JP2014206891A

JP2014206891A - 放熱構造

Info

Publication number: JP2014206891A
Application number: JP2013084628A
Authority: JP
Inventors: 次郎内山; Jiro Uchiyama
Original assignee: NEC Casio Mobile Communications Ltd
Current assignee: NEC Casio Mobile Communications Ltd
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2014-10-30

Abstract

【課題】電子部品等が発する熱の放熱効率がよく、アンテナの通信性能が低下しにくい放熱構造を提供する。【解決手段】アンテナ２００を表面または内部に備えた基板（アンテナ基板２３０）に平面的に重なるように配置された平板状の熱拡散材（グラファイトシート２４０）は、平面的にみてアンテナ２００と交差するように設けられた切り欠き７００を有することを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、通信装置の放熱構造に関する。

近年、情報を電子的に記憶することができるＩＣチップ等の電子部品と、電子部品と外部との間で情報の受け渡しをするインターフェースとを備えたＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムが提案されている。ＲＦＩＤシステムは、小型の記録媒体（カードやタグ）と記録媒体に読み書きを行うリーダライタ装置との組み合わせによって、様々な場面での固体認証やデータの送受信を行うことができる。リーダライタ装置にはアンテナが設けられており、このアンテナとカード（ＲＦＩＤカードやＩＣカード）やタグ（ＲＦＩＤタグ）に設けられたアンテナとの間で、非接触にて情報の送受信が行われる。

ＩＣチップ等の電子部品を有するリーダライタ装置の、基板のアンテナが設けられている一面の反対側の他面に、磁性部材と金属製（例えばアルミニウム製）のシールド部材とを備えたアンテナコイルが、特許文献１に開示されている。この構成によると、基板の他面側に金属（例えば回路基板の金属部品）が存在する場合であっても、通信距離の劣化を防止することができる。特にシールド部材にスリットが設けられていると、外部からのノイズに強くなることに加えて、シールド部材内に発生する起電力による渦電流が抑制されて反磁界が抑えられ、アンテナの通信距離が長くなる。

プラスチック等のベースの一面上に通信用のアンテナとＩＣチップ等の電子部品とが設けられ、電子部品上に電子部品と熱的に接触するように積層された熱拡散材が設けられたＲＦＩＤタグが、特許文献２に開示されている。高い熱伝導性を有する熱拡散材が設けられていることによって、電子部品等が発する熱が効率的に拡散される。

特開２００８−１３１１１５号公報特開２００６−１７２１９０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたアンテナを有するリーダライタ装置では、電子部品等が発する熱がリーダライタ装置の内部に籠りやすく、これによって電子部品の動作不良が引き起こされるおそれがある。電子部品の動作不良は、リーダライタ装置とＲＦＩＤカード及びＲＦＩＤタグとの間の固体認証やデータの送受信時に不具合を引き起こしてしまう。

また、特許文献２に開示されたＲＦＩＤタグでは、熱拡散材が設けられていることで放熱性が向上する。また、この構成では、特許文献１において問題視した通信距離の劣化の原因となるシールド部材が設けられていないにも関わらず、リーダライタ装置とＲＦＩＤタグとの間の通信性能が著しく低下する場合がある。

これらのように、ＩＣチップ等の電子部品は、駆動することによって熱を発する。通信装置において、電子部品は、特許文献１、２の構成のようにアンテナが設けられているのと同じ基板に設けられたり、アンテナが設けられているのとは別の基板に設けられたりして、様々な用途で数多く用いられている。そのため、それぞれの電子部品が発する熱が通信装置内に籠ることによって、電子部品の動作不良が引き起こされやすくなり、電子部品が動作不良を起こすことを抑制する必要がある。

そこで本発明の目的は、前記した問題を解決して、電子部品等が発する熱の放熱効率がよく、アンテナの通信性能が低下しにくい放熱構造を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明の通信装置の放熱構造は、アンテナを表面または内部に備えた基板に平面的に重なるように配置され、平面的にみてアンテナと交差するように設けられた切り欠きを有する平板状の熱拡散材を含むことを特徴とする。

また、本発明の通信装置の放熱構造は、アンテナを表面または内部に備えた基板に平面的に重なるように、かつ平面的にみて互いの間に隙間が存在するように並べて配置された複数の熱拡散材からなる熱拡散層を含み、隙間は、平面的にみて、アンテナと交差するように設けられていることを特徴とする。

さらに、本発明の放熱方法は、アンテナを表面または内部に備えた基板と、基板に平面的に重なるように配置された、回路を備えた実装基板と、の少なくとも一方に設けられた電子部品が発する熱を、基板と実装基板との間に配置され、平面的にみて、アンテナと交差するように設けられた切り欠きを有する熱拡散材に伝達し、熱拡散材から携帯型電子機器の外部へ熱を放出することを特徴とする。

加えて、本発明の放熱方法は、アンテナを表面または内部に備えた基板と、基板に平面的に重なるように配置された、回路を備えた実装基板と、の少なくとも一方に設けられた電子部品が発する熱を、基板と実装基板との間に配置され、平面的にみて、互いの間に隙間がアンテナと交差するように配置された複数の熱拡散材からなる熱拡散層に伝達し、熱拡散層から携帯型電子機器の外部へ熱を放出することを特徴とする。

様々な電子部品等が発する熱を通信装置の外部へ放熱しやすくなる。また、通信装置の通信可能な距離（範囲）が拡大する。

本発明の第１の実施形態の非接触通信装置を備えた携帯型電子機器と対向カードとの間で通信を非接触で行う状態を示す側面図である。（ａ）は第１の実施形態の非接触通信装置を示す平面透視図、（ｂ）は非接触通信装置を示す側面図である。第１の実施形態の非接触通信装置のグラファイトシートの表面上に渦電流が発生する状態を模式的に示す斜視図である。関連する技術を用いた非接触通信装置のグラファイトシートの表面上に渦電流が発生する状態を模式的に示す斜視図である。（ａ）は関連する技術を用いた非接触通信装置を示す平面透視図、（ｂ）は非接触通信装置を示す側面図である。関連する技術を用いた非接触通信装置のアンテナが発するデータ及び渦電流により発生する反磁界の電圧と時間の関係を示すグラフである。関連する技術を用いた非接触通信装置の実際のデータの電圧と時間の関係を示すグラフである。関連する技術を用いた非接触通信装置の通信距離を示すグラフである。第１の実施形態の非接触通信装置のアンテナが発するデータ及び渦電流により発生する反磁界の電圧と時間の関係を示すグラフである。第１の実施形態の非接触通信装置の実際のデータの電圧と時間の関係を示すグラフである。第１の実施形態の非接触通信装置の通信距離を示すグラフである。本発明の第２の実施形態の非接触通信装置を示す平面透視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０（非接触通信装置）を備えた携帯型電子機器１００と、アンテナやＩＣチップ等が形成された対向カード１３０と、の間で非接触通信を行っている様子を示す側面図である。携帯型電子機器１００は、表面または内部に非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０が設けられている筐体１２０（図２（ｂ）参照）を有している。

図２（ａ）は、第１の実施形態である非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０を示す平面図で、図２（ｂ）は、筐体１２０の表面または内部に設けられた非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０を示す側面図である。非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０は、アンテナ基板２１０と、グラファイトシート２４０（熱拡散材）からなる放熱構造と、磁性体シート２３０（磁性部材）と、ＩＣチップ等の複数の電子部品２６０を備えた実装基板２５０と、から構成されている。

放熱構造は、アンテナ基板２１０に平面的に重なるように配置されたグラファイトシート２４０を含む。金属等の導電性の素材からなり渦巻き状に形成されたアンテナ基板２１０は、後述する磁性体シート２３０の一面に両面テープ２２０にて接着されている。グラファイトシート２４０は、後述する実装基板２５０のＩＣチップ等の電子部品２６０が発する熱を放熱するために設けられ、熱伝導率の高いグラファイトからなる平板状のシートである。このグラファイトシート２４０は、平面的にみて、アンテナ基板２１０のアンテナ２００と交差する切り欠き７００を有している。この切り欠き７００は、グラファイトシート２４０の一辺から伸びており、対向する一辺に届かない範囲で長く形成されていることが好ましい。また、グラファイトシート２４０は、磁性体シート２３０の、アンテナ基板２１０が接着されていない面に、両面テープ２２０を介して接着されている。磁性材料からなる磁性体シート２３０は、後述する実装基板２５０等の金属のアンテナへの影響を軽減するために設けられており、軟磁性金属やアモルファスやフェライトの粉末（又はフレーク）と、プラスチックやゴムとの複合材等とからなる。グラファイトシート２４０の、磁性体シート２３０に接着されていない面には、ＩＣチップ等の電子部品２６０や回路を備えた実装基板２５０が設けられている。

グラファイトシート２４０を構成しているグラファイトは、非常に高い熱伝導率を有しており、具体的には、７００〜１７５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）（パナソニック社製：ＰＧＳ（登録商標）グラファイトシート）の熱伝導率を有している。このように、グラファイトは、銅の２〜４倍、アルミの３〜７倍の熱伝導率を有しているため放熱性に優れており、本実施形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０にグラファイトシート２４０が設けられていることで高い放熱効果が得られる。尚、グラファイトシート２４０は放熱を目的としているため、グラファイトと同等の放熱性を有する材料で代替構成されてもよい。

図３を参照して、本発明の第１の実施形態の放熱構造について説明する。

本実施形態によると、グラファイトシート２４０が設けられていることによって、様々な電子部品等が発する熱を通信装置の外部へ放熱しやすくなる。また、アンテナ２００に電流が流れることによって発生する磁界によるグラファイトシート２４０の表面上の渦電流が発するアンテナの磁界と反対向きの反磁界が、グラファイトシート２４０に切り欠き７００が設けられていることで乱されて弱まる。その結果として、アンテナ２００が発する磁界が打ち消されにくくなり、アンテナ２００が発する磁界が遠くまで届き、通信装置の通信可能な距離（範囲）が拡大する。

次に、図１に示すように、非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０を備えた携帯型電子機器１００をアンテナやＩＣチップ等の電子部品が形成された対向カード１３０に近接させた際に、非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０における作動プロセスを説明する。

携帯型電子機器１００の非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０は、対向カード１３０とデータの送受信をするために、図４に模式的に示すように、アンテナ２００に電流が流れる。アンテナ２００に電流が流れると、アンテナ２００を構成している金属線を中心として、磁界が発生する。この磁界を対向カード１３０に設けられているアンテナ（不図示）が捉えて、電磁誘導によって対向カード１３０のアンテナに電流が流れることによって、非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０と対向カード１３０との間でデータの送受信が行われる。

しかしながら、図５に示す関連する技術を用いた切り欠きのない非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０では、通信性能が下がってしまう。そこで本発明者は、その原因を検討し、アンテナ基板２１０のアンテナ２００が発する磁界の起電力によって、グラファイトシート２４０の表面上に渦電流３１０（図４参照）が発生してしまうことを見出した。このとき、グラファイトシート２４０の表面上に発生する渦電流３１０は、アンテナ２００に流れる電流の向きと反対方向に流れるため、アンテナ２００が発する磁界と反対向きの反磁界を発生させる。これにより、反磁界とアンテナ２００の磁界とが干渉してしまうことによって、アンテナ２００の磁界が弱まってしまう。具体的には、図６に示すように、アンテナ２００が発する磁界によるデータ波形４００と反磁界によるデータ波形４１０との位相が反転しているため、互いに打ち消し合ってしまう。そのため、図７に示すように、アンテナ２００が発する磁界によるデータ波形４００と反磁界によるデータ波形４１０との総和である非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０が実際に発するデータ波形５００は減衰して、微弱になってしまう。その結果として、図８に示すように、例えば、周波数Ａで非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０と対向カード１３０とが通信した際には、非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０と対向カード１３０とのデータ通信距離が短くなってしまう。そのため、実際の通信距離６１０は本来想定される通信距離６００から大幅に劣化してしまい、非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０が対向カード１３０に近接しないとデータの送受信ができなくなってしまっていた。よって、本発明者は、グラファイトシート２４０の表面上に発生する渦電流３１０（図４参照）を低下させる必要があると考えた。

本実施形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０には、グラファイトシート２４０に切り欠き７００が、平面的にみて、アンテナ２００と交差するようにして設けられている。この切り欠き７００が設けられていることによって、図３に示すように、グラファイトシート２４０の表面上にアンテナ２００の磁界の起電力によって発生する渦電流３１０が乱されて発生しにくくなる。そのため、渦電流３１０によって発生する反磁界が弱まり、反磁界とアンテナ２００の磁界とが干渉しても、アンテナ２００の磁界が減衰しにくくなる。具体的には、図９に示すように、アンテナ２００が発する磁界によるデータ波形４００と位相が反転している反磁界によるデータ波形４１０が小さい。さらに、本実施形態では、アンテナ２００を有するアンテナ基板２１０とグラファイトシート２４０との間に磁性体シート２３０が設けられている。この磁性体シート２３０によって、グラファイトシート２４０の表面上に発生した渦電流３１０によって発生する反磁界が減衰させられる。そのため、アンテナ２００が発する磁界に及ぼす影響が少ない。具体的には、図１０に示すように、アンテナ２００が発する磁界によるデータ波形４００と反磁界によるデータ波形４１０との総和である非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０が実際に発するデータ波形５００が減衰しにくい。その結果として、図１１に示すように、例えば、周波数Ａで非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０と対向カード１３０とが通信した際には、非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０と対向カード１３０とのデータ通信距離が短くなりにくい。そのため、実際の通信距離６１０は本来想定される通信距離６００からの劣化が少なく、非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０が対向カード１３０に近接しなくとも、データの送受信が行える。

以上のようにして、非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０のグラファイトシート２４０に切り欠き７００が形成されていることによって、グラファイトシート２４０の表面上に、アンテナ２００の磁界の起電力にて発生する渦電流３１０が弱まる。渦電流３１０が弱まることによって、渦電流３１０が発する反磁界が減衰し、アンテナ２００の磁界に影響を及ぼしにくくなる。そのため、アンテナ２００の磁界は減衰しにくくなり、非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０の通信距離が劣化しにくくなる。加えて、グラファイトシート２４０に切り欠き７００を設けるだけで非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０の通信距離の劣化を抑制できるため、非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０の製造コストが抑えられる。

さらには、グラファイトシート２４０が設けられていることによって、実装基板２５０に設けられているＩＣチップ等の電子部品２６０や回路等が発する熱がグラファイトシート２４０に伝達される。グラファイトシート２４０に伝達された熱は、グラファイトシート２４０から非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０や携帯型電子機器１００の外部へ効率よく放出される。

（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態である非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０を示す平面図である。

非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０は、第１の実施形態の構成と同様にして、アンテナ基板２１０と複数のグラファイトシート２４０で構成された熱拡散層とからなる放熱構造と、磁性体シート２３０と、実装基板２５０と、から構成されている。熱拡散層は、アンテナ基板２１０に平面的に重なるように、かつ平面的にみて互いの間に隙間が存在するように複数のグラファイトシート２４０が並べて配置されている構成を有している。グラファイトシート２４０同士の間の隙間は、アンテナ基板２１０のアンテナ２００と交差するように設けられ、複数の平板状のグラファイトシート２４０が磁性体シート２３０の他面に接着されている。

尚、その他の構成については、第１の実施形態と同様であるため省略する。

以上のように、複数のグラファイトシート２４０同士の間に隙間が設けられていることによって、この隙間が、第１の実施形態の切り欠き７００と同様に、グラファイトシート２４０の表面上に、アンテナ２００の磁界の起電力にて発生する渦電流３１０を弱める。渦電流３１０が弱まることによって、渦電流３１０が発する反磁界が減衰し、アンテナ２００の磁界に影響を及ぼしにくくなる。そのため、アンテナ２００の磁界は減衰しにくくなり、非接触ＩＣカードリーダライタ装置１１０の通信距離が劣化しにくくなる。さらには、グラファイトシート２４０が設けられていることによって、実装基板２５０に設けられているＩＣチップ等の電子部品２６０が発する熱が効率よく放熱される。

（付記１）
アンテナを表面または内部に備えた基板に平面的に重なるように配置され、平面的にみて前記アンテナと交差するように設けられた切り欠きを有する平板状の熱拡散材を含む通信装置の放熱構造。

（付記２）
アンテナを表面または内部に備えた基板に平面的に重なるように、かつ平面的にみて互いの間に隙間が存在するように並べて配置された複数の熱拡散材からなる熱拡散層を含み、前記隙間は、平面的にみて、前記アンテナと交差するように設けられている通信装置の放熱構造。

（付記３）
前記アンテナは渦巻き状に形成されていることを特徴とする付記１または２に記載の放熱構造。

（付記４）
前記熱拡散材はグラファイトからなることを特徴とする付記１から３のいずれか１項に記載の放熱構造。

（付記５）
付記１から４のいずれか１項に記載の放熱構造と、前記基板と、前記基板と前記熱拡散材との間に配置されている平板状の磁性部材と、前記熱拡散材の前記磁性部材が配置された面の反対側の面に設けられた、回路を備えた実装基板と、を有する通信装置。

（付記６）
付記５に記載の通信装置と、前記通信装置が表面または内部に設けられた筐体と、を含む携帯型電子機器。

（付記７）
アンテナを表面または内部に備えた基板と、前記基板に平面的に重なるように配置された、回路を備えた実装基板と、の少なくとも一方に設けられた電子部品が発する熱を、前記基板と前記実装基板との間に配置され、平面的にみて、前記アンテナと交差するように設けられた切り欠きを有する熱拡散材に伝達し、前記熱拡散材から携帯型電子機器の外部へ熱を放出する放熱方法。

（付記８）
前記切り欠きによって、前記熱拡散材に発生する電流による磁界の発生を抑制させつつ、前記熱拡散材から熱を放出する付記７に記載の放熱方法。

（付記９）
アンテナを表面または内部に備えた基板と、前記基板に平面的に重なるように配置された、回路を備えた実装基板と、の少なくとも一方に設けられた電子部品が発する熱を、前記基板と前記実装基板との間に配置され、平面的にみて、互いの間に隙間が前記アンテナと交差するように配置された複数の熱拡散材からなる熱拡散層に伝達し、前記熱拡散層から携帯型電子機器の外部へ熱を放出する放熱方法。

（付記１０）
前記隙間によって、前記熱拡散層に発生する電流による磁界の発生を抑制させつつ、前記熱拡散層から熱を放出する付記９に記載の放熱方法。

（付記１１）
前記アンテナは渦巻き状に形成されていることを特徴とする付記７から１０のいずれか１項に記載の放熱方法。

（付記１２）
前記熱拡散材はグラファイトからなることを特徴とする付記７から１１のいずれか１項に記載の放熱方法。

１００携帯型電子機器
１１０非接触ＩＣカードリーダライタ装置
１３０対向カード
２００アンテナ
２１０アンテナ基板
２３０磁性体シート
２４０グラファイトシート
２５０実装基板
３１０渦電流

Claims

アンテナを表面または内部に備えた基板に平面的に重なるように配置され、平面的にみて前記アンテナと交差するように設けられた切り欠きを有する平板状の熱拡散材を含む通信装置の放熱構造。
アンテナを表面または内部に備えた基板に平面的に重なるように、かつ平面的にみて互いの間に隙間が存在するように並べて配置された複数の熱拡散材からなる熱拡散層を含み、前記隙間は、平面的にみて、前記アンテナと交差するように設けられている通信装置の放熱構造。
前記アンテナは渦巻き状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の放熱構造。
前記熱拡散材はグラファイトからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の放熱構造。
請求項１から４のいずれか１項に記載の放熱構造と、前記基板と、前記基板と前記熱拡散材との間に配置されている平板状の磁性部材と、前記熱拡散材の前記磁性部材が配置された面の反対側の面に設けられた、回路を備えた実装基板と、を有する通信装置。
アンテナを表面または内部に備えた基板と、前記基板に平面的に重なるように配置された、回路を備えた実装基板との少なくとも一方に設けられた電子部品が発する熱を、前記基板と前記実装基板との間に配置され、平面的にみて、前記アンテナと交差するように設けられた切り欠きを有する熱拡散材に伝達し、前記熱拡散材から携帯型電子機器の外部へ熱を放出する放熱方法。
アンテナを表面または内部に備えた基板と、前記基板に平面的に重なるように配置された、回路を備えた実装基板と、の少なくとも一方に設けられた電子部品が発する熱を、前記基板と前記実装基板との間に配置され、平面的にみて、互いの間に隙間が前記アンテナと交差するように配置された複数の熱拡散材からなる熱拡散層に伝達し、前記熱拡散層から携帯型電子機器の外部へ熱を放出する放熱方法。
前記アンテナは渦巻き状に形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の放熱方法。
前記熱拡散材はグラファイトからなることを特徴とする請求項６７から８１１のいずれか１項に記載の放熱方法。