JP4306000B2

JP4306000B2 - 電気回路部の放熱装置

Info

Publication number: JP4306000B2
Application number: JP07911099A
Authority: JP
Inventors: 和美川野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: JP2000277976A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子携帯機器において、消費電力が大きい部品が複数存在し、しかも不要輻射対策のためにシールド部材で密閉されている電気回路部の放熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における電子携帯機器は高速動作化、高付加価値化に伴い、部品の消費電力が増大、つまり発熱量が増大している。この一方で、電子携帯機器の小型化も進展しており、内部空間の狭小化に伴い熱対策を施すに十分な空間の確保が困難な状況である。しかも、高速動作したり高周波無線信号を送受信したりするような電気回路部は、高発熱部品が点在するにもかかわらず、不要輻射対策のために、シールド部材によって密閉されているのが通常である。このような状況において電気回路部の放熱は、従来より自然放熱に依存してきている。
【０００３】
以下、この電気回路部の放熱装置の一例について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図６（ａ）は、従来の電気回路部の放熱装置の分解斜視図、図６（ｂ）は、同電気回路部の斜視図、図７は、電子携帯機器筐体内にある従来の電気回路部の放熱経路を示した模式図である。
【０００５】
図６（ａ）および図６（ｂ）において、１はアルミニウム等の電気や熱の良伝導体である材料からなるシールド部材であり、ケース状に形成され、電気回路基板２に搭載される。このシールド部材１は、電気回路基板２上に形成されているグランドパターン３に合致する形状である接触導通面を持つている。電気回路基板２には、高速動作部品や回路全体を司る制御部品など大消費電力部品４が実装されており、また、固定ネジ５により図７に示す電子携帯機器筐体６に固定されている。
【０００６】
次に、このような構成の電気回路部の放熱装置の放熱経路について、図７を用いて説明する。
【０００７】
まず、電子携帯機器が作動状態となると、大消費電力部品４では多大な電力が消費され、その消費電力に見合った分の熱が、シールド部材１の内部空間に放出される。この熱は、シールド部材１の内部空気の対流を引き起こしながら、シールド部材１へと伝達される。伝達された熱の一部は、シールド部材１外側の電子携帯機器筐体６内部の空気中へと伝達される。他の熱は、シールド部材１中を温度の低い方向へ向かって伝導するが、一般的に、空気中への熱伝達よりシールド部材１中の熱伝導の方が熱抵抗が小さいため、シールド部材１中を移動する熱量の方が遥かに大きい。
【０００８】
シールド部材１中を伝導してきた熱は、グランドパターン３へと伝達される。グランドパターン３に伝達された熱は、電気回路基板２を通じて一部は電子携帯機器筐体６内部空気へ、他は固定ネジ５へ伝達される。電子携帯機器筐体６内部空気および固定ネジ５へ伝達された熱は、最終的に電子携帯機器筐体６を介して外部空間に放出されることになる。
【０００９】
このように、代表的な放熱経路は、大消費電力部品４→空気→シールド部材１→グランドパターン３→電気回路基板２→固定ネジ５ｏｒ空気→電子携帯機器筐体６→空気となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の放熱装置では以下のような問題点を有している。
【００１１】
前述したように、近年の電子携帯機器は高速動作化・高付加価値化と小型化が急速に進展しており、これに伴い電子携帯機器内の発熱密度（Ｗ／ｃｍ³）も急増している。したがって、従来の放熱装置による放熱効果では、電気回路部の温度上昇を抑えられず、その結果、電気回路基板２上にある熱に弱い部品の故障や動作不良などを生じさせ、ひいては商品自体の信頼性も落としてしまうという問題がある。したがって、さらなる放熱効率の向上による電気回路部の温度上昇抑制が要求されてきている。
【００１２】
特に、シールド部材１のグランドパターン３との接触導通面およびグランドパターン３表面には微小な凹凸があり、接触面積が小さく、熱抵抗が大きい。図８はこの例を示している。つまり、前述した代表的な放熱経路において、シールド部材１を伝導してきた熱がグランドパターン３へと伝達される際、伝熱効率は下がることになる。
【００１３】
また、グランドパターン３に伝達された熱は、電気回路基板２を通じて一部は電子携帯機器筐体６内部空気へ、他は固定ネジ５へ伝達されるが、一般的に空気への熱伝達は熱抵抗が大きい。しかしその一方で、固定ネジ５への熱伝達は、熱的に不良導体である絶縁材料からなる電気回路基板２を介して行われるため、やはり熱抵抗が大きい。したがって、どちらにしても伝熱効率は下がる。
【００１４】
そこで、本発明は、熱抵抗を下げ、グランドパターンおよび固定ネジへの熱伝達量が増大することで、電気回路部の放熱効率を向上させた放熱装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、多層構造に構成された電気回路基板にシールド部材を搭載した電気回路部の放熱装置であって、電気回路基板は、電気回路基板の表面と同等な面積を有し１の内層に形成されたグランド専用層と、電気回路基板の表面に露出して形成されたグランドパターンと、グランド専用層とグランドパターンとを接続するインナービアホールと、電気回路基板の外層の一部を除去してグランド専用層を表面に露出させて形成された固定ネジ部を有し、シールド部材は、電気や熱の良伝導体材料をケース状に形成して、グランドパターンに合致する形状の接触導通面を有し、電気回路基板は、固定ネジ部を固定ネジにより機器筐体に固定して動作させ、電気回路基板の実装部品の熱をシールド部材の外側の空気中へ放熱する放熱経路と、シールド部材からグランドパターンとインナービアホールを経て固定ネジ部のグランド専用層から固定ネジを介して機器筐体へ放熱する放熱経路とを有することを特徴とする電気回路部の放熱装置、としたものである。
【００１６】
本発明によれば、シールド部材からグランドパターンへの熱伝達量が増大し、電気回路部の放熱効率を向上させることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、多層構造に構成された電気回路基板にシールド部材を搭載した電気回路部の放熱装置であって、電気回路基板は、電気回路基板の表面と同等な面積を有し１の内層に形成されたグランド専用層と、電気回路基板の表面に露出して形成されたグランドパターンと、グランド専用層とグランドパターンとを接続するインナービアホールと、前記電気回路基板の外層の一部を除去して前記グランド専用層を表面に露出させて形成された固定ネジ部を有し、シールド部材は、電気や熱の良伝導体材料をケース状に形成して、グランドパターンに合致する形状の接触導通面を有し、電気回路基板は、固定ネジ部を固定ネジにより機器筐体に固定して動作させ、電気回路基板の実装部品の熱をシールド部材の外側の空気中へ放熱する放熱経路と、シールド部材からグランドパターンとインナービアホールを経て固定ネジ部のグランド専用層から固定ネジを介して機器筐体へ放熱する放熱経路とを有することを特徴とする電気回路部の放熱装置である。本発明によれば、シールド部材からグランドパターンへの熱伝達量が増大し、電気回路部の放熱効率を向上させることが可能になるという作用を有する。さらに、グランド専用層から固定ネジへの熱伝達量が増大し、さらに一層の電気回路部の放熱効率を向上させることが可能となるという作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項２または請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電気回路部の放熱装置において、グランド専用層に切り欠き部を設けて面積縮小部で連絡したもの、またはグランド専用層を除去して形成したものであり、電子部品で発生した熱がグランドパターンやグランド専用層の熱拡散作用によって拡散され、本来温度の低い箇所の温度が上昇してしまう弊害が防止されるという作用を有する。
【００２２】
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。なお、これらの図面において前記従来の技術に示したものと同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１の電気回路部の放熱装置の分解斜視図、図１（ｂ）は同における要部拡大斜視図である。
【００２４】
図１において、１はアルミニウム等の電気や熱の良伝導体である材料からなるシールド部材であり、ケース状に形成され、電気回路基板１０に搭載される。このシールド部材１は、電気回路基板１０上に形成されているグランドパターン１１に合致する形状である接触導通面を持っている。電気回路基板１０には、高速動作部品や回路全体を司る制御部品など大消費電力部品４が実装されており、また固定ネジ５により電子携帯機器筐体（図示せず）に固定されている。
【００２５】
前記電気回路基板１０は多層構造に構成されており、その内層のうちの一つがグランド専用層１２としてあり、このグランド専用層１２は電気回路基板１０とほぼ同等な面積を有している。また、グランドパターン１１はグランド専用層１２の一部であり、電気回路基板１０の表面に露出している。したがって、電気回路基板１０の表面においては、前記露出したグランドパターン１１部は凹部を形成している。図１（ｂ）にその拡大図を示す。
【００２６】
以上のように構成された電気回路部の放熱装置における放熱経路について説明する。
【００２７】
まず、電子携帯機器が作動状態となると、大消費電力部品４では多大な電力が消費され、その消費電力に見合った分の熱が、シールド部材１の内部空間に放出される。この熱は、シールド部材１の内部空気の対流を引き起こしながら、シールド部材１へと伝達される。伝達された熱の一部は、シールド部材１外側の電子携帯機器筐体内部の空気中へと伝達される。他の熱は、シールド部材１中を温度の低い方向へ向かって伝導しするが、一般的に、空気への熱伝達よりシールド部材１中の熱伝導の方が熱抵抗が小さいため、シールド部材１中を移動する熱量の方が遥かに大きい。
【００２８】
シールド部材１中を伝導してきた熱は、グランドパターン１１へと伝達される。この際、グランド専用層１２は電気回路基板１０と同等の表面積を有しているため、放熱効率も高く、放熱板として機能する。その結果、シールド部材１とグランドパターン１１との温度差が大きくなる。
【００２９】
一般に熱は、高温部から低温部に移動するもので、温度差が大きいほどその移動量も大きい。したがって、シールド部材１とグランドパターン１１との温度差が大きいほど、熱移動を促進させることができる。
【００３０】
グランドパターン１１に伝達された熱は、グランド専用層１２および電気回路基板１０を通じて一部は電子携帯機器筐体内部空気中へ、他は固定ネジ５へ伝達される。その後、最終的には電子携帯機器筐体を介して外部空間に放出されることになる。
【００３１】
このように、代表的な放熱経路は、大消費電力部品４→空気→シールド部材１→グランドパターン１１→グランド専用層１２→電気回路基板１９→固定ネジ５ｏｒ空気→電子携帯機器筐体→空気となるが、特に熱抵抗の大きいシールド部材１とグランドパターン１１との熱伝達が改善されるので、高い放熱効率のある放熱動作を行うことができる。また、グランドパターン１１部が凹部となっているため、シールド部材１の簡易位置決めにも役立ち、組立性にも優れた放熱装置が提供できる。
【００３２】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２の電気回路部の放熱装置の分解斜視図である。
【００３３】
図２において、１３はグランドパターン１１と合致する接触導通面を持つ弾力性のある材料、たとえば導電性ゴムなどからなる導電性部材である。図示のように、本実施の形態２では、シールド部材１とグランドパターン１１との間に、この導電性部材１３を介在させて放熱装置を構成している。
【００３４】
以上のように構成された電気回路部の放熱装置における放熱経路は、前述した実施の形態１と同じである。
【００３５】
このような放熱手段に依れば、シールド部材１のグランドパターン１１との接触導通面およびグランドパターン１１表面に微小な凹凸が存在していても、導電性部材１３により吸収され、接触導通面積は増加する。したがって、熱抵抗を大幅に減少させることができ、一層シールド部材１からグランドパターン１１への熱伝達量が増大し、電気回路部の放熱効率を向上させることができる。
【００３６】
また、グランドパターン１１部が凹部となっているため、導電性部材１３の簡易位置決めにも役立ち、組立性にも優れた放熱装置が提供できる。
【００３７】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３の電気回路部の放熱装置の分解斜視図である。
【００３８】
図示のように、本実施の形態３では、電気回路基板１０の固定ネジ５部にもグランド専用層１２が表面に露出する構成としている。
【００３９】
以上のように構成された電気回路部の放熱経路について説明する。
【００４０】
大消費電力部品４で発生した熱は、実施の形態１同様にしてグランド専用層１２に伝達される。そして、その熱量のほとんどは、固定ネジ５へ伝達され、電子携帯機器筐体を介して外部空間に放出されることになる。つまり、グランド専用層１２から固定ネジ５への熱伝達は、熱的に良導体であるグランド専用層１２から直接固定ネジ５へ伝達されるため、熱抵抗が大幅に減少される。したがって、熱のほとんどは熱伝導効率の高い固定ネジ５を介して電子携帯機器筐体に伝達されることになる。
【００４１】
このように、代表的な放熱経路は、大消費電力部品４→空気→シールド部材１→グランドパターン１１→グランド専用層１２→固定ネジ５→電子携帯機器筐体→空気となるが、前述したようなグランド専用層１２から固定ネジ５への熱抵抗の低下に加え、実施の形態１または２で述べたようなシールド部材１からグランドパターン１１への熱抵抗の低下効果もあり、熱伝達が格段に促進され、より一層高い放熱効率を保持した放熱動作を行うことができる。
【００４２】
なお、本実施の形態３の電気回路部の放熱装置の構成図は、実施の形態２に対する応用として示したが、実施の形態１に応用しても何ら問題はない。
【００４３】
（実施の形態４）
図４（ａ）は、本発明の実施の形態４の電気回路部の放熱装置の斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００４４】
図４に示すように、電気回路基板１４は多層構造に構成されており、その内層のうちの一つがグランド専用層１５であり、このグランド専用層１５は電気回路基板１４とほぼ同等な面積を有している。また、グランドパターン１６は電気回路基板１４の表層に形成されており、このグランドパターン１６とグランド専用層１５とをインナービアホール（以下ＩＶＨという）１７により接続している。
【００４５】
また、電気回路基板１４の固定ネジ５部はグランド専用層１５が表面に露出するよう構成している。
【００４６】
以上のように構成された電気回路部の放熱装置の放熱経路について説明する。大消費電力部品４で発生した熱は、実施の形態１同様にしてグランドパターン１６に伝達される。そしてその熱は、ＩＶＨ１７を介して、グランド専用層１５へ伝達される。その後は、実施の形態３同様に、固定ネジ５へ伝達され、最終的に電子携帯機器筐体を介して外部空間に放出されることになる。
【００４７】
このように、代表的な放熱経路は、大消費電力部品４→空気→シールド部材１→グランドパターン１６→ＩＶＶＨ１７→グランド専用層１５→固定ネジ５→電子携帯機器筐体→空気となり、前述した実施の形態１、２または３同様にシールド部材１とグランドパターン１６との熱抵抗およびグランド専用層１５と固定ネジ５との熱抵抗が大幅に低下するので、高い放熱効率のある放熱動作を行うことができる。
【００４８】
なお、本実施の形態４の電気回路部の放熱装置の構成図では、電気回路基板１４の表層にグランドパターン１６を、グランド専用層１５を内層の一つである第２層に形成した例を示しているが、グランドパターン１６を内層に、たとえば第２層に形成して表面に露出させ、グランド専用層１５を第３層に設け、これらをＩＶＨ１７で結合してもよい。
【００４９】
（実施の形態５）
図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ本発明の実施の形態５の電気回路部の放熱装置の分解斜視図である。
【００５０】
図５（ａ）に示すように、電気回路基板１８は多層構造に構成されており、大消費電力部品４の他に、高熱に対して弱い部品１９が搭載されている。また、電気回路基板１８の内層のうちの一つがグランド専用層２０であり、このグランド専用層２０は電気回路基板１８とほぼ同等な面積を有している。また、電気回路基板１８に形成されているグランドパターン２１はグランド専用層２０の一部であり、表面に露出させて形成している。このグランド専用層２０においては、高熱に対して弱い部品１９の下部に位置するグランド専用層２０とその他部分のグランド専用層２０との間に切り欠きを設け、一部表面積を小さくしている。したがって、グランドパターン２１も高熱に対して弱い部品１９近辺にて切断された構成となっている。
【００５１】
以上のように構成された電気回路部の放熱装置の放熱経路は、前述した実施の形態１と同様である。
【００５２】
このような放熱装置に依れば、グランド専用層２０の表面積が小さい部分においては熱伝導抵抗が大きくなるため、グランドパターン２１、つまりグランド専用層２０に伝達された熱が、グランド専用層２０内を高熱に対して弱い部品１９下部側へ拡散するということが抑制される。
【００５３】
したがって、グランドパターン２１、つまりグランド専用層２０の熱拡散作用によって拡散され、本来温度の低い箇所の温度が上昇してしまい、高熱に対して弱い部品１９が誤動作するなどの弊害を防止することができる。
【００５４】
なお、図５（ｂ）も本発明の実施の形態５の電気回路部の放熱装置の別例の分解斜視図であり、上記同様である。
【００５５】
さらに、本実施の形態５の電気回路部の放熱装置の構成図は、実施の形態１に対する応用として示したが、実施の形態２、３あるいは４に応用しても良い。
【００５６】
なお、実施の形態４に応用する場合は、グランドパターンはグランド専用層の一部ではないため、グランドパターンとグランド専用層の両方の形状を変更することになる。
【００５７】
また、このような放熱装置によれば、熱移動を制御できるので、電気回路基板上の部品配置により、任意にグランドパターンやグランド専用層の形状変更をすれば良い。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、シールド部材とグランドパターンとの温度差が大きくなるので、シールド部材からグランドパターンへの熱伝達が促進され、効率の高い放熱作用が可能になるという有効な効果が得られる。
【００５９】
また、シールド部材のグランドパターンとの接触導通面とグランドパターンとの間に、グランドパターンと合致する接触導通面を持つ弾力性のある材料からなる導電性部材を介在させれば、シールド部材とグランドパターンとの熱抵抗が低減できるので、さらに効率の高い放熱作用が可能になるという有効な効果が得られる。
【００６０】
また、電気回路基板を固定する固定ネジ部もグランド専用層を表面に露出させれば、熱的に良導体であるグランド専用層から直接固定ネジへ熱伝達が行われるので、グランド専用層と固定ネジとの熱抵抗が低減でき、一層効率の高い放熱作用が可能になるという有効な効果が得られる。
【００６１】
また、グランドパターンやグランド専用層の形状を、電気回路基板上の部品配置に応じ任意に変更することで、グランドパターンやグランド専用層に移動してきた熱が熱拡散作用によって拡散され、本来温度の低い箇所の温度が上昇してしまう弊害が防止されるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１の電気回路部の放熱装置の分解斜視図
（ｂ）同電気回路部の放熱装置における要部拡大斜視図
【図２】本発明の実施の形態２の電気回路部の放熱装置の分解斜視図
【図３】本発明の実施の形態３の電気回路部の放熱装置の分解斜視図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態４の電気回路部の放熱装置の分解斜視図
（ｂ）図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態５の電気回路部の放熱装置の分解斜視図
（ｂ）同電気回路部の放熱装置の別例の分解斜視図
【図６】（ａ）従来の電気回路部の放熱装置の分解斜視図
（ｂ）同電気回路部の放熱装置の斜視図
【図７】同電気回路部の放熱装置の放熱経路を示した模式図
【図８】同放熱装置におけるシールド部材の接触導通面とグランドパターンの接触状況の拡大図
【符号の説明】
１シールド部材
４大消費電力部品
５固定ネジ
１０電気回路基板
１１グランドパターン
１２グランド専用層

Claims

多層構造に構成された電気回路基板にシールド部材を搭載した電気回路部の放熱装置であって、
前記電気回路基板は、前記電気回路基板の表面と同等な面積を有し１の内層に形成されたグランド専用層と、前記電気回路基板の表面に露出して形成されたグランドパターンと、前記グランド専用層と前記グランドパターンとを接続するインナービアホールと、前記電気回路基板の外層の一部を除去して前記グランド専用層を表面に露出させて形成された固定ネジ部を有し、
前記シールド部材は、電気や熱の良伝導体材料をケース状に形成して、前記グランドパターンに合致する形状の接触導通面を有し、
前記電気回路基板は、前記固定ネジ部を固定ネジにより機器筐体に固定して動作させ、前記電気回路基板の実装部品の熱を前記シールド部材の外側の空気中へ放熱する放熱経路と、前記シールド部材から前記グランドパターンと前記インナービアホールを経て前記固定ネジ部の前記グランド専用層から前記固定ネジを介して前記機器筐体へ放熱する放熱経路とを有することを特徴とする電気回路部の放熱装置。
前記電気回路基板に高熱に対して弱い部品が搭載される場合は、前記高熱に対して弱い部品に対応する位置の前記グランド専用層とその他部分のグランド専用層との間に切り欠き部を設け、面積縮小部によって前記グランド専用層に連絡したことを特徴とする請求項１に記載の電気回路部の放熱装置。
前記電気回路基板に高熱に対して弱い部品が搭載される場合は、前記高熱に対して弱い部品に対応する位置の前記グランド専用層を除去して形成したことを特徴とする請求項１に記載の電気回路部の放熱装置。