JP2011249374A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】シールドおよびフェライトリングをＥＳＤ対策用部品として用いることなく、放熱板から、電子回路部品および他の配線へと伝搬するＥＳＤノイズを低減させる電子機器を提供する。
【解決手段】プリント基板２と前記プリント基板２上に取り付けられた電子回路部品３と、前記電子回路部品３で発生する熱を放出するために前記電子回路部品３に熱的に接続された放熱板４と、前記プリント基板２と前記放熱板４とを接続する接続部材５と、を備える電子機器１において、前記プリント基板２は、前記接続部材５の一端が挿入されるスルーホールと、前記スルーホールを囲み接地電位とした配線を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機器内部における静電気への耐性を高めた電子機器に関わるものである。

従来、プリント基板に実装された電子部品が発する熱を放熱するため、前記電子部品に放熱板を接続して放熱する技術がある。前記放熱板は熱伝導性の高いアルミニウムまたは銅等の導体で作成される。放熱板に人体等の静電気帯電物が接近または接触した場合、静電気放電（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、以下「ＥＳＤ」と記載）が発生する。ＥＳＤは、回路の誤動作ないし電子部品の破壊の原因となる。ＥＳＤ対策技術として、特許文献１記載の技術がある。

図８に特許文献１に記載の電子機器の断面図を示す。図８に記載の電子機器においては、放熱フィン１４８は、ＣＰＵ１４０の直上に熱伝導シート１５０を介して配置される。放熱フィン１４８の下面には突起１４８ｃが形成され、放熱フィン１４８はこの突起１４８ｃによって基板１３６の接地面１３６ｆに接地される。突起１４８ｃにはフェライトリング１５２が装着される。フェライトリング１５２は、突起１４８ｃと協働してインダクタを構成し、突起１４８ｃの高周波帯域におけるインピーダンスを高める。放熱フィン１４８の近傍に向けてＥＳＤが起きると、これによる高周波電流は、突起１４８ｃよりも高周波帯域におけるインピータンスが低いシールド１４４を通ってグランド１３６ｅに流れる。シールド１４４は、突起１４８ｃよりもＣＰＵ１４０から遠く、また遮蔽効果を持つので、ＣＰＵ１４０の破損ないし誤動作の危険が低減される。

特開２００８−６０３５８号公報

特許文献１記載の電子機器は、フェライトリング１５２およびシールド１４４をその構成要素とするため、部品代および組立て工数を要し、コスト増の原因となる。また、シールド１４４を、放熱フィン１４８に近接して設け、かつＣＰＵ１４０に近接して設けてはいけないという設計上の制約を必要とするため、シールド１４４に関し自由な設計ができず、電磁波シールドとしての性能、形状、重量、製造コスト、メンテナンス性等が犠牲になる場合もありうる。

本発明は、上述の問題を鑑みて発明されたものであり、シールドおよびフェライトリングをＥＳＤ対策用部品として用いることなく、放熱板（特許文献１における放熱フィン）から、ＣＰＵ等の電子回路部品および他の配線へと伝搬するＥＳＤノイズを低減させる電子機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電子機器は、プリント基板と、前記プリント基板に取り付けられた電子回路部品と、前記電子回路部品で発生する熱を放出する放熱板と、
前記プリント基板と前記放熱板とを接続する接続部材と、を備える電子機器であって、
前記プリント基板は、前記接続部材の一端が挿入されるスルーホールと、前記スルーホールを囲み接地電位とした配線が形成されたことを特徴とする。

また、本発明の電子機器は、前記接続部材と前記配線とが絶縁されていることを特徴とする。

また、本発明の電子機器は、前記スルーホールを囲む前記配線の内周の内側に、前記放熱板と導通である配線以外の他の配線が形成されていないことを特徴とする。

また、本発明の電子機器は、プリント基板と、前記プリント基板に取り付けられた電子回路部品と、前記電子回路部品で発生する熱を放出する放熱板と、前記プリント基板と前記放熱板とを接続する接続部材と、を備える電子機器であって、前記プリント基板は、前記接続部材と導通する配線と、接地電位とした配線と、を備え、前記接続部材と導通する配線は、その外周上の全ての点から見て最も近い他の配線が前記接地電位とした配線であることを特徴とする。

本発明の電子機器によれば、接続部材へ流入するＥＳＤノイズを、第２配線を介して、接地へと流出させることができる。このため、電子回路部品に伝搬するＥＳＤノイズを軽減することができ、電子回路部品の誤動作や破壊を抑止することができる。

本実施の一形態に係る電子機器の一例の要部を模式的に示す斜視図である。 本実施の一形態に係るプリント基板における接続部材が固定される部位およびその周囲の構造を示す上面図である。 本実施の一形態に係るプリント基板における接続部材が固定される部位およびその周囲の構造を示す断面図である。 本実施の一形態に接続部材と第１スルーホールとが接続している箇所およびその周囲を示す、プリント基板の上面図である。 比較例であるプリント基板の、接続部材と第１スルーホールとが接続している箇所およびその周囲を示す上面図である。 本実施の一形態の効果を電磁界解析によって求めた結果を示すグラフである。 本実施の一形態に係るプリント基板における接続部材が固定される部位およびその周囲の構造を示す上面図である。 従来技術に係る電子機器の断面図である。

本発明の一実施の形態について、図１〜図４に基づいて説明する。

図１は、本実施の一形態に係る電子機器１の要部を模式的に示す斜視図である。

電子回路部品３はプリント基板２に取り付けられており、さらに電子回路部品３と放熱板４とが熱的に接続されている。具体的には、電子回路部品３の上部には放熱板４が配置され、プリント基板２と放熱板４で電子回路部品３をはさむ構造となっている。また、電子回路部品３と放熱板４との間には、電子回路部品３と放熱板４とを絶縁し、かつ電子回路部品３と放熱板４との間の隙間を埋めて接触面積を増加させ、もって熱流量を増加させる目的で、熱伝導率が高く、弾性または可塑性を有し、かつ電気的に絶縁である熱伝導シート（図示せず）が挿入されている。

放熱板４は熱伝導率の高いアルミニウムなどの金属材質で構成され、電子回路部品３等が発する熱を放出して電子回路部品３の温度を低下させることができる。放熱板４は、熱を放出する複数の放熱フィン４１と、前記放熱フィンを固定するための土台４２とを有する。放熱板４は、接続部材５を介してプリント基板２に固定されている。接続部材５は放熱板４をプリント基板２に接続する役割を持つ金属製の構造物である。接続部材５の一端は放熱板４の土台４２に取付けられている。また、接続部品５は放熱板４と一体として形成されていても良い。

図２は、プリント基板２における接続部材５が固定される部位およびその周囲の構造を示す上面図である。

接続部材５の他端はプリント基板２の第１スルーホール２１１に挿入され、半田付けなどの方法によって第１スルーホール２１１の周囲にある第１配線２１に固定されている。これにより、放熱板４と第１配線２１とは、接続部材５を介して導通される。以下、本明細書においては、放熱板４と導通である導体、すなわち、放熱板４、接続部材５、第１スルーホール２１１、第１配線２１を放熱板導通部と呼ぶ。

第２配線２２は、上面図において、第１配線２１および第１スルーホール２１１の周囲を囲んで形成される。第２配線２２に接して第２スルーホール２２１が設けられる。

図３は、図２のＡ−Ａ’断面に係るプリント基板の断面図である。プリント基板２には、第２配線２２と異なる層にあって、接地電位とした導体であるグランド２５が形成されていて、第２配線２２は第２スルーホール２２１を介して、前記グランド２５に導通される。すなわち、第２配線２２はその電位を接地電位とした配線である。なお、図２に示すように１つの第２配線２２に関し、第２スルーホール２２１を複数設けてもよい。

本実施の一形態の構成によれば、接続部材５と導通する第１スルーホールおよび第１配線の周囲を第２配線２２で囲むことで、接地電位とした第２配線２２で囲まれる領域の内側において放熱板４から接続部材５へ流入するＥＳＤノイズは、第１配線２１から第２配線２２へと流出し、第２スルーホール２２１を介して、グランド２５へと流出する。このため、電子回路部品３に伝搬するＥＳＤノイズを軽減することができ、電子回路部品３の誤動作や破壊を抑止することができる。

なお、第２配線２２は、放熱板導通部と絶縁されて形成されることが望ましい。放熱板導通部が第２配線２２と導通されると、放熱板４がグラント２５と電気的に接続されていることになるため、本電子機器の動作等によって生じたノイズがグランド２５から放熱板４へと伝搬し、放熱板４をアンテナとしてノイズを外部に放射してしまうからである。

図１に示すように、電子機器１は少なくとも、プリント基板２、電子回路部品３、放熱板４、接続部材５を有している。電子回路部品３はプリント基板２に取り付けられ、電子回路部品３と放熱板４とは熱的に接続している。また、接続部材５の一端は、放熱板４に固定され、導通される。接続部材５の他端はプリント基板２に設けられた第１スルーホール２１１に挿入され、第１スルーホール２１１の周囲にある第１配線２１とハンダ付け等によって固定される。

図４は、接続部材５と第１スルーホール２１１とが接続している箇所およびその周囲を示す、本実施例に係るプリント基板２の上面図である。プリント基板２は、第１配線２１、第２配線２２、電源配線２３、および他の配線である第３配線２４を有している。第１配線２１は第１スルーホール２１１に接して形成された導体である。第２配線２２は、上面図において、第１配線２１および第１スルーホール２１１の周囲を囲んで形成された導体である。なお、プリント基板２において、第１配線２１が形成される層と、第２配線２２が形成される層とが異なる層であっても良い。

また、第２配線２２に接して第２スルーホール２２１が設けられる。プリント基板２には、第２配線２２と異なる層にあって、電位を接地電位とした導体であるグランド（図示せず）が形成されていて、第２配線２２は第２スルーホール２２１を介して、前記グランドに導通される。すなわち、第２配線２２はその電位を接地電位とした配線である。

電源配線２３は、プリント基板２上に取り付けられる電子回路部品３に対して電力を供給する配線である。第３配線２４は、前記第１配線２１、第２配線２２、電源配線２３と異なる配線である。電源配線２３および第３配線２４は、第１スルーホール２１１および第１配線２１を囲む第２配線２２の内周２２ａの外側に形成されており、内周２２ａの内側には第１配線２１以外の他の配線が形成されていない。

電源配線２３および第３配線２４は、内周２２ａの外側に形成されているので、第１スルーホール２１１および第１配線２１を流れるノイズは、主として第２配線と磁気的に結合する。そのため、電源配線２３および第３配線２４へのノイズ混入は微小となる。

また、図５は比較例の上面図である。比較例においては、第２配線２２は第１配線の側方にあり、第１配線２１および第１スルーホール２１１の周囲を囲んではいない。

図６に、図４に係る本実施例の効果を電磁界解析によって求めた結果を示す。図６は、縦軸を電圧、横軸を時間とするグラフである。本解析においては、ピーク１ＶのガウシアンパルスをＥＳＤノイズの代用として用いた。ガウシアンパルスには多様な周波数の電磁波が含まれているので、多様な周波数の電磁波を含むＥＳＤノイズの代用として好適である。グラフ中の実線は、本実施例において、、前記ガウシアンパルス電圧を放熱板４にかけて放熱板４から接続部材５を介してプリント基板２に電流を流入させた場合における、電源配線２３の電圧値の経時変化を示している。

また、図５に示す比較例に係る電磁界解析の結果を図６のグラフに破線で示す。図６のグラフにおいて、本実施例の電圧と比較例の電圧とを比較した場合、本実施例の方が、振幅が約７３．２％小さく、電源配線２３に伝搬するガウシアンパルスの量が減っていることが分かる。

なお、放熱板４をプリント基板２に強固に固定するため、１つの放熱板４に関し複数の接続部材５を設けてもよい。また、ＥＳＤノイズが電子回路部品３に伝搬することを軽減するため、接続部材５がプリント基板２と接触する箇所が複数ある場合は、前記全ての箇所において、第１スルーホール２１１および第２配線を設けることが望ましい。

実施例１と異なる部分について説明する。

図７は、本実施例に係るプリント基板２の、接続部材５と第１スルーホール２１１とが接続している箇所およびその周囲を示す上面図である。本実施例においては、その上面図において、第２配線２２が第１配線２１および第１スルーホール２１１の周囲を囲み、閉じた領域を形成することを要しない。ただし、第１配線２１上の外周上の点から最も近い他の配線は、第２配線２２である。

図７を用いて、具体的に説明する。第１配線２１の外周線２１ａ上の点Ｐ１から見て、第２配線２２との最短距離は、Ｌ２である。また、点Ｐ１から電源配線２３との最短距離はＬ３であり、Ｌ２はＬ３より短い。すなわち、点Ｐ１から見て、最も近い他の配線は第２配線２２である。同様に、Ｐ１以外の第１配線２１の外周上の点から見ても、最も近い第１配線２１以外の他の配線は第２配線２２である。換言すると、プリント基板２は、前記放熱板４と導通する第１配線２１の外周上の全ての点から見て最も近い他の配線として、接地電位とした第２配線２２を備える。なお、第２配線２２と第１配線２１とは絶縁されている。

絶縁体を挟む高周波電流の伝搬のしやすさは前記絶縁体を挟む導体間の距離に依存し、一般的に、その距離が近いほど伝搬しやすい。従って、第１配線２１と第２配線２２との距離が、第１配線２１と電源配線２３との距離より近ければ、ＥＳＤノイズの大半は、第２配線２２に流出し、電源配線２３に伝搬するＥＳＤノイズはごく少量となる。同様に第３配線２４に伝搬するＥＳＤノイズも少量となる。

本発明は、電子回路部品および配線へと伝搬するＥＳＤノイズを低減するための対策が必要である電子機器に利用することが可能である。

１ 電子機器
２ プリント基板
３ 電子回路部品
４ 放熱板
５ 接続部材
２１ 第１配線
２１１ 第１スルーホール
２２ 第２配線
２２１ 第２スルーホール
２３ 電源配線
２４ 第３配線
４１ 放熱フィン
４２ 土台

Claims (4)

1. プリント基板と、
   前記プリント基板に取り付けられた電子回路部品と、
   前記電子回路部品で発生する熱を放出する放熱板と、
   前記プリント基板と前記放熱板とを接続する接続部材と、
   を備える電子機器であって、
   前記プリント基板は、
   前記接続部材の一端が挿入されるスルーホールと、
   前記スルーホールを囲み接地電位とした配線が形成されたことを特徴とする電子機器。
2. 前記接続部材と前記配線とが絶縁されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記スルーホールを囲む前記配線の内周の内側に、前記放熱板と導通である配線以外の他の配線が形成されていないことを特徴とする請求項１記載の電子機器。
4. プリント基板と、
   前記プリント基板に取り付けられた電子回路部品と、
   前記電子回路部品で発生する熱を放出する放熱板と、
   前記プリント基板と前記放熱板とを接続する接続部材と、
   を備える電子機器であって、
   前記プリント基板は、
   前記接続部材と導通する配線と、接地電位とした配線と、を備え
   前記接続部材と導通する配線は、その外周上の全ての点から見て最も近い他の配線が前記接地電位とした配線である、
   ことを特徴とする電子機器。