JP2006156534A - モバイル機器内基板間接続構造およびそれを用いた電子回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の上下方向に隔絶された基板の接続方法では、位置決め精度、耐衝撃性が低いという課題を有していた。
【解決手段】 モバイル機器内基板間接続構造において、少なくとも平行な二辺部のそれぞれに電気端子部６が設けられた回路基板４、５と、少なくとも二辺部のそれぞれを挟持して上下に隔絶している複数枚の回路基板４、５を支持する積層基板支持機構２と、少なくとも二辺部のそれぞれを挟持する積層基板支持機構２の多段状凹溝部に設けられ隔絶された複数枚の回路基板４、５の電気端子部６同士を接続する立体配線部３とを設け、位置決め精度、耐衝撃性に強く、さらにリペア性、汎用性も高い基板間接続構造とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板間を電気的に接続する基板間接続構造に関し、特にモバイル機器内に用いて好適なものである。

近年、絶縁回路基板上に抵抗、コンデンサや半導体素子等を実装する電子回路装置においては、機器の軽薄短小化に伴い、基板周りや実装の高密度化が強く求められている。
従来、この種の電子回路装置において、部品実装の高密度化は、部品の小型化、配線ピッチの微細化、回路基板の積層枚数の増加、複数枚の回路基板の連結といった方法をとることにより実現していた。

例えば、平行な複数枚の回路基板の垂直方向の連結方法としては、下記の特許文献１に記載されたモジュール基板接合方法がある。
図６に示すように、表面実装部品１００や半導体ベアチップ１１０等が実装されたモジュール回路基板１２０と、同様な部品実装が行われているベースプリント基板１３０の間の接続をスペーサ１４０によって行う。
すなわち、スルーホール１５０が形成されているスペーサ１４０の上下面に球状半田１６０を仮止めして、モジュール回路基板１２０とベースプリント基板１３０の間に仮固定する。続いて、リフローを行って一括半田付けを行うことにより、スペーサ１４０を介してベースプリント基板１３０の上にモジュール回路基板１２０を積層した構造を作製できる。

また、その他の複数枚の回路基板の垂直方向の連結方法としては、下記の特許文献２に記載の電子回路装置がある。
図７に示すように、表面実装部品２００や半導体ベアチップ２１０等が実装された電子回路基板２２０および同様な部品が実装されている電子回路基板２３０間の接続を表面が導電性物質でコーティングされている耐熱性弾性体２４０によって行う。この耐熱性弾性体２４０を一方の電子回路基板２３０の接続用ランド２５０に半田付けし、他方の電子回路基板２２０の接続用ランド２６０にクリップやボルト２７０等で圧着するものである。
このような構成を取ることにより、耐熱性弾性体２４０を介して電子回路基板２２０と電子回路基板２３０を上下に積層して接続を行うことができる構造となっている。

さらに、複数基板を挿抜するタイプの従来例としては、下記の特許文献３に記載の電子基板の基板支持機構がある。このタイプは、基本的にマザー基板またはバックプレーン基板に対して垂直にドーターカード基板を差し込む方式となっている。
そして、差し込みコネクタが複数あり、コネクタ間がバス接続しているため、ドーターカードを差し込むことにより機能を付加もしくは信号分岐を細分化している。

特開２００１−１７７２３５号公報 特開２００１−２６７７１５号公報 特許第２８８２６０３号公報

モバイル機器の高機能化と軽薄短小化が進む中で、平面的な電子回路装置では、接続ピッチの微細化や隣接の部品間の間隔縮小等により実装密度の向上を図るには限界がある。そのために３次元的にモジュール回路基板を積層して高密度化が図られている。特許文献１、２においては、スペーサや耐熱性弾性体により、上下方向に基板を３次元的に積層するものである。

しかしながら、スペーサや耐熱性弾性体は、対向するモジュール回路基板間を電気的、機械的に接続するものであるが、それら自体は基板間の中間介在物であるために、半田溶融や導電性接着剤の硬化を行った後に、初めて固定され、それまでは独立に存在し、電気的、機械的な接続作用を発現させていない。
そのため、位置決め精度、耐衝撃性が低いという課題を有していた。

また、特許文献３に示される複数基板間の接続方式は、機能向上、基板交換には有効であるが、基板が直交する形状となるため、どうしても機器が大きくなってしまう。
さらに、基板からの電気接続端子が基板外形の４辺のうち１辺に集約されて、マザー基板との直交線でのみ接続しているのでコネクタ部も大きくなりその周りへの部品実装ができない領域が存在してしまう。
結果として、小型軽量化には不利となる構造であった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、高密度実装を実現できるモバイル機器内基板間接続構造およびそれを用いた電子回路装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るモバイル機器内基板間接続構造は、少なくとも平行な二辺部のそれぞれに電気端子部が設けられた回路基板と、前記少なくとも二辺部のそれぞれを挟持して上下に隔絶している複数枚の該回路基板を支持する積層基板支持機構と、前記少なくとも二辺部のそれぞれを挟持する該積層基板支持機構の多段状凹溝部に設けられ隔絶された複数枚の前記回路基板の前記電気端子部同士を接続する立体配線部とを具備したことを特徴とする。

このモバイル機器内基板間接続構造では、電気端子部の設けられた回路基板の少なくとも二辺部が、多段状凹溝部で挟持され、かつこの多段状凹溝部に設けられた立体配線部を介して複数枚の回路基板が導通されることで、位置決め精度が高く、しかも、耐衝撃性にも優れた基板間接続構造が得られる。

また、本発明に係るモバイル機器内基板間接続構造は、前記立体配線部が、前記回路基板の電気端子部に沿いかつ前記多段状凹溝部の隣接する凹溝に亘って形成されていることを特徴とする。

このモバイル機器内基板間接続構造では、多段状凹溝部の上下方向で隣接する凹溝同士に亘って立体配線部が形成され、当該凹溝同士に少なくとも二辺部が挿入されて保持された上下の回路基板同士が、立体配線部を介して導通接続されることになる。

さらに、本発明に係るモバイル機器内基板間接続構造は、前記立体配線部が、前記多段状凹溝部の隣接する凹溝間を貫通するビアホールを有することを特徴とする。

このモバイル機器内基板間接続構造では、凹溝に少なくとも二辺部が挿入されて保持された複数の回路基板同士が、凹溝間を貫通するビアホールに設けられた立体配線部を介して導通接続され、回路基板同士間の接続経路が最短となる。

また、本発明に係るモバイル機器内基板間接続構造は、前記回路基板の電気端子部を圧接する押圧機構を有することを特徴とする。

このモバイル機器内基板間接続構造では、多段状凹溝部の凹溝に挿入された回路基板少なくとも二辺部の電気端子部が、押圧機構を介して立体配線部に圧接され、衝撃等に対する導通信頼性が高められる。

さらに、本発明に係るモバイル機器内基板間接続構造は、上下に隔絶するそれぞれの前記回路基板が、スライドしながら前記多段状凹溝部に着脱可能であることを特徴とする。

このモバイル機器内基板間接続構造では、上下それぞれの回路基板が、少なくとも二辺部を多段状凹溝部の凹溝に挿抜させながら脱着可能となり、回路基板のリペア性や基板種類に対する汎用性が高められる。

そして、本発明に係るモバイル機器内基板間接続構造は、電気的ノイズを遮蔽するための電気シールドが前記多段状凹溝部の側面に形成されていることを特徴とする。

このモバイル機器内基板間接続構造では、多段状凹溝部の側面を利用して電気シールドが形成され、高密度、高機能を達成しながら小型化が図られる。

また、本発明に係るモバイル機器内基板間接続構造は、平面アンテナが前記多段状凹溝部の側面に形成されていることを特徴とする。

このモバイル機器内基板間接続構造では、多段状凹溝部の側面を利用して平面アンテナが形成され、高密度、高機能を達成しながら小型化が図られる。

さらに、本発明に係る電子回路装置は、前述したモバイル機器内基板間接続構造と、該モバイル機器内基板間接続構造の上部および/または下部を覆う電気シールドとが一体形成されてなることを特徴とする。

この電子回路装置では、従来の基板直交型コネクタ構造とは異なって、基板周辺である少なくとも二辺部に電気端子部が配設され、多段状凹溝部のみを介して基板間の電気的接続が行えるので、より小型軽量化が達成可能となり、基板交換等も容易に行えるようになる。しかも、上部および/または下部が一体形成され電気シールドに覆われることで、高密度、高機能を達成しながら小型化が図られる。
なお、電気端子部は回路基板の平行な二辺部だけに限らず、三辺部もしくは四辺部に渡って電気端子部が設けられており、それぞれの辺部に対して、上下に隔絶している複数枚の該回路基板を支持する積層基板支持機構と、それぞれの辺部を挟持する該積層基板支持機構の多段状凹溝部に設けられ隔絶された複数枚の前記回路基板の前記電気端子部同士を接続する立体配線部を具備する構造となっていても構わない。

また、本発明に係る電子回路装置は、前述したモバイル機器内基板間接続構造と、該モバイル機器内基板間接続構造の上部または下部に配置され、平面アンテナが形成されたカバー部材とが一体形成されてなることを特徴とする。

この電子回路装置では、アンテナ機能が一体化されて、無駄な空間が排除され、一層のコンパクト化が可能となる。

そして、本発明に係る電子回路装置は、前記モバイル機器内基板間接続構造の上部または下部にメモリ等のカードソケットが一体形成されてなることを特徴とする。

この電子回路装置では、メモリ機能等が一体化されて、無駄な空間が排除され、短距離で電気的接続がなされ、電気特性が高められる。これにより、高密度、高機能が達成されながら、一層のコンパクト化が可能となる。

本発明に係るモバイル機器内基板間接続構造によれば、少なくとも平行な二辺部のそれぞれに電気端子部が設けられた回路基板と、少なくとも二辺部のそれぞれを挟持して上下に隔絶している複数枚の回路基板を支持する積層基板支持機構と、少なくとも二辺部のそれぞれを挟持する積層基板支持機構の多段状凹溝部に設けられ隔絶された複数枚の回路基板の電気端子部同士を接続する立体配線部とを備えたので、位置決め精度が高く、耐衝撃性に優れ、さらに、回路基板のリペア性や基板種類に対する汎用性も高めることができる。また、回路基板間の接続面積を確保しながら高密度実装を実現できる。

また、本発明に係る電子回路装置によれば、隔絶した回路基板間を短距離で電気的に接続することができ、電気特性を向上させることができる。また、積層基板支持機構の側面や、モバイル機器内基板間接続構造の上部または下部に電気シールドを設けることにより不要輻射ノイズを減らすことができる。さらに、平面アンテナを回路で形成したり、カードソケットを一体化することが可能となり、機能を一体化させて、無駄な空間を排除して一層のコンパクト化を可能にできる。

以下、本発明に係るモバイル機器内基板間接続構造およびそれを用いた電子回路装置の好適な実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係るモバイル機器内基板間接続構造の斜視図、図２は図１に示したモバイル機器内基板間接続構造の要部拡大断面図である。
図１に示すように、第１実施形態によるモバイル機器内基板間接続構造では、メイン基板１の上に積層基板支持機構であるコネクタ２が設置されている。

コネクタ２には、一般の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等を用いる。熱可塑性樹脂の場合、射出成形や加工によって所望の形状に成型することが可能である。また、熱硬化性樹脂の場合、硬化物を切削加工することで所望の形状にできる。
熱可塑性樹脂としてはＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、エステル系樹脂、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、熱硬化性樹脂としては通常のエポキシ樹脂等を用いることが好ましい。

このコネクタ２は、図２に示すように、例えば半田１４による半田実装によってメイン基板１に実装されている。すなわち、コネクタ２のメイン基板１への実装は、半田ボール、マイクロコネクタ、ヒートシールコネクタ、異方導電性フィルムや半田バンプ等の各種バンプにより接続される。

コネクタ２には、立体配線３が形成されている。立体配線３は、導電性ペーストを用いた印刷法や基板面に貼り付けられた金属箔または基板面に析出させたメッキ層をレーザー加工する等の方法で作製される。
立体配線材料としてはＡｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｐｂの金属が用いられる。

コネクタ２は、上下に隔絶している複数枚の回路基板４、５を支持する。回路基板４、５には、一般の樹脂基板や無機基板を用いることができる。
特に、ガラスエポキシ基板やアラミド基材を用いた基板やビルドアップ基板、ガラスセラミック基板、アルミナ基板等が好ましい。

回路基板４、５の表面または両面には、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子や抵抗、コンデンサ、インダクタ等の受動部品１５が既に実装されており、その基板単体で独立した機能を有している。回路基板４、５の外周辺である二辺部には、上記受動部品１５により形成された電気回路と接続している電気端子部６が形成されている。
この電気端子部６は、回路基板４、５間およびメイン基板１との間の信号のやり取り、設置、電源供給のためのものである。

コネクタ２の対向面には回路基板４、５の二辺部を挟持する多段状凹溝部１６が形成されている。多段状凹溝部１６は、回路基板４、５の辺部が差し入れられる複数の凹溝１７を上下に有している。
そして、多段状凹溝部１６には、上下に設けられ隔絶された複数枚の回路基板４、５の電気端子部６部同士を接続する立体配線部３が設けられている。本実施形態では、この立体配線部３が、回路基板４、５の電気端子部６に沿い、かつ多段状凹溝部１６の隣接する凹溝１７に亘って形成されている。立体配線３の位置は、電気端子部６の位置と同じ場所になるように形成されている。

回路基板４および回路基板５は、コネクタ２の凹溝１７に挿入され、立体配線３と電気端子部６の位置が一致する位置で停止する。停止位置においては、図２に示すように、圧接端子９により、回路基板４、５の電極端子６はコネクタ２の立体配線３に押圧され、それぞれが電気的に接続される。
図２では、片側の辺部を示しているが、反対側の辺部も同様に回路基板４、５とコネクタ２およびメイン基板１が電気的に接続されている。

また、コネクタ２の上部には電磁シールド７が設置されている。コネクタ２の外側面には、やはり電磁シールド８が形成されている。
電磁シールド部７、８は、回路基板４、５からの引き出し配線内のグランド（接地）配線と接続されることが好ましい。

立体配線部３は、電気端子部６に圧接する押圧機構である圧接端子９を備えている。
したがって、多段状凹溝部１６の凹溝１７に挿入された回路基板４、５における二辺部の電気端子部６は、この圧接端子９を介して立体配線部３に圧接され、衝撃等に対する導通信頼性が高められるようになっている。

第１実施形態によるモバイル機器内基板間接続構造は、このような構造を有することにより、上下に隔絶している複数枚の回路基板４、５を、高い位置決め精度と、強い耐衝撃性を持って、電気的に接続できる。
さらに、回路基板４、５に不良があったり、故障が生じたりした場合に、コネクタ２から抜き出して容易に良品と交換できる。
また、同様の筐体でのモバイル機器における高付加価値機能を持つ基板への変更や、基板のバージョンアップに対応した基板のみの交換といった汎用性に対しても容易に対応することが可能となる。

さらに、モバイル機器内基板間接続構造では、コネクタ２の上部および外側面に、電磁シールド７、８が形成されているので、回路基板４、５における不要輻射等の電磁ノイズの影響が抑制され、回路の誤動作が防止された良好な電気特性を得ることができる。

なお、モバイル機器内基板間接続構造は、そのままで、圧接端子９ではなく半田、導電性樹脂等で回路基板４、５を固着固定してしまってもかまわない。
また、接続強度や信頼性確保のために、各電子部品（受動部品１４等）や凹溝１７部をモールド樹脂でモールドする構成としてもよい。

また、回路基板４、５の電気端子部６に窪みを付けておいて、圧接端子９の位置決めがより明確となるようにしておいても構わない。
また、回路基板挿入方向と反対側に当て板を作っておいて、当て板まで押し付けることで、立体配線部３に対する電気端子部６の位置決めを行っても構わない。
さらに、それぞれの回路基板４、５は、他の回路基板と接続される接続配線基板の一部であってもよく、またメイン基板１そのものであってもよい。

次に、本発明の第２実施形態に係るモバイル機器内基板間接続構造を説明する。
図３は本発明の第２実施形態に係るモバイル機器内基板間接続構造の要部拡大断面図である。
なお、以下の各実施形態において、図１、図２に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図２に示した第１の実施形態によるモバイル機器内基板間接続構造との違いは、コネクタ２の立体配線３の配線が、ビアホールであるスルーホール１０によって上下接続が行われていることである。
スルーホール１０は、多段状凹溝部１６の隣接する凹溝１７間を貫通して形成される。

このモバイル機器内基板間接続構造では、凹溝１７に二辺部が挿入されて保持された複数の回路基板４、５同士が、凹溝１７間を貫通するスルーホール１０に設けられた立体配線部３を介して導通接続され、回路基板４、５同士間の接続経路が最短となる。
このような構造とすることにより、コネクタ２をよりコンパクトにすることができ、基板間接続距離もより短くなって電気特性も向上する。

次に、本発明の第３実施形態に係るモバイル機器内基板間接続構造を説明する。
図４は本発明の第３実施形態に係るモバイル機器内基板間接続構造の斜視図である。
第３実施形態においては、図１における回路基板４、５を挿入した状態で、図１の電磁シールド７の位置に、カードソケット１１を設置し、その上から電磁シールド７を形成し、電子回路装置１９を構成したものである。このカードソケット１１は、コネクタ２および回路基板４、５の大きさとほぼ同じにして積層設置されている。このカードソケット１１にメモリーカード１２を挿入する構成となっている。このメモリーカード１２の端子も回路基板４、５と電気的に接続されるため（図示せず）、機能を一体化させて、メモリーカード１２との情報のやり取りをスムーズに行うことができる。
また、このような構造とすることにより、電子回路装置１９の面を有効に活用することができ、よりコンパクトで無駄な部分がない構成とでき、モバイル機器の一層の小型化を図ることが可能となる。

次に、本発明の第４実施形態に係るモバイル機器内基板間接続構造を説明する。
図５は本発明の第４実施形態に係るモバイル機器内基板間接続構造の斜視図である。
第４実施形態においては、図４におけるカードソケット１１の位置に、カバー部材２０を設け、このカバー部材２０に平面アンテナ１３を形成して、電子回路装置２１を構成したものである。この平面アンテナ１３の端子も回路基板４、５と電気的に接続しているため（図示せず）、機能を一体化させて、平面アンテナ１３での送受信情報のやり取りをスムーズに行うことができる。このような構成により、電子回路装置の面を有効に活用することができ、より、モバイル機器の小型化を図ることができる。
さらに、このような構成をとることにより、この電子回路装置２１単独でも、無線で情報の授受をするＩＣタグ等の機能を持たせることができる。

なお、本実施形態においては挿入する回路基板を固定する機構は特に記述していないが、奥行きに対するストッパー、手前に抜けないようにする引き抜き防止機構などが設けられていても構わない。
また、本実施形態においては、平行な二辺部のそれぞれに電気端子部が設けられた回路基板を用いたが、さらに三辺部、四辺部にも同様な電気端子部が設けられた回路基板を用いても構わない。三辺構成の場合には、挿入口の反対側に通常の挿抜方式と同様な電気端子機構を構成することが出来る。四辺構成または手前に電気端子を形成した三辺構成の場合には、回路基板を挿入した後に手前の電気端子部を挟時しながら幅方向に支持する立体配線部を嵌め込む構成を取ることができる。

このように、本発明に係るモバイル機器内基板間接続構造は、電気端子部６が外周の少なくとも二辺部に設置され、上下に隔絶している複数枚の回路基板４、５を、前記少なくとも二辺部を挟持しながら幅方向に支持する積層基板支持機構と、隔絶された前記複数枚の回路基板４、５間の電気接続が行える立体配線部３を持つ構成とするものである。
この構成により、位置決め精度、耐衝撃性に強く、さらに、基板交換等の汎用性も高くできる。そのため、高機能、多機能でコンパクト化が要望される携帯電話機等をはじめとする各種のモバイル機器に広く利用できる。

本発明の第１実施形態に係るモバイル機器内基板間接続構造の斜視図である。 図１に示したモバイル機器内基板間接続構造の要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係るモバイル機器内基板間接続構造の要部拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係るモバイル機器内基板間接続構造の斜視図である。 本発明の第４実施形態に係るモバイル機器内基板間接続構造の斜視図である。 従来の電子回路装置の断面図である。 従来の電子回路装置の断面図である。

符号の説明

２ コネクタ（積層基板支持機構）
３ 立体配線部
４、５ 回路基板
６ 電気端子部
７、８ 電気シールド
９ 圧接端子（押圧機構）
１０ ビアホール（スルーホール）
１１ カードソケット
１３ 平面アンテナ
１６ 多段状凹溝部
１７ 凹溝
１９、２１ 電子回路装置
２０ カバー部材

Claims (10)

1. 少なくとも平行な二辺部のそれぞれに電気端子部が設けられた回路基板と、前記少なくとも二辺部のそれぞれを挟持して上下に隔絶している複数枚の該回路基板を支持する積層基板支持機構と、前記少なくとも二辺部のそれぞれを挟持する該積層基板支持機構の多段状凹溝部に設けられ隔絶された複数枚の前記回路基板の前記電気端子部同士を接続する立体配線部とを具備したことを特徴とするモバイル機器内基板間接続構造。
2. 前記立体配線部が、前記回路基板の電気端子部に沿いかつ前記多段状凹溝部の隣接する凹溝に亘って形成されていることを特徴とする請求項１記載のモバイル機器内基板間接続構造。
3. 前記立体配線部が、前記多段状凹溝部の隣接する凹溝間を貫通するビアホールを有することを特徴とする請求項１記載のモバイル機器内基板間接続構造。
4. 前記回路基板の電気端子部を圧接する押圧機構を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のモバイル機器内基板間接続構造。
5. 上下に隔絶するそれぞれの前記回路基板が、スライドしながら前記多段状凹溝部に着脱可能であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のモバイル機器内基板間接続構造。
6. 電気的ノイズを遮蔽するための電気シールドが前記多段状凹溝部の側面に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載のモバイル機器内基板間接続構造。
7. 平面アンテナが前記多段状凹溝部の側面に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載のモバイル機器内基板間接続構造。
8. 請求項１〜請求項７記載のモバイル機器内基板間接続構造と、該モバイル機器内基板間接続構造の上部および/または下部を覆う電気シールドとが一体形成されてなることを特徴とする電子回路装置。
9. 請求項１〜請求項７記載のモバイル機器内基板間接続構造と、該モバイル機器内基板間接続構造の上部または下部に配置され、平面アンテナが形成されたカバー部材とが一体形成されてなることを特徴とする電子回路装置。
10. 前記モバイル機器内基板間接続構造の上部または下部にメモリ等のカードソケットが一体形成されてなることを特徴とする請求項８または請求項９記載の電子回路装置。

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