JP6862158B2 - 回路基板構造 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ＣＰＵの放熱板金を有する回路基板構造に関する。

製品内部にある導体に、導体形状固有の周波数を持つ電気信号(ノイズ)が流れると電気的形状に応じた固有の共振周波数で振動が起きる。流れた電気信号が空間に不要輻射（ＥＭＩ）として放射される現象（＝共振現象）がある。

共振現象が起きると製品は、出荷に必要なＥＭＩ規格をクリアしない可能性が高くなる。そのため共振を起こさない、または、流れる信号と共振周波数を一致させないということが必要となる。

ＣＰＵの放熱板金は放熱効果を得るため、ＣＰＵに押し付ける必要がある。しかしＣＰＵの真上にネジ留めすることはできない。そのため板バネを用いて放熱板金を押し付けている。

国際公開第１１／１５８６１５号 実用新案登録第３１１３６９１号公報 特開２００２−３２４９８９

共振が起きた場合にはガスケットを用いて放熱板金と筐体との接地構造を設け、共振対策を行っている。しかし、筐体側に受け止めるための構造が必要であることや周辺部品との接触を避けなければいけない。そのため、筐体への接地構造追加によるコスト増や、ＣＰＵ付近は部品が密集しているため接続箇所を設けることが困難である。

一実施形態において、回路基板構造は、回路基板と、回路基板に搭載され、通電されると発熱する電子部品と、電子部品に接触し電子部品を冷却する、接地されていない放熱板金と、上方から視て前記放熱板金の一部のみを覆うように放熱板金を電子部品に押圧させる押付けばねと、押付けばねを回路基板に固定し、電子部品が通電により発する電気的ノイズの周波数と、放熱板金の固有周波数とが一致しないように放熱板金から押付けばねまでの距離を所定の値に保持する固定部とを備えて構成した。

回路基板を備えたノートＰＣを示す斜視図。 第１実施形態の回路基板構造を示す平面図。 同回路基板構造を示す斜視図。 押付けばねを示す平面図。 放熱板金を示す平面図。 回路基板構造の概略を示す側面図。 回路基板構造の概略を示す側面図。 放熱板金から押付けばねまでの距離と共振周波数の関係を示すグラフ。 第２実施形態の回路基板構造を示す斜視図。

回路基板構造の実施形態について、図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
回路基板構造を有する回路基板１０は、例えば電子機器としてのノートブック型ポータブルコンピュータ（ノートＰＣ）１２に設けられている。図１に、第１実施形態の回路基板構造を備えるノートＰＣ１２を示す。図１は、ノートＰＣ１２を斜め上方から示す斜視図である。

図１に示すように、ノートＰＣ１２は、第１ユニット１４と、第２ユニット１６と、ヒンジ部１８とを有する。第１ユニット１４は、例えば電子機器本体である。第１ユニット１４は、第１筐体２０を備えている。

図１に示すように、第１筐体２０は、上壁２８と、底壁３０と、周壁（側壁）３２とを有している。第１筐体２０は、電子部品としての第１部品（ＣＰＵ）３４(図２等参照)を有する実施形態に係る回路基板１０を収容している。

第２ユニット１６は、例えば表示部であり、第２筐体２２と、この第２筐体２２に収容された表示装置２４とを備えている。第２筐体２２は、表示装置２４の表示画面が外部に露出する開口部２６を有する。

第２筐体２２は、ヒンジ部１８によって、第１筐体２０の後端部に回動可能（開閉可能）に連結されている。これによりノートＰＣ１２は、第１ユニット１４と第２ユニット１６とが重ねられた第１の位置と、第１ユニット１４と第２ユニット１６とが開かれた第２の位置との間で回動可能である。

図２、図３に回路基板１０を示す。図２は、回路基板１０の一部を示す平面図、図３は、回路基板１０の一部を示す斜視図である。

回路基板１０には、ＣＰＵ３４が搭載されている。図２及び図３は、回路基板１０のＣＰＵ３４付近を部分的に示している。ＣＰＵ３４は、通電により発熱する電子部品である。ＣＰＵ３４は、下面に接続端子３５を有している(図６等参照)。ＣＰＵ３４は、接続端子３５を介して回路基板１０に接続されている。ＣＰＵ３４の上面には、放熱板金３６が設けられている。尚、電子部品としては、ＣＰＵ３４に限るものではない。

放熱板金３６を図５に示す。放熱板金３６は、熱伝導性の良好な金属部材から形成されている。放熱板金３６は、平板状で、一方に第１面３７を有し、第１面３７と反対側の面に第２面３９を有している。図５は、放熱板金３６を第１面３７側から示す平面図である。第１面３７を放熱板金３６の上面とし、第２面３９を放熱板金３６の下面とする。

放熱板金３６の第２面３９側に、ＣＰＵ３４が設けられている。放熱板金３６は、ＣＰＵ３４から発生される熱を吸収し、第１筐体２０の空間内に熱を放散させる。放熱板金３６は、ＣＰＵ３４から吸収した熱を空間に放散させるため、所定の面積を有している。

更に放熱板金３６は、ＣＰＵ３４に取り付けた際、回路基板１０における放熱板金３６の取付位置、ＣＰＵ３４の周囲に隣接して配置されている他の電子部品との干渉を回避する関係、ＣＰＵ３４から吸収した熱を効率よく放散させるため等を考慮して図５に示す形状を有している。図５の点線で、放熱板金３６におけるＣＰＵ３４の取付位置を示す。

具体的には、放熱板金３６は、第１突片４０と中央部４２と後部拡大部４４とを有している。第１突片４０は、中央部４２の前方に設けられ、中央部４２から左方に突出している。放熱板金３６の前後は、図２、図５の紙面に沿い、紙面の上方を前方とし、その逆を後方とする。尚、放熱板金３６における第１突片４０と中央部４２と後部拡大部４４の各区分は、厳密なものではない。

中央部４２には、下方（回路基板１０側）に、図５に示すようにＣＰＵ３４が配置される。放熱板金３６の第２面３９が、ＣＰＵ３４の上面に接している。中央部４２の後方に、後部拡大部４４が設けられている。

後部拡大部４４は、放熱板金３６の後方に広がっている。中央部４２と後部拡大部４４との間には、切欠き４５が形成されている。切欠き４５は、放熱板金３６を表裏に貫通している。放熱板金３６には、放熱板金３６をＣＰＵ３４に押し付けるための押付けばね５０が設けられている。

次に、押付けばね５０について説明する。図４に押付けばね５０を示す。押付けばね５０は、ばね性を有する金属部材から形成されている。図４に示すように、押付けばね５０は、第１片５２と第２片５４と第３片５６を有している。

第１片５２と第３片５６は、それぞれ第２片５２に対して所定の角度で設けられている。第１片５２と第３片５６は、第２片５２に対してほぼ対称の位置に設けられている。第１片５２と第３片５６の端部で、第２片５４の側と反対側の端部には、ねじ孔５８が設けられている。ねじ孔５８は、雄ねじ６０を通す径を有している。押付けばね５０は、ねじ孔５８に通した雄ねじ６０により回路基板１０に固定される。

第２片５４には、押圧部６２が２か所に設けられている。尚、第２片５４に設けられる押圧部６２は、２か所に限るものではない。

押圧部６２は、押付けばね５０を回路基板１０に取り付けると、放熱板金３６の第１面３７に当接する。押付けばね５０は、第１片５２及び第３片５６のねじ孔５８と第２片５４の押圧部６２との間で、ばね性を有し、所定のばね力で放熱板金３６の第１面３７を下方に押圧する。

これにより、押付けばね５０は、雄ねじ６０で回路基板１０に取り付けられると、放熱板金３６をＣＰＵ３４側に押圧する。放熱板金３６は、第２面３９が押付けばね５０によりＣＰＵ３４に押し付けられ、放熱板金３６とＣＰＵ３４との間に生じる伝熱性が良好になる。

押付けばね５０は、ＣＰＵ３４に隣接して設けられる他の電子部品の取付位置、回路基板１０に形成される配線の敷設状況等によりねじ孔５８の取付位置が特定される。押付けばね５０は、回路基板１０におけるその雄ねじ６０の位置と、放熱板金３６が安定してＣＰＵ３４に押し付けられる押圧部６２の位置関係等から形状が決定されている。

更に、押付けばね５０は、図６に示すように、回路基板１０から所定の距離Ｈ（「高さ」ともいう）に保持されている。回路基板１０からの押付けばね５０の距離Ｈは、ＣＰＵ３４から発せられる電気的ノイズの周波数と、放熱板金３６が有する、放熱板金３６の形状からくる共振周波数とが一致（共振）しない値に設定されている。

次に、放熱板金３６とＣＰＵ３４との共振について説明する。ＣＰＵ３４は、ノートＰＣ１２が作動し通電されると、電気的ノイズを発する。ＣＰＵ３４が発する電気的ノイズは、所定の周波数を有している。放熱板金３６は、放熱板金３６が有する形状から、固有の共振周波数を有している。

押付けばね５０は、雄ねじ６０により回路基板１０の取付部６１（図６参照）に固定されている。雄ねじ６０と取付部６１が、請求項で言う固定部に相当する。尚、固定部は、ねじに限るものではない。

放熱板金３６は、その固有の共振振動数が、放熱板金３６からの押付けばね５０の距離、つまり回路基板１０からの押付けばね５０の距離Ｈによって変動することがわかっている。

放熱板金３６においては、図３に示すように、回路基板１０と押付けばね５０の接続点、つまり取付部６１を始点として、取付部６１から押付けばね５０を通り放熱板金３６の端部までの長さを１/４にした長さを波長とした周波数の奇数倍の周波数を共振周波数として共振することが予想される。

この共振周波数と放熱板金３６の周辺にある、例えばＣＰＵ３４などの電子部品から発せられるノイズの周波数が一致してしまうと、ＥＭＩとして空間に強く放射されたり、搭載されているアンテナの感度を悪化させてしまうことが発生する。

具体的に、図３に、取付部６１から押付けばね５０を経由した放熱板金３６の共振に関する電気経路を、二点鎖線Ａ及びＢで示す。Ａは、放熱板金３６の後部拡大部４４から押圧部６２を通り、押圧部６２から押付けばね５０の第３片５６を通り、第３片５６の雄ねじ６０から回路基板１０に至る経路である。

Ｂは、放熱板金３６の第１突片４０の先端から他方の押圧部６２を通り、押付けばね５０の第１片５２を通り、第１片５２の雄ねじ６０から回路基板１０に至る経路である。

放熱板金３６から押付けばね５０までの距離により、放熱板金３６が有する共振周波数が、ＣＰＵ３４から発せられる電気的ノイズの周波数と一致してしまうことがある。

ＣＰＵ３４から発せられる電気的ノイズの周波数は、基本的に固定的である。放熱板金３６をＣＰＵ３４に取り付け、押付けばね５０で放熱板金３６を押圧したときの、放熱板金３６の共振周波数が、ＣＰＵ３４から発せられる電気的ノイズの周波数と一致しない放熱板金３６から押付けばね５０までの距離を求める。

放熱板金３６から押付けばね５０までの距離が求められたら、かかる距離になるよう押付けばね５０を回路基板１０に取り付ける。すなわち、押付けばね５０と回路基板１０との距離を、ＣＰＵ３４と放熱板金３６との共振が発生しない所定の距離に設定する。

図６と図７に、回路基板１０と押付けばね５０との距離を変化させたときの模式図を示す。図６に示す回路基板１０と押付けばね５０との距離Ｈは、図７に示す回路基板１０と押付けばね５０との距離Ｈより大きい。すなわち、図６では、放熱板金３６と押付けばね５０の距離ｈ１が、図７に示す距離ｈ２より大きい。

図８は、押付けばね５０と回路基板１０との距離を変化させたときの放熱板金３６の共振周波数の値である。図８の横軸は、放熱板金３６から押付けばね５０までの距離（ｍｍ）であり、縦軸は、放熱板金３６の共振周波数(ＧＨｚ)の値である。

図８のグラフから、放熱板金３６と押付けばね５０との距離が小さいと、共振周波数が高周波側にシフトし、両者間の距離が大きいと、共振周波数が低周波側にシフトすることがわかる。すなわち、回路基板１０と押付けばね５０との距離が大きい、図６に示す距離ｈ１の回路基板構造は、図７に示す距離ｈ２の回路基板構造より、共振周波数が低周波側にシフトする。

このように本実施形態のかかる回路基板構造は、放熱板金３６の形状及び放熱板金３６から押付けばね５０までの距離から導かれる放熱板金３６の共振周波数を、ＣＰＵ３４の電気的ノイズの持つ周波数と容易に異ならせることができる。

これにより、本実施形態では、放熱板金３６の共振周波数とＣＰＵ３４の電気的ノイズの持つ周波数とが一致して空間にＥＭＩノイズが放射されてしまうことを防止できる。

放熱板金３６の形状から導かれる固有の共振周波数と製品としてサポートしている無線周波数とが一致して製品のアンテナ感度を悪化させてしまうことを抑制することができる。

本実施形態のかかる回路基板構造は、押付けばね５０を第１筐体２０の一部に、電気的に接続させる必要がない。これにより、電気的にショートしてしまうリスク、回路基板１０の取付構造の複雑さ、ＣＰＵ３４や放熱板金３６等を取り付ける手間の増加を抑制できる。

本実施形態では、例えばシミュレーションを行い、予め放熱板金３６の共振による支障が発生することがない押付けばね５０の回路基板１０からの距離Ｈを求め、回路基板１０を構成する。かかる回路基板構造により、回路基板１０をノートＰＣ１２に組み込むことにより、ノートＰＣ１２から外部に、放熱板金３６の共振による不要な電磁波が発生することを抑制できる。

押付けばね５０を、回路基板１０から所定の距離Ｈに取り付けるだけであるので、回路基板１０の構造を簡易にできる。回路基板１０から押付けばね５０までの距離Ｈは予め設定されるため、放熱板金３６の取付作業を簡易化できる。

放熱板金３６を第１筐体２０に接続させる必要がなく、アース等の作業が不要となり、構造が簡易となり、又、電気的短絡（ショート）等の発生のおそれを解消できる。

ＣＰＵ３４が異なる場合においては、回路基板１０から押付けばね５０までの距離ＨをそれぞれのＣＰＵ３４に適合した値とすることで、共振の発生を容易に解消できる。

更に、本実施形態では、回路基板１０を設計する評価段階で、押付けばね５０の高さを調整できるよう調整構造を設けておいてもよい。例えば、押付けばね５０を回路基板１０に固定する取付部６１に調整ねじ部を設け、調整ねじ部により押付けばね５０の回路基板１０からの距離Ｈを任意に調整可能とする。

そして、設計段階で押付けばね５０の回路基板１０からの距離Ｈを調整ねじ部により変化させる。押付けばね５０の高さを変化させ、放熱板金３６の共振の状態を検出し、ＣＰＵ３４と放熱板金３６とで共振が発生しない距離Ｈに押付けばね５０を設定する。これによっても、回路基板１０の共振の発生が防止できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の回路基板構造について説明する。図９に、第２実施形態にかかる回路基板１０を示す。以下、第１実施形態にかかる回路基板構造と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明に代える。

第２実施形態の回路基板構造は、放熱板金３６を固定する雄ねじ６０にスペーサ６４を介在させている。スペーサ６４は、押付けばね５０と回路基板１０の間に設けられている。スペーサ６４は、所定の硬度を有する材質から形成されている。スペーサ６４は、円筒状で、軸方向に所定の距離ｈ３を有している。スペーサ６４の高さ（距離ｈ３）は、スペーサ６４を介して押付けばね５０を回路基板１０に取り付けた際、押付けばね５０で押圧された放熱板金３６が有する固有の周波数が、ＣＰＵ３４が発する電気的ノイズの周波数と一致することのない値である。

このように、回路基板１０と押付けばね５０との間に所定の高さのスペーサ６４を設けることにより、押付けばね５０に押圧された放熱板金３６が有する固有振動数が、ＣＰＵ３４が発する電気的ノイズの周波数と一致させないことができる。

これによっても、放熱板金３６が有する形状から導かれる固有の周波数とＣＰＵ３４の電気的ノイズの持つ周波数とが一致し空間にＥＭＩノイズが放射されてしまうことを防止できる。

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…回路基板、１２…ノートＰＣ、１４…第１ユニット、１６…第２ユニット、１８…ヒンジ部、２０…第１筐体、２２…第２筐体、２４…表示装置、２６…開口部、２８…上壁、３０…底壁、３２…周壁、３４…第１部品（ＣＰＵ）、３５…接続端子、３６…放熱板金、３７…第１面、３９…第２面、４０…第１突片、４２…中央部、４４…後部拡大部、５２…第１片、５４…第２片、５６…第３片、５８…ねじ孔、６１…取付部、６２…押圧部、６４…スペーサ。

Claims (6)

1. 回路基板と、
   前記回路基板に搭載され、通電されると発熱する電子部品と、
   第１面と前記第１面の反対側に第２面を有し、前記電子部品に前記第２面が接触して前記電子部品を冷却する、接地されていない放熱板金と、
   上方から視て前記放熱板金の一部のみを覆うように前記放熱板金の前記第１面に当接し、前記放熱板金を前記電子部品に押圧させる押付けばねと、
   前記押付けばねを前記回路基板に固定し、前記電子部品が通電により発する電気的ノイズの周波数と、前記放熱板金の固有周波数とが一致しないように前記放熱板金から前記押付けばねまでの距離を保持する固定部と、を備えた回路基板構造。
2. 回路基板と、
   前記回路基板に搭載され、通電されると発熱する電子部品と、
   第１面と前記第１面の反対側に第２面を有し、前記電子部品に前記第２面が接触して前記電子部品を冷却する、接地されていない放熱板金と、
   上方から視て前記放熱板金の一部のみを覆うように前記放熱板金の前記第１面に当接し、前記放熱板金を前記電子部品に押圧させる押付けばねと、
   前記電子部品が通電により発する電気的ノイズの周波数と前記放熱板金の固有周波数とが一致しないように前記回路基板と前記押付けばねとの間にスペーサを有する、前記押付けばねを前記回路基板に固定する固定部と、を備えた回路基板構造。
3. 前記固定部は、前記放熱板金から前記押付けばねまでの距離が変更可能である請求項１に記載の回路基板構造。
4. 前記固定部は、前記回路基板に螺合する雄ねじであり、前記スペーサは、中心に前記雄ねじを通す円筒状である請求項２に記載の回路基板構造。
5. 前記回路基板と前記押付けばねとの接続点を始点とし、前記始点から前記押付けばねを通り前記放熱板金の端部を終点とした連続する経路の１/４の長さを波長とする周波数の奇数倍の周波数と、前記電子部品が通電により発生する周波数とを異ならせた請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路基板構造。
6. 前記電子部品は、電子機器の筐体内に収納されるＣＰＵである請求項５に記載の回路基板構造。

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