JP2008277513A - 電子機器筐体の回路基板支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板上の実装部品の接合部に生じる温度変動による応力と外部からの機械荷重に対する信頼性を確保する。
【解決手段】電子機器の筐体１２と、この筐体内側において対向するように突出して設けられた複数対のボス部１４、１５と、これらの対をなすボス部間に支持構造物１７を介して支持可能に筐体内に設けられた回路基板１１と、複数対のボス部において回路基板が支持構造物１７を介して挟持されるようにボス部に設けられたボスねじ１８とを備え、支持構造物１７が、材料のクリープ特性によって電子機器の使用環境温度域でも回路基板の面内方向に変形し、筐体と回路基板の膨張差ΔXを支持構造物の高さhで除算した平均せん断ひずみ値（ΔX/h）が、支持構造物を形成する材料の電子機器の使用環境温度域における、せん断方向のクリープ破断ひずみ（γ_max）より小さい電子機器筐体の回路基板支持構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器筐体の回路基板支持構造に関する。

電子機器において、筐体と回路基板がその筐体内のボス部で締結固定されるが、一般的に筐体と回路基板の熱膨張率は異なっている。例えば、筐体の熱膨張率は、樹脂筐体の場合約８０ppm/℃、マグネシウム筐体の場合約２６ppm/℃、回路基板の熱膨張率は約１５ppm/℃である。その結果、図８に示すような従来の筐体における回路基板の支持構造では、その熱膨張率差に起因して、電源のON/OFFや使用環境の変化に伴う温度変動において、ボス部周辺の回路基板の応力が増大するとともに、回路基板が反りやすくなるため、ボス部近傍の実装部品の接合部に生じる応力が増大し、接合部が破損して接続不良になることが懸念される。

一方で、電子機器の小型軽量化により、筐体の剛性は低下する傾向にあり、電子機器全体の剛性の確保のためには、筐体と回路基板を固定する箇所が複数必要である。そのため、筐体と回路基板を固定するボス部近傍では、回路基板上の実装部品の接合部に生じる応力の増大が問題となっている。
特開２００１―７５５０号公報

筐体の剛性に関して、プリント基板と携帯電話本体との間にゴム等の弾性体を設けて支えることで落下等の衝撃に対応する技術が知られている（例えば特許文献１）が、熱膨張率差による応力の増大は考慮されていなかった。

そこで、本発明は、従来技術の問題に鑑み、温度変動による変形のような低速の荷重に対して回路基板上の実装部品の接合部に生じる応力を低減し、かつ、振動・衝撃などの高速の荷重に対する信頼性を保持することができる電子機器筐体の回路基板支持構造を提供することを目的としている。

本発明に係る電子機器筐体の回路基板支持構造は、電子機器の筐体と、この筐体の内側において対向するように突出して設けられた複数対のボス部と、これらの対をなすボス部間に支持構造物を介して支持されるように前記筐体内に設けられた回路基板と、前記複数対のボス部において前記回路基板が前記支持構造物を介して挟持されるように前記複数対のボス部に設けられたボスねじと、を具備し、前記支持構造物は、これを形成する材料のクリープ特性によって前記電子機器の使用環境温度域で前記回路基板の面内方向に変形可能であり、前記筐体と前記回路基板との膨張差ΔXを前記支持構造物の高さhで除して算出される平均せん断ひずみ値（ΔX/h）が、前記材料の前記使用環境温度域における、せん断方向のクリープ破断ひずみ（γ_max）に比べて小さいことを特徴とする。

本発明の構造であれば、温度変動による変形のような低速の荷重に対しては、筐体とボス部間の支持構造物のクリープ変形が生じるため、ボス部による回路基板の拘束を弱め、ボス部近傍の回路基板上の実装部品の接合部に生じる負荷が低減される。一方、振動・衝撃などの高速の荷重に対しては、支持構造物の変形が小さいため、ボス部で回路基板を強く固定し、回路基板の変形の抑制および回路基板上の実装部品と筐体の接触防止の効果を有するとともに、電子機器全体の剛性を確保することで、振動・衝撃などの外部からの機械荷重に対する信頼性が保持される。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態について、図１乃至図４を参照して詳説する。図１は、本実施形態における電子機器の筐体と回路基板の断面図。図２は、図１の要部拡大図。図３は、回路基板の上面図。図４は、電子機器の筐体と回路基板の分解図である。

図１に示されるように電子機器の回路基板１１は、上部筐体１２および下部筐体１３からなる筐体に内蔵されている。上部筐体１２および下部筐体１３の内壁からはボス部１４およびボス部１５が対向するように突出し、複数の対をなしている。これらの対をなすボス部１４とボス部１５の先端部の間には、回路基板１１の厚さを超える間隙が設けられているが、支持構造物１７が図３のようなリング状でボスねじ挿通部１６周辺に形成されることにより、回路基板１１の上下の面とボス部１４、１５との間隙に充填された状態となっている。

また、回路基板１１内には、筐体のボスねじ１８を挿通するための孔であるボスねじ挿通部１６が設けられ、複数の電子部品１９が実装されている。

したがって、ボスねじ１８をボス部１４の先端部に設けられたねじ穴からボス部１５のねじ穴へ挿通して締めることで、図１のように回路基板１１がボス部１４およびボス部１５において支持構造物１７を介して締結固定される。尚、本実施形態における支持構造物１７には、Sn-3.0Ag-0.5Cuはんだ材料が用いられ、他の電子部品１９と同様にはんだ付け工程で実装される。

一般に、樹脂筐体の熱膨張率は回路基板１１の熱膨張率に比べて大きく、筐体に締結固定されている回路基板１１は、筐体から基板面と平行する方向の力を膨張差に比例して受ける。ここで、樹脂筐体の熱膨張率が約８０ppm/℃、回路基板１１の熱膨張率が約１５ppm/℃、隣接するボス部間の距離を１５０mm、温度変動幅を２０℃とすると、筐体と回路基板の膨張差ΔXは約０．２mmである。すなわち、その熱膨張率差に起因して、電源のON/OFFや使用環境の変化に伴う温度変動において、ボス部周辺の回路基板の応力が増大するとともに、回路基板が反りやすくなるため、ボス部近傍の実装部品の接合部に生じる応力が増大し、回路基板１１の変形や基板上に実装された電子部品１９の接続不良等が懸念される。

しかし、支持構造物１７が高さhを例えば２mmとして図１に示すようにボス部１４、１５と回路基板１１との間に設けられることで、平均せん断ひずみΔX/hは約０．１となる。この値は、Sn-3.0Ag-0.5Cuはんだ材料の電子機器の使用環境温度域におけるせん断方向のクリープ破断ひずみγ_max０．５〜１．０(５０〜１００％)に比べて十分に小さいので、筐体と回路基板１１の膨張差ΔXにより生じるボス部周辺の回路基板の応力および実装部品の接合部に生じる応力を大幅に吸収できる構造であることを示す。

したがって、温度変動による変形のような低速の荷重に対しては、支持構造物１７はそれを形成するSn-3.0Ag-0.5Cuはんだ材料のクリープ特性によって電子機器の使用環境温度域でも回路基板１１の面内方向に変形可能であるため、回路基板１１のボス部による拘束が弱く、ボス部近傍に実装された電子部品１９の接合部に生じる応力は低減される。

一方、振動・衝撃などの高速の荷重に対しては、支持構造物１７の変形が小さく、ボス部１４、１５で回路基板１１を強く固定することで、電子機器全体の剛性を確保し、回路基板１１の変形を抑制するとともに、回路基板１１上の電子部品１９と筐体の接触を防止することができる。また、リング状に実装することにより、筐体と回路基板１１の安定した締結が可能となる。

（実施形態２）
図５は、本実施形態における回路基板１１の上面図である。尚、図１と共通する符号は、同一物を示すものとする。本実施形態では、支持構造物１７が図５のようにブロック状のはんだ材料で形成され、回路基板１１のボスねじ挿通部１６周辺に，他部品と同様にはんだ付け工程で実装されている。支持構造物１７の形状以外は実施形態１と同様である。したがって、実施形態１と同様の効果を生じるが、支持構造物１７がブロック状に実装されるため、温度変動による変形のような低速の荷重に対して変形し易く、かつ、実装が容易な利点がある。

（実施形態３）
本実施形態における筐体、回路基板１１、および支持構造物１７の形状は実施形態２と同様であるが、支持構造物１７の材料として樹脂を使用する。この樹脂は、クリープ特性によって電子機器の使用環境温度域においても回路基板の面内方向に変形可能であるものとする。例えば、熱可塑性接着剤や合成ゴム系接着剤である。また、支持構造物１７が例えば回路基板上の補強材である熱可塑性のアンダーフィルの材料で形成される場合には、アンダーフィルと同様の工程で塗布される。この支持構造物１７は、筐体と回路基板１１の熱膨張率差に筐体の代表長さと温度変動幅を乗じて算出される筐体と回路基板１１の膨張差ΔXを、支持構造物１７の高さhで除して算出される平均せん断ひずみ値（ΔX/h）が、支持構造物１７を形成する材料の電子機器の使用環境温度域における、せん断方向のクリープ破断ひずみ（γ_max）に比べて小さい材料であれば、他の材料でもよい。材料以外の構成は共通しているので、実施形態１と同様の効果を生じるが、既存の製造設備やコスト等を考慮して選択可能となる利点がある。

（実施形態４）
図６は、本実施形態における電子機器の筐体と回路基板の断面図。図７は、図６の要部拡大図である。尚、図１と共通する符号は、同一物を示すものとする。本実施形態においては、ボスねじ１８はボス部１４、１５において上部筐体１２と下部筐体１３のみを締結する。また、筐体のボス部１４、１５と回路基板１１との間には支持構造物１７が具備されている。この支持構造物１７は、回路基板１１のボスねじ挿通部１６周辺に図３のようなリング状のはんだ材料が他の電子部品１９と同様にはんだ付け工程で実装される。支持構造物１７の配置は実施形態１と異なるが、回路基板１１が支持構造物１７を介して筐体に締結固定される点では実施形態１と共通する。したがって、実施形態１と同様の効果を生じるが、上部筐体１２と下部筐体１３がボスねじ１８で直接接続されるので筐体の剛性が向上する利点が生じる。

（実施形態５）
本実施形態では、支持構造物１７が図５のようなブロック状のはんだ材料で形成され、他部品と同様にはんだ付け工程で実装される。支持構造物１７の形状以外は実施形態４と同様である。したがって、実施形態４と同様の効果を生じるが、ブロック状に実装されるため、温度変動による変形のような低速の荷重に対して変形し易く、かつ、実装が容易な利点がある。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で種々変形して実施可能である。例えば、上記実施形態では支持構造物１７は回路基板１１側に加工処理を施すことで実装されたが、筐体のボス部１４、１５側で実装してもよい。また、支持構造物１７を回路基板１１上にブロック状で実装する場合の支持構造物の数も変更可能である。

本発明の実施形態１における電子機器の筐体と回路基板の断面図。 本発明の実施形態１における電子機器の筐体と回路基板の要部拡大図。 本発明の実施形態１における電子機器の回路基板の上面図。 本発明の実施形態１における電子機器の筐体と回路基板の分解図。 本発明の実施形態２における電子機器の回路基板の上面図。 本発明の実施形態４における電子機器の筐体と回路基板の断面図。 本発明の実施形態４における電子機器の筐体と回路基板の要部拡大図。 従来の電子機器の筐体と回路基板の断面図。

符号の説明

１１…回路基板、
１２…上部筐体、
１３…下部筐体、
１４、１５…ボス部、
１６…ボスねじ挿通部、
１７…支持構造物、
１８…ボスねじ、
１９…電子部品。

Claims (7)

1. 電子機器の筐体と、
   この筐体の内側において対向するように突出して設けられた複数対のボス部と、
   これらの対をなすボス部間に支持構造物を介して支持されるように前記筐体内に設けられた回路基板と、
   前記複数対のボス部において前記回路基板が前記支持構造物を介して挟持されるように前記複数対のボス部に設けられたボスねじと、
   を具備し、
   前記支持構造物は、これを形成する材料のクリープ特性によって前記電子機器の使用環境温度域で前記回路基板の面内方向に変形可能であり、前記筐体と前記回路基板との膨張差ΔXを前記支持構造物の高さhで除して算出される平均せん断ひずみ値（ΔX/h）が、前記材料の前記使用環境温度域における、せん断方向のクリープ破断ひずみ（γ_max）に比べて小さいことを特徴とする電子機器筐体の回路基板支持構造。
2. 前記支持構造物が、はんだ材料で形成されることを特徴とする請求項１記載の電子機器筐体の回路基板支持構造。
3. 前記支持構造物が、樹脂で形成されることを特徴とする請求項１記載の電子機器筐体の回路基板支持構造。
4. 前記支持構造物が、前記回路基板上または前記ボス部上にリング状で形成されることを特徴とする請求項１記載の電子機器筐体の回路基板支持構造。
5. 前記支持構造物が、前記回路基板上または前記ボス部上に複数のブロック状で形成されることを特徴とする請求項１記載の電子機器筐体の回路基板支持構造。
6. 前記支持構造物が、回路基板上に実装される電子部品におけるはんだ付け工程を用いて実装されることを特徴とする請求項２記載の電子機器筐体の回路基板支持構造。
7. 前記支持構造物が、回路基板上に実装される電子部品におけるアンダーフィル工程を用いて実装されることを特徴とする請求項３記載の電子機器筐体の回路基板支持構造。