JP2004165664A - ヒートシンクを有する電気回路用遮蔽ケーシング - Google Patents

Abstract

【課題】実質的に閉鎖されたケーシング、殊に遮蔽ケーシング内のコンポーネントの過剰熱の問題を解決すること。
【解決手段】フレーム１と当該フレーム上に固定されているカバー部２を有している、電磁放射から電気回路を遮蔽するケーシングにおいて、前記ケーシングは、当該ケーシングによって密閉されている空間内部へ向かって突出して前記ケーシング内の熱源７と熱的に接触するエレメント４を有しており、前記ケーシングは実質的に開口部を有していない、ことを特徴とするケーシング。
【選択図】図３

Description

本発明は電気回路または電子回路用のケーシングに関する。ここでこのケーシングは電磁障害から回路を遮蔽するために用いられる。この種のケーシングはしばしば遮蔽ケーシングとも称される。

電気回路または電子回路はしばしば、付近にある他の回路または高周波信号や大電流を供給する導体または他のソースによって引き起こされる電磁障害を受けることがある。電磁障害は通常はそのかしら文字であるＥＭＩ（電磁障害）として知られ、電磁放射も静電放電も電気回路および電子回路に影響を与える他の現象も含まれる。あらゆる種類の電磁障害を以下で概してＥＭＩと称す。ＥＭＩは異なって作用し、種々異なるタイプの回路またはコンポーネントに影響を与える。特に、低い信号レベルを有する高周波信号を受信する回路は、ＥＭＩの影響を受けやすい。このような障害による問題を回避するために、ＥＭＩの影響を非常に受けやすい回路はしばしば、電磁的遮蔽材料から成るケーシングの内側に取り付けられる。適切な作動のためにこのケーシングは例えば障害電磁波の予測される最小波長よりも大きな開口部を有してはならない。この種の遮蔽ケーシングの作動原理は、電磁波のエネルギーをケーシング内を流れる渦電流に変換し、最終的にこの渦電流を熱に変換することである。遮蔽ケーシングの材料は有利には高い電気伝導率を有し、低い透磁率を有している。ケーシングの遮蔽効果を改善し、容量結合による有害な影響を低減するために、遮蔽ケーシングは通常、低インピーダンス回路アースと接続されている。この目的のために、遮蔽ケーシングは突出しているエレメントを有している。この突出しているエレメントは回路担体（例えばプリント回路基板）の該当する開口部内に適合する。その後このケーシングは回路担体にはんだ付けされ、ケーシングは電導的に回路アースと接続される。

遮蔽ケーシングは一般的に、遮蔽される空間を定めるフレームと、フレームと導電的に固定されている蓋またはカバー部から成る。上述したケーシングが例として、図１に示されている。

図１ａ）の左側には従来技術に相応するフレーム１の平面図が示されており、右側には一般的な遮蔽ケーシングの蓋２が示されている。フレーム１は、自身の周縁に沿ってくぼみ部分３を有している。分かりやすくするために、そのうちの一部だけが参照記号で示されている。図１ｂ）には従来技術に相応する遮蔽ケーシングのコンポーネントの側面図が示されている。ここでも、フレーム１が図面の左側において示されている。フレーム１のくぼみ部分３は、蓋２の相応する係合エレメントに対する係合エレメントとして用いられる。さらにフレーム１は突出エレメント４を有している。この突出エレメントは、フレームを回路担体（図示されていない）に導電的に取り付けるために用いられる。図１ｂ）の右側に示された蓋２は、自身の外側の境界に沿って弾性クランプ６を有している。ここでこの弾性クランプは、フレーム１の相応するくぼみ部分３と係合するように形成されている。蓋２がフレーム１に正しく取り付けられている場合、フレーム１のくぼみ部分３と蓋２の弾性クランプ６によって、適切な電気的接触および機械的接触が保証される。図１に示されていない他の実施形態では、フレーム１のくぼみ部分３はフレーム１の外へ突出し、同じように蓋２の相応する弾性クランプ６と係合する。これらの２つの方法は、蓋２を遮蔽ケーシングのフレーム１に固定する他の方法とともに以下で同等のものと考えられ、それらの間に区別はない。

図１に示されたように正しく組み合わされた遮蔽ケーシングは、大きな開口部を有していない。従って電磁波または他のＥＭＩ現象がケーシング内の遮蔽された空間内に含まれる回路に影響を与えることが阻止される。しかし遮蔽ケーシング内の回路、特に能動的な半導体コンポーネントは相当の熱を生成する。各コンポーネントの許容される最高許容動作温度を越えないようにするために、この熱は散逸されなければならない。主なシールドケーシングは相当に小さく、複合システムのわずかなコンポーネントのみを包囲しているので、熱伝達またはおよび散逸に対流はあまり寄与しない。一般的に遮蔽ケーシング内のコンポーネントは、ケーシングのどの部分とも確実で信頼性のある熱的接触を有していない。このことによって、ヒートシンクを介して熱源から熱を除去する最も効果的な方法のうちの１つである、固形物における直接的な熱運搬効果は大幅に低減される。放射を介した熱の散逸は一般的に、上述した他の熱運搬方法よりも遙かに低い効果を有する。結果として、適切に閉鎖された遮蔽ケーシング内のコンポーネントの温度は、不所望のレベルまたは有害なレベルにまで達し得る。

遮蔽ケーシング内の過剰熱の問題を解決するために、ケーシング内の熱源とケーシング自体とのあいだにソリッドコンタクトを設ける試みが行われた。従ってケーシングがヒートシンクとして使用される。図２には、熱伝導体を介して、改善された熱除去が行われる遮蔽ケーシングの例が示されている。ここでこの熱伝導体はケーシング内の熱生成コンポーネントと接触している。図２ａ）の左側にはフレーム１が示されており、右側には蓋２が示されている。フレーム１内には、集積回路の概略図によって示されている熱源７が配置されている。図２ａ）の右側に示されている蓋２の一部は熱伝導体１１として使用されている。この熱伝導体は、ケーシングが適切に組み合わされると遮蔽ケーシング内の熱源７に接触する。このために熱伝導体１１は部分的に蓋２から切り離されて内側に屈曲される。図２ｂ）の左側には、断面線Ａ−Ａ’に沿って切断されたフレーム１の側面図が示されており、右側には蓋２が示されている。フレーム１は実質的に図１に示されたフレームと同じである。フレーム１は突出エレメント４によって回路担体８に取り付けられており、回路担体８は熱源７を有している。蓋２は図１ｂ）に示された蓋２と類似しているが、付加的に裁断屈曲された（cut-and-bent）熱伝導体１１を有している。組み合わされると、熱伝導体１１の接触領域１２は、遮蔽ケーシング内の熱源７の相応する領域と接触する。接触領域１２と熱生成コンポーネントとの間の熱伝導接触を改善するために、熱伝導物（heat-conducting agents）を用いてもよい。熱伝導エレメント１１を裁断し、曲げることによって、遮蔽ケーシング内に開口部１３が生じる。これによって電磁波または他のＥＭＩ現象は、遮蔽された空間内に含まれるコンポーネントに影響を与え、遮蔽効果が低減されてしまう。

本発明の課題は、実質的に閉鎖されたケーシング、殊に遮蔽ケーシング内のコンポーネントの過剰熱の問題を解決することである。

上記の課題は、ケーシングによって密閉されている空間の中へ内側に突出してケーシング内の熱源と熱的に接触するエレメントを有しており、実質的に開口部を有していないことを特徴とするケーシングによって解決される。

上述の課題を解決するために、不所望な開口部を有しておらず、従ってＥＭＩ現象に対する良好な遮蔽を提供し、ケーシング内の熱生成コンポーネントと熱的に接触する手段を有しており、熱を散逸させるためにケーシングをヒートシンクとして用いる遮蔽ケーシングを提案する。提案された遮蔽ケーシングは請求項１と相応して、少なくとも１つのフレームと、カバー部と、ケーシング内の熱源と熱的に接触する内側に突出したエレメントを有する。内側に突出したエレメントは、ケーシング内にいかなる不所望な開口部も生じないように設計される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明と相応にこの遮蔽ケーシングは、フレームおよび蓋によって密閉された空間の内部に突出しているエレメントを有しており、このエレメントはケーシング内の熱源と接触しており、熱伝導体として用いられる。有利な実施形態では、内側に突出しているこのエレメントは、フレームの上縁付近でフレームに取り付けられている。しかし内側に突出したエレメントをフレームの下縁に取り付けることも可能である。遮蔽ケーシング内の熱生成コンポーネントの数に応じて、１つまたは複数の内側に突出しているエレメントが使用される。有利な実施形態では、フレームは裁断屈曲部分である。この部分は平坦な材料（例えば金属シート）を裁断し、この裁断部分を所望の３次元形状に曲げることによって製造される。このようにしてフレームは１つの単一部品から製造される。しかしフレームを鋳込みのような他の技術を用いて製造すること、またははんだ付け技術や溶接技術、リベット締め部品や連結部品を用いることによって複数の部分からフレームを組み合わせることが可能である。スナップ留めする方法も公知である。内側に突出しているエレメントは次のように屈曲される。すなわちエレメントの平面が、ケーシング内の熱源の相応する表面と弾性的に接触するように屈曲される。熱伝達を、熱伝導物を用いることによって改善してもよい。完全に閉鎖されている蓋は、取り外し可能なようにフレームに固定され、遮蔽ケーシングを閉鎖する。蓋およびフレームは、フレームと蓋との間の電気的接触および機械的接触を改善する連結（interlocking）構造体を有していてもよい。フレームおよび蓋の連結エレメントは従来技術から公知であるので詳細に記載しない。しかし蓋をフレームに、ねじ、ボルトまたは類似の手段を用いて固定することも可能である。また部品をはんだ付けまたは溶接することが可能である。１つの実施形態では、内側に突出しているエレメントと熱源とのあいだの接触を改善するために、エレメントの自由端部が蓋に向かって弾性的に屈曲される。これによって、正しく配置された蓋は付加的な力をエレメントに加え、有利にはエレメントの接触領域をヒートシンクの相応する接触領域に対してプレスすることによって、熱伝達を改善することができる。他の実施例では内側に突出しているエレメントは、ケーシング内の２つまたはそれ以上の熱源と接触するために、２つまたはそれ以上の接触領域を有している。この場合、内側に突出しているエレメントは個々の接触領域間で蓋に向かって屈曲される。これによって各接触領域の熱接触が改善される。この改善は接触領域を熱源の相応する表面上にプレスする力を加えることによって行われる。本発明は、フレームに取り付けられている、内側に突出するエレメントに制限されるものではない。他の実施形態では、熱伝導体として用いられるこのエレメントは蓋に取り付けられている。この場合には熱伝導体がまず屈曲されて、蓋を外側よりは内側から固定する弾性的なクランプが形成される。その後でクランプの自由端部が、熱源と接触する熱伝導体を形成するのに用いられる。

よりよく理解するために、本発明を以下で図面に基づいて説明する。

図面では、同一または類似のエレメントは同一の参照記号によって示されている。

図１および図２は既に、従来技術の部分で詳細に説明されているので、再び説明しない。

図３には、本発明に相応する遮蔽ケーシングの第１の実施形態が示されている。図３ａ）の左側には、熱伝導体１１を有するフレーム１の平面図が示されている。熱源７は集積回路の概略図によってあらわされている。熱伝導体１１の接触領域１２は、熱源７の相応する表面と熱的に接触している。くぼみ部分３は、フレームの周縁に沿って配置されている。このくぼみ部分は、蓋の相応する部分に対する係合エレメントとして用いられる。図３ａ）の右側には、蓋２の平面図が示されている。この蓋は明らかに、熱伝導体によって生じる開口部を有していない。従ってフレーム１に取り付けられたときに適切な遮蔽が保証される。図３ｂ）の左側には、図３ａ）に示された断面線Ｂ−Ｂ’に沿って切断されたフレーム１の側面図が示されている。フレーム１は回路担体８に取り付けられている。この回路担体は熱源７を、突出エレメント４によって担う。熱伝導体１１は、フレーム１の右側の上縁から内側へ屈曲されている。このように熱伝導体１１が曲げられているので、その接触領域１２は熱源７の相応する表面と接触する。図３ｂ）の右側には蓋２および弾性クランプ６の側面図が示されている。ここでこの弾性クランプは、蓋が取り付けられたときにフレームのくぼみ部分３と係合する。カバー部は弾性クランプによってフレーム上に固定され、フレームと作用的（in operative）に接続している。図３ａ）および図３ｂ）から、フレーム１または蓋２に、熱伝導体１１を形成することによって生じる不所望な開口部が設けられていないことが容易にわかる。製造中には熱源７が配置されてまずはじめにはんだ付けされてから、フレーム１が取り付けられる。フレーム１の取り付け時に、熱伝導体１１を熱源７に向かって必要以上に屈曲してもよい。このようにして一種のばね荷重部分（spring loaded part）が形成されて、熱源７と熱伝導体１１との間の接触が改善される。

図４には、本発明に相応する遮蔽フレームの第２の実施形態が示されている。図４ａ）の左側には、フレーム１の平面図が示されている。図３で示したように、フレームは熱伝導体１１を有している。この熱伝導体はフレーム１の上方の右側の縁に取り付けられている。熱伝導体１１は、熱源７の相応する表面と接触する接触領域１２を有している。熱源７は集積回路の概略図によってあらわされる。熱伝導体１１の自由端部または支持部分１４は、図４ａ）の右側に示されている蓋２に向かって曲げられ、正しく配置された蓋２は支持部分１４に力を加え、接触領域１２と熱源７の相応する表面とのあいだの圧力を増加させる。前述のようにくぼみ部分３は、蓋２を固定する連結エレメントとして用いられる。蓋２は本質的に図３に示されたものと同じである。熱伝導体１１の支持部分１４の機能は、図４ｂ）に示されたフレームの側面図をみるとより容易に理解できる。図４ｂ）の左側には、断面線Ｃ−Ｃ’に沿って切断されたフレーム１の側面図が示されている。フレーム１は、突出エレメント４によって回路担体８に取り付けられている。回路担体８は熱源７を有している。熱伝導体１１は、フレーム１の右側の上縁から内側に曲げられており、下方へ熱源７に向かっている。熱伝導体１１の接触領域１２は熱源７の相応する表面に接触し、熱伝導体はその後、再び上方へフレーム１の上方の側面に向かって曲がり、支持部分１４を形成する。図４ｂ）の右側に示された蓋２は、フレーム１上に正しく配置された場合には支持部分１４上に圧力を加える。これによって接触領域１２と熱源７の相応する表面との間の圧力が上昇する。フレーム１のくぼみ部分３と蓋２の弾性クランプ６は、遮蔽ケーシングの部品の適切な機械的接触および電気的接触を保証する。この実施形態は有利には、熱源７がフレーム１の近くに配置されていない場合に使用される。なぜなら相当に長い熱伝導体１１は、材料の有る程度の柔軟性によって熱伝導体１１と熱源７との間の良好な接触を保証しないからである。

図５には、本発明に相応する遮蔽ケーシングの第３の実施形態が示されている。図５ａ）の左側には、周縁に沿ってくぼみ部分３を有しているフレーム１の平面図が示されている。上述の実施例と同じように、くぼみ部分３は、図５ａ）の右側に示されている蓋２の相応するエレメントに対する連結エレメントとして用いられる。蓋２は、その右側に取り付けられている熱伝導体１１を有している。熱伝導体１１は蓋２の下で下方へ曲げられており、ヒートシンクの相応する表面と接触するための接触領域１２を有している。熱伝導体はさらに支持部分１４を有している。ここでこの支持部分は上方へ、蓋２に対して曲げられ、接触領域に付加的な力を加える。機能は図５ｂ）を参照することでより容易に理解される。図５ｂ）の左側には、蓋２と電気的および機械的に接触するくぼみ部分３と、フレームを回路担体に取り付ける突出エレメント４を有するフレーム１の平面図が示されている。図５ｂ）の右側には完全に組み合わされた、断面線Ｄ−Ｄ’に沿って切断された遮蔽ケーシングの側面図が示されている。フレーム１は、突出エレメント４を有する回路担体８に取り付けられる。回路担体８は熱源７を有する。蓋２はフレーム１に固定され、くぼみ部分３と係合する弾性クランプ６によってロックされる。熱伝導体１１は、蓋２の右上のエッジからケーシングの内側へ向かって曲げられる。熱伝導体１１の一部分は、弾性クランプ６が行うように、外側からよりは内側からフレームに対してプレスする弾性クランプを形成するように形成されている。これによって、蓋２とフレーム１との間で内部へ屈曲されている熱伝導体１１の領域において良好な電気的および機械的接触が保証される。さらにこれによってほぼ完全に閉鎖された遮蔽ケーシングが維持され、これによって良好な遮蔽特性が得られる。熱伝導体はさらに熱源７の相応する表面と接触する接触領域１２を有する。熱伝導体１１のさらなる部分は上方へ、蓋２に対して屈曲されており、支持部分１４を形成している。これによって接触領域１２と熱源７との間に場合によっては分散された圧力が加わることが保証される。

上述した全ての実施形態において、熱伝導体１１と熱源との間の熱接触を改善するために、熱伝導物を使用することが当然ながら可能である。１つの熱伝導体１１内に複数の接触領域を形成することも可能である。これは、これらの複数の接触領域１２間の相応する支持部分を伴う。圧力に関する要求がそれ程きびしくない場合には、熱伝導体１１の支持部分１４を省略することも可能である。フレーム１または蓋２が１つ以上の熱伝導体１１を有してもよいし、フレーム１または蓋２の一部分である異なる形状の熱伝導体を並行して１つの単一の遮蔽ケーシング内で使用してもよい。従って上述した実施形態のあらゆる組合せが、本発明に含まれていると考えられる。本発明は、ＥＭＩ現象に対する遮蔽を行う遮蔽ケーシングに制限されるのではない。本発明を、真空を維持するように設計された閉鎖ケーシングまたはガスや液体がケーシングの内部空間に入ることを阻止する閉鎖ケーシングで使用することも可能である。

従来技術に相応する遮蔽ケーシングをあらわす図である。

従来技術に相応する他の遮蔽ケーシングをあらわす図である。

本発明に相応する遮蔽ケーシングの第１の実施形態をあらわす図である。

本発明に相応する遮蔽ケーシングの第２の実施形態をあらわす図である。

本発明に相応する遮蔽ケーシングの第３の実施形態をあらわす図である。

符号の説明

１ フレーム
２ 蓋
３ くぼみ部分
４ 突出エレメント
６ 弾性的なクランプ
７ 熱源
８ 回路担体
１１ 熱伝導体
１２ 接触領域
１３ 開口部
１４ 支持部分

Claims (10)

1. フレームと当該フレーム上に固定されているカバー部を有している、電磁放射から電気回路を遮蔽するケーシングにおいて、
   前記ケーシングは、当該ケーシングによって密閉されている空間の中へ内側に突出してケーシング内の熱源と熱的に接触するエレメントを有しており、
   前記ケーシングは実質的に開口部を有していない、
   ことを特徴とするケーシング。
2. 前記内側へ突出しているエレメントは、前記フレームまたは前記カバー部の一部である、請求項１記載のケーシング。
3. 前記内側へ突出しているエレメントおよび前記フレームまた前記カバー部は、単一部品である、請求項２記載のケーシング。
4. 前記内側に突出しているエレメントは弾性である、請求項１から３までのいずれか１項記載のケーシング。
5. 前記フレームおよび／または前記カバー部は裁断屈曲部分である、請求項１から４までのいずれか１項記載のケーシング。
6. 前記フレームおよび／または前記カバー部は鋳込み部分である、請求項１から４までのいずれか１項記載のケーシング。
7. 前記カバー部は弾性クランプによって前記フレーム上に固定され、前記フレームと作用的に接続している、請求項１から６までのいずれか１項記載のケーシング。
8. 前記フレームは、前記弾性クランプとロックするための構造を有している、請求項７記載のケーシング。
9. 前記内側へ突出しているエレメントの自由端部は熱源との接触領域の外側で前記カバー部に向かって弾性的に屈曲しており、
   前記フレーム上に取り付けられたカバー部は前記自由端部に力を加え、これによって熱源上で前記エレメントの接触領域がプレスされる、請求項１から８までのいずれか１項記載のケーシング。
10. 前記内側へ突出しているエレメントは熱源との複数の接触領域を有しており、熱源との接触領域の外側で、取り付けられたカバー部に向かって弾性的に屈曲しており、
    前記カバー部は当該カバー部に向かって屈曲されている部分に力を加え、これによって熱源上で前記エレメントの接触領域がプレスされる、請求項９記載のケーシング。

Images