JP4037810B2 - 小型無線装置及びその実装方法 - Google Patents

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Description

本発明は、携帯電話や無線通信機等の小型無線装置及びその実装方法に関する。
従来、2つ以上に分けられた電気回路及び、その電気回路を構成するプリント回路板を装置内に実装する場合、第1のプリント回路板と第2のプリント回路板とを各種コネクタやピン接触方式等によって電気的に接続し、第1、第2のプリント回路板の間に第1のプリント回路板上の電気回路を保護すると共に、第2のプリント回路板を位置決め固定するためのフレームを実装していた(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−111232号公報
ところで、上述した従来技術におけるフレームは、樹脂モールドやダイカスト合金などで形成され、第2のプリント回路板の固定にはネジを使用したり、フック形状で嵌合させたりしていた。樹脂モールドによるフレームの場合は樹脂を成形すると、製造工程上ある程度の厚みが必要であり、フレームの厚みが増すことにより、小型無線装置の小型化、薄型化を妨げる要因にもなっていたという問題があった。
第2のプリント回路板の固定にネジを使用する場合には、小型無線装置の製造工場にてネジ取り付けの工程が発生し、作業性が悪いという問題もあった。
第2のプリント回路板の固定にフックによる嵌合を用いる場合には、フックのツメが折れるという問題もあった。ダイカスト合金は小型、薄型化には効果が大きい反面、製造でのコストがかかってしまうという問題があり、樹脂モールドと同じようにネジ取り付けの工程が発生する等の問題があった。
さらに、第1のプリント回路板上の電気回路と第2のプリント回路板の電気回路とを電気的に接続するコネクタやピン接触では十分なグラウンド電位を供給することができず、樹脂モールドで形成したフレームにアルミ蒸着を施したものを伝達物として使用していた。これは、第1、第2のプリント回路板上に、電気的に接触する金属製のバネやピンを搭載し、アルミ蒸着されたフレームと接触させ、グラウンド電位の供給を強化するためである。
しかしながらアルミ蒸着は製造時にコストがかかるため、アルミ蒸着した樹脂モールド製のフレームはコストがかかるという問題があった。
また、アルミ蒸着した樹脂モールド製のフレームを用いた場合は、接触式のため十分な導電性が得られず、グラウンド電位の供給が不十分であると共に、熱伝導性も不十分なため熱がプリント回路板の一部分に停滞してしまうという問題があった。
そこで、本発明の目的は、2つ以上のプリント回路板を接続する際に、装置内に小型、薄型化が可能なように効率よく実装し、電気的、機構的、熱対策的にも従来の方式から改善すると共に、コストダウンが可能な小型無線装置及びその実装方法を提供することにある。
本願発明の小型無線装置は、内部回路を2つ以上のプリント回路板で構成し、各プリント回路板を電気的に接続すると共に構造的に固定して実装した、携帯電話端末やPHS端末等の小型無線装置であって、第1のプリント回路板にその実装部品を覆うように実装した金属製のシールドフレームと、該シールドフレーム上に実装した第2のプリント回路板と、を備えた小型無線装置において、前記第2のプリント回路板を実装部品面の反対側の底面層が面状のグラウンド電位層となるように構成すると共に、前記第2のプリント回路板を無線回路で構成し、前記第2のプリント回路板が前記シールドフレームと物理的に接触せずに電気的に接続したことを特徴とする。
本願発明の小型無線装置の実装方法は、内部回路を2つ以上のプリント回路板で構成し、各プリント回路板を電気的に接続すると共に構造的に固定して実装する、携帯電話端末やPHS端末等の小型無線装置の実装方法であって、第1のプリント回路板にその実装部品を覆うように金属製のシールドフレームを実装し、該シールドフレーム上に第2のプリント回路板を実装することを特徴とする小型無線装置の実装方法において、前記第2のプリント回路板を実装部品面の反対側の底面層が面状のグラウンド電位層となるように構成すると共に、前記第2のプリント回路板を無線回路で構成し、前記第2のプリント回路板が前記シールドフレームと物理的に接触せずに電気的に接続することを特徴とする。
(発明の特徴)
図1に、本発明に係る小型無線装置の実装方法を適用した小型無線装置の拡散分解斜視図を示す。
図1に示すように、本発明による小型無線装置はプリント回路板上の第1の電気回路111を覆うかたちで実装されたシールドフレーム121上に、第2の電気回路211を配置する構成を取っている。この構成において、第1のプリント回路板101上の第1の電気回路111あるいは無線回路と、第2の電気回路211あるいは無線回路とは電気的に接続されており、かつ第2のプリント回路板201−1は機構的にも第1のプリント回路板101に固定されており、電気回路の安定性向上、無線特性の向上、機構強度の向上、熱放射効率の向上を得るとともに、従来の実装方法と比べ、構成部品を安価なものが使用できるため装置のコストダウンの効果も得ることができる。
図1において第1のシールドフレーム121は第1のプリント回路板101上の第1の電気回路111を覆うかたちで実装されている。シールドフレーム121は導電性の金属からなるものであり、第1のプリント回路板101の電気回路のなかでも種々のノイズの発生源やノイズの影響を受けたくない電気回路を覆うことにより対ノイズ特性を向上させている。
一方、第2のシールドフレーム221−1は第2のプリント回路板201−1上の電気回路を覆うかたちで実装されている。第2のシールドフレーム221−1は導電性の金属であり、第2のプリント回路板201−1の電気回路のなかでも種々のノイズの発生源やノイズの影響を受けたくない電気回路を覆うことにより対ノイズ特性を向上させている。
第1のプリント回路板101と第2のプリント回路板201−1とはコネクタ112−1とレセプタ212−1とで電気的に電気回路が接続されている。シールドフレーム121は第1のプリント回路板101に半田付けされており、第2のシールドフレーム221−1と第2のプリント回路板201−1を第1のシールドフレーム121の上面に実装することにより、実装効率が向上するとともに、第1のシールドフレーム121及び第2のシールドフレーム221−1が電気回路の対ノイズ特性を向上させる。
第2のプリント回路板201−1は底面側(部品実装面とは反対側の面:第2のシールドフレーム221−1側)側の表面層を全面グラウンド電位として構成し、接続物331によって第2のシールドフレーム221−1に接続する。両シールドフレーム121、221−1は導電性の金属で構成しているため、各電気回路から発生する熱をプリント回路板101、201−1やシールドフレーム121、221−1に伝達させ、各電気回路111、211、プリント回路板101、201−1、シールドフレーム121、221−1に熱を分散させ、放出させることができる。
このようにして、本願発明では、2つ以上に分けられた電気回路及び、その電気回路を構成するプリント回路板101、210−1のうち、第1のプリント回路板101の電気回路の少なくとも一部に、導電性の金属で電気回路を覆うかたちで形成された第1のシールドフレーム121を実装し、二つ以上のプリント回路板の電気回路の少なくとも一部に、導電性の金属で電気回路を覆うかたちで形成された二つ以上のシールドフレームと二つ以上のプリント回路板を第1のプリント回路板101上に実装された第1のシールドフレーム121上に実装するように構成しているので、実装効率の低減ができると共に、電気回路の熱放射効率を上げ、対ノイズ特性を向上させ、電気的特性を向上させることができる。シールドフレーム121、221−1は導電性の金属でステンレス鋼やリン青銅にニッケルメッキを施したものでも構成できるためコストダウンをはかることも可能である。
2つ以上のプリント回路板を接続する際に、装置内に小型、薄型化が可能なように効率よく実装し、電気的、機構的、熱対策的にも従来の方式から改善すると共に、コストダウンが可能な小型無線装置及びその実装方法の提供を実現することができる。
本発明の実施の形態について図1を参照して説明する。
図1において第2の電気回路211を実装した第2のプリント回路板201と第2の電気回路211を覆うようなかたちで形成された第2のシールドフレーム221−1を、第1のプリント回路板101上に実装した第1の電気回路111の少なくとも一部を覆うようなかたちで形成された第1のシールドフレーム121上部に実装するように構成する(両シールドフレーム121、221−1は、有蓋無底の箱状に形成されている)。
このとき両シールドフレーム121、221−1は導電性の金属で構成し、各プリント電気回路101、201−1板に半田付け搭載することが可能なため、ネジ等のフレームを固定する部品が必要なく、両シ−ルドフレーム121、221−1の形も簡単に構成できる。
また、これらのシールドフレーム121、221−1はステンレス鋼やリン青銅のような安価な金属板で構成でき、加工も簡単なためコストが抑えられる。さらに、金属板は薄く堅いため装置の厚みを抑えながら、機構的にも強度を得られる。各シールドフレーム121、221−1は電気回路の少なくとも一部を覆うことによって、電気回路内から発生する放射ノイズを抑制することともに、他の電気回路からの放射ノイズをシールドフレーム121、221−1内の電気回路に対し遮断することができる。また、プリント回路板101、201−1を半田付けすることが可能なため接触式のものに比べ導電性が向上し、熱伝導性が増すことによって、プリント回路板101上の電気回路から発生した熱をシールドフレーム121、221−1や他のプリント回路板201−1に分散させることが可能であり、熱放射効率を向上できる。
このとき第2のプリント回路板201−1の底面(第1のシールドフレーム121)側の表面層は全面グラウンド電位となるように構成されており、第1のシールドフレーム121の上部に実装し、第1のプリント回路板101と接続する際、コネクタ112−1とレセプタ212−1によって電気回路111と電気回路211とを接続すると共に、接続物331が第2のプリント回路板201−1の底面と第1のシールドフレーム121の天板を接続することで導電性が向上し、第1の電気回路111及び第2の電気回路211のグラウンド電位を同電位にすることが可能となり、電気的特性が向上するとともに、熱伝導性も向上する。
ここで、第2の電気回路211が高周波無線回路で構成した場合、第2のプリント回路板201−1の底面を第1のシールドフレーム121の天板に限りなく近づけることにより、第2のプリント回路板201−1底面と第1のシールドフレーム121の天板とが高周波においてコンデンサとして働くことにより、高周波グラウンド電位を安定させることができる。
(実施例1の構成)
図1に本発明に係る小型無線装置の実施例1の拡散分解斜視図を示す。
図1に示す通り、本発明による小型無線装置は、第1のプリント回路板101と、第1の電気回路111と、第1のシールドフレーム121と、第2のプリント回路板201−1と、第2の電気回路211と、第2のシールドフレーム221−1と、コネクタ112−1と、レセプタ212−1と、接続物331とから構成される。
図1に示す小型無線装置は図4に示す本体ケース1、アンテナ2、電池3、スイッチ4、及び表示部5等から構成される。
図1の中で第1の電気回路111と、第2の電気回路211とは小型無線装置の電気回路であり、実装的な制約や特性上の制約から電気回路及び電気回路を実装するプリント基板を2つ以上に分けて構成している。
第1のプリント回路板101と第2のプリント回路板201−1とは第1の電気回路111及第2の電気回路211を実装し、プリント回路板101、201−1の表面層や内層に信号パターンを形成し、小型無線装置の電気回路を形成している。コネクタ112−1とレセプタ212−1は小型無線装置の第1の電気回路111と第2の電気回路211の電源、信号、グラウンドを電気的に接続する。コネクタ112−1はスタッキングタイプのコネクタを用いても良いし、フレキシブル基板を差し込むタイプであっても良く、第2のプリント回路板201−1の電気回路211と第1のプリント回路板101の電気回路111とを電気的に接続するものであれば部品や形状は問わない。
レセプタ212−1は第2のプリント回路板201−1にスタッキングレセプタ部品を実装したかたちで構成しているが、第2のプリント回路板201−1をフレキシブル基板として接触端子を形成すれば、スタッキングレセプタ部品を実装しなくとも構成でき、コネクタ112−1と同様に第2のプリント回路板201−1の電気回路211と第1のプリント回路板101の電気回路111とを電気的に接続するものであれば部品や形状は問わない
ここで第2のプリント回路板211は2層、あるいはそれ以上の層数で構成し、上側表面層や内層は第2の電気回路211の部品と部品を繋ぐ信号パターンが形成されており、底面側表面層は全面をグラウンド層として構成し、第1のシールドフレーム121や接続物331との接触のために、表面を銅箔のまま露出させるか、金メッキやニッケルメッキ、銀塗布等で表面処理しており、導通接触させることができるように構成している。
一般に小型無線装置の電気回路にはノイズ発生源となる高速CPUやクロック発生電気回路、昇圧チャージポンプ電気回路や無線送信電気回路があり、ノイズの影響を受ける電気回路としてアナログ音声電気回路、無線受信電気回路、無線送信電気回路がある。これらが同一プリント基板上、あるいは同一装置内に実装されていることから、電気回路から電気回路へノイズとして影響させる場合がある。実際にはプリント回路板上の実装レイアウトを工夫したり、電気回路間で干渉しないような実装をしたりすることによって種々のノイズの影響を低減している。
第1のシールドフレーム121はこのようなノイズの発生源となる電気回路、またはノイズの影響を受けやすい電気回路を一つのブロックにまとめ、そのブロック全体を覆うような形で構成する。このとき第1のシールドフレーム121で覆われる電気回路ブロックは直方形になるように構成すれば、第1のシールドフレーム121の形状も直方形にでき、簡単な構造にすることで製造が容易になり第1のシールドフレーム121のコストを下げることができる。第1のシールドフレーム121は第1のプリント回路板101に半田付けして実装するのが好ましい。
近年はプリント基板への電気回路部品の搭載は自動搭載機を用いて行われており、第1のシールドフレーム121も自動搭載機によって実装することが可能であるため、製造面でも実装コストを低減できる。半田付け部はグラウンド電位として構成し、第1のシールドフレーム121のグラウンド電位と第1のプリント回路板101のグラウンド電位とを同電位にするために、半田付け部の面積を大きく取るのが好ましい。第1のシールドフレーム121のグラウンド電位が第1のプリント回路板101のグラウンド電位に近づくほど第1のシールドフレーム121で覆われた電気回路動作が安定すると共に、対ノイズ特性が向上する。
図1の波線121’は第1のシールドフレーム121を第1のプリント回路板101上に実装される位置を示している。
第2のシールドフレーム221−1は第1のシールドフレーム121と同様に、ノイズの発生源となる電気回路、またはノイズの影響を受けやすい電気回路を一つのブロックにまとめた電気回路211を覆うようなかたちで構成する。第2のシールドフレーム221−1の形状は第1のシールドフレーム121の形状と同様に直方形が望ましいが、装置筐体との実装制限等に応じて異型となっても良く、第2の電気回路211を覆うかたちであれば良い。
第2のシールドフレーム221−1は第1のシールドフレーム121の天板の内面側に実装され、第1のシールドフレーム121に半田付けしたり、両シールドフレーム121、221それぞれにフック(図示せず。)を付け嵌合させるように実装しても良い。両シールドフレーム121、221−1を半田付けする場合も、フック等で嵌合させる場合も第2のシールドフレーム221−1の底面と第1のシールドフレーム121の天板、さらに第2のシールドフレーム221−1の側面内側とシールドフレーム121の側面外側を接触させる等、第1のシールドフレーム121と第2のシールドフレーム221との接触面積を広く、大きく取るのが良く、それによって両シールドフレーム121、221のグラウンド電位差が小さくなり第2のシールドフレーム221−1に覆われた第2の電気回路211の動作が安定すると共に、対ノイズ特性が向上する。
接続物331は第2のプリント回路板201と第1のシールドフレーム121とを接続するもので、導電性の両面テープを使い、第2のプリント回路板201のグラウンド電位と第1のシールドフレーム121のグラウンド電位とが電気的に等しくなるように接続すると共に、第2のプリント回路板201−1を第1のシールドフレーム121に機構的に実装し、固定している。
図1の波線331’は接続物331及び第2のプリント回路板201−1を第1のシールドフレーム121の天板の外側の面(天面)に実装した状態を示している。
図2には、図1に示した第1の電気回路、第1のシールドフレーム、第2のプリント回路板、第2の電気回路、及び第2のシールドフレームを実装した状態を示す斜視透視図が示されている。すなわち、図1の本発明の構成である第1の電気回路111と、第1のシールドフレーム121と、第2のプリント回路板201(図1参照)と、第2の電気回路211と、第2のシールドフレーム221−1と、コネクタ112−1(図1参照)と、レセプタ212−1と、接続物331(図1参照)とを第1のプリント回路板101に実装した状態が示されている。
また、図3には図1に示した第2のプリント回路板201−1の底面側からの斜視図を示す。
図3において、第2のプリント回路板201−1の底面層部分(図3斜線部分:201−1a)は一面をグラウンドパターンで構成しており、表面を銅箔のまま露出させるか、金メッキやニッケルメッキ、銀塗布等で表面処理しており、導通接触させることができるように構成している。
図4は本発明に係る小型無線装置の構造図を示し、図2に示す本発明の小型無線装置の構成要素である第1のプリント回路板101及びそれに実装された本発明の構成要素が筐体1内に配置されている状態を示す。
図5は本発明に係る小型無線装置の電気回路構成図を示す。
波線部(121、221−1)はシールドフレームを示し、波線内の電気回路はそれぞれシールドフレーム121、221−1で覆われているブロックを示している。
(実施例1の動作)
図4に示すように小型無線装置は電気回路を構成しているプリント回路板101、201−1や本体筐体1、アンテナ2、電池3、スイッチ4や表示部5、その他図示しないスピーカ、バイブレータ、カメラ等様々な部品を筐体内に実装しながらも、携帯性を保つために小型、薄型化を目指さなければいけない。
小型無線端末の高性能化に伴い部品の数も増えるとともに、CPUやクロック周波数の高速化が進んでいる。また、携帯電話等に代表されるこのような小型無線装置は付加機能を持たせるために、携帯電話としての無線回路と付加機能のための無線回路を実装する要求が増えている。例えばGPS(Global Positioning System)やBLUETOOTH、ラジオ、テレビジョンといった第2の無線回路を実装しなければならない。
また、携帯電話システムは国や事業者によって異なるシステムを使用している場合に、2つ以上のシステムに対応できるように小型無線装置内にそれぞれのシステムに対応した無線回路をそれぞれ2つ以上実装する必要がある。
このように、小型無線装置の高性能化、高機能化、複合化が進む中、装置の小型化、薄型化の要求も高まり、小型無線装置を開発する上では如何に実装効率を向上させるかと共に高性能化、高機能化による無線ノイズ、制御ノイズを抑え、さらに価格も抑えなければならない。
図1に示す小型無線回路の電気回路を構成するプリント回路板101、201−1は、部品点数の増加や、装置筐体の小型化、薄型化による実装的な制約、小型無線装置の高機能化、高性能化によるクロック周波数の高速化によるクロックノイズの影響回避、CPUや充電電気回路、電源電気回路等からの発熱の分散、周波数やシステムの異なる無線回路の電気回路分別化といった特性上の制約等の様々な理由から電気回路及び電気回路を実装するプリント基板を2つ以上に分けて構成している。
図5は本発明の第1の実施例の動作及び構成を示すブロック図である。
図5において無線回路は図1の第2の電気回路211に相当し、第2のプリント回路板201−1に実装される。図5のレセプタ212−1、コネクタ112−1は、図1のレセプタ212−1、コネクタ112−1に相当し、図5の制御電気回路は図1の電気回路111に相当し、第1のプリント回路板101に実装されている。制御電気回路の中には図示しないCPUやクロック発振電気回路があり、これらの電気回路は図示しないアナログ音声電気回路や無線回路にノイズとして影響を与え、小型無線装置の実装や構成に影響を与え、実装の制約となっている。
このようなノイズ発生源に対しては、電気回路の電源電圧を下げたり、バイパスコンデンサ等でノイズの発生量を軽減したりする対策がとられているが、小型無線装置の高機能化、高性能化に伴い、このような対策のみでは干渉を防止することができないことが多い。
そこで、ノイズの発生源となっている電気回路を図1に示すように第1のシールドフレーム121で覆い被せる部分に実装する。導電性の金属で構成された第1のシールドフレーム121は電磁波ノイズを遮断し内部電気回路からのノイズの輻射を低減できると共に、外部からのノイズの影響をも低減できる効果がある。第1のシールドフレーム121は第1のプリント回路板101に半田付けすることでノイズの輻射、干渉を抑えることができる。このとき半田付け部はグラウンド電位とし、半田付けの面積を広く取ることで、第1のシールドフレーム121のグラウンド電位を第1のプリント回路板101と等しくすることができ、ノイズの輻射、干渉に対しより強くすることができる。また、機構的にも第1のプリント回路板101に固定され、内部の電気回路を保護することができる。
無線回路は図1に示す第2のプリント回路板201−1に実装される。携帯電話において無線回路は装置内のCPUノイズやクロックノイズの影響を受けやすく、無線特性の劣化を起こす。また、無線回路はグラウンド電位が安定しないと特性が劣化しやすい問題がある。とくに、図1のように、無線回路と制御電気回路とをレセプタ212−1やコネクタ112−1で接続する場合、十分なグラウンド電位が得られないという問題があった。
そこで、本発明では第2のプリント回路板201−1の底面側表面層を全面をグラウンド層として構成し、接続物331と接触させ、第1のシールドフレーム121と接続させているため、無線回路の実装されている第2のプリント回路板201−1のグラウンド電位が第1のプリント回路板101のグラウンド電位と等しくなるようにすることができる。このため、両プリント回路板101、201−1のグラウンド電位が安定し、無線回路の特性が向上する。また第2のプリント回路板201−1を覆うかたちでシールドフレーム221−1が第1のシールドフレーム121上に実装されているため、無線回路からのノイズの輻射、無線回路へのノイズの干渉を低減することが可能である。
一般に携帯電話は図示しない無線回路にある送信電気回路や、制御電気回路にある電池充電電気回路を具備しており、これらの電気回路が動作する場合には、電気回路が発熱し、動作が長時間に及ぶ場合には熱が電気回路周辺に集中してしまう問題がある。
また、金属は電気的伝導性が高いと共に、熱伝導性も高いことは周知の事実である。
そこで、本発明では、第1のプリント回路板101、第2のプリント回路板201−1、第1のシールドフレーム121、第2のシールドフレーム221−1がそれぞれ電気的に接続されているおり各構成要素間の導電性が高く、熱導電性が向上しているため、送信電気回路や充電電気回路からの熱をそれぞれのプリント回路板101、201−1、シールドフレーム121、221−1に分散させることが可能であり、熱放射効率が改善される。
また、第1のプリント回路板101に第1のシールドフレーム121を実装し、その第1のシールドフレーム121上に第2のプリント回路板201−1、第2のシールドフレーム221−1を実装しているため、実装効率が良く、装置の小型化薄型化がはかれる。
さらに、従来の樹脂モールドやダイカスト製のフレームを使わずに構成できるため、部品の価格を押さえられると共に、部品を固定するための追加の部品を必要としないことから装置の価格が抑えられる。
ここで、図5の無線回路がGHzオーダの高周波電気回路である場合には、第2のプリント回路板201−1と第1のシールドフレーム121との間隔を限りなく近づけることで、第2のプリント回路板201−1の底面部の銅箔と第1のシールドフレーム121の金属板とがコンデンサとして働き、高周波数帯域におけるグラウンド電位を導通させることが可能である。この場合接続物331は導電性のものである必要はなく、第2のプリント回路板201−1を固定するために一般の両面テープで構成しても良い。
さらに、第2のプリント回路板201−1を第1のシールドフレーム121に半田付けするなどして固定すれば、第2のプリント回路板201−1を固定するための両面テープも必要なく、コストダウンが可能である。
また、ここでは第1のプリント回路板101上の制御電気回路のノイズ発生源を覆うように第1のシールドフレーム121を実装しているが、ノイズ発生源で無くとも良く、CSPタイプのICの強度対策として、第1のシールドフレーム121を構成し、その第1のシールドフレーム121上に第2のプリント回路板201や第2のシールドフレーム221−1を実装しても良く、ノイズ対策や熱放射対策、強度対策にこだわらず、実装効率向上、製造作業性向上、コストダウンさせるために本発明の構成をとっても良い。
図1の構成の中で第2のシールドフレーム221−1は第1のシールドフレーム121に実装するように構成したが、後述する図11に示すように、接続物331を金属製の板で構成し、接続物331の上に第2のプリント回路板201−3と第2のシールドフレーム221−4を実装し、接続物331を第1のシールドフレーム121に実装するように構成しても良い。
第2のプリント回路板201−1の接続物331への実装は半田付け性(半田ぬれ性)が良く、この場合半田付け部を第2のプリント回路板201−1のグラウンド電位部に設け、半田付け面積部分を広く取ることで、接続部331と、プリント回路板201−1と、第2のシールドフレーム221−1とのグラウンド電位を共通にすることができる。また、第2のシールドフレーム221−1を接続物331に実装する場合はフックで嵌合させたり、半田付けで実装したりするのが好ましく、嵌合部分の面積や、半田付け部分の面積を広く取ることで、接続部331及び第2のシールドフレーム221−1のグラウンド電位を共通にすることができる。これにより第2の電気回路211の動作が安定し、対ノイズ特性が向上すると共に、第2の電気回路211からの熱を第2のシールドフレーム221−1や接続物331に分散させることができ、熱放射特性が向上する。
そして、上記のように構成した接続部331を第1のシールドフレーム121に実装する。接続部331と第1のシールドフレーム121との接続はフックで嵌合させたり、半田付けで実装したりするのが好ましく、嵌合部分の面積や、半田付け部分の面積を広く取ることで、接続部331及び第1のシールドフレーム121のグラウンド電位を共通にすることができるので、第1のプリント回路板101とのグラウンド電位を共通にすることができる。この結果、熱伝導性が高く熱放射効率が向上すると共に、ノイズの輻射、干渉に対し、より強くすることができる。このように接続部331は小型無線装置の特性に合わせて材料を選択することも可能である。
さらにこのように、第2のシールドフレーム221−1と接続物331とで第2のプリント回路板201−1を全方向から覆うかたちで構成している場合には、第1のシールドフレーム121の天板の外側に第2のシールドフレーム221−1の天板の外側を接続するように実装しても良い。この場合第1のシールドフレーム121と第2のシールドフレーム221−1とは第1のプリント回路板101と第2のプリント回路板201−1とを組み合わせるためのスペーサ(フレーム)として作用させることが可能である。
接続物331を金属製の板で構成する場合の、第1のシールドフレーム121、第2のシールドフレーム221−1、第1のプリント回路板101、第2のプリント回路板201とのそれぞれの位置関係を表す構造図を図12に示す。
(実施例1の効果)
以上説明したように本実施例によれば、第1のプリント回路板上に第1のシールドフレームを実装し、第2のプリント回路板と第2のシールドフレームとを第1のシールドフレーム上に実装することにより、実装効率が向上し、小型無線端末の小型化、薄型化を実現できる効果がある。
さらに、無線回路やノイズ発生源、ノイズ影響源となる電気回路を第1のシールドフレーム121や第2のシールドフレーム221−1で覆うように実装することで、無線特性向上や対ノイズ特性向上の効果が得られる。
また、シールドフレームは金属製の板を箱状(蓋状)に加工すること構成しており、各プリント回路板と、各シールドフレームとを接続することによって、プリント回路板上の電気回路部品からの熱を効率よく分散することで、熱放射効率が向上する。
さらに、各シールドフレームと各プリント回路板との導電性を高めているので、グラウンド電位を同一にできるため、無線回路、電気回路の特性向上、動作安定性が向上する。
シールドフレームは金属製の板で構成しているため、安価に構成でき、プリント回路板やシールドフレーム同士の接続、固定方法も簡単に行えるため、製造コストを抑えることができる。
シールドフレームは金属製の板を箱状(蓋状)に構成しているため、プリント基板上の電気回路部品を補強できると共に、プリント回路板をも補強しているため、装置の強度が向上する。
このように本発明による小型無線装置は、装置小型化、薄型化、実装効率向上、無線回路、電気回路の安定動作、2つ以上のプリント回路板同士の固定方法改善、製造作業性向上、プリント回路板上の電気回路部品の補強向上、熱放射効率向上、コストダウンと多くの改善効果を複数同時に満たすことができる。
(実施例2の構成)
図6に本発明の小型無線装置の実施例2の拡散分解斜視図を示す。
図6において、第1のプリント回路板101と、第1の電気回路111と、第1のシールドフレーム121と、第2のプリント回路板201−1と、第2の電気回路211と、第2のシールドフレーム221−2と、コネクタ112−2と、接続物331とは実施例1で示したものと同様の部材を用いた。
実施例1では第2のシールドフレーム221−1は第1のシールドフレーム121上に実装していたが、実施例2では図6、図7に示すように第2の電気回路211を実装した第2のプリント回路板201−1と共に、第1のシールドフレーム121やコネクタ112−2を覆うようにして第1のプリント回路板101に実装するように構成している。図6において波線221’は第2のシールドフレーム221が第1のプリント回路板101上に実装した状態を示している。
また実施例1でも述べたように、第2のプリント回路板201−1をフレキシブル基板として構成し、レセプタの代わりに接触端子部212−2として第1のプリント回路板101上のコネクタ112−2に差し込み、小型無線装置の第1の電気回路111と第2の電気回路211との電源、信号、グラウンドを電気的に接続する。第2のプリント回路板201−1は実施例1と同様、底面層部分は一面をグラウンドパターンで構成しており、表面を銅箔のまま露出させるか、金メッキやニッケルメッキ、銀塗布等で表面処理しており、導通接触させることができるように構成している。
図7は図6に示した第1の電気回路、第1のシールドフレーム、第2のプリント回路板、第2の電気回路、及び第2のシールドフレームを実装した状態を示す外観斜視透図である。すなわち、図7は、図6の本発明の構成である第1の電気回路111と、第1のシールドフレーム121と、第2のプリント回路板201と、第2の電気回路211と、第2のシールドフレーム221−2と、コネクタ112−2と、接続端子部212−2と、接続物331とを第1のプリント回路板101に実装した状態を示す。
(実施例2の動作)
図8は本発明の実施例2の動作及び構成を示すブロック図である。
小型無線装置の代表例として携帯電話機があるが、近年携帯電話システムの高速化に伴い、従来の携帯電話システムと、次世代の携帯電話システムの両方のシステムを使える携帯電話端末の要求等から、無線回路を2つ以上具備する装置も販売されている。図8はそのような無線回路を2つ以上具備した小型無線装置について説明する。
図8において第2の無線回路は図6の第2の電気回路211に相当し、第2のプリント回路板201−1に実装される。図8の接触端子部212−2と、コネクタ112−2とは図6接触端子部212−2と、コネクタ112−2とに相当し、図8の制御電気回路、充電電気回路、クロック電気回路、第1無線回路は図6の第1の電気回路111に相当し、第1のプリント回路板101に実装されている。
実施例2では、第1無線回路を図6に示すように第1のシールドフレーム121で覆い被せる部分に実装する。導電性の金属で構成された第1のシールドフレーム121は電磁波ノイズを遮断し内部無線回路からのノイズの輻射を低減できると共に、外部からのノイズの影響をも低減できる効果がある。第1のシールドフレーム121は第1のプリント回路板101に半田付けすることでノイズの輻射、干渉を抑えることができる。このとき半田付け部はグラウンド電位とし、半田付けの面積を広く取ることで、第1のシールドフレーム121のグラウンド電位を第1のプリント回路板101と等しくすることができ、熱伝導性が高く熱放射効率が向上すると共に、ノイズの輻射、干渉に対し、より強くすることができるので、第1無線回路の動作が安定し、特性が向上する。
また、機構的にも第1のプリント回路板101に固定されているので、内部の電気回路を保護することができる。
第2無線回路は図6に示す第2のプリント回路板201−1に実装される。第2のプリント回路板201−1の底面側表面層を全面をグラウンド層として構成し、接続物331と接触し、第1のシールドフレーム121と接続させているため、第2無線回路が実装されている第2のプリント回路板201−1のグラウンド電位を第1のプリント回路板101のグラウンド電位と等しくすることができる。このため、グラウンド電位が安定し、第2無線回路の特性が向上するとともに、第1無線回路、第2無線回路、その他第1のプリント回路板101上の電気回路から発生する熱を各プリント回路板101、201−1、各シールドフレーム121、221−2間で分散させることができるため熱放射効率が向上する。
図1に示す実施例1では第2のシールドフレーム221−1を第1のシールドフレーム121上に実装していて、コネクタ112−1、レセプタ212−1を第2のシールドフレーム221−1の外側に実装していた。
図6に示す実施例2では第2のプリント回路板201−1と共にコネクタ112−2、端子接続部212−2を覆うように第2のシールドフレーム221−2を形成し、第1のプリント回路板101に実装している。第2のプリント回路板201−1、コネクタ112−2、及び端子接続部212−2を覆うかたちで第2のシールドフレーム221−2が第1のプリント回路板101上に実装されているため、第2無線回路からのノイズの輻射、第2無線回路へのノイズの干渉を低減することが可能である。
さらに、第2のシールドフレーム221−2を第1のシールドフレーム121を覆うと同時に、第2のシールドフレーム221−2の側面内側を第1のシールドフレーム121の側面外側と接触させるように構成すれば、グラウンド電位をさらに強くすることができ、熱伝導性を高め、熱放射効率をさらに向上させることが可能である。
実施例2では、第1のプリント回路板101に第2のプリント回路板201−1を実装した第1のシールドフレーム121に実装し、第2のプリント回路板201−1を実装した第1のシールドフレーム121を覆うようにして、第2のシールドフレーム221−2を第1のプリント回路板101に実装しているため、実装効率が良く、装置の小型化薄型化がはかれる。
さらに、本実施例2の小型無線装置は、従来の樹脂モールドやダイカスト製のフレームを使わずに構成できるため、部品の価格を押さえられると共に、部品を固定するための追加の部品を必要としないことから装置の価格が抑えられる。
(実施例3の構成)
図9に本発明に係る小型無線装置の実施例3の拡散分解斜視図を示す。
図9において、第1のプリント回路板101と、第1の電気回路111と、第1のシールドフレーム121と、第2のプリント回路板201−2と、第2の電気回路211と、第2のシールドフレーム221と、コネクタ112−1と、レセプタ212−1と、接続物331とは実施例1で示したものと同様である。
実施例1では第2のシールドフレーム221−1は第2の電気回路211及び第2のプリント回路板201−1を覆うように第1のシールドフレーム121の天板上に実装していたが、実施例3では図9、図10に示すように第2の電気回路211を実装した第2のプリント回路板201−2に第2のシールドフレーム221−3を実装している。
図10は図9に示した第1のプリント回路板、第1の電気回路、第1のシールドフレーム、第2のプリント回路板、第2の電気回路、及び第2のシールドフレームを実装した状態を示す外観斜視図である。
第2のプリント回路板201−2は接続物331によって第1のシールドフレーム121の天板の外側に実装させる場合は、接続物331は導電性の両面テープで構成する。あるいは第2のプリント回路板201−2を第1のシールドフレーム121の天板の外側に半田付けするように構成しても良い。実施例1、実施例2で述べたように、第2の電気回路211が高周波電気回路である場合は接続物331を一般の両面テープで構成しても良い。
(実施例3の動作)
導電性の金属で構成された第1のシールドフレーム121は電磁波ノイズを遮断し第1の電気回路111からのノイズの輻射を低減できると共に、外部からのノイズの影響をも低減できる効果がある。第1のシールドフレーム121は第1のプリント回路板101に半田付けすることでノイズの輻射、干渉を抑えることができる。このとき半田付け部はグラウンド電位とし、半田付けの面積を広く取ることで、第1のシールドフレーム121のグラウンド電位を第1のプリント回路板101の電位と等しくすることができ、ノイズの輻射、干渉に対し、より強くすることができる。これとともに、電気回路の動作が安定し、特性が向上し、さらに熱伝導性が向上し熱放射効率も向上する。また、機構的にも第1のプリント回路板101に固定されているので、内部の電気回路を保護することができる。
第2のプリント回路板201−2には第2の電気回路211が実装される。第2のプリント回路板201−2の底面側表面層の全面をグラウンド層として構成し、接続物331と接触し、第1のシールドフレーム121と接続させているため、第2の電気回路211の実装されている第2のプリント回路板201−2のグラウンド電位を第1のシールドフレーム121、及び第1のプリント回路板101のグラウンド電位と等しくすることができる。このため、グラウンド電位が安定し、第2の電気回路211の特性が向上する。第2のシールドフレーム221−3は第2のプリント回路板201−2に半田付けすることでノイズの輻射、干渉を抑えることができる。このとき半田付け部はグラウンド電位とし、半田付けの面積を広く取ることで、第2のシールドフレーム221−3のグラウンド電位を第2のプリント回路板201−2と等しくすることができ、ノイズの輻射、干渉に対しより強くすることができるとともに、電気回路の動作が安定し、特性が向上するとともに、熱伝導性が向上し熱放射効率が向上する。
実施例3では第2のプリント回路板201−2の第2の電気回路211を覆うように第2のシールドフレーム221−3を形成し、第2のプリント回路板201−2に実装している。第2のプリント回路板201−2は第1のシールドフレーム121の天板上に実装されているため、グラウンド電位を第1のシールドフレーム121及び第1のプリント回路板101と等しくすることができ、ノイズの輻射、干渉に対しより強くすることができるとともに、電気回路の動作が安定し、特性が向上する。このとき、第2のプリント回路板201−2は第1のシールドフレーム121上に半田付けすることでノイズの輻射、干渉をさらに抑えることができる。半田付け部はグラウンド電位とし、半田付けの面積を広く取ることで、第2のプリント回路板201−2のグラウンド電位を第1のシールドフレーム121、第1のプリント回路板101と等しくすることができ、ノイズの輻射、干渉に対し、より強くすることができ、電気回路の動作が安定し、特性が向上するとともに、熱伝導性が向上し熱放射効率が向上する。
第2のプリント回路板201−2の底面側表面層は全面をグラウンド層として構成しているため、第2の電気回路211が高周波電気回路である場合は、第2のプリント回路板201−2と第1のシールドフレーム121との間の距離を狭く構成することで、第2のプリント回路板201−2の底面部の銅箔と第1のシールドフレーム121の金属板とがコンデンサとして働き、高周波帯域においてグラウンド電位を導通させることが可能である。この場合接続物331は導電性のものである必要はなく、第2のプリント回路板201−2の固定のために一般の両面テープで構成しても良い。さらに、第2の電気回路211を高周波電気回路で構成する場合には、第2のプリント回路板201−2を第1のシールドフレーム121に半田付けするなどして固定すれば、第2のプリント回路板201−2を固定するための両面テープも必要なく、コストダウンが可能である。
(実施例4の構成)
図11に本発明に係る小型無線装置の実施例4の拡散分解斜視図を示す。
図11に示す通り、本発明による小型無線装置は、第1のプリント回路板101と、第1の電気回路111と、第1のシールドフレーム121と、第2のプリント回路板201−3と、第2の電気回路211と、第2のシールドフレーム221−4と、コネクタ112−1と、レセプタ212−1と、接続物331とから構成される。
図11に示した小型無線装置の図1に示した小型無線装置との相違点は、第1のプリント回路板101と、第2のプリント回路板201−3とが互いに部品実装面が向かい合うように(逆さまになるように)、第1のシールドフレーム121の天板と、第2のシールドフレーム221−4の天板とが接合されている点である。
図11に示す小型無線装置は図12に示す本体ケース1、アンテナ2、電池3、スイッチ4、及び表示部5等から構成される。
図11の中で第1の電気回路111と、第2の電気回路211とは小型無線装置の電気回路であり、実装的な制約や特性上の制約から電気回路及び電気回路を実装するプリント基板を2つ以上に分けて構成している。
第1のプリント回路板101と第2のプリント回路板201−3とは第1の電気回路111及第2の電気回路211を実装し、プリント回路板101、201−3の表面層や内層に信号パターンを形成し、小型無線装置の電気回路を形成している。コネクタ112−1とレセプタ212−1は小型無線装置の第1の電気回路111と第2の電気回路211の電源、信号、グラウンドを電気的に接続する。コネクタ112−1はスタッキングタイプのコネクタを用いても良いし、フレキシブル基板を差し込むタイプであっても良く、第2のプリント回路板201−3の電気回路211と第1のプリント回路板101の電気回路111とを電気的に接続するものであれば部品や形状は問わない。
レセプタ212−1は第2のプリント回路板201−3にスタッキングレセプタ部品を実装したかたちで構成しているが、第2のプリント回路板201−3をフレキシブル基板として接触端子を形成すれば、スタッキングレセプタ部品を実装しなくとも構成でき、コネクタ112−1と同様に第2のプリント回路板201−3の電気回路211と第1のプリント回路板101の電気回路111とを電気的に接続するものであれば部品や形状は問わない
(実施例4の動作)
導電性の金属で構成された第1のシールドフレーム121は電磁波ノイズを遮断し第1の電気回路111からのノイズの輻射を低減できると共に、外部からのノイズの影響をも低減できる効果がある。第1のシールドフレーム121は第1のプリント回路板101に半田付けすることでノイズの輻射、干渉を抑えることができる。このとき半田付け部はグラウンド電位とし、半田付けの面積を広く取ることで、第1のシールドフレーム121のグラウンド電位を第1のプリント回路板101の電位と等しくすることができ、ノイズの輻射、干渉に対し、より強くすることができる。これとともに、電気回路の動作が安定し、特性が向上し、さらに熱伝導性が向上し熱放射効率が向上する。また、機構的にも第1のプリント回路板101に固定されているので、内部の電気回路を保護することができる。
第2のプリント回路板201−3には第2の電気回路211が実装される。第2のプリント回路板201−3の底面側表面層を全面をグラウンド層として構成し、接続物331と接触し、第1のシールドフレーム121と接続させているため、第2の電気回路211の実装されている第2のプリント回路板201−3のグラウンド電位を第1のシールドフレーム121、及び第1のプリント回路板101のグラウンド電位と等しくすることができる。このため、グラウンド電位が安定し、第2の電気回路211の特性が向上する。第2のシールドフレーム221−4は第2のプリント回路板201−2に半田付けすることでノイズの輻射、干渉を抑えることができる。このとき半田付け部はグラウンド電位とし、半田付けの面積を広く取ることで、第2のシールドフレーム221−4のグラウンド電位を第2のプリント回路板201−3のグラウンド電位と等しくすることができ、ノイズの輻射、干渉に対しより強くすることができるとともに、電気回路の動作が安定し、特性が向上するとともに、熱伝導性が向上し熱放射効率が向上する。
実施例4では第2のプリント回路板201−3の第2の電気回路211を覆うように第2のシールドフレーム221−4を形成し、第2のプリント回路板201−3に実装している。第2のプリント回路板201−3は接続板331上に実装されているため、グラウンド電位を第1のシールドフレーム121及び第1のプリント回路板101と等しくすることができ、ノイズの輻射、干渉に対しより強くすることができるとともに、電気回路の動作が安定し、特性が向上する。このとき、第2のプリント回路板201−3は接続板331上に半田付けすることでノイズの輻射、干渉をさらに抑えることができる。半田付け部はグラウンド電位とし、半田付けの面積を広く取ることで、第2のプリント回路板201−3のグラウンド電位を第1のシールドフレーム121、第1のプリント回路板101のグラウンド電位と等しくすることができ、ノイズの輻射、干渉に対し、より強くすることができ、電気回路の動作が安定し、特性が向上するとともに、熱伝導性が向上し熱放射効率も向上する。
第2のプリント回路板201−3の底面側表面層は全面をグラウンド層として構成しているため、第2の電気回路211が高周波電気回路である場合は、第2のプリント回路板201−3と第2のシールドフレーム221−4の天板との間の距離を狭く構成することで、第2のプリント回路板201−3の底面部の銅箔と第2のシールドフレーム221−4の金属板とがコンデンサとして働き、高周波帯域においてグラウンド電位を導通させることが可能である。
携帯電話機、PHS(Personal Handyphone System)等の小型無線装置であって、内部電気回路は2つ以上のプリント回路板で構成し、2つ以上のプリント回路板を電気的に接続するとともに、構造的に固定して実装する装置及びその実装方法に利用可能である。
本発明に係る小型無線装置の実装方法を適用した小型無線装置の拡散分解斜視図であり、実施例1の拡散分解斜視図でもある。 図1に示した第1の電気回路、第1のシールドフレーム、第2のプリント回路板、第2の電気回路、及び第2のシールドフレームを実装した状態を示す斜視透視図である。 図1に示した第2のプリント回路板の底面側からの斜視図である。 本発明に係る小型無線装置の構造図である。 本発明に係る小型無線装置の電気回路構成図である。 本発明に係る小型無線装置の実施例2の拡散分解斜視図である。 図6に示した第1の電気回路、第1のシールドフレーム、第2のプリント回路板、第2の電気回路、及び第2のシールドフレームを実装した状態を示す外観斜視図である。 本発明の実施例2の動作及び構成を示すブロック図である。 本発明に係る小型無線装置の実施例3の拡散分解斜視図である。 図9に示した第1のプリント回路板、第1の電気回路、第1のシールドフレーム、第2のプリント回路板、第2の電気回路、及び第2のシールドフレームを実装した状態を示す外観斜視図である。 本発明に係る小型無線装置の実施例4の拡散分解斜視図である。 図11に示す小型無線装置の構造図である。
符号の説明
1 本体
2 アンテナ
3 電源電池
4 スイッチ
5 表示部
101 第1のプリント回路板
111 第1の電気回路
112 コネクタ
121 第1のシールドフレーム
201 第2のプリント回路板
201a 第2のプリント回路板の底面層
211 第2の電気回路
212 レセプタ、接続端子部
221 第2のシールドフレーム
331 接続物

Claims (6)

  1. 内部回路を2つ以上のプリント回路板で構成し、各プリント回路板を電気的に接続すると共に構造的に固定して実装した、携帯電話端末やPHS端末等の小型無線装置であって、第1のプリント回路板にその実装部品を覆うように実装した金属製のシールドフレームと、
    該シールドフレーム上に実装した第2のプリント回路板と、
    を備えた小型無線装置において、
    前記第2のプリント回路板を実装部品面の反対側の底面層が面状のグラウンド電位層となるように構成すると共に、前記第2のプリント回路板を無線回路で構成し、前記第2のプリント回路板が前記シールドフレームと物理的に接触せずに電気的に接続したことを特徴とする小型無線装置。
  2. 前記第2のプリント回路板を覆う他の金属製のシールドフレームを備えたことを特徴とする請求項に記載の小型無線装置。
  3. 前記他のシールドフレームを前記シールドフレーム、前記第1のプリント回路板、もしくは前記第2のプリント回路板に実装したことを特徴とする請求項記載の小型無線装置。
  4. 内部回路を2つ以上のプリント回路板で構成し、各プリント回路板を電気的に接続すると共に構造的に固定して実装する、携帯電話端末やPHS端末等の小型無線装置の実装方法であって、
    第1のプリント回路板にその実装部品を覆うように金属製のシールドフレームを実装し、
    該シールドフレーム上に第2のプリント回路板を実装することを特徴とする小型無線装置の実装方法において、
    前記第2のプリント回路板を実装部品面の反対側の底面層が面状のグラウンド電位層となるように構成すると共に、前記第2のプリント回路板を無線回路で構成し、前記第2のプリント回路板が前記シールドフレームと物理的に接触せずに電気的に接続することを特徴とする小型無線装置の実装方法。
  5. 前記第2のプリント回路板を他の金属製のシールドフレームで覆うことを特徴とする請求項項に記載の小型無線装置の実装方法。
  6. 前記他のシールドフレームを前記シールドフレーム、前記第1のプリント回路板、もしくは前記第2のプリント回路板に実装することを特徴とする請求項記載の小型無線装置の実装方法。
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