JP2000277976A - 電気回路部の放熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱抵抗を下げ、グランドパターンおよび固定
ネジへの熱伝達量が増大することで、電気回路部の放熱
効率を向上させた放熱装置を得る。 【解決手段】 電気回路部とグランドパターン１１とを
含む電気回路基板１０と、このグランドパターン１１に
合致する形状である接触導通面を持つシールド部材１と
からなり、電気回路基板１０を多層構造基板に構成する
とともにその内層の一つを電気回路基板１０とほぼ等し
い面積を持つグランド専用層１２とし、グランドパター
ン１１部のみグランド専用層１２が表面部に露出するよ
うに構成した電気回路部の放熱装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子携帯機器にお
いて、消費電力が大きい部品が複数存在し、しかも不要
輻射対策のためにシールド部材で密閉されている電気回
路部の放熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年における電子携帯機器は高速動作
化、高付加価値化に伴い、部品の消費電力が増大、つま
り発熱量が増大している。この一方で、電子携帯機器の
小型化も進展しており、内部空間の狭小化に伴い熱対策
を施すに十分な空間の確保が困難な状況である。しか
も、高速動作したり高周波無線信号を送受信したりする
ような電気回路部は、高発熱部品が点在するにもかかわ
らず、不要輻射対策のために、シールド部材によって密
閉されているのが通常である。このような状況において
電気回路部の放熱は、従来より自然放熱に依存してきて
いる。

【０００３】以下、この電気回路部の放熱装置の一例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【０００４】図６（ａ）は、従来の電気回路部の放熱装
置の分解斜視図、図６（ｂ）は、同電気回路部の斜視
図、図７は、電子携帯機器筐体内にある従来の電気回路
部の放熱経路を示した模式図である。

【０００５】図６（ａ）および図６（ｂ）において、１
はアルミニウム等の電気や熱の良伝導体である材料から
なるシールド部材であり、ケース状に形成され、電気回
路基板２に搭載される。このシールド部材１は、電気回
路基板２上に形成されているグランドパターン３に合致
する形状である接触導通面を持つている。電気回路基板
２には、高速動作部品や回路全体を司る制御部品など大
消費電力部品４が実装されており、また、固定ネジ５に
より図７に示す電子携帯機器筐体６に固定されている。

【０００６】次に、このような構成の電気回路部の放熱
装置の放熱経路について、図７を用いて説明する。

【０００７】まず、電子携帯機器が作動状態となると、
大消費電力部品４では多大な電力が消費され、その消費
電力に見合った分の熱が、シールド部材１の内部空間に
放出される。この熱は、シールド部材１の内部空気の対
流を引き起こしながら、シールド部材１へと伝達され
る。伝達された熱の一部は、シールド部材１外側の電子
携帯機器筐体６内部の空気中へと伝達される。他の熱
は、シールド部材１中を温度の低い方向へ向かって伝導
するが、一般的に、空気中への熱伝達よりシールド部材
１中の熱伝導の方が熱抵抗が小さいため、シールド部材
１中を移動する熱量の方が遥かに大きい。

【０００８】シールド部材１中を伝導してきた熱は、グ
ランドパターン３へと伝達される。グランドパターン３
に伝達された熱は、電気回路基板２を通じて一部は電子
携帯機器筐体６内部空気へ、他は固定ネジ５へ伝達され
る。電子携帯機器筐体６内部空気および固定ネジ５へ伝
達された熱は、最終的に電子携帯機器筐体６を介して外
部空間に放出されることになる。

【０００９】このように、代表的な放熱経路は、大消費
電力部品４→空気→シールド部材１→グランドパターン
３→電気回路基板２→固定ネジ５ｏｒ空気→電子携帯機
器筐体６→空気となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の放熱装置では以下のような問題点を有してい
る。

【００１１】前述したように、近年の電子携帯機器は高
速動作化・高付加価値化と小型化が急速に進展してお
り、これに伴い電子携帯機器内の発熱密度（Ｗ／ｃ
ｍ³）も急増している。したがって、従来の放熱装置に
よる放熱効果では、電気回路部の温度上昇を抑えられ
ず、その結果、電気回路基板２上にある熱に弱い部品の
故障や動作不良などを生じさせ、ひいては商品自体の信
頼性も落としてしまうという問題がある。したがって、
さらなる放熱効率の向上による電気回路部の温度上昇抑
制が要求されてきている。

【００１２】特に、シールド部材１のグランドパターン
３との接触導通面およびグランドパターン３表面には微
小な凹凸があり、接触面積が小さく、熱抵抗が大きい。
図８はこの例を示している。つまり、前述した代表的な
放熱経路において、シールド部材１を伝導してきた熱が
グランドパターン３へと伝達される際、伝熱効率は下が
ることになる。

【００１３】また、グランドパターン３に伝達された熱
は、電気回路基板２を通じて一部は電子携帯機器筐体６
内部空気へ、他は固定ネジ５へ伝達されるが、一般的に
空気への熱伝達は熱抵抗が大きい。しかしその一方で、
固定ネジ５への熱伝達は、熱的に不良導体である絶縁材
料からなる電気回路基板２を介して行われるため、やは
り熱抵抗が大きい。したがって、どちらにしても伝熱効
率は下がる。

【００１４】そこで、本発明は、熱抵抗を下げ、グラン
ドパターンおよび固定ネジへの熱伝達量が増大すること
で、電気回路部の放熱効率を向上させた放熱装置を提供
することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、電気回路部およびグランドパーンをもつ電
気回路基板と、シールド部材とからなる電気回路部の放
熱装置であって、前記電気回路基板を多層構造基板とし
て構成し、この多層構造基板の内層の一つを前記電気回
路基板とほぼ等しい面積を持つグランド専用層とし、グ
ランドパターン部のみグランド専用層が表面部に露出す
るように構成したものである。

【００１６】本発明によれば、シールド部材からグラン
ドパターンへの熱伝達量が増大し、電気回路部の放熱効
率を向上させることが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、電気回路部とグランドパターンとを含む電気回路基
板と、前記グランドパターンに合致する形状である接触
導通面を持つシールド部材とからなり、前記電気回路基
板が多層構造基板として構成され、その内層の一つを前
記電気回路基板とほぼ等しい面積を持つグランド専用層
とし、前記グランドパターン部のみ前記グランド専用層
を表面部に露出させた電気回路部の放熱装置であり、シ
ールド部材からグランドパターンへの熱伝達量が増大
し、電気回路部の放熱効率を向上させることが可能にな
るという作用を有する。また、グランド専用層が表出す
るグランドパターン部が凹部となっているため、シール
ド部材の簡易位置決めにも役立つという作用を有する。

【００１８】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の電気回路部の放熱装置において、シールド部
材とグランドパターンとの間に、前記グランドパターン
と合致する接触導通面を持つ弾力性のある材料からなる
導電性部材を介在させたものであり、導電性部材によ
り、シールド部材のグランドパターンとの接触導通面お
よびグランドパターン表面の微小な凹凸が吸収され、接
触導通面積が増加し、シールド部材からグランドパター
ンへの熱伝達量が増大し、電気回路部の放熱効率を向上
させることが可能になるという作用を有する。

【００１９】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１または２に記載の電気回路部の放熱装置において、グ
ランド専用層が、電気回路基板の固定ネジ部において表
面に露出したものであり、グランド専用層から固定ネジ
への熱伝達量が増大し、さらに一層の電気回路部の放熱
効率を向上させることが可能となるという作用を有す
る。

【００２０】本発明の請求項４に記載の発明は、電気回
路部とグランドパターンとを含む電気回路基板と、前記
グラントデパターンに合致する形状である接触導通面を
持つシールド部材とからなり、前記電気回路基板が多層
構造基板として構成され、その内層の一つを前記電気回
路基板とほぼ等しい面積を持つグランド専用層とし、前
記グランドパターン部には複数のインナービアホールを
設け、前記インナービアホールによって前記グランドパ
ターンと前記グランド専用層とを接続し、前記グランド
専用層を電気回路基板の固定ネジ部において表面に露出
させたものであり、シールド部材からグランドパターン
への熱伝達量およびグランド専用層から固定ネジへの熱
伝達量が増大し、電気回路部の放熱効率を向上させるこ
とが可能になるという作用を有する。

【００２１】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１、２、３、４のいずれかに記載の電気回路部の放熱装
置において、グランドパターンあるいはグランド専用層
に、切断部や面積縮小部を設けたものであり、電子部品
で発生した熱がグランドパターンやグランド専用層の熱
拡散作用によって拡散され、本来温度の低い箇所の温度
が上昇してしまう弊害が防止されるという作用を有す
る。

【００２２】以下、本発明の実施の形態について、図面
を参照して説明する。なお、これらの図面において前記
従来の技術に示したものと同一の部材には同一の符号を
付しており、また、重複した説明は省略する。

【００２３】（実施の形態１）図１（ａ）は本発明の実
施の形態１の電気回路部の放熱装置の分解斜視図、図１
（ｂ）は同における要部拡大斜視図である。

【００２４】図１において、１はアルミニウム等の電気
や熱の良伝導体である材料からなるシールド部材であ
り、ケース状に形成され、電気回路基板１０に搭載され
る。このシールド部材１は、電気回路基板１０上に形成
されているグランドパターン１１に合致する形状である
接触導通面を持っている。電気回路基板１０には、高速
動作部品や回路全体を司る制御部品など大消費電力部品
４が実装されており、また固定ネジ５により電子携帯機
器筐体（図示せず）に固定されている。

【００２５】前記電気回路基板１０は多層構造に構成さ
れており、その内層のうちの一つがグランド専用層１２
としてあり、このグランド専用層１２は電気回路基板１
０とほぼ同等な面積を有している。また、グランドパタ
ーン１１はグランド専用層１２の一部であり、電気回路
基板１０の表面に露出している。したがって、電気回路
基板１０の表面においては、前記露出したグランドパタ
ーン１１部は凹部を形成している。図１（ｂ）にその拡
大図を示す。

【００２６】以上のように構成された電気回路部の放熱
装置における放熱経路について説明する。

【００２７】まず、電子携帯機器が作動状態となると、
大消費電力部品４では多大な電力が消費され、その消費
電力に見合った分の熱が、シールド部材１の内部空間に
放出される。この熱は、シールド部材１の内部空気の対
流を引き起こしながら、シールド部材１へと伝達され
る。伝達された熱の一部は、シールド部材１外側の電子
携帯機器筐体内部の空気中へと伝達される。他の熱は、
シールド部材１中を温度の低い方向へ向かって伝導しす
るが、一般的に、空気への熱伝達よりシールド部材１中
の熱伝導の方が熱抵抗が小さいため、シールド部材１中
を移動する熱量の方が遥かに大きい。

【００２８】シールド部材１中を伝導してきた熱は、グ
ランドパターン１１へと伝達される。この際、グランド
専用層１２は電気回路基板１０と同等の表面積を有して
いるため、放熱効率も高く、放熱板として機能する。そ
の結果、シールド部材１とグランドパターン１１との温
度差が大きくなる。

【００２９】一般に熱は、高温部から低温部に移動する
もので、温度差が大きいほどその移動量も大きい。した
がって、シールド部材１とグランドパターン１１との温
度差が大きいほど、熱移動を促進させることができる。

【００３０】グランドパターン１１に伝達された熱は、
グランド専用層１２および電気回路基板１０を通じて一
部は電子携帯機器筐体内部空気中へ、他は固定ネジ５へ
伝達される。その後、最終的には電子携帯機器筐体を介
して外部空間に放出されることになる。

【００３１】このように、代表的な放熱経路は、大消費
電力部品４→空気→シールド部材１→グランドパターン
１１→グランド専用層１２→電気回路基板１９→固定ネ
ジ５ｏｒ空気→電子携帯機器筐体→空気となるが、特に
熱抵抗の大きいシールド部材１とグランドパターン１１
との熱伝達が改善されるので、高い放熱効率のある放熱
動作を行うことができる。また、グランドパターン１１
部が凹部となっているため、シールド部材１の簡易位置
決めにも役立ち、組立性にも優れた放熱装置が提供でき
る。

【００３２】（実施の形態２）図２は本発明の実施の形
態２の電気回路部の放熱装置の分解斜視図である。

【００３３】図２において、１３はグランドパターン１
１と合致する接触導通面を持つ弾力性のある材料、たと
えば導電性ゴムなどからなる導電性部材である。図示の
ように、本実施の形態２では、シールド部材１とグラン
ドパターン１１との間に、この導電性部材１３を介在さ
せて放熱装置を構成している。

【００３４】以上のように構成された電気回路部の放熱
装置における放熱経路は、前述した実施の形態１と同じ
である。

【００３５】このような放熱手段に依れば、シールド部
材１のグランドパターン１１との接触導通面およびグラ
ンドパターン１１表面に微小な凹凸が存在していても、
導電性部材１３により吸収され、接触導通面積は増加す
る。したがって、熱抵抗を大幅に減少させることがで
き、一層シールド部材１からグランドパターン１１への
熱伝達量が増大し、電気回路部の放熱効率を向上させる
ことができる。

【００３６】また、グランドパターン１１部が凹部とな
っているため、導電性部材１３の簡易位置決めにも役立
ち、組立性にも優れた放熱装置が提供できる。

【００３７】（実施の形態３）図３は、本発明の実施の
形態３の電気回路部の放熱装置の分解斜視図である。

【００３８】図示のように、本実施の形態３では、電気
回路基板１０の固定ネジ５部にもグランド専用層１２が
表面に露出する構成としている。

【００３９】以上のように構成された電気回路部の放熱
経路について説明する。

【００４０】大消費電力部品４で発生した熱は、実施の
形態１同様にしてグランド専用層１２に伝達される。そ
して、その熱量のほとんどは、固定ネジ５へ伝達され、
電子携帯機器筐体を介して外部空間に放出されることに
なる。つまり、グランド専用層１２から固定ネジ５への
熱伝達は、熱的に良導体であるグランド専用層１２から
直接固定ネジ５へ伝達されるため、熱抵抗が大幅に減少
される。したがって、熱のほとんどは熱伝導効率の高い
固定ネジ５を介して電子携帯機器筐体に伝達されること
になる。

【００４１】このように、代表的な放熱経路は、大消費
電力部品４→空気→シールド部材１→グランドパターン
１１→グランド専用層１２→固定ネジ５→電子携帯機器
筐体→空気となるが、前述したようなグランド専用層１
２から固定ネジ５への熱抵抗の低下に加え、実施の形態
１または２で述べたようなシールド部材１からグランド
パターン１１への熱抵抗の低下効果もあり、熱伝達が格
段に促進され、より一層高い放熱効率を保持した放熱動
作を行うことができる。

【００４２】なお、本実施の形態３の電気回路部の放熱
装置の構成図は、実施の形態２に対する応用として示し
たが、実施の形態１に応用しても何ら問題はない。

【００４３】（実施の形態４）図４（ａ）は、本発明の
実施の形態４の電気回路部の放熱装置の斜視図、図４
（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

【００４４】図４に示すように、電気回路基板１４は多
層構造に構成されており、その内層のうちの一つがグラ
ンド専用層１５であり、このグランド専用層１５は電気
回路基板１４とほぼ同等な面積を有している。また、グ
ランドパターン１６は電気回路基板１４の表層に形成さ
れており、このグランドパターン１６とグランド専用層
１５とをインナービアホール（以下ＩＶＨという）１７
により接続している。

【００４５】また、電気回路基板１４の固定ネジ５部は
グランド専用層１５が表面に露出するよう構成してい
る。

【００４６】以上のように構成された電気回路部の放熱
装置の放熱経路について説明する。大消費電力部品４で
発生した熱は、実施の形態１同様にしてグランドパター
ン１６に伝達される。そしてその熱は、ＩＶＨ１７を介
して、グランド専用層１５へ伝達される。その後は、実
施の形態３同様に、固定ネジ５へ伝達され、最終的に電
子携帯機器筐体を介して外部空間に放出されることにな
る。

【００４７】このように、代表的な放熱経路は、大消費
電力部品４→空気→シールド部材１→グランドパターン
１６→ＩＶＶＨ１７→グランド専用層１５→固定ネジ５
→電子携帯機器筐体→空気となり、前述した実施の形態
１、２または３同様にシールド部材１とグランドパター
ン１６との熱抵抗およびグランド専用層１５と固定ネジ
５との熱抵抗が大幅に低下するので、高い放熱効率のあ
る放熱動作を行うことができる。

【００４８】なお、本実施の形態４の電気回路部の放熱
装置の構成図では、電気回路基板１４の表層にグランド
パターン１６を、グランド専用層１５を内層の一つであ
る第２層に形成した例を示しているが、グランドパター
ン１６を内層に、たとえば第２層に形成して表面に露出
させ、グランド専用層１５を第３層に設け、これらをＩ
ＶＨ１７で結合してもよい。

【００４９】（実施の形態５）図５（ａ）および図５
（ｂ）は、それぞれ本発明の実施の形態５の電気回路部
の放熱装置の分解斜視図である。

【００５０】図５（ａ）に示すように、電気回路基板１
８は多層構造に構成されており、大消費電力部品４の他
に、高熱に対して弱い部品１９が搭載されている。ま
た、電気回路基板１８の内層のうちの一つがグランド専
用層２０であり、このグランド専用層２０は電気回路基
板１８とほぼ同等な面積を有している。また、電気回路
基板１８に形成されているグランドパターン２１はグラ
ンド専用層２０の一部であり、表面に露出させて形成し
ている。このグランド専用層２０においては、高熱に対
して弱い部品１９の下部に位置するグランド専用層２０
とその他部分のグランド専用層２０との間に切り欠きを
設け、一部表面積を小さくしている。したがって、グラ
ンドパターン２１も高熱に対して弱い部品１９近辺にて
切断された構成となっている。

【００５１】以上のように構成された電気回路部の放熱
装置の放熱経路は、前述した実施の形態１と同様であ
る。

【００５２】このような放熱装置に依れば、グランド専
用層２０の表面積が小さい部分においては熱伝導抵抗が
大きくなるため、グランドパターン２１、つまりグラン
ド専用層２０に伝達された熱が、グランド専用層２０内
を高熱に対して弱い部品１９下部側へ拡散するというこ
とが抑制される。

【００５３】したがって、グランドパターン２１、つま
りグランド専用層２０の熱拡散作用によって拡散され、
本来温度の低い箇所の温度が上昇してしまい、高熱に対
して弱い部品１９が誤動作するなどの弊害を防止するこ
とができる。

【００５４】なお、図５（ｂ）も本発明の実施の形態５
の電気回路部の放熱装置の別例の分解斜視図であり、上
記同様である。

【００５５】さらに、本実施の形態５の電気回路部の放
熱装置の構成図は、実施の形態１に対する応用として示
したが、実施の形態２、３あるいは４に応用しても良
い。

【００５６】なお、実施の形態４に応用する場合は、グ
ランドパターンはグランド専用層の一部ではないため、
グランドパターンとグランド専用層の両方の形状を変更
することになる。

【００５７】また、このような放熱装置によれば、熱移
動を制御できるので、電気回路基板上の部品配置によ
り、任意にグランドパターンやグランド専用層の形状変
更をすれば良い。

【００５８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、シールド部材とグランドパターンとの温度差
が大きくなるので、シールド部材からグランドパターン
への熱伝達が促進され、効率の高い放熱作用が可能にな
るという有効な効果が得られる。

【００５９】また、シールド部材のグランドパターンと
の接触導通面とグランドパターンとの間に、グランドパ
ターンと合致する接触導通面を持つ弾力性のある材料か
らなる導電性部材を介在させれば、シールド部材とグラ
ンドパターンとの熱抵抗が低減できるので、さらに効率
の高い放熱作用が可能になるという有効な効果が得られ
る。

【００６０】また、電気回路基板を固定する固定ネジ部
もグランド専用層を表面に露出させれば、熱的に良導体
であるグランド専用層から直接固定ネジへ熱伝達が行わ
れるので、グランド専用層と固定ネジとの熱抵抗が低減
でき、一層効率の高い放熱作用が可能になるという有効
な効果が得られる。

【００６１】また、グランドパターンやグランド専用層
の形状を、電気回路基板上の部品配置に応じ任意に変更
することで、グランドパターンやグランド専用層に移動
してきた熱が熱拡散作用によって拡散され、本来温度の
低い箇所の温度が上昇してしまう弊害が防止されるとい
う有効な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施の形態１の電気回路部の放
熱装置の分解斜視図 （ｂ）同電気回路部の放熱装置における要部拡大斜視図

【図２】本発明の実施の形態２の電気回路部の放熱装置
の分解斜視図

【図３】本発明の実施の形態３の電気回路部の放熱装置
の分解斜視図

【図４】（ａ）本発明の実施の形態４の電気回路部の放
熱装置の分解斜視図 （ｂ）図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図

【図５】（ａ）本発明の実施の形態５の電気回路部の放
熱装置の分解斜視図 （ｂ）同電気回路部の放熱装置の別例の分解斜視図

【図６】（ａ）従来の電気回路部の放熱装置の分解斜視
図 （ｂ）同電気回路部の放熱装置の斜視図

【図７】同電気回路部の放熱装置の放熱経路を示した模
式図

【図８】同放熱装置におけるシールド部材の接触導通面
とグランドパターンの接触状況の拡大図

【符号の説明】

１ シールド部材 ４ 大消費電力部品 ５ 固定ネジ １０ 電気回路基板 １１ グランドパターン １２ グランド専用層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気回路部とグランドパターンとを含む電
   気回路基板と、前記グランドパターンに合致する形状で
   ある接触導通面を持つシールド部材とからなり、前記電
   気回路基板が多層構造基板として構成され、その内層の
   一つを前記電気回路基板とほぼ等しい面積を持つグラン
   ド専用層とし、前記グランドパターン部のみ前記グラン
   ド専用層を表面部に露出させたことを特徴とする電気回
   路部の放熱装置。
2. 【請求項２】シールド部材とグランドパターンとの間
   に、前記グランドパターンと合致する接触導通面を持つ
   弾力性のある材料からなる導電性部材を介在させたこと
   を特徴とする請求項１記載の電気回路部の放熱装置。
3. 【請求項３】グランド専用層が、電気回路基板の固定ネ
   ジ部において表面に露出したことを特徴とする請求項１
   または２記載の電気回路部の放熱装置。
4. 【請求項４】電気回路部とグランドパターンとを含む電
   気回路基板と、前記グラントデパターンに合致する形状
   である接触導通面を持つシールド部材とからなり、前記
   電気回路基板が多層構造基板として構成され、その内層
   の一つを前記電気回路基板とほぼ等しい面積を持つグラ
   ンド専用層とし、前記グランドパターン部には複数のイ
   ンナービアホールを設け、前記インナービアホールによ
   って前記グランドパターンと前記グランド専用層とを接
   続し、前記グランド専用層を電気回路基板の固定ネジ部
   において表面に露出させたことを特徴とする電気回路部
   の放熱装置。
5. 【請求項５】グランドパターンあるいはグランド専用層
   に、切断部や面積縮小部を設けたことを特徴とする請求
   項１、２、３、４のいずれかに記載の電気回路部の放熱
   装置。