JP6516011B2 - 無線機 - Google Patents

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Description

本発明は、実装構造体、実装構造体の製造方法、無線機に関する。
近年、マザーボード上に、マザーボードとは異なるサブ基板が搭載された実装構造体が提案されている。例えば、特許文献１には、マザーボードに相当する第１のプリント基板上に、サブ基板に相当する第２のプリント基板が搭載された実装構造体（誘電体フィルタ用基板）が開示されている。なお、特許文献１に開示された実装構造体においては、第１のプリント基板及び第２のプリント基板は、誘電率、基板厚み、又は誘電正接が互いに異なっている。
しかし、マザーボード上にサブ基板が搭載された実装構造体は、サブ基板上に発熱部品が搭載されている場合の放熱効果が低いという問題がある。以下、この問題について説明する。図１及び図２は、関連技術の実装構造体の構成例を示す図であり、図１は斜視図、図２は断面図である。図１及び図２に示される実装構造体は、マザーボード１１０と、サブ基板１２０と、ヒートシンク１３０と、を備えている。マザーボード１１０の一方の面にはヒートシンク１３０が全面に渡って接合され、他方の面にはサブ基板１２０が搭載されている。サブ基板１２０には、マザーボード１１０側の面の反対面に発熱部品１４０が搭載されている。発熱部品１４０は、熱を発生する部品であり、例えば、発光ダイオード等である。ヒートシンク１３０は、アルミニウム、銅等の金属で構成され、発熱部品１４０で発生した熱を放熱するために設けられている。また、マザーボード１１０のサブ基板１２０側の面には、信号パターン１１１が形成されると共に、サブ基板１２０の搭載位置に接地パターン１１２が形成され、接地パターン１１２にはスルーホール１１３が形成されている。また、サブ基板１２０のマザーボード１１０側の面の反対面及び側面には信号パターン１２１が形成されており、側面部分の信号パターン１２１とマザーボード１１０の信号パターン１１１とが電気的に接続されることになる。
しかし、図１及び図２に示される実装構造体においては、発熱部品１４０からヒートシンク１３０に至る放熱パスには、マザーボード１１０及びサブ基板１２０が介在している。そのため、放熱パスの熱抵抗は、マザーボード１１０及びサブ基板１２０の熱抵抗を含むことから非常に大きくなり、その結果、放熱効果が低くなる。
放熱効果を高める方法としては、例えば、特許文献２に開示された実装構造体（発光装置）の構造を利用する方法が考えられる。特許文献２においては、マザーボードに相当する配線基板の一方の面には、パッケージ型の発光ダイオードが実装され、その一方の面の反対面には、ヒートシンクに相当する放熱板が接合されている。また、配線基板には挿通穴が形成され、放熱板の配線基板側の面には凸部が形成されている。この凸部は、配線基板の挿通穴に挿入されて、サブ基板に相当するパッケージの底面に半田や接着剤等のバインダを介して接合される。したがって、パッケージの底面は、配線基板を介することなく、放熱板の凸部に接合されることになるため、パッケージ内の発光ダイオードチップから放熱板に至る放熱パスには、配線基板が介在しない。そのため、放熱パスの熱抵抗を、配線基板の熱抵抗分だけ低くすることができ、その結果、放熱効果を高めることができる。
特開平８−４６４０３号公報 特開２００８−７８５８４号公報
しかし、特許文献２に開示された実装構造体は、放熱板の凸部とパッケージとの接合に半田や接着剤等のバインダを使用している。一般的に、放熱板は廉価で熱伝導度が優れるアルミニウムで構成されることが多いが、半田を使用する場合は、半田付けのために凸部にメッキ（ニッケル、金、銀等）を施す必要があるため、実装構造体の製造費が高くなるという問題がある。また、半田を使用する場合は、リフロー炉で半田を溶かす工程が必要であるため、実装構造体に熱ストレスがかかるという問題や、実装構造体の製造工程が煩雑になるという問題がある。また、接着剤を使用する場合は、接着剤をキュアするために高温にする工程が必要であるという問題や、接着剤が乾くまでの時間が必要であるために実装構造体の製造時間が長くなるという問題がある。また、半田や接着剤等のバインダを使用する場合は、実装構造体のリペアが困難になるという問題がある。
また、特許文献２に開示された実装構造体は、放熱板の凸部とパッケージとの間のバインダに含まれる気泡を、凸部の周りの隙間に追い出すために、凸部のパッケージとの接合面は円弧状に形成されている。したがって、凸部を円弧状に加工するための工程が必要になるため、その工程分だけ実装構造体の製造費が高くなり、製造時間も長くなるという問題がある。
このように、特許文献２に開示された実装構造体は、配線基板（第１の基板）の貫通穴を通して、放熱板（第１の放熱体）とパッケージ（第２の基板）とを、半田や接着剤等のバインダを使用して接合しているため、バインダの使用に起因した幾つかの問題が生じている。
そこで本発明の目的は、第１の基板の穴を通して、第１の放熱体と第２の基板とを、半田や接着剤等のバインダを使用せずに、接合することにより、上述した課題のいずれかを解決することができる実装構造体、実装構造体の製造方法、無線機を提供することにある。
一態様において、実装構造体は、
貫通穴が形成された第１の基板と、
前記貫通穴を覆うように前記第１の基板の両面のそれぞれに重ね合わされる第２の基板及び第１の放熱体と、
前記貫通穴の内部において、前記第２の基板及び前記第１の放熱体の間に挟着される第２の放熱体と、を備える。
一態様において、実装構造体の製造方法は、
第１の基板に貫通穴を形成し、
前記貫通穴を覆うように前記第１の基板の両面のそれぞれに第２の基板及び第１の放熱体を重ね合わせ、
第２の放熱体を、前記貫通穴の内部において、前記第２の基板及び前記第１の放熱体の間に挟着する。
一態様において、無線機は、
前記実装構造体により構成される送受信回路を備える無線機であって、
前記送受信回路は、
送信信号をパワーアンプにより増幅すると共に、受信信号をローノイズアンプにより低雑音で増幅するＲＦ（Radio Frequency）フロントエンド部を少なくとも含む第１の回路ブロックと、
前記第１の回路ブロック以外の第２の回路ブロックと、からなり、
前記第１の回路ブロックが前記第２の基板に搭載され、
前記第２の回路ブロックが前記第１の基板に搭載される。
上述の態様によれば、実装構造体において、第１の基板の貫通穴を通して、第１の放熱体と第２の基板とを、半田や接着剤等のバインダを使用せずに、接合することができるという効果が得られる。
関連技術の実装構造体の構成例を示す斜視図である。 関連技術の実装構造体の構成例を示す断面図である。 第１の実施形態の実装構造体の構成例を示す斜視図である。 第１の実施形態の実装構造体の構成例を示す断面図である。 第１の実施形態の実装構造体のサブ基板のマザーボード側の面の反対面の配線パターンの例を示す斜視図である。 第１の実施形態の実装構造体のサブ基板のマザーボード側の面の配線パターンの例を示す斜視図である。 第１の実施形態の実装構造体の放熱金属バネの例を示す断面図である。 第１の実施形態の実装構造体のサブ基板の空隙に相当する領域の実装例を示す斜視図である。 第１の実施形態の実装構造体のサブ基板の空隙に相当する領域の実装例を示す断面図である。 第１の実施形態の実装構造体において、発熱部品の搭載位置が異なる場合の構成例を示す斜視図である。 第２の実施形態の実装構造体の構成例を示す斜視図である。 第２の実施形態の実装構造体の構成例を示す断面図である。 第２の実施形態の実装構造体の構成例を示す断面図である。 第３の実施形態の無線機の送受信回路の構成例を示す回路図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（１）第１の実施形態
図３及び図４は、本実施形態の実装構造体の構成例を示す図であり、図３は斜視図、図４は断面図である。図３及び図４に示される実装構造体は、マザーボード１０（第１の基板）と、サブ基板２０（第２の基板）と、ヒートシンク３０（第１の放熱体）と、放熱接続部材４０（第２の放熱体）と、を備えている。
マザーボード１０には、貫通穴１１が形成されている。また、貫通穴１１を覆うように、マザーボード１０の一方の面にはヒートシンク３０が重ね合わされ、他方の面にはサブ基板２０が重ね合わされている。なお、ヒートシンク３０は、マザーボード１０の全面に渡って接合されている。また、サブ基板２０は、基板厚み方向から見た外形寸法が、貫通穴１１よりも大きくなっており、少なくとも貫通穴１１を覆うように、マザーボード１０に搭載されるものであるとする。
サブ基板２０には、マザーボード１０側の面の反対面に発熱部品５０が搭載されている。発熱部品５０は、熱を発生する部品であり、例えば、発光ダイオード、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、終端器、サーキュレータ、アッテネータ等である。
マザーボード１０のサブ基板２０側の面には、信号パターン１２が形成されている。また、サブ基板２０のマザーボード１０側の面の反対面及び側面には信号パターン２１が形成されており、側面部分の信号パターン２１とマザーボード１０の信号パターン１２とが電気的に接続されることになる。
図５及び図６は、本実施形態の実装構造体のサブ基板２０の配線パターン（信号パターン、電源パターン、及び接地パターン等を含む。以下、同じ）の例を示す斜視図である。なお、図５は、サブ基板２０のマザーボード１０側の面の反対面の配線パターンを示し、図６は、サブ基板２０のマザーボード１０側の面の配線パターンを示している。図５に示されるように、サブ基板２０のマザーボード１０側の面の反対面には、信号パターン２１が形成される他、発熱部品５０の搭載位置に接地パターン２２が形成され、接地パターン２２にはスルーホール２３が形成されている。また、図６に示されるように、サブ基板２０のマザーボード１０側の面には、その反対面の信号パターン２１及び接地パターン２２に対応する位置に接地パターン２４が形成されている。スルーホール２３は、発熱部品５０で発生した熱を放熱する役割を兼ねている。
なお、マザーボード１０にサブ基板２０を固定する方法としては、例えば、マザーボード１０の信号パターン１２とサブ基板２０の信号パターン２１とが電気的に接続される部分に半田や接着剤等を塗布して固定する方法が考えられるが、これには限定されない。
ヒートシンク３０は、アルミニウム、銅等の金属で構成され、発熱部品５０で発生した熱を放熱するための放熱体である。ヒートシンク３０は、サブ基板２０側の面に形成され、貫通穴１１に挿入される凸部３１を有している。凸部３１は、基板厚み方向から見た外形寸法が、貫通穴１１よりも小さくなっている。また、凸部３１は、基板厚み方向の寸法がマザーボード１０の基板厚みよりも小さくなっている。そのため、凸部３１は、マザーボード１０のサブ基板２０側の面からは突出しない。
放熱接続部材４０は、発熱部品５０で発生した熱を放熱するための放熱体である。放熱接続部材４０は、凸部３１のサブ基板２０側の面上において、発熱部品５０の搭載位置に対応する位置に載置される。また、放熱接続部材４０は、基板厚み方向から見た外形寸法が、貫通穴１１及び凸部３１よりも小さくなっている。また、放熱接続部材４０は、基板厚み方向に弾性を有しており、押圧がない状態の基板厚み方向の寸法は、マザーボード１０のサブ基板２０側の面と凸部３１のサブ基板２０側の面との間の距離よりも大きくなっている。そのため、放熱接続部材４０は、マザーボード１０にサブ基板２０が未搭載の状態では、マザーボード１０のサブ基板２０側の面から突出している。したがって、マザーボード１０にサブ基板２０を搭載すると、放熱接続部材４０は、サブ基板２０のマザーボード１０側の面と接触する。また、放熱接続部材４０は、基板厚み方向に弾性を有しているため、マザーボード１０にサブ基板２０を搭載すると、サブ基板２０によって凸部３１側に押圧される。最終的には、サブ基板２０がマザーボード１０のサブ基板２０側の面に接触するまで、放熱接続部材４０は押圧される。その結果、放熱接続部材４０は、貫通穴１１の内部において、サブ基板２０と凸部３１との間に挟着されることになる。このようにして、ヒートシンク３０の凸部３１とサブ基板２０とが放熱接続部材４０を介して接合される。
なお、放熱接続部材４０は、図３及び図４に示される例ではシート状である。シート状の放熱接続部材４０としては、放熱樹脂シート、放熱金属シート等を使用できる。その他にも、放熱接続部材４０としては、放熱グリース、放熱金属バネ等を使用できる。放熱金属シートや放熱金属バネとしては、アルミニウム、銅等で構成するものが挙げられる。放熱金属バネは、例えば、図７に示されるような形状とすることができる。また、放熱樹脂シートとしては、例えば、シリコーン等から構成され、所定値（例えば、3W/mK）以上の熱伝導率を有するものが挙げられる。また、放熱グリースとしても、例えば、シリコーン等から構成され、所定値（例えば、3W/mK）以上の熱伝導率を有するものが挙げられる。また、放熱接続部材４０は、放熱のためだけでなく、サブ基板２０との電気的な接触を取るために設置する場合には、例えば、銀のフィラーを含有し、電気伝導性を有するものを使用すれば良い。
また、放熱接続部材４０は、サブ基板２０と凸部３１との間に挟着されるため、基板表面方向への移動は比較的少ないと考えられるが、基板表面方向への移動をより確実に抑制するためには凸部３１に固定されるのが好適である。凸部３１に放熱接続部材４０を固定する方法としては、例えば、その固定位置に接着剤等を塗布して固定する方法が考えられるが、これには限定されない。
本実施形態においては、マザーボード１０の貫通穴１１の内部において、ヒートシンク３０の凸部３１とサブ基板２０との間に、放熱接続部材４０が挟着される。したがって、サブ基板２０は、マザーボード１０を介することなく、ヒートシンク３０の凸部３１に接合されることになる。これにより、マザーボード１０の貫通穴１１を通して、ヒートシンク３０とサブ基板２０とを、半田や接着剤等のバインダを使用せずに、接合することができる。また、サブ基板２０に搭載された発熱部品５０からヒートシンク３０に至る放熱パスには、マザーボード１０が介在しない。そのため、放熱パスの熱抵抗を、マザーボード１０の熱抵抗分だけ低くすることができ、その結果、放熱効果を高めることができる。
また、ヒートシンク３０の凸部３１とサブ基板２０との接合には、その両者によって挟着される放熱接続部材４０を使用し、半田や接着剤等のバインダは使用しないため、特許文献２の実装構造体のようなバインダの使用に起因した問題は生じない。
具体的には、半田付けのためにヒートシンク３０の凸部３１にメッキ（ニッケル、金、銀等）を施す必要がないため、実装構造体の製造費を低減することができる。また、リフロー炉で半田を溶かす工程が不要であるため、実装構造体に熱ストレスがかかることもなく、また、実装構造体の製造工程の簡易化を図ることができる。また、接着剤をキュアするために高温にする工程が不要になり、接着剤が乾くまでの時間も不要になる。また、ヒートシンク３０の凸部３１とサブ基板２０との接合には、その両者によって挟着される放熱接続部材４０を使用し、半田や接着剤等のバインダを使用しないため、実装構造体を容易にリペアすることができる。
また、ヒートシンク３０の凸部３１の形状は、特許文献２とは異なり、円弧状とする必要はない。そのため、凸部３１を円弧状に加工するための工程が不要になるため、実装構造体の製造費を低減し、製造時間を削減することができる。
また、マザーボード１０の貫通穴１１に挿入される凸部３１は、基板厚み方向から見た外形寸法が、貫通穴１１よりも小さいため、貫通穴１１の内部には空隙が形成される。サブ基板２０のマザーボード１０側の面上の空隙に対応する領域は、図６に示されるように、一部に接地パターン２２を形成する必要があるもの、その他の領域は空き領域となる。そのため、図８及び図９に示されるように、空隙における空き領域に電気部品２５を実装したり、配線パターン２６を配線したりすることができる。なお、図８は、サブ基板２０のマザーボード１０側の面を示している。
また、ヒートシンク３０の凸部３１とサブ基板２０との接合には、その両者によって挟着される放熱接続部材４０を使用している。そのため、図１０に示されるように、サブ基板２０上の発熱部品５０の搭載位置が異なる場合は、発熱部品５０の搭載位置に対応する位置へ、放熱接続部材４０の載置位置を変更するだけで、放熱効果を維持することができ、発熱部品５０の搭載位置に柔軟に対応することが可能である。また、発熱部品５０の搭載位置は特に限定されないため、実装の自由度が高まる。
（２）第２の実施形態
図１１〜図１３は、本実施形態の実装構造体の構成例を示す図であり、図１１は斜視図、図１２は図１１のＸ−Ｘに沿った断面図、図１３は図１１のＸＩ−ＸＩに沿った断面図である。図１１〜図１３に示される実装構造体は、サブ基板２０のマザーボード１０側の面に金属ブロック６０（第３の放熱体）を接合し、その代わりにヒートシンク３０の凸部３１を除去した点が、第１の実施形態とは異なる。
金属ブロック６０は、アルミニウム、銅等の金属で構成され、発熱部品５０で発生した熱を放熱するための板状の放熱体である。金属ブロック６０は、サブ基板２０のマザーボード１０側の面上において、発熱部品５０の搭載位置に対応する位置に配置される。また、金属ブロック６０は、基板厚み方向から見た外形寸法が、貫通穴１１よりも小さくなっており、マザーボード１０にサブ基板２０を搭載すると、マザーボード１０の貫通穴１１に挿入される。また、金属ブロック６０は、基板厚み方向の寸法がマザーボード１０の基板厚みよりも小さくなっている。そのため、マザーボード１０にサブ基板２０を搭載しても、金属ブロック６０は、マザーボード１０のヒートシンク３０側の面からは突出しない。なお、金属ブロック６０は、図１１〜図１３に示される例では、ビス６１によってサブ基板２０に締結されて接合されているが、これには限定されない。金属ブロック６０は、接着剤等でサブ基板２０に接合しても良い。
放熱接続部材４０は、第１の実施形態と略同様である。以下、第１の実施形態と異なる点のみ説明する。放熱接続部材４０は、ヒートシンク３０のサブ基板２０側の面上において、貫通穴１１の形成位置かつ発熱部品５０の搭載位置に対応する位置に載置される。また、放熱接続部材４０は、基板厚み方向から見た外形寸法が、貫通穴１１及び金属ブロック６０よりも小さくなっている。また、放熱接続部材４０は、押圧がない状態の基板厚み方向の寸法は、マザーボード１０にサブ基板２０を搭載した場合における、金属ブロック６０のヒートシンク３０側の面とヒートシンク３０のサブ基板２０側の面との間の距離よりも大きくなっている。したがって、マザーボード１０にサブ基板２０を搭載すると、放熱接続部材４０は、金属ブロック６０のヒートシンク３０側の面と接触する。また、放熱接続部材４０は、基板厚み方向に弾性を有しているため、マザーボード１０にサブ基板２０を搭載すると、サブ基板２０に接合された金属ブロック６０によってヒートシンク３０側に押圧される。最終的には、サブ基板２０がマザーボード１０のサブ基板２０側の面に接触するまで、放熱接続部材４０は押圧される。その結果、放熱接続部材４０は、貫通穴１１の内部において、サブ基板２０に接合された金属ブロック６０を介してサブ基板２０とヒートシンク３０との間に挟着されることになる。このようにして、ヒートシンク３０とサブ基板２０とが、放熱接続部材４０及び金属ブロック６０を介して接合される。
本実施形態においては、マザーボード１０の貫通穴１１の内部において、サブ基板２０に接合された金属ブロック６０を介してサブ基板２０とヒートシンク３０との間に、放熱接続部材４０が挟着される。したがって、サブ基板２０は、マザーボード１０を介することなく、金属ブロック６０を介してヒートシンク３０に接合されることになる。これにより、マザーボード１０の貫通穴１１を通して、ヒートシンク３０とサブ基板２０とを、半田や接着剤等のバインダを使用せずに、接合することができる。また、サブ基板２０に搭載された発熱部品５０からヒートシンク３０に至る放熱パスには、マザーボード１０が介在しない。そのため、放熱パスの熱抵抗を、マザーボード１０の熱抵抗分だけ低くすることができ、その結果、放熱効果を高めることができる。また、金属ブロック６０は、非常に高い熱伝導率を有しており、その金属ブロック６０を発熱部品５０により近い位置に配置しているため、第１の実施形態と比較して、放熱効果をさらに高めることができる。
また、本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、ヒートシンク３０の凸部３１とサブ基板２０との接合には、その両者に挟着される放熱接続部材４０を使用しており、半田や接着剤等のバインダは使用しない。また、貫通穴１１の内部には空隙が形成される。そのため、本実施形態は、上記の効果以外にも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
（３）第３の実施形態
本実施形態は、第１又は第２の実施形態の実装構造体を用いた無線機の例である。具体的には、本実施形態は、無線機が備える送受信回路を第１又は第２の実施形態の実装構造体で構成する例である。図１４は、本実施形態の無線機の送受信回路の構成例を示す回路図である。図１４に示される送受信回路７０は、デジタルベースバンド（Digital Baseband）部７１と、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）７２と、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）７３と、コンバータ部７４と、ＲＦ（Radio Frequency）フロントエンド部７５と、送信アンテナ７６と、受信アンテナ７７と、電源部７８と、を備えている。
デジタルベースバンド部７１は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等で構成され、送信信号及び受信信号に対してデジタル信号処理を行う回路ブロックである。
ＤＡＣ７２は、送信信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する。
ＡＤＣ７３は、受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
コンバータ部７４は、ミキサ、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）、及びフィルタ等を含んで構成され、送信信号を低周波信号から高周波（ＲＦ：Radio Frequency）信号に変換し、また、受信信号を高周波信号から低周波信号に変換する回路ブロックである。
ＲＦフロントエンド部７５は、パワーアンプ（Power AMP（amplifier））、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier：ローノイズアンプ）、デュプレクサ（Duplexer）等を含んで構成され、送信信号をパワーアンプにより増幅して送信アンテナ７６から送信し、また、受信アンテナ７７にて受信された微弱な受信信号をＬＮＡにより低雑音で増幅する回路ブロックである。
電源部７８は、デジタルベースバンド部７１、コンバータ部７４、及びＲＦフロントエンド部７５の各回路ブロック内のアクティブデバイスと、ＤＡＣ７２及びＡＤＣ７３と、に直流電力を供給するものである。
送信信号は、まず、デジタルベースバンド部７１において、デジタル変調及びデジタルプリディストーション等のデジタル信号処理が行われ、続いて、ＤＡＣ７２において、デジタル信号からアナログ信号に変換される。続いて、送信信号は、コンバータ部７４において、数100MHz程度の低周波信号から所望の高周波信号に変換される。続いて、送信信号は、ＲＦフロントエンド部７５において、パワーアンプにより所望の電力レベルまで増幅され、デュプレクサにより不要な周波数成分が取り除かれる。その後、送信信号は、送信アンテナ７６から送信される。
一方、受信アンテナ７７にて受信された微弱な受信信号は、ＲＦフロントエンド部７５において、ＬＮＡにより低雑音で増幅され、コンバータ部７４において、高周波信号から数100MHz程度の低周波信号に変換され、ＡＤＣ７３において、アナログ信号からデジタル信号に変換される。その後、受信信号は、デジタルベースバンド部７１において、デジタル復調等のデジタル信号処理が行われる。
ところで、ＲＦフロントエンド部７５においては、パワーアンプで所望の電力レベルまで増幅した送信信号を、損失なく送信アンテナ７６まで送る必要がある。仮に、パワーアンプから送信アンテナ７６までの間で送信信号の損失が大きいとする。この場合、送信アンテナ７６の送信電力レベルは決められていることから、その損失を補うために、パワーアンプが、送信信号をより大きな電力レベルに増幅する必要ある。しかし、送信信号を大きな電力レベルに増幅するためには、パワーアンプには、大きなパワークラスの増幅素子（バイポーラトランジスタ、FET）を使用すると共に、電源部７８からパワーアンプに大きな直流電力を供給する必要がある。その結果、無線機の消費電力の増大とサイズの大型化が余儀なくされる。また、大電力の無線機の場合、パワーアンプで増幅された送信信号が基板で損失することにより基板が発熱し、最悪の場合は基板が焼損することも考えられる。そのため、ＲＦフロントエンド部７５は低損失であることが必要である。
また、コンバータ部７４及びＲＦフロントエンド部７５では、高周波信号を処理するが、高周波信号の周波数帯域は、周波数メニューに応じて決められる。そのため、コンバータ部７４及びＲＦフロントエンド部７５は、周波数依存性がある。これに対し、デジタルベースバンド部７１及び電源部７８等を含む他の回路には、周波数依存性がない。
このように、図１４に示される送受信回路７０において、ＲＦフロントエンド部７５は、周波数依存性があり、かつ低損失が必要な回路ブロックである。また、コンバータ部７４は、周波数依存性がある回路ブロックである。その一方で、デジタルベースバンド部７１及び電源部７８等を含む他の回路は、周波数依存性を持たず、また低損失も必要としない回路ブロックである。
送受信回路７０の全ての回路を一体の基板上に構成することができれば、基板同士を接続するケーブル、コネクタ等の部品が不要となり、無線機を廉価かつ小型に実現することができるだけでなく、組み立ても容易となる。
しかし、コンバータ部７４及びＲＦフロントエンド部７５といった周波数依存がある回路ブロックを一体の基板上に構成する場合、周波数メニューが変わる度に、送受信回路７０の全ての回路領域について基板設計をし直す必要がある。
また、デジタルベースバンド部７１用の基板としては、一般的に、ＦＲ４（Flame Retardant Type 4）基板が使用される。ＦＲ４基板のtanδ（誘電正接）は0.02程度であり、例えば、5GHzの周波数では、約0.03dB/mmの損失が生じる。一方で、高価であるが低損失なＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）基板のtanδは0.0002程度であり、5GHzの周波数での損失は約0.002dB/mmであり、ＦＲ４基板の1/10以下となる。両基板の損失の開きは、周波数が高くなるほど大きくなる。そのため、ＲＦフロントエンド部７５といった低損失が必要な回路ブロックには、たとえ高価であっても、低損失な基板を使用する必要性が高い。しかし、送受信回路７０の全ての回路を低損失な基板に一体に構成する場合、低損失が不要なデジタルベースバンド部７１及び電源部７８といった回路領域も、高価である低損失な基板で構成することになり、無線機の製造費が高くなってしまう。また、デジタルベースバンド部７１は、配線が多く、多層基板が必要であるために、低損失な基板が多数必要となり、無線機の製造費がさらに高くなってしまう。
そこで、本実施形態においては、周波数依存性があるコンバータ部７４及びＲＦフロントエンド部７５の回路ブロック（第１の回路ブロック）をサブ基板２０に搭載し、サブ基板２０をＰＴＦＥ基板等の高価ではあるが低損失な基板で構成する。一方、コンバータ部７４及びＲＦフロントエンド部７５以外の周波数依存性がない他の回路ブロック（第２の回路ブロック。デジタルベースバンド部７１及び電源部７８等を含む）をマザーボード１０に搭載し、マザーボード１０をＦＲ４基板等の安価な基板で構成する。
これにより、サブ基板２０のみを低損失な基板で構成し、マザーボード１０を安価な基板で構成することができるため、低損失な基板の使用量を削減でき、その結果、無線機の製造費を低減することができる。また、サブ基板２０を低損失な基板で構成するため、サブ基板２０に搭載されるＲＦフロントエンド部７５については低損失を実現することができる。
また、周波数メニューが変わった場合も、サブ基板２０に搭載されるコンバータ部７４及びＲＦフロントエンド部７５の回路領域のみについて基板設計をし直せば良く、基板設計が容易となる。
また、無線機同士で周波数メニューが異なる場合、周波数メニューに応じてサブ基板２０のみを変更すれば良く、マザーボード１０は共通化できる。そのため、無線機の製造費をさらに低減することができる。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
例えば、第１及び第２の実施形態においては、サブ基板２０に１つの発熱部品５０が搭載される例について説明した。しかし、本発明は、サブ基板２０に複数の発熱部品５０が搭載される場合にも適用可能である。この場合、発熱部品５０と同数の放熱接続部材４０を設け、マザーボード１０の貫通穴１１の内部において、複数の発熱部品５０の搭載位置に対応する位置のそれぞれに放熱接続部材４０を配置すれば良い。また、第２の実施形態の場合は、発熱部品５０と同数の金属ブロック６０を設け、サブ基板２０のマザーボード１０側の面上において、複数の発熱部品５０の搭載位置に対応する位置のそれぞれに金属ブロック６０を配置すれば良い。
また、第１及び第２の実施形態においては、マザーボード１０に１つのサブ基板２０が搭載される例について説明した。しかし、本発明は、マザーボード１０に複数のサブ基板２０が搭載される場合にも適用可能である。この場合、マザーボード１０には、サブ基板２０と同数の貫通穴１１を設け、複数のサブ基板２０が複数の貫通穴１１をそれぞれ覆うようにマザーボード１０に重ね合わされれば良い。また、ヒートシンク３０が複数の貫通穴１１を全て覆うようにマザーボード１０に重ね合わされれば良い。また、発熱部品５０と同数の放熱接続部材４０を設け、マザーボード１０の対応する貫通穴１１の内部において、複数の発熱部品５０の搭載位置に対応する位置のそれぞれに放熱接続部材４０を配置すれば良い。また、第２の実施形態の場合は、発熱部品５０と同数の金属ブロック６０を設け、対応するサブ基板２０のマザーボード１０側の面上において、複数の発熱部品５０の搭載位置に対応する位置のそれぞれに金属ブロック６０を配置すれば良い。
また、第３の実施形態においては、コンバータ部７４及びＲＦフロントエンド部７５を、低損失な基板で構成したサブ基板２０に搭載しているが、これには限定されない。コンバータ部７４及びＲＦフロントエンド部７５のうち、低損失が必要な回路ブロックは、ＲＦフロントエンド部７５のみである。そのため、低損失が必要なＲＦフロントエンド部７５のみを低損失な基板で構成したサブ基板２０に搭載しても良い。この場合、コンバータ部７４は、マザーボード１０に搭載しても良い。ただし、コンバータ部７４は、周波数依存性があるため、マザーボード１０の共通化の観点からは、別のサブ基板２０に搭載するのが良い。この場合、コンバータ部７４を搭載する別のサブ基板２０は、低損失な基板にする必要はなく、安価な基板で構成することができる。
この出願は、２０１５年７月２４日に出願された日本出願特願２０１５−１４６９８４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１０ マザーボード
１１ 貫通穴
１２ 信号パターン
２０ サブ基板
２１ 信号パターン
２２ 接地パターン
２３ スルーホール
２４ 接地パターン
２５ 電気部品
２６ 配線パターン
３０ ヒートシンク
３１ 凸部
４０ 放熱接続部材
５０ 発熱部品
６０ 金属ブロック
６１ ビス
７０ 送受信回路
７１ デジタルベースバンド部
７２ ＤＡＣ
７３ ＡＤＣ
７４ コンバータ部
７５ ＲＦフロントエンド部
７６ 送信アンテナ
７７ 受信アンテナ
７８ 電源部

Claims (8)

  1. 実装構造体により構成される送受信回路を備える無線機であって、
    前記実装構造体は、
    貫通穴が形成された第１の基板と、
    前記貫通穴を覆うように前記第１の基板の両面のそれぞれに重ね合わされる第２の基板及び第１の放熱体と、
    前記貫通穴の内部において、前記第２の基板及び前記第１の放熱体の間に挟着される第２の放熱体と、を備え、
    前記送受信回路は、
    送信信号をパワーアンプにより増幅すると共に、受信信号をローノイズアンプにより低雑音で増幅するＲＦ（Radio Frequency）フロントエンド部を少なくとも含む第１の回路ブロックと、
    前記第１の回路ブロック以外の第２の回路ブロックと、からなり、
    前記第１の回路ブロックが前記第２の基板に搭載され、
    前記第２の回路ブロックが前記第１の基板に搭載される、無線機。
  2. 前記第２の放熱体は、基板厚み方向に弾性を有する、請求項１に記載の無線機。
  3. 前記第２の放熱体は、前記貫通穴の内部において、前記第２の基板の前記第１の基板側の面の反対面に搭載される発熱部品の搭載位置に対応する位置に配置される、請求項１又は２に記載の無線機。
  4. 前記第１の放熱体は、前記第２の基板側の面に形成され、前記貫通穴に挿入される凸部を有し、
    前記第２の放熱体は、前記貫通穴の内部において、前記第２の基板及び前記第１の放熱体の前記凸部の間に挟着される、請求項３に記載の無線機。
  5. 前記第２の基板には複数の前記発熱部品が搭載され、
    前記第２の放熱体は、前記貫通穴の内部において、複数の前記発熱部品の搭載位置に対応する位置にそれぞれ配置される、請求項４に記載の無線機。
  6. 前記実装構造体は、
    前記第２の基板の前記第１の基板側の面上において、前記発熱部品の搭載位置に対応する位置に接合され、前記貫通穴に挿入される第３の放熱体をさらに備え、
    前記第２の放熱体は、前記貫通穴の内部において、前記第２の基板及び前記第１の放熱体の間に前記第３の放熱体を介して挟着される、請求項３に記載の無線機。
  7. 前記第２の基板には複数の前記発熱部品が搭載され、
    前記第２の放熱体は、前記貫通穴の内部において、複数の前記発熱部品の搭載位置に対応する位置にそれぞれ配置され、
    前記第３の放熱体は、前記第２の基板の前記第１の基板側の面上において、複数の前記発熱部品の搭載位置に対応する位置にそれぞれ配置される、請求項６に記載の無線機。
  8. 前記第１の回路ブロックは、
    送信信号を低周波信号から高周波信号に変換して前記ＲＦフロントエンド部に出力すると共に、前記ＲＦフロントエンド部から出力された受信信号を高周波信号から低周波信号に変換するコンバータ部をさらに含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の無線機。
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