JP2006514442A - Ｐｗｂ上の電子部品をシールドするためのシールド - Google Patents

Abstract

電子装置のＰＷＢ（プリント配線基板）上の電子部品をシールドするためのシールドカン。ＰＷＢの非平面性を補償するために、シールドカンは、曲がり易いように互いに連結される複数のセクションに分割されている。

Description

本発明は、電子装置のＰＷＢ（プリント配線基板）上に配置された電子部品を遮蔽するためのシールドに関する。

電子装置のＰＷＢ（プリント配線基板）上に配置された電子部品を、電磁波からシールドするために、導電性のシールドカン或いはボックス形のシールドを、電子部品をカバーするようにＰＷＢ上に配置することが従来から行われてきた。最高水準のシールドが達成されるのは、下方に伸びる側壁に自由端を有する閉じられた金属カン(closed metal can)が、該金属カンのフリーエッジの全体に沿ってＰＷＢにハンダ付けされている場合である。良好なシールドを達成するためには、シールドとＰＷＢとの間におけるハンダ付けによる接合が良好に制御されること、好ましくはハンダ接合されていない領域を一切残さず行われることが、厳しく要求される。もし、ハンダ付けされていない領域が少しでも残っていれば、シールド効果はシールドカンとＰＷＢとの間の最大ギャップ（largest gap）により決まる。それゆえ、もしシールドカンとＰＷＢとの間にギャップが存在する場合には、これらのサイズを適切に定義しておかなければならない。

電子部材をＰＷＢに実装するための今日の好適な方法は、リフロー・ソルダリング（re-flow soldering）と共に、いわゆる表面実装技術（ＳＭＴ）を利用することである。この方法では、ハンダペースト(solder paste)が利用される。該ペーストは、クリームのような稠度を有するハンダ、フラックス(flux)及び搬送媒体(carrying medium)からなる材料である。ハンダとフラックスの混合物は、ハンダが８５％から９５％、フラックスが５％から１５％であり、ハンダは球状或いは針状の形状を有する小さな粒子からなる。電子産業では、ハンダペーストは高品質であることが要求される。ハンダペーストは、例えばＰＷＢ上の部品及びパッドを簡単に濡らすことができる一方、ＰＷＢ上の隣接する二つのパッドを接続してしまう程の流動性は有さず、組立ての間に部品を保持するために粘着性があり、ハンダペーストを塗るためにスクリーンプリントステンシルが利用されても該ステンシルの穴に詰まらないようになっている。

ハンダ付けプロセスの最初のステップは、ハンダペーストをＰＷＢ上のパッドに塗ることである。これは、以下のような方法により行うことができる。

−チューブ端を通じたハンダペーストの提供
この方法は、シリンジを利用するのと非常によく似ている。ハンダペーストは、わずかに加圧され、チューブ端から提供される。この方法の利点として、例えば、ハンダペーストには密閉容器（closed container for the solder paste）を利用するので、ハンダ汚染をわずかなものとすることができる点がある。他の利点には、チューブは特殊な形状を有する地点にまで達することができる一方で、比較的安価な方法である点が含まれる。この方法の不利な点には、ＰＷＢに正確な量のハンダペーストを使用することが非常に困難であり、それゆえに比較的低速な方法となってしまう点が含まれる。

−ハンダペーストにダルピン（dull pins）を浸す
この方法が利用される場合、ダルピンはハンダペーストに浸され、ピンの端部はＰＷＢ上に押し当てられる。ハンダペーストの量は、ピンの大きさ及び形状に直接比例する。この方法の利点は、ピンのアレイ全体をボート上に同時に降ろすことができるので、高速な点である。

−スクリーン・プリンティング
スクリーン・プリンティングは、正確に、かつ、予め定められた厚みを有するハンダペーストの層を形成することができる点で、ハンダペーストの使用において素晴らしい結果をもたらす方法である。スクリーン・プリンティングのステンシルは、ポリエステル或いは金属の細かいメッシュでできている。スクリーン・プリンティングのステンシルはＰＷＢのわずかに上に配置され、ハンダペーストがステンシルを通ってＰＷＢ上に提供されるような圧力がかかるように、スキージー（squeegee）がステンシル上に被せられる。スキージーは、金属製又はゴム製であってもよい。もしゴム製である場合には、ＰＷＢの異なる位置に異なる量のハンダペーストを提供することができる。しかしながら、頻繁に研ぐ必要がある。
−ステンシル・プリンティング
この方法は、スクリーン・プリンティングと非常に似ている。違うのは、ステンシルは弾力性が無いために、ＰＷＢと接触して配置されることである。ステンシル・プリンティングは、ほとんどの場合、ピッチの細かい装置(fine-pitch devices)について利用される。これは、大量生産品に最適な方法である。

ＰＷＢにハンダペーストを使用するための好ましい方法は、上述のスクリーン・プリンティング法である。ＰＷＢは、電子部品及びシールドカンが実装されるべき所望の領域についてハンダペーストを用いてスクリーンプリントされる。ハンダペーストの厚みは、スクリーン・プリンティングのステンシルの厚みによって決定され、ＰＷＢ全体について均一である。

次のステップでは、ピック・アンド・プレイス機械(pick-and-place machine)により、ＰＷＢに電子部品を配置する。シールドカンは一つ以上の他の部品をカバーしなければならないので、シールドカンの配置は通常、ＰＷＢにこれらの他の部品が配置された後となる。最後のステップにおいて、ＰＷＢはソルダリング・オーブン（soldering oven）内で加熱される。これにより、使用されたハンダペーストが溶け、すべてのコンポーネント及びシールドカンがＰＷＢにハンダ付けされる。

部品が配置されたＰＷＢは、ハンダペーストを溶かすためにオーブン内を移動し、その温度は所定パターンに従って変化する。オーブンは最初に、ハンダペースト内のフラックスが活性化する温度まで加熱され、その温度は、フラックスがベースメタルを洗浄するのに十分な長さの時間だけ維持される。その後、温度はハンダペーストが溶ける温度まで上げられる。この温度は、通常３０から６０秒の間そのレベルにおいて維持される。この長さは、ＰＷＢと部品をハンダが濡らすのに十分な長さである。最後のステップでは、ＰＷＢを冷却する。この冷却は、連続的に行われる。冷却プロセスにはトレードオフが存在する。もしＰＷＢを急速に冷却すれば、ハンダの接合は強いものとなるであろうが、ＰＷＢにストレスを与えることとなる。それ故、冷却プロセスは、比較的強固な接合を確保しつつ、ＰＷＢに過剰なストレスを与えないように制御されなければならない。

抵抗やコンデンサのような小さな部品は少量のハンダペーストを必要とし、シールドカンのような大きな部品は大量のハンダペーストを必要とするので、スクリーン・プリンティングのステンシルは、これらの異なる要求の間で妥協点を見いだすように設定されなければならない。電子部品は、ＰＷＢ上においてスペースを節約するために小型化が継続的に進められており、より小型の電子部品を適切にハンダ付けするためには、ハンダペーストの量はより少ないものでなければならない。それ故に、より薄型のスクリーン・プリンティング・ステンシルが将来的に利用されることとなるであろう。

しかしながら、シールドカンもＰＷＢも、完全にフラットに製造することはできず、特にＰＷＢの非平面性は、ソルダリング・オーブンにおける加熱によって影響を受けるかも知れない。このことは、シールドカンとＰＷＢとの間には常にギャップが存在するであろうことを意味する。しかしながら、当該ギャップが加熱の間にハンダにより埋められるのであれば、ギャップの存在自体は問題とならない。但し、上記のようにＰＷＢに最初に使用されるハンダペーストの厚みは限られており、将来的には更に薄くなるかも知れない。このことは、もし加熱プロセスにおいてギャップがハンダにより確実に埋められなければならないとすれば、許容可能なギャップの大きさも限定されることを意味する。更に、シールドカンとＰＷＢとの間のギャップの大きさは、シールドカンの大きさと共に増加する。よって、予め使用されるハンダペーストでギャップが埋められることを保証するために、シールドカンの大きさも制限されなければならない。

ますます小型化される傾向にある現代の電子装置において、幾つかの小型のシールドカンを結合して、内壁を有する一つの大きなシールドカンとすることは、これによりＰＷＢ上のスペースを節約することにもなるので、好ましい。シールドカンの数がより少なくなれば、組立てを早く行って、製造コストを削減することもできる。しかしながら、より大きなシールドカンは、少なくとも非平面的なＰＷＢ及び非平面的なシールドカンのいずれかのために、シールドカンとＰＷＢとの間でハンダ付けされていないギャップが存在するリスクを増加させるであろう。

この問題を解決するための試みは、シールドカンが配置されるべきＰＷＢの領域に、ハンダペーストの特別に厚い層を形成することである。しかしながら、これにより、望ましくない余分な製造工程が追加されることとなる。

本発明は、実装されたシールドカンとＰＷＢとの間に許容できないギャップが存在するリスクを排除するような、ＰＷＢ上の電子部品をシールドするためのシールドカンを提供することを目的とする。

本発明の目的は、技術分野の項に記載されたシールドカンを、フレキシブルに（曲がりやすいように）互いに連結された複数のセクションに分割することにより達成される。

その結果、シールドカンの個々のセクションは、シールドカンが実装されるＰＷＢのいかなる非平面性に対しても追従できるように、相互に曲がることができる。この方法では、ＰＷＢの撓みにより発生する、ＰＷＢのどのような非平面性をも補償することができる。従って、ＰＷＢとシールドカンの間の安全で十分に近接した接続を確保して、所望のシールド効果を達成することができる。

ある実施形態において、シールドカンの各セクションは、上部カバー部及び下方に伸びる側壁を備える。従って、各セクションは、個々のシールドカンとしての機能を果たす。しかしながら、これらの個々のシールドカンのほとんどは、１つの大きなシールドカンを形成するように作られているので、その取り扱いは容易となる。

シールドカンのセクションは、ゴムのような曲がり易い材料からなるフレキシブル要素により相互接続されていることが好ましい。これは、ＰＷＢのどのような非平面性も補償できるように、セクション間のフレキシビリティを保証するものである。

他の実施形態では、シールドカンは共通の上部カバー部と下方に伸びる側壁を備える。ここで、上部カバー部は、互いに連結される複数のセクションに分割される一方、側壁は接続されていない。このシールドカンは、ＰＷＢのあらゆる非平面性を保証するために曲げが可能な、一つの大きなシールドカンの様に機能することができる。

上部カバー部は、セクション間の材料の厚みが減じられた一部材として作られてもよい。従って、一体的に形成されたシールドカン以外の他の材料や要素を利用せずに、セクション間のフレキシブルな相互接続を達成することができる。

また、上部カバー部のセクションは、ゴムのような曲がり易い材料からなるフレキシブル要素により相互接続することができる。

所定の実施形態において、シールドカンの各セクションの大きさは、基準寸法（module measure）の整数倍により定められる。よって、そのようなモジュール化された多数のセクションを結合することにより、所望のあらゆるシールドカンを形成することが可能となる。この場合、様々な方法で結合することが可能な比較的小数のモジュール化されたセクションのみが必要とされるので、製造コストを低減することにつながる。

ここで、“備える”或いは“備えている”（comprise/comprising）との語が本明細書において使用される場合、これらは、そこで述べられる特徴、数値、工程或いは部品の存在を規定するものとして解釈されるべきであって、一つ以上の他の特徴、数値、工程、部品又はそれらのグループの存在、或いは、追加を排除するものとして解釈されるべきではない。

本発明は、添付する図面を参照して以下に詳細に記述される。

図１ａ及び図１ｂは、シールドカン１０１及びＰＷＢ１０２の断面図であり、ＰＷＢ１０２上にシールドカン１０１をマウントするための従来技術の方法に関連する問題を示している。この形態では、シールドカン１０１は箱状であり、上部カバー部１０３と、自由端(free rim)１０５を有する下方に伸びた４つの側壁とを形成する金属シェル（metal shell）で構成される。上述のように、ＰＷＢ１０２は、製造工程にお」いて発生するＰＷＢ１０２内の内部ストレスにより決して完全な平面体ではない。図１ａ及び図１ｂは、下方向及び上方向に曲がったＰＷＢ１０２をそれぞれ示している。従来技術におけるＰＷＢ１０２上へのシールドカン１０１のマウントに関連する問題を分かり易く示すため、図１ａ及び図１ｂに示されるＰＷＢ１０２の曲がり方は強調されたものとなっている。更に、明確化のため、シールドカン１０１以外の他の部品は示されていないが、実際には、ＰＷＢ１０２上のマウントされたシールドカン１０１内にシールドされるべき電子部品が配置されている。図１ａ及び図１ｂでは、ＰＷＢ１０２には予め与えられたハンダペーストの薄い層１０６が形成されており、シールドカン１０１の端部１０５は該ハンダペースト１０６を加熱することによりＰＷＢ１０２に接続される。

図１ａでは、ＰＷＢ１０２は下方向に撓んでおり、この下方向の撓みのために、ギャップ１０７がＰＷＢ１０２とシールドカン１０１の端部１０５との間に存在する。もし、図１ａに示すように、ギャップ１０７がシールドカン１０１の片側からもう片側へ広がる程にＰＷＢ１０２が撓んでいる場合、ギャップ１０７を予め与えられたハンダペースト１０６によって閉じることはできない。よって、シールド効果は実質的に減殺されてしまう。

図１ｂに示す状況では、ＰＷＢ１０２は上方向に撓んでおり、シールドカン１０１の端部１０５は、ＰＷＢ１０２の非常に限定された領域のみに接続される。この場合、ＰＷＢ１０２とシールドカン１０１の端部１０５との間のギャップ１０７は、予め与えられたハンダペースト１０６により閉じられておらず、シールドカンの二つ以上の側に広がる。ここでも、シールドカン１０１によるシールド効果は実質的に減殺されてしまう。

実際のところは、ＰＷＢ１０２は図１ａ及び図１ｂに示すよりも撓みが少なく、ギャップ１０７も示されているものよりも小さいものである。しかしながら、ＰＷＢ１０２の撓み具合は、シールドカン１０１の撓み具合ももちろんのこと、予測不可能な側面がある程度存在し、ギャップ１０７が予測不可能な大きさとなってしまい、それによってシールド効果が減殺されてしまうリスクは常に存在する。

図２は、本発明のシールドカン１の第１の実施形態を示す。シールドカン１は、６つの同一のセクション２に分割されており、それぞれは独立のシールドカンとして機能する。独立のシールドカンを定義する各セクション２は、部分的な断面が示されている最も右側のセクション２により、明確に示されている。

本実施形態において、各セクション２には、上部カバー部３と下方に伸びる側壁４とが与えられている。側壁４の下方端には端部５が備わり、図３に示されるようにＰＷＢ６とハンダ付けされるように適合されている。

フレキシブル接続要素(flexible connecting element)７は、シールドカン１のセクション２の間に与えられる。これにより、セクション２は互いに曲がることが可能であり、セクション２間の曲げによりＰＷＢ６のどのような非平面性に対しても、シールドカン１による補償が可能となる。フレキシブル要素７は、セクション２の側壁４に例えば接着剤などで固定される、ゴムのような材料からなることが好ましい。

図３は、上方向に撓んだＰＷＢ６上にマウントされたシールドカン１を示している。現実の状況との関係では、撓みの程度は、本発明の要点をよく示すために大幅に強調されている。シールドカン１のセクション２が、フレキシブル要素７によりそれぞれに対して曲がり、それによって、ＰＷＢ６とシールドカン１との間にハンダ付けがなされない領域を一切残さずに、ＰＷＢ６の撓みを補償していることが示されている。

シールドカン１は、それぞれが独立のシールドカンとして機能する複数のセクション２に分割されているので、ＰＷＢ６は、そのようなシールドカン１を受け入れるように設計されなければならない。即ち、ＰＷＢ６は、各セクション２の端部５に対応する所望のパターンに使用されるハンダペーストにより区切られていなければならない。

ある実施形態におけるシールドカン１の各セクションの大きさは、例えば、一つのセクション２の幅として解釈されるべき、基準寸法(module measure)の整数倍に定められる。そのような基準寸法に対応して各セクション２の寸法を決定することにより、異なる形状のセクションを、シールドカンの形態に組み合わせることが可能となる（不図示）。

図４は、本発明に対応するシールドカン１１の他の実施形態を示す。このシールドカン１１もまた、相互に接続されてシールドカン１１を形成するセクション１２に分割されている。本実施形態では、シールドカン１１は一部材として形成されており、各セクション１２の間において材料の厚みが減少されている。この材料の厚みが減少されている領域により、上部カバー部の表面におけるベンディングライン（bending line）１７が形成されることとなる。シールドカン１１には、共通の上部カバー部が与えられ、カバー部の最外周に下方に伸びる側壁１４が与えられる。本実施形態では、シールドカン１１の最も右側のコーナーにおける断面部により示されているように、内壁は与えられない。側壁１４同士は接続されていないが、これは、図５に示すように撓んだＰＷＢ１６上にシールドカン１１がマウントされる際にセクション１２間での相互の曲がりを可能とするためである。

シールドカン１１のセクション１２間の、材料の厚みが減少されてできたベンディングライン１７は、上部カバー部において実質的に矩形のパターンを形成するように示されている。これにより、シールドカン１１は、２方向においてＰＷＢ１６の撓みを補償することが可能となる。勿論、ベンディングライン１７は他のパターンを形成しても良く、例えば、一方向のみの撓みを補償すべき場合には平行線であってもよい。

図６は、本発明のシールドカン２１の他の実施形態における部分的な断面図を示している。ここで、シールドカン２１は複数のセクション２２に分割されている。本実施形態では、該セクション２２は、セクション２２のエッジに接続されるフレキシブル要素２７で相互に接続される横断片（transversal strip）を形成している。よって、シールドカン２１は、図７に示すようにＰＷＢ２６の撓みを補償することができる。図７は、下方向に撓み、シールドカン２１が配置されたＰＷＢ２６を示している。このシールドカンもまた共通の上部カバーを備えるが、内部壁は備えていない。

本発明は、一般的な箱形状のシールドカンを使用する異なる実施形態を参照して記述された。しかしながら、シールドカンは箱形状である必要はなく、ドーム形状、他のあらゆる中空な形状、下方向に伸びる端部を有する３次元的な部材であっても良い。シールドカンはまた、シールドカンの上部カバー部からＰＷＢまで伸び、シールドカンを所望の閉じられた容量に分割するための内壁を有していても良い。

シールドカンの材料の選択においては、選択可能な数多くの異なる材料が存在する。シールド特性が異なる、様々なタイプのプラスチック材料及び金属合金が市場では利用されている。金属カンは主として複雑でない形状（geometries）について使用され、比較的安価である。プラスティック材料を使用する場合には、より複雑な形状を生成できる可能性が高まる。しかし、これらのタイプのシールドカンの生産コストは、しばしばより高いものとなる。十分なシールド効果を得るためには、プラスティック材料は導電性を有していなければならず、これは例えば導電ペイントを塗布することにより達成される。

シールドカンのセクション間のフレキシブルな相互接続もまた、上述のものとは異なっても良い。例えば、もしフレキシブルなゴム材料が利用されれば、これは電気的な導電性に利益を与える。相互接続はまた、セクション間にヒンジを与える形式により実現されても良い。

従来技術におけるシールドカンに関連する問題を示す図である。 従来技術におけるシールドカンに関連する問題を示す図である。 本実施形態に対応するシールドカンの第１の実施形態を示す図である。 ＰＷＢ上に実装される図２のシールドカンを示す図である。 本実施形態に対応するシールドカンの他の実施形態を示す図である。 ＰＷＢ上に実装される図４のシールドカンを示す図である。 本実施形態に対応するシールドカンの更に他の実施形態を示す図である。 ＰＷＢ上に実装される図６のシールドカンを示す図である。

Claims (7)

1. 電子装置のＰＷＢ（プリント配線基板）（６、１６、２６）上の電子部品をシールドするためのシールドカン（１、１１、２１）であって、
   前記シールドカン（１、１１、２１）は、曲がり易いように相互に連結される複数のセクション（２、１２、２２）に分割されていることを特徴とするシールドカン。
2. 前記シールドカン（１、１１、２１）のセクション（２、１２、２２）のそれぞれは、上部カバー部（３、１３、２３）及び下方に伸びる側壁（４、１４、２４）を備えることを特徴とする請求項１に記載のシールドカン。
3. 前記シールドカン（１、２１）の前記複数のセクション（２、２２）は、ゴムのような曲がり易い材料からなるフレキシブル要素（７、２７）により相互接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシールドカン。
4. 前記シールドカン（１１、２１）は、共通の上部カバー部（１３、２３）、下方に伸びる側壁（１４、２４）とを備え、前記上部カバー部（１３、２３）は互いに連結される複数のセクション（１２、２２）に分割され、前記側壁（１４、２４）は互いに接続されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載のシールドカン。
5. 前記上部カバー部（１３）は、一体的に形成され、かつ、前記複数のセクション（１２）間の材料の厚みが減じられていることを特徴とする請求項４に記載のシールドカン。
6. 前記上部カバー部（２３）の前記複数のセクション（２２）は、ゴムのような曲がり易い材料からなるフレキシブル要素（２７）により相互接続されていることを特徴とする請求項４に記載のシールドカン。
7. 前記シールドカン（１、１１、２１）の各セクション（２、１２、２２）の大きさは、基準寸法の整数倍により定められることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のシールドカン。

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