JPWO2008035540A1 - 電子装置搭載機器とその共振抑制方法 - Google Patents

Abstract

電子装置（２）の熱を逃がすために放熱板（３）が設けられる。電子装置（２）のクロック信号の基本波または高調波と放熱板（３）のサイズが一致する場合、放熱板（３）が共振し、大きなクロック信号高調波ノイズが放射される。このノイズを抑制するために、放熱板（３）の端部に誘電体条片（４、５）が装着される。この誘電体条片（４、５）により放熱板（３）の共振周波数がずれ、共振の抑制が可能となる。

Description

本発明は、電子装置の放熱板の振動を抑制する技術に関する。

パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理機器に使用され、主記憶、制御、演算を行い、単一チップで構成されるＬＳＩなどの電子装置は、高速処理能力を実現させるために大電流を必要とする。この大電流による発熱で電子装置が許容温度を超えることを防止するために放熱手段が施される。

図１は、本発明を説明するための一例における放熱手段を持つ電子装置搭載機器の上面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線の断面図である。
図１、図２に示すように、プリント基板１にＬＳＩなどの発熱の大きい電子装置２が搭載されており、そして電子装置２上部には、電子装置２の動作による発熱を放熱するために放熱板３が設置されている。

電子装置２がクロック信号で動作する場合、クロック信号は、基本波および整数倍の高調波の周波数成分を持ち、クロック信号高調波はノイズとしてプリント基板１および放熱板３に伝搬する。電子装置２から静電結合により放熱板３へ伝搬したクロック信号高調波ノイズは、放熱板３から放射される。

図３に、放熱板３の斜視図を示す。同図に示すように、放熱板３の平面形状は長方形であって、一辺の寸法はａ、他のもう一辺の寸法はｂである。図４に放熱板の寸法ａ方向の側面図を示す。図において、一辺の寸法ａが半波長となる周波数において、電圧波形は実線で示すように、放熱板の両端で最大Ｖ０となる。電流波形は、破線で示すように放熱板中央で最大Ｉ０となる。この状態を半波長長さによる共振という。
クロック信号高調波ノイズが、放熱板３を介して放射されるとき、クロック信号の基本波周波数またはその高調波周波数の１／２波長長さと、放熱板３の寸法ａが一致する場合は、一致した周波数で共振することから、放射ノイズレベルが増大する。

そこで、放熱板３の一辺の寸法ａを信号周波数あるいはその高調波周波数の半波長長さと一致しない寸法に設定することが提案されている（例えば、特開２０００‐１５６５７８号公報参照）。しかし、現実の電子装置搭載機器においては放熱板の寸法を共振周波数を変更する目的のみによって適切な長さに設定することができない場合がある。例えば、放熱板の共振周波数を下げるためには寸法ａを長くすればよいが、放熱板寸法を長くすると実装する面積が拡大し、電子装置搭載機器として許容寸法を超える可能性がある。放熱板の共振周波数を上げるためには寸法ａを短くすればよいが、放熱板寸法を短くすると放熱板の放熱効率が下がり、電子装置の発熱を十分に放熱できなくなる恐れがある。

放熱手段の共振を抑制する手段として、電子装置と放熱手段との間に電波吸収体を装着することも提案されている（例えば、特開２００１−１８５８９３号公報参照）。さらに、特開２０００−２６１１８５号公報には、放熱板の両端を導電接続材で金属ラダーに接続し、金属ラダーを装置筐体に接続して短絡させる手法が開示されている。

電子装置からの発熱を効率良く放熱手段により放熱させるためには、電子装置と放熱手段との間は十分小さな熱抵抗とする必要があるのに対し、特開２００１−１８５８９３号公報にて開示されたように電子装置と放熱手段との間に電波吸収体を装着した場合、電波吸収体の熱抵抗により放熱手段から十分な放熱が実現できず、電子装置の許容温度を超えることが懸念される。また、放熱板を電子装置の回路グランドや装置筐体グランドに接続出来ない制約がある場合、特許文献３の放熱板の短絡手段を採用することは出来ない。
本発明の課題は、上述した放熱手段に関する問題点を解決することである。本発明の目的は、以下のいずれか：（１）放熱手段の寸法を変更しない；（２）放熱特性を犠牲にしない；（３）放熱手段を接地しない、を可能としながら、放熱手段のクロック信号（またはその高調波）での共振を回避できるようにして、放熱手段から放射される高周波ノイズのレベルを低減させることである。

上記の目的を達成するため、クロック信号により動作する電子装置と、電子装置に接続された放熱部材と、放熱部材に装着された誘電体材料で形成される共振抑制部材とを備えた電子装置搭載機器が提供される。

また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、クロック信号により動作する複数個の電子装置と、複数個の電子装置に共通に接続された放熱部材と、放熱部材に装着された誘電体材料で形成される共振抑制部材とを備えた電子装置搭載機器が提供される。

また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、クロック信号が伝達される電子装置と電子装置に接続される放熱部材とを準備することと、クロック信号の周波数またはその高調波周波数における共振を回避するように放熱部材に誘電体材料を含む共振抑制部材を装着することとを備える電子装置搭載機器の共振抑制方法が提供される。

本発明は、放熱板に誘電体材料の共振抑制部材を装着することにより放熱板の電気的寸法を延長して放熱板の共振周波数を変更するものであるので、放熱板の寸法を過度に大きくすることなく、また放熱特性を損ねる程に小さくすることなく、放熱板の実効的な寸法を、電子装置内を伝搬するクロック信号周波数またはその高調波周波数の半波長寸法と一致させないようにすることができる。したがって、本発明によれば、電子装置のクロック信号周波数またはその高調波周波数での放熱板の共振を回避することができ、電子装置から放熱板に伝搬し、放熱板から放射されるクロック信号高調波ノイズを抑制することができる。

関連技術における電子装置搭載機器の上面図。 関連技術における電子装置搭載機器の断面図。 関連技術における放熱板の斜視図。 関連技術における放熱板の寸法ａ方向の側面図。 本発明の第１実施例に係わる電子装置搭載機器の上面図。 本発明の第１実施例に係わる電子装置搭載機器の断面図。 本発明の第１実施例に係わる放熱板の寸法ａ方向の側面図。 本発明の第１実施例に係わる放熱板の誘電体条片有無の共振特性図。 本発明の第１実施例に係わる放熱板の誘電体条片有無の共振特性図。 本発明の第１実施の形態に係わる誘電体条片の放熱板に対する占有率と共振周波数変動率との関係を示すグラフ。 本発明の第２実施例に係わる電子装置搭載機器の上面図。 本発明の第２実施例に係わる電子装置搭載機器の断面図。 本発明の第３実施例に係わる電子装置搭載機器の上面図。 本発明の第３実施例に係わる電子装置搭載機器の断面図。

以下に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１実施例〕
図５は、本発明の第１実施例に係わる電子装置搭載機器の上面図であり、図６は、図５のＡ−Ａ’線での断面図である。図５、図６に示すように、プリント基板１に電子装置２が搭載されている。電子装置２に放熱板３が設置され、放熱板３の電子装置２側両端に誘電体材料からなる誘電体条片４、５が装着されている。誘電体条片４、５は比誘電率が１よりも大きければよく、内部に金属体を含んでいてもよい。放熱板３は、図３に示されるように一方の辺の寸法はａ、他方の辺の寸法はｂである。
誘電体条片４、５の放熱板３への装着方法としては、接着剤を用いた接着やボルトなどを用いた締着、あるいは押圧手段を用いた弾性的な押圧などが適用可能であるが、これらに限定されない。本実施例では誘電体条片４、５の平面形状は長方形であるが、楕円形など他の形状であってもよい。また、本実施例では誘電体条片４、５の端部がそれぞれ放熱板の長手方向の一端と他端に一致して添うように装着されているが、必ずしも端部同士を一致させる必要はない。但し、誘電体条片４、５の装着位置は、放熱板の中央部を除いた領域であることが好ましく、例えば放熱板をその短辺に平行な直線により３分割した際の中央部を除く領域であることが望ましい。

誘電体条片４、５が装着された放熱板の寸法ａ方向の側面図を図７に示す。図において、クロック信号高調波周波数の半波長と、放熱板３の寸法ａは一致するが、放熱板３の両端に装着した誘電体条片４および５により、放熱板３の電気的寸法は、それぞれ寸法ｃ分延長され、寸法ａ’となる。
寸法 ａ’= ａ + ２ｃ
で表される。これにより、放熱板の電気的寸法ａ’とクロック信号高調波周波数の半波長は一致しなくなる。

図８に放熱板の両端に装着する比誘電率約１０の誘電体条片の有無による放熱板の共振特性を示す。用いた放熱板と誘電体条片のそれぞれの寸法は、１５０ｍｍ×６０ｍｍと１０ｍｍ×６０ｍｍである。測定は、電子装置の位置に高周波信号源を配置し、所定の距離を隔てて配置されたアンテナでの受信電波強度を観測することによって行なった。図において、横軸は、高周波信号源の周波数を、縦軸は、アンテナで観測される信号強度を、それぞれ示す。ここで、縦軸での基準値（０ｄＢ）は、放熱板が存在しない場合の受信電波強度である。誘電体条片を装着しない場合の放熱板の共振特性を実線で示す。この場合、共振周波数は実線の最大共振レベル位置であり、およそ９２０ＭＨｚを示している。誘電体材料を放熱板両端に装着した場合の共振特性を破線で示す。破線の最大共振レベル位置はおよそ８９０ＭＨｚを示しており、共振周波数が９２０ＭＨｚから８９０ＭＨｚに下がったことを示している（変動率約４％）。誘電体条片を装着することにより放熱板の共振周波数が低下することが分かる。

図８の放熱板に装着する誘電体条片の寸法より長い誘電体条片を装着した場合の共振特性を図９に示す。用いた放熱板と誘電体条片のそれぞれの寸法は、１５０ｍｍ×６０ｍｍと５０ｍｍ×６０ｍｍである。図において、誘電体条片を装着しない場合の放熱板共振周波数はおよそ９２０ＭＨｚである。誘電体条片を装着した場合の共振周波数はおよそ７４０ＭＨｚである（変動率約２０％）。このように誘電体条片の寸法を大きくすることにより共振周波数を更に低下させることできる。

図１０は、放熱板に装着される誘電体条片の放熱板寸法に対する占有率と、放熱板の共振周波数変動率との関係を示すグラフである。図において、放熱板に装着される誘電体条片面積比率が高くなるほど共振周波数変動率を上げることができる。よって、誘電体条片の大きさを選定することにより適宜な値に共振周波数を変化させることができる。あるいは、所定の大きさの誘電体条片を用意しておき、装着される誘電体条片の枚数を選択することにより、適宜な値に共振周波数を変化させることができる。
同様に、誘電体条片の厚さを厚くしても共振周波数の変動率を上げることができる。また、誘電率のより高い誘電体条片を使用することによっても共振周波数の変動率を上げることができる。よって、本発明による電子装置搭載機器の共振抑制方法は、放熱板に装着される誘電体条片の放熱板に対する面積占有率、誘電体条片の厚さ、誘電体条片の誘電率のいずれかをあるいはその中の複数を選定して、共振周波数を変動させて共振周波数が電子装置内でのクロック信号の周波数またはその高調波と一致させないようにして放熱板を介して放出される高周波ノイズレベルを低減させるものである。

〔第２実施例〕
図１１は、本発明の第２実施例に係わる複数の電子装置を搭載した電子装置搭載機器の上面図であり、図１２は、図１１のＡ−Ａ’線での断面図である。図１１、図１２に示すように、プリント基板１に複数の電子装置２が搭載されている。電子装置２に放熱板３が設置され、放熱板３の電子装置２側両端に誘電体条片４、５が装着されている。
本実施例の誘電体条片４、５が装着された放熱板の寸法ａ方向の側面図は、第１実施例の場合と同様に、図７に示される。図７に示すように、クロック信号高調波ノイズ周波数の半波長と、放熱板３寸法ａは一致するが、放熱板３の両端に装着した誘電体条片４および５により、放熱板３の電気的寸法は、それぞれ寸法ｃ分延長され、寸法ａ’となる。
寸法 ａ’= ａ + ２ｃ
で表される。これにより、複数の電子装置上部に設置した放熱板の電気的寸法ａ’をクロック信号高調波ノイズ周波数の半波長と一致させないようにすることができる。

〔第３実施例〕
図１３は、本発明の第３実施例に係わる誘電体条片が放熱板の一方の端部のみに装着された電子装置搭載機器の上面図であり、図１４は、図９のＡ−Ａ’線での断面図である。図１３、図１４に示すように、プリント基板１に電子装置２が搭載されている。電子装置２に放熱板３が設置され、放熱板３の電子装置２側の一方の端部に誘電体条片４が装着されている。
本実施例においても、クロック信号高調波ノイズ周波数の半波長と、放熱板３寸法は一致するが、放熱板３の一方の端部に装着した誘電体条片により、放熱板３の電気的寸法は延長される。これにより、電子装置上部に設置した放熱板の電気的寸法をクロック信号高調波ノイズ周波数の半波長と一致しないようにすることができる。

第２、第３実施例についても、第１実施例と同様に、放熱板に装着される誘電体条片の放熱板に対する面積占有率、誘電体条片の厚さ、誘電体条片の誘電率のいずれかをあるいはその中の複数を選定して、共振周波数を変動させて放熱板の共振周波数が電子装置内でのクロック信号の周波数またはその高調波と一致させないようにすることができるものである。

Claims (12)

1. クロック信号により動作する電子装置と、
   前記電子装置に接続された放熱部材と、
   前記放熱部材に装着された誘電体材料で形成される共振抑制部材
   とを具備する電子装置搭載機器。
2. クロック信号により動作する複数個の電子装置と、
   前記複数個の電子装置に共通に接続された放熱部材と、
   前記放熱部材に装着された誘電体材料で形成される共振抑制部材
   とを具備する電子装置搭載機器。
3. 前記誘電体材料は、前記クロック信号の周波数またはその高調波周波数における前記放熱部材の共振を回避するように前記放熱部材に装着される
   請求の範囲１または２に記載の電子装置搭載機器。
4. 前記放熱部材と前記共振抑制部材とは、前記電子装置の同じ側に装着されている
   請求の範囲１から３のいずれかに記載の電子装置搭載機器。
5. 前記放熱部材は長方形の形状を有し、
   前記共振抑制部材は、前記放熱部材の主面をその短辺に平行な直線により３等分した中央の領域を除く領域に装着されている
   請求の範囲１から４のいずれかに記載の電子装置搭載機器。
6. 前記共振抑制部材は、複数個に分離されて前記放熱部材に装着されている
   請求の範囲１から５のいずれかに記載の電子装置搭載機器。
7. 前記放熱部材は長方形の平面形状を有し、
   前記共振抑制部材は、
   長方形の形状を有し、前記放熱部材の長手方向の一端に添うように装着された第１共振抑制部材と、
   長方形の形状を有し、前記放熱部材の長手方向の他端に添うように装着された第２共振部材
   とを備える請求の範囲１から５のいずれかに記載の電子装置搭載機器。
8. クロック信号が伝達される電子装置と、前記電子装置に接続される放熱部材とを準備することと、
   前記クロック信号の周波数またはその高調波周波数における共振を回避するように、前記放熱部材に誘電体材料を含む共振抑制部材を装着すること
   とを具備する電子装置搭載機器の共振抑制方法。
9. 更に、前記共振抑制部材の平面形状の面積を変えることによって前記放熱部材の共振周波数を調整すること
   を具備する請求の範囲８に記載の電子装置搭載機器の共振抑制方法。
10. 更に、前記共振抑制部材の厚さを変えることによって前記放熱部材の共振周波数を調整すること
    を具備する請求の範囲８に記載の電子装置搭載機器の共振抑制方法。
11. 更に、前記共振抑制部材の個数を変えることにより前記放熱部材の共振周波数を調整すること
    を具備する請求の範囲８に記載の電子装置搭載機器の共振抑制方法。
12. 更に、前記共振抑制部材の誘電率を選択することにより前記放熱部材の共振周波数を調整すること
    を具備する請求の範囲８から１１のいずれかに記載の電子装置搭載機器の共振抑制方法。

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