JP2019110242A

JP2019110242A - 電子機器の高周波回路のシールド構造

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Publication number: JP2019110242A
Application number: JP2017242961A
Authority: JP
Inventors: 圭宏今村; Yoshihiro Imamura; 雅之船橋; Masayuki Funabashi
Original assignee: Icom Inc
Current assignee: Icom Inc
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: JP7092985B2

Abstract

【課題】プリント基板上の高周波回路部分を効率的にシールドし、酷寒条件下や酷暑条件下でもプリント基板や筐体などの材料の熱膨張係数の差による変形に起因する異音の発生を防止した電子機器の高周波回路のシールド構造を提供する。【解決手段】プリント基板１３の第１表面１３Ａに実装された高周波回路１５と、高周波回路１５を取り囲むように形成された囲い込みアースパターン１８と、その全周に沿って第１表面１３Ａに対してほぼ垂直に立設されたシールド壁２０と、第１表面１３Ａに対向するように設けられ、導電性を有する材料で形成されたシャーシ１４と、シャーシ１４の第３表面１４Ａ上で、シールド壁２０の端面の全周に当接するように設けられた導電性弾性部材２１とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、携帯型無線通信装置などの電子機器における電圧制御発振器（VCO: Voltage-Controlled Oscillator）などからの不要な電磁波の輻射を抑制するための高周波回路のシールド構造に関する。

携帯型無線通信装置では、高周波回路として電圧制御発振器などが使用されているが、高周波回路からの不要な電磁波の輻射や他の回路との相互干渉を抑制するため、電磁波シールド構造を設ける必要がある。最もシンプルな電磁波シールド構造としては、プリント基板上に実装された高周波回路部分の全体を覆うように、金属薄板で箱型（開口を有する立方体）に形成されたシールド部材をプリント基板にハンダ付けすることなどが考えられる。しかしながら、このような構成では、シールド部材に要するコストや組立工数のアップなどによるデメリット、スペースファクタの悪化（接続のためのコネクタや、シールド部材の半田しろスペース）、リサイクルやメンテナンス時のサービス性の悪化（高周波回路を露出させるためにはシールド部材の取り外しが必要）などの問題が新たに生じる。

特許文献１のシールド構造では、電子機器のシャーシ本体を、例えばアルミダイキャストなどの導電性とし、プリント基板上に実装された高周波回路部分の全体を外側から覆うようにプリント基板側に突出するリブがシャーシ本体と一体成型されているとともに、プリント基板上の高周波回路部分の全体を囲むように、かつ、シャーシ本体のリブと当接しうるように、囲い込みアースパターンが形成されている。プリント基板は三層以上の多層基板であり、少なくとも１つの層には高周波回路の回路パターンの面積より大きな面積の大面積アースパターンが形成されている。囲い込みアースパターンは、複数のスルーホールを介して大面積アースパターンと電気的に接続されている。例えば、ねじなどによりプリント基板をシャーシ本体に固定することにより、プリント基板上の高周波回路部分は、シャーシ本体、リブ、囲い込みアースパターン、スルーホール、大面積アースパターンによって周囲が完全に囲まれ、構造的に閉じた、電磁波シールド構造が形成される。

上記特許文献１の電磁波シールド構造では、プリント基板上の囲い込みアースパターンとシャーシ本体のリブとを接触されているため、囲い込みアースパターン及び／又はシャーシ本体のリブの表面の微少な凹凸によっても両者が密着しなくなるため、上記グラウンドループの密閉性が保証されず、十分な電磁波シールド効果が得られない虞がある。また、携帯型無線通信装置など屋外で使用される電子機器は、酷寒条件下や酷暑条件下で使用されることがあり、プリント基板やシャーシ本体などの材料の熱膨張係数の差による変形に起因して上記凹凸が拡大したり、部品同士の摩擦による異音が発生したりする虞がある。また、囲い込みアースパターンは、高周波回路部分の全体を外側から覆うように形成されたシャーシ本体のリブに対向するように設けられているため、プリント基板上でかなりの面積を占有する。そのため、プリント基板の高密度実装化の妨げとなり、電子機器の小型化には不利である。

特許第３４９９３９９号

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、プリント基板の高密度実装化を可能としつつ、プリント基板上の高周波回路部分を効率的に磁気シールドすることができ、さらに酷寒条件下や酷暑条件下で使用されるときでも、プリント基板やシャーシ本体などの材料の熱膨張係数の差による変形に起因する異音の発生を防止することが可能な電子機器の高周波回路のシールド構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明に係る電子機器の高周波回路のシールド構造は、プリント基板の第１表面に実装された高周波回路と、前記プリント基板の前記第１表面上で前記高周波回路を取り囲むように形成された囲い込みアースパターンと、前記囲い込みアースパターンの全周に沿って前記プリント基板の前記第１表面に対してほぼ垂直に立設されたシールド壁と、前記プリント基板の前記第１表面に対向するように設けられ、導電性を有する材料で形成されたシャーシと、前記シャーシの前記プリント基板の前記第１表面に対向する第３表面上で、前記シールド壁の端部の全周に当接するように設けられた導電性弾性部材とを備えたことを特徴とする。

また、前記プリント基板は多層基板であり、前記第１表面とは反対側の第２表面に前記高周波回路以外の回路が実装されており、前記第１表面及び前記第２表面以外の中間層に、前記高周波回路の全域を覆う大面積アースパターンが形成されており、スルーホールを介して前記囲い込みアースパターンと前記大面積アースパターンとが電気的に導通されていることが好ましい。

前記シャーシの前記第３表面には、前記シールド壁をその外側から囲むように、前記プリント基板の前記第１表面側に突出するリブが形成されていることが好ましい。

前記シールド壁の前記端部に、前記シャーシの前記第３表面に対向するように、前記プリント基板の前記第１表面に略平行な折り曲げ部が形成されていることが好ましい。

前記導電性弾性部材は導電性スポンジであり、前記シャーシはダイキャスト成形品であることが好ましい。

本発明によれば、高周波回路部分を取り囲むシールド壁が導電性弾性部材を介して導電性を有するシャーシと電気的に接続されているので、酷寒条件下や酷暑条件下で使用され、プリント基板やシャーシなどの材料の熱膨張係数の差により変形したとしても、その変形量が導電性弾性部材の変形によって吸収されるため、部品同士の摩擦による異音を発生することはない。また、シールド壁は、シャーシ側に設けられたリブと直接接触していないので、プリント基板の第１表面上に形成される囲い込みアースパターンの幅を小さくすることができ、プリント基板上での囲い込みアースパターンによる占有面積が小さくなり、プリント基板の実装密度を高くして、電子機器の小型化が可能となる。また、シールド壁とシャーシとが導電性弾性部材を介してほぼ密着しているため、シールド構造の密閉性が保証され、十分な電磁波シールド効果が得られる。

本発明に係る高周波回路のシールド構造を備えた電子機器の一例としての携帯型無線装置の外観を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。本発明に係る電子機器の高周波回路のシールド構造を示す分解斜視図。本発明に係る電子機器の高周波回路のシールド構造における回路基板の第１表面側を示す図。本発明に係る電子機器の高周波回路のシールド構造を示す断面図。

本発明の一実施形態に係る電子機器の高周波回路のシールド構造について、図面を参照しつつ説明する。図１は、電子機器の一例としての携帯型無線装置１の外観を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。図１（ａ）からわかるように、携帯型無線装置１の筐体（ハウジング）１０は、パーティングライン１Ａに沿って、厚み方向において少なくとも前面カバー１１及び背面カバー１２の２つの部分に分解可能である。前面カバー１１及び背面カバー１２の材料としては、アルミダイキャストなどの金属材料であってもよいし、ポリカーボネイトなどのエンジニアプラスチックなどの樹脂材料であってもよい。特に、携帯型電子機器は、ユーザーが直接手に持って使用するため、質感は重要であり、樹脂製ハウジングが多用される傾向にある。前面カバー１１には、液晶表示パネル１１Ａ、操作ボタン１１Ｂ、マイクロホン１１Ｃ、スピーカー１１Ｄなどが設けられている。また、前面カバー１１の側面には、操作ボタン１１Ｅなどが設けられている。

図２は、例えば樹脂製の前面カバー１１の内側に設けられるプリント基板１３と、例えばアルミダイキャストなどの金属材料で形成されたシャーシ１４を示す。図２において、プリント基板１３の裏側の見えていない面を第１表面１３Ａ、表側の見えている面を第２表面１３Ｂとする。図３は、プリント基板１３の第１表面１３Ａ側を示す。また、図４はプリント基板１３とシャーシ１４などで構成される高周波回路のシールド構造の断面を示す。ここで、電圧制御発振器（VCO）などの高周波回路１５は第１表面１３Ａ側に実装されているものとする。シャーシ１４は、例えば樹脂製の前面カバー１１の内側に嵌装され、プリント基板１３とともに、前面カバー１１にねじ止め固定される。

プリント基板１３は多層基板であり、第１表面１３Ａには上記のように高周波回路１５が実装されており、第１表面１３Ａとは反対側の第２表面１３Ｂには高周波回路１５以外の回路１６が実装されている。また、第１表面１３Ａ及び第２表面１３Ｂ以外の中間層１３Ｃには、プリント基板１３の第１表面１３Ａ又は第２表面１３Ｂに平行な方向に高周波回路１５全域を覆う大面積アースパターン１７が形成されている。また、プリント基板１３の第１表面１３Ａ上には、高周波回路１５を取り囲むように、閉ループの囲い込みアースパターン１８が形成されており、囲い込みアースパターン１８と大面積アースパターン１７とは、スルーホール１９を介して電気的に導通されている。さらに、プリント基板１３の第１表面１３Ａ上の囲い込みアースパターン１８には、囲い込みアースパターン１８の全周に沿ってプリント基板１３の第１表面１３Ａに対してほぼ垂直に立設された閉ループ状のシールド壁２０が半田付けなどによって固定されている。

一方、シャーシ１４のうちプリント基板１３の第１表面１３Ａに対向する第３表面１４Ａ上には、プリント基板１３の第１表面１３Ａ又は第２表面１３Ｂに平行な方向に囲い込みアースパターン１８及びシールド壁２０をその外側から囲むように、プリント基板１３の第１表面１３Ａ側に突出する閉ループ状のリブ１４Ｂが形成されている。そして、シャーシ１４の第３表面１４Ａ上で、特に、リブ１４Ｂの内側には、シールド壁２０の端部の全周に当接するように、例えば導電性スポンジなどで形成された導電性弾性部材２１が設けられている。そして、図４に示すように、シールド壁２０の端部には、シャーシ１４の第３表面１４Ａに対向するように、プリント基板１３の第１表面１３Ａに略平行な折り曲げ部２０Ａが形成されている。ここで、シールド壁２０を、例えば金属板を折り曲げ加工によって平面視で矩形の枠体に成形する場合、矩形の角の部分に隙間ができてしまい、その隙間から電磁波が漏れてしまう虞がある。しかしながら、シャーシ１４をダイキャストにより成型する際に、リブ１４Ｂを一体的に成型することによって、囲い込みアースパターン１８及びシールド壁２０をその外側から隙間なくリブ１４Ｂによって取り囲むことができ、リブ１４Ｂによって電磁波シールド効果をより一層高くすることができる。さらに、導電性弾性部材２１をシャーシ１４の第３表面１４Ａに貼り付ける際にリブ１４Ｂが位置決めガイドとして機能し、導電性弾性部材２１の貼り付け作業が容易になる。同様に、リブ１４Ｂが、プリント基板１３の第１表面１３Ａとシャーシ１４の第３表面１３Ａとを対向させて組み立てる際の位置決めガイドとして機能するため、組立作業性を向上させることができる。

プリント基板１３の第１表面１３Ａ上の高周波回路１５部分において、第１表面１３Ａに垂直な方向におけるシールド壁２０の高さと導電性弾性部材２１の厚みを合計した寸法は、これらが存在しないと仮定したときのプリント基板１３の第１表面１３Ａとシャーシ１４の第３表面１４Ａとの距離よりも所定寸法だけ大きくなるように設定されている。そして、プリント基板１３をその第１表面１３Ａがシャーシ１４の第３表面１４Ａと対向するようにシャーシ１４に嵌合させ、さらにこれらを前面カバー１１に固定すると、導電性弾性部材２１がシールド壁２０によって圧縮され、シールド壁２０の折り曲げ部２０Ａと導電性弾性部材２１とが密着する。その結果、プリント基板１３の中間層１３Ｃに形成された大面積アースパターン１７、スルーホール１９、囲い込みアースパターン１８、シールド壁２０、導電性弾性部材２１及びシャーシ１４が電気的に導通され、密閉された高周波回路１５のシールド構造が形成される。

シールド壁２０は、プリント基板１３の第１表面１３Ａ上の高周波回路１５の周囲を取り囲んでいるだけであって、従来例のような箱形のシールド部材とは異なり、高周波回路１５の上方は解放されている。そのため、組み立て工程における検査やメンテナンスなどに際して、シールド壁２０が作業の妨げとなる度合いが低減される。また、プリント基板１３の第１表面１３Ａ上の囲い込みアースパターン１８は、平面視でシャーシ１４のリブ１４Ｂよりも内側に位置するため、囲い込みアースパターン１８を直接リブ１４Ｂに当接させる場合に比べて、プリント基板１３の第１表面１３Ａ上での囲い込みアースパターン１８の占有面積が小さくなる。その結果、プリント基板１３の実装密度を高くすることができ、ひいてはプリント基板１３の小型化を図ることができる。その結果、携帯型無線装置１自体の小型化も可能となる。さらに、携帯型無線装置１は、酷寒条件下や酷暑条件下で使用されることがあるが、その場合でもプリント基板１３、シャーシ１４、シールド壁２０などの材料の熱膨張係数の差によりこれらが変形したとしても、その変形量が導電性弾性部材２１の変形によって吸収されるため、部品同士の摩擦による異音を発生することはない。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。本発明に係る高周波回路のシールド構造が適用される電子機器は携帯型のものに限定されず、据え置き型のものであっても良い。さらに、本発明に係る高周波回路のシールド構造が適用される電子機器は無線通信装置に限定されず、電磁波シールドを必要とする全ての電子機器に適用することが可能である。さらに、電子機器のハウジングを構成する部材のうち少なくとも高周波回路に対向する部分が導電性を有していればよく、また導電性を有するシャーシ１４もアルミダイキャスト成形品に限定されず、金属板をプレス加工したものや、カーボンファイバーなど導電性材料を含有する強化プラスチック成型品などであってもよい。さらに、導電性弾性部材２１は、導電性スポンジに限定されず、導電性ゴムや、あるいは、金属薄板による皿ばねなどであってもよい。

１携帯型無線装置
１０ハウジング
１１前面カバー
１２背面カバー
１３プリント基板
１３Ａ第１表面
１３Ｂ第２表面
１４シャーシ
１４Ａ第３表面
１４Ｂリブ
１５高周波回路
１６高周波回路以外の回路
１７大面積アースパターン
１８囲い込みアースパターン
１９スルーホール
２０シールド壁
２１導電性弾性部材

Claims

プリント基板の第１表面に実装された高周波回路と、
前記プリント基板の前記第１表面上で前記高周波回路を取り囲むように形成された囲い込みアースパターンと、
前記囲い込みアースパターンの全周に沿って前記プリント基板の前記第１表面に対してほぼ垂直に立設されたシールド壁と、
前記プリント基板の前記第１表面に対向するように設けられ、導電性を有する材料で形成されたシャーシと、
前記シャーシの前記プリント基板の前記第１表面に対向する第３表面上で、前記シールド壁の端部の全周に当接するように設けられた導電性弾性部材と
を備えたことを特徴とする電子機器の高周波回路のシールド構造。
前記プリント基板は多層基板であり、前記第１表面とは反対側の第２表面に前記高周波回路以外の回路が実装されており、前記第１表面及び前記第２表面以外の中間層に、前記高周波回路の全域を覆う大面積アースパターンが形成されており、スルーホールを介して前記囲い込みアースパターンと前記大面積アースパターンとが電気的に導通されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器の高周波回路のシールド構造。
前記シールド壁の前記端部に、前記シャーシの前記第３表面に対向するように、前記プリント基板の前記第１表面に略平行な折り曲げ部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子機器の高周波回路のシールド構造。
前記シールド壁の前記シャーシの前記第３表面に対向する端面に、前記プリント基板の前記第１表面に略平行な折り曲げ部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電子機器の高周波回路のシールド構造。
前記導電性弾性部材は導電性スポンジであり、前記シャーシはダイキャスト成形品であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電子機器の高周波回路のシールド構造。