JP2006140291A - プリント板ユニット、通信装置及びプリント板 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価な構成で、発熱部に対して集中的に冷却を可能とする。
【解決手段】 プリント板１０に搭載される発熱素子１１で発生する熱は、熱的に接続されるプリント板１０の反対面のアースパターン１４に伝熱し、アースパターン１４と接触するように配置された伝熱性の嵌合部材１５と、嵌合部材１５によって嵌合される伝熱部材２３を介して、バックワイヤードボード２１に備えられた放熱フィン２２に伝熱して放熱される。
【選択図】 図１

Description

本発明はプリント板ユニット、通信装置およびプリント板に関し、特に、プリント板に搭載される発熱素子から発生される熱を放熱するプリント板ユニット、そのようなプリント板ユニットを搭載した通信装置及び、搭載される発熱素子から発生される熱を放熱する機能を有したプリント板に関する。

複数のプリント板をシェルフに実装したプリント板ユニットを搭載した通信装置において、従来から、プリント板上に搭載された発熱素子の発熱による装置の高温化が問題となっており、冷却のために各種の工夫がなされている。

図８は、従来の通信装置の構成を示す正面図である。
従来の通信装置５０では、増幅器５１と、強制空冷用ファン５２と、通信装置５０の上段部に放熱の影響を与えないためのエアインテーク５３が設けられている。

図９、１０、１１は、増幅器の構成を示す図であり、図９は図８で示した増幅器５１の側面図、図１０は上面図、図１１は背面図である。
増幅器５１は、放熱フィン５４を有し増幅器本体５５を冷却する機能を有している。放熱フィン５４は列状に形成されており、図８で示した強制空冷用ファン５２で放熱フィン５４を冷却することで、増幅器５１を冷却可能としている。さらに、増幅器５１を通信装置５０の背面側のバックワイヤードボードと接続させ、他の機能と信号のやり取りを行うためのコネクタとしてピン５６を有している。

図１２は、増幅器の内部の様子を示す図である。
増幅器５１内部には、プリント板５７が格納され、プリント板５７上に例えば、パワーモジュール素子やＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）などの発熱素子５８が配置される。さらに、無線特性であるスプリアス特性を抑えるため、プリント板５７をネジ５９で筐体に締め付けている。

図１３は、通信装置の従来の冷却方法を示す模式図である。
図中の矢印は、冷却風の流れを示している冷却風は、矢印の通りに放熱フィン５４の隙間を介して強制空冷用ファン５２に流れ、増幅器５１を冷却する。

このように、通信装置５０に対する従来の冷却方法としては、冷却しようとする筐体に直接、放熱フィン５４を搭載し、強制空冷用ファン５２で熱を引くことで放熱処理を行っていた。

しかし、直接、放熱フィン５４を搭載するだけでは装置重量も嵩み、効率よく放熱の処理ができていない。また、放熱フィン５４を搭載すると幅も余計に必要となる。また、放熱しなければならない部分やそうでない箇所も同じように冷却しているため余計な放熱フィン５４が必要でもあり放熱の効率も悪い。また冷却しようとする筐体の上側または下側に強制空冷用ファン５２を搭載するため、通信装置５０の高さも高くなってしまう問題があった。

ところで、従来、プリント板上に搭載する発熱素子部分を集中的に冷却する技術があった。
例えば、特許文献１には、ＬＳＩの上部に放熱フィンを設け、ＬＳＩで発生した熱を、放熱フィンから、ＴＣＳ線（編組線）、プリント板上の端子、及びプリント板裏面に形成された伝熱パターンを経由してプリント板の外部に放熱することが開示されている。

また、特許文献２には、発熱素子上に設けられたアルミニウムなど熱伝導性の良好な材料により形成される受熱ブロックと、放熱フィンなどが設けられる放熱部とを、折り曲げが容易で装置内で自由な引き回しが可能な熱伝導性の良好な伝熱体により連結することが開示されている。
特開平５−３３５７０５号公報（段落番号〔００１６〕、〔００２０〕〜〔００２２〕，図１、図３） 特開平９−３２６５７７号公報（段落番号〔００２０〕〜〔００２３〕，図１）

しかし、発熱素子の上部に放熱フィンを設けると、部品の高さがその分必要となり、シートピッチ（プリント板間の距離）を広げてしまう問題がある。また、折り曲げが容易な熱伝導性の良好な伝熱体は高価なものであり、図８で示したような通信装置のように多数のプリント板を搭載する場合には適さないという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、安価な構成で、発熱部に対して集中的に冷却が可能なプリント板ユニット、そのようなプリント板ユニットを搭載した通信装置及び、発熱部に対して集中的に冷却が可能であるとともに面方向に狭い間隔で配置可能なプリント板を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、プリント板に搭載される発熱素子から発生される熱を放熱するプリント板ユニットにおいて、図１に示すように、一方の面に発熱素子１１を搭載し、他方の面に発熱素子１１と熱的に接続されるアースパターン１４が形成されたプリント板１０と、一方の面にプリント板１０と電気的に接続するためのコネクタ２４を配置し、他方の面の一部に放熱フィン２２を備えたバックワイヤードボード２１と、放熱フィン２２と熱的に接続し、バックワイヤードボード２１の一方の面側に突設された伝熱部材２３と、プリント板１０のアースパターン１４に接触するように配置され、伝熱部材２３を嵌合する伝熱性の嵌合部材１５と、を有することを特徴とするプリント板ユニットが提供される。

上記の構成によれば、プリント板１０に搭載される発熱素子１１で発生する熱は、熱的に接続されるプリント板１０の反対面のアースパターン１４に伝熱し、アースパターン１４と接触するように配置された伝熱性の嵌合部材１５と、嵌合部材１５によって嵌合される伝熱部材２３を介して、バックワイヤードボード２１の他方の面の一部に備えられた放熱フィン２２に伝熱して放熱される。

また、搭載される発熱素子から発生される熱を放熱する機能を有したプリント板において、発熱素子と、プリント板のグランドを介して熱的に接続され、プリント板上に実装される放熱部品を有することを特徴とするプリント板が提供される。

上記の構成によれば、発熱素子で発生した熱は、グランドを介して、プリント板上に実装される放熱部品に伝わり、放熱される。

本発明のプリント板ユニット、そのようなプリント板ユニットを搭載した通信装置によれば、プリント板に搭載される発熱素子で発生する熱を、熱的に接続されるプリント板の反対面のアースパターンに伝熱し、アースパターンと接触するように配置された伝熱性の嵌合部材と、嵌合部材によって嵌合される伝熱部材を介して、バックワイヤードボードの他方の面の一部に備えられた放熱フィンに伝熱して放熱するので、効率よく放熱できるとともに、発熱素子が搭載されている面に搭載される他の素子への熱的な影響を抑えることができ、信頼性を高めることができる。また、このような伝熱部材は、銅板などで実現でき、安価な構成で効率のよい放熱が可能になる。

また、本発明のプリント板によれば、発熱素子で発生した熱を、グランドを介してプリント板上に実装される放熱部品に伝え放熱するので、効率よく発熱素子の熱を放熱することができるとともに、従来のように発熱素子上に放熱部品を設ける場合と比べ、高さが嵩むことなく、このプリント板を面方向に狭い間隔で配置可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態のプリント板ユニットの要部の断面構成図である。
また図２は、プリント板ユニットの模式的な斜視図であり、（Ａ）は正面側からの斜視図であり、（Ｂ）は背面側からの斜視図である。

図２で示すようにプリント板ユニットは、図示しない電子部品が複数搭載されたプリント板１０と、プリント板１０を収納するシェルフ２０により構成される。また、シェルフ２０の背面側にはプリント板１０との間で電気的な接続を行うためのバックワイヤードボード２１が設けられている。

本発明の実施の形態のプリント板ユニットにおけるバックワイヤードボード２１は、背面側に放熱フィン２２を備えていることを特徴としている。この放熱フィン２２は、バックワイヤードボード２１の長手方向に設けられており、バックワイヤードボード２１の反り防止の機能を併せ持っている。

また、この放熱フィン２２と熱的に接続し、シェルフ２０の内側に伸びるように突設された伝熱部材２３を有している。伝熱部材２３は例えば銅板である。図１は、図２のプリント板ユニットを横方向に切断したときの矢印Ａ方向からみた断面図であり、プリント板１０の要部の構成を示した図であるが、この図において、伝熱部材２３は、シェルフ２０及びバックワイヤードボード２１を貫通して直接放熱フィン２２に接触するように設けられている。なお、伝熱部材２３は、放熱フィン２２と熱的に接続可能な場所であれば、直接放熱フィン２２に接触しなくてもよく、例えば金属性のシェルフ２０に接続してもよい。ただし、放熱フィン２２の近傍に伝熱部材２３を配置することによって放熱効率が向上する。

一方、プリント板１０には、図１に示すように、一方の面にはＬＳＩなどの発熱素子１１が搭載され、他方の面にこの発熱素子１１と、フットパターン１２及びスルーホール１３を介して熱的に接続されるアースパターン１４が形成されている。アースパターン１４は、例えばベタパターン（シールドパターン）を用いる。なお、発熱素子１１とアースパターン１４の熱的な接続のために、グランド信号線を用いてもよい。

さらに、アースパターン１４に接触するように配置され、伝熱部材２３を嵌合する伝熱性の嵌合部材１５を有している。
図３は、嵌合部材の斜視図である。

図のように嵌合部材１５は、例えばバネ性の銅板からなり、シェルフ２０内に伸びるように突設された伝熱部材２３と嵌合可能な形状となっている。さらに、嵌合部材１５は、ガイド足１５ａを有し、プリント板１０に実装できるようになっている。

図１に戻り、プリント板１０とバックワイヤードボード２１とにはそれぞれ互いに嵌合するコネクタ１６、２４が設けられ、そのコネクタ同士の機械的接続により各プリント板１０はバックワイヤードボード２１を介して電気的な相互接続を得ている。

ところで伝熱部材２３は、シェルフ２０へプリント板１０を搭載したときに、ちょうど前述した嵌合部材１５で嵌合可能な位置及び長さになるように設けられている必要がある。または、伝熱部材２３が嵌合可能なプリント板１０上の位置に嵌合部材１５が搭載される。

上記のようなプリント板１０をシェルフ２０の図示しないレールに沿って挿入すると、コネクタ１６、２４が嵌合することによってプリント板１０とバックワイヤードボード２１とが電気的に接続され、他のプリント板１０との電気的な相互接続が図られる。さらに嵌合部材１５と伝熱部材２３とが嵌合し、発熱素子１１と、放熱フィン２２とが熱的に接続される。すなわち、発熱素子１１で発生した熱は、フットパターン１２、スルーホール１３を介してプリント板１０の反対面のアースパターン１４に伝熱され、さらに、嵌合部材１５とそれに嵌合されている伝熱部材２３を介して放熱フィン２２に放熱される。

このように、本発明の実施の形態のプリント板ユニットによれば、発熱素子１１が搭載されているプリント板１０の反対面に熱を伝え、そこから嵌合部材１５、伝熱部材２３を介して放熱フィン２２に伝熱して放熱することができるので、効率よく放熱できるとともに、発熱素子１１が搭載されている面に搭載される他の素子への熱的な影響を抑えることができ、信頼性を高めることができる。また、本発明の実施の形態のプリント板ユニットで用いる伝熱部材２３は、銅板などで実現でき、安価な構成で効率のよい放熱が可能になる。

なお、上記では、１つのプリント板１０に１つの発熱素子１１を搭載した場合について説明したが、複数あってもよく、例えば、スルーホール１３を介して共通のアースパターン１４を用いて伝熱させ、１つの嵌合部材１５から伝熱部材２３を介して放熱フィン２２で放熱するようにしてもよい。

また、伝熱部材２３を、挿排可能にして、バックワイヤードボード２１またはシェルフ２０に差し込み口をいくつか設けることによって、プリント板１０上の発熱素子１１や嵌合部材１５の位置に応じて、所定の長さの伝熱部材２３を選択して所望の位置で嵌合させるようにしてもよい。

また上記では、プリント板１０を直接シェルフ２０に収納するとして説明したが、プリント板１０をそれぞれ図９、図１０、図１１に示すような筐体に格納してシェルフ２０に収納するようにしてもよい。

また、放熱フィン２２を冷却する強制空冷用ファンを設けてもよく、これにより更なる冷却化が図れる。
以下、上記のようなプリント板ユニットを通信装置に搭載した場合について簡単に説明する。

図４は、プリント板ユニットを通信装置に搭載した様子を示す上面図である。
図８のような通信装置５０に、図２で示したようなプリント板ユニットを搭載した場合について示している。図のように、複数のプリント板１０を収納したシェルフ２０をそのまま、通信装置のシェルフ３０に搭載できる。

図５は、図４のＢ矢視図である。
ここでは嵌合部材やアースパターンなどは図示を省略しているが、図１の通りである。図５のように、本発明の実施の形態のプリント板ユニットを搭載することによって、プリント板１０の一方の面に搭載した発熱素子１１から発生した熱は他方の面に伝わり、伝熱部材２３を介してバックワイヤードボード２１の背面に設けられた放熱フィン２２に伝わり通信装置の背面側に放熱される。

以上のように、図１、図２で示したようなプリント板ユニットを通信装置に搭載することによって、通信装置を効率よく冷却することができる。
なお、強制空冷用ファンを放熱フィン２２の上方または下方に設けてもよい。これにより更なる冷却化が図れる。

次に、発熱部を集中的に放熱する手段の一つとして、プリント板の表面に放熱フィンを実装した本発明の実施の形態のプリント板を説明する。
以下に、表面実装タイプのパターンと、ボールグリッドアレイタイプのパターンと２つの場合について説明する。

図６は、プリント板の実装パターンを示す図であり、（Ａ）は表面実装タイプのパターン、（Ｂ）はボールグリットアレイタイプの実装パターンである。
また、図７は、図６（Ａ）、（Ｂ）のプリント板の実装パターンにそれぞれ、ＬＳＩ及び放熱部品を搭載させた様子を示す断面図である。

図のように本発明の実施の形態のプリント板４０は、表面実装タイプの発熱素子（例えばＬＳＩ）４１ａ、またはボールグリットアレイタイプの発熱素子４１ｂとグランドパターン４２ａ、４２ｂを介して熱的に接続された、アルミ筐体と銅リード（半田メッキ）からなる表面実装タイプの放熱フィン４３ａまたは、銅パターン、ボールバンプを具備したポリイミド基板とアルミ筐体からなるボールグリッドアレイタイプの放熱フィン４３ｂを有している。なお、発熱素子４１ａ、４１ｂと、放熱フィン４３ａ、４３ｂとはそれぞれプリント板４０の同一面側に実装されている。これによれば、発熱素子４１ａ、４１ｂで発生した熱は、グランドパターン４２ａ、４２ｂを介して、放熱フィン４３ａ、４３ｂに伝わり、ここで放熱される。

このような構成によれば、従来のように発熱素子４１ａ、４１ｂの上に放熱フィン４３ａ、４３ｂを設ける場合と比べ、高さが嵩むことなく、効率よく発熱素子（以下の例ではＬＳＩとする）の熱を放熱することができるとともに、このプリント板４０を面方向に狭い間隔で配置可能になる。また、発熱素子４１ａ、４１ｂのような発熱素子が複数個ある場合でも、放熱フィン４３ａ、４３ｂを１枚のプリント板４０で最も風量の多い場所に配置させることにより、放熱を効率的にできる。また、発熱素子４１ａ、４１ｂと、放熱フィン４３ａ、４３ｂとはそれぞれプリント板４０の同一面側に実装されているので、搭載面の反対側の面に放熱部品を搭載しないので、高さ方向の厚みを薄くできる。

さらに、図１、図２で示したプリント板ユニットのプリント板１０上に、発熱素子１１とグランドパターンを介して接続する図７のような放熱フィンを設けることによって、さらなる冷却化が図れる。

（付記１）プリント板に搭載される発熱素子から発生される熱を放熱するプリント板ユニットにおいて、
一方の面に発熱素子を搭載し、他方の面に前記発熱素子と熱的に接続されるアースパターンが形成されたプリント板と、
一方の面に前記プリント板と電気的に接続するためのコネクタを配置し、他方の面の一部に放熱フィンを備えたバックワイヤードボードと、
前記放熱フィンと熱的に接続し、前記バックワイヤードボードの前記一方の面側に突設された伝熱部材と、
前記プリント板の前記アースパターンに接触するように配置され、前記伝熱部材を嵌合する伝熱性の嵌合部材と、
を有することを特徴とするプリント板ユニット。

（付記２）複数の前記プリント板を収容するシェルフを有し、
前記シェルフの背面に設けられた前記バックワイヤードボードと前記プリント板とがコネクタ接続するとともに、前記シェルフ内に伸びる前記伝熱部材が前記嵌合部材に嵌合することによって、前記発熱素子と前記放熱フィンとが熱的に接続されることを特徴とする付記１記載のプリント板ユニット。

（付記３）前記放熱フィンは、前記バックワイヤードボードの長手方向に形成されていることを特徴とする付記１記載のプリント板ユニット。
（付記４）前記発熱素子と前記アースパターンは、前記プリント板のスルーホールを介して熱的に接続されることを特徴とする付記１記載のプリント板ユニット。

（付記５）前記発熱素子と前記アースパターンは、前記プリント板のグランド信号線を介して熱的に接続されることを特徴とする付記１記載のプリント板ユニット。
（付記６）前記嵌合部材は、ガイド足を有し前記プリント板に実装されることを特徴とする付記１記載のプリント板ユニット。

（付記７）前記放熱フィンを冷却する強制空冷用ファンを有することを特徴とする付記１記載のプリント板ユニット。
（付記８）前記プリント板において、前記発熱素子と、前記プリント板のグランドを介して熱的に接続され、前記プリント板上に実装される放熱部品を有することを特徴とする付記１記載のプリント板ユニット。

（付記９）前記放熱部品は表面実装タイプの放熱フィンであることを特徴とする付記８記載のプリント板ユニット。
（付記１０）前記放熱部品はボールグリットアレイタイプの放熱フィンであることを特徴とする付記８記載のプリント板ユニット。

（付記１１）プリント板に搭載される発熱素子から発生される熱を放熱するプリント板ユニットを搭載した通信装置において、
前記プリント板ユニットは、
一方の面に発熱素子を搭載し、他方の面に前記発熱素子と熱的に接続されるアースパターンが形成されたプリント板と、
一方の面に前記プリント板と電気的に接続するためのコネクタを配置し、他方の面の一部に放熱フィンを備えたバックワイヤードボードと、
前記放熱フィンと熱的に接続し、前記バックワイヤードボードの前記一方の面側に突設された伝熱部材と、
前記プリント板の前記アースパターンに接触するように配置され、前記伝熱部材を嵌合する伝熱性の嵌合部材と、
を有することを特徴とする通信装置。

（付記１２）搭載される発熱素子から発生される熱を放熱する機能を有したプリント板において、
発熱素子と、プリント板のグランドを介して熱的に接続し、前記プリント板上に実装される放熱部品を有することを特徴とするプリント板。

（付記１３）前記放熱部品は表面実装タイプの放熱フィンであることを特徴とする付記１２記載のプリント板。
（付記１４）前記放熱部品はボールグリットアレイタイプの放熱フィンであることを特徴とする付記１２記載のプリント板。

（付記１５）前記発熱素子と、前記放熱部品とは前記プリント板の同一面側に実装されることを特徴とする付記１２記載のプリント板。

本発明の実施の形態のプリント板ユニットの要部の断面構成図である。 プリント板ユニットの模式的な斜視図であり、（Ａ）は正面側からの斜視図であり、（Ｂ）は背面側からの斜視図である。 嵌合部材の斜視図である。 プリント板ユニットを通信装置に搭載した様子を示す上面図である。 図４のＢ矢視図である。 プリント板の実装パターンを示す図であり、（Ａ）は表面実装タイプのパターン、（Ｂ）はボールグリットアレイタイプの実装パターンである。 図６（Ａ）、（Ｂ）のプリント板の実装パターンにそれぞれ、ＬＳＩ及び放熱部品を搭載させた様子を示す断面図である。 従来の通信装置の構成を示す正面図である。 増幅器の構成を示す図である（図８の側面図）。 増幅器の構成を示す図である（図８の上面図）。 増幅器の構成を示す図である（図８の背面図）。 増幅器の内部の様子を示す図である。 通信装置の従来の冷却方法を示す模式図である。

符号の説明

１０ プリント板
１１ 発熱素子
１２ フットパターン
１３ スルーホール
１４ アースパターン
１５ 嵌合部材
１５ａ ガイド足
１６、２４ コネクタ
２０ シェルフ
２１ バックワイヤードボード
２２ 放熱フィン
２３ 伝熱部材

Claims (5)

1. プリント板に搭載される発熱素子から発生される熱を放熱するプリント板ユニットにおいて、
   一方の面に発熱素子を搭載し、他方の面に前記発熱素子と熱的に接続されるアースパターンが形成されたプリント板と、
   一方の面に前記プリント板と電気的に接続するためのコネクタを配置し、他方の面の一部に放熱フィンを備えたバックワイヤードボードと、
   前記放熱フィンと熱的に接続し、前記バックワイヤードボードの前記一方の面側に突設された伝熱部材と、
   前記プリント板の前記アースパターンに接触するように配置され、前記伝熱部材を嵌合する伝熱性の嵌合部材と、
   を有することを特徴とするプリント板ユニット。
2. 複数の前記プリント板を収容するシェルフを有し、
   前記シェルフの背面に設けられた前記バックワイヤードボードと前記プリント板とがコネクタ接続するとともに、前記シェルフ内に伸びる前記伝熱部材が前記嵌合部材に嵌合することによって、前記発熱素子と前記放熱フィンとが熱的に接続されることを特徴とする請求項１記載のプリント板ユニット。
3. 前記放熱フィンは、前記バックワイヤードボードの長手方向に形成されていることを特徴とする請求項１記載のプリント板ユニット。
4. プリント板に搭載される発熱素子から発生される熱を放熱するプリント板ユニットを搭載した通信装置において、
   前記プリント板ユニットは、
   一方の面に発熱素子を搭載し、他方の面に前記発熱素子と熱的に接続されるアースパターンが形成されたプリント板と、
   一方の面に前記プリント板と電気的に接続するためのコネクタを配置し、他方の面の一部に放熱フィンを備えたバックワイヤードボードと、
   前記放熱フィンと熱的に接続し、前記バックワイヤードボードの前記一方の面側に突設された伝熱部材と、
   前記プリント板の前記アースパターンに接触するように配置され、前記伝熱部材を嵌合する伝熱性の嵌合部材と、
   を有することを特徴とする通信装置。
5. 搭載される発熱素子から発生される熱を放熱する機能を有したプリント板において、
   発熱素子と、プリント板のグランドを介して熱的に接続し、前記プリント板上に実装される放熱部品を有することを特徴とするプリント板。

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