JP2004119988A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子装置を小型軽量にして電磁障害を効果的に抑制する。
【解決手段】配線基板１には誘導性ノイズを放射する能動素子（例えば、ＬＳＩ２）が実装されている。配線基板と能動素子との間には絶縁性軟磁性体層Ａが形成されている。また、配線基板のパターン間に絶縁性軟磁性体層が形成される。絶縁性軟磁性体層は、有機結合剤とこの有機結合剤中に分散された軟磁性体粉末とを有しており、軟磁性体粉末はその形状が偏平状及び針状のうち少なくとも一つの形状であることが望ましい。
【選択図】図１

Description

　本発明は電子装置に関し、特に、配線基板上に半導体素子等の能動素子が実装された電子装置に関する。

　ディジタル電子機器をはじめとして高周波を利用する電子機器類が小型化の傾向にある。そして、配線基板への部品実装密度が高いディジタル電子機器においては、中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は画像プロセッサ算術論理演算装置（ＩＰＡＬＵ）等のＬＳＩ及びＩＣが配線基板上に実装されている。これらＬＳＩ及びＩＣは多数の半導体素子で構成されており、これら半導体素子は、外部からエネルギーの供給を受けて、増幅又は発振等の作用を行うため、一般に能動素子と呼ばれている。そして、このような能動素子は誘導性ノイズを発生することが多い。この誘導性ノイズによって配線基板の素子実装面と同一面及び反対面には高周波磁界が誘導される。

　この誘導高周波磁界によって配線基板において電磁結合による線間結合が増大するばかりでなく放射ノイズが発生する。このように、放射ノイズが発生すると、装置内部において誤動作が生じるばかりでなく、この放射ノイズが外部接続端子を経て外部に放射される。この結果、他の機器に悪影響を及ぼすことがある。このような誤動作及び他の機器への悪影響は一般に電磁障害と呼ばれる。

　このような電磁障害に対して従来次の対策が一般に採られている。

　（１）電子機器において誘導性ノイズを発生する回路にフィルタを接続する。　
　（２）問題となる回路（誘導性ノイズを発生する回路）を影響を受ける回路から遠ざける。　
　（３）シールディングを行う。　
　（４）グラウンディングを行う。

　上述の（１）乃至（４）の対策を講じることによって、電磁障害の原因となる電磁結合、不要輻射、及び伝導ノイズを抑制している。

　ところが、能動素子を含む電子部品が高密度実装された配線基板において、上述の電磁障害を効率的に処置しようとする場合、従来の対策（ノイズ抑制方法）では次のような問題点がある。

　（１）ノイズ対策の専門的知識と経験を必要とする。　
　（２）対策に時間を要する。　
　（３）使用するフィルタが高価である。　
　（４）フィルタを実装するスペースに制約のあることが多い。　
　（５）フィルタの実装作業に困難性を伴う。　
　（６）フィルタ等を用いるので電子装置を組み立てるための所要工程数が多くなってコストアップとなってしまう。

　特に、同一回路内の部品間で発生する信号線間の電磁誘導及び不要電磁波による相互干渉を抑制しようとする場合、特に、対策を講じる必要があるが、従来の抑制方法ではそれが充分でない。さらに、電子装置の小型軽量化を図る際には、フィルタ及びその実装スペースの排除を行う必要がある。

　本発明の目的は、小型軽量でしかも電磁障害を効果的に抑制することのできる電子装置を提供することにある。

　本発明によれば、配線基板と、該配線基板上に実装され誘導性ノイズを放射する能動素子とを有する電子装置において、前記配線基板と前記能動素子との間には絶縁性軟磁性体層が形成されていることを特徴とする電子装置が得られる。この際、前記配線基板のパターン間にも絶縁性軟磁性体層が形成される。絶縁性軟磁性体層は、有機結合剤と、該有機結合剤中に分散された軟磁性体粉末とを有しており、軟磁性体粉末はその形状が偏平状及び針状のうち少なくとも一つの形状であることが望ましい。

　配線基板と前記能動素子との間に絶縁性軟磁性体層を形成するとともに配線基板のパターン間に絶縁性軟磁性体層を形成することによって、不要輻射による電磁結合の増大は絶縁性軟磁性体層によって抑制される。この絶縁性軟磁性体層は、本来、導電性物質である軟磁性金属を微細粉末化して、絶縁性の有機結合剤と混練して、有機結合剤中に軟磁性体粉末を分散させることによって、絶縁層となっている。そして、軟磁性体粉末の形状を偏平状及び針状のうち少なくとも一つの形状とすることによって、形状磁気異方性が出現し、高周波領域において磁気共鳴に基づく複素透磁率が増大して、これによって、不要輻射成分を効率的に吸収抑制することができる。

　本発明ではノイズ源となる能動素子と配線基板との間に絶縁性軟磁性体を設け、配線導体間にも絶縁性軟磁性体を設けるようにしたから、電磁誘導及び不要電磁波による相互干渉を効果的に抑制することが可能であり、しかもフィルタ等が不要であるから小型軽量化を達成することができるという効果がある。この結果、移動体通信機器をはじめとする高周波機器内における電磁干渉を抑制できる。

　以下本発明について実施例によって説明する。

　図１を参照して、図示の電子装置では配線基板１上にＬＳＩ２が実装されている。そして、ＬＳＩ２の下側に位置して配線基板１の裏面には配線導体（パターン）３が配線されている。図示のように、ＬＳＩ２は配線基板１から僅かに浮いた状態で配線基板１上に実装されており、配線基板１とＬＳＩ２との間において、配線基板１上には絶縁性軟磁性体層Ａが印刷されている。この実施例では、絶縁性軟磁性体層ＡはＬＳＩ２の真下に位置し、絶縁性軟磁性体層Ａの面積はＬＳＩ２の面積と同一である。

　上述のように、絶縁性軟磁性体層Ａを設けると、絶縁性軟磁性体層Ａは、ＬＳＩ２が発生する高周波電磁界における磁束を集束する。この結果、ＬＳＩ２と配線基板１との誘導結合が微弱となって、配線基板３に生じるノイズを効率的に抑制することができる。

　図２を参照して、本発明による電子装置の他の実施例について説明する。図示の電子装置では配線基板１上にＬＳＩ２及び４が実装され、図示のように、これらＬＳＩ２及び４は配線導体（パターン）５，６、及び７によって接続されている。配線導体５及び６間と配線導体６及び７間とにおいて、配線基板１上には絶縁性軟磁性体層Ａが印刷されている。

　このように、絶縁性軟磁性体層Ａを設けると、絶縁性軟磁性体層Ａは、各配線導体から発生する高周波電磁界による磁束を集束する。その結果、配線導体間のクロストークが抑制される。

　ここで、図３を参照して、上述の絶縁性軟磁性体層Ａについて説明する。この絶縁性軟磁性体層Ａは軟磁性体粉末８と有機結合剤９とを含んでいる。具体的には、図示のように有機結合剤９中に軟磁性体粉末８が均一に分散されている。ここで、軟磁性体粉末８の形状は偏平状又は針状であるか偏平状及び針状である。つまり、軟磁性体粉末８の形状は、偏平状及び針状の少なくとも一形状である。

　軟磁性体粉末８として、高周波透磁率の大きな粉末が用いられる。例えば、鉄アルミ珪素合金粉末（センダスト）又は鉄ニッケル合金粉末（パーマロイ）が用いられる。なお、軟磁性体粉末８のアスペクト比は十分大きい（約５：１以上）であることが望ましい。

　有機結合剤９として、例えば、ホリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ホリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリル−ブタジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂、又はこれらの共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、及びイミド系樹脂等の熱硬化性樹脂等が用いられる。

　ここで、上述した電子装置の一例を具体的に説明する。

　能動素子が実装される基板部分及び互いに平行に配列された配線導体間の基板部分において、配線基板上には下記の＜組成１＞で示す軟磁性体ペーストが印刷されて、乾燥・硬化された。この結果、厚みが０．３ｍｍの絶縁性軟磁性体層を配線基板上に形成した。この絶縁性軟磁性体層を振動型磁力計及び走査型電子顕微鏡を用いて解析したところ、磁化容易軸及び磁性粒子配向方向は試料面内方向であった。

　＜組成１＞
　（１）偏平状軟磁性体微分末…９０重量部
　組成：Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金
　平均粒径：１０μｍ
　アスペクト比：＞５
　（２）有機結合剤
　ポリウレタン樹脂…８重量部
　硬化材（イソシアネート化合物）…２重量部
　（３）溶剤（シクロヘキサノンとトルエンとの化合物）…４０重量部
　上述のようにして絶縁性軟磁性体層を形成した配線基板において、所定の部品を実装した後、回路を動作させた。この状態で、配線基板下の電磁界強度をスペクトラムアナライザで測定して、電磁干渉抑制の効果を確認した。

　なお、絶縁性軟磁性体層が形成されていない配線基板についても、所定の部品を実装した後、回路を動作させた状態で、配線基板下の電磁界強度をスペクトラムアナライザで測定した。

　図４乃至図７にその測定結果を示す。なお、ここでは、部品としてＬＳＩ２及び４が実装されＬＳＩ２及び４が配線導体５乃至７で接続された電子装置について配線基板下の電磁界強度を測定した結果が示されている。図４は絶縁性軟磁性体層が形成されていない配線基板を用いた際のＬＳＩ１２実装面の裏側（裏面）における電磁界強度の周波数特性を示す。図５は絶縁性軟磁性体層が形成された配線基板を用いた際のＬＳＩ１２実装面の裏側（裏面）における電磁界強度の周波数特性を示す。図６は絶縁性軟磁性体層が形成されていない配線基板を用いた際の配線導体７に対応する配線基板裏面における電磁界強度の周波数特性を示す。図７は絶縁性軟磁性体層が形成された配線基板を用いた際の配線導体７に対応する配線基板裏面における電磁界強度の周波数特性を示す。

　図５乃至図７から容易に理解できるように、絶縁性軟磁性体層が形成された配線基板を用いると、能動素子（ＬＳＩ）が実装された配線基板裏面の電磁界強度は広帯域で抑制されることがわかる。また、隣接する配線導体間におけるクロストークも低減されることがわかる。

　このように、配線基板上において不要輻射が問題となる箇所に絶縁性軟磁性体層を設けることによって電磁干渉を効果的に抑制することができる。

　なお、上述の実施例から容易にわかるように、絶縁性軟磁性体層に可とう性をもたせることができ、この結果、複雑な形状に変形させることができるばかりでなく衝撃に対しても良好に対応することができる。

本発明による電子装置の一実施例を示す断面図である。 本発明による電子装置の他の実施例を部分的に示す平面図である。 図１及び図２に示す絶縁性軟磁性体層の部分断面図である。 絶縁性軟磁性体層が形成されていない電子装置において能動素子実装面の裏側（裏面）における電磁界強度の周波数特性を示す図である。 絶縁性軟磁性体層が形成されている電子装置において能動素子実装面の裏側（裏面）における電磁界強度の周波数特性を示す図である。 絶縁性軟磁性体層が形成されていない電子装置において配線導体に対応する配線基板裏面における電磁界強度の周波数特性を示す図である。 絶縁性軟磁性体層が形成されている電子装置において配線導体に対応する配線基板裏面における電磁界強度の周波数特性を示す図である。

符号の説明

　　　　Ａ　　絶縁性軟磁性体層
　　　　１　　配線基板
　　　　２，４　　ＬＳＩ（能動素子）
　　　　３，５，６，７　　配線導体

Claims (4)

1. 　配線基板と、該配線基板上に実装され誘導性ノイズを放射する能動素子とを有する電子装置において、前記配線基板と前記能動素子との間には絶縁性軟磁性体層が形成されており、前記配線基板のパターン間に絶縁性軟磁性体層が形成されていることを特徴とする電子装置。
2. 　配線基板と、該配線基板上に実装され誘導性ノイズを放射する能動素子とを有する電子装置において、前記配線基板のパターン間に絶縁性軟磁性体層が形成されていることを特徴とする電子装置。
3. 　請求項１及び２のいずれか一つに記載された電子装置において、前記絶縁性軟磁性体層は、有機結合剤と、該有機結合剤中に分散された軟磁性体粉末とを有することを特徴とする電子装置。
4. 　請求項３に記載された電子装置において、前記軟磁性体粉末はその形状が偏平状及び針状のうち少なくとも一つの形状であることを特徴とする電子装置。
   
   

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