JP4325687B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、消費電力が大きく動作保証温度が高い高発熱部品と消費電力が小さく動作保証温度が低い低発熱部品とを高速通信可能に接続した基板を筺体に内蔵した電子装置に関する。

プリント配線基板の多層化および部品内蔵技術により、プリント配線基板のサイズ、ひいては電子装置全体のサイズを小型化することが可能であるが、図６に示すようにプリント配線基板１に消費電力が大きくて発熱量の大きな高発熱部品２を有する構成の場合、プリント配線基板１を小型化した結果、高発熱部品２自身の動作保証温度が高くとも、プリント配線基板１の熱伝導の影響によって、消費電力が小さく動作保証温度の低い低発熱部品３，４，５の動作保証スペックを満たせないという問題点がある。
尚、本発明の従来技術は一般的な技術であることから、先行技術文献の表示を省略する。

このような問題を解決しようとする場合、高発熱部品の放熱を促進するための大形の放熱フィンが必要となり、小型化のメリットが生かせない。また、図７に示すように筺体６に冷却ファン７を設置する構成の場合にも、風量の大きな冷却ファン７を設置する必要があり、冷却ファン７の作動音による騒音などの問題が発生する虞がある。さらに、高発熱部品２の風下に位置する低発熱部品３，４にとっては、高発熱部品２からの熱対流、或いは熱放射による影響が大きい。

この場合、高発熱部品２が実装されたプリント配線基板１と動作保証温度の低い部品３が実装されたプリント配線基板とを分離して別基板とすることにより、高発熱部品２からの熱の影響を少なくすることは可能であるが、図６に示すように部品２，３間に高速通信を必要とする構成の場合、コネクタ接続時に発生する接触抵抗の影響によりインピーダンスマッチングの不整合を引き起こす可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型化を図りながら、消費電力が大きく動作保証温度が高い高発熱部品と消費電力が小さく動作保証温度が低い低発熱部品との間を高速通信可能に接続することができる電子装置を提供することにある。

請求項１の発明によれば、高発熱部品が実装された第１リジット基板部と低発熱部品が実装された第２リジット基板部とをフレキ基板部で連結するようにしたので、消費電力が大きく動作保証温度が高い高発熱部品からの熱伝導を薄肉なフレキ基板部により抑制することができる。これにより、低発熱部品が高発熱部品からの熱の影響を大きく受けることはないので、低発熱部品の動作保証温度が低くとも、その動作を保証することができる。

また、高発熱部品と低発熱部品とをフレキ基板部の配線パターンにより電気的に接続したので、第１リジット基板部と第２リジット基板部とをコネクタで接続する構成に比較して、コネクタ接続時に発生する接触抵抗の影響によるインピーダンスマッチングの不整合を引き起こすことなく高速通信することができる。

請求項２の発明によれば、第１リジット基板部と第２リジット基板部とを連結するフレキ基板部は、互いにスリットで分離された格子状に形成されているので、フレキ基板部からの放熱を効果的に促進することができる。

請求項３の発明によれば、消費電力が大きく動作保証温度が高い高発熱部品が実装された第１リジット基板部を、消費電力が小さく動作保証温度が低い低発熱部品の上方に配置するようにしたので、高発熱部品からの熱風の送風、或いは熱放射による影響を低発熱部品が受けてしまうことを防止できる。

請求項４の発明によれば、冷却ファンにより第１リジット基板部を集中的に冷却するので、冷却ファンの能力としては高発熱部品の放熱を考慮すればよく、冷却ファンとして小型のものを用いることができる。

以下、本発明をカーナビゲーション装置に適用した一実施例について図１ないし図５を参照して説明する。
図２は、カーナビゲーション装置の内部構成を模式的に示す側断面図である。この図２に示すように、筺体１１内には制御ユニット１２が内蔵されている。この制御ユニット１２は、リジットフレキ基板１３を主体として構成されている。

図１は、リジットフレキ基板１３を示す平面図である。この図１において、リジットフレキ基板１３は、第１ないし第４リジット基板部１３ａないし１３ｄをフレキ基板部１３ｅで接続して構成されている。第１リジット基板部１３ａには、制御ユニットを制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit、高発熱部品及びマイクロプロセッサに相当）１４に加えて、図示しないクロック回路、リセット回路、Ｉ／Ｏ（Input/Output）回路などの周辺回路が実装されている。ＣＰＵ１４は、高速動作するために消費電力が大きく発熱量も大きいことから、その動作保証温度は高く設計されている。第２リジット基板部１３ｂには、高速メモリ（低発熱部品に相当）１５が実装されている。この高速メモリ１５は、ＤＤＲ（Double Data Rate）メモリであり、通常のメモリの２倍程度の通信速度が可能となっている。この高速メモリ１５は、消費電力が小さく発熱量も小さいことから、その動作保証温度は低く設計されている。

第３リジット基板部１３ｃにはブートストラップメモリ１６が実装されている。このブートストラップメモリ１６は、ＣＰＵ１４の動作開始時に最初にアクセスされるもので、ＣＰＵ１４が図示しないハードディスクからＯＳ（Operating System）を読み込むためのブートストラッププログラムが記憶されている。このブートストラップメモリは、消費電力が小さく発熱量も小さいことから、その動作保証温度は低く設計されている。

第４リジット基板部１３ｄには、電源ＩＣ１７を主体とする電源回路が実装されている。この電源ＩＣは、カーナビゲーション装置が車両に搭載された状態でイグニッションスイッチのオン（アクセサリのオン）によりバッテリから給電された電圧を所定電圧に安定化した状態で、ＣＰＵ１４、高速メモリ１５、ブートストラップメモリ１６などの各電子回路に給電する。この電源ＩＣ１７は、高効率で動作することから、自己の消費電力は微小で発熱量も微小となっており、その動作保証温度は低く設計されている。

尚、第２ないし第４リジット基板部１３ｂないし１３ｄに関しては、図１に示す図示裏側に各電子部品が実装されている。これは、後述するように、リジットフレキ基板１３を筺体１１内に配置する際に、第２ないし第４リジット基板部１３ｂないし１３ｄが裏返し状態で配置されるからである。

第１リジット基板部１３ａと第２ないし第４リジット基板部１３ｂないし１３ｄとは、薄肉なフレキ基板部１３ｅにより連結されていると共に、各電子回路がフレキ基板部１３ｅの配線パターンにより電気的に接続されている。このフレキ基板部１３ｅは、互いにスリット１３ｆで分離した格子状をなしている。

筺体１１内にリジットフレキ基板１３が配置された状態では、第１リジット基板部１３ａと第２ないし第４リジット基板部１３ｂないし１３ｄとが上下に平行に離間した状態で配置されており、第１リジット基板部１３ａが第２ないし第４リジット基板部１３ｂないし１３ｄの上方に位置している。このような配置状態では、第２ないし第４リジット基板部が裏返し状態となって部品面が上側に位置する。また、第１リジット基板部１３ａと第２ないし第４リジット基板部１３ｂないし１３ｄとを連結するフレキ基板部１３ｅは、図４に示すように湾曲した状態で横方向に互いにスリット１３ｆで分離された格子状をなしている。

筺体１１の前面には吸込口１８が形成されていると共に、筺体１１の背面側には冷却ファン１９が取付けられており、冷却ファン１９の動作状態では、吸込口１８から吸込まれた空気が筺体１１内を通過して筺体１１外へ排気される。この冷却ファン１９は、イグニッションスイッチを通じてバッテリと接続されるもので、イグニッションスイッチのオン状態（アクセサリのオン状態）で通電されて動作するようになっている。

上記リジットフレキ基板１３は、出願人が先に出願した特開２００３−２６４３６９号公報に記載された技術を用いて製造されている。
図５は、リジットフレキ基板１３の製造手順を簡単に示している。この図５（ａ）に示すように、図示上面に導体パターン２０が形成されていると共にビアホール２１に導電ペースト２２が充填された片面導体パターンフィルム２３を導体パターン２０が設けられた側を上側として複数枚（本実施例では６枚）積層する。この場合、片面導体パターンフィルム２３の積層体の最下層の下側には導体箔である銅箔２４を積層する。また、片面導体パターンフィルムの積層体の最上層に位置する片面導体パターンフィルム２３に関しては、導体パターン２０に代えて、パターン形成前の導体箔である銅箔２４が貼着されている。このとき、積層される片面導体パターンフィルム２３のうち除去領域（リジットフレキ基板１３のフレキ基板部１３ｅの上下に位置する部位で、図５（ｂ）において破線で示す領域）２５となるフィルム２３において当該除去領域２５の側面となる部位に予めスリット２６を形成すると共に、当該除去領域２５の底面となる部位に離型シート２７を配置しておく。

次に、これらの積層体の上下両面から真空加熱プレス機の加熱プレス板により加熱しながら加圧する。これにより、図５（ｂ）に示すように、片面導体パターンフィルム２３及び銅箔２４が相互に接着され、フィルム２３同士が熱融着して一体化すると共に、ビアホール２１内の導電ペースト２２により隣接する導体パターン２０及び銅箔２４の層間接続が行なわれ、両面を銅箔２４が覆う多層基板２８を製造することができる。
次に、以上のように形成された多層基板２８の表面に位置する銅箔２４をエッチングによりパターン形成すると、図５（ｃ）に示すように、多層基板２８の最外層に導体パターンを形成することができる。

最後に、除去領域２５を除去する。この場合、除去領域２５の側面はスリット２６で囲まれていると共に底面は離型シート２７が配置されているので、除去領域２５を容易に取り除くことが可能である。
尚、フレキ基板部１３ｅにおいてスリット１３ｆとなる部位に関しては、２枚の離型シート２７を積層しておくことにより、対面する除去領域２５を両側に容易に分離することができる。

このような製造方法により、第１リジット基板部１３ａと第２ないし第４リジット基板部１３ｂないし１３ｄとをフレキ基板部１３ｅにより連結すると共に、それらをフレキ基板部１３ｅの配線パターンにより電気的に接続したリジットフレキ基板１３を製造することができる。また、第１ないし第４リジット基板部１３ａないし１３ｄの両面に電極を含む導体パターンを形成することができる。従って、このように製造されたリジットフレキ基板１３に各電子部品をはんだ付けすることにより、制御ユニット１２を製造することができる。

そして、筺体１１に配置された制御ユニット１２と図示しないハードディスク及び表示装置などとを接続することによりカーナビゲーション装置を組立てることができる。
上記構成のカーナビゲーション装置が車両に搭載された状態でイグニッションスイッチがオンされたときは、第４リジット基板部１３ｄに実装された電源ＩＣ１７に給電されるので、この電源ＩＣ１７により安定化された電圧が給電されてＣＰＵ１４が動作するようになる。同時に、バッテリから冷却ファン１９にも給電されるので、冷却ファン１９が駆動されて筺体１１内の空気を排気するようになる。

ＣＰＵ１４は、動作開始すると、ブートストラップメモリ１６から読み出したブートストラッププログラムを実行することによりハードディスクに記憶されたＯＳを読出して起動し、ＯＳの動作によりカーナビゲーション用プログラムを実行するようになる。カーナビゲーション用プログラムの実行に応じてハードディスクから読み出したデータは、必要に応じて高速メモリ１５にワークデータとして記憶されると共に、例えば表示装置へ表示するために高速メモリ１５から適宜読出される。

さて、上述のようにＣＰＵ１４が高速で動作すると、ＣＰＵ１４の消費電力は大きいことから、ＣＰＵ１４が発熱してその温度が上昇するようになる。このようにＣＰＵ１４の温度が上昇すると、ＣＰＵ１４からの熱が第１リジット基板部１３ａに熱伝導するようになるので、第１リジット基板部１３ａの温度が上昇するようになる。この場合、ＣＰＵ１４の動作保証温度は十分に高く設定されていると共に、冷却ファン１９により集中的に冷却されるので、ＣＰＵ１４の温度が上昇するにしても動作保証スペックをオーバーすることはない。

一方、第２，第３リジット基板部１３ｂ，１３ｃに実装されたメモリ１５，１６、並びに第４リジット基板部１３ｄに実装された電源ＩＣ１７は消費電力が小さく、自身の発熱は小さいものの、第１リジット基板部１３ａからの熱伝導の影響により、メモリ１５，１６及び電源ＩＣ１７の動作保証温度を上回ってしまい、動作保証スペックをオーバーしてしまう虞がある。

しかしながら、本実施例の場合、第１リジット基板部１３ａと第２ないし第４リジット基板部１３ｂないし１３ｄとは薄肉なフレキ基板部１３ｅで接続されているので、第１リジット基板部１３ａから他のリジット基板部１３ｂないし１３ｄへの熱伝導は抑制されている。これにより、第１リジット基板部１３ａの温度がＣＰＵ１４の発熱により高くなるにしても、第２ないし第４リジット基板部１３ｂないし１３ｄに実装されたメモリ１５，１６或いは電源ＩＣ１７の温度が過度に高くなってしまうことを防止できる。従って、図６に示したように１枚のプリント配線基板１上に、動作保証温度が異なる複数の部品２，３を実装した構成のものに比較して、動作保証温度の低いメモリ１５，１６或いは電源ＩＣ１７の動作を保証することができるので、全体の小型化を図ることができる。

この場合、第１リジット基板部１３ａに実装されたＣＰＵ１４と第２リジット基板部１３ｂに実装された高速メモリ１５との間をフレキ基板部１３ｅの配線パターンにより接続するようにしたので、第１リジット基板部１３ａと第２リジット基板部１３ｂとをコネクタで接続する構成のものに比較して、コネクタ接続時に発生する接触抵抗の影響によるインピーダンスマッチングの不整合を引き起こすことなく高速通信することができる。
また、第１リジット基板部１３ａと第２リジット基板部１３ｂとを連結するフレキ基板部１３ｅは、互いにスリット１３ｆで分離された格子状をなしているので、冷却ファン１９による強制空冷時にもフレキ基板部１３ｅにより空気の流れが妨げられないと共に、フレキ基板部１３ｅからの放熱を効果的に促進することができる。

また、消費電力が大きく動作保証温度が高いＣＰＵ１４が実装された第１リジット基板部１３ａを、消費電力が小さく動作保証温度が低いメモリ１５，１６或いは電源ＩＣ１７の上方に配置するようにしたので、ＣＰＵ１４からの熱対流、或いは熱放射による影響をメモリ１５，１６及び電源ＩＣ１７が受けてしまうことを防止できる。
さらに、冷却ファン１９により第１リジット基板部１３ａに実装されたＣＰＵ１４を集中的に冷却するようにしたので、冷却ファン１９の能力としてはＣＰＵ１４の冷却のみを考慮すればよく、冷却ファン１９として小型のものを用いることができる。

本発明は、上記実施例に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
図３に示す第２ないし第４リジット基板部１３ｂないし１３ｄの表面に電子部品を実装するようにしてもよい。
第１リジット基板部１３ａと第２ないし第４リジット基板部１３ｂないし１３ｄとを連結するフレキ基板部１３ｅの面方向が、冷却ファン１９による送風方向となるように筺体１１内にリジットフレキ基板を配置するようにしてもよい。
冷却ファン１９は必要に応じて設ければよい。
リジットフレキ基板１３の製造方法は、上述した方法に限定されることはない。
本発明は、カーナビゲーション装置に限定されるものではないと共に、第１リジット基板部１３ａ及び第２リジット基板部１３ｂに実装される電子部品としてはＣＰＵ１４及び高速メモリ１５に限定されるものではない。

本発明の一実施例におけるリジットフレキ基板を模式的に示す平面図 筺体に収納されたリジットフレキ基板を示す模式的に示す側断面図 筺体内への配置状態で示すリジットフレキ基板の側面図 筺体内への配置状態で示すリジットフレキ基板の正面図 リジットフレキ基板の製造方法を示す縦断面図 従来例を示す図１相当図 図２相当図

符号の説明

図面中、１１は筺体、１３はリジットフレキ基板、１３ａ〜１３ｄはリジット基板部、１３ｅはフレキ基板部、１４はＣＰＵ（高発熱部品、マイクロプロセッサ）、１５は高速メモリ（低発熱部品）である。

Claims (5)

1. 筐体内を冷却するための冷却ファンと、前記筐体に形成され前記冷却ファンの駆動状態で外部からの空気を前記筐体内に吸い込むための吸込口とを備え、消費電力が大きく動作保証温度が高い高発熱部品と消費電力が小さく動作保証温度が低い低発熱部品とを通信可能に接続した基板を筺体に内蔵した電子装置であって、
   前記基板はリジットフレキ基板からなり、
   前記リジットフレキ基板は、前記高発熱部品が実装された第１リジット基板部と、前記低発熱部品が前記高発熱部品と反対側の部品面に実装された第２リジット基板部とをフレキ基板部で連結すると共に、前記高発熱部品と前記低発熱部品とを前記フレキ基板部の配線パターンにより電気的に接続して構成され、
   前記高発熱部品は、前記低発熱部品よりも上方に位置するように前記フレキ基板部を湾曲状に折り返して配置され、
   前記吸込口は、前記冷却ファンにより吸込まれた空気が前記高発熱部品を通過するように前記高発熱部品に対向した位置に形成されていることを特徴とする電子装置。
2. 前記第１リジット基板部と前記第２リジット基板部とを連結するフレキ基板部は、スリットで分離された格子状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
3. 前記第１リジット基板部は、前記第２リジット基板部の上方に平行に離間した状態で配置され、
   前記フレキ基板部は、湾曲した状態で前記第１リジット基板部と前記第２リジット基板部とを接続していることを特徴とする請求項１または２記載の電子装置。
4. 前記筺体には冷却ファンが設けられ、
   前記冷却ファンにより前記第１リジット基板部に集中的に送風することを特徴とする請求項３記載の電子装置。
5. 前記高発熱部品はマイクロプロセッサであり、
   前記低発熱部品は高速メモリであることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の電子装置。

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