JP5531524B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置に関し、詳細には無線通信装置の放熱及びシールド対策に関する。

近年、ワイヤレス通信技術が発展し、無線通信機能を備えた通信装置が多く利用されている。例えば、ネットワーク間のアクセスを可能とするゲートウェイやルータといった通信装置も無線通信機能を備えるようになっている。なお、無線通信には、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）８０２．１１規格に準じた無線ＬＡＮ（Local Area Network）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等が使用される。

このような無線通信機能を備える通信装置（無線通信装置）は、無線通信用の信号処理を行う電子回路を備えるが、この電子回路には不要輻射源となる電子部品群が含まれる。このために、無線通信装置においては、これらの電子部品群のシールド対策が重要となる。また、無線通信装置には、無線通信用の信号処理を行う電子回路の他に、通信装置全体を統括すると共に、通信装置のメイン機能を発揮するための処理を行うＩＣ（Integrated Circuit） チップが通常搭載される。このＩＣチップは、不要輻射源となるためにシールド対策を行うのが好ましく、発熱量が多いために放熱対策が重要となる。

実開昭６２−１８４７９８号公報

ところで、無線通信装置においては、上述のＩＣチップが搭載されるメイン基板とは別基板に無線通信用の信号処理を行う電子回路を設け、この別基板（無線基板）をメイン基板上に設ける構成とすると便利な場合がある。このように構成すると、例えば無線通信装置の幅を狭くして装置を小型化することが可能である。また、無線通信用の信号処理を行う電子回路については改良を行わず、その他の構成についてのみ改良を行いたい場合に、無線基板はそのままの構成として、その他の部分のみを改良するということができるために、低コストでの改良が可能となる。

このような無線通信装置において、メイン基板上に搭載されるＩＣチップは、それ自身が不要輻射源となる場合があり、無線通信装置を構成する筐体からの電磁波漏れを低減する等を狙って、メイン基板の中央寄りに配置されるのが好ましいとされる。また、無線基板も上述のように不要輻射源であり、ＩＣチップの場合と同様の理由で、メイン基板の中央寄りに配置されるのが好ましいとされる。このため、メイン基板と無線基板とが別に分けられた構成の無線通信装置においては、ＩＣチップ及び無線基板をいずれも中央寄りに配置するために、無線基板がメイン基板の中央寄りに搭載されるＩＣチップの上に配置される構成とすることが好ましいと考えられる。しかしながら、無線通信装置の構成をこのような構成とすると、次のような問題が発生することがわかった。

すなわち、ＩＣチップは、上述のように放熱対策が必須であり、更にシールド対策を行うのが好ましい。このため、例えば特許文献１に示されるようなシールド兼用ヒートシンクを、ＩＣチップを覆うように配置することが考えられる。しかし、本構成では、上部に発熱量が多い無線基板を有するために、単に箱形のシールド兼用ヒートシンクをＩＣチップに被せるだけでは十分に放熱できない。

また、放熱面積を稼ぐためにシールド兼用ヒートシンクの上部にフィンを設けることも考えられるが、ＩＣチップと無線基板との間の隙間はできるかぎり狭くしたい（例えば１．５ｍｍ程度）こともあり、フィンを形成して放熱面積を確保するのは難しい。このため、無線基板がメイン基板の上面に搭載されるＩＣチップを覆うように配置する構成の無線通信装置では放熱対策が不十分になってしまうという問題がある。

そこで、本発明の目的は、無線通信用の信号処理を行う電子回路が形成される無線基板が、メイン基板の上に搭載されるＩＣチップの上に配置される無線通信装置において、シールド対策及び放熱対策を有効に行える構成を提供することである。

上記目的を達成するために本発明の無線通信装置は、無線通信用の信号処理を行う電子回路が形成される無線基板をメイン基板の上に配置してなる無線通信装置であって、前記無線基板は、前記メイン基板の上面に搭載されるＩＣチップの上に、前記ＩＣチップとの間に隙間を有するように配置され、前記ＩＣチップに熱伝導可能に接続されると共に、前記無線基板の上面に搭載される電子部品群を上から覆うシールド兼用放熱板金を設けたことを特徴としている。

本構成によれば、シールド兼用放熱板金は、単にＩＣチップに熱伝導可能に接続されるのみならず、ＩＣチップの上に配置される無線基板の上面に搭載される電子部品群を上から覆う構成となっている。このために、ＩＣチップで発生した熱を放熱するための放熱面積を広くでき、ＩＣチップの放熱対策を十分なものとできる。また、放熱対策を行う板金を無線基板上の電子部品群のシールド対策にも用いる構成であり、少ない部品点数で放熱対策とシールド対策が可能である。

上記構成の無線通信装置において、前記シールド兼用放熱板金は、前記ＩＣチップと前記無線基板との間に配置されると共に前記ＩＣチップに熱伝導可能に接続される下プレートと、前記無線基板の上面に搭載される電子部品群を上から覆う上プレートと、前記下プレートと前記上プレートとを繋ぐ連結プレートと、を有するのが好ましい。

本構成によれば、下プレートのみならず、連結プレート及び上プレートに放熱作用を発揮させられる。このため、ＩＣチップで発生した熱を放熱するための放熱面積を広くでき、ＩＣチップの放熱対策を十分なものとできる。また、放熱作用を有する上プレートを無線基板上の電子部品群を上から覆うようにしてシールド対策にも用いており、少ない部品点数で放熱対策とシールド対策が可能である。

上記構成の無線通信装置において、前記メイン基板上には、略矩形状の前記無線基板の一端が取り付けられて前記メイン基板と前記無線基板とを電気的に接続するコネクタ部が設けられ、前記シールド兼用放熱板金は、前記連結プレートが前記無線基板を挟んで前記コネクタ部に対向するように配置されていることとしてもよい。

本構成によれば、無線基板をコネクタ部によって接続した後に、下プレートをＩＣチップと無線基板との間の隙間に差し込み、上プレートを無線基板の上面に搭載される電子部品群に被せるという作業で放熱性及びシールド性を確保できる。すなわち、本構成によれば、簡単な作業で放熱及びシールド対策ができる。

上記構成の無線通信装置において、前記ＩＣチップと前記シールド兼用放熱板金との間には、サーマルインターフェース材が介在しているのが好ましい。シールド兼用放熱板金とＩＣチップとを直接接触させて、シールド兼用放熱板金をＩＣチップに熱伝導可能に接続することも可能である。しかし、本構成のように、例えば熱伝導性のグリースや接着剤等からなるサーマルインターフェース材を介在させる方が、簡単に熱伝導性を確保できる。

上記構成の無線通信装置において、前記シールド兼用放熱板金を冷却する冷却ファンを有するのが好ましい。これにより、シールド兼用放熱板金による放熱効率を更に高めることができる。

本発明によれば、無線通信用の信号処理を行う電子回路が形成される無線基板がメイン基板の上に搭載されるＩＣチップの上に配置される無線通信装置において、シールド対策及び放熱対策を有効に行うことが可能になる。

本発明が適用されるＶｏＩＰゲートウェイの実施形態の外観構成を示す概略斜視図 本実施形態のＶｏＩＰゲートウェイが備えるメイン基板と無線基板との関係を示す概略斜視図 図２のＡ−Ａ位置における概略断面図 本実施形態のＶｏＩＰゲートウェイが備えるシールド兼用放熱板金の構成を示す概略斜視図 本実施形態のＶｏＩＰゲートウェイの変形例を説明するための図

以下、本発明の無線通信装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。実施形態の説明にあたっては、本発明が無線通信装置の一例であるＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）ゲートウェイに適用された場合を例に説明する。

図１は、本発明が適用されるＶｏＩＰゲートウェイの実施形態の外観構成を示す概略斜視図である。ＶｏＩＰゲートウェイ１は、電話網とＩＰ（Internet Protocol）ネットワークとを中継する通信装置であり、この機能を発揮するための電子回路が筐体１０内に組み込まれている。また、筐体１０内の電子回路に接続されるアンテナ１１が筐体１０から突出しており、このアンテナ１１によってＶｏＩＰゲートウェイ１は無線通信が可能となっている。

なお、本実施形態のＶｏＩＰゲートウェイ１は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格を用いたＷｉＦｉ（登録商標）方式で無線通信を行うように構成されている。ただし、本発明は無線通信方式がＷｉＦｉ方式でないものにも適用でき、例えば、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の無線方式が使用される場合にも本発明は適用可能である。

ＶｏＩＰゲートウェイ１が備える筐体１０には、装置の状態等を表示する液晶パネル（これ自体は筐体１０内に配置される）が見えるように透明部材で構成される覗き窓１２が設けられている。また、筐体１０の側面には、ＶｏＩＰゲートウェイ１に電力を供給するために使用される電源端子２１や、電話線等のケーブルが差し込まれる各種ジャック２２が露出している。

図２は、本実施形態のＶｏＩＰゲートウェイが備えるメイン基板と無線基板との関係を示す概略斜視図である。ＶｏＩＰゲートウェイ１の筐体１０内部には、図２に示すようなメイン基板２０と、メイン基板２０の上に配置される無線基板３０とが備えられている。メイン基板２０には、上述の電源端子２１や各種ジャック２２が搭載される他、ＶｏＩＰゲートウェイとしての機能を果たすために必要なＩＣチップ、トランジスタ、コンデンサ等の電子部品群２４が搭載される。

また、メイン基板２０の上には、アンテナ１１と電気的に接続され、無線通信用の信号処理を行う電子回路が形成されるＷｉＦｉ基板３０（無線基板の実施形態）が搭載されている。このＷｉＦｉ基板３０は、メイン基板２０の中央寄りに配置され、メイン基板２０の上に固定配置されるコネクタ部２５に接続されることによってメイン基板２０と電気的に接続される。

なお、ＶｏＩＰゲートウェイ１の筐体１０の対向する２つの側面のそれぞれには、筐体１０外部の空気を吸い込む、或いは、筐体１０内部の空気を排出する等の目的で複数のスリット１０ａ（図１参照）が形成されている。このように筐体１０の側面に孔（スリット１０ａ）が形成される場合、その近傍に不要輻射源となるＷｉＦｉ基板３０を配置すると、筐体１０の外部に電磁波が漏れ易く、好ましくない。このような点を考慮して、ＶｏＩＰゲートウェイ１では、ＷｉＦｉ基板３０をメイン基板２０の中央寄りに配置するようにしている。

図３は、図２のＡ−Ａ位置における概略断面図である。図３に示すように、ＷｉＦｉ基板３０の下には、ＷｉＦｉ基板３０との間に隙間を有する状態で、例えばフィリップチップ方式等でメイン基板２０に実装されるＩＣチップ２３が配置されている。このＩＣチップ２３は、ＶｏＩＰゲートウェイ１における制御を統括するものである。具体的には、このＩＣチップ２３により、アナログ音声データをデジタルデータに変換し、ＩＰパケットに分割してＩＰネットワーク上に送信することが可能となる。また、このＩＣチップ２３によって、ＩＰネットワーク側から受け取ったＩＰパケットをアナログ音声に復元して電話網に送り出すことが可能となる。

なお、このＩＣチップ２３は不要輻射源となるためにＷｉＦｉ基板３０の場合と同様の理由でメイン基板２０の中央寄りに配置することとしている。このため、ＶｏＩＰゲートウェイ１では、ＷｉＦｉ基板３０が、メイン基板２０の上面に搭載されるＩＣチップ２３の上に、ＩＣチップ２３との間に隙間を有する状態で配置される構造を採用している。

図３に示すように、ＶｏＩＰゲートウェイ１においては、ＩＣチップ２３とサーマルインターフェース材２７を介して熱伝導可能に接続されると共に、ＷｉＦｉ基板３０の上面に搭載される電子部品群（図示せず）を覆うシールド兼用放熱板金４０が設けられている。このシールド兼用放熱板金４０の材質については、放熱及びシールド機能を発揮する材質を選択すればよく、特に限定されるものではない。ただし、後述のようにシールド兼用放熱板金４０は基板に半田を用いて接着する構成であるので、半田の載りがよい材質が好ましい。

なお、シールド兼用放熱板金４０とＩＣチップとの間に介在するサーマルインターフェース材２７は、シールド兼用放熱板金４０がＩＣチップ２３に対して熱伝導可能な状態で確実に接続しやすいように用いている。このため、場合によっては、サーマルインターフェース材２７を用いずに、シールド兼用放熱板金４０とＩＣチップ２３とが直接接触する構成としても構わない。サーマルインターフェース材２７としては、例えば熱伝導性のゴム、グリース、接着剤等を用いればよい。

図４は、本実施形態のＶｏＩＰゲートウェイが備えるシールド兼用放熱板金の構成を示す概略斜視図である。シールド兼用放熱板金４０は、いずれも略矩形状に設けられる、下プレート４０１、上プレート４０２、及び連結プレート４０３を有する。下プレート４０１と上プレート４０２は、上から見た場合に面積がほぼ同一となっている。これら３つのプレート４０１〜４０３を有するシールド兼用放熱板金４０は、１枚の板金をプレス加工等することによって一体的に形成される。

シールド兼用放熱板金４０の下プレート４０１は、ＩＣチップ２３とＷｉＦｉ基板３０との間に配置され、サーマルインターフェース材２７を介してＩＣチップ２３に熱伝導可能に接続される。この下プレート４０１に連続する連結プレート４０３によって、上プレート４０２は下プレート４０１に連続的に繋がる。連結プレート４０３の上下方向の長さＬ（図３参照）は、連結プレート４０３によって下プレート４０１に連続的に繋がる上プレート４０２が、ＷｉＦｉ基板３０の上面に搭載される電子部品群（図示せず）を上から覆うことができるように調整されている。

なお、ＩＣチップ２３とＷｉＦｉ基板３０との間に設けられる隙間は狭い（例えば１．５ｍｍ程度）が、シールド兼用放熱板金４０を構成する板金は、例えば厚み０．６〜０．８ｍｍ程度とできるために、両者の間に下プレート４０１を配置することが可能となっている。

上プレート４０２の３つのエッジのそれぞれには、上プレート４０２を折り曲げることによって得られる側壁４０４が形成されている。このため、ＷｉＦｉ基板３０上に搭載される電子部品群の上から上プレート４０２を被せることによって、ＷｉＦｉ基板３０上の電子部品群の上部及び側部は、シールド兼用放熱板金４０によって覆われるようになっている。上プレート４０２の面積及び上プレート４０２のエッジから延び出す側壁４０４のサイズはその点を考慮して形成されている。

このように構成されるシールド兼用放熱板金４０の取り付け手順例について説明する。まず、ＩＣチップ２３が搭載されたメイン基板２０上に設けられるコネクタ部２５に、略矩形状に設けられるＷｉＦｉ基板３０の一端（図示しない接続端子群が形成されている）を挿入する。これにより、メイン基板２０とＷｉＦｉ基板３０との電気的な接続が確保される。

次に、シールド兼用放熱板金４０の下プレート４０１をＩＣチップ２３とＷｉＦｉ基板３０と間の隙間に挿入する。これにより、予めＩＣチップ２３上に設けておいたサーマルインターフェース材２７を介して、シールド兼用放熱板金４０をＩＣチップ２３に熱伝導可能に接続する。その後、シールド兼用放熱板金４０の上プレート４０２をＷｉＦｉ基板３０上の電子部品群を覆うように被せる。

最後に、シールド兼用放熱板金４０を固定すべく、下プレート４０１とメイン基板２０とを例えば半田を用いて接着する。また、上プレート４０２とＷｉＦｉ基板３０とを例えば半田を用いて接着する。なお、ＶｏＩＰゲートウェイ１においては、下プレート４０１とメイン基板２０との半田による接着によって、シールド兼用放熱板金４０はＧＮＤ接続されるようになっている。

以上のようにＶｏＩＰゲートウェイ１を構成した場合、下プレート４０１に加えて、上プレート４０２及び連結プレート４０３が放熱作用を発揮するために、ＩＣチップ２３で発生する熱を放熱する面積を大きなものとできる。このため、ＩＣチップ２３の冷却が有利となる。なお、本実施形態のＶｏＩＰゲートウェイ１では、メイン基板２０に冷却ファン２６（図２参照）を設け、これによりシールド兼用放熱板金４０を冷却することで、ＩＣチップ２３の冷却効率を高めている。

また、上記放熱面積を大きくするための工夫を利用して、不要輻射源となるＷｉＦｉ基板３０の上面に搭載される電子部品群のシールド対策を１つの部材でまとめて行う構成としている。このために、ＶｏＩＰゲートウェイ１は、少ない部品点数で放熱及びシールド対策を行うことが可能となっている。

以上に示した実施形態は本発明が適用される無線通信装置の一例であって、本発明が適用される無線通信装置の実施形態は以上に示した構成に限定されないのは言うまでもない。

例えば、以上に示した実施形態においては、シールド兼用放熱板金４０が備える下プレート４０１には、上プレート４０２に備えられるような側壁４０４を設けない構成とした。しかし、下プレート４０１にも、例えば、下プレート４０１を折り曲げることによって形成される４つの側壁を設けて、ＩＣチップ２３の上部及び側部がシールド兼用放熱板金によって覆われるようにしても構わない。これにより、不要輻射源となるＩＣチップ２３のシールド対策を有効に行える。

また、以上に示したシールド兼用放熱板金４０の構成は一例であり、例えば、図５に示すような構成等としても構わない。図５に示す構成では、破線で囲まれる僅かな部分を除いて、シールド兼用放熱板金４０がＷｉＦｉ基板３０を覆う構成となっている。なお、この構成では、シールド兼用放熱板金４０に覆われない部分がコネクタ部に接続されることを想定している。そして、この構成では、ＷｉＦｉ基板３０の短手方向にコネクタ部が接続されるようになっている点で、図２に示す本実施形態の構成と異なる。

また、以上に示した実施形態では、無線通信装置がＶｏＩＰゲートウェイであることとしたが、本発明の適用範囲はこれに限らない。すなわち、本発明は、無線基板がメイン基板の上に搭載されるＩＣチップの上に配置される構成を採用する無線通信装置に広く適用可能である。例えば、無線通信機能を備えるルータ等にも適用可能である。

本発明は、例えばゲートウェイやルータ等の無線通信装置に好適である。

１ ＶｏＩＰゲートウェイ（無線通信装置）
２０ メイン基板
２３ ＩＣチップ
２５ コネクタ部
２６ 冷却ファン
２７ サーマルインターフェース材
３０ ＷｉＦｉ基板（無線基板）
４０ シールド兼用放熱板金
４０１ 下プレート
４０２ 上プレート
４０３ 連結プレート

Claims (3)

1. メイン基板と、
   前記メイン基板上に搭載されるＩＣチップと、
   前記ＩＣチップの上方に配置され、無線通信の信号処理を行う電子回路を形成する無線基板と、
   連結プレートと前記連結プレートから延在する上プレート及び下プレートとを有するシールド兼用放熱板金と、
   を備え、
   前記下プレートが前記ＩＣチップと前記無線基板との間に配置され、
   前記無線基板が前記下プレートと前記上プレートとの間に配置されることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記メイン基板上には、前記メイン基板と前記無線基板とを電気的に接続するコネクタ部が設けられ、
   前記連結プレートが前記コネクタ部に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記ＩＣチップと前記シールド兼用放熱板金との間には、サーマルインターフェース材が介在していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信装置。

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