WO2012176646A1

WO2012176646A1 - シールドフレーム、シールドフレームの実装構造、及び電子携帯機器

Info

Publication number: WO2012176646A1
Application number: PCT/JP2012/064928
Authority: WO
Inventors: 俊亘小勝
Original assignee: Ｎｅｃカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2012-12-27
Also published as: US20140098500A1; EP2725884A1; JPWO2012176646A1

Abstract

電子部品が実装された回路基板に対して、該回路基板から立ち上がる方向に延在し、かつ前記電子部品の側方を囲むように配置される側板部を備え、前記側板部の前記回路基板に対向させる基端部がフランジレス構造とされ、かつ前記回路基板側へのはんだ固定用端部とされているシールドフレーム。該シールドフレームが金属で構成され、かつ絞り加工により形成されていることが望ましい。

Description

シールドフレーム、シールドフレームの実装構造、及び電子携帯機器

　本発明は電子機器の配線基板に実装されるシールドフレーム、シールドフレームの実装構造、及び電子携帯機器に関し、特に機器の小型薄型化を実現するための配線基板の構造に関する。
　本願は、２０１１年６月２３日に出願された特願２０１１－１３９８６３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　近年、携帯電話や携帯情報端末、ノート型パーソナルコンピュータなど、携帯用機器において、端末の進化ともに高機能化が進み、機能追加に対応するため回路基板上の部品は非常に過密化している。またこれらの携帯用の端末では、携帯電話ネットワーク用のアンテナ、テレビアンテナ、ブルーツース（Bluetooth）アンテナ、ＧＰＳアンテナ、ＲＦＩＤアンテナなどの、用途（周波数）の異なる電波を発する電子部品が隣接して実装され、LSIの動作クロック周波数も高速化するなど、相互干渉が大きな問題となっている。

　これらの課題を解決する方法として、電子部品間の電磁遮蔽を行うシールド部材が用いられている。このシールド部材は電子部品を覆うように設計されるため、シールド部材の大きさが製品サイズに影響を与えることも多い。従って機器を小型化するにはシールド部材やその周辺の実装技術も小型する必要がある。そこで良好な電磁シールド性を確保しつつ、小型化する技術が近年開発されている。
　また、無線、電源、CPU（中央演算素子）など、機能単位、動作周波数単位にシールドを行う必要があるが、１つの大きなシールドにまとめて、個々の領域を仕切り板で遮断するような構造のものもある。

　従来この種のシールド部品及びその実装構造としては、下記特許文献１に記載されたものが提案されている。

特開２００６－１９６６６４号公報

　ところで、上記特許文献１記載のシールド部品は、板金による切断加工と折曲げ加工とにより製造されるものであるため、隙間が形成されてシール性が低下するという問題がある。すなわち、シールド部品は電気的な密閉性が必要であるにも関わらず、板金を折り曲げただけの形状だと角部には微小な隙間が空いてしまう。

　この点について図１３から図１６Ｅを用いて詳細に説明すると、図１３のように形状が複雑になると、特に内角部分は折り曲げでは対抗する２辺を成立させることが出来ないために、片側の壁面には壁面高さ分の穴が空いてしまう。以下に具体的に説明する。
　図１３は折り曲げ構造のシールドフレームを実装した実装基板の斜視図である。回路基板１００には折り曲げシールドフレーム２００、半導体部品１１０ａ～１１０ｆと図示されない半導体部品や電子部品が実装されている。

　折り曲げシールドフレーム２００にはカバーと嵌合する突起２０１、内角部切り欠き２０２、外角部合わせ目２０３が構成される。内角部切り欠き２０２は、折り曲げ構造の場合、平板から折り曲げて製造されるため、このような内角部分はどちらかの壁面が構成できなくなるために生じる。また外角部についても、合わせ目が必要となり、厳密には隙間が開いてしまう。

　図１４はフレームカバー３００を嵌合させたところである。折り曲げシールドフレーム２００とカバー３００は、折り曲げシールドフレームの突起２０１が、カバー３００の嵌合穴３０１に嵌るようになっている。またカバー３００とシールドフレーム２００を電気的に接続するための接点３０２が構成されている。
　図１５Ａ、１５Ｂはカバー３００を取り付けた状態の実装構造を示す図であって、図１５Ａは平面図、図１５Ｂは図１５ＡのＡ矢視図およびその要部拡大図である。
　このようにカバーを取り付けても、カバー３００にははんだ付け領域があるため最下面（回路基板１００の表面）まで届かせることができず、内角部切り欠き２０２の部分は穴があいてしまい、シールド性を低下させる要因となる。
　図１６Ａ～１６Ｅは、図１３の実装構造を別の方向から見た状態を示すものであって、図１６Ａは平面図、図１６Ｂは図１６ＡのＡ矢視図、図１６Ｃは図１６ＡのＢ矢視図、図１６Ｄは図１６ＡのＣ矢視図、図１６Ｅは図１６ＡのＤ矢視図である。
　これらの図に示すように、同じように内角部切り欠き２０２の箇所はシールド性が低下する。

　なお、上記特許文献１には、絞り加工により形成されたシールド部品が記載されているが、その加工法に起因して回路基板側への端部に凹凸が生じるものと考えられる。したがって、このシールド部品は、一部のみを回路基板側へ固定した場合、凹凸部分に隙間が生じて上記と同様にシールド効果が充分に得られないという問題がある。

　本発明の目的は、上記した課題を解決するため、高いシールド性能とシールド部品の薄型化と部品実装の高密度化をより単純な形状で両立させるシールドフレーム、シールドフレームの実装構造、及び電子携帯機器を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明のシールドフレームは、電子部品が実装された回路基板に対して、該回路基板から立ち上がる方向に延在し、かつ前記電子部品の側方を囲むように配置される側板部を備えたシールドフレームであって、前記側板部の前記回路基板に対向させる基端部がフランジレス構造とされ、かつ前記回路基板側へのはんだ固定用端部とされていることを特徴とする。

　本発明の第１の効果は、複雑な形状の大型シールドフレームであっても確実な電磁シールドが可能な点である。
　本発明の第２の効果は、大型シールドフレームでの確実な電磁シールドと小型化が両立できる点である。
　本発明の第３の効果は、従来の折り曲げタイプのシールドフレームと同等の実装面積で実現可能な点である。
　本発明の第４の効果は、シールドフレーム内の簡易防水が可能な点である。

本発明の一実施形態として示したシールドフレームの実装構造の概略構成を示す斜視図である。図１の実装構造において、カバーを設置した状態を示す斜視図である。図２に示す実装構造の平面図である。図３ＡのＡ矢視図である。図３Ｂの要部拡大図である。図１の実装構造を別の方向から見た平面図である。図４ＡのＡ矢視図である。図４ＡのＢ矢視図である。図４ＡのＣ矢視図である。図４ＡのＤ矢視図である。図１に示す実装構造のはんだ付部分を示す図である。図５Ａに対する比較例としての、従来の実装構造のはんだ付部分を示す図である。図１に示す実装構造のシールドフレームのはんだ付部分を示す断面図である。図１に示す実装構造のシールドフレームに対し、通常の場合のはんだ量による実装を表した断面図である。図１に示す実装構造のシールドフレームの外壁とフットプリントの形状を示す平断面図である。図１に示す実装構造のはんだ付部分を示す断面図である。図９Ａに対する比較例としての従来例のはんだ付部分を示す断面図である。図１に示す実装構造のはんだ付部分を示す断面図である。一般的手法による実装構造のはんだ付部分を示す断面図である。図１に示す実装構造のコーナ部のフットプリント形状を示すを示す平面図である。従来例のシールドフレームの実装構造の斜視図である。図１３の実装構造にフレームカバーを設置した状態を示す斜視図である。図１３の実装構造にフレームカバーを設置した状態を示す平面図である。図１５ＡのＡ矢視図および、その要部拡大図である。図１３の実装構造を別の方向から見た平面図である。図１６ＡのＡ矢視図である。図１６ＡのＢ矢視図である。図１６ＡのＣ矢視図である。図１６ＡのＤ矢視図である。

［構造の説明］
　図１は本発明の実施例の最良の形態の、携帯電話（電子携帯機器）に内蔵される、絞り型シールドフレーム（絞り型大型シールド）を用いた実装基板の模式的な概略構成を示す斜視図である。回路基板１００上に、絞り型シールドフレーム４００と、半導体部品１１０ａ～１１０ｆと、図示されない半導体部品および電子部品が実装されている。

　シールドフレーム４００は、半導体部品等の電子部品１１０ａ～１１０ｆが実装された回路基板１００に固定されるものであり、回路基板１００に対して、回路基板１００から立ち上がる方向に延在し、電子部品１１０ａ～１１０ｆを囲むように配置される側板部４００Ａと、この側板部４００Ａの先端部から電子部品を囲む領域の内方側へ張り出す梁４００Ｂとを備えている。
　側板部４００Ａは、回路基板１００に対向させる基端部Ｋが、側方へ張り出すフランジ部を有しないいわゆるフランジレス構造とされており、かつ回路基板１００側へのはんだ固定用端部となっている。
　この側板部４００Ａの外面には、後述する絞り型用カバーを取り付ける際の突起４０１のほか、図１で示すように内角Ｒ部４０２、外角Ｒ部４０３が構成されるが、他の外周壁面４０４と切れ目なく連続しているため、外周壁面から電磁波ノイズが漏れたり、あるいは外部から影響を受けたりすることがない。

　また、側板部４００Ａの内方には、中間梁４０５が設けられており、中間梁４０５には、シールドフレーム内の所定の大きさの機能単位間で電磁波ノイズの送受を防ぐための内壁４０６が設けられている。このような構造により、本来個別にシールドを行う必要のあった半導体部品同士を、同一シールドフレーム内に設置することが可能になる。

　図２は、図１に示す絞り型大型シールドに絞り型用カバー５００を設置した場合の斜視図である。絞り型用カバー５００は、絞り型シールドフレームの突起４０１が、嵌合穴５０１に嵌ることで固定される。また電気的な接続を確実に取るための接続接点５０２も数箇所設けられており、絞り型用カバーと絞り型シールドフレームが確実に電気的な接続が取れるようになっている。
　本図に示すように絞り型用カバー５００を取り付けた状態ではシールドフレーム内に実装された半導体部品は完全にシールドされていることがわかる。

　図３Ａ～３Ｃは、カバー５００を設置した場合の実装構造を示す図であって、図３Ａは平面図、図３Ｂは図３ＡのＡ矢視図、図３Ｃは図３Ａの要部拡大図である。
　また、図４Ａ～４Ｅは、カバー５００を取り外し、かつ、シールドフレーム４００の側板部４００Ａ部分を見た状態の実装構造を示す図であり、図４Ａは平面図、図４Ｂは図４ＡのＡ矢視図、図４Ｃは図４ＡのＢ矢視図、図４Ｄは図４ＡのＣ矢視図、図４Ｅは図４ＡのＤ矢視図である。
　これらの図に示すように、折り曲げ型シールドフレームで防ぐことができなかった空孔は存在しないことがわかる。

　次に図５Ａから図１２を用いて、本発明が部品実装上の高密度化が可能な点を説明する。

　図５Ａ、５Ｂは、本発明のフランジレス型の絞りシールドフレーム４００の側板部４００Ａの断面（図５Ａ）と、従来のフランジ型絞りシールドフレーム６００の壁面断面（図５Ｂ）を示す。
　この図が示すように、フランジ型絞りシールドではフランジ部分６０１ではんだ付けを行うため、必然的に実装に必要なランド幅Ｂが、フランジレス型シールドフレームの側板部４００Ａの場合のランド幅Ａよりも大きくなる。この結果、フランジ型ではシールドフレームの回路基板上での占有面積が大きくなるため、回路基板全体で見た場合の半導体部品、電子部品の実装面積が減少し部品実装の高密度化の妨げとなってしまう。

　一方、フランジ型の利点として、プレス成型工程の後工程で高さ方向が決定し、最終的な打ち抜きで外周部を切断することが考えられるため、高さ寸法およびフランジ面の平坦度を精度よく加工できる利点がある。このためはんだ付け性としては良好な結果を比較的得やすい。
　一方、フランジレス形状では後工程での高さ決定が難しく、外形カットとその後の絞り加工で高さ方向の寸法が決定する。このため、フランジ型に比べて下面平坦度の精度が悪くなる傾向にある。このため、本発明では、図６に示すように、下面の凹凸Ｐをはんだ付け領域内で吸収することで、本課題を解決している。

　図６は回路基板表層部からシールドまでの様子を表しており、上から絞り型シールドフレーム４００の側板部４００Ａ、はんだ層１６０、そして回路基板１００の表層の、ソルダレジスト１０１、最外層の導体層１０２、絶縁層１０３となっている。

　図７は通常の場合のはんだ量による実装を表した図だが、はんだ高さが低いとこのようにうまく凹凸を吸収できない。はんだの濡れ上がり領域を通常よりも高くすることで、下面の凹凸を吸収することができる。はんだ濡れ上がり高さを高くするためには、接続するフットプリントのはんだ溶融高さを高くする必要がある。このため、本発明では、フットプリントを点線状としている。

　図８は本発明におけるシールドフレームの外壁とフットプリント形状を現している。側板部４００Ａに対し、ソルダレジスト開口１０２、すなわちフットプリントが点線状に並んでいる。一方、はんだ印刷領域１０４はソルダレジスト開口１０２よりも一回り大きくしている。こうすることで、はんだ供給量を増量できる。

　また、図８において、断面方向についてもレジスト開口を通常よりも狭くすることで、はんだの這い上がり量を増加させることが出来る。
　図９Ａ，９Ｂは、図１に示す実装構造と比較例（従来例）の実装構造とのはんだ付部分を示す図であり、図９Ａは図１に示す構造のはんだ付部分を示す断面図、図９Ｂは比較例のはんだ付部分を示す断面図である。
　図８に示す寸法Ｃが、図９ＢにおいてＣ´であると、はんだが横に広がるため、這い上がり量を大きく取れない。従って、図８，９Ａに示す寸法Ｃのように所定寸法以内に狭くすることが這い上がり量を大きくするために適切である。

　次に、図１０はシールドフレームがない状態で、はんだ量を増量した場合の模式図（本発明の場合）であり、図１１はソルダレジスト開口とマスク開口（はんだ印刷領域）を一致させる一般的手法によるものを示す。
　図１０に示すようにはんだ量を増量することで、表面張力によりはんだ溶融時の最大高さを高くすることが出来る。

　図１２に、具体的なコーナ部のフットプリント形状を示す。角部１０５のフットプリント形状は、側板部４００Ａの曲率半径Ｒ０．８ｍｍよりも、内側１０６のＲを０．２ｍｍと極端に小さくしている。側板部４００Ａの厚さを０．２ｍｍとすると、シールドフレームの内側Ｒは０．６ｍｍとなるが、それよりも小さくしている。こうすることで、実装部品を角部まで配置することが可能になる。
　さらに角部のソルダレジスト開口幅が他の場所よりも小さくなるため、はんだが盛り上がり、良好なはんだ付け性が得られる。また斜めスリット１０７を設けることで、角部近傍のはんだを角部に確実に集めることができる。

　上記の構成において、図１２に示す側板部４００Ａに対するはんだ量は、はんだ溶融後の高さが０．１ｍｍ以上確保されることが望ましい。また、図１２の構成において、フットプリント幅は、側板部４００Ａの板厚に０．４ｍｍを加えた数値よりも小さいことが望ましい。
　このように構成することにより、側板部４００Ａに対するはんだ付部分の高さ、幅寸法が適切に設定され、側板部４００Ａの固定強度を確保した上ではんだ付部分の占有面積をできるだけ小さくすることができ、スペース効率の向上が図れる。

　以上説明した構成によれば、折り曲げ型と同様の実装エリアを確保しつつ、高いシールド性能と良好な半田付け性を確保できる。
　本発明によれば、折り曲げ型のシールドフレームと比較して、フレーム自体の機械的強度、特にねじり方向の強度が上がるため、実装した基板の強度確保も容易になる。またさらに、シールドフレーム外周が均一に基板と密着するため、シールドフレームと基板の隙間から水や樹脂が漏れることがない。このため、シールドフレーム内に充填した樹脂が漏れ出さない、外から水等の浸入がない、という効果が得られる。
　また、はんだ付けそのものは点線状であるものの、基板と密着するためほとんど隙間はあかない。また多少の隙間があいたとしても、ソルダレジスト部分であるため撥水、撥油性があり、無圧下での水分や樹脂の浸入は起こらない。

　従って、本発明においては、第一に、複雑な形状の大型シールドフレームであっても確実な電磁シールドが可能であり、第二に、大型シールドフレームでの確実な電磁シールドと小型化が両立でき、第三に、従来の折り曲げタイプのシールドフレームと同等の実装面積で実現可能であり、第四に、シールドフレーム内の簡易防水が可能であるという効果が得られる。

　なお、上記の実施形態においては、シールドフレーム側に突起を設け、カバー側に嵌合穴を設けているが、シールドフレーム側を嵌合穴、カバーを突起としても構わない。このようにすることで絞り構造のシールドフレームの外側に突起物がなくなるため、シールドフレームの製造が容易になる。デメリットとしてはシールドフレーム壁面に穴が空くため、水や樹脂の通り抜けが可能になることである。

　また、上記実施形態において、シールドフレームの材質としては、金属であって、表面抵抗の小さいものが望ましい。この場合の金属としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金、チタン合金が挙げられる。

　材質がステンレスの場合、はんだ付け性が良くないため、表面に錫めっきや、はんだめっきを施したものがよい。洋白や真鍮など銅合金であれば表面処理の必要はないが、その代わりに形状の安定性が劣るという短所がある。アルミ合金も同様である。

　また、上記の実施形態においては、シールドフレームとカバーを分離した構造としたが、シールドフレームとカバーは一体の部品であっても構わない。この場合、実装後の部品が確認できない、樹脂塗布が困難、という問題はあるが、部品点数が削減でき、コストダウンが可能である。

　本発明によれば、複雑な形状の大型シールドフレームであっても確実な電磁シールドが可能で、大型シールドフレームでの確実な電磁シールドと小型化が両立できる。また、従来の折り曲げタイプのシールドフレームと同等の実装面積で実現可能であるとともに、シールドフレーム内の簡易防水が可能である。

　１００　回路基板
　１１０ａ～１１０ｆ　電子部品
　４００　シールドフレーム
　４００Ａ　側板部

Claims

　電子部品が実装された回路基板に対して、該回路基板から立ち上がる方向に延在し、かつ前記電子部品の側方を囲むように配置される側板部を備えたシールドフレームであって、
　前記側板部の前記回路基板に対向させる基端部がフランジレス構造とされ、かつ前記回路基板側へのはんだ固定用端部とされていることを特徴とするシールドフレーム。
　請求項１記載のシールドフレームにおいて、
　該シールドフレームが金属で構成され、かつ絞り加工により形成されていることを特徴とするシールドフレーム。
　請求項２記載のシールドフレームにおいて、
　該シールドフレームが、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金、チタン合金のうちから選ばれた一の金属から構成されていることを特徴とするシールドフレーム。
　請求項１から３のいずれか一項記載のシールドフレームが設けられたシールドフレームの実装構造であって、
　前記側板部の基端部が、前記回路基板側に対してはんだ付けにより固定され、
　前記シールドフレームに対するはんだ量が、はんだ溶融後の高さとして０．１ｍｍ以上確保されていることを特徴とするシールドフレームの実装構造。
　請求項１から３のいずれか一項記載のシールドフレームが設けられたシールドフレームの実装構造であって、
　前記側板部の基端部が、前記回路基板側に対してはんだ付けにより固定され、
　前記シールドフレームの接続用フットプリント幅が、該シールドフレームの板厚に０．４ｍｍを加えた数値よりも小さいことを特徴とするシールドフレームの実装構造。
　請求項１から３のいずれか一項記載のシールドフレームを備えた電子携帯機器。
　請求項４、請求項５のいずれか一項記載のシールドフレームの実装構造を備えた電子携帯機器。