JP4914678B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

この発明は、電子機器に関し、特にたとえば、電子部品およびこの電子部品の発する熱を放熱する放熱板を備える、電子機器に関する。

従来のこの種の機器としては、特許文献１に開示されたものが知られている。この従来技術では、電子部品は、裏面側に接地層が形成された２層基板の表面側に実装された状態で、金属製の電子機器筺体内に収納されている。放熱板は、電子機器筺体および２層基板の裏面側（つまり接地層）の各々と接続される。電子部品が発した熱は、２層基板特にそのスルーホールを通して放熱板へと伝わり、放熱板から放熱される。

あるいは、放熱板は、２層基板の電子部品が実装される側に、電子部品と接して設けられる。
特開２００４−３０３８６０号公報

しかし、従来技術では、放熱板を裏面側に設けた場合、電子部品と放熱板との間に基板が介在するため、電子部品の熱が必ずしも効率よく放熱板に伝わらず、放熱効果が不十分である。一方、放熱板を表面側に設けた場合には、放熱効果は高いものの、静電気放電（Electro-Static Discharge：ESD）が起こったとき、電子部品が深刻なダメージを受ける。なぜなら、電子部品と接して設けられた放熱板は、ＥＳＤによるパルス状の電荷の経路となるからである。

このように、従来技術では、放熱効果およびＥＳＤ耐性のいずれか一方しか高めることができない。

それゆえに、この発明の主たる目的は、効果的な放熱が行え、しかも静電気放電に強い、電子機器を提供することである。

請求項１の発明に従う電子機器（１０：実施例で相当する参照符号。以下同じ）は、回路基板（３６）、当該回路基板上に取り付けられる電子回路部品（３８，４０）、および当該電子回路部品で発生する熱を放熱するために当該電子回路部品上に配置される金属性の放熱部材（４８）を備える電子機器である。そしてこの電子機器は、回路基板に接地され、かつ放熱部材の近傍に少なくともその一面が位置するように配置される当該回路基板を覆うシールド（４４Ａａ）、放熱部材を回路基板に接地する接地部材（４８ｃ）、および接地部材の周面近傍に配置される磁性部材（５２）を備える。

請求項１の発明では、電子回路部品は、回路基板に取り付けられる。電子回路部品上には、この電子回路部品で発生する熱を放熱するために、金属性の放熱部材が配置される。回路基板を覆うシールドは、回路基板に接地され、かつ放熱部材の近傍に少なくともその一面が位置するように配置される。放熱部材は、接地部材によって回路基板に接地される。そして接地部材の周面近傍には、磁性部材が配置される。磁性部材は、接地部材と協働してインダクタを構成する。

請求項１の発明によれば、接地部材および磁性部材によってインダクタが構成されたため、接地部材のインピーダンスは高周波側で上昇する。この結果、高周波帯域において、シールドのインピーダンスは接地部材のそれよりも相対的に低くなる。なお、ここでいう高周波帯域は、電子回路部品の動作を阻害するような電磁波の属する周波数帯域（例えば２００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚ）を含む。このため、静電気放電（ESD）によって放熱部材ないしはその近傍に与えられたパルス状の電荷は、シールドを通って回路基板に流れることとなる。

シールドは接地部材よりも電子回路部品から離れているので、ＥＳＤに起因する電子回路部品の破損ないしは誤動作の危険が低減される。

また、電子回路部品はシールドによって電磁的に遮蔽され、電磁干渉（Electro-Magnetic Interference：EMI）も抑制される。そして、このようなシールドの遮蔽効果は、ＥＳＤに起因する電子回路部品の破損ないしは誤動作の危険を一層低減させる作用をも有する。

請求項２の発明に従う電子機器は、請求項１に従属し、シールドにはスリット（４４Ａｂ）が形成され、放熱部材の少なくとも一部が当該スリットから当該シールドの外部に露出している。

請求項２の発明によれば、シールドにスリットを形成したことで、放熱部材の少なくとも一部をスリットからシールドの外部に露出させることができ、高い放熱効果が得られる。

請求項３の発明に従う電子機器は、請求項２に従属し、放熱部材は放熱板（４８ａ）および当該放熱板を支えるベース（４８ｂ）とで構成され、ベースはシールドと電子回路部品との間隙に配置され、放熱板はその一部がスリットから当該シールドの外部に露出している。

請求項３の発明では、シールドと電子回路部品との間にベースが介在することでスリットでの電磁リークが抑制され、放熱板の一部が露出することで放熱効果が高まる。

請求項４の発明に従う電子機器は、請求項３に従属し、熱伝導シート（５０）をさらに備える。熱伝導シートは、その上面および下面がベースの下面および電子回路部品の上面とそれぞれ密着される。

請求項４の発明によれば、電子回路部品の熱は、熱伝導シートを通して効率よく放熱部材のベースへと伝えられ、シールド外に露出した放熱板から放熱されるので、放熱効果が一層高まる。なお、磁性粉末を混合した熱伝導シートを用いれば、ＥＭＩ抑制効果も得られる。

請求項５の発明に従う電子機器は、請求項１ないし４のいずれかに従属し、磁性部材はリング状のフェライトである。

ところで、シールドにスリットを形成した結果、スリットで電磁リークが生じ、ＥＭＩが増加する恐れがある。さらには、スリットから露出した放熱部材がアンテナのような作用をし、ＥＭＩがさらに増加する可能性もある。

しかし、請求項５の発明では、磁性部材としてリング状のフェライトを用いたので、接地部材が高周波帯域で高損失となり、高周波数帯域の電磁波が軽減される。これにより、スリット形成に伴うＥＭＩの増加は抑制される。

そして、このようなフェライトの高周波ノイズ吸収作用は、ＥＳＤによる高周波電流がシールドを流れる際に発生する電磁波にも及ぶため、ＥＳＤ耐性がより一層高まる。

この発明によれば、効果的な放熱が行え、かつ静電気放電に対する耐性が向上する。加えて、電磁干渉も抑制できる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１〜図５に示すように、この発明の一実施例であるゲーム装置１０は、略直方体のハウジング１２を含む。ハウジング１２は、複数の金属板およびこれらを互いに固着する複数の金属ネジ（図示せず）で構成される。

ハウジング１２の前面１２ｆには、ディスクスロット１４ａ、ＳＤカードスロットカバー１４ｂ、電源ボタン１６ａ、リセットボタン１６ｂ、およびディスクイジェクトボタン１６ｃなどが設けられる。右側面１２Ｒには、開閉可能なカバー１８ａ，１８ｂ、および各種コントローラ（図示せず）用のコネクタ２０ａ，メモリーカードスロット２０ｂなどが設けられる。左側面１２Ｌには、ゴム足２２、および吸気孔２４などが設けられる。背面１２ｂには、ＵＳＢコネクタ２６、排気孔２８、周辺機器用コネクタ３０、ＡＶコネクタ３２，ＤＣコネクタ３４などが設けられる。底面１２ｕには、ゴム足１５などが設けられる。なお、前述の金属ネジはゴム足２２，１５などに隠れている。

図４および図５を参照して、上記のように構成されたハウジング１２の内部には、ＧＰＵ３８およびＣＰＵ４０などの電子部品を実装した基板３６が収納される。基板３６は、金属製の下シールド材４４Ｂを介して底板４６（ハウジング１２の底面１２ｕに相当）に固着される。なお、基板３６は、その内部に接地層を含む多層構造を有する。ここでは６層構造を有し、その第５層が接地層（３６ｅ：図８参照）である。

前述のコネクタ類もまた、基板３６上に配置される。具体的には、基板３６の左手長辺に各種コントローラ用のコネクタ２０ａ，２０ｂが、奥手右寄りには周辺機器用コネクタ３０およびＡＶコネクタ３２が、それぞれ装着される。

発熱性の電子部品であるＧＰＵ３８およびＣＰＵ４０は、概ね同一の厚みを有し、基板３６の中央奥手寄りに配置される。そして、ＧＰＵ３８およびＣＰＵ４０の上面に、金属（たとえばアルミ）製の放熱フィン４８が配置される。放熱フィン４８は、複数の放熱板４８ａとこれらが植設されるベース４８ｂとを有する。そして、ベース４８ｂの四隅の各々に、円柱形状を有する下向きの突起４８ｃと、ベース自身およびこの突起４８ｃを貫通するネジ孔４８ｄとが形成される。突起４８ｃの高さは、ＧＰＵ３８およびＣＰＵ４０の厚みよりをわずかに上回る。つまり突起４８ｃは、放熱フィン４８をＧＰＵ３８およびＣＰＵ４０の上面位置に保持するための脚である。

好ましくは、放熱フィン４８とＧＰＵ３８およびＣＰＵ４０との間に熱伝導シート５０が挿入される。熱伝導シート５０は、柔軟性および熱伝導性に富む素材（シリコンなど）で形成されており、その上面は放熱フィン４８の下面と密着し、その下面はＧＰＵ３８およびＣＰＵ４０の上面と密着する。ＧＰＵ３８およびＣＰＵ４０の熱は、熱伝導シート５０を通じて効率よく放熱フィン４８に伝わり、放熱フィン４８から放射される。このように、熱伝導シート５０を設けたことで放熱フィン４８の放熱効果が高まる。

放熱フィン４８の４つのネジ孔４８ｄに対応して、基板３６にはその接地層３６ｅと接続された４つのスルーホール３６ａが形成され、下シールド材４４Ｂには４つのネジ孔４４Ｂａが形成され、底板４６には４つのネジ受け４６ａが形成され、そして放熱フィン４８と基板３６との間に４個のフェライトリング５２が配される。フェライトリング５２の長さ（厚み）は突起４８ｃの高さと概ね等しく、その内径は突起４８ｃの直径よりもわずかに大きい。このため、フェライトリング５２は突起４８ｃと嵌合し、突起４８ｃの側面がフェライトリング５２で覆われる結果となる。

なお、フェライトリング５２は硬く脆いため、フェライトリング５２の上面および／または下面に弾力性を有する両面テープ（図示せず）等を添付することが好ましい。これによって、落下などの衝撃に対する耐性を高めることができる。

以上の各部材すなわち放熱フィン４８，フェライトリング５２，基板３６，下シールド材４４Ｂおよび底板４６を一体化するための４本の金属ネジ５４は、それぞれ対応するネジ孔４８ｄからフェライトリング５２，スルーホール３６ａおよびネジ孔４４Ｂａを貫通してネジ受け４６ａへと繋合される。これによって、放熱フィン４８は、図５に示すように、ＧＰＵ３８およびＣＰＵ４０の上面と接触ないしは十分接近する位置に固定される。また、図８に示すように、基板３６表面の突起４８ｃが接する部分には接地面３６ｆが形成され、基板内の配線を介して接地層３６ｅに電気的に接続されることで、放熱フィン４８が接地される。この状態で、放熱フィン４８、基板３６の接地層３６ｅおよび下シールド材４４Ｂは、電気的に接続されたため、互いに等しい電位（グランド電位）を有する。

次に、図６〜図８に示すように、前述のような一体化工程の後、基板３６の上面側から上シールド材４４Ａが複数の金属ネジ５６で取り付けられる。この結果、図７に示すように、上シールド材４４Ａおよび下シールド材４４Ｂでシールド４４が構成され、その内部が電磁的に遮蔽される。すなわち、シールド内で発生した電磁波の外部への漏洩と、外部からの電磁波のシールド内への侵入とが防止され、ＥＭＩが低減される。

上シールド材４４Ａには、放熱フィン４８に対応する位置に凸部４４Ａａが形成される。凸部４４Ａａは、放熱フィン４８のベース４８ｂに相当する高さを有し、その上面に放熱板４８ａ用のスリット４４Ａｂが形成されている。ベース４８ｂはシールド内でＣＰＵ４０等と直に（もしくは熱伝導シート５０を介して）接触し、放熱板４８ａはスリット４４Ａｂからシールド外に露出する。このため、ＣＰＵ４０等が発する熱は、効率よくベース４８ｂへと伝わり、放熱板４８ａからシールド外に放熱される。すなわち、シールド内に熱が篭らず、高い放熱効果が得られる。また、ベース４８ｂは、スリット４４Ａｂにおける電磁リークを抑制する作用も有する。

その一方、シールド４４の外に露出した放熱板４８ａがアンテナのような作用をし、外部からの電磁波をシールド内に取込むと共に、シールド内で発生した電磁波を外部に放射する可能性がある。このため、ＥＳＤ耐性を悪化させ、ＥＭＩが増大する恐れがある。

しかし、図４および図８に示すように、放熱板４８ａを接地する突起４８ｃにフェライトリング５２を装着したため、放熱板４８ａから接地面３６ｆに至る経路を流れる高周波電流は、削減される。換言すれば、放熱板４８ａのアンテナ作用は、高周波帯域において抑制されると考えられる。

また、突起４８ｃにフェライトリング５２を装着したことでインダクタが構成され、突起４８ｃや金属ネジ５４の高周波帯域におけるインピーダンスが高まる。このような高周波帯域におけるインピーダンスの増大は、ＥＳＤに起因するＣＰＵ４０等の破壊・誤動作の回避に寄与する。例えば、周辺機器用コネクタ３０に向けて静電気放電が起こると、周辺機器用コネクタ３０からの二次放電によって放熱板４８ａにパルス状の電荷が与えられ、これが放熱板４８ａから突起４８ｃや金属ネジ５４を経て基板３６の接地面３６ｆ等（グランド）に流れる可能性がある。このような高周波電流によって生じる高い周波数（例えば２００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚ）の強力な電磁波は、放熱板４８ａに隣接するＣＰＵ４０等に深刻なダメージを与える可能性がある。

しかし、フェライトリング５２によって突起４８ｃや金属ネジ５４の高周波帯域におけるインピーダンスが増大したことで、ＥＳＤによる高周波電流は、高周波帯域におけるインピーダンスが低い他の接地経路、具体的にはシールド４４を通ることとなる。こうしてシールド４４を流れる高周波電流は高い周波数の電磁波を発生させるが、その発生源がＣＰＵ４０等から遠いこと、およびシールド４４自身の遮蔽効果のため、この電磁波によるＣＰＵ４０等への直接的な影響は小さい。また、この電磁波によって放熱板４８ａなどに別の高周波電流が生じる可能性があるが、これもフェライトリング５２の作用によって軽減されると考えられ、間接的な影響も小さい。

なお、一般には、フェライトに限らず何らかの磁性リングで突起４８ｃの軸周りを囲めば、突起４８ｃのインピーダンスが高まるので、ＥＳＤによる高周波電流は相対的にインピーダンスの低いシールド４４を流れるようになるが、単に高周波で高インピーダンスとなるだけでなく、高周波で高損失となる材料を用いることで、より顕著な効果を得ることができると考えられる。

以上のように構成されたゲーム装置１０に対して行ったＥＳＤ試験の結果の一部を図９に示す。これは、フェライトリング５２を設けた場合と設けない場合とで、放熱フィン４８の近くに位置する周辺機器用コネクタ３０およびＡＶコネクタ３２の各々に対し、６ｋＶ〜１６ｋＶの気中放電を行った結果である。気中放電での試験合格の基準は、８ｋＶでＣＰＵ４０に誤動作のないこと、および１５ｋＶで破壊のないこと、の２点とする。ここで誤動作は、典型的には出力画面のフリーズ等であり、電源をＯＦＦ／ＯＮすれば解消される程度の障害である。なお、ゲーム機１０は通常、周辺機器用コネクタ３０やＡＶコネクタ３２にケーブルを接続した状態で使用されるので、ここでは接触放電を行わないものとする。

フェライトリング５２は、本実施例の試験においては、Ｎｉ−Ｍｎ系でμ＝５５０のもの（村田製作所，品番FSRB090031RNB00B）である。試験機としては、ＮｏｉｓｅＫｅｎ製の静電気試験機（品番ESS-2000）を用いた。

図９からわかるように、フェライトリング５２を設けない場合、ＡＶコネクタ３２では７ｋＶで、センサバーコネクタ３０では陽極側８ｋＶ，陰極側９ｋＶで、それぞれ誤動作が生じており、基準に達していない。しかし、フェライトリング５２を設けた場合には、１６ｋＶを印加しても誤動作すら生じておらず、余裕をもって基準をクリアしている。

なお、この実施例ではフェライトリング５２を用いたが、突起４８ｃと協働してインダクタを構成し得る（すなわち突起４８ｃのインピーダンスを高めることができる）リングであれば、フェライト以外の磁性材料でできたリングであっても、ＥＳＤ耐性を向上させることができる（どの程度向上するかは材料に依存する）と考えられる。しかしながら、フェライトでできたリングを用いることで、導電部材が高周波で高損失となるので、ＥＭＩの低減効果がより顕著となり、ＥＳＤ耐性も満足のいくものとなる。

なお、フェライトリングの形状としては、軸方向の長さが図示されたフェライトリング５２より短くても長くてもよい（すなわちドーナツ状でもシリンダ状でもよい）。上下面が楕円形でも、多角形でもよい。構成としては、フェライト自体をリング状に成形したものに限らず、フェライト以外の材料にフェライトを混合してこれをリング状に成形したものでもよく、フェライト以外の材料をリング状に成形してこれにフェライトの粉末を塗布したものでもよい。あるいは、フェライトリングを分割しておき、装着時に接合してもよい。形状や構成の相違によって程度は異なるが、一定のＥＳＤ耐性は得られ、望ましいＥＳＤ耐性を得ることも可能である。

この発明の一実施例を前方上側から見た斜視図である。 図１実施例を後方下側から見た斜視図である。 図１実施例の右側面のカバーに隠れた部分を示す図解図である。 図１実施例の組立工程の一部を示す図解図である。 図４工程の結果（シールド完成前）を示す斜視図である。 図４工程に続く工程を示す図解図である。 図６工程の結果（シールド完成後）を示す斜視図である。 図７の点線Ａ−Ａ’に沿った断面図である。 図１実施例に対するＥＳＤ試験の結果の一部を示す図表である。

符号の説明

１０ …ゲーム装置
１２ …ハウジング
３０ …周辺機器用コネクタ
３２ …ＡＶコネクタ
３６ …基板
３６ｅ …接地層
３６ｆ …接地面
３８ …ＧＰＵ
４０ …ＣＰＵ
４４ …シールド
４４Ａａ …凸部
４４Ａｂ …スリット
４６（１２ｕ）…底板（ハウジング底面）
４８ …放熱フィン
４８ａ …放熱板
４８ｂ …ベース
５０ …熱伝導シート
５２ …フェライトリング
５４，５６ …金属ネジ

Claims (3)

1. 回路基板、当該回路基板上に取り付けられる電子回路部品、当該電子回路部品で発生する熱を放熱するために当該電子回路部品上に配置される金属性の放熱部材を備える電子機器であって、
   前記回路基板に接地され、かつ前記放熱部材の近傍に少なくともその一面が位置するように配置される当該回路基板を覆うシールド、
   前記放熱部材を前記回路基板に接地する接地部材、および
   前記接地部材の周面近傍に配置される磁性部材を備え、
   前記シールドにはスリットが形成され、
   前記放熱部材は放熱板および当該放熱板を支えるベースで構成され、
   前記ベースは前記シールドと前記電子回路部品との間隙に配置され、
   前記放熱板の一部が前記スリットから当該シールドの外部に露出している、電子機器。
2. その上面および下面が前記ベースの下面および前記電子回路部品の上面とそれぞれ密着される熱伝導シートをさらに備える、請求項１記載の電子機器。
3. 前記磁性部材はリング状のフェライトである、請求項１または２に記載の電子機器。

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