特許 7309454 電子ユニット及び電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-07

(45)【発行日】2023-07-18

(54)【発明の名称】電子ユニット及び電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20230710BHJP

   H01L 23/467 20060101ALI20230710BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20230710BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 Z

H01L23/46 C

H05K7/20 E

H05K7/20 U

H05K7/20 F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019099604

(22)【出願日】2019-05-28

(65)【公開番号】P2020194885

(43)【公開日】2020-12-03

【審査請求日】2022-01-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】中本 正樹

(72)【発明者】

【氏名】三倉 健詩

【審査官】井上 和俊

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１４０８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０６８９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２５４６７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２３／４６７

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、前記基板の一方側の面に配される電子部品と前記電子部品の一方側に配されるヒートシンクとを有する放熱対象部と、前記放熱対象部を挟んで前記基板の一方側に対向配置される放熱板と、
前記放熱板に固定され、前記基板と前記放熱板との間において前記放熱対象部の周囲に形成される通風路を遮る遮蔽壁を有し、ヒートシンクの部位が開口する、ガイドプレートと、
を備える電子ユニットが、複数、所定方向に並列配置される電子機器。

【請求項2】

クッション性を有し、前記放熱対象部と前記放熱板との間に介在する伝熱シートをさらに備える、請求項１に記載の電子機器。

【請求項3】

前記基板と前記放熱板との間に配設されるサイドプレートと、を備え、
前記放熱板は金属材料を含んで構成される、請求項１または２に記載の電子機器。

【請求項4】

複数の前記電子ユニットと、
前記放熱対象部に向けられた送風口を有する送風ユニットと、
複数の前記電子ユニットを所定方向に並べて収容する複数のサブラックと、
複数の前記サブラックを収容するラックと、
を備える請求項１乃至３のいずれかに記載の電子機器。

【請求項5】

前記サブラックは、前記電子ユニットを挿入する開口を有し、
前記送風ユニットは前記サブラックにおいて、前記放熱対象部に対して、前記開口とは反対側である挿入方向二次側に配置され、
前記遮蔽壁は、前記放熱対象部の挿入方向一次側であって、送風方向における二次側の端部近傍に配置され、
前記ヒートシンクはピンフィンを有する、請求項４に記載の電子機器。

【請求項6】

前記伝熱シートは一方の面が前記放熱板の基板側の表面に当接するとともに、他方の面が前記ヒートシンクに接触している、請求項２に記載の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電子ユニット及び電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば電子機器において、箱形のフレームであるサブラックシャーシに複数の電子ユニットが収容されたサブラックを、箱形のフレームであるラックに複数収容した、パッケージ型の電子機器が知られている。例えばサブラックは、サブラックシャーシに複数の電子ユニットがスライドにより挿入されて構成される。各電子ユニットは、例えば基板上に電子部品が搭載され、発熱体となる電子部品上に放熱フィンを備えるヒートシンクが設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－１４４２３６号公報

【発明の概要】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、放熱性に優れた電子ユニット及び電子機器を提供することである。

【0005】

実施形態にかかる電子機器は、電子ユニットが、複数、所定方向に並列配置される。電子ユニットは、基板と、放熱対象部と、放熱板と、ガイドプレートと、を備える。放熱対象部は、前記基板の一方側の面に配される電子部品と前記電子部品の一方側に配されるヒートシンクとを有する。放熱板は、前記放熱対象部を挟んで前記基板の一方側に対向配置される。ガイドプレートは、前記放熱板に固定され、前記放熱板から延出し、前記基板と前記放熱板との間において前記放熱対象部の周囲に形成される通風路を遮る遮蔽壁を有し、ヒートシンクの部位が開口する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態にかかるラックの構成を示す斜視図。

【図2】同実施形態にかかるサブラックの構成を示す斜視図。

【図3】同実施形態にかかる電子ユニットの側面図。

【図4】同電子ユニットの側面図。

【図5】同電子ユニットの断面図。

【図6】同電子ユニットのガイドプレートの構成を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の一実施形態にかかる電子ユニット３０及び電子機器１について、図１乃至図６を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるラック１０の構成の概略を示す斜視図であり、図２はサブラック２０の構成の概略を示す斜視図である。図３は電子ユニット３０を並列方向の一方側から見た側面図であり、放熱板３４の一部を切欠して内部構成を示す。図４は電子ユニット３０をＺ軸の一方側から見た側面図である。図５は電子ユニット３０の断面図であり、２つの電子ユニット３０が並列方向に並んで配置された状態を示す。図６はガイドプレート３６の構成を示す斜視図である。図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは互いに直交する３方向を示す。本実施形態においては電子ユニット３０の並列方向がＸ軸に、挿入方向がＹ軸に、サブラック２０の積層方向がＺ軸に沿って配置される例を示す。

【0008】

図１及び図２に示すように、電子機器１は、ラック１０と、ラック１０に収容される複数のサブラック２０と、各サブラック２０内に収容された複数の電子ユニット３０と、複数の送風ユニット４０と、を備える。

【0009】

ラック１０は、少なくとも一方に開口する矩形の筐体状に構成されたラックケース１１を備える。ラックケース１１は、互いに対向配置される二組の側板１１ａ、１１ｂと、開口の周縁に形成されたフランジ１２と、を備える。ラックケース１１の内部に、サブラックが収容可能な空間であるサブラックスロットが、所定方向に複数形成される。

【0010】

一例として、図１に示す姿勢においては上下方向に４段のサブラックスロットが配列され、各サブラックスロットにサブラック２０が配された例を示す。なお、複数段のサブラックスロットは互いに仕切り板等によって区画されていても良いし、１つの空間として形成されていてもよい。複数のサブラックスロットの一部または全部に、サブラック２０がそれぞれ挿入され、収容される。

【0011】

フランジ１２は、挿入方向一次側に形成された開口の周縁に設けられている。フランジ１２には複数の締結孔が形成されている。フランジ１２は、締結孔において、ねじ等の締結部材によってサブラック２０のフランジ２３に締結される。

【0012】

図２に示すように、サブラック２０は、サブラックシャーシ２１と、サブラックレール２２と、を備える。サブラックシャーシ２１は、サブラック２０の積層方向及び電子ユニット３０の並列方向においてそれぞれ互いに対向配置される二組の側板２１ａ，２１ｂを有し、少なくとも挿入方向の一方に開口２１ｃを有する矩形の筐体状に構成されている。サブラックシャーシ２１の開口２１ｃの周縁にはフランジ２３が形成されている。本実施形態において、一例として、サブラック２０は、例えば放送用に用いられる１９インチ型のサブラックシャーシ２１に、例えば電子ユニット３０を８列水平方向に並べて収容する構成とした。

【0013】

サブラックシャーシ２１のうち、例えばサブラック２０の積層方向に対向配置されて底壁部及び天壁部を構成する一対の側板２１ａの内面に、複数列のサブラックレール２２が設けられている。サブラックレール２２は例えば挿入方向に沿って延びるリブ状部材であり、各電子ユニット３０の挿入方向を案内するとともにサブラック２０の姿勢を規制して支持する。

【0014】

一例として、図２に示す姿勢において、サブラックシャーシ２１の内部に、水平方向に並ぶとともに互いに連通する複数の基板スロットが形成される。複数の基板スロットの一部または全部に、電子ユニット３０がそれぞれ挿入され、収容される。

【0015】

フランジ２３は、サブラックシャーシ２１の一端側の開口の周縁に形成されている。フランジ２３には複数の締結孔が形成され、締結孔においてねじ等の締結部材によりフランジ２３がラック１０のフランジ１２に固定される。

【0016】

サブラックシャーシ２１内の収容空間において、電子ユニット３０の挿入方向二次側には、送風ユニット４０が収容される。送風ユニット４０は、基板スロットに収容された電子ユニット３０の挿入方向二次側に隣接して配される複数の送風ファン４１を備える。

【0017】

複数の送風ファン４１は、電子ユニット３０の並列方向に複数配列して設けられ、前方の電子ユニット３０に向く送風口を有する。

【0018】

図３乃至図６に示すように、電子ユニット３０は、一対の対向する主面を有する基板３１と、基板３１の一方の主面上に搭載される電子部品３２と、一対の電子部品３２上に配置される一対のヒートシンク３３と、電子部品３２及びヒートシンク３３を挟んで基板３１に対向する放熱板３４と、放熱板３４とヒートシンク３３との間にそれぞれ介在する一対の伝熱シート３５と、ガイド部材であるガイドプレート３６と、一対のサイドプレート３７と、を備える。

【0019】

各電子ユニット３０は、基板３１及び放熱板３４がサブラックシャーシ２１の底壁部に対して直交する面に沿って立設した姿勢で配列される。

【0020】

基板３１は例えば一対の主面を有するＰＣＢ基板であり、一方の主面上に複数の電子部品３２が搭載される。電子部品３２は例えばＣＰＵ等の発熱部品である。基板３１の挿入方向における一次側及び二次側の端部には、サブラックシャーシ２１に係合するコネクタ３９、基板３１を挿入・抜去を容易にするためのイジェクタ３８が設けられる。

【0021】

電子部品３２のうち、少なくとも１つの電子部品３２の上面には、ヒートシンク３３が設けられている。ヒートシンク３３は、所定のピッチで立設された複数の放熱フィン３３ａを備える。放熱フィン３３ａは例えばピンフィンである。

【0022】

放熱板３４は、例えば金属などの熱伝導性の高い材料により、基板３１と同じ矩形の板状に構成される。放熱板３４は所望の放熱性を確保できる所定の厚みを有し、例えば基板３１よりも厚みが大きく構成されている。放熱板３４は、電子部品３２、ヒートシンク３３、及び伝熱シート３５を挟んで基板３１に対向配置される。放熱板３４は、例えば放熱対象部としての電子部品３２やヒートシンク３３の上面よりも大きく構成されており、熱を面方向に拡散させる。

【0023】

伝熱シート３５は、例えば２つのヒートシンク３３の上端部にそれぞれ配置されている。各伝熱シート３５は、熱伝導性が高く形状追従性の高い高分子材料で構成される。例えば伝熱シート３５はジェルシート等のクッション性を有する材質で構成される。本実施形態において、伝熱シート３５は、各ヒートシンク３３と同様の矩形状に構成されている。伝熱シート３５は一方の面が放熱板３４の基板３１側の表面に当接するとともに、他方の面がヒートシンク３３の放熱フィン３３ａの上端に接触している。

【0024】

ガイドプレート３６は、例えば熱伝導性の高い金属性の板材が曲成されて構成され、放熱板３４に取付けられる固定片３６ａと、固定片３６ａから延出する複数の遮蔽壁３６ｂ，３６ｃ，３６ｄと、を一体に備える。

【0025】

固定片３６ａは、例えば基板３１の幅方向に延びる帯状部を有し、ボルト等の締結部材により放熱板３４に固定される。

【0026】

複数の遮蔽壁３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、固定片３６ａの挿入方向一次側の端縁の所定箇所からそれぞれ、基板３１に向けて延出する。遮蔽壁３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは、基板３１と放熱板３４との間において、冷却対象部である電子部品３２及びヒートシンク３３の周囲に形成される通風路を遮る。ガイドプレート３６は、ヒートシンク３３の上側及び挿入方向一次側の部位が切り欠かれて開口している。すなわち、複数の遮蔽壁３６ｂ，３６ｃ，３６ｄの間に、送風を許容する開口３６ｅ、３６ｆが形成される。

【0027】

遮蔽壁３６ｂ，３６ｃ、３６ｄは、送風ユニット４０からの風を遮って、開口３６ｅ，３６ｆを通るように案内することで、送風方向をヒートシンク３３に向けて案内する。すなわち、ガイドプレート３６は、ヒートシンク３３の間の通風路を塞ぎ、隙間に風が逃げることを抑制し、通風路を狭めることでヒートシンク３３が効果的に冷却されるように送風方向を案内する。遮蔽壁３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、放熱対象部である電子部品３２及びヒートシンク３３の挿入方向一次側であって送風方向における二次側の端縁の近傍に配置されている。

【0028】

ガイドプレート３６は、電子ユニット３０のヒートシンク３３の一方側から被せられて装着され、固定片３６ａに形成された複数の取付孔においてねじ等の締結部材により、放熱板３４に固定される。

【0029】

なお、ガイドプレート３６の各部の形状及びサイズは、複数の冷却対象部の発熱量に応じた送風分配割合に基づいて決定される。

【0030】

サイドプレート３７は、基板３１と放熱板３４との間に配される。サイドプレート３７は、例えば放熱板３４と同様に熱伝導性の高い金属材料で構成され、挿入方向に延びる矩形の板状に構成されている。サイドプレート３７は電子ユニット３０の並列方向に沿う幅方向両端縁が屈曲し、それぞれ基板３１及び放熱板３４に締結される。基板３１、放熱板３４、及び一対のサイドプレート３７によって、電子ユニット３０内部に挿入方向に貫通する通風路が形成されている。本実施形態にかかる電子機器１において、電子ユニット３０の挿入方向二次側に配された送風ファン４１から、挿入方向一次側に向けて送風される。

【0031】

電子機器１において、ＣＰＵ等の発熱量の多い電子部品３２からの熱は、ヒートシンク３３を介して、ヒートシンク３３を冷却風が通過して熱交換されること及び伝熱シート３５及び放熱板３４に伝達されることにより、拡散される。電子機器１において、制御部により送風ファンのモータを回転駆動すると、送風口から、電子ユニット３０に向けて送風される。送風口から送られた空気は、送風口の先方に設けられたガイドプレート３６の遮蔽壁３６ｂ、３６ｃ、３６ｄによって遮られ、開口３６ｅ，３６ｆに案内される。

【0032】

以上の様に構成された電子機器１によれば、電子ユニット３０において、ヒートシンク３３に接する放熱板３４を設けることにより、ヒートシンク３３の熱を面方向に拡散することで、放熱効果を向上できる。特に、同形状の電子ユニット３０を所定方向に並列してサブラックシャーシ２１に収容する構成では、発熱部品の位置が揃うと、電子ユニット３０からの廃熱によって隣接する電子ユニット３０の放熱が妨げられるが、並列方向と交差する面方向に熱を拡散する放熱板３４により、熱を効果的に拡散でき、高い放熱効果が得られる。

【0033】

また、電子機器１において基板３１に対向する放熱板３４を設けるとともに、放熱板３４と基板３１との間にサイドプレート３７を設けて組付けることで、剛性を向上できる。

【0034】

また、電子機器１は、ヒートシンク３３と放熱板３４に接触する伝熱シート３５を介在させたことにより、ヒートシンク３３から放熱板３４への熱伝導性能を確保し、放熱効果を向上できる。また放熱効果が向上することによりヒートシンク３３の設置面積を低減できるため、電子部品の実装面積を増加できる。さらに、伝熱シート３５はクッション性を有する構成であるため、ヒートシンク３３や放熱板３４への密着性及び接触面積を確保しやすく、寸法公差を吸収できるため、製造時に要求される寸法精度を緩和することができる。

【0035】

また、伝熱シート３５がヒートシンク３３の一方側の隙間を塞ぐ構成としたことにより、冷却風がヒートシンク３３の一方側の隙間に逃げることを抑制し、冷却効果を高めることができる。

【0036】

上述した実施形態の電子機器１によれば、放熱対象部を挟んで基板３１に対向する放熱板３４を有することにより、高い放熱性を得ることが可能となる。

【0037】

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各部の構成を適宜変更して実施可能である。例えば上記実施形態においては、電子ユニット３０の形状や各部の発熱量に応じてガイドプレート３６を上述の形状に構成したが、これに限られるものではない。例えば放熱対象部である電子部品３２やヒートシンク３３の形状や位置に応じて適宜ガイドプレート３６の形状や位置を変更することが可能である。

【0038】

上記実施形態においては、送風ユニット４０が電子ユニット３０の挿入方向二次側に配置される例を示したが、これに限られるものではなく、例えば送風ユニット４０が電子ユニット３０の一部として設けられていてもよい。すなわち、例えば基板３１の一方の主面にファンが搭載されている構成であってもよい。

【0039】

また、上記実施形態において遮蔽壁３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの、挿入方向における配置の例として、放熱対象部である電子部品３２及びヒートシンク３３の挿入方向一次側であって送風方向における二次側の端縁の近傍に配置された例を示したが、これに限られるものではなく、例えば挿入方向における二次側であってもよいし、中央部に配置してもよい。

【0040】

また、例えばラックケース１１やサブラックシャーシ２１の挿入方向二次側の端部は例えばパネルが設けられていてもよいし、開口していてもよい。また、ラックケース１１の内の空間やサブラックシャーシ２１内の空間はレール部材や仕切り部材によって複数に区画されていてもよいし、連通していてもよい。さらに、放熱板３４に、断熱シートや放熱フィンなどを設けてもよい。

【0041】

以上述べた少なくともひとつの実施形態の電子機器によれば、放熱対象部を挟んで基板３１に対向する放熱板３４を有することにより、高い放熱性を得ることが可能となる。

【0042】

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
（１）
基板と、前記基板の一方側の面に配される電子部品と前記電子部品の一方側に配されるヒートシンクとを有する放熱対象部と、前記放熱対象部を挟んで前記基板の一方側に対向配置される放熱板と、を備える、電子ユニット。
（２）
クッション性を有し、前記放熱対象部と前記放熱板との間に介在する伝熱シートをさらに備える、（１）に記載の電子ユニット。
（３）
複数の前記電子ユニットが所定方向に並列配置され、
前記基板と前記放熱板との間において前記放熱対象部の周囲に形成される通風路を遮る遮蔽壁を有するガイド部材を備える、（１）または（２）に記載の電子ユニット。
（４）
前記基板と前記放熱板との間に配設されるサイドプレートと、を備え、
前記放熱板は金属材料を含んで構成される、（１）乃至（３）のいずれかに記載の電子ユニット。
（５）
（１）乃至（４）のいずれかに記載の電子ユニットと、
前記放熱対象部に向けられた送風口を有する送風ユニットと、
複数の前記電子ユニットを所定方向に並べて収容する複数のサブラックと、
複数の前記サブラックを収容するラックと、
を備える電子機器。

【符号の説明】

【0043】

１…電子機器、１０…ラック、１１…ラックケース、１１ａ、１１ｂ…側板、１２…フランジ、２０…サブラック、２１…サブラックシャーシ、２１ａ、２１ｂ…側板、２１ｃ…開口、２２…サブラックレール、２３…フランジ、３０…電子ユニット、３１…基板、３２…電子部品、３３…ヒートシンク、３３ａ…放熱フィン、３４…放熱板、３５…伝熱シート、３６…ガイドプレート、３６ａ…固定片、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…遮蔽壁、３６ｅ…開口、３６ｆ…開口、３７…サイドプレート、３８…イジェクタ、３９…コネクタ、４０…送風ユニット、４１…送風ファン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】