JP2002185339A - 放熱素子とそれを用いた高周波電子回路基板 - Google Patents
放熱素子とそれを用いた高周波電子回路基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】大電力送信機などの高周波電子回路基板の信号
の高電位側（ホット側）の温度上昇を効果的に下げる手
段を提供すること。 【解決手段】プリント基板２にコイルＬ1 ，Ｌ2 、コン
デンサＣ1 ，Ｃ2 が実装された高周波回路基板の動作中
の素子の自己発熱による最も温度上昇の大きい高電位側
印刷配線導体３ｂに一端をはんだ付けし、他端を筐体１
にねじ止めするコイル状の放熱素子ＲＣを設けて、高温
部分の熱を直接熱伝導により放熱できるようにした。
の高電位側（ホット側）の温度上昇を効果的に下げる手
段を提供すること。 【解決手段】プリント基板２にコイルＬ1 ，Ｌ2 、コン
デンサＣ1 ，Ｃ2 が実装された高周波回路基板の動作中
の素子の自己発熱による最も温度上昇の大きい高電位側
印刷配線導体３ｂに一端をはんだ付けし、他端を筐体１
にねじ止めするコイル状の放熱素子ＲＣを設けて、高温
部分の熱を直接熱伝導により放熱できるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器や無線通
信機器内の高周波電子回路基板の高温部分の温度を下げ
るための放熱素子に関し、特に、回路素子が接続された
高電位側の印刷配線導体に直接接続して熱伝導によって
温度を下げる放熱素子に関するものである。さらに、そ
の放熱素子を用いた高周波電子回路基板に関するもので
ある。
信機器内の高周波電子回路基板の高温部分の温度を下げ
るための放熱素子に関し、特に、回路素子が接続された
高電位側の印刷配線導体に直接接続して熱伝導によって
温度を下げる放熱素子に関するものである。さらに、そ
の放熱素子を用いた高周波電子回路基板に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の動作や通信機器の高周波信号
動作による内部温度上昇を抑えるための放熱，冷却には
種々の手段が実用されている。例えば、電動ファンや放
熱板などが用いられている。無線通信機器などの場合、
小形無線機には、高温部分にシリコンシートなどの放熱
シートを貼り付けたり、回路基板を多数の金属ネジで金
属筐体に固定して熱を逃す工夫がなされている。
動作による内部温度上昇を抑えるための放熱，冷却には
種々の手段が実用されている。例えば、電動ファンや放
熱板などが用いられている。無線通信機器などの場合、
小形無線機には、高温部分にシリコンシートなどの放熱
シートを貼り付けたり、回路基板を多数の金属ネジで金
属筐体に固定して熱を逃す工夫がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の放
熱手段，冷却手段は、装置内の電気回路，電子回路の零
電位の接地側導体の熱を直接熱伝導によって放熱する方
法が多く、回路の信号経路となる高電位側（ホット側）
の温度を下げるには、ファンによる空気の対流によって
間接的に放熱する方法によっている。しかし、このよう
な方法では、機器が小形化，軽量化，低価格化されるに
つれて限度があり、新たな放熱手段が要求されるように
なった。
熱手段，冷却手段は、装置内の電気回路，電子回路の零
電位の接地側導体の熱を直接熱伝導によって放熱する方
法が多く、回路の信号経路となる高電位側（ホット側）
の温度を下げるには、ファンによる空気の対流によって
間接的に放熱する方法によっている。しかし、このよう
な方法では、機器が小形化，軽量化，低価格化されるに
つれて限度があり、新たな放熱手段が要求されるように
なった。
【０００４】例えば、ＶＨＦ帯の無線機（送受信機）で
小形，高出力（例えば、５０Ｗ）の送信電力増幅部（Ｐ
Ａ）とアンテナとの間の高周波電子回路基板または整合
フィルタ基板、例えば、スプリアス放射を抑えるための
π形２段構成のＬＰＦ（低域ろ波器）基板の場合、フィ
ルタ素子のコイルとコンデンサに高レベルの高周波信号
が加えられると、挿入損失が０．１ｄＢ程度であっても
２〜３Ｗの電力損失があり、その損失による発熱のた
め、上昇温度はフィルタを実装したプリント基板の品質
保証温度（例えば、１０５℃）を超え、コイル，コンデ
ンサを固定している共晶はんだの融点（例えば、約１８
０℃）を超えて約２００℃に達し、特性の劣化と部品の
脱落，破損に至るという問題があった。
小形，高出力（例えば、５０Ｗ）の送信電力増幅部（Ｐ
Ａ）とアンテナとの間の高周波電子回路基板または整合
フィルタ基板、例えば、スプリアス放射を抑えるための
π形２段構成のＬＰＦ（低域ろ波器）基板の場合、フィ
ルタ素子のコイルとコンデンサに高レベルの高周波信号
が加えられると、挿入損失が０．１ｄＢ程度であっても
２〜３Ｗの電力損失があり、その損失による発熱のた
め、上昇温度はフィルタを実装したプリント基板の品質
保証温度（例えば、１０５℃）を超え、コイル，コンデ
ンサを固定している共晶はんだの融点（例えば、約１８
０℃）を超えて約２００℃に達し、特性の劣化と部品の
脱落，破損に至るという問題があった。
【０００５】図４は従来のπ形２段ＬＰＦの回路例図で
あり、Ｌ1 ，Ｌ2 は、例えば、線径約１mmφの単線を内
径３mmφで巻いた螺旋コイルで、巻数は約３ｔである。
Ｃ1，Ｃ2 ，Ｃ3 はＱ＝１５０〜２００程度のセラミッ
クコンデンサである。挿入損失を小さくするにはＱの高
いコンデンサを用いればよいが、価格が３０〜５０倍と
なり、コストアップになる。３ａ，３ｂ，３ｃは高電位
側の印刷配線導体である。
あり、Ｌ1 ，Ｌ2 は、例えば、線径約１mmφの単線を内
径３mmφで巻いた螺旋コイルで、巻数は約３ｔである。
Ｃ1，Ｃ2 ，Ｃ3 はＱ＝１５０〜２００程度のセラミッ
クコンデンサである。挿入損失を小さくするにはＱの高
いコンデンサを用いればよいが、価格が３０〜５０倍と
なり、コストアップになる。３ａ，３ｂ，３ｃは高電位
側の印刷配線導体である。
【０００６】この整合フィルタ基板の発熱による温度上
昇は、高周波信号経路（高電位側）の直列素子の部分が
最も高温になる。この高電位側の温度上昇を抑えるため
には、従来の放熱手段のいずれも効果が殆どないという
問題がある。ＰＡ部分は、放熱用金属パッケージに収容
して筐体に平面接触させ多数のビスで固定されている
が、この整合フィルタ基板はアンテナとの接続回路であ
り、小形化の構造上、ＰＡパッケージに収容できず、温
度上昇のため特性が劣化し、破損の恐れがあり、送信出
力を下げて回避するしかなく、送信機としてのウィーク
ポイントとなっている。
昇は、高周波信号経路（高電位側）の直列素子の部分が
最も高温になる。この高電位側の温度上昇を抑えるため
には、従来の放熱手段のいずれも効果が殆どないという
問題がある。ＰＡ部分は、放熱用金属パッケージに収容
して筐体に平面接触させ多数のビスで固定されている
が、この整合フィルタ基板はアンテナとの接続回路であ
り、小形化の構造上、ＰＡパッケージに収容できず、温
度上昇のため特性が劣化し、破損の恐れがあり、送信出
力を下げて回避するしかなく、送信機としてのウィーク
ポイントとなっている。
【０００７】本発明は、上記問題点を解決するために行
ったものであり、従来の放熱手段によらず、効果的に高
周波電子回路基板や整合フィルタ基板の高電位側の高温
部分の温度を下げることのできる放熱素子を提供すると
ともに、その放熱素子を用いた回路を提供することを目
的とするものである。
ったものであり、従来の放熱手段によらず、効果的に高
周波電子回路基板や整合フィルタ基板の高電位側の高温
部分の温度を下げることのできる放熱素子を提供すると
ともに、その放熱素子を用いた回路を提供することを目
的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の放熱素子は、電
子回路基板に実装された高周波回路を動作させたとき自
己発熱する回路素子の温度上昇による高電位側回路素子
接続導体部分の温度を下げる放熱素子であって、熱伝導
率の高い線材がつる巻状に巻かれ、一端が前記高電位側
回路素子接続導体に直接接続され、他端が前記電子回路
基板を収容した金属筐体に直接固定されて、前記高電位
側回路素子接続導体の温度上昇による熱が熱伝導により
前記金属筐体に移動する熱経路となるように構成された
ことを特徴とするものである。さらに、 請求項１記載
のコイル状の放熱素子は、絶縁被覆銅線がつる巻状に密
着巻きされた単層円筒コイル形状を有し、該コイル半径
と巻回数によって定まるインダクタンスは前記一端が接
続される前記高電位側回路素子接続導体部分の動作信号
周波数のインピーダンスと比べて該高周波回路の特性に
影響を及ぼさない充分に高いインピーダンスになるよう
に設定されたことを特徴とするものである。
子回路基板に実装された高周波回路を動作させたとき自
己発熱する回路素子の温度上昇による高電位側回路素子
接続導体部分の温度を下げる放熱素子であって、熱伝導
率の高い線材がつる巻状に巻かれ、一端が前記高電位側
回路素子接続導体に直接接続され、他端が前記電子回路
基板を収容した金属筐体に直接固定されて、前記高電位
側回路素子接続導体の温度上昇による熱が熱伝導により
前記金属筐体に移動する熱経路となるように構成された
ことを特徴とするものである。さらに、 請求項１記載
のコイル状の放熱素子は、絶縁被覆銅線がつる巻状に密
着巻きされた単層円筒コイル形状を有し、該コイル半径
と巻回数によって定まるインダクタンスは前記一端が接
続される前記高電位側回路素子接続導体部分の動作信号
周波数のインピーダンスと比べて該高周波回路の特性に
影響を及ぼさない充分に高いインピーダンスになるよう
に設定されたことを特徴とするものである。
【０００９】また、本発明の放熱素子を用いた高周波電
子回路基板は、金属筐体に収容され送信電力増幅器の出
力端とアンテナとの間に接続された高周波電子回路基板
であって、該高周波電子回路基板の高電位側回路素子接
続導体と前記金属筐体との間に、該高電位側回路素子接
続導体部分の温度上昇による熱を熱伝導により前記金属
筐体に移動させる熱経路として前記本発明の放熱素子が
接続されたことを特徴とするものである。
子回路基板は、金属筐体に収容され送信電力増幅器の出
力端とアンテナとの間に接続された高周波電子回路基板
であって、該高周波電子回路基板の高電位側回路素子接
続導体と前記金属筐体との間に、該高電位側回路素子接
続導体部分の温度上昇による熱を熱伝導により前記金属
筐体に移動させる熱経路として前記本発明の放熱素子が
接続されたことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施例を説
明する平面図であり、図２はその回路例図である。図に
おいて、ＬＰＦの直列素子であるコイルＬ1 ，Ｌ2 、及
び並列素子であるコンデンサＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 は図４の
従来の構成素子と同じである。１は金属製の筐体、２は
ＬＰＦを実装したプリント基板、３（３ａ，３ｂ，３
ｃ）は高電位側の印刷配線導体、ＲＣは本発明の放熱素
子（又は放熱装置）の放熱コイル（Radiation coil）で
ある。３ａは印刷配線導体のうち入力側並列素子である
コンデンサＣ1 と直列素子であるコイルＬ1 の接続導体
であり、３ｂは２つの直列素子であるコイルＬ1 とＬ2
及びコンデンサＣ2 の接続導体である。同様に、３ｃは
出力側のコイルＬ2 とコンデンサＣ3 の接続導体であ
り、コンデンサＣ3 は省略することもできる。図１では
コンデンサＣ3 を省略している。ｄは放熱コイルＲＣの
他端の筐体１への接続点であり、ねじ止めにより固定さ
れている。
明する平面図であり、図２はその回路例図である。図に
おいて、ＬＰＦの直列素子であるコイルＬ1 ，Ｌ2 、及
び並列素子であるコンデンサＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 は図４の
従来の構成素子と同じである。１は金属製の筐体、２は
ＬＰＦを実装したプリント基板、３（３ａ，３ｂ，３
ｃ）は高電位側の印刷配線導体、ＲＣは本発明の放熱素
子（又は放熱装置）の放熱コイル（Radiation coil）で
ある。３ａは印刷配線導体のうち入力側並列素子である
コンデンサＣ1 と直列素子であるコイルＬ1 の接続導体
であり、３ｂは２つの直列素子であるコイルＬ1 とＬ2
及びコンデンサＣ2 の接続導体である。同様に、３ｃは
出力側のコイルＬ2 とコンデンサＣ3 の接続導体であ
り、コンデンサＣ3 は省略することもできる。図１では
コンデンサＣ3 を省略している。ｄは放熱コイルＲＣの
他端の筐体１への接続点であり、ねじ止めにより固定さ
れている。
【００１１】本発明の放熱素子ＲＣは、高周波電子回路
基板２の最も高温になる部分の熱を直接金属筐体１へ熱
伝導によって放熱する機能を有するものであり、熱伝導
率の高い金属材料、例えば、銅が用いられる。図１，図
２に示した実施例では、放熱素子ＲＣの形状は、銅線を
つる巻状（又は螺旋状）に密着巻きした単層円筒コイル
である。
基板２の最も高温になる部分の熱を直接金属筐体１へ熱
伝導によって放熱する機能を有するものであり、熱伝導
率の高い金属材料、例えば、銅が用いられる。図１，図
２に示した実施例では、放熱素子ＲＣの形状は、銅線を
つる巻状（又は螺旋状）に密着巻きした単層円筒コイル
である。
【００１２】ＬＣフィルタ等の高周波回路がプリント基
板に実装された高周波回路基板が大電力の高周波信号に
より動作したとき、各素子の損失によって温度が上昇す
る部分は高電位側であり、フィルタの場合、直列素子と
その接続部分の配線導体が特に高温になる。接地側は印
刷導体の面積が広く、筐体への取付けねじなどによって
熱を逃すことが容易である。
板に実装された高周波回路基板が大電力の高周波信号に
より動作したとき、各素子の損失によって温度が上昇す
る部分は高電位側であり、フィルタの場合、直列素子と
その接続部分の配線導体が特に高温になる。接地側は印
刷導体の面積が広く、筐体への取付けねじなどによって
熱を逃すことが容易である。
【００１３】その高電位側の高温部分の熱を熱伝導によ
って筐体に逃す方法として、高周波回路の動作を無視し
て放熱だけを考えれば、太い銅線又は帯状の銅板を、直
接、高電位側の印刷配線導体と筐体との間に橋状に設け
ればよいが、これでは高周波回路が動作しなくなる。そ
こで回路動作に影響を与えないで放熱するために、放熱
素子ＲＣの銅線をコイル状にしてチョークコイルの特
性、すなわち、比較的高い周波数の電流を阻止し、直流
と比較的低い周波数を通す特性を持たせるようにした。
従って、そのインダクタンスは、高温部分の素子接続点
の動作周波数のインピーダンスより十分高いインピーダ
ンスとなるような内径と巻数に設定した。例えば、動作
周波数が１５０ＨＭｚ帯では６００〜７００ｎＨ、４５
０ＭＨｚ帯では２００〜３００ｎＨであれば、フィルタ
特性には影響がないことが確かめられた。
って筐体に逃す方法として、高周波回路の動作を無視し
て放熱だけを考えれば、太い銅線又は帯状の銅板を、直
接、高電位側の印刷配線導体と筐体との間に橋状に設け
ればよいが、これでは高周波回路が動作しなくなる。そ
こで回路動作に影響を与えないで放熱するために、放熱
素子ＲＣの銅線をコイル状にしてチョークコイルの特
性、すなわち、比較的高い周波数の電流を阻止し、直流
と比較的低い周波数を通す特性を持たせるようにした。
従って、そのインダクタンスは、高温部分の素子接続点
の動作周波数のインピーダンスより十分高いインピーダ
ンスとなるような内径と巻数に設定した。例えば、動作
周波数が１５０ＨＭｚ帯では６００〜７００ｎＨ、４５
０ＭＨｚ帯では２００〜３００ｎＨであれば、フィルタ
特性には影響がないことが確かめられた。
【００１４】さらに、放熱素子ＲＣの熱伝導性をさらに
よくするため密着巻きして、かつ、耐熱指標の高い絶縁
被覆銅線、例えば、ポリエステル被覆銅線を用いた。ま
た、全体の大きさは、筐体内の放熱したい部分の近傍の
空間部の容積を有効に利用する大きさに設定し、実験に
より定めた。
よくするため密着巻きして、かつ、耐熱指標の高い絶縁
被覆銅線、例えば、ポリエステル被覆銅線を用いた。ま
た、全体の大きさは、筐体内の放熱したい部分の近傍の
空間部の容積を有効に利用する大きさに設定し、実験に
より定めた。
【００１５】以上の電気的，物理的条件を考慮して、本
発明の放熱素子ＲＣは、例えば、線径１．４mmφのポリ
エステル被覆銅線を用い、内径約５mmφで巻数が７ｔの
単層密着巻コイルとし、一端をフィルタの２つの直列コ
イルＬ1 ，Ｌ2 及び並列コンデンサＣ2 の接続部分の印
刷配線導体３ｂにはんだ付け固定し、他端を筐体１のｄ
点にねじ止めにより固定した。両端の固定方法は、いず
れも熱伝導を妨げないように接触面積をできるだけ大き
くするように接続することはいうまでもない。
発明の放熱素子ＲＣは、例えば、線径１．４mmφのポリ
エステル被覆銅線を用い、内径約５mmφで巻数が７ｔの
単層密着巻コイルとし、一端をフィルタの２つの直列コ
イルＬ1 ，Ｌ2 及び並列コンデンサＣ2 の接続部分の印
刷配線導体３ｂにはんだ付け固定し、他端を筐体１のｄ
点にねじ止めにより固定した。両端の固定方法は、いず
れも熱伝導を妨げないように接触面積をできるだけ大き
くするように接続することはいうまでもない。
【００１６】このような放熱素子ＲＣにより、高周波回
路基板の高温部分の熱は、放熱素子ＲＣが密着巻きのた
め円筒状銅管とみなされる放熱手段で筐体に伝わること
となり、極めて効果的に放熱され、放熱素子ＲＣの無い
従来では、約２００℃にまで温度上昇してプリント基板
のはんだが融ける位であったのが、本発明の放熱素子Ｒ
Ｃを取り付けることにより約１００℃以下に温度上昇を
抑えることができた。これにより、プリント基板の品質
保証温度を満足し、所望の高出力送信機動作が行われる
ようになった。
路基板の高温部分の熱は、放熱素子ＲＣが密着巻きのた
め円筒状銅管とみなされる放熱手段で筐体に伝わること
となり、極めて効果的に放熱され、放熱素子ＲＣの無い
従来では、約２００℃にまで温度上昇してプリント基板
のはんだが融ける位であったのが、本発明の放熱素子Ｒ
Ｃを取り付けることにより約１００℃以下に温度上昇を
抑えることができた。これにより、プリント基板の品質
保証温度を満足し、所望の高出力送信機動作が行われる
ようになった。
【００１７】図３は本発明の第２の実施例を示す回路例
図であり、放熱素子ＲＣをＬＰＦの入力側印刷配線導体
３ａ、すなわち、電力増幅器（ＰＡ）の出力側に取り付
けた例である。他の構成要素は図２の第１の実施例の場
合と同じであり同じ記号を付した。
図であり、放熱素子ＲＣをＬＰＦの入力側印刷配線導体
３ａ、すなわち、電力増幅器（ＰＡ）の出力側に取り付
けた例である。他の構成要素は図２の第１の実施例の場
合と同じであり同じ記号を付した。
【００１８】また、図１〜図３に示した本発明の第１及
び第２の実施例では、高周波段のπ形２段ＬＰＦ実装基
板について説明したが、フィルタに限らず、ＶＨＦ帯の
無線機で約１００ＭＨｚ以上の周波数帯域の高周波電力
増幅部など、高周波回路基板の温度上昇を抑える放熱手
段として応用することができ、同様の優れた放熱効果を
得ることができる。
び第２の実施例では、高周波段のπ形２段ＬＰＦ実装基
板について説明したが、フィルタに限らず、ＶＨＦ帯の
無線機で約１００ＭＨｚ以上の周波数帯域の高周波電力
増幅部など、高周波回路基板の温度上昇を抑える放熱手
段として応用することができ、同様の優れた放熱効果を
得ることができる。
【００１９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明を実
施することにより、高出力のＶＨＦ帯以上の周波数帯の
送信機における電力増幅部とアンテナとの間のスプリア
ス除去用ＬＰＦ基板の温度上昇を抑えることができ、プ
リント基板の品質が保証され、はんだ溶融による部品の
脱落もなく、所望の送信出力を維持できるという実用上
極めて大きい効果が得られた。
施することにより、高出力のＶＨＦ帯以上の周波数帯の
送信機における電力増幅部とアンテナとの間のスプリア
ス除去用ＬＰＦ基板の温度上昇を抑えることができ、プ
リント基板の品質が保証され、はんだ溶融による部品の
脱落もなく、所望の送信出力を維持できるという実用上
極めて大きい効果が得られた。
【図１】本発明の第１の実施例を示す構造図である。
【図２】本発明の第１の実施例の回路例図である。
【図３】本発明の第２の実施例の回路例図である。
【図４】従来のＬＰＦの回路例図である。
１ 筐体 ２ プリント基板 ３，３ａ，３ｂ，３ｃ 印刷配線導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 進藤 正弘 秋田県南秋田郡天王町天王字鶴沼台43− 224 株式会社国際電気エンジニアリング 内 (72)発明者 伊藤 忠 秋田県南秋田郡天王町天王字鶴沼台43− 224 株式会社国際電気エンジニアリング 内 Ｆターム(参考） 5E322 AA03 AB02 FA04 5K060 AA22 BB03 HH11 JJ03
Claims (3)
- 【請求項１】 電子回路基板に実装された高周波回路を
動作させたとき自己発熱する回路素子の温度上昇による
高電位側回路素子接続導体部分の温度を下げる放熱素子
であって、 熱伝導率の高い線材がつる巻状に巻かれ、一端が前記高
電位側回路素子接続導体に直接接続され、他端が前記電
子回路基板を収容した金属筐体に直接固定されて、前記
高電位側回路素子接続導体の温度上昇による熱が熱伝導
により前記金属筐体に移動する熱経路となるように構成
されたコイル状の放熱素子。 - 【請求項２】 請求項１記載のコイル状の放熱素子は、
絶縁被覆銅線がつる巻状に密着巻きされた単層円筒コイ
ル形状を有し、該コイル半径と巻回数によって定まるイ
ンダクタンスは前記一端が接続される前記高電位側回路
素子接続導体部分の動作信号周波数のインピーダンスと
比べて該高周波回路の特性に影響を及ぼさない充分に高
いインピーダンスになるように設定されたことを特徴と
する請求項１記載の放熱素子。 - 【請求項３】 金属筐体に収容され送信電力増幅器の出
力端とアンテナとの間に接続された高周波電子回路基板
であって、 該高周波電子回路基板の高電位側回路素子接続導体と前
記金属筐体との間に、該高電位側回路素子接続導体部分
の温度上昇による熱を熱伝導により前記金属筐体に移動
させる熱経路として請求項１または請求項２記載の放熱
素子が接続されたことを特徴とする高周波電子回路基
板。
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