特開 2022-100981 電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022100981

(43)【公開日】2022-07-06

(54)【発明の名称】電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/22 20060101AFI20220629BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20220629BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20220629BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20220629BHJP

【ＦＩ】

H01Q1/22 Z

H01L23/36 D

H01Q13/08

H05K7/20 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020215295

(22)【出願日】2020-12-24

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110000660

【氏名又は名称】Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ Ｐａｒｔｎｅｒｓ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】服部 正

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

5J045

5J047

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AB06

5E322EA10

5E322EA11

5E322FA06

5F136BB14

5F136BB18

5F136DA17

5F136EA23

5F136EA26

5F136FA02

5J045AA16

5J045AA21

5J045AB05

5J045DA10

5J047AA02

5J047AA04

5J047AB13

5J047EF05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ＧＮＳＳアンテナを含む小型化された電子機器を提供する。
【解決手段】電子機器１において、基板１０と、基板１０上に設けられたＣＰＵ１２と、ＣＰＵ１２に固定された金属製の放熱器１４と、放熱器１４に固定されたＧＮＳＳアンテナ１１と、を備える。ＧＮＮＳアンテナ１１は、放熱器１４に固定される。
【効果】このため基板上１０にＧＮＳＳアンテナ１１を配置する必要がなく、基板１０を小型化することができ、ひいては電子機器１を小型化することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に設けられた集積回路と、
前記集積回路に固定された、金属製の放熱器と、
前記放熱器に固定されたＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）アンテナと、
を備える、電子機器。

【請求項2】

前記ＧＮＳＳアンテナは、前記放熱器の上面領域の中央に設けられている、請求項１に記載の電子機器。

【請求項3】

前記ＧＮＳＳアンテナを覆う樹脂カバーをさらに備える、請求項１又は２に記載の電子機器。

【請求項4】

前記ＧＮＳＳアンテナは、パッチアンテナである、請求項１乃至３の何れか１項に記載の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ＥＣＵ（engine control unit）において、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）アンテナは、基板上に取り付けられるのが一般的である。ＧＮＳＳを備えた基板として、特許文献１には、マルチチップモジュールや、ヒートシンク等と共にＧＰＳが設置されたマザーボードが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－８６１６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ＧＮＳＳアンテナを含む電子機器においては、基板上にＧＮＳＳアンテナを配置するための面積が必要であり、その分基板を大きくしなければならず、電子機器の大型化に繋がっていた。

【0005】

本発明は、前記課題に鑑みなされたもので、ＧＮＳＳアンテナを含む電子機器の小型化を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するため、本発明の電子機器は、基板と、前記基板上に設けられた集積回路と、前記集積回路に固定された金属製の放熱器と、前記放熱器に固定されたＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）アンテナと、を備える。

【0007】

上記電子機器においては、ＧＮＮＳアンテナは、放熱器に固定される。このため、基板上にＧＮＳＳを配置する必要がなく、基板を小型化することができ、ひいては電子機器を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１Ａは、電子機器の断面模式図であり、図１Ｂは、ＧＮＳＳアンテナ、基板及び放熱器のｘｙ方向の位置関係を示す図である。

【図2】図２Ａは、従来例に係る電子機器の断面模式図であり、図２Ｂは、従来例に係るＧＮＳＳアンテナ、基板及び放熱器のｘｙ方向の位置関係を示す図である。

【図3】図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、軸比特性の説明図である。

【図4】図４Ａ及び図４Ｂは、軸比特性の説明図である。

【図5】図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、ＧＮＳＳアンテナ近傍の誘電体の影響を低減する効果の説明図である。

【図6】図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、ＧＮＳＳアンテナ近傍の誘電体の影響を低減する効果の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１Ａは、実施形態に係る電子機器１の断面模式図である。本実施形態の電子機器１は、ＥＣＵ（engine control unit）であるものとする。電子機器１は、基板１０と、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）アンテナ１１と、集積回路であるＣＰＵ（Central Processing Unit）１２及びメモリ１３と、放熱器（ヒートシンク）１４と、接着層１５と、樹脂カバー１６と、同軸ケーブル１７と、筐体１８とを有している。

【0010】

基板１０は、筐体１８内に設けられた長方形形状かつ平面状の基板である。本実施形態においては、基板１０の平面の長辺方向をｘ軸、基板１０の平面の短辺方向をｙ軸、基板１０の平面に垂直な方向をｚ軸とする。ｚ軸のプラス方向及びマイナス方向をそれぞれ電子機器１の上方向及び下方向と称する。

【0011】

基板１０上には、小型基板１０１が設けられ、小型基板１０１上にＣＰＵ１２及びメモリ１３が設けられている。メモリ１３は例えばＤＲＡＭである。ＣＰＵ１２とメモリ１３とは互いに近接して配置されている。ＣＰＵ１２及びメモリ１３は、稼働時に発熱源となる。そのため、ＣＰＵ１２及びメモリ１３の上方には、金属製の放熱器１４が設けられている。放熱器１４は、例えば、熱伝導特性の高い、例えばアルミニウム等の金属で形成されている。

【0012】

筐体１８の上面には開口部１８１が設けられており、放熱器１４は、開口部１８１内に固定されている。さらに、放熱器１４は、下面領域１４２において、接着層１５を介してＣＰＵ１２及びメモリ１３の上面に固定されている。なお、放熱器１４は、直接ＣＰＵ１２及びメモリ１３に固定されてもよい。接着層１５には熱伝導材料が配合されている。ＣＰＵ１２やメモリ１３で発生した熱は接着層１５を介して放熱器１４に伝導し、放熱器１４より外部へ放熱される。

【0013】

放熱器１４の上面領域１４１には、凹部１４１１が形成されている。ここで、上面領域１４１は、放熱器１４の上部の領域で、かつ筐体１８の上面１８２と略同一平面に位置する領域、すなわちｚ軸に垂直な面に位置する領域である。凹部１４１１は、上面領域１４１の重心位置を含み、かつＧＮＳＳアンテナ１１のサイズよりも大きいサイズに形成されている。凹部１４１１の深さは、ＧＮＳＳアンテナ１１の高さ以上の長さとする。そして、凹部１４１１内にＧＮＳＳアンテナ１１が接着剤又は両面テープにより固定される。本実施形態においては、ＧＮＳＳアンテナ１１はパッチアンテナであるものとする。

【0014】

ＧＮＳＳアンテナ１１は、ｘｙ平面において、上面領域１４１の中央に位置するように凹部１４１１に固定される。ここで、上面領域１４１の中央とは、矩形形状の上面領域１４１の重心を含む位置にＧＮＳＳアンテナ１１が設置されるような位置である。より好ましくは、上面領域１４１の中央は、上面領域１４１の重心とＧＮＳＳアンテナ１１の重心が一致するような位置である。

【0015】

ＧＮＳＳアンテナ１１の上側にはＧＮＳＳアンテナ１１を覆うように樹脂カバー１６が設けられている。樹脂カバー１６は、そのｘｙ方向のサイズが凹部１４１１よりも大きいサイズに設けられ、凹部１４１１の全体を覆うように配置され、その端部において上面領域１４１に固定される。

【0016】

図１Ｂは、ＧＮＳＳアンテナ１１、基板１０及び放熱器１４のｘｙ方向の位置関係を示す図である。本実施形態においては、放熱器１４は、基板１０の大部分を覆うように設けられている。そして、その中央に形成された凹部１４１１内にＧＮＳＳアンテナ１１が固定される。

【0017】

さらに、図１Ａに示すように、放熱器１４には貫通穴１４１３が設けられており、ＧＮＳＳアンテナ１１の給電用の同軸ケーブル１７は、貫通穴１４１３を経由して基板１０に接続する。同軸ケーブルの外側の外部動態がＧＮＤ、内部動態が電源電圧に対して電気的に接続されるので、電源供給と放熱器１４のＧＮＤを基板１０のＧＮＤと合わせることとが同時に実現できる。なお、他の例としては、基板１０とＧＮＳＳアンテナ１１が同軸ケーブル１７で接続されない構成としてもよい。

【0018】

以上のように、本実施形態の電子機器１においては、ＧＮＳＳ１１が基板１０上に固定されるのではなく放熱器１４上に固定されるため、基板１０のｘｙ方向のサイズを小さくすることができ、したがって電子機器１のｘｙ方向のサイズを小型化することができる。

【0019】

図２Ａは、従来例に係る電子機器２の断面模式図であり、図２Ｂは、従来例に係る電子機器２における、ＧＮＳＳアンテナ２１、基板２０及び放熱器２４のｘｙ方向の位置関係を示す図である。このように、従来の電子機器２においては、ＧＮＳＳアンテナ２１は、基板２０上に固定されていた。この場合、図２Ａに示すように、基板２０においては、集積回路としてのＣＰＵ２２やメモリ２３等を配置するための領域に加えて、ＧＮＳＳアンテナ２１を配置するための領域が必要となる。これに対し、本実施形態に係る電子機器１においては、ＧＮＳＳアンテナ１１を放熱器１４上に固定することとしたため、基板１０のｘｙ方向のサイズを従来例の基板２０に比べて小さくすることができる。

【0020】

さらに、本実施形態の電子機器１のＧＮＳＳアンテナ１１は、従来例に係る電子機器２のＧＮＳＳアンテナ２１に比べて、軸比特性を向上させることができる。以下、この効果について説明する。ＧＮＳＳアンテナとしてチップアンテナを用いる場合、マルチパス波の影響を受けやすい。ＧＮＳＳアンテナは、右旋円偏波のみを受信できるのが理想的であるが、ビルなどで反射することで、右旋円偏波は左旋円偏波（マルチパス波）に変化してしまう。マルチパス波は、ＧＮＳＳ衛星とＧＮＳＳアンテナの間の正しい距離（最短距離）に対応していないため、位置精度の低下に繋がってしまう。これに対し、従来から、ＧＮＳＳアンテナを金属製のグランドプレート上に配置することで、軸比特性を向上させることが行われていた。従来例の電子機器２においても、金属製の基板２０をグランドプレートとして用いるべく、基板２０上にＧＮＳＳアンテナ２１が固定されている。

【0021】

しかしながら、基板２０には集積回路としてのＣＰＵ２２やメモリ２３等が搭載され、さらには、ＣＰＵ２２から放射されるノイズを避けるためにＧＮＳＳアンテナ２１は、ＣＰＵ２２から離れた位置に配置される必要がある。このようなスペース的な制約から、ＧＮＳＳアンテナ２１は、基板２０の端に配置されていた。このため、左旋円偏波を受信しやすく、これが、位置精度の低下に繋がっていた。

【0022】

ここで、軸比特性（右左旋円特性）と、グランドプレート上におけるＧＮＳＳアンテナの配置位置との関係を図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。ここで、図３Ａに示すように、ＧＮＳＳアンテナ３１に対し仰角を定義する。ここでは、ＧＮＳＳアンテナ３１の上から下に向かう電波の方向（ｚ軸のマイナス方向）を仰角０°とし、ｘ軸のマイナス方向に向かう電波の方向を仰角９０°、ｘ軸のプラス方向に向かう電波の方向を仰角－９０°と定義する。なお、仰角は水平方向を０°と定義するのが一般的であるが、ここでは、ｘ軸のマイナス方向とプラス方向を区別するために便宜的に上記の通り上から下に向かう方向を０°と定義している。

【0023】

図３Ｃは、図３Ｂに示すＧＮＳＳアンテナ３１の特性を示すグラフである。図３Ｂに示すＧＮＳＳアンテナ３１は、グランドプレート３０の重心とＧＮＳＳアンテナ３１の重心が一致するように配置されている。また、グランドプレート３０とＧＮＳＳアンテナ３１は、いずれも正方形形状とする。

【0024】

図３Ｃに示すグラフの横軸は仰角、縦軸はＧＮＳＳアンテナ３１の受信信号のゲインを示す。図３Ｃに示す曲線ＳＲ１は右旋円偏波のゲインを示し、曲線ＳＬ１は左旋円偏波のゲインを示す。これらのゲインは、いずれも図３Ｂに示す点Ａ－点Ａ'に対応する。ここで、点Ａ－点Ａ'は、ｘ軸に沿った方向である。ＧＮＳＳアンテナ３１は、右旋円偏波と左旋円偏波のゲイン差が大きい程、直接波（右旋円偏波）を受信しやすい。

【0025】

図３Ｂに示すように、ＧＮＳＳアンテナ３１の重心とグランドプレート３０の重心が一致するようにＧＮＳＳアンテナ３１が配置されている場合には、点Ｂ－点Ｂ'においても、図３Ｃと同様の結果が得られる。

【0026】

図４Ｂは、図４Ａに示すＧＮＳＳアンテナ３１の特性を示すグラフである。図４Ａのグランドプレート３０及びＧＮＳＳアンテナ３１は、図３Ｂに示すＧＮＳＳアンテナ３１をグランドプレート３０上で、図３Ｂの状態よりもｘ軸のマイナス方向にずらした状態に対応する。図４Ｂに示す曲線ＳＲ２は右旋円偏波のゲインを示し、曲線ＳＬ２は左旋円偏波のゲインを示す。これらのゲインは、いずれも図３Ｂに示す点Ａ－点Ａ'に対応する。図４Ｂに示すグラフから、図４ＡのようなＧＮＳＳアンテナ３１とグランドプレート３０の位置関係においては、右左旋円偏波特性が著しく低いことがわかる。すなわち右旋円偏波と左旋円偏波のゲイン差が小さい方位（グラフのＰのエリア）が仰角－９０°から９０°の間に存在することがわかる。このように、ＧＮＳＳアンテナ３１の重心がグランドプレートの重心からずれると、ＧＮＳＳアンテナ３１の水平方向（面方向）の放射特性が偏るため右左旋円偏波特性が劣化する。また、グランドプレートの重心からのずれの程度が大きい程、ゲイン差が小さくなる、すなわち右左旋円偏波特性が低下する。

【0027】

なお、図４Ａの状態においても、点Ｂ－Ｂ'の方向においては、ＧＮＳＳアンテナ３１の位置がグランドプレート３０のｙ軸方向の中心と一致していることから、図３Ｃと同様の結果が得られる。

【0028】

これに対し、本実施形態の電子機器１においては、金属製の放熱器１４がＧＮＳＳアンテナ１１のグランドプレートとして用いられている。さらに、放熱器１４においては、基板１０のような、ＧＮＳＳアンテナ１１の配置の制約がない。このため、ＧＮＳＳアンテナ１１を放熱器１４の上面領域１４１の中央に配置することができる。これにより、図１Ｂ及び図２Ｂに楕円で示すように本実施形態の電子機器１においては、従来例の電子機器２のように基板１０の端にＧＮＳＳアンテナ１１を配置した場合に比べてＧＮＳＳアンテナ１１の放射特性を真円に近付けることができる。すなわち、本実施形態の電子機器１においては、右旋円偏波の受信感度を従来例の電子機器２に比べて向上させることができる。

【0029】

さらに、本実施形態の電子機器１においては、ＧＮＳＳアンテナ１１は、樹脂カバー１６により覆われている。これにより、ＧＮＳＳアンテナ１１の近傍に存在する誘電体の影響を低減することができる。パッチアンテナの受信帯域を決める要素に共振周波数がある。共振周波数は、近傍に誘電体（樹脂や人体）があると低周波数側にシフトすることが知られている。これに対し、樹脂カバー１６でＧＮＳＳ１１を覆うことで、共振周波数の低周波数側へのシフトを低減させることができる。

【0030】

この効果について、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃを参照しつつ説明する。図５Ａに示すように、グランドプレート５１上にパッチアンテナ５０が固定され、かつ樹脂カバーが配置されない場合の、パッチアンテナ５０の共振周波数は、（式１）により決定される。ここで、Ｃ_０は、真空中の光速、Ｌ_ｅは、フリンジング電界の影響を考慮した等価的な放射素子長、ε_ｒは誘電体（アンテナのセラミック部分）の比誘電率を示す。図５Ａにおいては、電気力線を矢印により模式的に示している。

【数1】

パッチアンテナ５０に誘電体５２を近づけた場合には、誘電体によりＬ_ｅが大きくなることにより、共振周波数は大きく低周波側にシフトする。

【0031】

図５Ｃは、共振周波数を示すグラフである。グラフの横軸は周波数、縦軸は信号のゲインを示す。ｆｒ１は、図５Ａに示すように、近傍に誘電体５２が存在しない場合の共振周波数を示し、ｆｒ２は、図５Ｂに示すように、近傍に誘電体５２が存在する場合の共振周波数を示す。

【0032】

一方で、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、樹脂カバー５３を設置すると、Ｌ_ｅが大きくなることにより、共振周波数は低周波数側にシフトする。これにより、図５Ｂに示すように、誘電体５２を近づけたとしてもＬ_ｅの増大を抑えることができ、共振周波数のシフトを低減することができる。

【0033】

図６Ｃは、共振周波数を示すグラフである。グラフの横軸は周波数、縦軸は信号のゲインを示す。ｆｒ１は、図６Ａに示すように近傍に誘電体５２が存在しない場合の共振周波数を示し、ｆｒ２は、図６Ｂに示すように近傍に誘電体５２が存在する場合の共振周波数を示す。なお、いずれの場合も、パッチアンテナ５０は、樹脂カバー５３に覆われている。図５Ｃ及び図６Ｃのグラフからわかるように、樹脂カバー５３が設けられたことで、共振周波数ｆｒ１から共振周波数ｆｒ２へのシフトが、樹脂カバー５３がない場合に比べて大幅に低減されている。

【0034】

（３）他の実施形態：
以上の実施形態は、本発明を実施するための一例であり、他にも種々の実施形態を採用可能である。例えば、電子機器１は、ＧＮＳＳアンテナ１１を備えた機器であればよく、車両制御用の機器に限定されるものではない。また、電子機器１は、ＣＰＵ１２に替えて、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等を有してもよい。

【0035】

また、ＧＮＳＳアンテナはパッチアンテナでなくてもよい。他の例としては、ＧＮＳＳアンテナは、チップアンテナでもよい。

【0036】

本実施形態においては、ＧＮＳＳアンテナ１１は、放熱器１４の中央に設けられているものとしたが、ＧＮＳＳアンテナ１１は、放熱器１４の上面領域１４１に設けられていればよく、その中央に限定されるものではない。

【0037】

また、ＧＮＳＳアンテナ１１は、（式２）の関係を満たすような位置に設置されるのが好ましい。

Ｌ１１／Ｌ１２＜Ｌ２１／Ｌ２２ …（式２）

ここで、Ｌ１１は、本実施形態の放熱器１４のｘ軸方向における端から中心位置までの距離であり、Ｌ１２は、本実施形態の放熱器１４のｘ軸方向における中心位置からＧＮＳＳアンテナ１１のｘ軸方向における中心位置までのｘ軸方向の距離である。Ｌ２１は、従来例の基板１０のｘ軸方向における端から中心位置までの距離であり、Ｌ２２は、従来例の基板２０のｘ軸方向における中心位置からＧＮＳＳアンテナ２１のｘ軸方向における中心位置までのｘ軸方向の距離である。これにより、従来例に比べて、ＧＮＳＳアンテナ１１の放射特性を真円に近付けることができる。

【0038】

また、本実施形態においては、ＧＮＳＳアンテナ１１は、放熱器１４の上面領域１４１に設けられた凹部１４１１内に設けられたが、ＧＮＳＳアンテナ１１は、放熱器１４の上面領域１４１に設けられていればよく、凹部１４１１内に固定されていなくてもよい。他の例としては、放熱器１４は凹部１４１１を有さず、上面領域１４１にＧＮＳＳアンテナ１１が固定されてもよい。

【符号の説明】

【0039】

１、２…電子機器、１０、２０…基板、１１、２１…ＧＮＳＳアンテナ、１２、２２…ＣＰＵ、１３、２３…メモリ、１４、２４…放熱器、１５…接着層、１６…樹脂カバー、１７…同軸ケーブル、１８…筐体、３０、５０…グランドプレート、３１、５１…ＧＮＳＳアンテナ、５２…誘電体、５３…樹脂カバー、１４１…上面領域、１４２…下面領域、１４１３…貫通穴、１８１…開口部、１８２…上面、１４１１…凹部、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】