JP2018142055A - Heat sink, circuit board and radio communication apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信装置に含まれる熱源において発生した熱を放熱する技術に関する。 The present invention relates to a technology for radiating heat generated in a heat source included in a wireless communication device.
無線通信装置の小型化の進展に伴い、アンテナの小型化が求められている。携帯電話やスマートフォン等の携帯型の無線通信装置では、アンテナは筐体の内部に実装されることが多い。そこで、回路基板上に形成可能なアンテナ(以下、「パターンアンテナ」と称する)が開発されてきた。 With the progress of miniaturization of wireless communication devices, miniaturization of antennas is required. In portable wireless communication devices such as mobile phones and smartphones, an antenna is often mounted inside a housing. Therefore, an antenna that can be formed on a circuit board (hereinafter referred to as “pattern antenna”) has been developed.
パターンアンテナに関する技術の一例が、特許文献1乃至5に開示されている。特許文献1乃至5のアンテナは、回路基板上に形成可能である。しかしながら、特許文献1乃至5のアンテナは、回路基板において無視できない大きさの面積を占める。 Examples of techniques related to pattern antennas are disclosed in Patent Documents 1 to 5. The antennas of Patent Documents 1 to 5 can be formed on a circuit board. However, the antennas of Patent Documents 1 to 5 occupy an area that cannot be ignored on the circuit board.
パターンアンテナにおけるアンテナ素子を小型化する技術の一例が、特許文献6に開示されている。特許文献6のプリント基板では、プリント基板上の導体パターンがスプリットリング共振器を形成している。特許文献6のプリント基板では、スプリットリング共振器は、プリント基板のある辺の中間部に形成され、当該ある辺が存在しない3つの方向においてグランドパターンにより包囲される。
An example of a technique for downsizing an antenna element in a pattern antenna is disclosed in
以下では、回路基板上の導体パターンとして形成されたスプリットリング共振器を含むアンテナを「マイクロスプリットリングアンテナ」と称することとする。 Hereinafter, an antenna including a split ring resonator formed as a conductor pattern on a circuit board is referred to as a “micro split ring antenna”.
無線通信装置の小型化や高機能化等の進展に伴い、無線通信装置に含まれるプロセッサや電源IC(Integrated Circuit)等の熱源における熱の発生が増加してきた。携帯電話やスマートフォン等の携帯型の無線通信装置では、送風ファン等を用いないで、ヒートシンク等を用いた自然冷却により放熱が行われることが多い。そのため、無線通信装置では、放熱の効率化が課題である。 With the progress of miniaturization and higher functionality of wireless communication devices, heat generation in heat sources such as processors and power supply ICs (Integrated Circuits) included in the wireless communication devices has increased. In portable wireless communication devices such as mobile phones and smartphones, heat is often released by natural cooling using a heat sink or the like without using a blower fan or the like. Therefore, in the wireless communication device, the efficiency of heat dissipation is a problem.
しかしながら、特許文献1乃至6の技術では、無線通信装置に含まれる熱源からの放熱において、回路基板上のアンテナが成す面に対向する、回路基板の表面側及び裏面側には、アンテナの特性に影響を及ぼすので、ヒートシンクを設置できない。又、特許文献1乃至6の技術では、回路基板上のアンテナ部分は、熱の拡散先として有効に利用されていない。従って、特許文献1乃至6の技術には、放熱の効率化が不十分であるという問題がある。 However, in the techniques of Patent Documents 1 to 6, in the heat radiation from the heat source included in the wireless communication device, the antenna characteristics on the front surface side and the back surface side of the circuit substrate facing the surface formed by the antenna on the circuit substrate are Since it has an effect, a heat sink cannot be installed. In the techniques of Patent Documents 1 to 6, the antenna portion on the circuit board is not effectively used as a heat diffusion destination. Therefore, the techniques of Patent Documents 1 to 6 have a problem that the efficiency of heat dissipation is insufficient.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、無線通信装置に含まれる熱源からの放熱を効率化することを主たる目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its main object to improve the efficiency of heat radiation from a heat source included in a wireless communication device.
本発明の一態様において、ヒートシンクは、アンテナと、アンテナを所定の特性において動作させるために用いる、アンテナが成す面の周囲に1方向を除いて隣接したグランドパターンとが形成された回路基板に設けるヒートシンクであって、回路基板上の熱源に熱的に接続し、しかも少なくとも一部でグランドパターンが成す面と対向する。 In one embodiment of the present invention, the heat sink is provided on a circuit board on which an antenna and a ground pattern adjacent to each other except for one direction are formed around a surface formed by the antenna, which is used to operate the antenna with predetermined characteristics. A heat sink, which is thermally connected to a heat source on the circuit board and faces at least a part of the surface on which the ground pattern is formed.
本発明の一態様において、回路基盤は、アンテナと、アンテナを所定の特性において動作させるために用いる、アンテナが成す面の周囲に1方向を除いて隣接したグランドパターンと、熱源と、熱源に熱的に接続し、しかも少なくとも一部でグランドパターンが成す面と対向するヒートシンクとを備える。 In one embodiment of the present invention, a circuit board includes an antenna, a ground pattern adjacent to the surface formed by the antenna except for one direction, a heat source, and a heat source. And a heat sink that is connected to each other and that faces at least a portion of the ground pattern.
本発明の一態様において、無線通信装置は、アンテナと、アンテナを所定の特性において動作させるために用いる、アンテナが成す面の周囲に1方向を除いて隣接したグランドパターンと、熱源と、熱源に熱的に接続し、しかも少なくとも一部でグランドパターンが成す面と対向するヒートシンクとを備える。 In one embodiment of the present invention, a wireless communication device includes an antenna, a ground pattern adjacent to the surface formed by the antenna except for one direction, a heat source, and a heat source. A heat sink that is thermally connected and that faces at least a part of the surface on which the ground pattern is formed is provided.
本発明によれば、無線通信装置に含まれる熱源からの放熱を効率化できるという効果がある。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an effect that the thermal radiation from the heat source contained in a radio | wireless communication apparatus can be made efficient.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、すべての図面において、同等の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
(第1の実施形態)
本実施形態における構成について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings, equivalent components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
(First embodiment)
A configuration in the present embodiment will be described.
図1は、本発明の第1の実施形態における無線通信装置の構成の一例を示す三面図である。より具体的には、上段の図は、無線通信装置に含まれる回路基板の上面に存在する部品を上方から透過的に見た上面図である。又、中段の図は、無線通信装置に含まれる回路基板の下面に存在する部品を上方から透過的に見た上面図である。又、下段の図は、無線通信装置に含まれる部品を側方から透過的に見た側面図である。 FIG. 1 is a three-view diagram illustrating an example of a configuration of a wireless communication apparatus according to the first embodiment of the present invention. More specifically, the upper diagram is a top view of components existing on the upper surface of the circuit board included in the wireless communication device as seen transparently from above. The middle diagram is a top view of the components existing on the bottom surface of the circuit board included in the wireless communication device as seen transparently from above. Further, the lower drawing is a side view of the components included in the wireless communication device as seen transparently from the side.
本実施形態における無線通信装置400は、例えば、無線通信機能を有する、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ノートPC、テレビ、又はカメラである。無線通信装置400は、回路基板300と、ヒートシンク100とを含む。
The
回路基板300は、アンテナ200と、グランドパターン330と、熱源とを含む。
The
アンテナ200は、回路基板300上に導体パターン(パターンアンテナ)として形成される。アンテナ200は、所定の特性において動作させるために、アンテナ200が成す面の周囲に、1方向を除いてグランドパターンが形成される必要がある。アンテナ200は、例えば、マイクロスプリットリングアンテナである。図1において、アンテナ200は、C字型の導体パターン(スプリットリング)が形成された部分である。尚、マイクロスプリットリングアンテナにおいて、スプリットリング共振器を形成している導体パターンは、多層化されてもよい。アンテナ200は、例えば、回路基板300の辺360の中間部に形成される。
The
グランドパターン330は、アンテナ200の両側及び回路基板300の内側においてアンテナ200に隣接する領域の、回路基板300の上面側に形成される。グランドパターン330は、他のグランドパターンや筐体に対して電気的に接続されてもよい。
The
熱源は、回路基板300に実装される熱源である。熱源は、例えば、プロセッサ310、又は電源IC320である。以下では、ヒートシンク100により主要な熱源であるプロセッサ310の放熱を行う例について説明するが、本実施形態のヒートシンク100による放熱の対象はプロセッサ310に限定されない。
The heat source is a heat source mounted on the
ヒートシンク100は、熱源から伝導してきた熱を周囲へ放熱する。ヒートシンク100と、熱源との間には、熱伝導シート110が挿入されてもよい。ヒートシンク100は、グランドパターン330、他のグランドパターン、又は筐体に対して熱的に接続されてもよい。
The
図2は、本発明の第1の実施形態における無線通信装置に含まれるヒートシンクの構成の一例を示す斜視図である。より具体的には、図2は、ヒートシンク100を斜め上方からみた斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of the configuration of the heat sink included in the wireless communication apparatus according to the first embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 2 is a perspective view of the
ヒートシンク100は、回路基板300に設置された際に、アンテナ200の両側に隣接する、グランドパターン330が成す面に対向する、回路基板300の表面側の位置の一部に、回路基板300に平行に設置された板部150を有する。板部150には、回路基板300に設置された際にアンテナ200が成す面に対向する、回路基板300の表面側の位置に、板部が存在しない(切り欠き部190が形成される)。
When the
ヒートシンク100は、板部140と、側面部130とを更に含む。板部140は、熱源に対して熱的に接続される。板部150及び板部140は、板部120を構成する。側面部130は、無線通信装置400の筐体に対して回路基板300を固定する機能を有してもよい。
The
上述の説明では、ヒートシンク100が回路基板300の表面側に板部を有する構成について説明したが、ヒートシンク100は、回路基板300の下面側にも、上面側と同様な板部及び切り欠き部を有してもよい。
In the above description, the configuration in which the
本実施形態における動作について説明する。具体的には、無線通信装置400、及び比較対象である無線通信装置における、温度シミュレーションの結果について説明する。
The operation in this embodiment will be described. Specifically, the result of the temperature simulation in the
温度シミュレーションにおいて、無線通信装置400は、図1及び図2に示した構成を有することとする。
In the temperature simulation, the
図3は、本実施形態と比較するための比較対象である無線通信装置の構成を示す三面図である。より具体的には、上段の図は、無線通信装置に含まれる回路基板の上面に存在する部品を上方から透過的に見た上面図である。又、中段の図は、無線通信装置に含まれる回路基板の下面に存在する部品を上方から透過的に見た上面図である。又、下段の図は、無線通信装置に含まれる部品を側方から透過的に見た側面図である。 FIG. 3 is a three-view diagram illustrating a configuration of a wireless communication apparatus that is a comparison target for comparison with the present embodiment. More specifically, the upper diagram is a top view of components existing on the upper surface of the circuit board included in the wireless communication device as seen transparently from above. The middle diagram is a top view of the components existing on the bottom surface of the circuit board included in the wireless communication device as seen transparently from above. Further, the lower drawing is a side view of the components included in the wireless communication device as seen transparently from the side.
比較対象である無線通信装置409は、回路基板309と、ヒートシンク109とを含む。
A
回路基板309は、アンテナ209と、熱源とを含む。
The
アンテナ209は、回路基板309上に導体パターン(パターンアンテナ)として形成される。
The
アンテナ209は、回路基板309の辺360を境界に含み、回路基板309の短手方向の全体を占める。
The
熱源は、回路基板309に実装された、プロセッサ310、及び電源IC320である。
The heat sources are the
図4は、本実施形態と比較するための比較対象である無線通信装置409に含まれるヒートシンク109の構成を示す斜視図である。より具体的には、図4は、ヒートシンク109を斜め上方からみた斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view illustrating a configuration of the
ヒートシンク109は、板部129と、側面部139とを含む。板部129は、回路基板309の上面側に存在し、熱源であるプロセッサ310に対して熱的に接続される。板部129は、無線通信装置400の板部140と同じ形状を成す。側面部139は、無線通信装置400の側面部130と同じ形状を成す。但し、ヒートシンク109は、回路基板309に設置された際にアンテナ209が成す面に対向する位置に、板部を有しない。これは、アンテナ209が成す面に対向する、回路基板309の表面側及び裏面側には、アンテナ209の特性に影響を及ぼすので、ヒートシンク109の板部を設置できないからである。つまり、ヒートシンク109は、ヒートシンク100に比べて表面積が小さいので、ヒートシンク100に比べて放熱効率が低い。
The
無線通信装置409のその他の構成は、図1及び図2に示した無線通信装置400の構成と同じである。
Other configurations of the
温度シミュレーションにおけるシミュレーション条件は、以下であることとする。 The simulation conditions in the temperature simulation are as follows.
アンテナ200は、マイクロスプリットリングアンテナであることとする。アンテナ200の大きさは、縦が10mmで、横幅が14mmであることとする。
The
アンテナ209は、逆Lアンテナであることとする。アンテナ209は、アンテナ200と、概ね同等の特性及び性能を有する。アンテナ209の大きさは、縦が20mmで、横幅が30.8mmであることとする。
The
熱伝導率は、プロセッサ310が10W/m・K、回路基板300、309(銅パターン部分)が398W/m・K、ヒートシンク100、109(アルミ製)が236W/m・K、熱伝導シート110が2W/m・Kであることとする。
The thermal conductivity is 10 W / m · K for the
プロセッサ310の発熱量は1.78W、電源ICの発熱量は0.8Wであることとする。
It is assumed that the heat generation amount of the
無線通信装置400、409の周辺温度は、40度Cであることとする。
The ambient temperature of the
図5は、本発明の第1の実施形態の無線通信装置400、及び比較対象の無線通信装置409の温度分布をシミュレーションした図である。左側の図は無線通信装置400の表面温度分布を示し、右側の図は無線通信装置409の表面温度分布を示す。左側、右側の図は順に、無線通信装置400、409の筐体表面における温度の違いを濃淡の違いで表した、筐体を下方(電源IC320のある側)から見た斜視図である。筐体の右手前が、アンテナが設置されている側である。
FIG. 5 is a diagram simulating temperature distributions of the
図5に示されるように、無線通信装置400におけるアンテナ200付近の温度は、無線通信装置409におけるアンテナ209付近の温度に比べて高い。一方、無線通信装置400におけるアンテナ200付近を除く筐体の温度は、無線通信装置409におけるアンテナ209付近を除く筐体の温度に比べて低い。
As shown in FIG. 5, the temperature near the
図6は、本発明の第1の実施形態の無線通信装置400、及び比較対象の無線通信装置409の筐体表面等における温度のシミュレーション結果を示す表である。
FIG. 6 is a table showing simulation results of temperatures on the housing surface and the like of the
図6に示されるように、無線通信装置400におけるプロセッサ310の表面温度は、無線通信装置409におけるプロセッサ310の表面温度より3.6度C低い。又、無線通信装置400における筐体の上底面の温度は、無線通信装置409における筐体の上底面の温度より2.7度C低い。又、無線通信装置400における筐体の下底面の温度は、無線通信装置409における筐体の下底面の温度より0.9度C低い。
As shown in FIG. 6, the surface temperature of the
以上説明したように、本実施形態における無線通信装置400では、ヒートシンク100は、回路基板300の表面側において、アンテナ200に隣接するグランドパターン330が成す面に対向する板部150を有する。つまり、本実施形態におけるヒートシンク100は、板部150を有しない場合に比べて、ヒートシンクから放熱される熱量が多い。即ち、無線通信装置400の高温部における温度がより低下する。従って、本実施形態における無線通信装置400には、無線通信装置400に含まれる熱源からの放熱を効率化できるという効果がある。
As described above, in the
図7は、本発明の第1の実施形態における無線通信装置の変形例に含まれるヒートシンクの構成の一例を示す斜視図である。 FIG. 7 is a perspective view showing an example of the configuration of the heat sink included in the modification of the wireless communication device according to the first embodiment of the present invention.
本変形例におけるヒートシンク101では、側面部131がアンテナ200の側方まで延伸しており、表面積が拡大している。つまり、ヒートシンク101は、ヒートシンク100に比べて、ヒートシンクから放熱される熱量が多い。即ち、無線通信装置400の高温部における温度が、ヒートシンク100を利用した場合よりも低い。従って、本変形例におけるヒートシンク101には、無線通信装置に含まれる熱源からの放熱効率が、ヒートシンク100よりも高いという効果がある。
In the
尚、上述の説明では、アンテナ200がパターンアンテナである場合について説明した。しかしながら、本実施形態におけるアンテナ200には、アンテナ200がチップアンテナであっても、アンテナ200がパターンアンテナである場合と同様の効果がある。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第1の実施形態を基本とする、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態では、回路基板の裏面側においてヒートシンクがグランドパターンに放熱する。
In the above description, the case where the
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention based on the first embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the heat sink radiates heat to the ground pattern on the back side of the circuit board.
本実施形態における構成について説明する。 A configuration in the present embodiment will be described.
図8は、本発明の第2の実施形態における無線通信装置の構成の一例を示す二面図である。より具体的には、上段の図は、無線通信装置に含まれる回路基板の下面に存在する部品を上方から透過的に見た上面図である。又、下段の図は、無線通信装置に含まれる部品を側方から透過的に見た側面図である。 FIG. 8 is a two-view diagram illustrating an example of the configuration of the wireless communication device according to the second embodiment of the present invention. More specifically, the upper diagram is a top view of the components present on the lower surface of the circuit board included in the wireless communication device as seen transparently from above. Further, the lower drawing is a side view of the components included in the wireless communication device as seen transparently from the side.
本実施形態における無線通信装置405は、回路基板305と、ヒートシンク105とを含む。
The
回路基板305は、アンテナ200と、グランドパターン330と、グランドパターン335と、熱源とを含む。
The
グランドパターン335は、アンテナ200の両側及び前記基板の内側でアンテナ200に隣接し、電源IC320近傍まで伸びる領域の、回路基板305の下面側に形成される。
The
ヒートシンク105は、熱源から伝導してきた熱をグランドパターン335へも放熱する。即ち、ヒートシンク105は、熱源及びグランドパターン335に対して、熱的に接続される。ヒートシンク105と、熱源及びグランドパターン335との間には、熱伝導シート110が挿入されてもよい。ヒートシンク105は、他のグランドパターンや筐体に対して熱的に接続されてもよい。
The
図9は、本発明の第2の実施形態における無線通信装置405に含まれるヒートシンク105の構成の一例を示す斜視図である。より具体的には、図9は、ヒートシンク105を斜め下方からみた斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing an example of the configuration of the
ヒートシンク105は、回路基板305に設置された際に、アンテナ200の両側に隣接するグランドパターン335が成す面に対向する、回路基板305の下面側の位置の一部に、回路基板305に平行に設置されたバネ板部135を有する。バネ板部135は、弾性力によりグランドパターン335に接触し、グランドパターン335に対して熱的に接続される。ヒートシンク105の下面側には、アンテナ200が成す面に対向する位置に、板部が存在しない。
When the
本実施形態における他の構成は、第1の実施形態における構成と同じである。 Other configurations in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.
以上説明したように、本実施形態における無線通信装置405では、ヒートシンク105は、回路基板305の表面側に、板部150及び切り欠き部190を有する。又、ヒートシンク105は、回路基板305の裏面側において、アンテナ200に隣接するグランドパターン335に放熱する。本実施形態におけるヒートシンク105では、バネ板部135がグランドパターン335と接触するため、第1の実施形態のヒートシンク100に比べて、ヒートシンクから放熱できる熱量が多い。即ち、無線通信装置405の高温部における温度が、無線通信装置400の高温部における温度よりも低い。従って、本実施形態におけるヒートシンク105には、無線通信装置に含まれる熱源からの放熱効率がより高いという効果がある。
As described above, in the
以上、本発明を、上述した各実施形態およびその変形例によって例示的に説明した。しかしながら、本発明の技術的範囲は、上述した各実施形態およびその変形例に記載した範囲に限定されない。当業者には、係る実施形態に対して多様な変更又は改良を加えることが可能であることは明らかである。そのような場合、係る変更又は改良を加えた新たな実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれ得る。そしてこのことは、特許請求の範囲に記載した事項から明らかである。 The present invention has been exemplarily described with the above-described embodiments and modifications thereof. However, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above-described embodiments and modifications thereof. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made to such embodiments. In such a case, new embodiments to which such changes or improvements are added can also be included in the technical scope of the present invention. This is clear from the matters described in the claims.
本発明は、無線通信機能を有する、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ノートPC、テレビ、カメラ等の、無線通信装置における放熱を効率化する用途において利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in applications that improve the efficiency of heat dissipation in wireless communication devices such as mobile phones, smartphones, tablet terminals, notebook PCs, televisions, and cameras that have a wireless communication function.
100、101、105、109 ヒートシンク
110 熱伝導シート
120、129 板部
130、131、139 側面部
135 バネ板部
140 板部
150 板部
190 切り欠き部
200、209 アンテナ
300、305、309 回路基板
310 プロセッサ
320 電源IC
330、335 グランドパターン
360 辺
400、405、409 無線通信装置
100, 101, 105, 109
330, 335
Claims (10)
請求項1から5のいずれか一項に記載のヒートシンク。 The heat sink according to any one of claims 1 to 5, wherein the antenna forms a split ring resonator.
前記アンテナを所定の特性において動作させるために用いる、前記アンテナが成す面の周囲に1方向を除いて隣接したグランドパターンと、
熱源と、
前記熱源に熱的に接続し、しかも少なくとも一部で前記グランドパターンが成す面と対向するヒートシンクと
を備えたことを特徴とする回路基板。 An antenna,
A ground pattern adjacent to the surface formed by the antenna except for one direction, which is used to operate the antenna in a predetermined characteristic;
A heat source,
A circuit board comprising: a heat sink which is thermally connected to the heat source and which faces at least a part of the surface formed by the ground pattern.
請求項7に記載の回路基板。 The circuit board according to claim 7, wherein a surface formed by the antenna and a surface forming the heat sink are not opposed to each other.
前記アンテナを所定の特性において動作させるために用いる、前記アンテナが成す面の周囲に1方向を除いて隣接したグランドパターンと、
熱源と、
前記熱源に熱的に接続し、しかも少なくとも一部で前記グランドパターンが成す面と対向するヒートシンクと
を備えたことを特徴とする無線通信装置。 An antenna,
A ground pattern adjacent to the surface formed by the antenna except for one direction, which is used to operate the antenna in a predetermined characteristic;
A heat source,
A wireless communication apparatus comprising: a heat sink that is thermally connected to the heat source and that faces at least a part of the surface formed by the ground pattern.
請求項9に記載の無線通信装置。 The wireless communication device according to claim 9, wherein a surface formed by the antenna and a surface forming the heat sink are not opposed to each other.
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