JP3065504B2 - Ｐｃカードおよびカードコネクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＰＣカードに関するもの
である。ＩＣメモリカードをはじめとするＰＣカード
は、その携帯性、増設作業の容易性等が着目されてメモ
リカード以外の用途に使用されるに到っているが、この
場合、ＰＣカードの消費電力量が増加するために、効率
的な冷却手段が求められる。

【０００２】なお、本明細書においてＰＣカードとは、
米国ＰＣＭＣＩＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅ
ｒ Ｍｅｍｏｒｙ Ｃａｒｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）あるいはＪＥＩＤＡ（日
本電子工業振興協会）の標準仕様に準拠するクレジット
・カード・サイズのＩＣカード、およびこれに類似する
コンパクトサイズのカード状電子部品を指すこととす
る。

【０００３】

【従来の技術】従来ＰＣカードは、図１４に示すよう
に、半導体素子１０を実装した実装基板１を上下カバー
２、２により覆って形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
例においては、素子の消費電力が大きくなると、発熱量
が大きくなり、安定動作が基体できないという欠点を有
する。

【０００５】本発明は、以上の欠点を解消すべくなされ
たもので、放熱性能に優れたＰＣカードを提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、発熱素子が配置された実装基板と、 基板の上下両面
または片面に熱伝導性の良好な金属からなるカバーを形
成したＰＣカードにおいて、 カバーと基板の間には、熱
伝導性の良好な絶縁物が介装され、かつ発熱素子上部に
は、カバーの変形を吸収する空隙を形成することを特徴
とするＰＣカードを提供することにより達成される。

【０００７】

【作用】本発明において、ＰＣカードのカバー２はセラ
ミック実装基板等の熱伝導性の良好な実装基板１により
形成され、半導体素子１０はその裏面に実装される。カ
バー２を伝熱性実装基板１に形成することにより、発熱
素子からの発熱は直ちに実装基板１に伝熱され、速やか
に表面部から放熱される。

【０００８】カバー２の効率的な冷却、放熱のために、
カバー２の上面にペルチェ素子をはじめとする熱電冷却
素子５を装着することができる。

【０００９】熱電冷却素子５の装着には、カバー２の上
面に形成された固定手段２０を使用して固定したり、あ
るいはカバー２自体をセラミック実装基板１等の伝熱性
基板により形成し、該基板上に直接実装することが可能
である。

【００１０】ＰＣカードの外皮を構成するカバー２は金
属材料、あるいはセラミック等の熱伝導性の良好な材料
（伝熱体）により形成され、かつ、ＰＣカード内部に
は、熱伝導性の良好な絶縁体３が介装される。ＰＣカー
ドの内部に収納される半導体素子１０からの発熱は、絶
縁体３を経由して速やかにカバー２に伝熱され、比較的
面積の大きなカバー２から効率的に放熱される。

【００１１】上記絶縁体３を伝熱ゴム等の弾性体により
形成し、該弾性体に撓みを持たせた状態でＰＣカード内
に収納させるならば、絶縁体３とカバー２、および半導
体素子１０との密着性を向上させて境界面における熱抵
抗を減少させることが可能となり、結果、放熱性能をよ
り向上させることが可能となる。さらに、絶縁体３をほ
ぼシート形状に予め形成し、カバー２の固定作業時に絶
縁体３を挟み込むようにするならば、作業性が良好にな
り、かつ、絶縁体３に対する厳格な寸法管理も不要にな
る。

【００１２】さらに、カバー２と半導体素子１０との間
に空隙４を形成することにより、表裏カバー２を強い力
で挟んだ場合にもカバー２の変形は空隙４により吸収さ
れるために、半導体素子１０の実装基板１への接合部に
異常負荷が生じることがなくなり、ＰＣカードの信頼性
を向上させることが可能となる。

【００１３】絶縁体３内に伝熱シート体３０を介装する
変形は、ＰＣカード内に空隙４を形成したり、あるいは
発熱素子（半導体素子１０）が遍在することにより絶縁
体３内の温度分布が不均一となる場合に有効であり、伝
熱シート体３０は絶縁体３内の温度分布を一旦カバー２
近傍で可及的に均一化することにより全体の放熱性能を
向上させる。

【００１４】さらに、カバー２表面に放熱フィン２１、
２１・・を突設することは放熱面積を増加させるために
有効であり、本変更は、上述した熱電冷却素子５と併用
したり、あるいは単独で利用される。また、カバー表面
に拡張放熱フィンの固定出段を設けることにより、必要
に応じて放熱フィン２１、２１・・の装着が可能とな
る。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【実施例】図１に本発明の実施例を示す。ＰＣカードは
半導体素子１０を実装した実装基板１を表裏カバー２、
２により覆って形成され、装着側端部には、実装用のコ
ネクタ１１が配置される。

【００１８】表裏カバー２は、金属材料等の熱伝導性の
優れた材料により形成されており、表裏カバー２、２を
外皮とするＰＣカードの中空部には熱伝導性の良好な材
料からなる絶縁体３が介装される。

【００１９】絶縁体３としては、熱伝導性ラバー等の弾
性体をはじめとして、液状体、伝熱グリース等の粘性体
等が使用可能であり、絶縁体３として弾性体を使用する
場合には、予めシート状に成形されたものをカバー２と
実装基板１との間に挟み込むことにより装着することが
可能である。

【００２０】絶縁体３は、少なくとも半導体素子１０の
発熱面とカバー２とに接して半導体素子１０からカバー
２への放熱パスを形成することが可能な状態で装着され
る。また、絶縁体３はカバー２に当接する面に複数の凹
部を有しており、カバー２と絶縁体３の境界に空隙４、
４・・が形成される。凹部は、平面視方向において半導
体素子１０と重合する位置に形成されており、その面積
は、同方向からの半導体素子１０の投影面積にほぼ一致
している。空隙４はＰＣカードの着脱時等にカバー２を
摘んだ際に、カバー２が撓んで半導体素子１０の実装基
板１への接合部に負荷が加わらないように、カバー２変
形の吸収スペースとして機能するもので、図示の例以外
に、絶縁体３の内部に形成することも可能である。

【００２１】さらに、絶縁体３には伝熱シート体３０が
介装される。伝熱シート体３０は伝熱性の絶縁体３への
熱量の拡散を促進させるために設けられ、特に内部に空
隙４を形成する場合の有効な変形である。この伝熱シー
ト体３０としてはアルミニウム、銅等の厚さ数十ミクロ
ン以上の金属箔が使用可能で、かつ効果的であり、絶縁
体３の成型時に一体成形したり、あるいは２枚の絶縁体
３、３の間に挟み込むことにより装着される。

【００２２】なお、図示の例では、半導体素子１０は実
装基板１の両面に実装されているが、片面実装とするこ
とも可能であり、この場合においても実装基板１を経由
した放熱を促進させるために、上述したと同様の構成と
することが望ましいが、半導体素子１０に対応する面側
のカバー２のみを熱伝導性に優れた材料により形成し、
該伝熱性カバー２と実装基板１との間に伝熱性絶縁体３
を配置するだけでも放熱性能の向上を図ることができ
る。

【００２３】図２に本発明の第２の実施例を示す。この
実施例において、カバー２は熱伝導性の良好な基体にパ
ターン（図示せず）を形成した実装基板１により形成さ
れる。実装基板１としては、熱伝導性が良好な点に加え
てカバー２としての所望の強度、剛性を有するものが望
ましく、例えばセラミック実装基板が使用される。

【００２４】半導体素子１０は上記実装基板１の背面側
に実装され、該半導体への給電、あるいは信号の入出力
は、コネクタ１１および実装基板１上のパターンを介し
て行われる。

【００２５】なお、本実施例においては、２枚の実装基
板１により表裏のカバー２、２を形成する場合が示され
ているが、いずれか一方のカバー２のみを実装基板１に
より形成することももちろん可能であり、この場合、他
方のカバー２’は、合成樹脂材等により形成することが
できる。

【００２６】また、本実施例に対して第１の実施例で示
した技術事項を付加することも可能であり、例えば、図
２に示す実施例において中空部に伝熱性の絶縁体３を挿
入したり、あるいは、図３に示すように、一方のカバー
２のみを実装基板１で形成するとともに、他方のカバー
２を熱伝導性の良好な材料で形成し、中空部に伝熱性の
絶縁体３を挿入することも可能であり、このように構成
することにより、半導体素子１０の発熱を実装基板１と
カバー２とから放熱させることが可能になる。

【００２７】図４、５に本発明の第３の実施例を示す。
この実施例において、伝熱性カバー２の上面には中心部
に孔２２が穿孔されたボス（固定手段）２０が突設され
ており、該ボス２０にネジ止めされる固定具５０により
熱電冷却素子５が装着される。

【００２８】固定具５０は、４本のアームを有して平面
視十字形状に形成されており、各アームの先端部をタッ
ピンスクリュー等の止着子２３を使用してボス２０に固
定することにより、熱電冷却素子５の脱落を防止してい
る。

【００２９】なお、固定手段２０としては、上述した例
以外に、熱電冷却素子５を後付け可能にするための種々
の変更が可能であり、例えば鈎状に形成し、固定具５０
を係止させることができる。また、固定手段２０の形成
は、カバー２に一体形成する以外に、雌ねじ部材等をイ
ンサート成型することによっても行うことができる。

【００３０】熱電冷却素子５は、ペルチェ素子等、ペル
チェ効果に基づいてつくられた電子熱ポンプ素子であ
り、該熱電冷却素子５への給電は、コネクタ１１を介し
て実装基板１に供給される電源を給電用リード５１を介
して引き込むことにより行われる。熱電冷却素子５とし
ては、例えばＮ形半導体とＰ形半導体を金属片で接合し
てモジュール化したものが使用可能であり、吸熱面をカ
バー２に当接させた状態で装着される。

【００３１】なお、熱電冷却素子５への給電方法は、独
立電源によるもの、あるいはＰＣカードが実装される装
置本体側から独立経路を取ってなされるもの等、種々の
変更が可能であり、さらには、固定具５０を給電用リー
ドとして利用することも可能である。

【００３２】図６、７に図４の変形例を示す。この変形
例において、カバー２には熱伝導性に優れた基体を使用
した基板８が使用される。基板８には所望のプリントパ
ターンが形成されており、該プリントパターン上に熱電
冷却素子５が実装される。モジュール化された複数の半
導体チップ５３、５３・・を熱電冷却素子５として使用
する本実施例において、各半導体チップ５３、５３・・
が直接基板８上のプリントパターン、あるいはサブ基板
８０に接合され、該半導体チップ５３、５３・・間の電
気的接続、および、給電は、基板８、およびサブ基板８
０上のプリントパターンを介して行われる。なお、図７
において５２は給電端子を示す。

【００３３】また、図６、および図６に示した実施例に
おいては、一方のカバー２のみに熱電冷却素子５を実装
した場合が示されているが、両方のカバー２、２への実
装も可能であり、さらに、ＰＣカードの内部に第１の実
施例で示した伝熱性絶縁体３を挿入することも可能であ
る。この場合、第１の実施例で示した種々の変形の採用
も可能である。

【００３４】図８、９に本発明の第４の実施例を示す。
この実施例において、カバー２は熱伝導性の良好な材料
により形成されており、該カバー２の表面には複数の放
熱フィン２１、２１・・が突設される。放熱フィン２１
を備えたカバー２の製造には、ダイカスト等による一体
成形の他に、プレート部にブロック状の放熱フィン２１
を後付けする方法が使用可能である。

【００３５】さらに、カバー２に予め適宜の固定手段を
形成しておくと、必要に応じて放熱フィン２１を後付け
することが可能となり、この場合、放熱フィン２１、２
１・・は装着部を備えた拡張放熱フィンとして提供され
る。上記固定手段としては、拡張放熱フィンの装着方法
により適宜選択されるが、拡張放熱フィンをネジ止めす
る場合には、ネジ孔、あるいはタッピンスクリュー用下
孔が、バックル状の締結具により装着する場合には、係
止用の突起、あるいは孔が形成される。

【００３６】放熱フィン２１の形状は図示のピン型のみ
に限られるものではなく、平面視矩形状のプレート形状
のもの、あるいは冷却風の導線を考慮した曲線形状のも
のであってもよい。

【００３７】また、本実施例において、表裏両面のカバ
ー２に放熱フィン２１を突設することももちろん可能で
ある。また、中空部に伝熱性絶縁体３を挿入することは
放熱面、すなわちカバー２への伝熱を促進するために有
効な変形であり、この場合、第１実施例において説明し
た種々の変形の採用も可能である。さらに、第２の実施
例で示したように、カバー２を実装基板１により形成す
ることも可能であり、この場合、一方、または両方の実
装基板１の表面に複数の放熱フィン２１を突設すればよ
い。カバー２を実装基板１により形成する際には、第２
の実施例で示した種々の変更が可能である。

【００３８】また、以上の第１ないし第３の実施例にお
いて、ＰＣカードの側壁、あるいは表面（カード外郭）
に温度変化により可逆的に変色する温度検知膜を形成し
ておくと、温度検知膜の色からＰＣカードの温度を知る
ことができるために、温度上昇したＰＣカードを誤って
引き抜くことが防止される。

【００３９】温度検知膜の形成は、サーマルペイントを
直接カード外郭に塗布したり、あるいはサーマルペイン
トを塗布したテープをカード外郭に貼着することにより
行われる。温度検知膜はＰＣカードの抜き差し、特に装
置本体からＰＣカードを抜く際に操作者から見える位置
に形成され、カード外郭の引き抜き側端部、あるいは端
面に設けるのが望ましく、さらに、変色温度は、５０℃
程度とするのが望ましい。

【００４０】図１０に本発明の第５の実施例を示す。こ
の実施例において、カードの側縁、詳しくは、カードコ
ネクタのガイドレール部６０によりガイドされる辺縁に
ロック部材７が装着される。ロック部材７はバイメタル
を使用した板状体であり、適度な初期撓みをもたせて図
１０に実線で示す姿勢で装着される。ロック部材７は、
コネクタ１１側の一端が図において矢印方向に移動自在
であり、ＰＣカードの温度上昇に伴って該一端が引き抜
き側端縁に向けて移動しつつ図１０において鎖線で示す
姿勢に移行する。一方、ガイドレール部６０の内壁に
は、図１１に示すように、ＰＣカードを装置本体に装着
した状態でロック部材７に対応するロック凹部６１が凹
設される。

【００４１】したがってこの実施例において、ＰＣカー
ドに通電されて該ＰＣカードの表面部の温度が上昇する
と、ロック部材７は図１１（ａ）に示す姿勢となってロ
ック凹部６１内に嵌合し、以降の脱離操作が阻止され
る。装置が停止してＰＣカードの温度が硬化すると、ロ
ック部材７は図１１（ｂ）に示す初期姿勢に再び戻るこ
とから、ＰＣカードの脱離操作が可能となる。

【００４２】本実施例は、ＰＣカード稼働時に誤って装
置本体から抜かれるのを防止することに加えて、操作者
が誤って加熱状態のＰＣカードに触れるのを防止するた
めに有効であり、この場合、上述したように、温度検知
膜とともに使用することにより、ＰＣカードに全く触れ
ることなくＰＣカードが加熱状態にあることを知ること
ができるので、より安全性を向上させることができる。

【００４３】また、図１１（ａ）においてハッチングを
施す領域、すなわち、引き抜き操作時に指で挟まれる部
位のみを低熱伝導性材料により形成することにより、最
初に触れた際の不具合を防止することが可能となる。

【００４４】図１２に本発明の第６の実施例を示す。こ
の実施例は、上述したＰＣカードを使用するのに適した
カードコネクタに関するものである。カードコネクタＡ
は、ＰＣカード側のコネクタ１１がプラグインされるコ
ネクタ部６２と、コネクタ同士の嵌合が円滑に行われる
ためにＰＣカードの挿入方向を規制するためのガイドレ
ール部６０とを有する。

【００４５】ガイドレール部６０は、熱伝導性の良好な
材料により断面コ字形状に形成されており、例えば、マ
グネシウム合金、アルミニウム、あるいはアルミニウム
合金等の金属材料により形成される。さらに、ガイドレ
ール部６０の天井壁には伝熱性に優れ、かつ、バネ性に
富む材料により形成されたバネ体６３が装着される。

【００４６】したがってこの実施例において、ＰＣカー
ドをカードコネクタのガイドレール部６０に装着する
と、ＰＣカードの上面側側縁部がバネ体６３により押圧
されることからガイドレールの下面側側縁部がガイドレ
ール部６０に押しつけられ、半導体素子１０の発熱は、
図１２（ｃ）で矢印で示すように、ガイドレール部６０
との接触部と、バネ体６３とからガイドレール部６０に
伝熱して放熱される。

【００４７】なお、バネ体６３の装着位置は、ＰＣカー
ドの上下面に対応させる以外に、図１３に示すように、
側縁面を押圧するように構成することも可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば半導体素子の発熱を効率的に放熱することがで
きるために、ＰＣカードへの高発熱素子の実装が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図で
ある。

【図３】図２の変形例を示す図で、（ａ）は断面図、
（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図である。

【図５】カバーを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
側面図である。

【図６】図４の変形例を示す図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図である。

【図７】カバーを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
側面図である。

【図８】本発明の第４の実施例を示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図である。

【図９】カバーを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
側面図である。

【図１０】本発明の第５の実施例を示す図で、（ａ）は
平面図、（ｂ）は側面図である。

【図１１】ロック部材の動作状態を示す図で、（ａ）は
ロック状態を示す図、（ｂ）はアンロック状態を示す図
である。

【図１２】本発明の第６の実施例を示す図で、（ａ）は
平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大断
面図である。

【図１３】図１２の変形例を示す図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は側面図である。

【図１４】従来例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）
は側面図である。

【符号の説明】

１ 実装基板 １０ 半導体素子 １１ コネクタ ２ カバー ２０ 固定手段 ２１ 放熱フィン ３ 絶縁体 ３０ 伝熱シート体 ４ 空隙 ５ 熱電冷却素子 ５３ 半導体チップ ６０ ガイドレール部 ６１ ロック凹部 ６２ コネクタ部 ６３ バネ体 ７ ロック部材

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−188589（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−222713（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−108393（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−272900（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−336296（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−599（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−309532（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−299600（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−334357（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−336095（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−7175（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−174173（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06K 19/00 - 19/077 G06K 17/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発熱素子が配置された実装基板と、 基板の上下両面または片面に熱伝導性の良好な金属から
   なるカバーを形成したＰＣカードにおいて、 カバーと基板の間には、熱伝導性の良好な絶縁物が介装
   され、かつ発熱素子上部には、カバーの変形を吸収する
   空隙を形成することを特徴とする ＰＣカード。
2. 【請求項２】前記絶縁体内に、熱伝導性の良好な伝熱シ
   ートが介装される請求項１記載のＰＣカード。