JP6350802B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、例えばカメラモジュールなどに使用される電子機器に関する。

近年、高性能なＣＰＵを搭載し高速な処理を実行する電子機器が増加しており、電子機器の発生する熱が問題視されている。一方、特に自動車や医療機械などにおいては、電磁ノイズが原因で誤動作や故障をする恐れを回避すべく、電磁環境両立性（ＥＭＣ：Electromagnetic Compatibility）の対策が厳しく要求されている。

ここで、ＥＭＣ対策に関しては、例えば特許文献１に示すように、基板上において複数のグラウンドパターンを分離して形成し、パターン間に一定の距離を確保することが行われている。一方、電子機器の演算量の増大と小型化によって顕著となった発熱の対策としては、特許文献２に示すように、ヒートシンクなどを用いて放熱路を確保することなどが行われている。

特開平０７−１７００３９号公報 特開２０１１−１２９５８１号公報

電子機器の熱対策では、基板の熱抵抗を下げ、発熱体の熱を筐体に伝えることが必要である。しかしＥＭＣ対策のために、基板のグラウンドパターンは分割され、さらに効果を高めるために、パターン間の距離を大きくとって容量結合性を下げる策がとられる。ところが、それによって基板の熱抵抗が大きくなり、発熱体から基板を介して筐体への熱の伝わりが悪くなる。その結果、全体として放熱性が低下するという問題が生じる。放熱性を高めるためには、分離したグラウンドパターンのパターン間距離を極力近づけることが好ましいが、そうするとＥＭＣ対策が不十分となる。すなわち、ＥＭＣ対策と熱対策との間には、トレードオフの関係があるため問題である。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＭＣ対策と熱対策とを両立できる小型の電子機器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の電子機器は、
発熱する素子を実装した第１のグランドパターンと、前記第１のグランドパターンを囲う第２のグランドパターンとを、所定の間隔をあけてチョークコイルにより連結するようにして、同一面上に形成した樹脂製の基板と、
前記基板を取り付けた熱伝導性を備えた筐体とからなり、
前記筐体に前記基板を取り付けたときに、前記第２のグランドパターンよりも前記第１のグランドパターンが前記筐体から遠くなるように配置され、且つ前記筐体と前記第２のグランドパターンとが接しており、
前記第２のグランドパターンは、前記基板と前記筐体とが接する形状と同じ形状であることを特徴とする。

本発明によれば、前記第１のグランドパターンと前記第２のグランドパターンとを、所定の間隔をあけて前記基板の同一面上に形成して、チョークコイルにより連結するようにし、且つ前記筐体に前記基板を取り付けたときに、前記第２のグランドパターンよりも前記第１のグランドパターンが前記筐体から遠くなるように配置したので、適切なＥＭＣ対策を確保することができる。一方、前記基板の同一平面上で、前記第２のグランドパターンにより前記第１のグランドパターンを囲うようにしたので、対向距離を長く確保できるから、例え前記基板が樹脂製であっても、発熱する素子を実装した前記第１のグランドパターンから、前記第２のグラウンドパターンへと熱伝導が効果的になされるので、放熱効果を高めることができる。尚、「熱伝導性を備えた筐体」とは、熱伝導率が２[Ｗ／ｍＫ]以上、好ましくは１０[Ｗ／ｍＫ]以上の素材（例えば金属等）からなる筐体をいう。

請求項２に記載の電子機器は、請求項１に記載の発明において、前記第１のグランドパターンは、前記基板の中央に形成され、前記第２のグランドパターンは，前記基板の周辺に形成されていることを特徴とする。

これにより前記基板の実装面内で対向距離を長く確保し、前記基板のサイズが小さくても放熱を効果的に行うことができる。

請求項３に記載の電子機器は、請求項１又は２に記載の発明において、前記筐体は、金属製であることを特徴とする。

前記筐体が金属製であれば、前記第２のグランドパターンに伝導された熱を、更に前記筐体に伝導することでヒートシンクとして機能させ、放熱効果をより高めることができる。

本発明によれば、ＥＭＣ対策を有効に行いつつ、前記第２のグランドパターンから前記筐体に、熱を効果的に伝導することができる。

請求項４に記載の電子機器は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記基板と前記筐体との固定を金属製のねじにより行っており、前記ねじの取り付けにより前記筐体と前記第２のグランドパターンとが接することを特徴とする。

これにより、前記筐体と前記第２のグランドパターンとの間で、良好な熱伝導を行うことができる。

請求項５に記載の電子機器は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記基板と前記筐体との固定をバネ手段より行っており、前記バネ手段の付勢力により、前記筐体と前記第２のグランドパターンとが押圧されて接することを特徴とする。

これにより、前記筐体と前記第２のグランドパターンとの間で、良好な熱伝導を行うことができる。

請求項６に記載の電子機器は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、半田を介して前記筐体と前記第２のグランドパターンとが接続されることを特徴とする。

半田を介して、前記筐体と前記第２のグランドパターンとの間で、良好な熱伝導を行うことができる。

請求項７に記載の電子機器は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記基板は複層構造を有し、複数層に形成された前記第１のグランドパターンと前記第２のグランドパターンとが互いに同じ形状を有することを特徴とする。

前記基板が複層構造を有する場合、複数層に形成された前記第１のグランドパターンと前記第２のグランドパターンとを互いに同じ形状を持たせることで、パターン間距離を等しくし、十分なＥＭＣ対策を行うことができる。

本発明によれば、ＥＭＣ対策と熱対策とを両立できる小型の電子機器を提供することができる。

本実施の形態にかかる電子機器の分解図である。 基板の実装面を模式的に示す図である。 対向距離Ｌを横軸にとり、熱抵抗を縦軸にとって示すグラフである。 本実施の形態の変形例を示す基板の一部を示す図である。 別の実施の形態にかかる電子機器の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる電子機器の分解図である。図２は、基板の実装面を模式的に示す図である。

図１において、例えばガラスエポキシ等の樹脂製である矩形体状の基板ＳＴは、その実装面の中央に、矩形状の第１のグラウンドパターンＧＰ１を薄膜形成している。第１のグラウンドパターンＧＰ１の中央には、発熱する素子ＬＳＩが実装されている。又、基板ＳＴの周辺には、第１のグラウンドパターンＧＰ１を全周に囲うようにして、相互に非接触状態で矩形枠状の第２のグラウンドパターンＧＰ２が薄膜形成されている。基板ＳＴの対角方向の２箇所のコーナー近傍に貫通孔ＳＴ１が形成されている。尚、基板ＳＴの裏面（組み付け時上面）に第１のグラウンドパターンＧＰ１と第２のグラウンドパターンＧＰ２とを形成する場合、実装面と同じ形状とするのが良い。

アルミ製の筐体ＢＸは、矩形状の底壁ＢＸ１と、底壁ＢＸ１から上方に延在する角筒状の側壁ＢＸ２とを有している。第２のグラウンドパターンＧＰ２の形状は、側壁ＢＸ２の端面と同じ形状である。側壁ＢＸ２の対角方向の２箇所のコーナー近傍にねじ孔ＢＸ３が形成されている。側壁ＢＸ２の幅Ｗは、第２のグラウンドパターンＧＰ２の幅Ｗに等しい。

組み付け時には、素子ＬＳＩが筐体ＢＸ内に収容されるように、基板ＳＴの実装面を下向きにして筐体ＢＸの側壁ＢＸ２に重ねた状態で、２つの貫通孔ＳＴ１に上方から金属製のねじＳＣを挿入し、ねじ孔ＢＸ３に螺合させることで、基板ＳＴは筐体ＢＸに固定されることとなる。このとき、第２のグラウンドパターンＧＰ２は、筐体ＢＸの側壁ＢＸ２に密着することとなる。

図２に示すように、第１のグラウンドパターンＧＰ１と、第２のグラウンドパターンＧＰ２とはチョークコイルＣＣ（図１では不図示）により接続されている。第１のグラウンドパターンＧＰ１の外縁と、第２のグラウンドパターンＧＰ２の内縁との絶縁ギャップＧＡは、全周において等間隔となっている。図２に一点鎖線で示すのは、第１のグラウンドパターンＧＰ１の外縁と、第２のグラウンドパターンＧＰ２の内縁との中間点を結んだ線であり、その総延長長さを対向距離Ｌとする。

電子機器の動作時において、第１のグラウンドパターンＧＰ１と第２のグラウンドパターンＧＰ２とがチョークコイルＣＣで連結されているので、一方から他方へのノイズの伝達を抑制できる。特に、第１のグラウンドパターンＧＰ１は、第２のグラウンドパターンＧＰ２よりも筐体ＢＸから遠い位置に配置されているので、第１のグラウンドパターンＧＰ１と筐体ＢＸ間でノイズの伝達が行われることを抑制できる。

一方、素子ＬＳＩから発生した熱は、第１のグラウンドパターンＧＰ１、第２のグラウンドパターンＧＰ２、筐体ＢＸへという放熱経路をたどって放熱されることとなるが、第１のグラウンドパターンＧＰ１の外縁と、第２のグラウンドパターンＧＰ２の内縁との間の絶縁ギャップＧＡ間における熱伝導効率が最も低いといえる。

図３は、対向距離Ｌを横軸にとり、熱抵抗を縦軸にとって示すグラフであり、絶縁ギャップＧＡを、０．２mm、０．４mm、０．８mmと３種類変えて示している。図３のグラフより、対向距離Ｌが長くなるほど、熱抵抗が低下する、すなわち熱伝導効率が高くなることが分かる。又、絶縁ギャップが狭くなるほど、熱伝導効率が高くなることも分かる。しかしながら、絶縁ギャップを狭くすると、第１のグラウンドパターンＧＰ１と第２のグラウンドパターンＧＰ２間で構成される容量性結合が強くなり、ノイズが伝達される恐れが高まるため、極端に狭くすることはできない。

そこで本実施の形態では、絶縁ギャップＧＡをある程度確保する代わりに、対向距離Ｌを極力長くすることとした。すなわち、基板ＳＴの周辺に形成された第２のグラウンドパターンＧＰ２により、第１のグラウンドパターンＧＰ１を全周で囲うようにして、対向距離Ｌを長くとり、これにより熱伝導効率を高めているのである。

図４は、本実施の形態の変形例を示す基板の一部を示す図である。図４に示すように、第１のグラウンドパターンＧＰ１の対向する縁と、第２のグラウンドパターンＧＰ２の対向する縁とを、互い違いの鋸歯状（波状）に形成することで、第２のグラウンドパターンＧＰ２の外周のサイズが不変でも、対向距離Ｌを更に長く確保できる。

図５は,別の実施の形態にかかる電子機器の断面図であり、基板ＳＴと筐体ＢＸとを組み付ける状態を示している。基板ＳＴは３層に樹脂板を重ねてなり、その表裏面と層間には、第１のグラウンドパターンＧＰ１と第２のグラウンドパターンＧＰ２が形成されており、各層を貫通するビアＶＡにより層間で連結されている。上方から見て第１のグラウンドパターンＧＰ１と第２のグラウンドパターンＧＰ２は、それぞれ形状及び位置が同じであり、絶縁ギャップＧＡは全て等しくなっている。又、筐体ＢＸの側壁ＢＸ２の上端の形状は、対向する第２のグラウンドパターンＧＰ２の形状と同じである。つまり、第１のグラウンドパターンは、いずれも側壁ＢＸ２の上端に対向していない。図示していないが、第１のグラウンドパターンＧＰ１と第２のグラウンドパターンＧＰ２とをチョークコイルにより連結している。

筐体ＢＸの側壁ＢＸ２の上端の対向する２カ所に、略コ字状のバネ板（バネ手段）ＳＰの底面が固定されている。基板ＳＴを筐体ＢＸに組み付ける際には、バネ板ＳＰの上端の鈎部ＳＰ１を押し広げるようにして基板ＳＴを筐体ＢＸに接近させる。基板ＳＴが筐体ＢＸに接したときに、バネ板ＳＰの弾性が復帰して、鈎部ＳＰ１が基板ＳＴの上縁に引っかかるようになっている。これにより基板ＳＴは、最下面の第２のグラウンドパターンＧＰ２が接するようにして筐体ＢＸに固定されるから、相互の導通を図ると共に、素子ＬＳＩの熱を筐体ＢＸへと効率的に伝導できる。

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、基板ＳＴの下面の第２のグラウンドパターンＧＰ２と、筐体ＢＸとの間に半田ボールを設置して、リフロー工程を通過させることで、筐体ＢＸに対して基板ＳＴを固定することができる。或いは、熱伝導性接着剤を用いて固定しても良い。又、第２のグラウンドパターンＧＰ２は、第１のグラウンドパターンＧＰ１を全周で囲っている必要はなく、例えば側壁ＢＸ２の全周の一部に切欠を設ける場合、その切欠位置で、基板ＳＴの下面の第２のグラウンドパターンＧＰ２も途切れるようにしても良い。

ＢＸ 筐体
ＢＸ１ 底壁
ＢＸ２ 側壁
ＢＸ３ ねじ孔
ＣＣ チョークコイル
ＧＡ 絶縁ギャップ
ＧＰ１ 第１のグラウンドパターン
ＧＰ２ 第２のグラウンドパターン
Ｌ 対向距離
ＬＳＩ 素子
ＳＰ バネ板
ＳＰ１ 鈎部
ＳＴ 基板
ＳＴ１ 貫通孔
ＶＡ ビア

Claims (7)

1. 発熱する素子を実装した第１のグランドパターンと、前記第１のグランドパターンを囲う第２のグランドパターンとを、所定の間隔をあけてチョークコイルにより連結するようにして、同一面上に形成した樹脂製の基板と、
   前記基板を取り付けた熱伝導性を備えた筐体とからなり、
   前記筐体に前記基板を取り付けたときに、前記第２のグランドパターンよりも前記第１のグランドパターンが前記筐体から遠くなるように配置され、且つ前記筐体と前記第２のグランドパターンとが接しており、
   前記第２のグランドパターンは、前記基板と前記筐体とが接する形状と同じ形状であることを特徴とする電子機器。
2. 前記第１のグランドパターンは、前記基板の中央に形成され、前記第２のグランドパターンは，前記基板の周辺に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記筐体は、金属製であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
4. 前記基板と前記筐体との固定を金属製のねじにより行っており、前記ねじの取り付けにより前記筐体と前記第２のグランドパターンとが接することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子機器。
5. 前記基板と前記筐体との固定をバネ手段より行っており、前記バネ手段の付勢力により、前記筐体と前記第２のグランドパターンとが押圧されて接することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子機器。
6. 半田を介して前記筐体と前記第２のグランドパターンとが接続されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子機器。
7. 前記基板は複層構造を有し、複数層に形成された前記第１のグランドパターンと前記第２のグランドパターンとが互いに同じ形状を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電子機器。