JP2016032031A - 放熱構造およびこれを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱効率を向上できる放熱構造およびこれを備えた電子機器を提供する。
【解決手段】センターフレーム２の隆起部８に設けられ、電子部品６と隆起部８との間に配置された放熱シート７の側面の全周または一部に接触する放熱補助部（リブまたは凹部の内壁）を備える。
【選択図】図４

Description

この発明は、熱伝導が良好な材質からなる放熱用シート部材（以下、放熱シートと呼ぶ）を利用した発熱素子の放熱構造およびこれを備えた電子機器に関する。

従来から、高発熱の電子部品と放熱部材との間に放熱シートを挟んで配置して電子部品からの熱を放熱部材に放熱する放熱構造が知られている。
例えば、特許文献１に記載される電子機器の放熱構造においては、放熱シートの上下のシート面の一方に高発熱の電子部品を接触させ、もう一方に金属ベース基板（放熱部材）を接触させている。これにより、電子部品からの熱を放熱シートの厚み方向の経路で放熱部材へ伝熱している。

特開２００６−１３５２０２号公報

近年では、電子機器の高機能化によって集積度が向上した集積回路（ＩＣ）チップなどの電子部品が使用され、また電子機器の小型化に伴い機器内の小さなスペースに上記電子部品が高密度に配置されている。この場合、個々の電子部品が高発熱となり、電子部品間で熱の影響を受けやすく、放熱シートを利用した放熱構造においても放熱効率のさらなる向上が求められている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、放熱効率を向上できる放熱構造およびこれを備えた電子機器を得ることを目的とする。

この発明に係る放熱構造は、放熱用シート部材の対向する一方のシート面を電子部品に接触させ、もう一方のシート面を放熱部材に接触させて電子部品と放熱部材との間に放熱用シート部材を配置し、放熱用シート部材を通して電子部品からの熱を放熱部材に放熱する放熱構造において、放熱部材に設けられ、電子部品と放熱部材との間に配置された放熱用シート部材の側面の全周または一部に接触する放熱補助部を備える。

この発明によれば、放熱効率を向上できるという効果がある。

この発明の実施の形態１に係る放熱構造を備えた電子機器を示す斜視図である。 図１の電子機器の分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線で切った断面矢示図である。 図３の部分Ｂの拡大図である。 実施の形態１に係る放熱構造における放熱シートの配置の概要を示す図である。 実施の形態１に係る放熱構造における各構成の高さ方向の寸法を示す図である。 実施の形態１に係る放熱構造における各構成の対向する面の寸法（面積）を示す図である。 実施の形態１におけるリブの変形例を示す図である。 実施の形態１における凹部を示す図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る放熱構造を備えた電子機器を示す斜視図である。図２は図１の電子機器の分解斜視図である。図３は図１のＡ−Ａ線で切った断面矢示図である。また、図４は図３の部分Ｂの拡大図である。
図１において、電子機器１は車載用ナビゲーション装置などの電子機器である。なお、図１では、センターフレーム２の上下にトップカバー３とボトムカバー４を組み合わせて構成される電子機器１を示している。また、電子機器１の内部には、図２に示すように、各種の電子部品を実装した基板５が収容される。

図２および図３に示すように、センターフレーム２には一方の面から隆起した隆起部８が形成されており、放熱シート７が隆起部８の端面８ａ上に配置される。
基板５は、電子部品６などの各種部品が実装された基板であり、センターフレーム２に設けられた支持部２ａにねじ止めなどで固定されて支持される。また、基板５がセンターフレーム２に支持されると、基板５に実装された電子部品６は、隆起部８の端面８ａ上の放熱シート７に接触した状態となる。なお、電子部品６はＩＣチップなどの高発熱の電子部品である。

センターフレーム２は、上述したように基板５を支持し、さらに放熱シート７から伝導された熱を放熱する放熱部材としての役割も有する。例えば、フレーム部材としての剛性を実現し、かつ熱伝導性が高い金属材料（マグネシウム合金やアルミニウム合金など）で構成される。

放熱シート７は、対向する一方のシート面に電子部品６が接触しもう一方のシート面に隆起部８が接触して電子部品６と隆起部８との間に配置される放熱用シート部材である。
なお、放熱シート７には、熱伝導性が高く、弾性を有した材料が用いられる。例えば、シリコンゴムを用いるとよい。
また、本発明では、図４を用いて後述するように放熱シート７の側面を介した熱伝導を行うので、放熱シート７は、側面からの放熱を期待できる厚さ（例えば、３ｍｍ程度）を有する方が効果的である。

リブ９は、図４に示すように隆起部８の端面８ａから突出するように隆起部８と一体に形成され、電子部品６と隆起部８との間に配置された放熱シート７の側面に接触している。例えば、ダイカストまたは削り出しによって形成される。
本発明に係る放熱構造においては、電子部品６で発生した熱が放熱シート７の対向するシート面を介して隆起部８に伝導し、さらに放熱シート７のシート面の側面からリブ９に伝導する。そして、リブ９は、放熱シート７の側面から熱が伝導されて放熱シート７と接触していない外表面から放熱し、さらに隆起部８へ熱を伝導してセンターフレーム２から放熱が行われる。すなわち、リブ９は、放熱シート７の側面を介した熱伝導経路を新たに形成して放熱を補助する放熱補助部として機能する。
このようにリブ９によって新たな熱伝導経路が追加されるので、放熱シート７を用いた放熱構造の放熱効率を向上できる。

また、放熱シート７の位置決めにリブ９を用いてもよい。
図５は実施の形態１に係る放熱構造における放熱シートの配置の概要を示す図であり、四角形の放熱シート７を配置する場合を示している。基板５がセンターフレーム２に固定されたときに電子部品６が放熱シート７のシート面内に的確に接触するように、隆起部８の端面８ａにおける放熱シート７の配置部位は予め決められている。

従来は、この配置部位を示すマーカーとして、配置部位の放熱シート７の外形に沿った立体線または溝線を端面８ａに施して、このマーカーに合わせて放熱シート７を配置していた。この構成の場合、放熱シート７がマーカーを乗り越えて移動可能であるため、放熱シート７の位置ずれが発生しやすいという課題があった。

そこで、本発明では、例えば図５（ａ）に示すように、上記配置部位の放熱シート７の隣り合う２辺に沿ってリブ９を設けている。放熱シート７の角をリブ９の角に合わせて、放熱シート７を図５（ａ）の矢印方向にリブ９に押し付けるようにして端面８ａ上に配置する。これにより隆起部８の端面８ａ上の予め決められた配置部位に放熱シート７を容易に配置することができる。このとき、リブ９が、図５（ｂ）に示すように放熱シート７の隣り合う２辺の各側面に接触した状態となり、端面８ａ上での放熱シート７の移動を規制する。従って、放熱シート７の位置ずれの発生を低減することができる。

なお、図５では放熱シート７の外形が四角形である場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、放熱シート７の外形が、四角形以外の三角形または五角形以上の多角形の場合であっても、端面８ａ上で放熱シート７の外形の隣り合う２辺に沿ってリブを設けることで、上述のような位置決めを行うことができる。

次に、電子部品６、放熱シート７およびリブ９の各寸法の関係について説明する。
図６は実施の形態１に係る放熱構造における各構成の高さ方向の寸法を示す図である。図６において、電子部品６の高さＨＡおよび放熱シート７の厚さＨＢは製品の規格によって予め決められた値であり変更できないが、放熱補助部であるリブ９の高さＨＣは変更可能である。

また図７は実施の形態１に係る放熱構造における各構成の対向する面の寸法（面積）を示す図である。図７において、放熱シート７に対向する電子部品６の外形面積ＳＡ（電子部品６の放熱シート７と接触する部分の面積）と放熱シート７のシート面の面積ＳＢは、製品の規格によって予め決められた値であり変更できない。一方、隆起部８の端面８ａで放熱シート７を配置する部分（上述した配置部位）の面積ＳＣは変更可能である。

本発明に係る放熱構造においては、基板５に実装した電子部品６とセンターフレーム２の隆起部８とが対向して放熱シート７を挟んで配置される。このため、リブ９の高さＨＣによっては放熱シート７と電子部品６および隆起部８の端面８ａとの接触が不十分になる可能性がある。
そこで、本発明では、電子部品６、放熱シート７およびリブ９を、例えば下記のような寸法関係ａまたは寸法関係ｂとする。これにより、放熱シート７と電子部品６および隆起部８の端面８ａとを確実に接触させることができる。

まず、寸法関係ａとして、リブ９の高さＨＣを放熱シート７の厚さＨＢよりも低く形成する。このようにすることで、放熱シート７が端面８ａの配置部位に配置されたときに、放熱シート７が電子部品６側にリブ９よりも突出した状態となる。従って、電子部品６が放熱シート７のシート面に接触するまでの間にリブ９が基板５に当たらないため、放熱シート７と電子部品６および隆起部８の端面８ａとが確実に接触する。

また、寸法関係ｂでは、リブ９の高さＨＣを、放熱シート７の厚さＨＢよりも高くかつ電子部品６の高さＨＡに放熱シート７の高さを加算した値以下（ＨＣ≦ＨＡ＋ＨＢ）にする。このとき、リブ９が基板５または電子部品６に接触しないように、放熱シート７が配置される部分の面積ＳＣを、電子部品６の外形面積ＳＡよりも広く形成する。
このように構成することで、電子部品６の高さＨＡがリブ９の高さＨＣと放熱シート７の厚さＨＢとの差分以上（ＨＡ≧ＨＣ−ＨＢ）となる。このため、基板５をセンターフレーム２に固定した際に電子部品６が放熱シート７に接触した状態または放熱シート７を押圧した状態になる。

放熱シート７が弾性を有する場合において、上述のように電子部品６が放熱シート７を押圧すると、放熱シート７が弾性拡張してリブ９に密着する。これにより、放熱シート７の側面とリブ９とを介した熱伝導経路の放熱効率を向上させることができる。
また、上述のように構成すると、放熱シート７を配置したときにリブ９から若干離れる位置ずれが発生しても、弾性拡張した放熱シート７がリブ９に接触する。

次に、本発明における放熱補助部の変形例について説明する。
図８は、実施の形態１におけるリブの変形例を示す図であり、放熱補助部がリブである場合について示している。また、図９は、実施の形態１における凹部を示す図であって、放熱補助部が凹部の内壁である場合を示している。

図８（ａ）に示すリブ９Ａは、端面８ａの配置部位における放熱シート７の外形の１辺に沿って形成されている。放熱シート７は、リブ９Ａに押し付けるようにして端面８ａ上に配置される。このように構成しても、隆起部８の端面８ａ上の予め決められた配置部位に放熱シート７を容易に配置することができる。
また、電子部品６で発生した熱は、放熱シート７の対向するシート面を介して隆起部８に伝導し、さらに放熱シート７の上記１辺の側面からリブ９Ａに伝導する。これにより、リブ９Ａがない構造よりも放熱シート７を用いた放熱構造の放熱効率を向上できる。

図８（ｂ）に示すリブ９Ｂは、端面８ａの配置部位における放熱シート７の外形の対向する２辺に沿って形成されている。放熱シート７は対向するリブ９Ｂの間に配置される。このように構成しても、隆起部８の端面８ａ上の予め決められた配置部位に放熱シート７を容易に配置することができる。
また、電子部品６で発生した熱は、放熱シート７の対向するシート面を介して隆起部８に伝導し、さらに放熱シート７の上記２辺の各側面からリブ９Ｂに伝導する。
これにより、図８（ａ）の構造よりも熱伝導の経路が増加するので、放熱効率をさらに向上できる。

図８（ｃ）に示すリブ９Ｃは、端面８ａの配置部位における放熱シート７の外形の１辺を除いた３辺（連続する３辺）に沿って形成されている。
放熱シート７は、リブ９Ｃのない開放部分からリブ９Ｃで囲まれた部分に挿入して配置される。このように構成しても、隆起部８の端面８ａ上の予め決められた配置部位に放熱シート７を容易に配置することができる。
また、電子部品６で発生した熱は、放熱シート７の対向するシート面を介して隆起部８に伝導し、さらに放熱シート７の上記３辺の各側面からリブ９Ｃに伝導する。
これにより、図８（ｂ）の構造よりも熱伝導の経路が増加するので、放熱効率をさらに向上できる。

図８（ｄ）に示すリブ９Ｄは、端面８ａの配置部位における放熱シート７の外形の全辺に沿って形成されている。放熱シート７はリブ９Ｄで囲まれた部分に嵌合することにより端面８ａ上に配置される。このように構成しても隆起部８の端面８ａ上の予め決められた配置部位に放熱シート７を容易に配置することができる。
また、電子部品６で発生した熱は、放熱シート７の対向するシート面を介して隆起部８に伝導し、さらに放熱シート７の上記４辺の各側面からリブ９Ｃに伝導する。これにより図８（ｃ）の構造よりも熱伝導の経路が増加するので、放熱効率をさらに向上できる。
なお、上述したように放熱シート７を弾性拡張させる場合、リブ９Ｄに放熱シート７を隙間がある状態で配置してもよい。すなわち、放熱シート７が弾性を有しており、基板５をセンターフレーム２に固定したときに電子部品６から放熱シート７が押圧される場合、放熱シート７が弾性拡張してリブ９Ｄに接触する。

図８（ｅ）に示すリブ９Ｅは、端面８ａの配置部位における放熱シート７の外形の隣り合う２辺に沿って形成されており、さらに放熱シート７と接触しない外表面に凹凸部９Ｅ−１が形成されている。
放熱シート７は、図５と同様に放熱シート７の角をリブ９Ｅの角に合わせてリブ９Ｅに押し付けるようにして端面８ａ上に配置される。
また、電子部品６で発生した熱は、放熱シート７の対向するシート面を介して隆起部８に伝導し、さらに放熱シート７の上記２辺の各側面からリブ９Ｅに伝導する。
リブ９Ｅの外表面は凹凸部９Ｅ−１によって表面積が増加しており、図５の構成よりも効率よく放熱することが可能である。
なお、上述した凹凸部は、図８（ａ）から図８（ｄ）までに示したリブ９Ａ〜９Ｄや、後述する図８（ｆ）に示すリブ９Ｆの放熱シート７と接触しない外表面に形成しても同様の効果を得ることができる。

図８（ｆ）に示すリブ９Ｆは、端面８ａの配置部位における円形状の放熱シート７Ａ（図中で破線で示す）の外形に沿って形成されている。放熱シート７Ａはリブ９Ｆに押し付けるようにして端面８ａ上に配置される。このように構成しても隆起部８の端面８ａ上の予め決められた配置部位に放熱シート７Ａを容易に配置することができる。
また、電子部品６で発生した熱は、放熱シート７Ａの対向するシート面を介して隆起部８に伝導し、さらに放熱シート７Ａの側面からリブ９Ｆに伝導する。これによりリブ９Ｆがない構造よりも放熱シート７を用いた放熱構造の放熱効率を向上できる。
なお、図示は省略したが、リブ９Ｆを放熱シート７Ａの外形の全周に沿って形成してもよい。この場合、図８（ｆ）の構造よりも熱伝導経路が増えることから放熱効率をさらに向上させることができる。

これまでの説明では放熱補助部がリブである場合を示したが、本発明の放熱補助部は、図９に示すような凹部１０の内壁１０ａであってもよい。
放熱シート７は、凹部１０に嵌合されて凹部１０の底面１０ｂ上に配置される。
また、電子部品６で発生した熱は、放熱シート７の対向するシート面を介して凹部１０の底面１０ｂに伝導し、さらに放熱シート７の側面から内壁１０ａに伝導する。
凹部１０の内壁１０ａを介して放熱シート７の側面から隆起部８に熱が伝導され、センターフレーム２から放熱される。このように内壁１０ａを介して放熱シート７の側面全周が熱伝導経路として追加され、放熱シート７を用いた放熱構造の放熱効率を向上できる。

また、放熱補助部が凹部１０の内壁１０ａである場合でも、図６と図７を用いて示した寸法関係ａまたは寸法関係ｂで構成することができる。
すなわち、内壁１０ａの高さをＨＣとし、高さＨＣを放熱シート７の厚さＨＢより低く形成する（寸法関係ａ）。
このようにすることで、放熱シート７を凹部１０に配置したときに放熱シート７が電子部品６側に突出した状態となる。従って電子部品６が放熱シート７のシート面に接触するまでの間に端面８ａが基板５に当たることはなく、放熱シート７と電子部品６および凹部１０の底面１０ｂとが確実に接触する。

寸法関係ｂでは、内壁１０ａの高さＨＣを放熱シート７の厚さＨＢよりも高くかつ電子部品６の高さＨＡに放熱シート７の厚さＨＢを加算した値以下とし、さらに底面１０ｂの面積ＳＣを電子部品６の外形面積ＳＡよりも広く形成する。これにより、基板５をセンターフレーム２に固定したときに電子部品６が放熱シート７に接触するまたは放熱シート７を押圧した状態となって放熱シート７と電子部品６および凹部１０の底面１０ｂとが確実に接触する。

放熱シート７が弾性を有する場合には、電子部品６の押圧によって放熱シート７が弾性拡張して内壁１０ａに密着する。これにより、放熱シート７の側面と内壁１０ａを介した熱伝導経路の放熱効率を向上させることができる。また、放熱シート７を配置したときに内壁１０ａから若干離れる位置ずれが発生した場合であっても、放熱シート７を弾性拡張させることによって内壁１０ａに接触させることが可能である。

以上のように、この実施の形態１によれば、センターフレーム２の隆起部８の端面８ａに設けられ、電子部品６と隆起部８の端面８ａ（または凹部１０の底面１０ｂ）との間に配置された放熱シート７の側面の全周または一部に接触する放熱補助部（リブ９、９Ａ〜９Ｆまたは凹部１０の内壁１０ａ）を備える。
このように構成することで、電子部品６で発生した熱は、放熱シート７の対向するシート面を介して隆起部８に伝導し、さらに放熱シート７の側面から放熱補助部に伝導する。これにより、放熱シート７を用いた放熱構造の放熱効率を向上できる。

また、この実施の形態１によれば、リブ９は、多角形の放熱シート７の隣り合う２辺の各側面に接触する。このように構成することで、電子部品６で発生した熱は、放熱シート７の対向するシート面を介して隆起部８に伝導し、さらに放熱シート７の上記２辺の側面からリブ９に伝導する。これにより放熱シート７を用いた放熱構造の放熱効率を向上させることができる。また、放熱シート７の角をリブ９の角に合わせるだけで隆起部８の適切な配置部位に放熱シート７を容易に配置することができる。さらに、端面８ａ上での放熱シート７の移動はリブ９によって規制されるので、放熱シート７の位置ずれの発生を低減することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、リブ９Ｅは、放熱シート７と接触しない外表面に凹凸部９Ｅ−１を形成した。このように構成することで、リブ９Ｅの放熱シート７と接触しない外表面の表面積が増加し、効率よく放熱することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、放熱補助部（リブまたは凹部の内壁）の高さＨＣは放熱シート７の厚さＨＢより低い。このように構成することによって、放熱シート７を配置したときに放熱シート７が電子部品６側に突出した状態となる。従って、電子部品６が放熱シート７のシート面に接触するまでに基板５の移動が規制されず、放熱シート７と電子部品６および隆起部８とを確実に接触させることができる。

さらに、この実施の形態１によれば、放熱補助部（リブまたは凹部の内壁）の高さＨＣは、放熱シート７の厚さＨＢ以上でかつ電子部品６の高さＨＡに放熱シート７の厚さＨＢを加算した値以下の高さであり、さらに隆起部８で放熱シート７が配置される部分の面積ＳＣが放熱シート７に対向する電子部品６の外形面積ＳＡよりも広い。
このように構成することで、基板５をセンターフレーム２に固定したときに電子部品６が放熱シート７に接触するまたは放熱シート７を押圧した状態となって、放熱シート７と電子部品６および隆起部８とを確実に接触させることができる。

さらに、この実施の形態１によれば、放熱シート７は弾性を有し、放熱補助部は、電子部品６から押圧されて弾性拡張した放熱シート７の側面に接触する。このように構成することで、電子部品６の押圧によって放熱シート７が弾性拡張して放熱補助部に密着する。 これにより、放熱シート７の側面と放熱補助部を介した熱伝導経路の放熱効率を向上させることができる。また、放熱シート７を配置したときに放熱補助部から若干離れる位置ずれが発生した場合であっても、放熱シート７を弾性拡張させることによって放熱補助部に接触させることが可能である。

さらに、この実施の形態１によれば、電子機器１が、上述した放熱構造を備えるので、内部の電子部品６で発生した熱を効率よく放熱することができる。
これにより、電子部品６からの熱に起因した不具合が減少するので電子機器１の信頼性を向上できる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 電子機器、２ センターフレーム、３ トップカバー、４ ボトムカバー、５ 基板、６ 電子部品、７，７Ａ 放熱シート、８ 隆起部、８ａ 端面、９，９Ａ〜９Ｆ リブ、９Ｅ−１ 凹凸部、１０ 凹部、１０ａ 内壁、１０ｂ 底面。

Claims (9)

1. 放熱用シート部材の対向する一方のシート面を電子部品に接触させ、もう一方のシート面を放熱部材に接触させて前記電子部品と前記放熱部材との間に前記放熱用シート部材を配置し、前記放熱用シート部材を通して前記電子部品からの熱を前記放熱部材に放熱する放熱構造において、
   前記放熱部材に設けられ、前記電子部品と前記放熱部材との間に配置された前記放熱用シート部材の側面の全周または一部に接触する放熱補助部を備えたことを特徴とする放熱構造。
2. 前記放熱補助部は、前記放熱部材の前記放熱用シート部材が配置される面から突出したリブであることを特徴とする請求項１記載の放熱構造。
3. 前記放熱補助部は、前記放熱用シート部材が配置される凹部の内壁であることを特徴とする請求項１記載の放熱構造。
4. 前記リブは、多角形の前記放熱用シート部材の隣り合う２辺の各側面に接触することを特徴とする請求項２記載の放熱構造。
5. 前記リブは、前記放熱用シート部材と接触しない外表面に凹凸部を形成したことを特徴とする請求項２または請求項４記載の放熱構造。
6. 前記放熱補助部は、前記放熱用シート部材の厚さより低い高さであることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の放熱構造。
7. 前記放熱補助部は、前記放熱用シート部材の厚さ以上でかつ前記電子部品の高さに前記放熱用シート部材の厚さを加算した値以下の高さであり、
   前記放熱部材で前記放熱用シート部材を配置する部分の面積は、前記放熱用シート部材に対向する前記電子部品の外形面積よりも広いことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の放熱構造。
8. 前記放熱用シート部材は、弾性を有しており、
   前記放熱補助部は、前記電子部品から押圧されて弾性拡張した前記放熱用シート部材の前記側面に接触することを特徴とする請求項７記載の放熱構造。
9. 請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の放熱構造を備えた電子機器。

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