(57)【要約】【課題】基板ユニットにおいて、部品点数を少なくしつつ、電子部品からの電磁波ノイズを低減させるとともに基板内のＧＮＤプレーンと金属板との間での共振を抑制する。【解決手段】基板ユニットは、電子部品１３が実装された実装面を有する基板１２と、実装面に対向するように配置された金属板１７とを有する。基板は、実装面上に設けられたグランドパターン１４ａ〜１４ｄと、該基板の内部に設けられてグランドパターンに電気的に接続されたグランドプレーン１１とを有する。金属板は、該金属板の加工により基板に向けて突出するとともに電子部品を囲むように形成されてグランドパターンに接する電磁シールド部１８ａ〜１８ｄを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品が実装された実装面を有する基板と、前記実装面に対向するように配置された金属板とを有する基板ユニットであって、
前記基板は、前記実装面上に設けられたグランドパターンと、該基板の内部に設けられて前記グランドパターンに電気的に接続されたグランドプレーンとを有し、
前記金属板は、該金属板の加工により前記基板に向けて突出するとともに前記電子部品を囲むように形成されて前記グランドパターンに接する電磁シールド部を有することを特徴とする基板ユニット。
【請求項２】
前記電磁シールド部は、前記グランドプレーンと前記金属板との間における電磁界の共振現象の共振点の位置を含む特定領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板ユニット。
【請求項３】
前記金属板における前記電磁シールド部よりも内側の部分と前記電子部品とが接触していることを特徴とする請求項１または２に記載の基板ユニット。
【請求項４】
前記金属板における前記電磁シールド部よりも内側の部分と前記電子部品との間に空気よりも熱伝導性が高い伝熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板ユニット。
【請求項５】
前記金属板における前記電磁シールド部よりも内側の部分に、前記電子部品を冷却する空気を通すための開口部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の基板ユニット。
【請求項６】
前記電磁シールド部の間に、前記電子部品を冷却する空気を通すための開口部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の基板ユニット。
【請求項７】
前記電磁シールド部は、前記金属板を前記基板の方向に押し出して変形させることにより形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずか一項に記載の基板ユニット。
【請求項８】
前記電磁シールド部は、前記金属板における該電磁シールド部よりも内側の部分の一部を切り曲げることにより形成されていることを特徴とする請求項５に記載の基板ユニット。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の基板ユニットと、
前記基板ユニットを収容する筐体とを有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品が実装された基板と該電子部品に対する電磁シールド構造とを有する基板ユニットおよびこれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板ユニットとして、電子部品が実装面上に実装された基板と、電子部品および実装面上に形成された導通パターンから放射される電磁波ノイズを減衰させるためのグランド（ＧＮＤ）面として実装面に対向する金属板とが互いに平行に配置されたものがある。基板の内層にはＧＮＤプレーンが設けられ、このＧＮＤプレーンと金属板とは電気的に接続される。ただし、このように２枚の平板であるＧＮＤプレーンと金属板が互いに平行に配置された構成では、電磁界の共振現象（以下、単に共振という）が発生し易い。共振が発生すると、電磁波が空間に放射し易くなる。
【０００３】
特許文献１には、ＧＮＤプレーンを含む基板と金属板（電子機器の筐体）との間に誘電体部品を設けて基板と金属板間の電気的接続箇所を増やし、共振周波数を高周波側にシフトさせることで、共振による電磁波ノイズの放射強度を低減させる構造が開示されている。柱状の誘電体部品は、複数の共振点のそれぞれに設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７３９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板内のＧＮＤプレーンと金属板と間の電気的接続箇所はインピーダンスを低くする必要がある。しかしながら、特許文献１にて開示されている柱状の誘電体部品では十分な低インピーダンス化が望めず、電磁波ノイズを効果的に抑制することは難しい。
【０００６】
このため、特許文献１にて開示された構造において、さらに基板に実装された電子部品を電磁シールド性を有するシールド部材で囲むことも考えられる。しかし、複数の共振点に誘電体部品が設けられると、スペース的にシールド部材を設けることができない場合も生じ得る。一方、シールド部材を設けるために誘電体部品の配置位置を共振点からずらすと、所望の共振抑制効果が得られないおそれがある。また、複数の誘電体部材にシールド部材が加わることで部品点数が多くなり、組み立て工数も増加する。
【０００７】
さらに、電子部品には発熱量が多く、冷却を必要とするものが多い。このような電子部品を基板に実装する場合には、その放熱も考慮する必要がある。
【０００８】
本発明は、部品点数を少なくしつつ、電子部品からの電磁波ノイズを低減させるとともに基板内のＧＮＤプレーンと金属板との間での共振を抑制することができ、さらには電子部品の放熱性も高めることが可能な基板ユニットおよびこれを備えた電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての基板ユニットは、電子部品が実装された実装面を有する基板と、実装面に対向するように配置された金属板とを有する。基板は、実装面上に設けられたグランドパターンと、該基板の内部に設けられてグランドパターンに電気的に接続されたグランドプレーンとを有する。そして、金属板は、該金属板の加工によって基板に向けて突出するとともに電子部品を囲むように形成され、グランドパターンに接する電磁シールド部を有することを特徴とする。
【００１０】
なお、上記基板ユニットを筐体内に収容した電子機器は、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、金属板を加工して電磁シールド部を設け、該電磁シールド部を基板内のグランドプレーンに電気的に接続した。このため、部品点数を少なくしつつ、電子部品からの電磁波ノイズを低減させ、かつ基板内のＧＮＤプレーンと金属板との間での共振を抑制することができる。しかも、電子部品の放熱性を高める構成を採り易くすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１である基板ユニットの断面図。
【図２】実施例１の基板ユニットにおける基板の斜視図。
【図３】実施例１の基板ユニットにおける下板金の斜視図。
【図４】実施例１の基板ユニットの分解斜視図。
【図５】比較例の基板ユニットに用いられる下板金の斜視図。
【図６】実施例１と比較例の電磁波ノイズ強度のシミュレーション結果を示す図。
【図７】２枚の平板における共振現象を示す図。
【図８】図７の平板における５００ＭＨｚ共振、７５０ＭＨｚ共振、９０１ＭＨｚ共振および１ＧＨｚ共振での電界強度分布を示す図。
【図９】実施例１の基板ユニットに用いられる別の基板の斜視図。
【図１０】本発明の実施例２である基板ユニットの断面図。
【図１１】本発明の実施例３である基板ユニットの断面図。
【図１２】本発明の実施例４である基板ユニットの下板金の斜視図。
【図１３】実施例４の変形例１の下板金の斜視図。
【図１４】実施例４の変形例２の下板金の斜視図。
【図１５】本発明の実施例５である画像投射装置の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１、図２、図３および図４には、本発明の実施例１である基板ユニットの構成を示している。基板ユニットは、基板１２と、該基板１２の表面（以下、実装面という）に実装された電子部品１３と、実装面に対向するように基板１２と平行に配置された下板金（金属板）１７とを有する。以下の説明において、図１に示す基板１２側を上側とし、下板金１７側を下側とする。
【００１５】
図１に示すように、基板１２は、その内部（内層）にグランドプレーン（以下、板金ＧＮＤプレーンという）１１を有する。基板１２は、１辺が２００ｍｍの正方形形状を有し、３ｍｍの厚さを有する。電子部品１３は、図２に示すように、１辺が１０ｍｍの正方形形状の上下面を有するとともに５ｍｍの厚さを有し、その上面が基板１２の下面である実装面上の中央部に実装されている。また、図２に示すように、基板１２の実装面には、電子部品１３の４辺のそれぞれから２０ｍｍ離れた４箇所に、１辺が３ｍｍの正方形形状を有するシールド用グランドパターン（以下、シールド用ＧＮＤパターンという）１４ａ〜１４ｄが設けられている。さらに、実装面の四隅には、１辺が５ｍｍの正方形形状を有する接続用グランドパターン（以下、接続用ＧＮＤパターンという）１５ａ〜１５ｄが設けられている。シールド用ＧＮＤパターン１４ａ〜１４ｄと接続用ＧＮＤパターン１５ａ〜１５ｄは、図１に示すように、ビア１６ａ〜１６ｄを介して基板ＧＮＤプレーン１１と電気的に接続されている。
【００１６】
下板金１７は、図３に示すように、基板１２と同じく１辺が２００ｍｍの正方形形状を有し、アルミニウム素材により形成されている。下板金１７には、その中心（重心）から２０ｍｍ離れた４箇所に、それぞれ長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍ、高さ１０ｍｍの突条形状を有する４つの電磁シールド部（以下、シールド突起部という）１８ａ〜１８ｄが形成されている。シールド突起部１８ａ〜１８ｄはそれぞれ、図１に示すように、その長さ方向に直交する断面が台形形状を有する（ただし矩形形状でもよい）。シールド突起部１８ａ〜１８ｄは、下板金１７の上記４箇所の部分を基板１２の方向に押し出して突出するように変形させる加工を行うことによって形成されたものである。これらシールド突起部１８ａ〜１８ｄは、下板金１７の中央部を正方形状に囲むように、かつ互いに隣り合うシールド突起部同士が接するように形成されている。また、下板金１７の四隅には、１辺が５ｍｍの正方形形状の上下面を有し、高さが１０ｍｍである導電性を有する柱状の接続部材１９ａ〜１９ｄの下面が固定されている。
【００１７】
なお、上述した基板１２、電子部品１３、下板金１７、シールド突起部１８ａ〜１８ｄ、ＧＮＤパターン１４ａ〜１４ｄ，１５ａ〜１５ｄおよび接続部材１９ａ〜１９ｄのサイズは例にすぎず、他のサイズでもよい。
【００１８】
シールド突起部１８の上面は、図１に示すように、基板１２のシールド用ＧＮＤパターン１４ａ〜１４ｄに半田付けにより接続される。また、接続部材１９ａ〜１９ｄの上面は、基板１２の接続用ＧＮＤパターン１５に半田付けにより接続される。このようにして下板金１７は基板ＧＮＤプレーン１１と電気的に接続され、基板ＧＮＤプレーン１１と同電位となる。そして、この下板金１７の一部であるシールド突起部１８ａ〜１８ｄが基板１２に実装された電子部品１３を囲み、かつ下板金１７におけるシールド突起部１８ａ〜１８ｄよりも内側の平板部分（以下、シールド板部という）１８ｅが電子部品１３の下面に対向する。これにより、電子部品１３が基板ＧＮＤプレーン１１と同電位のシールド突起部１８ａ〜１８ｄおよびシールド板部１８ｅによって覆われることになり、電子部品１３から放射された電磁波が基板ユニットの外部に漏れ出るのを抑制することができる。さらに、接続部材１９ａ〜１９ｄに加えてシールド突起部１８ａ〜１８ｄが基板ＧＮＤプレーン１１に電気的に接続されることで、下板金１７と基板ＧＮＤプレーン１１との間の電気的接続箇所が増える。これにより、下板金１７と基板ＧＮＤプレーン１１とが平行に配置されることによる電磁界の共振現象（以下、単に共振という）の発生も抑制することができる。
【００１９】
本実施例の基板ユニットの効果を確認するために、電磁波の漏出量、すなわち電磁波ノイズの強度をシミュレーションした結果を図６に示す。図６には、本実施例のようにシールド突起部１８ａ〜１８ｄを有する下板金（シールドあり下板金）１７を用いた基板ユニットから放出される電磁波ノイズの強度を示している。また、比較のため、図５に示すようなシールド突起部が設けられていない下板金（シールドなし下板金）５１を用いた基板ユニットから放出される電磁波ノイズ強度を示している。いずれの基板ユニットでも、図２に示した基板１２および電子部品１３を用いている。
【００２０】
シールドなし下板金５１を用いた場合は、４５０ＭＨｚで共振による大きな強度ピークができ、しかも電磁波ノイズの強度が全周波数域（０〜１０００ＭＨｚ）で高い。これに対し、シールドあり下板金１７を用いた本実施例の場合は、共振による大きな強度ピークが発生せず、しかも、電磁波ノイズの強度がシールドなし下板金５１を用いた場合に比べて全周波数域で低く抑えられている。このことから、本実施例の基板ユニットは、共振と電磁波ノイズの抑制に大きな効果を有することが分かる。
【００２１】
これまでは、基板ＧＮＤプレーン１１と下板金１７とを電気的に接続するシールド突起部１８ａ〜１８ｄを下板金１７の中央部を囲む任意の位置に設けても共振と電磁波ノイズの抑制効果を得られることについて説明した。しかし、シールド突起部１８ａ〜１８ｄの位置、すなわち基板ＧＮＤプレーン１１と下板金１７との電気的接続箇所を、共振点の位置およびその近傍の位置を含む領域（特定領域）とすることで、共振抑制効果を高めることができる。
【００２２】
２枚の平板が平行に配置されることによって共振が起きると、これらの平板にはそれぞれ共振点が現れる。共振点の位置で２枚の平板を電気的に接続することで、共振抑制効果が高まる。このことを利用して、シールド突起部１８ａ〜１８ｄを共振点の位置を含む特定領域に設けることで、基板ＧＮＤプレーン１１と下板金１７との電気的接続箇所の数を少なくしつつ、共振をより効果的に抑制し、電磁波ノイズの強度もより低減させることできる。
【００２３】
図１〜図４に示した基板ＧＮＤプレーン１１および下板金１７のように正方形形状を有する平板や、その他、長方形等の単純な形状を有する平板については、その共振点の位置を計算によって求めることができる。図７には、縦３００ｍｍ、横２００ｍｍの長方形形状を有するアルミニウム素材の平板７１，７２をしめしている。これら平板７１，７２は互いに近接した位置で互いに平行に配置されている。平板７１，７２同士を電気的に接続する部材は設けられていない。
【００２４】
これらの平板７１，７２には、１ＧＨｚまでの周波数帯域では、５００ＭＨｚ、７５０ＭＨｚ、９０１ＭＨｚおよび１ＧＨｚの４モードでの共振が発生する。図８（Ａ）〜（Ｄ）には、これら４モードの共振における平板７１（７２）上での電界強度分布を示している。図中の線の間隔が狭いほど、その位置の電界強度が強いことを示す。それぞれのモードにおいて電界強度が強い位置が共振点として扱われる。このため、５００ＭＨｚ、７５０ＭＨｚおよび９０１ＭＨｚの電磁波ノイズを低減させる必要がある場合は、平板７１，７２の中心の位置で電気的に接続することが共振抑制に効果的である。また、１ＧＨｚの電磁波ノイズを低減させる必要がある場合は、平板７１，７２の中心から外れた共振点の位置で電気的に接続することが共振抑制に効果的である。そして、下板金１７においては、シールド突起部１８ａ〜１８ｄのうち少なくとも１つを共振点を含む特定領域に設けることが望ましい。
【００２５】
２枚の平板の形状が複雑である場合や２枚の平板間を電気的に接続する部材が存在する場合は、共振点の位置を計算で求めることは困難である。このような場合は、電磁波解析を行うことによって共振点の位置を求めることができる。そして、下板金１７においても、このようにして求めた共振点の位置を含む特定領域にシールド突起部１８ａ〜１８ｄのうち少なくとも１つを設けることが望ましい。
【００２６】
なお、本実施例では、下板金１７（および平板７１，７２）をアルミニウム素材により形成する場合について説明したが、電気伝導性が良い金属であれば他の素材を用いてもよい。
【００２７】
以上説明したように、本実施例では、金属板である下板金１７を加工してシールド突起部１８ａ〜１８ｄを設け、該シールド突起部１８ａ〜１８ｄを基板ＧＮＤプレーン１１に電気的に接続した。このため、部品点数を少なくしつつ、電子部品１３からの電磁波ノイズを低減させ、かつ基板ＧＮＤプレーン１１と下板金１７との間での共振を抑制することができる。さらに、例えば、後述する実施例２〜４のように電子部品１３の放熱性を高める構成を採用し易くすることもできる。
【００２８】
なお、上述したように共振点の位置を求めてシールド突起部１８ａ〜１８ｄの位置を決めることが望ましいが、共振点の位置を求めずに基板１２の中央部に電子部品１３を実装し、これを基準としてシールド突起部１８ａ〜１８ｄの位置を決めてもよい。これにより、図９に示すように、電子部品１３に繋がる導電パターン２０ａ，２０ｂを電子部品１３から全方向に引き回せるため、基板設計の自由度を増すことができるという効果が得られる。この場合、共振点の位置を含む特領域にシールド突起部１８ａ〜１８ｄを設けることができない可能性もあるが、ある程度の共振抑制効果は得られるとともに、電磁波ノイズの抑制効果は得られる。
【実施例２】
【００２９】
次に、本発明の実施例２について、図１０を用いて説明する。本実施例の基板ユニットの基本的な構成は実施例１と同じであり、実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。
【００３０】
実施例１では電子部品１３と下板金１７のシールド板部１８ｅとが離間する場合について説明したが、本実施例では、電子部品１３１がシールド板部１８ｅに接触している。
【００３１】
電子部品によってはその動作中に高温になるものがあるが、それらは適正温度に冷却する必要がある。そこで、本実施例では、電子部品１３１とシールド板部１８ｅとを接触させることで、下板金１７の全体を電子部品１３１の放熱板として機能させることができる。
【００３２】
本実施例によれば、実施例１と同様に共振と電磁波ノイズの抑制効果が得られるだけでなく、電子部品１３１に対する放熱効果を高めることもできる。
【実施例３】
【００３３】
次に、本発明の実施例３について、図１１を用いて説明する。本実施例の基板ユニットの基本的な構成は実施例１と同じであり、実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。
【００３４】
本実施例では、電子部品１４１と下板金１７のシールド板部１８ｅとの間に、空気よりも熱伝導性が高く、かつ変形し易い伝熱部材１４３を配置した構成を示している。伝熱部材１４３は、電子部品１４１の形状に沿って変形してこれに密着するとともに、シールド板部１８にも密着している。伝熱部材１４３としては、例えば、住友スリーエム社製のハイパーソフト放熱材を用いることができる。
【００３５】
本実施例によれば、電子部品１４１から発した熱が伝熱部材１４３を介して下板金１７に効率良く伝わるため、電子部品１４１や下板金１７の形状に大きく影響されずに電子部品１４１に対する放熱効果を高めることができる。
【実施例４】
【００３６】
次に、本発明の実施例４について、図１２を用いて説明する。本実施例の基板ユニットの基本的な構成は実施例１と同じであり、実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。
【００３７】
本実施例では、下板金１１７においてシールド突起部１８ａ〜１８ｄよりも内側にあるシールド板部１１８ｅに、図２に示した電子部品１３を冷却する空気を通すための複数の開口部（円形穴等）１１７ａが形成されている。この開口部１１７ａを通してファン等の送風機からの冷却用空気をシールド突起部１８ａ〜１８ｄの内側に流入出させることで、電子部品１３の空冷が可能になる。これにより、電子部品１３に対する放熱効果を高めることができる。
（変形例１）
次に、実施例４の変形例１について、図１３を用いて説明する。実施例１では４つのシールド突起部１８ａ〜１８ｄを、互いに隣り合うシールド突起部同士が接するように設ける場合について説明した。これに対して、本変形例では、下板金２１７の４つのシールド突起部１１８ａ〜１１８ｄを、互いに隣り合うシールド突起部間に図２に示した電子部品１３を冷却する空気を通すための開口部（隙間）Ｓが形成されるように設けている。
【００３８】
４つのシールド突起部１１８ａ〜１１８ｄ間に形成された４つの開口部Ｓを通してファン等の送風機からの冷却用空気をシールド突起部１１８ａ〜１１８ｄの内側に流入出させることで、電子部品１３の空冷が可能になる。
（変形例２）
次に、実施例４の変形例２について、図１４を用いて説明する。本変形例では、下板金３１７のうち、その加工後に４つのシールド突起部３１８ａ〜３１８ｄよりも内側のシールド板部３１８ｅとなる部分を切り起こす(切り曲げる)。これにより、シールド突起部３１８ａ〜３１８ｄを形成するとともに、切り起こし後にできた開口部３１７ａ〜３１７ｄを図２に示した電子部品１３を冷却する空気を通すための開口部として利用することができる。
【実施例５】
【００３９】
図１５には、本発明の実施例５である電子機器としての画像投射装置（以下、プロジェクタという）を示している。
【００４０】
プロジェクタ４０は、投射レンズ４２、不図示の光学系および液晶パネル等の光変調素子を収容する筐体４１と、該筐体４１内に収納された実施例１の基板ユニット（１２，１７）とを有する。プロジェクタ４０は、基板ユニットに搭載された電子部品（図示せず）により光変調素子の駆動を制御することで不図示のスクリーン等の被投射面に画像を投射することができる。
【００４１】
なお、筐体４１内に実施例２〜４にて説明した基板ユニットを収容してもよい。また、実施例１〜４にて説明した基板ユニットは、プロジェクタに限らず、他の様々な電子機器において用いることができる。
【００４２】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１１  基板グランド（ＧＮＤ）プレーン
１２  基板
１３  電子部品
１４  シールド用グランド（ＧＮＤ）パターン
１７  下板金
１８ａ〜１８ｄ  シールド形状
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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