特許 7554802 放熱構造および電子機器

(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】2024-09-11

(45)【発行日】2024-09-20

(54)【発明の名称】放熱構造および電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/40 20060101AFI20240912BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

H01L23/40 E

H05K7/20 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022151793

(22)【出願日】2022-09-22

(65)【公開番号】P2024046416

(43)【公開日】2024-04-03

【審査請求日】2023-08-15

(73)【特許権者】

【識別番号】311012169

【氏名又は名称】ＮＥＣパーソナルコンピュータ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】緑川 雄斗

(72)【発明者】

【氏名】皆川 和之

【審査官】清水 稔

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１５０８３４４７（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０６３５３２８３（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２００５－１３５９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２９５７１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第１０６４５７９４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１７４６１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】登録実用新案第３２２４６５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１８－０１８８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１１９８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１１８０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２５４０５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／４０

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に実装されたコネクタに一端が接続されるとともに他端が前記基板に対して固定される電子モジュールの放熱構造であって、
前記電子モジュールに対して熱接続される放熱板を有し、
前記放熱板は、前記コネクタにおける前記電子モジュールが接続されるスロットの面に対して直交する両側面を弾性的に挟持して固定する一対の爪を有し、
前記基板、前記コネクタ、前記電子モジュール、および前記放熱板は電子機器の筐体内に収納されており、
前記筐体は前記放熱板を覆うカバーを有し、
前記カバーの内面には前記放熱板に向かって突出する突起が設けられている
ことを特徴とする放熱構造。

【請求項2】

基板に実装されたコネクタに一端が接続されるとともに他端が前記基板に対して固定される電子モジュールの放熱構造であって、
前記電子モジュールに対して熱接続される放熱板を有し、
前記放熱板は、前記コネクタにおける前記電子モジュールが接続されるスロットの面に対して直交する両側面を弾性的に挟持して固定する一対の爪を有し、
前記基板、前記コネクタ、前記電子モジュール、および前記放熱板は電子機器の筐体内に収納されており、
前記筐体は前記放熱板を覆うカバーを有し、
前記放熱板は前記コネクタの実装面と反対側の表面に接するコネクタ当接部を有し、
前記カバーの内面には前記コネクタ当接部に向かって突出する突起が設けられている
ことを特徴とする放熱構造。

【請求項3】

請求項２に記載の放熱構造において、
前記コネクタ当接部と前記突起との間には微少な隙間が設けられている
ことを特徴とする放熱構造。

【請求項4】

請求項１または２に記載の放熱構造において、
前記放熱板は、ネジによって前記電子モジュールの他端と共締めされている
ことを特徴とする放熱構造。

【請求項5】

請求項１または２に記載の放熱構造において、
前記電子モジュールは、記憶装置である
ことを特徴とする放熱構造。

【請求項6】

筐体の内部に基板、前記基板に実装されたコネクタ、および一端が前記コネクタに接続されるとともに他端が前記基板に対して固定される電子モジュールを有する電子機器であって、
前記電子モジュールに対して熱接続される放熱板を有し、
前記放熱板は、前記コネクタにおける前記電子モジュールが接続されるスロットの面に対して直交する両側面を弾性的に挟持して固定する一対の爪を有し、
前記筐体は前記放熱板を覆うカバーを有し、
前記カバーの内面には前記放熱板に向かって突出する突起が設けられている
ことを特徴とする電子機器。

【請求項7】

筐体の内部に基板、前記基板に実装されたコネクタ、および一端が前記コネクタに接続されるとともに他端が前記基板に対して固定される電子モジュールを有する電子機器であって、
前記電子モジュールに対して熱接続される放熱板を有し、
前記放熱板は、前記コネクタにおける前記電子モジュールが接続されるスロットの面に対して直交する両側面を弾性的に挟持して固定する一対の爪を有し、
前記筐体は前記放熱板を覆うカバーを有し、
前記放熱板は前記コネクタの実装面と反対側の表面に接するコネクタ当接部を有し、
前記カバーの内面には前記コネクタ当接部に向かって突出する突起が設けられている
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、電子モジュールの放熱構造、および該電子モジュールを備える電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

ノート型ＰＣのような電子機器は、ＣＰＵを実装した基板（マザーボード）のコネクタに対してＳＳＤ等の電子モジュールを接続して用いている。電子モジュールは、例えば基板に実装されたコネクタに一端が接続されるとともに他端が該基板に対してネジで固定される（引用文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－０５７７３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電子モジュールは発熱をすることから安定した動作を確保するためには放熱板を設けることが望ましいが、そのためには基板上に放熱板の固定部を確保する必要がある。

【0005】

ノート型ＰＣのような電子機器は、小型化と高性能化の両立が要求される。性能の高いＣＰＵは、大型である場合が多い。ところが、筐体の小型化の観点からは、基板の大きさを拡大することは難しい。その結果、基板上では、ＣＰＵの占有スペースが相対的に増大し、放熱板のための固定部スペースの確保が難しくなる懸念がある。

【0006】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、基板上で電子モジュールの放熱板を固定するための固定スペースを抑制することのできる放熱構造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】

【0007】

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態様に係る放熱構造は、基板に実装されたコネクタに一端が接続されるとともに他端が前記基板に対して固定される電子モジュールの放熱構造であって、前記電子モジュールに対して熱接続される放熱板を有し、前記放熱板は、前記コネクタにおける前記電子モジュールが接続されるスロットの面に対して直交する両側面を弾性的に挟持して固定する一対の爪を有する。

【0008】

本発明の第２態様に係る電子機器は、筐体の内部に基板、前記基板に実装されたコネクタ、および一端が前記コネクタに接続されるとともに他端が前記基板に対して固定される電子モジュールを有する電子機器であって、前記電子モジュールに対して熱接続される放熱板を有し、前記放熱板は、前記コネクタにおける前記電子モジュールが接続されるスロットの面に対して直交する両側面を弾性的に挟持して固定する一対の爪を有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明では、電子モジュールに対して熱接続される放熱板を有しており、該放熱板は、コネクタにおける電子モジュールが接続されるスロットの面に対して直交する両側面を弾性的に挟持して固定する一対の爪を有している。したがって、放熱板は、少なくとも一端がネジを用いず簡便に、かつ前後方向に関してバランスよく固定することができる。また、この一端部ではネジが不要であるため、ネジを固定する固定片を突出して設ける必要がなく、基板上で放熱板を固定するための固定スペースを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【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、電子機器における放熱構造の部分の分解斜視図である。

【図4】図４は、電子機器における放熱構造の部分の平面図である。

【図5】図５は、放熱板の斜視図である。

【図6】図６は、右側から見た放熱板の側面図である。

【図7】図７は、図２におけるＶＩＩ～ＶＩＩ線視による模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本発明にかかる放熱構造および電子機器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。

【0012】

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図である。図１に示すように、電子機器１０は、筐体１２と、ディスプレイ筐体１４と、ヒンジ１６とを備える。本実施形態に係る電子機器１０は、筐体１２とディスプレイ筐体１４との間がヒンジ１６によって相対的に回動可能に連結されたクラムシェル型のノート型ＰＣである。本発明は、ノート型ＰＣ以外、例えばデスクトップ型ＰＣ、タブレット型ＰＣ、携帯電話、スマートフォン、携帯用ゲーム機、電子手帳等の各種情報機器に適用できる。

【0013】

以下、筐体１２及びこれに搭載される各要素について、図１に示す電子機器１０を使用するユーザから見た方向を基準とし、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。

【0014】

先ず、電子機器１０の全体構成を説明する。
図１に示すように、筐体１２は、扁平な箱型の筐体である。筐体１２は、上カバー材１２Ａと、下カバー材１２Ｂとで構成されている。上カバー材１２Ａは、筐体１２の上面及び四周側面を形成する。下カバー材（カバー）１２Ｂは、上カバー材１２Ａの下面側開口を塞ぐ蓋板であり、筐体１２の下面を形成する。筐体１２の上面には、キーボード１８及びタッチパッド１９が設けられている。

【0015】

ディスプレイ筐体１４は、筐体１２よりも薄い扁平な箱型の筐体である。ディスプレイ筐体１４の前面には、ディスプレイ２０が設けられている。ディスプレイ２０は、例えば液晶ディスプレイである。

【0016】

ヒンジ１６は、筐体１２の後縁部とディスプレイ筐体１４の下縁部との間を連結している。ヒンジ１６は、例えば左右一対設けられている。

【0017】

次に、筐体１２の内部構造の具体的な構成例を説明する。図２は、筐体１２の内部構造を模式的に示す底面図である。図２に示すように、筐体１２の内部には、基板２６、バッテリ装置２３、及びアンテナエレメント２４等の各種電子部品や機械部品が収容されている。

【0018】

バッテリ装置２３は、電子機器１０の電源となる二次電池である。バッテリ装置２３は、基板２６と接続され、基板２６に電力を供給する。アンテナエレメント２４は、図示しない通信モジュール（電子モジュール）と接続され、無線の送受信を行う。図２中の参照符号２５は、筐体１２の後端面に形成された切欠形状部であり、ヒンジ１６が配置される。

【0019】

基板２６は、電子機器１０のマザーボードである。基板２６は、例えば筐体１２内で後側略半分の領域を占める大きさである。基板２６は、ＣＰＵ３２、コネクタ３３、及び電源コネクタ３５等の各種電子部品が実装されている。また、基板２６にはボス３４が設けられている。基板２６は、その第１面（実装面）２６ａにＣＰＵ３２及びコネクタ３３等が実装される。基板２６は、第１面２６ａの裏面（第２面２６ｂ）が上カバー材１２Ａの下面及びキーボード１８の下面に対してネジ止めされ、これにより筐体１２に固定される。基板２６には、取付孔２６ｃが各所に形成されている。

【0020】

ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３２は、電子機器１０の主たる処理装置である。ＣＰＵ３２は、ダイ３２ａと、パッケージ基板３２ｂとを有する。ＣＰＵ３２は、基板２６の第１面２６ａで大きなスペースを占有している。

【0021】

コネクタ３３には記憶装置（電子モジュール）３６が接続される。電源コネクタ３５は、バッテリ装置２３が接続される。

【0022】

次に、本実施の形態にかかる放熱構造４０について説明する。放熱構造４０は、放熱板４２により記憶装置３６の放熱を行うものである。図３は、電子機器１０における放熱構造４０の部分の分解斜視図である。図４は、電子機器１０における放熱構造４０の部分の平面図である。

【0023】

図３、図４に示すように、コネクタ３３は、基板２６の第１面２６ａに実装されている。コネクタ３３は、本実施形態における実装の向きを基準として左右方向より前後方向が長い平形である。もちろん、コネクタ３３の実装の向きはこれに限られない。

【0024】

コネクタ３３は、右側にスロット３３ａが形成されている。コネクタ３３はやや低いが、前後両端の側面３３ｂは後述する爪４６が把持可能な程度の高さおよび左右幅を有している。側面３３ｂは記憶装置３６が接続されるスロット３３ａの面に対して直交する面である。コネクタ３３の実装面と反対側の表面３３ｃは、後述するコネクタ当接部４２ｂが安定して面接触可能な程度の面積を有している。コネクタ３３はカードエッジ型ソケットの一種であり、例えばＭ．２（エムドットツー）規格に対応している。

【0025】

ボス３４は、寸法が規格化された記憶装置３６を固定するのに対応しており、コネクタ３３の右側のやや離れた位置にある。ボス３４は基部３４ａと、突出部３４ｂとからなる段付き円筒型である。突出部３４ｂの中空部は雌ネジが形成されている。

【0026】

記憶装置３６は、左右方向にやや長い略矩形のカード型の電子モジュールであり、一端（この場合左端）にはコネクタ３３のスロット３３ａに挿入・接続される接続端子３６ａが設けられており、他端（この場合右端）にはボス３４の突出部３４ｂが嵌り込む半円形の切欠３６ｂが設けられている。記憶装置３６には記憶素子を含む複数のチップ３６ｃが実装されている。チップ３６ｃは基本的に基板２６とは反対側を臨む面３６ｄに表面実装されているが、両面実装であってもよい。ただし比較的発熱量の大きいチップ３６ｃは面２６ｄに実装されているものとする。記憶装置３６は、例えばＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）である。

【0027】

記憶装置３６は、やや斜めにしながら接続端子３６ａをスロット３３ａに挿入し、その後基板２６と水平にして、切欠３６ｂの周辺部をボス３４の基部３４ａに載置し、後述するようにネジ４４によって放熱板４２の左端部と共締めして固定される。

【0028】

図５は、放熱板４２の斜視図である。図６は、右側から見た放熱板４２の側面図である。識別が容易となるように図６では放熱板４２の左端部の要素を省略している。

【0029】

放熱板４２は記憶装置３６のほぼ全面を覆う主板４２ａがベースとなっている。主板４２ａは記憶装置３６に対応して左右方向にやや長い略矩形となっている。主板４２ａの一端にはコネクタ当接部４２ｂが設けられ、他端にはネジ固定部４２ｃが設けられ、上下方向の両側には屈曲部４２ｄが設けられている。放熱板４２は、銅板やステンレス板などの伝熱性の高い金属板に対して曲げやプレスなどの板金加工をして得られる。

【0030】

ネジ固定部４２ｃは、ネジ４４（図３参照）により放熱板４２の右端を基板２６のボス３４に固定する部分であり、円形のネジ座４２ｃａおよび該ネジ座４２ｃａの両端と主板４２ａとをつなぐアーム部４２ｃｂとを有する。ネジ固定部４２ｃと主板４２ａとの間には隙間４２ｅが形成されている。一対のアーム部４２ｃｂは、隙間４２ｅを形成するように主板４２ａに対して左端のやや離れた２か所につながっている。一対のアーム部４２ｃｂはやや傾斜しており、ネジ座４２ｃａは主板４２ａよりやや基板２６に近い位置にあり、ボス３４の突出部３４ｂに当接するようになっている。ネジ座４２ｃａの端には小さい屈曲片４２ｃｃが設けられている。主板４２ａにおける右端の上下には小さい屈曲片４２ｆが設けられている。屈曲片４２ｃｃ，４２ｆは基板２６の方向に突出している。

【0031】

屈曲部４２ｄは基板２６の方向に突出し、主板４２ａの長手方向ほぼ全長に亘って延在しており該主板４２ａを補強している。屈曲部４２ｄにおけるやや左寄りの箇所には基板２６の第１面２６ａに当接する凸部４２ｄａが設けられている。２つの屈曲部４２ｄの内一方（この実施例では後側）には途中に切欠４２ｄｂが形成されている。

【0032】

図７は、図２におけるＶＩＩ～ＶＩＩ線視による模式断面図である。
図５、図７に示すように、コネクタ当接部４２ｂは主板４２ａに対して段差部４２ｇを介してつながっている。コネクタ当接部４２ｂは、コネクタ３３の表面３３ｃに当接する部分であり、左右幅が表面３３ｃとほぼ同じであり、上下幅が表面３３ｃよりわずかに長い。

【0033】

コネクタ当接部４２ｂの上下両端からは爪４６が基板２６の方向に突出している。一対の爪４６は互いに接近するようにやや内向きの傾斜となっており、互いに最も接近する最接近部４６ａより先の先端部４６ｂはやや外向きに反っている。先端部４６ｂは短い。爪４６は左右幅がコネクタ３３とほぼ同じである。一対の爪４６の最接近部４６ａ同士の間隔は、組み立て前の自然状態でコネクタ３３の前後幅よりやや短くなっている。

【0034】

主板４２ａの裏側で記憶装置３６と対面する面にはサーマルパッド４８が貼られている。サーマルパッド４８は、ＴＩＭ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）の一種であってチップ３６ｃの熱を効率的に主板４２ａに伝熱させることができる。サーマルパッド４８は、記憶装置３６のチップ３６ｃに対して適度に圧縮されて当接される厚みを有している。サーマルパッド４８は、複数のチップ３６ｃのうち１つ以上の発熱の大きいものに対して当接可能な十分な面積を有している。サーマルパッド４８は、例えばシリコーン材で構成されており弾性を有する。

【0035】

放熱板４２の右端は、ネジ４４がネジ座４２ｃａを通ってボス３４に螺合することによって記憶装置３６の右端と共締めされている（図３参照）。放熱板４２の左端は、一対の爪４６における最接近部４６ａがコネクタ３３の両端の略中間高さ位置で弾性的に挟持して固定する。このように放熱板４２が固定されると、主板４２ａはサーマルパッド４８を介して記憶装置３６のチップ３６ｃと熱接続される。

【0036】

図３、図７に示すように、下カバー材１２Ｂは放熱板４２を覆っており、下カバー材１２Ｂの上面（内面）１２Ｂａにはコネクタ当接部４２ｂに向かって突出する２つの突起５０が設けられている。コネクタ当接部４２ｂと突起５０との間には微少な隙間５２が設けられている。２つの突起５０は、前後方向に適度に離間しており、且つコネクタ３３の前後端部からも適度に離間した位置にバランスよく配置されている。突起５０は３つ以上でもよいし、前後方向にやや長くして１つ設けてもよい。

【0037】

このように構成される放熱構造４０および電子機器１０では、記憶装置３６に対して熱接続される放熱板４２を有しており、該放熱板４２は、コネクタ３３の表面３３ｃに接するコネクタ当接部４２ｂと、該コネクタ当接部４２ｂの両端から突出してコネクタ３３の両端の側面３３ｂを弾性的に挟持して固定する一対の爪４６とを有している。したがって、放熱板４２は、少なくとも左端部分がネジを用いず簡便に、かつ前後方向に関してバランスよく固定することができる。また左端部でネジが不要であるため、図４、図５の仮想線で示すようなネジ固定片６０を左端近傍で前後方向に突出して設ける必要がなく、基板２６上で放熱板４２を固定するための固定スペースを抑制することができる。このため、基板２６のスペースに余裕が生じ、該基板２６の小型化やＣＰＵ３２など他の実装部品の大型化が可能になる。

【0038】

また、放熱板４２の右端は、ネジ４４によって記憶装置３６と共締めされていることから、右端で放熱板４２を固定するための専用ネジが不要であり、図４の仮想線で示すようなネジ固定片６２を右端近傍で前後方向に突出して設ける必要がなく、基板２６のスペースにさらに余裕が生じる。つまり、放熱構造４０では、放熱板４２を固定するための専用ネジが不要であって、部品点数を削減することができる。

【0039】

さらに、仮に放熱板４２をネジ固定片６０，６２のように対角状に配置すると２点の固定となるが、本実施の形態にかかる放熱構造４０では、左の２つの爪４６と、右のネジ４４とによるバランスした３点の固定で一層安定し、しかもサーマルパッド４８を介して記憶装置３６に対して一層確実に熱接続される。

【0040】

下カバー材１２Ｂの上面１２Ｂａにはコネクタ当接部４２ｂに向かって突出する２つの突起５０が設けられていることから、コネクタ当接部４２ｂが抜けることが防止される。コネクタ当接部４２ｂと突起５０との間には微少な隙間が設けられていることから、通常時にはコネクタ当接部４２ｂに無理な力が加わることがない。突起５０は放熱板４２の端部であるコネクタ当接部４２ｂに向かって突出していることにより、放熱板４２の抜けが効果的に防止されるが、放熱板４２におけるコネクタ当接部４２ｂ以外の主板４２ａのいずれかの箇所に向けて突出していても抜け防止作用がある。この場合も突起５０と主板４２ａとの間には微少な隙間を設けておくとよい。

【0041】

放熱板４２はネジ４４を外して持ち上げることにより単体で取り外すことができる。このとき、記憶装置３６の接続端子３６ａはコネクタ３３のスロット３３ａに挿入されたままの状態であることから挿入状態を確認することができる。放熱板４２はボス３４およびコネクタ３３に対して固定されていることから記憶装置３６に対して機械的負荷をかけることがない。

【0042】

放熱構造４０における放熱板４２は記憶装置３６に対して適用されているが、例えばアンテナエレメント２４に対応した通信モジュールなどに適用してもよい。放熱板４２の主板４２ａの部分は板状に限らず、例えば多数の冷却フィンが突出している形式であってもよいが、本実施例のように一枚板から構成される形式にすると廉価である。

【0043】

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】

【0044】

１０ 電子機器
１２ 筐体
１２Ｂ 下カバー材（カバー）
２６ 基板
３３ コネクタ
３３ａ スロット
３３ｂ 側面
３３ｃ 表面
３４ ボス
３４ａ 基部
３４ｂ 突出部
３６ 記憶装置（電子モジュール）
３６ａ 接続端子
３６ｃ チップ
４０ 放熱構造
４２ 放熱板
４２ａ 主板
４２ｂ コネクタ当接部
４２ｃ ネジ固定部
４２ｃａ ネジ座
４４ ネジ
４６ 爪
４８ サーマルパッド
５０ 突起
５２ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】