JP5765357B2 - 回路基板構造、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、発熱する部品が各々にマウントされている複数枚の回路基板を板厚方向に積層した回路基板構造と、その回路基板構造を備える電子機器に関する。

ポータブルコンピュータや移動通信機器に代表される携帯情報機器において、文字、音声及び画像のような多様のマルチメディア情報を処理するため、ＣＰＵの処理速度の高速化や多機能化が求められている。また、携帯性を高めるために、ＣＰＵを収容する筐体の小型化が進み、筐体内部の実装スペースはますます狭くなっている。

携帯情報機器では、筐体内部に収容される回路基板の両面に、ＣＰＵを含む多数の回路部品を高密度に実装したり、複数の回路基板を厚み方向に重ねて配置したりして、ユニット化した一つの回路モジュールとし、筐体の小スペース化に対応している。

携帯情報機器に用いられる最近のＣＰＵは、高集積化や高性能化に伴って発熱量が一段と増大するため、発熱量の大きなＣＰＵを筐体内部に収容するには、筐体内部でのＣＰＵの放熱性能を高めることが必要で、ヒートシンクや電動ファンのようなＣＰＵ専用の冷却手段が不可欠となっている。

ところが、複数の回路基板を厚み方向に重ねて一つのユニットとした場合に、発熱量の大きなＣＰＵが隣り合う回路基板の間に介在されていると、回路基板が邪魔となってＣＰＵの周囲にヒートシンクや電動ファンを設置するスペースを確保することができなくなるため、ヒートシンクや電動ファンは、発熱源となるＣＰＵから遠ざかった位置に配置せざるを得なくなり、ＣＰＵの放熱性能が不十分となる。

このため、特許文献１において、発熱する回路部品と隣り合う他の回路基板を、この回路部品のヒートシンクとして活用することができ、格別な冷却手段を用いなくとも回路部品の放熱性を高めることができる回路モジュールが提案されている。
この回路モジュールは、回路素子が実装された複数の回路基板を備え、回路基板は、厚み方向に間隔を存して配置されていて、少なくとも一つの回路基板は、動作中に発熱する少なくとも一つのＴＣＰ(Tape Carrier Package)を有し、このＴＣＰは隣り合う回路基板の間に介在されている。そして、発熱するＴＣＰは、隣り合う他の回路基板に熱伝導性のグリス、接着剤あるいは弾性シートを介して熱的に接続されている。

特開平１１−１１２１７４号公報

例えば、無線ＬＡＮ(Local Area Network)回路を小型機器に内蔵させるとき、無線ＬＡＮ回路自体も小型化するため、自己発熱による熱の集中があり、さらに、機器の基本動作のためにメイン回路からの熱を受け、無線ＬＡＮ回路側の限界温度を超える恐れがある。
逆に、メイン回路側も、無線ＬＡＮ回路からの熱を受けるのは問題になる。

また、特許文献１の回路モジュールでは、サーマルビアなどの加工が必要となってしまう問題がある。

本発明の課題は、特別な専用の構造の回路を用いたり、特別な加工を回路基板に施したりせずに、回路基板部の小型化・薄型化、及び効率的な放熱を実現することである。

以上の課題を解決するため、本発明は、
発熱する第１の部品がマウントされた第１の回路基板と、発熱する第２の部品がマウントされた第２の回路基板と、前記第１の回路基板と第２の回路基板を支持する支持体と、を備え、前記第１の回路基板と第２の回路基板が互いに接するように板厚方向に積層して配置され、前記支持体により支持されている回路基板構造であって、前記第１の部品の発熱が前記第２の部品の発熱より小さい場合は、前記第２の部品の発熱が、前記第１の回路基板、前記支持体を経て放熱される第１の放熱経路が形成され、前記第１の部品の発熱が前記第２の部品の発熱より大きい場合は、前記第１の部品の発熱が、前記第２の回路基板、前記支持体を経て放熱される第２の放熱経路が形成される、ことを特徴とする。

本発明によれば、特別な専用の構造の回路を用いたり、特別な加工を回路基板に施したりせずに、回路基板部の小型化・薄型化、及び効率的な放熱を実現することができる。

本発明を適用した電子機器の一実施形態の構成を示すもので、カメラの正面図である。 表示部筐体から電池蓋を外した図である。 表示部筐体の内部を透視した図である。 回路モジュールの斜視図である。 図４の回路モジュールを背面側から見たもので、回路基板を非表示とした図である。 回路モジュールを筐体内に装着した斜視図である。 筐体の分解斜視図である。 図１の矢印Ｙ−Ｙ線に沿った断面図である。 無線ＬＡＮ回路基板からの発熱がメイン回路基板からの発熱より小さい場合の放熱経路を矢印で示した模式図である。 無線ＬＡＮ回路基板からの発熱がメイン回路基板からの発熱より大きい場合の放熱経路を矢印で示した模式図である。 無線ＬＡＮ：ｏｆｆでＦＨＤ動画撮影での１０分経過の熱解析をシミュレーションした模式図である。 無線ＬＡＮ：ｏｎでＶＧＡ動画撮影での１０分経過の熱解析をシミュレーションした模式図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。

「要点」
動作を背反とした回路基板を積層し、いずれか一方の発熱を抑え、さらにその発熱の少ない部材を放熱にも使用する。

「効果」
発熱を押さえ、効率的に放熱することができ、小型化、無線ＬＡＮの感度も両立させることができる。

（実施形態）
図１は本発明を適用した電子機器の一実施形態の構成としてデジタルカメラ（以下、単にカメラと呼ぶ）１を示すもので、２は表示部筐体、３はレンズ部筐体、４はフレーム、５は電池蓋である。

図示のように、カメラ１は、表示部筐体２、レンズ部筐体３、及びフレーム４から構成される。表示部筐体２は、一面側に着脱可能な電池蓋５を備えて、他面側に図示しない表示部を備えている。

図２は表示部筐体２から電池蓋５を外した状態を示すもので、６は電池である。

図示のように、電池蓋５を外すと、表示部筐体２の樹脂製のケース２Ａと電池６が露出する。

図３は表示部筐体２の内部を透視した状態を示すもので、１０は無線ＬＡＮ回路モジュールである。

図示のように、表示部筐体２のマグネシウム製のシャシー２Ｂに無線ＬＡＮ回路モジュール１０がねじ止めして装着される。

図４は無線ＬＡＮ回路モジュール１０を示すもので、１１は無線ＬＡＮ回路基板、１２はチップアンテナ、１３はホルダー、１４はフレームである。

図示のように、無線ＬＡＮ回路基板１１の端にはチップアンテナ１２が実装されている。無線ＬＡＮ回路基板１１は、電波を遮断しないよう樹脂製のケース２Ａの内側において、樹脂製のホルダー１３で保持、位置決めされ、熱伝導率の高いアルミ製のフレーム１４に接着または両面テープ固定されている。

無線ＬＡＮ回路基板１１には、チップアンテナ１２の他に各種電子部品がマウントされて無線ＬＡＮ回路を構成している。無線ＬＡＮ回路を構成するチップアンテナ１２及び各種電子部品が高負荷駆動されると発熱量大となる。

アルミ製のフレーム１４は、チップアンテナ１２の周囲を囲むように、縦横各寸法ｄ１〜ｄ４の距離を離した切り欠き窓１４ａが形成されて、電波を遮断しないようにしている。
ここで、チップアンテナ１２の周囲を囲む縦横各寸法ｄ１〜ｄ４は、実機での感度シミュレーションや実機測定から、後述する放熱との関係も踏まえて決定するが、１０ｍｍ前後は必要となる。

そして、フレーム１４は、無線ＬＡＮ回路基板１１に搭載されている電子部品からの熱を放熱するために充分な面積と、無線ＬＡＮ回路基板１１をメイン回路基板２１（図７参照）上に固定するために必要な形状で形成されている。

図５は無線ＬＡＮ回路モジュール１０を背面側から見たもので、無線ＬＡＮ回路基板１１を非表示としており、１５は熱伝導シート、１６は銅箔テープ、１７は銅箔固定テープである。

無線ＬＡＮ回路基板１１の裏面には、図示のように、熱伝導シート１５が貼られており、メイン回路基板２１上の電子回路チップ２２に密着している。また、無線ＬＡＮ回路基板１１とフレーム１４とにわたってＧＮＤ強化用の銅箔テープ１６が銅箔固定テープ１７で接続されている。

図６は無線ＬＡＮ回路モジュール１０を表示部筐体２のシャシー２Ｂ内に装着した状態を示すもので、２３は接続ＦＰＣである。

図示のように、無線ＬＡＮ回路基板１１とメイン回路基板２１を電気的接続する接続ＦＰＣ２３が設けられている。

図７は表示部筐体２の分解斜視図で、２４・２５はＦＰＣ固定用両面テープである。

図示のように、無線ＬＡＮ回路モジュール１０のフレーム１４には、二枚のＦＰＣ固定用両面テープ２４・２５が貼り付けられていて、このＦＰＣ固定用両面テープ２４・２５上に接続ＦＰＣ２３が貼り付けられる。

なお、電子回路チップ２２は、ＮＡＮＤ‐ＦＬＡＳＨメモリのように、それ自身があまり熱を発せず、保障温度が高く、表面が平坦で大きいものが望ましい。

図８は図１の矢印Ｙ−Ｙ線に沿った断面を示すもので、２Ｃは表示部（タッチパネルを兼ねたＬＣＤ）、２６・２７は電子回路チップ、２８は熱伝導シートである。

図示のように、メイン回路基板２１には、電子回路チップ２２の裏面側に二個の電子回路チップ２６・２７がマウントされている。

ここで、メイン回路基板２１には、電源ＩＣや、ＣＰＵ、ＤＤＲなどの比較的高熱を発する部品が多くマウントされている。
実施例では、メイン回路基板２１に、高負荷駆動しても発熱量の小さいＮＡＮＤ‐ＦＬＡＳＨメモリ２２を配置して、そのＮＡＮＤ‐ＦＬＡＳＨメモリ２２の裏面側に二個のＤＤＲ3 ２６・２７を配置している。

ＤＤＲ3 ２６・２７は、高負荷駆動されて発熱量大となる。
これらＤＤＲ3 ２６・２７は、熱伝導シート２８を介して、マグネシウムなどの熱伝導率が高くて、熱容量も高く、シャシーとして必要な剛性も具備するシャシー２Ｂに密着されている。従って、ＤＤＲ3 ２６・２７の発熱は、熱伝導シート２８を経てシャシー２Ｂに放熱される。

以上のカメラ１において、ＦＨＤ(Full ＨＤ)動画撮影のようなメイン回路基板２１のＣＰＵやＤＤＲに負荷の高い動作の際は、それだけでも大きな電力を要し、発熱もあるため、無線ＬＡＮは停止しておく。動画撮影完了後に、無線ＬＡＮをｏｎにして、データを転送すればよい。
この場合、熱の移動は、図９に矢印で示すようになる。

すなわち、図９は無線ＬＡＮ回路基板１１からの発熱がメイン回路基板２１からの発熱より小さい場合の放熱経路を示したもので、高負荷駆動されるＤＤＲ3 ２６・２７の発熱は、矢印で示したように、メイン回路基板２１から上方のＮＡＮＤ‐ＦＬＡＳＨメモリ２２、熱伝導シート１５を経て、無線ＬＡＮ回路基板１１に伝わり、その上の空気を介して電池蓋５から外気に放熱される。

また、無線ＬＡＮ回路基板１１からは、矢印で示したように、ホルダー１３、フレーム１４を経て、シャシー２Ｂに放熱される。

そして、ＤＤＲ3 ２６・２７の発熱は、矢印で示したように、下方の熱伝導シート２８を経て、シャシー２Ｂに放熱される。

一方、撮影と同時に無線ＬＡＮ回路基板１１の無線ＬＡＮ回路を動作させる場合は、ＶＧＡ動画撮影のようなデータ処理が軽い動作の場合に限定しておくのがよい。
この場合、メイン回路基板２１より無線ＬＡＮ回路基板１１の発熱が大きくなり、図１０に矢印で示すような熱の移動になる。

すなわち、図１０は無線ＬＡＮ回路基板１１からの発熱がメイン回路基板２１からの発熱より大きい場合の放熱経路を示したもので、高負荷駆動される無線ＬＡＮ回路の発熱は、矢印で示したように、無線ＬＡＮ回路基板１１から下方の熱伝導シート１５、ＮＡＮＤ‐ＦＬＡＳＨメモリ２２、メイン回路基板２１、ＤＤＲ3 ２６・２７、熱伝導シート２８を経て、シャシー２Ｂに放熱される。

また、無線ＬＡＮ回路基板１１からは、矢印で示したように、ホルダー１３、フレーム１４を経て、シャシー２Ｂに放熱される。

そして、無線ＬＡＮ回路の発熱は、矢印で示したように、その上の空気を介して電池蓋５から外気に放熱される。

以上の発熱及び熱の移動をシミュレーションした例を、表１、図１１及び図１２に示す。

以上のように、積層した無線ＬＡＮ回路基板１１とメイン回路基板２１において、動作を背反とし、いずれか一方の発熱を抑え、さらに、その発熱の少ない部材を放熱にも使用する。

以上、実施形態の回路基板構造によれば、カメラ１を電気的に機能させる際に必ずしも同時に高負荷駆動させる必要の無い電子回路チップ１２と電子回路チップ２２・２６・２７が各々マウントされている無線ＬＡＮ回路基板１１とメイン回路基板２１を板厚方向に積層して互いに熱伝導シート１５・２８でそれぞれ接続した構造なので、特別な専用の構造の回路を用いたり、特別な加工を回路基板に施したりせずに、回路基板部の小型化・薄型化、及び効率的な放熱を実現することができる。

（変形例）
以上の実施形態においては、カメラとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、カメラを備える携帯電話など他の電子機器であってもよい。
さらに、無線ＬＡＮに限らず、bluetoothや３Ｇなどの電波を発する機器、さらには、全く別の２つの回路を有する電子機器にも使用可能である。
そして、実施形態のＮＡＮＤ−ＦＬＡＳＨメモリに代えて、他のメモリチップとしてもよい。

また、実施形態では、メイン回路の高負荷駆動の際は、無線ＬＡＮを停止したが、無線ＬＡＮは低負荷駆動させてもよい。
そして、付加的機能としては、前述した無線ＬＡＮ、bluetoothや３Ｇの他に、ＧＰＳ、ＴＶ等、外部との通信機能であってもよい。
さらに、通信機能の他、表示画像の色合いや明るさを変えたり、画像を切り貼りしたり等の画像編集機能であってもよい。

また、実施形態では、二枚の回路基板を積層したが、三枚以上の回路基板を積層して互いに熱伝導体で接続してもよい。
さらに、基板、チップ、熱伝導体の種類、材質や形状等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。
付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
＜請求項１＞
当該装置を電気的に機能させる際に必ずしも同時に高負荷駆動させる必要の無い電子回路チップが各々にマウントされている複数枚の回路基板を板厚方向に積層して互いに熱伝導体で接続したことを特徴とする回路基板構造。
＜請求項２＞
一方の回路基板上の電子回路チップを高負荷駆動させている際には、他方の回路基板上の電子回路チップを停止または低負荷駆動させることを特徴とする請求項１に記載の回路基板構造。
＜請求項３＞
前記一方の回路基板には、前記当該装置の基本的機能を実現するための電子回路チップがマウントされていて、
前記他方の回路基板には、前記当該装置の付加的機能を実現するための電子回路チップがマウントされていることを特徴とする請求項２に記載の回路基板構造。
＜請求項４＞
前記当該装置はデジタルカメラであって、
前記基本的機能は撮影機能であり、
前記付加的機能は外部との通信機能であることを特徴とする請求項３に記載の回路基板構造。
＜請求項５＞
前記当該装置はデジタルカメラであって、
前記基本的機能は撮影機能であり、
前記付加的機能は画像編集機能であることを特徴とする請求項３に記載の回路基板構造。
＜請求項６＞
前記他方の回路基板の裏面と、前記一方の回路基板上のメモリチップとが、前記熱伝導シートで互いに貼り付けられていることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の回路基板構造。
＜請求項７＞
請求項１から６のいずれか一項に記載の回路基板構造を筐体内に収容して備えることを特徴とする電子機器。

１ デジタルカメラ（電子機器）
２ 表示部筐体
２Ａ ケース
２Ｂ シャシー
２Ｃ 表示部
３ レンズ部筐体
４ フレーム
５ 電池蓋
６ 電池
１０ 回路モジュール
１１ 回路基板
１２ 電子回路チップ
１３ ホルダー
１４ フレーム
１４ａ 切り欠き窓
１５ 熱伝導シート（熱伝導体）
１６ 銅箔テープ
１７ 銅箔固定テープ
２１ 回路基板
２２ 電子回路チップ
２３ 接続ＦＰＣ
２４ ＦＰＣ固定用両面テープ
２５ ＦＰＣ固定用両面テープ
２６ 電子回路チップ
２７ 電子回路チップ
２８ 熱伝導シート（熱伝導体）

Claims (5)

1. 発熱する第１の部品がマウントされた第１の回路基板と、
   発熱する第２の部品がマウントされた第２の回路基板と、
   前記第１の回路基板と第２の回路基板を支持する支持体と、を備え、
   前記第１の回路基板と第２の回路基板が互いに接するように板厚方向に積層して配置され、前記支持体により支持されている回路基板構造であって、
   前記第１の部品の発熱が前記第２の部品の発熱より小さい場合は、前記第２の部品の発熱が、前記第１の回路基板、前記支持体を経て放熱される第１の放熱経路が形成され、
   前記第１の部品の発熱が前記第２の部品の発熱より大きい場合は、前記第１の部品の発熱が、前記第２の回路基板、前記支持体を経て放熱される第２の放熱経路が形成される、ことを特徴とする回路基板構造。
2. 前記第１の回路基板の前記第１の部品がマウントされていない面が前記第２の回路基板側となり、前記第２の回路基板の前記第２の部品がマウントされていない面が前記第１の回路基板側となるように前記第１の回路基板と第２の回路基板が互いに接するように板厚方向に積層して配置され、前記支持体により支持されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板構造。
3. 前記第２の回路基板は、前記第２の部品がマウントされている面と反対の面に第３の部品がマウントされており、
   前記第１の放熱経路は、前記第２の部品の発熱が、前記第３の部品、前記第１の回路基板、前記支持体を経て放熱され、
   前記第２の放熱経路は、前記第１の部品の発熱が、前記第３の部品、前記第２の回路基板、前記第２の部品、前記支持体を経て放熱される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の回路基板構造。
4. 前記第１の回路基板と前記第３の部品は第１の熱伝導体を介して接し、前記第２の部品と前記支持体は第２の熱伝導体を介して接しており、
   前記第１の放熱経路は、前記第２の部品の発熱が、前記第３の部品、第１の熱伝導体、前記第１の回路基板、前記支持体を経て放熱され、
   前記第２の放熱経路は、前記第１の部品の発熱が、前記第３の部品、第１の熱伝導体、前記第２の回路基板、前記第２の部品、第２の熱伝導体、前記支持体を経て放熱される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の回路基板構造。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の回路基板構造を筐体内に収容して備えることを特徴とする電子機器。