JP2004228278A

JP2004228278A - 高周波回路部品

Info

Publication number: JP2004228278A
Application number: JP2003013160A
Authority: JP
Inventors: Norimitsu Negishi; 徳充根岸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】高発熱の高周波回路部品を効率良く排熱し、また、電気的な安定性も良い高周波回路部品を得る。
【解決手段】高周波電流が流れる同軸線路の芯線が接続された高周波回路基板と、高周波回路基板が取付けられた導電性基板と、導電性基板が載置され、当該載置された位置と対向した面に溝が設けられた導電性の筐体と、導電性基板を筐体に接続する結合部材と、筐体の溝に設けられ、高周波回路基板による発熱を導電性基板を介して筐体に伝導する熱伝導性樹脂とを備えるようにした。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば高周波電流増幅器や高周波電流中継器などの内部に使用される高周波回路部品の取付け方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波電流増幅器や高周波電流中継器などの内部に使用される高周波回路部品は、発熱が高く、発熱して温度が上昇すると、その電気性能の劣化や故障に至るため、発生した熱を適切に排熱する必要がある。このため、風をあてて空冷するなどの手段を講じて冷却している。また、閉ざされた空間や宇宙空間で使用する場合は、上記のような手段により冷却することは難しいため、高周波回路部品を固定している筐体へ熱伝導のみにより排熱して冷却している。
【０００３】
閉ざされた空間や宇宙空間で使用される場合、高周波回路部品を固定している筐体へ排熱する方法として、従来では、図８に示すような高周波回路部品の実装方法が使用されている。図９は従来の高周波回路部品の実装方法を側面から見た図である。図において、１は高周波電流伝送回路を構成する高周波回路部品であり、セラミックや低熱膨張金属などの熱膨張の低い材料で構成されている。２は高周波回路部品を固定するためのアルミニウム合金などの金属製の筐体であり、複数の高周波回路部品が実装されており、高周波回路部品１からの排熱経路になっている。３は高周波回路部品１を固定するためのねじであり、４は高周波回路部品１上に形成された高周波電流線路、７は高周波回路部品１上に実装された発熱する発熱部品である。
【０００４】
高周波回路部品１は、筐体２に実装される前に単体で調整され、また、実装後も取り外すことがあるため、通常はねじ３で固定されており、高周波回路部品１上に実装された発熱部品７で発生した熱は、高周波回路部品１を通り、ねじ３の周囲を通過して排熱されるか、高周波回路部品１と筐体２との間の弱い接触伝導により排熱していた。または、熱伝導性があり導電性のある樹脂や金属を高周波回路部品１と筐体２との間に挟みねじ止めする（例えば、特許文献１）か、または、高周波回路部品１と筐体２を熱伝導性があり導電性のある接着剤で直接接着して排熱していた。ここで、高周波電流回路の電気性能上、高周波回路部品１の両端部の高周波電流線路４の直下では、高周波回路部品１の底面と筐体２が十分な導電性を持って電気的に接合されている必要がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１７４４３２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高周波回路部品は、上記のように構成されているため、以下に示すような問題があった。
【０００７】
まず、ねじで固定する場合、高周波回路部品１または発熱部品７で発生した熱は、高周波回路部品１の発熱部の直下と筐体２との間に隙間があいて排熱経路が長くなったり、高周波回路部品１と筐体２との間の接触面圧が弱いなどして、熱伝導が小さくなり十分に排熱されず、発熱部品７が高温になってしまうなどの課題があった。さらには、高周波回路部品１および筐体２の寸法形状公差や表面状態のバラツキにより接触状態が変わるため、熱伝導値がことなり安定した排熱が得られず、製品ごとに発熱部品７の温度が変わってしまう課題もあった。
【０００８】
熱伝導性と導電性を同時に有する樹脂や金属を高周波回路部品１と筐体２との間に挟みねじ止めするかねじで固定する場合は、発熱部品７で発生した熱は排熱されるが、高周波回路部品１が大型であったり、反りが生じていたりする場合、隙間ができたり、十分な面圧がとれず、排熱が不十分となっていた。また、間に挟んだ樹脂や金属が柔らかいと経年変化でねじ３が緩んだり、ねじ３の周囲でへこみ、高周波回路部品１が反って割れたりした。また、高周波回路部品１と筐体２の間の熱膨張差により、経年変化で接着剤が繰り返し揺り動かされると、接着剤の中に含まれる導電性の物質（銀の粒など）の接触抵抗が下がったり、接着剤にひびが入って、熱伝導性や導電性が悪くなる問題があった。ここで、熱伝導性があり、導電性があり、熱応力吸収性の高くて、長期安定性があり、かつ取り外しの容易な接着剤は一般には存在しないため入手できない。
【０００９】
この発明は上記のような相反する問題点を解決するためになされたものであり、電気性能に悪影響を与えず、排熱効率がよく、排熱性能が安定していて、劣化せずに、かつ、回路部品の故障時等には交換が容易に可能である高周波回路部品を得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するために、本発明は、高周波電流が流れる高周波回路部が接続された高周波回路基板と、高周波回路基板が取付けられた導電性基板と、導電性基板が載置され、当該載置された位置と対向した面に溝が設けられた導電性の筐体と、導電性基板を筐体に接続する結合部材と、筐体の溝に設けられ、高周波回路基板による発熱を導電性基板を介して筐体に伝導する熱伝導性樹脂とを備えるようにしたものである。
【００１１】
また、この発明は、導電性基板と筐体との接合面の幅は、結合部材の断面の幅若しくは径に近いものにしても良い。
【００１２】
また、この発明は、筐体に設けられた溝の底部に凸部が設けるようにしても良い。
【００１３】
また、この発明は、高周波電流が流れる高周波回路部が接続された高周波回路基板と、高周波回路基板が取付けられ、当該取付けられた面と反対方向の面に溝が設けられた導電性基板と、導電性基板が載置される導電性の筐体と、導電性基板を筐体に接続する結合部材と、導電性基板の溝に設けられ、高周波回路基板による発熱を導電性基板を介して筐体に伝導する熱伝導性樹脂とを備えるようにしても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の外観を示す図であり、図２はその断面を示す図であり、図３は熱の流れと高周波電流の流れを示した図である。図において１、２、３、４、７は上記従来と同一のものであり、５はアルミニウム合金からなる筐体２に設けられた溝、６は溝５の中に充填された熱伝導性樹脂である。８は発熱部品（主としてＦＥＴ）７から筐体２への熱の流れを示し、９は筐体２および高周波回路部品１を通過するグランド側高周波電流の流れを示し、１２は筐体２に取付けられた同軸コネクタ、１３は同軸コネクタの中心軸と高周波回路部品１とを接続した配線を示し、配線１３には高周波電流が流れている。また、高周波回路部品１は、導電性の回路が配置されたセラミック基板１ａとコバール（鉄、ニッケル、コバルトの合金）基板１ｂとから構成されている。
なお、高周波回路部品１は、セラミック基板１ａを直接ねじ３で筐体２に固定しようとした場合、セラミック基板１ａがねじ３の押圧によって割れてしまう可能性があるため、コバール基板１ｂが筐体２との固定用に設けられている。
また、同軸コネクタ１２には、高周波回路部品１を接続することができる。
【００１５】
同軸コネクタ１２のグランド側高周波電流は、破線矢印で示すとおり、同軸コネクタ１２が取付けられた筐体２の内部表面を流れ、当該筐体２の内部表面にねじ締結されたコバール基板１ｂのセラミック基板１ａとの対向面上を流れ（このとき、高周波電流は溝５の上を通過する）、再び筐体２へ流れて、隣り合う高周波回路部品１に接続される。
【００１６】
ここで、高周波電流回路においては、よりよい電気性能（高周波電流の反射が小さい）を得るために、グランド側高周波電流は高周波回路部品１の高周波電流線路４の真下のできる限り端面で筐体２と接触している必要がある。筐体２には、溝５があるために、高周波回路部品１と筐体２との間の接触面積は小さくなり、ねじ締結による面圧があがって電気的導電性があがり、電気的導電性が得られる箇所も高周波回路部品１の端面付近に特定できるため、高周波電流の反射が小さくなり、安定した電気性能が得られる。また、ねじ締結部は、硬い金属同士の結合であるため、経年変化で緩むようなこともない。高周波回路部品１上の発熱部品７で発生した熱は、高周波回路部品１内部を通過して、さらに熱伝導性樹脂６、及びねじ３の周囲を通過して筐体２へ排熱される。
この際、熱伝導性樹脂６は、筐体２の溝に設けられる事によって、筐体２が直接受取っていた高周波回路部品１の熱の一部を当該筐体２に代わって受取り排熱している。
【００１７】
熱伝導性樹脂６の材料としては、本構成によれば、導電性は不用であるため、たとえばシリコン系の接着剤があげられ、導電性はないが、熱応力による歪吸収性や熱伝導性はよいという特徴があり、一般に入手も容易であり、導電性を必要としない箇所の電子部品の組み立てにも一般的に使用されている。また、シリコン系の接着剤であれば接着強度は弱いため、高周波回路部品１を交換する際も容易に取り外すことができる。
【００１８】
たとえば、溝５の深さが０．１ｍｍで、熱伝導性樹脂６の高周波回路部品１と接触する面積が６０ｍｍ^２とし、熱伝導性樹脂の熱伝導率を７．３ｘ１０^−４Ｗ／ｍｍ・Ｋとすると、０．４４Ｗ／Ｋの排熱能力が得られる。ここで、ねじ締結部周囲からの排熱能力を０．６Ｗ／Ｋとし、発熱部品７の発熱を１０Ｗとすると、ねじ締結部周囲だけからの排熱の場合の温度上昇が１６．６℃であったのに対して、第１の発明を施すことにより温度上昇は９．６℃に抑えることができる。
【００１９】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２の断面を示す図である。図において１、２、３、７は上記従来と同一のものであり、５は高周波回路部品１に設けられた溝、６は溝５の中に充填された熱伝導性樹脂である。熱の流れ、グランド側高周波電流の流れは、実施の形態１と同様であり、また、効果も同様であるが、特に、筐体３の構造設計上の制限により筐体２側に溝５を設けられない場合、コスト低減が必要で高周波回路部品１の金属部分を型製造などで大量に安価に製造できる場合などに効果を奏する。
【００２０】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３の断面を示す図である。図において１、２、３、７は上記従来と同一のものであり、５は筐体２に設けられた溝、６は溝５の中に充填された熱伝導性樹脂、１０は溝５の周囲に設けられた深溝である。熱の流れ、グランド側高周波電流の流れは、実施の形態１と同様である。図６は高周波回路部品１を筐体２に固定する前の状態であり、熱伝導性樹脂６を溝５の深さよりも高く盛っておき、高周波回路部品１を筐体２に固定する際に、熱伝導性樹脂６を深溝１０の中に押し出すことにより、高周波回路部品１と筐体２の間に挟まれる熱伝導性樹脂６の量の制御が容易となり、生産性、品質の安定性がよくなる。
【００２１】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４の断面を示す図である。図において１、２、３、７は上記従来と同一のものであり、１１は高周波回路部品１と筐体２の間に挟まれて発熱部品７の下に穴を設けた金属板、６は金属板１１の穴の中に充填された熱伝導性樹脂である。熱の流れ、グランド側高周波電流の流れは、実施の形態１と同様であるが、このうち、グランド側高周波電流の流れは金属板を通って流れる。実施の形態１〜３に設けていた高周波回路部品１または筐体２に設けた溝５は不要となり、製造性がよいという利点がある。また、金属板１１は容易に薄く加工したものが入手できるため、高精度な加工機を使用して溝５を加工するよりも精度よく安価に、熱伝導性樹脂６を薄く構成することが可能である。熱伝導性樹脂６が薄い場合、熱伝導性樹脂６内部の熱抵抗が低くなって、発熱部品７の温度を低く押えることができる。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、熱伝導性樹脂６としてシリコン系の接着剤を使用したが、同様の効果を奏するものであればこれ以外の接着剤や樹脂でもよく、また、ねじによる高周波回路部品の筐体への取付け方法について説明したが、取りつけ方法は、ねじ以外のリベット止めなどによる方法でもよい。実施の形態３については、筐体２側に深溝１０を設けるよう説明したが、実施の形態２と同様に、高周波回路部品１側に深溝１０を設けてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、排熱能力が経年変化に対して安定して高く、製品ごとの排熱能力や電気性能のバラツキも小さく、回路部品の故障時等には交換が容易に可能である高周波回路部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による高周波回路部品の筐体への実装方法の実施の形態１の外観を示す図である。
【図２】この発明による高周波回路部品の筐体への実装方法の実施の形態１の断面を示す図である。
【図３】この発明による高周波回路部品の筐体への実装方法の実施の形態１を示す断面図であり、排熱の流れ、グランド側高周波電流の流れを示す図である。
【図４】この発明による高周波回路部品の筐体への実装方法の実施の形態２の断面を示す図である。
【図５】この発明による高周波回路部品の筐体への実装方法の実施の形態３の断面を示す図である。
【図６】この発明による高周波回路部品の筐体への実装方法の実施の形態３の断面を示す図であり、高周波回路部品を筐体へ取り付ける前の状態を示す。
【図７】この発明による高周波回路部品の筐体への実装方法の実施の形態４の断面を示す図である。
【図８】従来の高周波回路部品の筐体への実装方法の一例の外観を示す図である。
【図９】従来の高周波回路部品の筐体への実装方法の一例の断面を示す図である。
【符号の説明】
１高周波回路部品、２筐体、３ねじ、４高周波電流線路、５溝、６熱伝導性樹脂、７発熱部、８熱の流れ、９グランド側高周波電流の流れ、１０深溝、１１金属板、１２同軸コネクタ、１３配線。

Claims

高周波電流が流れる高周波回路部が接続された高周波回路基板と、
上記高周波回路基板が取付けられた導電性基板と、
上記導電性基板が載置され、当該載置された位置と対向した面に溝が設けられた導電性の筐体と、
上記導電性基板を上記筐体に接続する結合部材と、
上記筐体の溝に設けられ、上記高周波回路基板による発熱を上記導電性基板を介して上記筐体に伝導する熱伝導性樹脂と
を備えたことを特徴とする高周波回路部品。
上記導電性基板と上記筐体との接合面の幅は、上記結合部材の断面の幅若しくは径に近い
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路部品。
筐体に設けられた溝の底部に凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路部品。
高周波電流が流れる高周波回路部が接続された高周波回路基板と、
上記高周波回路基板が取付けられ、当該取付けられた面と反対方向の面に溝が設けられた導電性基板と、
上記導電性基板が載置される導電性の筐体と、
上記導電性基板を上記筐体に接続する結合部材と、
上記導電性基板の溝に設けられ、上記高周波回路基板による発熱を上記導電性基板を介して上記筐体に伝導する熱伝導性樹脂と
を備えたことを特徴とする高周波回路部品。