WO2017159531A1

WO2017159531A1 - 電子機器

Info

Publication number: WO2017159531A1
Application number: PCT/JP2017/009458
Authority: WO
Inventors: 鉄文野澤
Original assignee: 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2017-09-21
Also published as: US10966356B2; JPWO2017159531A1; CN108781526A; US20190364703A1; DE212017000081U1

Abstract

その表面に、それぞれ回路素子が配置された第１領域及び第２領域を有するプリント基板（１０）と、１枚の金属板によって形成され、プリント基板（１０）の表面に対向するように配置されるシールド部材（２０）と、を備え、シールド部材（２０）は、第１領域に対向する第１部分（２１）、及び第２領域に対向する第２部分（２２）を有し、少なくとも第１部分（２１）と第２部分（２２）の境界部分が、第１領域と第２領域の間に形成されたプリント基板（１０）のグラウンドパターンに電気的に接続されている電子機器である。

Description

電子機器

　本発明は、複数の回路素子が搭載されたプリント基板を内蔵する電子機器に関する。

　一般に、電子機器は複数の回路素子が搭載されたプリント基板を内蔵している。これらの回路素子の中には、他の回路素子の動作や無線通信などに影響を及ぼすノイズとなる電磁場を発生させるものがある。このようなノイズの伝搬を防止するために、金属板などによって形成されたシールド部材によって、ノイズの発生源となる回路素子を覆うことが行われている。

　ノイズの発生源となる回路素子の中には、比較的強いノイズを発生させるもの、弱いノイズを発生させるものなどが混在している。そのため、基板全体をシールドで覆うのに加えて、強いノイズを発生させる回路素子に対してより強力なノイズ対策を必要とする場合がある。かといって、全体を覆うシールドとは別に強いノイズを発生させる回路素子に対して追加でシールドを配置して、シールドを二重構造にすると、コストの増大や機器の大型化を招くことになる。また、個々の回路素子を個別にシールドで覆う場合にも、シールド部材の数が増えるため、同様にコストの増大や機器の大型化を招くことになる。

　本発明は上記実情を考慮してなされたものであって、その目的の一つは、比較的低コストで、プリント基板上の回路素子が発生させるノイズの伝搬を効果的に抑えることができる電子機器を提供することにある。

　本発明に係る電子機器は、その表面に、それぞれ回路素子が配置された第１領域及び第２領域を有するプリント基板と、１枚の金属板によって形成され、前記プリント基板の表面に対向するように配置されるシールド部材と、を備え、前記シールド部材は、前記第１領域に対向する第１部分、及び前記第２領域に対向する第２部分を有し、少なくとも当該第１部分と第２部分の境界部分が、前記第１領域と前記第２領域の間に形成された前記プリント基板のグラウンドパターンに電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の実施の形態に係る電子機器に内蔵されるプリント基板の平面図である。本発明の実施の形態に係る電子機器に内蔵されるプリント基板の底面図である。上側シールド部材の平面図である。上側シールド部材の斜視図である。下側シールド部材の底面図である。下側シールド部材の斜視図である。本発明の実施の形態におけるノイズ伝搬防止の原理を説明するための図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。

　本発明の一実施形態に係る電子機器は、家庭用ゲーム機であって、各種の回路素子が搭載されるプリント基板（プリント配線板）１０と、プリント基板１０上で発生するノイズの伝搬を防止するためのシールド部材と、を含んで構成されている。具体的に本実施形態に係る電子機器は、プリント基板１０の表面（上側）に配置される上側シールド部材２０、及び、プリント基板１０の裏面（下側）に配置される下側シールド部材３０の二つのシールド部材を備えている。

　図１はプリント基板１０の表面の様子を示す平面図であって、図２はプリント基板１０の裏面の様子を示す底面図である。これらの図に示されるように、本実施形態では、プリント基板１０の表面、及び裏面のそれぞれに各種の回路素子が搭載されている。具体的に、プリント基板１０の表面にはＳｏＣ（System-on-a-chip）１１が、裏面には複数のメモリ素子１２が、それぞれ配置されている。それ以外にも、プリント基板１０の表面には集積回路１３が配置されている。また、プリント基板１０の外周部には、電子機器を外部機器と接続するためのインタフェースとなる複数のコネクタ１４が配置されている。さらに、電子機器に内蔵される周辺機器を接続するための内蔵機器用コネクタ１５も搭載されている。なお、ここでは説明を省略するが、プリント基板１０にはこれら以外にも各種の回路素子が搭載されている。

　ＳｏＣ１１は、本実施形態に係る電子機器の機能を実現するための中心的な演算処理を実行する集積回路である。本実施形態では、ＳｏＣ１１は一般的な情報処理を実行するだけでなく、画像の描画処理も行う。メモリ素子１２は、ＳｏＣ１１による処理の対象とされるデータを格納する半導体素子である。ここではメモリ素子１２は、ＧＤＤＲ（Graphics Double Data Rate）の規格に準拠したメモリチップであるものとする。本実施形態では、プリント基板１０に搭載される各種の回路素子のうち、このＳｏＣ１１とメモリ素子１２が比較的強いノイズを発生させる。そのため、そのノイズが他の回路素子等に影響を及ぼさないように、ノイズ対策が必要となる。

　集積回路１３は、インタフェース制御等に関する処理を実行する。ＳｏＣ１１やメモリ素子１２と比較すると、この集積回路１３が発生させるノイズは弱い。しかしながら、そのノイズも電子機器が実行する無線通信等に影響を及ぼすおそれがあり、ノイズ対策をすることが望ましい。複数のコネクタ１４は、電子機器を外部の機器と有線で通信接続するためのインタフェースであって、ＵＳＢやＨＤＭＩ（登録商標）、イーサネット（登録商標）などの規格に応じたコネクタであってよい。内蔵機器用コネクタ１５は、電子機器に内蔵されているハードディスクドライブを接続するためのインタフェースである。

　プリント基板１０の表面及び裏面には、プリント基板１０上の電子回路の基準電位となるグラウンドパターンが形成されている。図１及び図２においては、グラウンドパターンはハッチングによって示されている。本実施形態では、このグラウンドパターンによって、プリント基板１０の表面及び裏面のそれぞれが複数のエリアに分割されている。具体的に、プリント基板１０の表面には、エリアＡ１及びエリアＡ２が形成されている。エリアＡ１内にはＳｏＣ１１が配置されており、エリアＡ２内には集積回路１３、一部のコネクタ１４、及び内蔵機器用コネクタ１５が配置されている。また、プリント基板１０の裏面には、エリアＡ３、エリアＡ４、及びエリアＡ５が形成されている。エリアＡ３内には８個のメモリ素子１２が配置されており、エリアＡ４及びエリアＡ５にも各種の回路素子が配置されている。

　本実施形態では、この複数のエリアのそれぞれに対して、そのエリア内で発生したノイズをエリア外に伝搬させないよう制御するノイズ対策が実現される。このようなノイズ対策は、上側シールド部材２０及び下側シールド部材３０によって実現される。上側シールド部材２０及び下側シールド部材３０は、いずれも導電性の金属板を成型して製造されており、複数の凹状の部分を有する。これらのシールド部材は、それぞれ、１枚の金属板に絞り加工などの成形加工を施すことで製造できる。

　図３は、上側シールド部材２０のプリント基板１０に対向する面と逆側の面を示す平面図であって、図４は上方から見た斜視図である。上側シールド部材２０は、プリント基板１０の表面に対向するように配置される。これらの図に示されるように、上側シールド部材２０は、第１部分２１、第２部分２２、及び非対向部分２３を有する。第１部分２１及び第２部分２２は、いずれも、プリント基板１０と対向する側の面が略凹状に形成されている。プリント基板１０に取り付けられた際に、第１部分２１はプリント基板１０表面のエリアＡ１と対向し、第２部分２２はエリアＡ２と対向する。第１部分２１及び第２部分２２に形成された凹部は、それぞれプリント基板１０表面との間に空間を形成し、エリアＡ１及びエリアＡ２に配置された回路素子を各空間内に収容できるようになっている。また、非対向部分２３はプリント基板１０と対向しない部分であって、プリント基板１０に接続されるハードディスクドライブを収容するケースとして機能する。

　第１部分２１は、ＳｏＣ１１及びその他の回路素子が配置されたエリアＡ１を覆うことで、これらの回路素子やエリアＡ１内のスルーホール等から発生するノイズが外部に伝搬するのを抑制する。同様に、第２部分２２は、エリアＡ２を覆うことで、エリアＡ２上に配置された集積回路１３等の回路素子やエリアＡ２内のスルーホール等から発生するノイズの外部への伝搬を抑制する。なお、本実施形態におけるノイズ伝搬防止の原理については、後述する。

　図５は、下側シールド部材３０のプリント基板１０に対向する面と逆側の面を示す底面図であって、図６は下方から見た斜視図である。下側シールド部材３０は、プリント基板１０の裏面に対向するように配置される。これらの図に示されるように、下側シールド部材３０は、第３部分３１、第４部分３２、第５部分３３、及び非対向部分３４を有する。第３部分３１、第４部分３２、及び第５部分３３は、いずれも、プリント基板１０と対向する側の面が略凹状に形成されている。プリント基板１０に取り付けられた際に、第３部分３１はプリント基板１０裏面のエリアＡ３と対向し、第４部分３２はエリアＡ４と対向し、第５部分３３はエリアＡ５と対向する。第３部分３１、第４部分３２及び第５部分３３に形成された凹部は、それぞれプリント基板１０裏面との間に空間を形成し、エリアＡ３、エリアＡ４、及びエリアＡ５に配置された回路素子を各空間内に収容できるようになっている。また、非対向部分３４はプリント基板１０と対向しない部分であって、上側シールド部材２０の非対向部分２３とともにハードディスクドライブを収容する。

　第３部分３１は、複数のメモリ素子１２及びその他の回路素子が配置されたエリアＡ３を覆うことで、これらの回路素子等から発生するノイズの外部への伝搬を抑制する。同様に、第４部分３２はエリアＡ４を、第５部分３３はエリアＡ５をそれぞれ覆っており、その内部で発生するノイズの外部への伝搬を抑制する。

　以下、本実施形態におけるノイズ伝搬防止の原理について、図７を用いて説明する。図７は、上側シールド部材２０、及び下側シールド部材３０が固定されたプリント基板１０を、その表面に垂直な向きに切断した様子を模式的に示す部分断面図である。なお、説明の便宜のため、図７では主要な部品のみが表示されており、各部品のサイズや位置は実際のものと異なっている。

　図７に示されるように、上側シールド部材２０は、第１部分２１と第２部分２２の境界部分（すなわち、第１部分２１と第２部分２２に挟まれる部分）に沿って、プリント基板１０のグラウンドパターンに電気的に接続されている。より具体的に、図１及び図２に示すように、プリント基板１０のグラウンドパターン内には複数のねじ穴１６が設けられている。また、図３に示すように、上側シールド部材２０の、第１部分２１及び第２部分２２それぞれを取り囲む外周部分（すなわち、プリント基板１０側に突出して凹部の縁を形成する部分）に沿って、複数のねじ穴２４が設けられている。図７に例示されるように、上側シールド部材２０は、上側シールド部材２０のねじ穴２４とプリント基板１０のねじ穴１６とを介して、ねじ２５によってプリント基板１０に締結されている。これにより、上側シールド部材２０がプリント基板１０に対して固定されるとともに、第１部分２１及び第２部分２２の外周部分がプリント基板１０のグラウンドパターンに電気的に接続される。

　特に、第１部分２１と第２部分２２の境界部分は、プリント基板１０上においてエリアＡ１とエリアＡ２の間に配置されたグラウンドパターンに電気的に接続される。これにより、図７において破線の矢印で示されるように、ＳｏＣ１１等から発生するノイズは、グラウンドパターンに接続された位置で遮断される。このように、本実施形態に係る電子機器においては、第１部分２１、及び第２部分２２が同じ１枚の金属板によって形成されているにもかかわらず、第１部分２１と第２部分２２の間で相互にノイズが伝搬しないように抑制することができる。つまり、１枚の金属板によって形成された上側シールド部材２０だけで、エリアＡ１とエリアＡ２のそれぞれに対して個別にノイズ対策を実現できることになる。

　前述したように、本実施形態では特にエリアＡ１内のＳｏＣ１１が発生させるノイズが比較的強く、エリアＡ２内の集積回路１３等の回路素子が発生させるノイズは比較的弱い。そのため、第１部分２１と第２部分２２とでは、要求されるノイズの抑制能力に差があることになる。具体的に、第１部分２１は比較的強いノイズ抑制能力が必要となるため、大きな穴を設けないようにすることが望ましい。なお、図３に示されるように第１部分２１には大きな開口があるが、これはＳｏＣ１１を冷却するためのヒートシンク１７を配置するためのものであって、図７に示されるようにヒートシンク１７によって塞がれている。

　一方で、第２部分２２については、第１部分２１ほどのノイズ抑制能力は要求されない。このことから、第２部分２２は、完全にエリアＡ２内の回路素子を覆う構造になっている必要はなく、一定以上の大きさの穴を設けることも許容される。また、エリアＡ２内には複数のコネクタ１４や内蔵機器用コネクタ１５が配置されているため、第２部分２２の側面はこれらの配置位置で開口しており、全体として完全な凹部を形成しているわけではない。第１部分２１と第２部分２２がそれぞれ個別にノイズ伝搬を抑制することで、このような開口を設ける設計が可能になっている。このように、本実施形態に係る電子機器によれば、ノイズ対策の単位となるエリアごとに、ノイズ対策のレベルを異ならせることができる。

　なお、回路設計上、エリアＡ１とエリアＡ２とを完全にグラウンドパターンで分離することはできず、エリアＡ１内の回路素子とエリアＡ２内の回路素子とをつなぐパターン配線が必要となる。具体的に、図１に示すように、位置Ｐ１及びＰ２でグラウンドパターンは途切れており、エリアＡ１とエリアＡ２とはこの位置Ｐ１及びＰ２を経由するパターン配線によって接続されている。そのため、この位置Ｐ１及びＰ２がノイズを伝搬させる経路となるおそれがある。そこで、これらの位置Ｐ１及びＰ２にできるだけ近いグラウンドパターン内の位置にねじ穴１６を設け、その位置で上側シールド部材２０をグラウンドパターンに接続させることで、ノイズを伝搬させにくくすることができる。また、位置Ｐ１及びＰ２それぞれの両側にねじ穴１６を設け、両側で上側シールド部材２０をグラウンドパターンに接続させることも好ましい。

　下側シールド部材３０についても、図５に示すように、第３部分３１、第４部分３２、及び第５部分３３のそれぞれを取り囲む外周部分に沿ってねじ穴３５が設けられている。図７に例示されるように、下側シールド部材３０は、このねじ穴３５とプリント基板１０のグラウンドパターン内に設けられたねじ穴１６とを介して、ねじ２５によってプリント基板１０に締結されている。これにより、下側シールド部材３０がプリント基板１０に対して固定されるとともに、第３部分３１、第４部分３２、及び第５部分３３それぞれの外周部分がプリント基板１０のグラウンドパターンに電気的に接続される。特に、第３部分３１と他の部分との境界部分がプリント基板１０のグラウンドパターンに電気的に接続されることにより、第３部分３１内に配置されたメモリ素子１２等から発生するノイズの他の部分への伝搬を抑制することができる。また、第４部分３２、及び第５部分３３のそれぞれについても、その内部で発生するノイズの外部への伝搬を抑制できる。つまり、１枚の金属板によって形成された下側シールド部材３０だけで、エリアＡ３、エリアＡ４、及びエリアＡ５のそれぞれに対して個別にノイズ対策を実現できることになる。

　プリント基板１０の裏面についても、エリアＡ３内のメモリ素子１２から発生するノイズが比較的強く、その他の領域内で発生するノイズは比較的弱い。そのため、エリアＡ３と対向する第３部分３１は、ノイズ抑制能力が強くなるよう設計し、他の部分についてはノイズ抑制能力を比較的低くするように設計することができる。

　なお、図１及び図２から明らかなように、プリント基板１０表面のグラウンドパターンと裏面のグラウンドパターンは、一部領域でその位置が平面視において重なっている（つまり、表裏で同じ位置にグラウンドパターンが存在している）が、いずれか一方の面だけにグラウンドパターンが形成されている領域もある。これにより、ノイズ対策の単位となるエリアの数、及び形状についても、表面と裏面とで相違している。このように、プリント基板１０上の回路配置デザインの都合等によって、プリント基板１０の表面と裏面との間でエリアの数や形状を異ならせてもよい。

　一方で、表面と裏面とでグラウンドパターンが重なる領域においては、図７に示すように、１本のねじ２５で上側シールド部材２０と下側シールド部材３０を共締めすることができる。具体例として、上側シールド部材２０における第１部分２１と第２部分２２の境界部分、プリント基板１０表面のエリアＡ１とエリアＡ２の間のグラウンドパターン、プリント基板１０裏面のエリアＡ３とエリアＡ４の間のグラウンドパターン、さらに、下側シールド部材３０における第３部分３１と第４部分３２の境界部分は、平面視において全て重なっている重複領域がある。上側シールド部材２０、プリント基板１０、及び下側シールド部材３０それぞれのこのような重複領域にねじ穴を設け、１本のねじ２５で全ての部材を共締めする。これにより、１本のねじ２５で上側シールド部材２０及び下側シールド部材３０の双方をプリント基板１０のグラウンドパターンに電気的に接続することができる。このような共締めが可能な位置の数を増やすことで、少ない数のねじで上側シールド部材２０及び下側シールド部材３０のプリント基板１０に対する電気的接続を実現できる。なお、位置によっては、プリント基板１０を介さずに、上側シールド部材２０と下側シールド部材３０だけをねじ止めしてもよい。

　以上説明したように、本実施形態に係る電子機器によれば、１枚の金属板によって形成された単一のシールド部材で、プリント基板１０表面の複数のエリアのそれぞれに対して、独立にノイズ対策を施すことができる。また、エリアごとのノイズ対策のレベルを異ならせることもできる。そのため、各エリアに対して別個のシールド部材でノイズ対策を施す場合と比較して、部品点数を少なくでき、組み立て工程を簡素化できる。また、製造コストを下げることができる。さらに、シールドを二重構造にする場合と比較して、シールドが固定されたプリント基板全体の厚さを薄くすることができるので、電子機器全体を小型軽量化することができる。また、１枚のシールド部材を絞り加工などによってエリアごとに細かく区画することにより、シールド部材の強度を上げることができ、区画内に収容されたＳｏＣ１１等の部品を衝撃や剥離から保護することができる。

　なお、本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば、プリント基板１０に搭載される回路素子の種類や数、配置位置などは、以上説明したものに限られない。同様に、ノイズ対策の単位となるエリアの数や形状についても、以上説明したものに限られず、様々な数や形状であってよい。また、上側シールド部材２０や下側シールド部材３０をプリント基板１０のグラウンドパターンに電気的に接続する方法として、以上の説明ではグラウンドパターン内のねじ穴にねじで締結することとしたが、その他の締結部材によって各シールド部材をプリント基板１０に締結してもよい。また、その他の方法で電気的に接続させてもよい。

　また、以上の説明では、電子機器は家庭用ゲーム機であることとしたが、本発明の実施の形態に係る電子機器はこれに限らず、例えばパーソナルコンピュータや携帯型ゲーム機、スマートフォンなど、ノイズを発生させる回路素子を搭載したプリント基板を内蔵する各種の機器であってよい。

　１０　プリント基板、１１　ＳｏＣ、１２　メモリ素子、１３　集積回路、１４　コネクタ、１５　内蔵機器用コネクタ、１６　ねじ穴、１７　ヒートシンク、２０　上側シールド部材、２１　第１部分、２２　第２部分、２３　非対向部分、２４　ねじ穴、２５　ねじ、３０　下側シールド部材、３１　第３部分、３２　第４部分、３３　第５部分、３４　非対向部分、３５　ねじ穴。

Claims

　その表面に、それぞれ回路素子が配置された第１領域及び第２領域を有するプリント基板と、
　１枚の金属板によって形成され、前記プリント基板の表面に対向するように配置されるシールド部材と、
　を備え、
　前記シールド部材は、前記第１領域に対向する第１部分、及び前記第２領域に対向する第２部分を有し、少なくとも当該第１部分と第２部分の境界部分が、前記第１領域と前記第２領域の間に形成された前記プリント基板のグラウンドパターンに電気的に接続されている
　ことを特徴とする電子機器。
　請求項１に記載の電子機器において、
　前記第１部分は、前記プリント基板に対向する面が凹状に形成されており、その外周部分が前記プリント基板のグラウンドパターンに電気的に接続されている
　ことを特徴とする電子機器。
　請求項１又は２に記載の電子機器において、
　前記シールド部材は、前記境界部分に設けられたねじ穴を介して前記プリント基板にねじで締結されることによって、前記プリント基板のグラウンドパターンに電気的に接続されている
　ことを特徴とする電子機器。
　請求項３に記載の電子機器において、
　前記プリント基板は、その裏面に、それぞれ回路素子が配置された第３領域及び第４領域を有し、
　前記電子機器は、１枚の金属板によって形成され、前記プリント基板の裏面に対向するように配置される第２のシールド部材をさらに備え、
　前記第２のシールド部材は、前記第３領域に対向する第３部分、及び前記第４領域に対向する第４部分を有し、少なくとも当該第３部分と第４部分の境界部分が、前記第３領域と前記第４領域の間に形成された前記プリント基板のグラウンドパターンに電気的に接続されている
　ことを特徴とする電子機器。
　請求項４に記載の電子機器において、
　前記第１領域と前記第２領域の間に形成されたグラウンドパターンと、前記第３領域と前記第４領域の間に形成されたグラウンドパターンとは、平面視において重なる領域を有し、
　前記ねじは、前記重なる領域において、前記シールド部材の前記第１部分と前記第２部分の境界部分、及び、前記第２のシールド部材の前記第３部分と前記第４部分の境界部分の双方を、前記プリント基板のグラウンドパターンに電気的に接続している
　ことを特徴とする電子機器。