(57)【要約】【課題】無線通信装置に含まれる熱源からの放熱を効率化する。【解決手段】アンテナと、アンテナを所定の特性において動作させるために用いる、アンテナが成す面の周囲に１方向を除いて隣接したグランドパターンとが形成された回路基板に設けるヒートシンクであって、回路基板上の熱源に熱的に接続し、しかも少なくとも一部でグランドパターンが成す面と対向する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナと、前記アンテナを所定の特性において動作させるために用いる、前記アンテナが成す面の周囲に１方向を除いて隣接したグランドパターンとが形成された回路基板に設けるヒートシンクであって、前記回路基板上の熱源に熱的に接続し、しかも少なくとも一部で前記グランドパターンが成す面と対向することを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記アンテナが成す面と前記ヒートシンクを形成する面とは対向しない請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記グランドパターンは、前記アンテナの両側及び前記基板の内側で隣接する請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記グランドパターンと接触する部材を設けた請求項１から３のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記部材は前記グランドパターンが成す面と対向する箇所に設けたバネ板である請求項４に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記アンテナは、スプリットリング共振器を形成している
請求項１から５のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項７】
アンテナと、
前記アンテナを所定の特性において動作させるために用いる、前記アンテナが成す面の周囲に１方向を除いて隣接したグランドパターンと、
熱源と、
前記熱源に熱的に接続し、しかも少なくとも一部で前記グランドパターンが成す面と対向するヒートシンクと
を備えたことを特徴とする回路基板。
【請求項８】
前記アンテナが成す面と前記ヒートシンクを形成する面とは対向しない
請求項７に記載の回路基板。
【請求項９】
アンテナと、
前記アンテナを所定の特性において動作させるために用いる、前記アンテナが成す面の周囲に１方向を除いて隣接したグランドパターンと、
熱源と、
前記熱源に熱的に接続し、しかも少なくとも一部で前記グランドパターンが成す面と対向するヒートシンクと
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１０】
前記アンテナが成す面と前記ヒートシンクを形成する面とは対向しない
請求項９に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置に含まれる熱源において発生した熱を放熱する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信装置の小型化の進展に伴い、アンテナの小型化が求められている。携帯電話やスマートフォン等の携帯型の無線通信装置では、アンテナは筐体の内部に実装されることが多い。そこで、回路基板上に形成可能なアンテナ（以下、「パターンアンテナ」と称する）が開発されてきた。
【０００３】
パターンアンテナに関する技術の一例が、特許文献１乃至５に開示されている。特許文献１乃至５のアンテナは、回路基板上に形成可能である。しかしながら、特許文献１乃至５のアンテナは、回路基板において無視できない大きさの面積を占める。
【０００４】
パターンアンテナにおけるアンテナ素子を小型化する技術の一例が、特許文献６に開示されている。特許文献６のプリント基板では、プリント基板上の導体パターンがスプリットリング共振器を形成している。特許文献６のプリント基板では、スプリットリング共振器は、プリント基板のある辺の中間部に形成され、当該ある辺が存在しない３つの方向においてグランドパターンにより包囲される。
【０００５】
以下では、回路基板上の導体パターンとして形成されたスプリットリング共振器を含むアンテナを「マイクロスプリットリングアンテナ」と称することとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１２１００４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５１５６０号公報
【特許文献３】特開２００９−１９４７８３号公報
【特許文献４】特開２００８−１２４６１７号公報
【特許文献５】特開２００７−０８２０３７号公報
【特許文献６】ＷＯ２０１４／１３２５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
無線通信装置の小型化や高機能化等の進展に伴い、無線通信装置に含まれるプロセッサや電源ＩＣ（Integrated Circuit）等の熱源における熱の発生が増加してきた。携帯電話やスマートフォン等の携帯型の無線通信装置では、送風ファン等を用いないで、ヒートシンク等を用いた自然冷却により放熱が行われることが多い。そのため、無線通信装置では、放熱の効率化が課題である。
【０００８】
しかしながら、特許文献１乃至６の技術では、無線通信装置に含まれる熱源からの放熱において、回路基板上のアンテナが成す面に対向する、回路基板の表面側及び裏面側には、アンテナの特性に影響を及ぼすので、ヒートシンクを設置できない。又、特許文献１乃至６の技術では、回路基板上のアンテナ部分は、熱の拡散先として有効に利用されていない。従って、特許文献１乃至６の技術には、放熱の効率化が不十分であるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、無線通信装置に含まれる熱源からの放熱を効率化することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様において、ヒートシンクは、アンテナと、アンテナを所定の特性において動作させるために用いる、アンテナが成す面の周囲に１方向を除いて隣接したグランドパターンとが形成された回路基板に設けるヒートシンクであって、回路基板上の熱源に熱的に接続し、しかも少なくとも一部でグランドパターンが成す面と対向する。
【００１１】
本発明の一態様において、回路基盤は、アンテナと、アンテナを所定の特性において動作させるために用いる、アンテナが成す面の周囲に１方向を除いて隣接したグランドパターンと、熱源と、熱源に熱的に接続し、しかも少なくとも一部でグランドパターンが成す面と対向するヒートシンクとを備える。
【００１２】
本発明の一態様において、無線通信装置は、アンテナと、アンテナを所定の特性において動作させるために用いる、アンテナが成す面の周囲に１方向を除いて隣接したグランドパターンと、熱源と、熱源に熱的に接続し、しかも少なくとも一部でグランドパターンが成す面と対向するヒートシンクとを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、無線通信装置に含まれる熱源からの放熱を効率化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態における無線通信装置の構成の一例を示す三面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における無線通信装置に含まれるヒートシンクの構成の一例を示す斜視図である。
【図３】本実施形態と比較するための比較対象である無線通信装置の構成を示す三面図である。
【図４】本実施形態と比較するための比較対象である無線通信装置に含まれるヒートシンクの構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における無線通信装置、及び比較対象の無線通信装置の温度分布をシミュレーションした図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における無線通信装置、及び比較対象の無線通信装置の温度のシミュレーション結果を示す表である。
【図７】本発明の第１の実施形態における無線通信装置の変形例に含まれるヒートシンクの構成の一例を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における無線通信装置の構成の一例を示す二面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における無線通信装置に含まれるヒートシンクの構成の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、すべての図面において、同等の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
（第１の実施形態）
本実施形態における構成について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施形態における無線通信装置の構成の一例を示す三面図である。より具体的には、上段の図は、無線通信装置に含まれる回路基板の上面に存在する部品を上方から透過的に見た上面図である。又、中段の図は、無線通信装置に含まれる回路基板の下面に存在する部品を上方から透過的に見た上面図である。又、下段の図は、無線通信装置に含まれる部品を側方から透過的に見た側面図である。
【００１７】
本実施形態における無線通信装置４００は、例えば、無線通信機能を有する、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ノートＰＣ、テレビ、又はカメラである。無線通信装置４００は、回路基板３００と、ヒートシンク１００とを含む。
【００１８】
回路基板３００は、アンテナ２００と、グランドパターン３３０と、熱源とを含む。
【００１９】
アンテナ２００は、回路基板３００上に導体パターン（パターンアンテナ）として形成される。アンテナ２００は、所定の特性において動作させるために、アンテナ２００が成す面の周囲に、１方向を除いてグランドパターンが形成される必要がある。アンテナ２００は、例えば、マイクロスプリットリングアンテナである。図１において、アンテナ２００は、Ｃ字型の導体パターン（スプリットリング）が形成された部分である。尚、マイクロスプリットリングアンテナにおいて、スプリットリング共振器を形成している導体パターンは、多層化されてもよい。アンテナ２００は、例えば、回路基板３００の辺３６０の中間部に形成される。
【００２０】
グランドパターン３３０は、アンテナ２００の両側及び回路基板３００の内側においてアンテナ２００に隣接する領域の、回路基板３００の上面側に形成される。グランドパターン３３０は、他のグランドパターンや筐体に対して電気的に接続されてもよい。
【００２１】
熱源は、回路基板３００に実装される熱源である。熱源は、例えば、プロセッサ３１０、又は電源ＩＣ３２０である。以下では、ヒートシンク１００により主要な熱源であるプロセッサ３１０の放熱を行う例について説明するが、本実施形態のヒートシンク１００による放熱の対象はプロセッサ３１０に限定されない。
【００２２】
ヒートシンク１００は、熱源から伝導してきた熱を周囲へ放熱する。ヒートシンク１００と、熱源との間には、熱伝導シート１１０が挿入されてもよい。ヒートシンク１００は、グランドパターン３３０、他のグランドパターン、又は筐体に対して熱的に接続されてもよい。
【００２３】
図２は、本発明の第１の実施形態における無線通信装置に含まれるヒートシンクの構成の一例を示す斜視図である。より具体的には、図２は、ヒートシンク１００を斜め上方からみた斜視図である。
【００２４】
ヒートシンク１００は、回路基板３００に設置された際に、アンテナ２００の両側に隣接する、グランドパターン３３０が成す面に対向する、回路基板３００の表面側の位置の一部に、回路基板３００に平行に設置された板部１５０を有する。板部１５０には、回路基板３００に設置された際にアンテナ２００が成す面に対向する、回路基板３００の表面側の位置に、板部が存在しない（切り欠き部１９０が形成される）。
【００２５】
ヒートシンク１００は、板部１４０と、側面部１３０とを更に含む。板部１４０は、熱源に対して熱的に接続される。板部１５０及び板部１４０は、板部１２０を構成する。側面部１３０は、無線通信装置４００の筐体に対して回路基板３００を固定する機能を有してもよい。
【００２６】
上述の説明では、ヒートシンク１００が回路基板３００の表面側に板部を有する構成について説明したが、ヒートシンク１００は、回路基板３００の下面側にも、上面側と同様な板部及び切り欠き部を有してもよい。
【００２７】
本実施形態における動作について説明する。具体的には、無線通信装置４００、及び比較対象である無線通信装置における、温度シミュレーションの結果について説明する。
【００２８】
温度シミュレーションにおいて、無線通信装置４００は、図１及び図２に示した構成を有することとする。
【００２９】
図３は、本実施形態と比較するための比較対象である無線通信装置の構成を示す三面図である。より具体的には、上段の図は、無線通信装置に含まれる回路基板の上面に存在する部品を上方から透過的に見た上面図である。又、中段の図は、無線通信装置に含まれる回路基板の下面に存在する部品を上方から透過的に見た上面図である。又、下段の図は、無線通信装置に含まれる部品を側方から透過的に見た側面図である。
【００３０】
比較対象である無線通信装置４０９は、回路基板３０９と、ヒートシンク１０９とを含む。
【００３１】
回路基板３０９は、アンテナ２０９と、熱源とを含む。
【００３２】
アンテナ２０９は、回路基板３０９上に導体パターン（パターンアンテナ）として形成される。
【００３３】
アンテナ２０９は、回路基板３０９の辺３６０を境界に含み、回路基板３０９の短手方向の全体を占める。
【００３４】
熱源は、回路基板３０９に実装された、プロセッサ３１０、及び電源ＩＣ３２０である。
【００３５】
図４は、本実施形態と比較するための比較対象である無線通信装置４０９に含まれるヒートシンク１０９の構成を示す斜視図である。より具体的には、図４は、ヒートシンク１０９を斜め上方からみた斜視図である。
【００３６】
ヒートシンク１０９は、板部１２９と、側面部１３９とを含む。板部１２９は、回路基板３０９の上面側に存在し、熱源であるプロセッサ３１０に対して熱的に接続される。板部１２９は、無線通信装置４００の板部１４０と同じ形状を成す。側面部１３９は、無線通信装置４００の側面部１３０と同じ形状を成す。但し、ヒートシンク１０９は、回路基板３０９に設置された際にアンテナ２０９が成す面に対向する位置に、板部を有しない。これは、アンテナ２０９が成す面に対向する、回路基板３０９の表面側及び裏面側には、アンテナ２０９の特性に影響を及ぼすので、ヒートシンク１０９の板部を設置できないからである。つまり、ヒートシンク１０９は、ヒートシンク１００に比べて表面積が小さいので、ヒートシンク１００に比べて放熱効率が低い。
【００３７】
無線通信装置４０９のその他の構成は、図１及び図２に示した無線通信装置４００の構成と同じである。
【００３８】
温度シミュレーションにおけるシミュレーション条件は、以下であることとする。
【００３９】
アンテナ２００は、マイクロスプリットリングアンテナであることとする。アンテナ２００の大きさは、縦が１０ｍｍで、横幅が１４ｍｍであることとする。
【００４０】
アンテナ２０９は、逆Ｌアンテナであることとする。アンテナ２０９は、アンテナ２００と、概ね同等の特性及び性能を有する。アンテナ２０９の大きさは、縦が２０ｍｍで、横幅が３０．８ｍｍであることとする。
【００４１】
熱伝導率は、プロセッサ３１０が１０Ｗ／ｍ・Ｋ、回路基板３００、３０９（銅パターン部分）が３９８Ｗ／ｍ・Ｋ、ヒートシンク１００、１０９（アルミ製）が２３６Ｗ／ｍ・Ｋ、熱伝導シート１１０が２Ｗ／ｍ・Ｋであることとする。
【００４２】
プロセッサ３１０の発熱量は１．７８Ｗ、電源ＩＣの発熱量は０．８Ｗであることとする。
【００４３】
無線通信装置４００、４０９の周辺温度は、４０度Ｃであることとする。
【００４４】
図５は、本発明の第１の実施形態の無線通信装置４００、及び比較対象の無線通信装置４０９の温度分布をシミュレーションした図である。左側の図は無線通信装置４００の表面温度分布を示し、右側の図は無線通信装置４０９の表面温度分布を示す。左側、右側の図は順に、無線通信装置４００、４０９の筐体表面における温度の違いを濃淡の違いで表した、筐体を下方（電源ＩＣ３２０のある側）から見た斜視図である。筐体の右手前が、アンテナが設置されている側である。
【００４５】
図５に示されるように、無線通信装置４００におけるアンテナ２００付近の温度は、無線通信装置４０９におけるアンテナ２０９付近の温度に比べて高い。一方、無線通信装置４００におけるアンテナ２００付近を除く筐体の温度は、無線通信装置４０９におけるアンテナ２０９付近を除く筐体の温度に比べて低い。
【００４６】
図６は、本発明の第１の実施形態の無線通信装置４００、及び比較対象の無線通信装置４０９の筐体表面等における温度のシミュレーション結果を示す表である。
【００４７】
図６に示されるように、無線通信装置４００におけるプロセッサ３１０の表面温度は、無線通信装置４０９におけるプロセッサ３１０の表面温度より３．６度Ｃ低い。又、無線通信装置４００における筐体の上底面の温度は、無線通信装置４０９における筐体の上底面の温度より２．７度Ｃ低い。又、無線通信装置４００における筐体の下底面の温度は、無線通信装置４０９における筐体の下底面の温度より０．９度Ｃ低い。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態における無線通信装置４００では、ヒートシンク１００は、回路基板３００の表面側において、アンテナ２００に隣接するグランドパターン３３０が成す面に対向する板部１５０を有する。つまり、本実施形態におけるヒートシンク１００は、板部１５０を有しない場合に比べて、ヒートシンクから放熱される熱量が多い。即ち、無線通信装置４００の高温部における温度がより低下する。従って、本実施形態における無線通信装置４００には、無線通信装置４００に含まれる熱源からの放熱を効率化できるという効果がある。
【００４９】
図７は、本発明の第１の実施形態における無線通信装置の変形例に含まれるヒートシンクの構成の一例を示す斜視図である。
【００５０】
本変形例におけるヒートシンク１０１では、側面部１３１がアンテナ２００の側方まで延伸しており、表面積が拡大している。つまり、ヒートシンク１０１は、ヒートシンク１００に比べて、ヒートシンクから放熱される熱量が多い。即ち、無線通信装置４００の高温部における温度が、ヒートシンク１００を利用した場合よりも低い。従って、本変形例におけるヒートシンク１０１には、無線通信装置に含まれる熱源からの放熱効率が、ヒートシンク１００よりも高いという効果がある。
【００５１】
尚、上述の説明では、アンテナ２００がパターンアンテナである場合について説明した。しかしながら、本実施形態におけるアンテナ２００には、アンテナ２００がチップアンテナであっても、アンテナ２００がパターンアンテナである場合と同様の効果がある。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態を基本とする、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、回路基板の裏面側においてヒートシンクがグランドパターンに放熱する。
【００５２】
本実施形態における構成について説明する。
【００５３】
図８は、本発明の第２の実施形態における無線通信装置の構成の一例を示す二面図である。より具体的には、上段の図は、無線通信装置に含まれる回路基板の下面に存在する部品を上方から透過的に見た上面図である。又、下段の図は、無線通信装置に含まれる部品を側方から透過的に見た側面図である。
【００５４】
本実施形態における無線通信装置４０５は、回路基板３０５と、ヒートシンク１０５とを含む。
【００５５】
回路基板３０５は、アンテナ２００と、グランドパターン３３０と、グランドパターン３３５と、熱源とを含む。
【００５６】
グランドパターン３３５は、アンテナ２００の両側及び前記基板の内側でアンテナ２００に隣接し、電源ＩＣ３２０近傍まで伸びる領域の、回路基板３０５の下面側に形成される。
【００５７】
ヒートシンク１０５は、熱源から伝導してきた熱をグランドパターン３３５へも放熱する。即ち、ヒートシンク１０５は、熱源及びグランドパターン３３５に対して、熱的に接続される。ヒートシンク１０５と、熱源及びグランドパターン３３５との間には、熱伝導シート１１０が挿入されてもよい。ヒートシンク１０５は、他のグランドパターンや筐体に対して熱的に接続されてもよい。
【００５８】
図９は、本発明の第２の実施形態における無線通信装置４０５に含まれるヒートシンク１０５の構成の一例を示す斜視図である。より具体的には、図９は、ヒートシンク１０５を斜め下方からみた斜視図である。
【００５９】
ヒートシンク１０５は、回路基板３０５に設置された際に、アンテナ２００の両側に隣接するグランドパターン３３５が成す面に対向する、回路基板３０５の下面側の位置の一部に、回路基板３０５に平行に設置されたバネ板部１３５を有する。バネ板部１３５は、弾性力によりグランドパターン３３５に接触し、グランドパターン３３５に対して熱的に接続される。ヒートシンク１０５の下面側には、アンテナ２００が成す面に対向する位置に、板部が存在しない。
【００６０】
本実施形態における他の構成は、第１の実施形態における構成と同じである。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態における無線通信装置４０５では、ヒートシンク１０５は、回路基板３０５の表面側に、板部１５０及び切り欠き部１９０を有する。又、ヒートシンク１０５は、回路基板３０５の裏面側において、アンテナ２００に隣接するグランドパターン３３５に放熱する。本実施形態におけるヒートシンク１０５では、バネ板部１３５がグランドパターン３３５と接触するため、第１の実施形態のヒートシンク１００に比べて、ヒートシンクから放熱できる熱量が多い。即ち、無線通信装置４０５の高温部における温度が、無線通信装置４００の高温部における温度よりも低い。従って、本実施形態におけるヒートシンク１０５には、無線通信装置に含まれる熱源からの放熱効率がより高いという効果がある。
【００６２】
以上、本発明を、上述した各実施形態およびその変形例によって例示的に説明した。しかしながら、本発明の技術的範囲は、上述した各実施形態およびその変形例に記載した範囲に限定されない。当業者には、係る実施形態に対して多様な変更又は改良を加えることが可能であることは明らかである。そのような場合、係る変更又は改良を加えた新たな実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれ得る。そしてこのことは、特許請求の範囲に記載した事項から明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、無線通信機能を有する、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ノートＰＣ、テレビ、カメラ等の、無線通信装置における放熱を効率化する用途において利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１００、１０１、１０５、１０９  ヒートシンク
１１０  熱伝導シート
１２０、１２９  板部
１３０、１３１、１３９  側面部
１３５  バネ板部
１４０  板部
１５０  板部
１９０  切り欠き部
２００、２０９  アンテナ
３００、３０５、３０９  回路基板
３１０  プロセッサ
３２０  電源ＩＣ
３３０、３３５  グランドパターン
３６０  辺
４００、４０５、４０９  無線通信装置
【図１】
2018142055.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018142055.tif 000008
【図７】
2018142055.tif 000009
【図８】
2018142055.tif 000010
【図９】
2018142055.tif 000011