくなる。

【0066】

また、熱輸送装置１１では、樹脂弾性体５０がシート部材４４とブラケット４８とによって弾性圧縮されながら挟持されている。シート部材４４は低剛性で弾性変形可能であることから、樹脂弾性体５０から下方向押圧されることで適度に変形してチップ３４に一層確実に密着する。これにより、チップ３４とシート部材４４との伝熱性がさらに向上する。ブラケット４８のアーム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および樹脂弾性体５０を押圧することができる。

【0067】

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、メイン放熱板３８およびサブ放熱板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、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。

【0068】

シート部材４４を介してチップ３４に熱接触する部分である凸部５６は下向きの凸形状になっていていることから、接続具５２との干渉を回避しながらシート部材４４をチップ３４に接触しやすくなっている。また、サブ放熱板４０はシート部材４４よりは高剛性であるが、テーパ部５６ｂはその形状に基づいて多少の弾性があり、シート部材４４をチップ３４に面接触させやすく、良好な熱接触状態となる。

【0069】

一方、メイン放熱板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５５を介して受熱して放熱する。メイン放熱板３８は、チップ３４の裏面部にヒートパイプ５３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。

【0070】

上述したように、本実施の形態に係る熱輸送装置および電子機器１０では、メイン放熱板３８に対してシート取付孔４２を塞ぐように取り付けられた熱伝導性を有するシート部材４４を備えており、該シート部材４４は、チップ３４の表面に熱接触して良好な放熱性を有する。また、シート部材４４はメイン放熱板３８よりも低剛性であることから、チップ３４に対してストレスを与えることがない。

【0071】

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】

【0072】

１０ 電子機器
１１ 熱輸送装置
２０ メイン基板（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
３８ メイン放熱板（第２放熱板）
４０ サブ放熱板（第１放熱板）
４２ シート取付孔
４４ シート部材
４８ ブラケット
５０ 樹脂弾性体
５２ 接続具
５３ ヒートパイプ
５４ ヒートスプレッダー
５４ａ 第１厚み部分
５４ｂ 第２厚み部分
５５ 伝熱板
５６ 凸部
５７ アーム孔
６０ 円盤
６２ アーム
６８ スペーサ
７０ スタッド
７０ａ 雌ネジ部
７２ スルーホール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2021年8月13日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【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に沿って広がり、平面視で前記発熱体を含む部分にシート取付孔が形成された第１放熱板と、
前記第１放熱板に対して前記シート取付孔を塞ぐように取り付けられた熱伝導性を有するシート部材と、
前記基板に固定されて前記シート取付孔を覆うブラケットと、
前記ブラケットから押圧されて弾性圧縮されながら前記シート部材を介して前記発熱体を押圧する樹脂弾性体と、
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２放熱板と、
前記第２放熱板から立設して前記基板のスルーホールを通って設けられるスタッドと、
を備え、
前記シート部材は、前記発熱体の表面に熱接触し、前記第１放熱板よりも低剛性であり、
前記ブラケットは前記スタッドに固定されてい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、
前記第２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3】

請求項１または２に記載の熱輸送装置において、
前記シート部材はグラファイトシートであることを特徴とする熱輸送装置。

【請求項4】

請求項１〜３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、前記シート取付孔の周囲が前記基板に向かって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5】

請求項１〜４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6】

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に沿って広がり、平面視で前記発熱体を含む部分にシート取付孔が形成された第１放熱板と、
前記第１放熱板に対して前記シート取付孔を塞ぐように取り付けられた熱伝導性を有するシート部材と、
前記基板に固定されて前記シート取付孔を覆うブラケットと、
前記ブラケットから押圧されて弾性圧縮されながら前記シート部材を介して前記発熱体を押圧する樹脂弾性体と、
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２放熱板と、
前記第２放熱板から立設して前記基板のスルーホールを通って設けられるスタッドと、
を備え、
前記シート部材は、前記発熱体の表面に熱接触し、前記第１放熱板よりも低剛性であり、
前記ブラケットは前記スタッドに固定されていることを特徴とする電子機器。