JP6338895B2 - 電気又は電子装置 - Google Patents

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Description

本発明は各種電気、電子部品を実装するプリント回路基板(Printed Circuit Board：以下、‘配線原板’又は‘プリント基板’とも称する）を含む電気又は電子装置に関するもので、特にハウジング内面にプリント回路基板が装着される電気又は電子装置に関する。
プリント回路基板は、その上にチップ又はその他の電気、電子部品が設けられる薄い板であって、強化繊維ガラスやプラスチックなどの材質で構成され、銅、スズ、金などを用いる回路パターンがプリントされて部品を電気的に接続するように構成される。このようなプリント回路基板に実装される多様な部品としてはＳＭＤ(Surface Mounting Device)又はリード(lead)部品などがあり、ＳＭＤ部品を実装するためのランド(land)部分とリード部品のリードを挿入させるためのリード孔(lead hole)が、プリント回路基板に形成される。
プリント回路基板に実装される部品には、種類によって動作時に大変高い熱を発生する部品もある。この場合、効率的な放熱処理方案が要求される。例えば、移動通信及び放送通信のための送信システムでは高電力及び高出力の増幅器を使用しているが、特に増幅器の核心部品としての高出力の電力増幅素子(すなわち、トランジスタ)では相当な量の熱が発生する。発生した熱は、当該装置の性能を落とし、あるいは機能障害及び部品損傷などを起こす主要要因として作用する。
通常の放熱処理のための方案は、放熱処理を必要とする装置の外部に複数の放熱ピン構造を採用するものである。しかしながら、このような放熱ピンの構造だけでは放熱性能に限界があり、効率的な放熱を期待しにくいという問題があった。
また、従来からパック(puck)又はパレット(pallet)を放熱板上に位置させて増幅素子を付着してきている。しかし、これは、増幅素子が放熱板に直接に付着していないので、放熱効率が落ちるという問題点もあった。
したがって、本発明の目的は、効率的な放熱を可能にするためのプリント回路基板を含む電気又は電子装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、増幅素子を容易に交替できるプリント回路基板を含む電気又は電子装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、プリント回路基板をアルミニウムハウジングに直接に半田付け(soldering)するための電気又は電子装置を提供することにある。
上記のような目的を達成するために、本発明は、電気又は電子装置であって、外面が前記電気又は電子装置の全体の外観を形成して外部に露出され、内部が空であるハウジングと、上面部、下面部及び高熱を発生する高熱発生部品が装着される部位を有し、前記上面部に前記高熱発生部品以外の他の電気・電子部品が半田付けして装着されるとともに前記下面部が前記ハウジングの内部の予め定められた部分に付着されるプリント回路基板と、を含み、前記プリント回路基板の下面部と前記ハウジングの予め定められた部分との間には、半田クリームの溶融及び硬化により前記プリント回路基板を前記ハウジングに密着して付着するための半田層が形成され、前記半田クリームは、前記他の電気・電子部品を前記プリント回路基板に半田付けする際に使用される鉛に比べて低い溶融点を有し、前記プリント回路基板の前記高熱発生部品が装着される部位には、貫通孔が設けられ、前記高熱発生部品は前記貫通孔内に設置され、前記高熱発生部品の一面は前記貫通孔を通じて直接前記ハウジングに半田付けされる、ことを特徴とする。
本発明による電気又は電子装置は、効率的な放熱が可能であり、それによる部品損傷のような問題点を解決できる効果を有する。
本発明の一実施形態によるプリント回路基板の装着工程を含む製品製造の全体工程を概略的に示すフローチャートである。 図１に示す第及び第IIの工程(process)上の基板及びハウジング状態の例示図である。 図１に示す第IIIの工程上の基板及びハウジング状態の例示図である。
以下、本発明による望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
下記の説明では具体的な構成素子のような発明特定事項が示されているが、これらは、本発明のより一般的な理解を助けるために提供されるだけであって、本発明の範囲を逸脱しない限り多様な変形及び変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
図１は、本発明の一実施形態によるプリント回路基板(ＰＣＢ：以下、‘基板’と称する）の装着工程を含む製品製造の全体工程を示すフローチャートである。図１を参照して、本発明による基板をハウジングに装着する第IIIの工程を含む製品製造の工程を説明する。製品製造工程は、大きく、基板上に部品を実装及び半田付けする第Ｉの工程と、一般的に上・下部に分離されるハウジングを製造し、製造された上・下部ハウジングに本発明の特徴による基板を実装するための適切な先処理作業を遂行する第IIの工程と、本発明の特徴によって下部ハウジングに基板を実装及び半田付けする第IIIの工程と、基板の装着が完了した下部ハウジングに上部ハウジングを結合する最終組立作業を遂行する第IVの工程とに分けられる。
第IIの工程は、下部ハウジングの基板装着部分のうち、予め定められた部分(すなわち、絶縁が要求される部分)に溝状の絶縁パターンを形成し、装着される基板と当接されないようにする第II-１の工程と、基板がハウジングに直接に半田付けされるように下部ハウジングの予め定められた半田付け部分にスズメッキを行う第II-２の工程とに区分できる。
第IIIの工程は、また、下部ハウジングに実装するために基板下面の予め定められた半田付け部分(例えば、絶縁が要求される部分を除いた大部分の領域)に半田クリームをプリントする第III-１の工程と、下部ハウジングに基板を実装する第III-２の工程と、基板下面の半田クリームを溶融及び硬化して基板をハウジングに固定結合する第III-３の工程とに区分できる。
さらに、第IVの工程は、当該ハウジングに備えられる製品の入出力端子と基板との間の回線接続のように、基板がハウジングに結合された後に設置されることができる最終追加部品を設置する第IV-１の工程と、上・下部ハウジングを結合して最終的に完成品を製造する第IV-２の工程とに区分できる。
上記のように、第IIIの工程は、本発明の特徴によってハウジングに基板を結合する工程であって、本発明では、基板をハウジングにパックパレット又はネジなどの結合手段を用いて固定した従来の通常的な基板装着方式でなく、基板をハウジングに直接に半田付け方式で固定する方式を使用することがわかる。それによって、本発明は、例えば高出力増幅器の電力増幅素子のように発熱量が高い部品によって基板上で発生する熱をハウジングへ直接に伝達して放熱可能にすることで、非常に高い放熱効率を有することができる。以下、添付の図面を参照して、上記図１の各工程の詳細方式についてより詳しく説明する。
図２は、図１に示す第及び第IIの工程上の基板及びハウジング状態の例示図である。図２を参照して、第Ｉ及び第IIの工程を詳細に説明する。まず、第Ｉの工程で、基板１０上に各種部品を実装及び半田付けすることは、通常のプリント回路基板上にチップ又はその他の電気、電子部品が実装及び半田付けされることと同一に遂行され得る。すなわち、半田クリームは、基板のランド部分及びリード孔にプリントされ、それに各々ＳＭＤ(Surface Mounting Device)部品及びリード部品が実装された後にリフロー(reflow)半田付けを通じて当該部品の装着が完了できる。このとき、各部品は、自動挿入又は手動挿入方式で実装されることができる。このとき、ＳＭＤとリード部品の実装順序と半田付け方式に対して、現在最も多様な方式が提案されている。
図２では、第Ｉの工程を通じて基板１０上に各種部品が実装された状態の例を概略的に示し、特に発熱量が高い部品、例えば高出力増幅器の電力増幅素子(トランジスタ)１０２を強調して示す。
一方、第IIの工程の第II-１の工程では、上・下部ハウジング２０、２２のうち下部ハウジング２０の基板１０が装着される部分の中で所定の部分に溝状の絶縁パターン２０４を形成する。このような絶縁パターン２０４は、下部ハウジング２０に基板１０が実装される場合に、基板１０の対応部分と当接されないようにして基板１０の該当部分とハウジング２０とを絶縁させる。基板１０の回路パターンの設計時にはリード部品などによって下面にも露出した回路パターンが実現されるか、あるいは両面実装方式によって基板１０の下面にも部品が実装される場合があり得る。絶縁パターン２０４は、このような場合に対応できるようになる。
その後、第II-２の工程では、下部ハウジング２０で基板１０が装着される部分にスズなどのメッキ作業をする。その理由は、一般的に下部ハウジング２０は、アルミニウム材質を使用するが、アルミニウム材質に基板１０を直接に半田付けすることができないためである。したがって、基板１０は、下部ハウジング２０に直接半田付け可能なようにスズなどのメッキが行われる。もちろん、このとき、必ずしもスズメッキだけをしなければならないことでなく、基板１０をアルミニウム材質で直接に半田付けするメッキはすべて可能である。また、このとき、下部ハウジング２０の材質が基板１０を直接ハンダ付け可能な材質である場合には、このようなメッキ作業は遂行されないこともある。
一方、基板１０の下面は、下部ハウジング２０に実装されるためにプリントされた半田クリームを再溶融する半田付け作業時には、比較的高温が発生し、このとき発生される高温によって基板１０に装着された部品の特性が変形又は損傷される影響を低減させるためにより短い作業時間が要求される。
したがって、このようにメッキ作業が遂行された下部ハウジング２０にホットプレート(hot plate)３０のような加熱装置を通じて予め定められた適正温度に予熱する作業を遂行することができる。本発明では、基板１０を下部ハウジング２０に直接半田付けで固定する方式を特徴的に使用するが、下部ハウジング２０が予め適正温度に予熱された場合には基板１０の半田付け作業をより短い時間に完了できる。
図３は、図１に示す第IIIの工程上の基板及びハウジング状態の例示図である。図３を参照して、第IIIの工程についてより詳細に説明する。まず、第III-１の工程において、下部ハウジング２０に実装するための半田クリーム１１２が基板１０の下面にプリントされる。このとき、プリントされる半田クリーム１１２は、下部ハウジング２０と絶縁が要求される部位(特に、絶縁パターンが形成された部位)を除いた部分にプリントされるが、基板上面に実装された放熱が要求される核心部品１０２に対応する部分には必須的に半田クリーム１１２をプリントするのが好ましい。
さらに、特に放熱が要求される増幅素子の場合には、素子のボディーは、基板１０を通さずに基板１０に予め備えられている貫通孔を通じて直接下部ハウジング２０に半田付けさせることもできる。このようにすると、従来のパックパレットを使用することに比べてより効率的な放熱効果がある。すなわち、増幅素子は、基板１０に予め形成された増幅素子のサイズに該当する貫通孔に挟まれる形態で基板１０に装着され得る。それによって、基板１０が下部ハウジングに半田付けされる場合に、当該増幅素子も、その下部の一側面が下部ハウジングに直接に半田付けされることができる。
一方、基板１０の下面にプリントされる半田クリーム１１２は、第Ｉの工程で基板１０に部品実装及び半田付けされる場合に使用される半田クリームに比べてさらに低い溶融点を有する低温鉛を使用する。例えば、基板１０に部品を実装する場合の半田クリームは、摂氏２１７度の溶融点を有する高温鉛を使用でき、基板１０を下部ハウジング２０に結合するのに使用する半田クリームは、摂氏１３７度の溶融点を有する低温鉛を使用できる。通常、半田クリームの成分である鉛(Ｐｂ）とスズ(Ｓｎ）の比率に従って溶融点を調節でき、ビスマス(Ｂｉ)、スズ(ＳＮ)、銅(Ｃｕ)、銀(Ａｇ)などの材質である鉛フリー半田(lead-free solder)を用いて適切な溶融点を有する半田クリームを選択することもできる。このように、基板１０を下部ハウジング２０に結合する場合に溶融点が低い半田クリームを使用することは、当該半田クリームの溶融時に加えられる高熱によって基板１０上に部品半田付けのための半田クリームが溶融又は変更の影響を受けるのを防ぐためである。
上記のような第IIIの-１の工程以後、第III-２の工程では下面に半田クリーム１１２がプリントされた基板１０を第IIの工程でメッキされた下部ハウジング２０に実装される。
以後、第III-３の工程では、基板１０の下面の半田クリームを溶融及び硬化する。この第III-３の工程は、通常のリフロー半田付け時に使用される高熱炉に類似した構造の高熱炉４０で遂行される。この高熱炉４０は、ある程度の密閉された箱形態を有し、加熱部４０２によって発生される高温熱風を内部に置かれた基板１０が装着された下部ハウジング２０に印加する構造を有する。このとき、基板１０と下部ハウジング２０に半田クリームが完全に密着されるように適切な形態のジグ４１２を使用して基板１０上の適正部位、特に発熱量が多い部品周囲を押さえる。これは、基板１０と下部ハウジング２０に半田クリームが完全には密着せず、空気層が形成されると放熱効果が著しく落ちるためである。
基板(及び増幅素子)は、上記のような第IIIの工程を通じて本発明の特徴によってハウジングに直接半田付け方式で固定して結合されるので、基板(及び高出力増幅素子)上で発生する熱がハウジングへ直接に伝達されて効率的に放熱される。また、通常の接地端として使用される基板の下面は、メッキされたアルミニウム材質のハウジングと電気的に接続されているため、より安定した接地電位を形成可能になる。
上記のように、本発明の一実施形態によるプリント回路基板の装着方式が提供される。上記した本発明の説明では具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲を逸脱しない限り多様な変形を実施することができる。例えば、上記の説明では、基板をハウジングに結合するために半田クリームをプリントすることについて説明した。プリントという用語は、通常の適正パターンを形成するスクリーンマスクを用いて半田クリームを該当パターンによる一定の厚さで形成させる方式を意味する。本発明においては、その他にもスクリーンマスクの使用なしに半田クリームを塗り、塗布する方式のように、基板上に部品を半田付けする通常の方式に多様な方式を適用することができる。
また、上記では、基板上に部品半田付けのために高温鉛を使用し、基板をハウジングに半田付けする場合には低温鉛を使用すると説明した。しかし、基板上に、部品の中で故障が主に発生する部品(例えば、高出力増幅器の場合には熱発生の核心部品である電力増幅素子）を別途に低温鉛を用いて半田付けすることもできる。これは、故障時に当該部品を取り外して新たな部品に交替することを容易にするためである。
なお、上記の説明ではハウジングにスズメッキをしたが、状況によっては通常の半田付け結合となり得る異なるメッキをすることもできる。
以上、本発明の詳細な説明においては具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲を外れない限り様々な変形及び変更が可能である。したがって、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

Claims (1)

  1. 電気又は電子装置であって、
    外面が前記電気又は電子装置の全体の外観を形成して外部に露出され、内部が空であるハウジングと、
    上面部、下面部及び高熱を発生する高熱発生部品が装着される部位を有し、前記上面部に前記高熱発生部品以外の他の電気・電子部品が半田付けして装着されるとともに前記下面部が前記ハウジングの内部の予め定められた部分に付着されるプリント回路基板と、を含み、
    前記プリント回路基板の下面部と前記ハウジングの予め定められた部分との間には、半田クリームの溶融及び硬化により前記プリント回路基板を前記ハウジングに密着して付着するための半田層が形成され、
    前記半田クリームは、前記他の電気・電子部品を前記プリント回路基板に半田付けする際に使用される鉛に比べて低い溶融点を有し、
    前記プリント回路基板の前記高熱発生部品が装着される部位には、貫通孔が設けられ、
    前記高熱発生部品は前記貫通孔内に設置され、前記高熱発生部品の一面は前記貫通孔を通じて直接前記ハウジングに半田付けされる、
    ことを特徴とする電気又は電子装置。
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