JP2007214061A - 耐静電気機能付電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信号配線について静電気に対する重点的保護を図ることにより静電気保護を的確に行える耐静電気機能付電子装置を得る。
【解決手段】少なくとも一部に面状の金属筐体部材１Ａを有する筐体１と、電子部品を装着し前記筐体１の内部において金属筐体部材１Ａと平行に配設される信号配線層２Ａおよび接地電位層２Ｂを有する回路基板２とを備え、信号配線層２Ａの信号配線２ａと平行に静電保護用配線２ｃを配設するとともに、静電保護用配線２ｃに静電保護用配線２ｃから金属筐体部材１Ａへ向かう方向に延在し所定の間隔を置いて配設される避静電ピン７を設け、避静電ピン７を接地電位層２Ｂへ電気的に接続する。
【選択図】図１

Description

この発明は、耐静電気機能付電子装置、特に、静電気によって、プリント回路基板に実装されて、かつ信号配線がつながっているアクティブ素子の内部回路の誤動作や破損を防止する電子装置の耐静電気構造に関する。

従来技術では、電子装置の耐静電気構造として、電子部品搭載基板の、搭載電子部品および信号配線パターンより外装筐体の開口部に近い位置に、アースピンを配設するようにし、電子部品搭載基板には、外装筐体の開口部に対向する外端部にアースパターンを形成し、アースピンを基板のアースパターンに接続固定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２８８３６７号公報

特許文献１：特開平７−２８８３６７号公報には、外装筐体の開口部に近い位置に搭載電子部品および信号配線パターンにアースピンを配設することが示されている。外装筐体の一面が金属であり、その金属部に外部から非常に強い電界がかかった場合には、外装筐体が金属でない四方から電界が筐体内に侵入するために非常に多くのアースピンが必要になるだけでなく、コネクタなどの実装部品がある場合にはアースピンを実装することが困難である。また、筐体の内側に静電気による誘起電流が流れる場合には、外装筐体の開口部の入り口付近にアースピンを配設しても効果はない。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、信号配線について静電気に対する重点的保護を図ることにより静電気保護を的確に行える耐静電気機能付電子装置を得ようとするものである。

この発明に係る耐静電気機能付電子装置は、少なくとも一部に面状の導電性部分を有する筐体と、電子部品を装着し前記筐体の内部において前記筐体の導電性部分と平行に配設される信号配線層および接地電位層を有する回路基板とを備え、前記信号配線層の信号配線と平行に静電保護用配線を配設するとともに、前記静電保護用配線に前記静電保護用配線から前記筐体の導電性部分へ向かう方向に延在し所定の間隔を置いて配設される避静電部材を設け、前記避静電部材を前記接地電位層へ電気的に接続するものである。

この発明によれば、信号配線について静電気に対する重点的保護を図ることにより静電気保護を的確に行える耐静電気機能付電子装置を得ることができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１および図２について説明する。図１はこの発明による実施の形態１における耐静電気機能付電子装置を断面で示す側面図である。図２は図１のII−II線における断面図である。

図１および図２において、筐体１は導電性部分を形成する金属筐体部材１Ａと絶縁性部分を形成する樹脂筐体部材１Ｂとで構成され、筐体１の内部空間は上部面を金属筐体部材１Ａで覆われ、下部および側面部を樹脂筐体部材１Ｂで覆われている。
筐体１の内部にはプリント回路基板２があり、プリント回路基板２は、信号配線パターン２ａを有する信号配線層２Ａおよびグランド配線パターン２ｂを有するグランド層２Ｂなどから成り立っている。プリント回路基板２にはＩＣなどのアクティブ素子３を含む電子部品が実装されており、電子部品はコネクタ４を通じてアース部位５および他の電子装置６と配線パターン２ａ，２ｂでつながっている。配線パターンには信号配線パターン２ａとグランド配線パターン２ｂがあり、プリント回路基板２の表層面にも配設されている。さらに、信号配線パターン２ａと平行にガード配線２ｃを配設して、ガード配線２ｃ上に避静電ピン７を取り付けている。ガード配線２ｃはグランド層２Ｂのグランド配線パターン２ｂにスルーホール（図示せず）で接続されている。
避静電ピン７はプリント回路基板２の表層面に配設されガード配線２ｃ上にプリント回路基板２と垂直をなして設けられ、互いに所定の間隔を置いて複数個の避静電ピン７が植設状態で設けられている。

このような構成では、外側から金属筐体部材１Ａに静電気ＳＥのような、振幅が大きく周波数の高い電界がかかった場合に、たとえ金属筐体部材１Ａの内側に高周波電流Ｉhfが流れても、金属筐体部材１Ａの内側からプリント回路基板２の表層に配設された信号配線パターン２ａに誘起するのではなく、信号配線パターン２ａを通過するよりインピーダンスが低くなる避静電ピン７→ガード配線２ｃ→グランド層２Ｂ→コネクタ４→アース部位５の経路で高周波電流Ｉhfが流れることになり、ＩＣなどのアクティブ素子３に電流が流れないものである。

このように、避静電ピン７とガード配線２ｃを設けることによって、静電気ＳＥによる高周波電流Ｉhfをプリント回路基板２のグランド層２Ｂにバイパスできるため、信号配線パターン２ａにつながっているアクティブ素子３の内部回路の誤動作や破損を防止できる。

この発明による実施の形態１によれば、少なくとも一部に面状の導電性部分としての金属筐体部材１Ａを有し他の部分に絶縁性部分としての樹脂筐体部分１Ｂを有する筐体１と、ＩＣなどのアクティブ素子３を含む電子部品を装着し前記筐体１において面状の導電性部分としての金属筐体部材１Ａと平行に配設される信号配線層２Ａおよびグランド層２Ｂからなる接地電位層を有するプリント回路基板２とを備え、前記信号配線層２Ａの信号配線２ａと平行してその両側にガード配線２ｃからなる静電保護用配線を配設するとともに、プリント回路基板２に植設されて前記ガード配線２ｃからなる静電保護用配線に前記ガード配線２ｃからなる静電保護用配線から前記筐体１の導電性部分としての金属筐体部材１ａへ向かう方向に延在し所定の間隔を置いて配設される避静電ピン７からなる複数個の避静電部材を設け、前記避静電ピン７からなる避静電部材を前記グランド層２Ｂからなる接地電位層のグランド配線パターン２ｂへ電気的に接続するようにしたので、信号配線２ａについて静電気に対する重点的保護を図ることにより静電気保護を的確に行える耐静電気機能付電子装置を得ることができる。
すなわち、上部面を金属筐体部材１Ａ、下部および側面部を樹脂筐体１Ｂで覆われているプリント回路基板２があり、プリント回路基板２は、信号層２Ａ、グランド層２Ｂなどから成り立っており、プリント回路基板２にはＩＣなどのアクティブ素子３が実装されており、電子部品はコネクタ４を通じてアース部位５または他の電子装置６と配線パターン２ａ，２ｂでつながっており、配線パターンには信号配線パターン２ａとグランド配線パターン２ｂがあり、プリント回路基板２の表層面にも配設されている構造において、信号配線パターン２ａと平行にガード配線２ｃを配設して、ガード配線２ｃ上に避静電ピン７を取り付けて、ガード配線２ｃはグランド層２Ｂのグランド配線パターン２ｂにスルーホールで接続させることを特徴とする電子装置の耐静電気構造が構成されており、このような構成では、外側から金属筐体部材１Ａに静電気ＳＥのような、振幅が大きく周波数の高い電界がかかった場合に、たとえ金属筐体部材１Ａ内側に高周波電流Ｉhfが流れても、金属筐体部材１Ａ内側からプリント回路基板２の表層に配設された信号配線パターン２ａに誘起するのではなく、信号配線パターン２ａを通過するよりインピーダンスが低くなる避静電ピン７→ガード配線２ｃ→グランド層２Ｂ→コネクタ４→アース部位５の経路で高周波電流Ｉhfが流れることになり、アクティブ素子３に電流が流れない。
このように、避静電ピン７とガード配線２ｃを設けることにより、静電気による高周波電流Ｉhfをプリント回路基板２のグランド層２Ｂにバイパスできるため、信号配線パターン２ａにつながっているアクティブ素子３における内部回路の誤動作や破損を防止できる。

実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図３について説明する。図３は実施の形態２における耐静電気機能付電子装置を断面で示す側面図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

図３において、筐体１を構成する金属筐体部材１Ａの内側に導電性ゴム部材ＲＰが貼り付けられ、プリント回路基板２に植設されガード配線２ｃ上に設けられた複数個の避静電ピン７はそれぞれ頂部を上方に延長されて導電性ゴム部材ＲＰに接合され電気的に接続されている。
このように、金属筐体部材１Ａの内側に導電性ゴム部材ＲＰを貼り付け、避静電ピン７と電気的に接続することにより、耐静電気機能を行うことができる。
このようにすると、金属筐体部材１Ａ→導電性ゴム部材ＲＰ→避静電ピン７→ガード配線２ｃ→グランド層２Ｂ→コネクタ４→アース部位５の順で高周波電流Ｉhfをバイパスすることができ、避静電ピン７が金属筐体部材１Ａと電気的に絶縁している場合よりインピーダンスを低くして、信号配線パターン２ａに高周波電流Ｉhfを流れにくくすることができる。

この発明による実施の形態２によれば、実施の形態１における構成において、前記筐体１における導電性部分としての金属筐体部材１Ａの内側に金属筐体部材１Ａの延在方向へ延在する板状の導電性ゴム部材ＲＰを貼り付けて配設し前記避静電ピン７からなる避静電部材と電気的に接続したので、信号配線について静電気に対する重点的保護を図ることにより静電気保護を的確に行えるとともに、高周波電流Ｉhfのバイパス経路のインピーダンスを低減することによりさらに効果的な静電気保護を行える耐静電気機能付電子装置を得ることができる。
すなわち、金属筐体部材１Ａ→導電性ゴム部材ＲＰ→避静電ピン７→ガード配線２ｃ→グランド層２Ｂ→コネクタ４→アース部位５の順で高周波電流Ｉhfをバイパスすることができ、避静電ピン７が金属筐体部材１Ａと電気的に絶縁している場合よりインピーダンスを低くして、信号配線パターン２ａに高周波電流Ｉhfを流れにくくすることができる。

実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図４について説明する。図４は実施の形態３における耐静電気機能付電子装置を断面で示す側面図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１または実施の形態２における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

図４に示すように、プリント回路基板２の表層面に配設されガード配線２ｃ上にプリント回路基板２と垂直をなして設けられ、互いに所定の間隔をおいて設けられた複数個の避静電ピン７について、導電性ゴム部材ＲＰ−避静電ピン７−ガード配線２ｃのトータル長さを調整するため以下の式（１）を満たすように隣接する避静電ピン７間の間隔を調整することにより、導電性ゴム部材ＲＰ−避静電ピン７−ガード配線２ｃの間に流れる循環電流を減らすことができ、金属筐体部材１Ａ→導電性ゴム部材ＲＰ→避静電ピン７→ガード配線２ｃ→グランド層２Ｂ→コネクタ４→アース部位５の順に流れる高周波電流Ｉhfを流しやすくする。
〔Ｌ1(m)×√(εr)＋Ｌ1(m)＋Ｌ2(m)×２〕<Ｃ (m/s)×0.7×10^−９(s)…式（１）
ただし、Ｌ1は隣接する避静電ピン間の間隔(m)、Ｌ2は避静電ピンの高さ(m)、Ｃは光速で3×10^８(m/s)、0.7×10^−９(s)は静電気の国際規格であるIEC61000-4-3に示される静電気の立ち上がりの最短時間である。εrはプリント回路基板の基材の比誘電率である。
上記式（１）の条件を満すことにより、導電性ゴム部材ＲＰ−避静電ピン７−ガード配線２ｃの間に流れる循環電流は上記の経路の電気的長さがIEC61000-4-3に示される静電気の立ち上がりの最短時間に相当する波長（＝Ｃ (m/s)×0.7×10^−９(s)）より長くなったときに、上記の経路のインピーダンスが小さくなり、高周波電流が増大する。

この発明による実施の形態３によれば、実施の形態２における構成において、上記式（１）を満たすように前記避静電ピン７からなる避静電部材の隣接する相互の間隔Ｌ1を調整するようにしたので、信号配線２ａについて静電気に対する重点的保護を図ることにより静電気保護を的確に行えるとともに、導電性ゴム部材ＲＰを含む避静電ピン７部分における循環電流を減少することにより静電気保護をさらに効果的に行える耐静電気機能付電子装置を得ることができる。
すなわち、この構成により、導電性ゴム部材ＲＰ−避静電ピン７−ガード配線２ｃの間に流れる循環電流を減らすことができ、金属筐体部材１Ａ→導電性ゴムＲＰ→避静電ピン７→ガード配線２ｃ→グランド層２Ｂ→コネクタ６→アース部位５の順に流れる高周波電流Ｉhfを流しやすくする。

実施の形態４．
この発明による実施の形態４を図５および図６について説明する。図５は実施の形態４における耐静電気機能付電子装置を断面で示す側面図である。図６は図５のVI−VI線における断面図である。
この実施の形態４において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

図５および図６に示すように、避静電ピン７の頂部を導電性平板８Ａ，８Ｂで接続することにより、金属筐体部材１Ａ→導電性平板８Ａ，８Ｂ→避静電ピン７→ガード配線２ｃ→グランド層２Ｂ→コネクタ４→アース部位５の順で流れる電流経路によって高周波電流Ｉhfをバイパスすることができ、導電性平板８Ａ，８Ｂがない場合よりもインピーダンスを小さくして、信号配線パターン２ａに高周波電流Ｉhfを流れにくくすることができる。

この発明による実施の形態４によれば、実施の形態１における構成において、前記避静電ピン７からなる複数個の避静電部材の頂部を導電性平板部材８Ａ，８Ｂで接続するようにしたので、信号配線２ａについて静電気に対する重点的保護を図ることにより静電気保護を的確に行えるとともに、バイパス経路のインピーダンスを低減して静電気保護をさらに効果的に行える耐静電気機能付電子装置を得ることができる。
すなわち、金属筐体部材１Ａ→導電性平板８Ａ，８Ｂ→避静電ピン７→ガード配線２ｃ→グランド層２Ｂ→コネクタ４→アース部位５の順で流れる電流経路によって高周波電流Ｉhfをバイパスすることができ、導電性平板８Ａ，８Ｂがない場合よりもインピーダンスを小さくして、信号配線パターンに高周波電流Ｉhfを流れにくくすることができる。

実施の形態５．
この発明による実施の形態５を図７について説明する。図７は実施の形態５における耐静電気機能付電子装置を断面で示す側面図である。
この実施の形態５において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１または実施の形態４における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

図７に示すように、プリント回路基板２の表層面に配設されガード配線２ｃ上にプリント回路基板２と垂直をなして設けられ、互いに所定の間隔をおいて設けられて頂部に導電性平板８Ａ，８Ｂが設けられた複数個の避静電ピン７について、導電性平板８Ａ，８Ｂ−避静電ピン７−ガード配線２ｃのトータル長さを調整するため以下の式（２）を満たすように避静電ピン７の間隔を調整することにより、導電性平板８Ａ，８Ｂ−避静電ピン７−ガード配線２ｃの間に流れる循環電流を減らすことができ、金属筐体部材１Ａ→導電性平板８Ａ，８Ｂ→避静電ピン７→ガード配線２ｃ→グランド層２Ｂ→コネクタ４→アース部位５の順に流れる高周波電流Ｉhfを流しやすくする。
〔Ｌ3(m)×√(εr)＋Ｌ3(m)＋Ｌ4(m)×２〕< Ｃ(m/s)×0.7×10^−９(s)…式（２）
ただし、Ｌ3は頂部に導電性平板８Ａ，８Ｂが設けられた隣接する避静電ピン間の間隔(m)、Ｌ4は頂部に導電性平板８Ａ，８Ｂが設けられた避静電ピンの高さ(m)、Ｃは光速で3×10^８(m/s)、0.7×10^−９(s)は静電気の国際規格であるIEC61000-4-3に示される静電気の立ち上がりの最短時間である。εrはプリント回路基板の基材の比誘電率である。
上記式（２）の条件を満すことにより、導電性平板８Ａ，８Ｂ−避静電ピン７−ガード配線２ｃの間に流れる循環電流は上記の経路の電気的長さがIEC61000-4-3に示される静電気の立ち上がりの最短時間に相当する波長（＝Ｃ (m/s)×0.7×10^−９(s)）より長くなったときに、上記の経路のインピーダンスが小さくなり、高周波電流が増大する。

この発明による実施の形態５によれば、実施の形態４における構成において、上記式（２）を満たすように前記避静電ピン７からなる避静電部材の間隔を調整するようにしたので、信号配線２ａについて静電気に対する重点的保護を図ることにより静電気保護を的確に行えるとともに、導電性平板８Ａ，８Ｂを含む避静電ピン７部分における循環電流を減少することにより静電気保護をさらに効果的に行える耐静電気機能付電子装置を得ることができる。
すなわち、導電性平板８Ａ，８Ｂ−避静電ピン７−ガード配線２ｃの間に流れる循環電流を減らすことができ、金属筐体部材１Ａ→導電性平板８Ａ，８Ｂ→避静電ピン７→ガード配線２ｃ→グランド層２Ｂ→コネクタ４→アース部位５の順に流れる高周波電流Ｉhfを流しやすくする。

実施の形態６．
この発明による実施の形態６を図８について説明する。図８は実施の形態６における耐静電気機能付電子装置を断面で示す上面図である。
この実施の形態６において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１ならびに実施の形態４および実施の形態５のいずれかにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

図８に示すように、プリント回路基板２の表層面に配設されガード配線２ｃ上にプリント回路基板２と垂直をなして設けられ、互いに所定の間隔を置いて植設状態で設けられて頂部に導電性平板８が設けられた複数個の避静電ピン７について、導電性平板８を拡張して、信号配線パターン２ａを覆うようにすることにより、金属筐体部材１Ａの内側から信号配線パターン２ａに高周波電流Ｉhfが誘起しにくくなる。

この発明による実施の形態６によれば、実施の形態５における構成において、前記導電性平板部材８により前記信号配線パターン２ａを覆うようにし、前記導電性平板部材８を前記信号配線パターン２ａと前記金属筐体部材１Ａとの間に前記金属筐体部材１Ａと平行して介在させるようにしたので、信号配線２ａについて静電気に対する重点的保護を図ることにより静電気保護を的確に行える耐静電気機能付電子装置を得ることができる。
すなわち、導電性平板部材８を拡張して信号配線パターン２ａを覆うことにより、金属筐体部材１Ａの内側から信号配線パターン２ａに高周波電流Ｉhfが誘起しにくくなる。

なお、以上の実施形態では、避静電ピン７をピン状のものとして説明したが、ピン状以外の形状の避静電部材として形成することができる。

この発明による実施の形態１における耐静電気機能付電子装置を断面で示す側面図である。 図１のII−II線における断面図である。 この発明による実施の形態２における耐静電気機能付電子装置を断面で示す側面図である。 この発明による実施の形態３における耐静電気機能付電子装置を断面で示す側面図である。 この発明による実施の形態４における耐静電気機能付電子装置を断面で示す側面図である。 図５のVI−VI線における断面図である。 この発明による実施の形態５における耐静電気機能付電子装置を断面で示す側面図である。 この発明による実施の形態６における耐静電気機能付電子装置を断面で示す上面図である。

符号の説明

１ 筐体、１Ａ 金属筐体部材、１Ｂ 樹脂筐体部材、ＲＰ 導電性ゴム部材、２ プリント回路基板、２Ａ 信号配線層、２ａ 信号配線パターン、２Ｂ グランド層、２ｂ グランド配線パターン、２ｃ ガード配線、３ ＩＣなどのアクティブ素子、４ コネクタ、５ アース部位、６ 他の電子装置、７ 避静電ピン、８，８Ａ，８Ｂ 導電性平板部材。

Claims (6)

1. 少なくとも一部に面状の導電性部分を有する筐体と、電子部品を装着し前記筐体の内部において前記筐体の導電性部分と平行に配設される信号配線層および接地電位層を有する回路基板とを備え、前記信号配線層の信号配線と平行に静電保護用配線を配設するとともに、前記静電保護用配線に前記静電保護用配線から前記筐体の導電性部分へ向かう方向に延在し所定の間隔をおいて配設される避静電部材を設け、前記避静電部材を前記接地電位層へ電気的に接続することを特徴とする耐静電気機能付電子機器。
2. 前記筐体における導電性部分の内側に導電性ゴム部材を配設し前記避静電部材と電気的に接続したことを特徴とする請求項１に記載の耐静電気機能付電子機器。
3. Ｌ1は避静電部材の間隔(m)、Ｌ2は避静電部材の高さ(m)、Ｃは光速で3×10^８(m/s)、0.7×10^−９(s)は静電気の国際規格であるIEC61000-4-3に示される静電気の立ち上がりの最短時間、εrは回路基板の基材の比誘電率としたときに、〔Ｌ1(m)×√(εr)＋Ｌ1(m)＋Ｌ2(m)×２〕< Ｃ(m/s)×0.7×10^−９(s)を満たすように前記避静電部材の間隔Ｌ1を調整することを特徴とする請求項２に記載の耐静電気機能付電子機器。
4. 前記避静電部材の頂部を導電性平板部材で接続することを特徴とする請求項１に記載の耐静電気機能付電子機器。
5. Ｌ3は頂部に導電性平板部材が設けられた隣接する避静電部材の間隔(m)、Ｌ4は頂部に導電性平板部材が設けられた避静電部材の高さ(m)、Ｃは光速で3×10^８(m/s)、0.7×10^−９(s)は静電気の国際規格であるIEC61000-4-3に示される静電気の立ち上がりの最短時間、εrは回路基板の基材の比誘電率としたときに、〔Ｌ3(m)×√(εr)＋Ｌ3(m)＋Ｌ4(m)×２〕< Ｃ(m/s)×0.7×10^−９(s)を満たすように前記避静電部材の間隔Ｌ3を調整することを特徴とする請求項４に記載の耐静電気機能付電子機器。
6. 前記導電性平板部材により前記信号配線を覆うことを特徴とする請求項５に記載の耐静電気機能付電子機器。
   

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