JP2009076674A - 電子機器および冷却ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンダイの損傷防止を図った電子機器を提供する。
【解決手段】 ポータブルコンピュータ１は、本体２と、本体２に収容されるプリント回路板１５と、冷却ユニットから構成されている。プリント回路板１５には、サブストレート３１と、このサブストレート３１に実装された矩形状のシリコンダイ３２とを有する半導体パッケージ１６が実装されている。冷却ユニットは、シリコンダイ３２に熱的に接続され、半導体パッケージ１６からの熱を受ける受熱板２４を有している。受熱板２４、その縁部にサブストレート３１に臨む方向に突出する突出部８３を有している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電子機器および冷却ユニットに係り、特に受熱板が熱的に接続される冷却ユニット、および冷却ユニットを備える電子機器に関する。

ポータブルコンピュータのような電子機器は、ＣＰＵやグラフィックチップのような半導体パッケージを搭載している。このような半導体パッケージは使用時に発熱するため、受熱板が取り付けられ放熱の促進が図られることが多い。

特許文献１には、発熱部品に対してヒートシンクを熱接続させた冷却モジュールが開示されている。この冷却モジュールのヒートシンクは、冷却モジュール筐体内に浮動自在に配置されている。ヒートシンクは、コイルばねのような弾性部材により発熱部品に向いて付勢され、発熱部品に圧接されている。これによりヒートシンクは発熱部品に対して確実に熱接続される。
特開２００２−２８０４９９号公報

半導体パッケージは、サブストレートと、このサブストレートに搭載されたシリコンダイとを有する。シリコンダイは、サブストレートの表面に比べて一段高くなっている。 このようなシリコンダイに対して上記弾性部材を用いて受熱板を圧接すると、持ち運び時や電子機器に外部から衝撃が加わった時などに受熱板が半導体パッケージに対して大きく傾くことがある。

受熱板が大きく傾くと、シリコンダイの角部に不要な力が加わる。シリコンダイに対する受熱板の接触角度が一定以上になると、シリコンダイの一部が損傷するおそれがある。

受熱板は、近年の半導体パッケージの発熱量の増加に伴い大型化する傾向にある。大型化した受熱板では特に上記のようなシリコンダイの損傷が懸念される。

本発明の目的は、シリコンダイの損傷防止を図った電子機器を得ることにある。

本発明の他の目的は、シリコンダイの損傷防止を図った冷却ユニットを得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る電子機器は、筐体と、前記筐体に収容される回路基板と、前記回路基板に実装されるとともに、基台と、この基台に実装された矩形状の素子とを有する電子部品と、前記素子に熱的に接続され、上記電子部品からの熱を受ける受熱板を有する冷却ユニットと、を具備し、前記受熱板は、その縁部に前記回路基板に臨む方向に突出する突出部を有していることを特徴としている。

また、本発明の一つの形態に係る冷却ユニットは、回路基板に実装された電子部品と熱的に接続するための受熱板を備え、前記受熱板は、その縁部に前記回路基板に臨む方向に突出し、かつ、実装された際に前記回路基板及び前記電子部品のいずれにも接触しない突出部を有したことを特徴としている。

これらの構成によれば、シリコンダイの損傷防止が図れる。

以下に本発明の実施の形態を、ポータブルコンピュータに適用した図面に基づいて説明する。

図１ないし図４は、本発明の第１の実施形態に係る電子機器としてのポータブルコンピュータ１を開示している。図１に示すように、ポータブルコンピュータ１は、本体２と、表示ユニット３とを備えている。

本体２は、箱状に形成された筐体４を有する。筐体４は、上壁４ａ、周壁４ｂ、および下壁４ｃを有する。筐体４は、上壁４ａを含む筐体カバー５と、下壁４ｃを含む筐体ベース６とに分割されている。筐体カバー５は、筐体ベース６に対して上方から組み合わされ、筐体ベース６に着脱自在に支持されている。上壁４ａは、キーボード７を支持している。周壁４ｂには、例えば複数の排気孔４ｄが開口している。

表示ユニット３は、ディスプレイハウジング９と、このディスプレイハウジング９に収容された液晶表示モジュール１０とを備えている。液晶表示モジュール１０は、表示画面１０ａを有する。表示画面１０ａは、ディスプレイハウジング９の前面の開口部９ａを通じてディスプレイハウジング９の外部に露出している。

表示ユニット３は、筐体４の後端部に一対のヒンジ部１１ａ，１１ｂを介して支持されている。そのため、表示ユニット３は、上壁４ａを上方から覆うように倒される閉じ位置と、上壁４ａを露出させるように起立する開き位置との間で回動可能である。

図２に示すように、筐体４は、プリント回路板１５、半導体パッケージ１６、および冷却ユニット１７を収容している。半導体パッケージ１６は、プリント回路板１５に実装されている。半導体パッケージ１６の一例は、ＣＰＵまたはグラフィックスチップである。

ただし本発明でいう半導体パッケージは、上記の例に限られず、放熱が望まれる種々の部品が該当する。

冷却ユニット１７は、放熱フィン２１、冷却ファン２２、伝熱部材２３、および受熱板２４を有する。放熱フィン２１は、排気孔４ｄに対向している。冷却ファン２２は、放熱フィン２１を冷却する。伝熱部材２３の一例は、ヒートパイプである。伝熱部材２３は、受熱板２４に熱接続された受熱部と、放熱フィン２１に熱接続された放熱部とを有する。

伝熱部材２３は、受熱板２４から熱を受け取り、受け取った熱を放熱フィン２１に伝える。

次に、半導体パッケージ１６の回りについて詳しく説明する。

図３に示すように、半導体パッケージ１６は、サブストレート３１（本発明の「基台」に相当）と、シリコンダイ３２（本発明の「素子」に相当）とを有する。シリコンダイ３２は、サブストレート３１の中央部に搭載されている。シリコンダイ３２は、サブストレート３１に電気的および機械的に接続されている。半導体パッケージ１６は、プリント回路板１５に電気的および機械的に接続されている。

シリコンダイ３２は、シリコンベースから四角形に切断加工されて形成されている。図４に示すように、シリコンダイ３２は、サブストレート３１の表面に比べて一段高くなっている。シリコンダイ３２の高さＨの一例は、約０．８ｍｍである。

本実施の形態における受熱板２４は、半導体パッケージ１６と同程度の大きさで形成されている。受熱板２４の一例は、銅板またはアルミニウム板である。受熱板２４は、シリコンダイ３２に臨む方から半導体パッケージ１６に対向して配置される。図３および図４に示すように、受熱板２４は、シリコンダイ３２の上に載置されるとともに、シリコンダイ３２に熱的に接続される。なおシリコンダイ３２と受熱板２４との間には、例えば受熱材（図示しない）が介在されている。受熱材の一例は、グリスであるが、これに代えて伝熱シートでもよい。

受熱板２４には、突出部８３が設けられている。突出部８３は、受熱板２４の表面からシリコンダイ３２を外れたサブストレート３１の領域３１ａを向いて突出している。突出部８３は、受熱板２４と一体に形成されている。突出部８３は、例えば受熱板２４と一体に金属で形成される。

突出部８３の突出高さＴの一例は、シリコンダイ３２の高さＨより小さい。突出部８３の突出高さの一例は、約０．７ｍｍである。突出部８３の先端は、サブストレート３１との間に隙間Ｓ１を空ける。突出部８３とサブストレート３１との間の隙間Ｓ１は、突出部８３を外れた受熱板２４の領域２４ｃとサブストレート３１との間に形成する隙間Ｓ２より小さい。即ち、突出部８３は、ポータブルコンピュータ１が静止状態の際にプリント回路板１５及び半導体パッケージ１６のいずれにも接触していない状態となる。

図３に示すように、突出部８３は、互いに離間して形成される四つの矩形片６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄを有する。矩形片６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、それぞれサブストレート３１の隅部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に対向し、協働することでサブストレート３１の四隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に対向している。矩形片６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、協働してシリコンダイ３２を取り囲む。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るポータブルコンピュータの半導体パッケージ回りを分解して示した斜視図である。突出部８３は、図５に示すように例えば四辺４１ａ，４１ｂ，４１ｃ,４１ｄを有していても良い。突出部８３は、サブストレート３１の周縁
部３１ｂに対向するとともに、サブストレート３１の四隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に対向する。突出部８３は、受熱板２４の縁部を連続して取り囲むことにより、シリコンダイ３２の周囲を取り囲む。突出部８３がサブストレート３１の周縁部３１ｂに対向していると、受熱板２４の傾きをより小さく抑えることができる。突出部８３がサブストレート３１の四隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に対向していると、シリコンダイ３２の隅部を向いて受熱板２４が傾くことをより防止することができる。突出部８３がシリコンダイ３２の周囲を囲んでいると、あらゆる方向に沿う受熱板２４の傾きを制止することができる。

図６は、本発明の第３の実施形態に係るポータブルコンピュータの半導体パッケージ回りを分解して示す斜視図である。突出部８３は、図６に示すように、二つの長方形片５２ａ，５２ｂを有していても良い。長方形片５２ａ，５２ｂは、それぞれ対応するサブストレート３１の稜辺と略同じ長さを有する。長方形片５２ａ，５２ｂは、サブストレート３１の周縁部３１ｂに取り付けられ、サブストレート３１の２辺を一端から他端まで覆う。

二つの長方形片５２ａ，５２ｂは、協働してサブストレート３１の四隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に対向する。長方形片５２ａ，５２ｂは、協働してシリコンダイ３２を二方向から囲む。長方形片５２ａ，５２ｂの厚さＴは、シリコンダイ３２の高さＨに比べて小さい。

図３および図４に示すように、ポータブルコンピュータ１には受熱板２４を取り付ける押圧部材４５が設けられている。押圧部材４５は、本体部４５ａと脚部４５ｂとを有する。本体部４５ａおよび脚部４５ｂは、協働して板ばねを形成している。押圧部材４５は、受熱板２４を半導体パッケージ１６に向けて押圧する。これにより受熱板２４は、シリコンダイ３２により強固に熱的に接続される。

次に、ポータブルコンピュータ１の機能について説明する。

ポータブルコンピュータ１を持ち運ぶ時、或いは外部から衝撃が加わった時などには、半導体パッケージ１６に対して受熱板２４が傾こうとする。しかしながら本実施形態に係るポータブルコンピュータ１によれば、受熱板２４がわずかに傾いた段階で受熱板２４がサブストレート３１に当接し、受熱板２４がそれ以上傾くことが制止される。すなわち受熱板２４は半導体パッケージ１６に対して大きく傾かない。

このような構成のポータブルコンピュータ１によれば、シリコンダイ３２の損傷防止が図れる。すなわち、受熱板２４に突出部８３が設けられると、突出部８３が受熱板２４の大きな傾きを制止する。受熱板２４が大きく傾かない、すなわちシリコンダイ３２に対する受熱板２４の接触角度が一定角度以下に抑えられると、シリコンダイ３２に対して損傷を招く大きな力が作用しない。これによりシリコンダイ３２の損傷が避けられる。

ポータブルコンピュータ１の製造時の受熱板２４の取り付け工程においても、突出部８３を設けない場合は半導体パッケージ１６に対して受熱板２４が大きく傾き、シリコンダイ３２が損傷するおそれがある。しかしながら本実施形態のように突出部８３が設けられていると、シリコンダイ３２に対する受熱板２４の接触角度が一定以下に抑えることができる。これにより受熱板２４の取付工程においてもシリコンダイ３２の損傷が避けられる。

シリコンダイ３２の高さＨに比べて突出部８３の厚さＴが小さいと、受熱板２４をシリコンダイ３２に熱接続するときに突出部８３が邪魔にならない。すなわち突出部８３を設けても、受熱板２４をシリコンダイ３２に対して確実に熱接続することができる。

シリコンダイ３２の四隅は、シリコンダイ３２のなかで最も損傷しやすい部分の一つである。突出部８３がサブストレート３１の四隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に対向して設けられていると、シリコンダイ３２の隅部を向いて受熱板２４が傾くことをより防止しやすく、シリコンダイ３２の損傷をより確実に避けることができる。

突出部８３がシリコンダイ３２の周囲を取り囲んでいると、あらゆる方向に沿う受熱板２４の傾きを制止することができる。これによりさらにシリコンダイ３２の損傷防止が図れる。
突出部８３がサブストレート３１の周縁部３１ｂに対向して設けられていると、受熱板２４がわずかに傾いた段階でも受熱板２４が突出部８３に当接する。すなわち受熱板２４の傾きをより小さくすることができる。

図７は、本発明の実施の形態の応用例に係るポータブルコンピュータの断面図を示している。上述の図３〜図６は、突出部８３が、サブストレート３１の表面に向けて臨んでいたが、図７に示すように、受熱板２４はサブストレート３１よりも大きな面積を有し、突出部８３はプリント回路板１５の表面に向けて臨んでいてもよい。

即ち、本応用例における受熱板２４は、半導体パッケージ１６に比べて一回り大きく形成されている。また、突出部８３は、受熱板２４の表面から半導体パッケージ１６を外れたプリント回路板１５の領域を向いて突出している。突出部８３の突出高さＴ’の一例は、半導体パッケージ１６の高さＨ’より小さい。突出部８３の突出高さの一例は、約１．３ｍｍである。突出部８３の先端は、プリント回路板１５との間に隙間Ｓ’１を空ける。

突出部８３とプリント回路板１５との間の隙間Ｓ’１は、突出部８３を外れた受熱板２４の領域２４ｃとサブストレート３１との間に形成する隙間Ｓ２より小さい。尚、本応用例における突出部８３は、図３に示したような互いに離間して形成される四つの矩形片６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄを有していても良い。また、突出部８３は、図５に示すように例えば四辺４１ａ，４１ｂ，４１ｃ,４１ｄを有していても良い。更に突出部８３は、
、図６に示すように、二つの長方形片５２ａ，５２ｂを有していても良い。このような応用例においても、シリコンダイの損傷防止が図れる。

本発明の実施形態に係るポータブルコンピュータの斜視図。 本発明の第１の実施形態に係るポータブルコンピュータの内部の斜視図。 本発明の第１の実施形態に係るポータブルコンピュータの半導体パッケージ回りを分解して示す斜視図。 本発明の第１の実施形態に係るポータブルコンピュータの断面図。 本発明の第２の実施形態に係るポータブルコンピュータの半導体パッケージ回りを分解して示す斜視図。 本発明の第３の実施形態に係るポータブルコンピュータの半導体パッケージ回りを分解して示す斜視図。 本発明の実施の形態の応用例に係るポータブルコンピュータの断面図。

符号の説明

１ ポータブルコンピュータ
１０ａ 表示画面
１１ａ，１１ ヒンジ部
１５ プリント回路板
１６ 半導体パッケージ
１７ 冷却ユニット
２ 本体
２１ 放熱フィン
２２ 冷却ファン
２３ 伝熱部材
２４ 受熱板
２４ａ 受熱板本体部
２４ｂ 接触部
３ 表示ユニット
３１ サブストレート
３２ シリコンダイ
４ 筐体
４ａ 上壁
４ｂ 周壁
４ｃ 下壁
４ｄ 排気孔
５ 筐体カバー
６ 筐体ベース
７ キーボード
８３ 突出部８３
９ ディスプレイハウジング

Claims (8)

1. 筐体と、
   前記筐体に収容される回路基板と、
   前記回路基板に実装されるとともに、基台と、この基台に実装された矩形状の素子とを有する電子部品と、
   前記素子に熱的に接続され、上記電子部品からの熱を受ける受熱板を有する冷却ユニットと、を具備し、
   前記受熱板は、その縁部に前記回路基板に臨む方向に突出する突出部を有していることを特徴とする電子機器。
2. 前記突出部は、前記電子機器が静止状態の際に前記回路基板及び前記電子部品のいずれにも接触していないことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記受熱板は、前記基台と略同一の面積を有し、前記突出部は、前記基台の縁部に向けて突出していることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
4. 前記突出部は、前記受熱板における矩形の面の角部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
5. 前記突出部は、複数設けられ、それらが互いに対角位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
6. 前記突出部は、前記受熱板の縁部を連続して取り囲むように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
7. 前記受熱板は、前記基台よりも大きな面積を有し、前記突出部は、前記回路基板に臨む方向に向けて突出していることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
8. 回路基板に実装された電子部品と熱的に接続するための受熱板を備え、
   前記受熱板は、その縁部に前記回路基板に臨む方向に突出し、かつ、実装された際に前記回路基板及び前記電子部品のいずれにも接触しない突出部を有したことを特徴とする冷却ユニット。

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