JP6373721B2 - 通信装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置及びその製造方法に関する。

図１は、従来の地上通信装置、車上通信装置の一例を示す断面図である。

図１において、位置情報の送受に用いられるアンテナ６を埋め込んだ筐体１の内部には、複数の電子部品４を実装した基板３が含まれており、この電子部品４を含む基板３は、移動体走行時の振動に対する防振効果、屋外環境に対する防湿効果、電子部品４自身の発熱に対する放熱効果を得るために、封止材５が筐体１の上端まで充填され、天井板２により封止された構造となっている。

特許文献１には、回路基板の周囲をシリコン樹脂で充填することが記載されている。
また、特許文献２の要約書には次のように記載されている。
「送受信コイル１は、車上−地上間で送受信される情報波Ｓ２１、Ｓ２２を送信または受信する。データ変換回路２は、入力された送信データＳ１を周波数の異なる情報波Ｓ２１に変換し、情報波Ｓ２１を送受信コイル１に供給し、送受信コイル１が受信した情報波Ｓ２２を周波数の異なる受信データＳ３に変換し、受信データＳ３を出力する。ケース３は、絶縁材料で構成され、送受信コイル１及びデータ変換回路２を収納している。」
そして、特許文献２には、ケース３の内部において、送受信コイル１とデータ変換回路２を絶縁樹脂３１、３２によりモールドすることが記載されている。

欧州特許第１６９７１９５号明細書 特開平９−１４２３０１号公報

近年、上記のような位置情報の送受に用いられるアンテナ６は、装置の小型化、低コスト化を図るため、基板３の中に埋め込んで一体化することがある。しかし、このようにアンテナ６を基板３に埋め込むと、アンテナ６から送受される電波が、筐体１の上端まで充填された封止材５により減衰され、所定の電波性能が発揮されない可能性がある。

そこで、本発明の目的は、アンテナ６が基板３に埋め込まれた通信装置に対して、基板３に埋め込まれたアンテナ６と電子部品４の配置と、封止材５の厚さを調節することにより、電子部品４を実装した基板３に対して、十分な防振、防湿、放熱効果を発揮させるとともに、アンテナ６から送受される電波の減衰を抑制する封止構造を得ることにある。

上記の課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、厚みの異なる複数の電子部品と、複数の電子部品を備える回路基板と、回路基板を固定する底板と、回路基板に備えられるアンテナと、回路基板を覆う封止材とを有する通信装置であって、電子部品は、第１の電子部品と、回路基板に対して垂直方向の厚みが第１の電子部品よりも大きい第２の電子部品とから成り、第１の電子部品は、アンテナの近傍に配置され、かつ封止材により第１の高さで覆われ、第２の電子部品は、アンテナから所定の距離を空けた位置に配置され、かつ封止材により第２の高さで覆われることを特徴とする。

また、本発明の通信装置製造方法は、底板に回路基板を固定する第１の工程と、第２の電子部品の周囲に、第２の高さの凸部空間を形成する第２の工程と、第１の電子部品に対し、封止材を形成する凝固前の原材料を第１の高さまで充填する第３の工程と、凸部空間に、封止材を形成する凝固前の原材料を充填する第４の工程と、第３の工程と、第４の工程で充填された原材料を凝固させる第５の工程とからなることを特徴とする。

本発明によれば、防振効果を確保した上で、優れた電波性能を有する通信装置を実現することが可能となる。

また、封止材を形成する凝固前の原材料を、低層電子部品用の第１の高さと、高層電子部品用の第２の高さに、区分して充填することができるので、上記の通信装置を効率よく製造することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

従来の地上通信装置、車上通信装置の一例を示す断面図。 本発明を車上通信装置に適用した第１の実施形態を示す断面図。 第１の実施形態における低層封止材の厚さの最適な寸法を示す図。 第１の実施形態における高層封止材の厚さと、基板に埋め込まれたアンテナと高層電子部品との距離の最適な寸法を示す図。 本発明を車上通信装置に適用した第２の実施形態及び製造方法を示す図。 第１の実施形態の製造方法を示す図。 本発明を車上通信装置に適用した第３の実施形態を示す図。 本発明を地上通信装置に適用した第４の実施形態を示す図。

以下、本発明を適用してなる通信装置の一実施形態を図２〜図８を用いて説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。

図２は、本発明の通信装置のうち、車上通信装置に適用した実施例１の形態を示す構成の断面図である。図２に示すように、この車上通信装置は、椀型に成形され、所定の深さを有する底板７と椀型に成形された天井板８とで筐体が構成されている。
車上通信装置は、移動体の床下部と天井板８とが、ボルト締結などにより接合されており、位置情報を含む電波を、地上側に設置された地上通信装置に向けて、図２の下方向に向けて送信する。このため、底板７は、例えば、強度、耐熱性、耐水性に優れ、且つ、電波透過性に優れたガラス繊維強化プラスチックを用いるのが好適である。
この底板７には、複数の電子部品４が実装された基板３が取り付けられており、基板３の外周部にアンテナ６が埋め込まれて、一体化されている。

図２に示すように、車上通信装置は、複数の電子部品４が実装された基板３が、封止材５で覆われた構成となっている。封止材５は、例えば、ポリウレタン樹脂の様な防振性、気密性、放熱性に優れた材料を用いるが、このような材料は、一般に電波透過性が低く、防振性、気密性、放熱性と、電波透過性とは、トレードオフの関係にある。
そこで、基板３に実装される電子部品４には、基板３平面に対して垂直方向に背の高い高層電子部品４ａと、背の低い低層電子部品４ｂがあることに着目し、本実施例では、基板３において、アンテナ６に対し、高層電子部品４ａと低層電子部品４ｂの配置を最適化するとともに、封止材５の厚さを、高層電子部品４ａ、低層電子部品４ｂのそれぞれに対し、側面及び上面から必要最小限の厚さに設定し、所期の防振性、気密性、放熱性が得られるようにしている。

具体的には、この実施例では、アンテナ６は基板３の外周に沿って配置され、アンテナ６から所定の距離を空けた位置である、基板３の中央部付近に高層電子部品４ａ、その外周に低層電子部品４ｂがレイアウトされている。
封止材５の厚さは、低層電子部品４ｂに対しては、封止材５がすべての低層電子部品４ｂの上面を所定の厚さで覆うよう、低層封止材厚さｈ１に設定されている。
一方、アンテナ６から所定の距離を空けた位置である中央部に配置された高層電子部品４ａに対しては、その側面及び上面に沿って封止材５が一定の厚さを覆うよう、高層封止材厚さｈ２に設定されている。本実施例では、高層電子部品４ａは基盤３の中央部近傍に配置しているが、以下の図４での説明に記載する通り、本発明ではアンテナ６と高層電子部品４ａを所定の距離が重要である。従って、所定の距離を空ければ、高層電子部品４ａは基板３の中央部からずれた位置に配置したり、アンテナ６を基板上のいずれに配置したりしても本発明の効果は生まれる。ただし、高層電子部品４ａを基板３の中央部近傍に、アンテナ６を基盤の外周部に環状に配置すれば、製品として対称性が確保され、通信装置を設置する際の安定性が向上する。

一般に、電波透過を阻害する物体は、アンテナ６の軸線方向を中心に、半径方向に近いほど、そして、周方向に長いほど電波減衰度を高めてしまう。
これに対し、本実施例の車上通信装置では、基板３に埋め込まれたアンテナ６の周辺部近傍に低層電子部品４ｂ、アンテナ６から離隔した位置に高層電子部品４ａを配置している。
そして、これらの高層電子部品４ａに対し、その側面及び上面を必要最小限の厚さの封止材５で覆う。
このような構造を採用することにより、優れた防振、防湿、放熱効果を確保した上で、アンテナ６の軸線方向からみて、半径方向に近接する封止材５の周方向長さを必要最小限に短縮することが可能となり、優れた電波性能を確保し、アンテナ６より所定の電波を発信することが可能となる。

図３は、図２に示した低層電子部品４ｂと基板３とを覆うために必要となる低層封止材厚さｈ１の最適な寸法を示す図である。すなわち、低層封止材厚さｈ１を、基準とする底板７の板厚ｔで割った値と、アンテナ６より送信される電波性能と、電子部品４と基板３とを覆った封止材５と底板７の上下方向の振動に対する減衰比の関係を示す図である。
縦軸に示すｈ１／ｔを大きくすることで、得られる減衰比は右上がりに向上するが、反面、電波性能は右下がりに低下するため、減衰比の要求仕様と、電波性能の要求仕様の双方を満たす仕様充足領域に低層封止材厚さｈ１を設けることが望ましい。
このため、ｈ１／ｔを、減衰比要求仕様を満たす最低値ａ１以上とし、且つ、電波性能要求仕様を満たすａ２以下とするとよく、この例では、ａ１＝０．５、ａ２＝２．０とするとよい。このように構成された車上通信装置は、得られる電波性能として、振動減衰比５０％以下、すなわち、封止材がない場合の最大性能の５０％以上を確保することが可能となる。

図４は、図２に示した高層電子部品４ａを覆うため、必要となる基板３上面部から高層封止材の上端部までの厚さｈ２と、アンテナ６の端部から高層封止材端部までの距離ｄ１の最適な寸法を示す図である。すなわち、高層封止材厚さｈ２をアンテナ６からの距離ｄ１で割った値と、アンテナ６より送信される電波性能の関係を示す図である。
高層電子部品厚さｈ２を小さく、且つ、アンテナ６からの距離ｄ１を大きくすることで、電波性能は大きくなるため、ｈ２／ｄ１は、所期の電波性能仕様を満たす値、すなわち、ａ３以下であることが望まく、この例の場合、ａ３＝０．２とするとよい。
このように構成された車上通信装置は、電波性能として、最大性能の５０％以上を確保できる。なお、高層電子部品４ａの厚さｈ３は既定であるため、所定の振動減衰比が得られるよう、高層電子部品４ａの上面に対し所定の封止材厚さが確保できるよう、高層封止材厚さｈ２が、高層電子部品厚さｈ３より厚くなることを前提に、アンテナ端部からの距離ｄ１を設定することが望ましい。

図５は、本発明の通信装置のうち、車上通信装置の第２の実施形態を示す図、及び本発明の製造方法の一例を示す図であり、（ａ）は封止材５を充填する前の断面図、（ｂ）は封止材５を充填した後の断面図、（ｃ）は第２の実施形態の完成時の断面図である。図５において、図２と異なるところは、高層電子部品４ａの周辺部に遮蔽材９を設けた点であって、他は図２と同一である。
図５（ａ）に示すように、電子部品４を実装した基板３に対して、高層電子部品４ａの周辺部を遮蔽材９で囲むように設置されている。遮蔽材９は、例えば、ガラス繊維強化プラスチックのような電波透過性に優れた材料であることが望ましい。なお、電子部品４と遮蔽材９とが設置された基板３は、固定ピンなどで底板７に固定されている。

図５（ｂ）に示すように、遮蔽材９により区切られた高層部と低層部とに、それぞれ封止材５が充填される。図５（ｃ）に示すように、電子部品４と遮蔽材９とが設置された基板３と、封止材５と、が取り付けられた底板７に対して、天井板８が取り付けられる。
例えば、封止材５に流動性の高いウレタン樹脂に硬化剤を混ぜた材料を用いる場合、封止材５が凝固するまでに、厚さが均一化されるため、遮蔽材９を設置することで、低層部と高層部の厚さを変えて、封止材５を凝固させることが可能となる。

図６は、本発明の通信装置のうち、車上通信装置の第１の実施形態に至るまでの製造方法を示す図であり、（ａ）は封止材５を充填する前の断面図、（ｂ）は封止材５を充填した後の断面図である。
図６（ａ）に示すように、電子部品４を実装した基板３を設置した底板７の上部に、離型材を表面塗布した型材１０を設置する。型材１０は、高層電子部品４ａにあたる箇所に穴が設けられており、底板７の上部に取り付けた時の基板からの厚さが高層電子部品４ａの基板からの厚さより厚くなる様に構成されている。底板７の上部に型材１０を取り付けた状態で封止材５を型材１０に設けた穴より流し込み、電子部品４と基板３とを封止する。
封止材５は高層電子部品４ａを覆う位置まで注入される。封止材５が凝固した後に、型材１０を取外し、底板７の上部に天井板８を取り付けることで、図２に示す第１の実施形態が製造される。例えば、封止材５に流動性の高いウレタン樹脂に硬化剤を混ぜた材料を用いる場合、型材１０を設けることで、遮蔽材を用いることなく、低層部と高層部の厚さを変えて封止材５を凝固させることが可能となる。

また、図６（ａ）に示す型材１０に対して、離型材を表面塗布することなく、電子部品４を実装した基板３を設置した底板７の上部に取り付け、封止材５を型材１０に設けた穴より流し込んだ後、型材１０を残した状態で、底板７の上部に天井板８を取り付けることも可能である。型材１０を残すことで、製造段階で、封止材５が凝固する時間を要すること無く、天井板８を底板７の上部に取り付け可能となる。この時、型材１０は、例えば、電波透過性に優れた発泡スチロールであることが望ましい。

図７は、本発明の通信装置のうち、車上通信装置の第３の実施形態を示す構成の断面図である。図７において、図２と異なるところは、天井板１１の中央部に穴１１ａが設けられている点と、天井板１１と封止材５との間に第２の封止材１２が設けられている点であって、他は図２と同一である。図７に示すように、封止材５で覆われた電子部品４と基板３とを設置した底板７の上部に中央部に穴１１ａが設けられた天井板１１が取り付けられている。天井板１１に設けられた穴１１ａより、電波透過性の高い第２の封止材１２を流し込み、天井板１１と封止材５との間に設けられた空間を封止材１２で充填する構成となっている。例えば、第２の封止材１２は、軽量で、しかも、ある程度の防振、防湿、放熱効果を有する発泡ウレタン等を用いるとよい。

封止材１２を充填することで、底板７と天井板１１とが機械的に連結され、電子部品４と基板３とを覆った封止材５と底板７の上下方向の振動を抑制することができ、封止材５の低層部の厚さを減らしても、所定の減衰効果を得ることが可能となる。また、高層電子部品４ａは封止材５によって覆われているため、例えば第２の封止材に発泡ウレタンを用いる場合、発泡時及び硬化収縮時に生じる高層電子部品４ａへの曲げモーメント荷重及びせん断荷重を低減することができ、高層電子部品４ａと基板３との接合部の破損を防止することが可能である。

図８は、本発明の通信装置のうち、地上通信装置の第４の実施形態を示す構成の断面図である。図８に示すように、地上通信装置は平板で構成された底板１４と、椀型に成形された天井板１３とで筐体が構成されている。地上通信装置は、例えば路面に設置され、路面直下に設けられている土台となる底板１４に固定される。また、移動体の走行路が定まっており、走行路上に走行路の支持部材が設置されている場合には、支持部材と底板１４とを、例えばボルト締結で接合すればよい。支持部材に接合すれば、底板１４を固定するための土台を新たに生成するコストを抑えることができる。このように、地上通信装置が屋外環境下に設置され、また、位置情報を含む電波を図８の上方向に向けて送信する場合には、天井板１４は、例えば、強度、耐熱性、耐水性に優れ、且つ、電波透過性に優れたガラス繊維強化プラスチックを用いると好適である。
なお、底板１４には、複数の電子部品４が実装された基板３が取り付けられており、基板３の外周部には、アンテナ６が埋め込まれている。

図８に示すように、地上通信装置は、複数の電子部品４が実装された基板３が封止材５で覆われた構成となっている。封止材５は、例えば、ポリウレタン樹脂の様な防振性、気密性、放熱性に優れた材料が好適である。電子部品４が実装された基板３は、低層電子部品４ｂを覆う厚さの封止材５で覆われている。電子部品４のうち、高層電子部品４ａは基板３に埋め込まれたアンテナ６から離れた位置に実装され、その周辺部のみ厚さを厚くした封止材５で覆われている。
このように構成された地上通信装置は、基板３に埋め込まれたアンテナ６の周辺部に対して、封止材５を厚くすることなく、アンテナ６より所定の電波を発信することができ、且つ、基板３と電子部品４に対して、優れた防振、防湿、放熱効果を得ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：筐体
２：天井板
３：基板
４：電子部品
４ａ：高層電子部品
４ｂ：低層電子部品
５：封止材
６：アンテナ
７：底板
８：天井板
９：遮蔽材
１０：型材
１１：天井板
１１ａ：穴
１２：第２の封止材
１３：天井板
１４：底板

Claims (11)

1. 厚みの異なる複数の電子部品と、前記複数の電子部品を備える回路基板と、前記回路基板を固定する底板と、前記回路基板に備えられるアンテナと、前記回路基板を覆う封止材とを有する通信装置であって、
   前記電子部品は、第１の電子部品と、前記回路基板に対して垂直方向の厚みが前記第１の電子部品よりも大きい第２の電子部品とから成り、
   前記第１の電子部品は、前記アンテナの近傍に配置され、かつ前記封止材により第１の高さで覆われ、
   前記第２の電子部品は、前記アンテナから所定の距離を空けた位置に配置され、かつ前記封止材により第２の高さで覆われること
   を特徴とする通信装置。
2. 請求項１に記載の通信装置であって、
   前記第１の高さは、前記底板の厚さと、前記封止材及び前記底板の振動に対する減衰比と、前記アンテナから送信される電波性能とに基づいて定められ、
   前記第２の高さは、前記アンテナ及び前記第２の電子部品の間の前記距離と、前記電波性能とに基づいて定められること
   を特徴とする通信装置。
3. 請求項１に記載の通信装置であって、
   前記第２の電子部品を前記回路基板の中央部近傍に配置すること
   を特徴とする通信装置。
4. 請求項１に記載の通信装置であって、
   前記第１の高さの封止材と、前記第２の高さの封止材との間に遮蔽材を設けること
   を特徴とする通信装置。
5. 請求項４に記載の通信装置であって、
   前記遮蔽材は電波透過材であること
   を特徴とする通信装置。
6. 請求項１に記載の通信装置であって、
   前記封止材と、前記電子部品の天井板との間に、電波透過材で形成された第２の封止材が充填されていること
   を特徴とする通信装置。
7. 請求項５に記載の通信装置であって、
   前記第２の封止材は発泡ウレタンであること
   を特徴とする通信装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の通信装置であって、
   前記底板はガラス繊維強化プラスチックであり、
   前記封止材はポリウレタン樹脂であること
   を特徴とする通信装置。
9. 請求項１に記載の通信装置の製造方法であって、
   前記底板に前記回路基板を固定する第１の工程と、
   前記第２の電子部品の周囲に、前記第２の高さの凸部空間を形成する第２の工程と、
   前記第１の電子部品に対し、前記封止材を形成する凝固前の原材料を前記第１の高さまで充填する第３の工程と、
   前記凸部空間に、前記封止材を形成する凝固前の原材料を充填する第４の工程と、
   前記第３の工程と、前記第４の工程で充填された原材料を凝固させる第５の工程とからなること
   を特徴とする通信装置の製造方法。
10. 請求項９に記載の通信装置の製造方法であって、
    前記第２の工程で、前記第２の高さを有する遮蔽材を前記第２の電子部品の周囲に固定することで前記凸部空間を形成すること
    を特徴とする通信装置の製造方法。
11. 請求項９に記載の通信装置の製造方法であって、
    前記第２の工程で、前記第２の電子部品の周辺部に対応する位置に穴を具備するとともに、前記第２の高さと前記第１の高さの差分に対応する厚さの型材を、前記回路基板から前記第１の高さに設置すること
    を特徴とする通信装置の製造方法。