JP2005101111A

JP2005101111A - 高周波回路用デバイス基板およびこれに用いる電磁波吸収体

Info

Publication number: JP2005101111A
Application number: JP2003330599A
Authority: JP
Inventors: Ritsuko Terasaki; 律子寺崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】内部の回路の配線から発生する電磁波が電磁波吸収体に到着するまでの間に、近傍の部品や配線、及びこれらに流れる電気信号などに影響を及ぼすという問題があった。
【解決手段】基板上に回路用の配線を敷設した後、前記配線上に電磁波吸収体を載置したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は高周波回路用デバイス基板、特に光通信用、無線通信用に関するもので、さらに、これに用いる電磁波吸収体に関するものである。

近年、通信機器や電子機器など高密度、高実装、複雑なシステム構成の機器が多く開発され、使用されている。またそれらの機器は小型化の一途をたどっており、さらに高周波を用いる機器が増加してきている。

そこで、これらに用いられる高周波回路では、従来から問題となっている電子部品から放出される電磁波、いわゆるノイズが周囲の電子部品に影響を与え、指定どおりの機器の動作性能が得られないという問題を引き起こす危険性がますます大きくなってきている。

この様な状況において、さらに電子機器の性能向上に対応するには、ノイズ対策は必要不可欠の課題となってきている。

そして、このようなノイズ対策には、例えば、特許文献１に示すように、マイクロ波回路用パッケージのフレーム部分に電界あるいは磁界エネルギーを吸収することができる電磁波吸収材料、または、電磁波吸収機能を有する粉末が添加された絶縁体と金属とを用いて、金属ベース上に交互に積層された構造とすることによりキャビティ共振を抑制していた。

また特許文献２には、電磁波吸収体に足部を設けて、プリント基板上に取着可能とし、図には回路の周囲に、衝立のごとく前記電磁波吸収体を設置した例が記載されている。
特開平６−５３６８２号公報特開平１１−１８６７７８号公報

しかしながら、特許文献１では電磁波吸収材料がパッケージのフレームにあるため、内部の回路や回路の配線から発生する電磁波がフレームに到着するまでの間に、近傍の部品や配線、及びこれらに流れる電気信号などに影響を及ぼす可能性があった。

さらには、これらの電磁波吸収材料はパッケージの製作と同時にフレームとともに形成されることから、電磁波吸収特性はあらかじめ設定されており、パッケージが形成された後の電磁波吸収特性の変更は不可能であった。このため、回路や配線から発生する電磁波が多かったりすると、十分な電磁波の吸収がされないために回路や回路の配線から発生する電磁波が、近傍の部品や配線、及びこれらに流れる電気信号などに影響を与えるという問題があった。

また、特許文献２では足部を設けたため、電磁波吸収体サイズが大きくなり、小型化の妨げとなるとともに、電磁波吸収の必要な回路配線等がシールドケースに近接している場合には電磁波吸収体を配設するのに十分なスペースがとれず、結果的に回路や回路の配線などから発生する電磁波を十分に吸収できないといった場合があった。

本発明の高周波回路用デバイス基板は、この基板上に回路用の配線を敷設した後、前記配線上に電磁波吸収体を載置したことを特徴とする。

また、前記電磁波吸収体の、前記配線と相対する側の面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．３５μｍ以下とすることを特徴とする。

さらに、前記電磁波吸収体の、前記配線と相対する側の面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ以上とすることを特徴とする。

本発明の高周波回路用デバイス基板は、基板上に回路用の配線を敷設した後、前記配線上に電磁波吸収体を載置したことから、回路の配線から発生する電磁波が近傍の部品や配線及びこれらに流れる電気信号などに影響を及ぼすことがない高周波回路用デバイス基板を提供できる。

また、基板上に回路用の配線を敷設した後に、電磁波吸収体を載置できることから、配線から発生する電磁波だけでなく、前記配線に流れる電気信号までも吸収して、前記配線に流れる電気信号に影響を与えることがないように電磁波吸収体の減衰量を調節して、設置することが容易に可能となる。

そして、電磁波吸収体の電磁波吸収特性は、回路用の配線に相対する側の面の算術平均粗さ（Ｒａ）を変えることによって調節でき、種々の電磁波吸収特性を有した電磁波吸収体を容易に作製できる。

さらに、前記算術平均粗さ（Ｒａ）を調節することによって、接着剤やロウ材の接合に適した電磁波吸収体を得る事ができる。

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１（ａ）は本発明の高周波回路用デバイス基板上の配線部分に電波吸収体を載置した状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の配線方向に垂直に破断した部分断面図であり、図１（ｃ）は、（ｂ）の配線と電磁波吸収体が相対する面の拡大図である。

この高周波回路用デバイス基板（以下、単にデバイス基板と称す）１は、基板２上に敷設した配線３によって各電子部品に接続され、デバイス基板１を形成している。そして、前記配線３上を覆うように載置してある電磁波吸収体４によって、前記配線３から発生する電磁波を吸収するようにしてある。

本発明は、基板２上に回路用の配線３を敷設した後、前記配線３上に電磁波吸収体４を載置したことを特徴とするものである。

すなわち、前記配線３は、基板２上に配置された各電子部品へ接続されて、各種の電気信号を送る導体の役目をなすのであるが、この時の電気信号の送信にあわせて、前記配線３から電磁波が発生する。この電磁波をそのままにしておくと、前記各電子部品の作動を誤動作させたり、本来、前記電子部品が発揮すべき特性を低下させたりするなどの悪影響が生じるために電磁波吸収体４を配線３上に載置して、これを防ぐものである。

そして、前記電磁波吸収体４は、特許文献１に示すように、あらかじめ、電磁波吸収材料を含めて積層してパッケージのフレームを形成し、リードに接続する配線からの電磁波を吸収する方法と違い、前記デバイス基板１上に配線３を形成した後に、前記配線３上に載置することができることから、電磁波吸収体４を容易に載置できるとともに、電磁波吸収特性の違った電磁波吸収体を選択して載置する事が可能となり、電磁波吸収が大きすぎて、配線３中の電気信号などが吸収されてしまったり、逆に、電磁波吸収が少なすぎて配線３から発生する電磁波によって、前記電子部品が誤動作を起こしたり、特性低下を防止し、結果としてデバイス基板を使用する機器の信頼性を向上させることができる。

そして、配線３の表面に載置するため、特許文献２に示すように別に配設場所をもうける必要が無く、デバイス基板１を小型化することができる。

なお、前記電磁波吸収体４を配線３上に載置するとは、できる限り配線３に電磁波吸収体４を密着する事が好ましいが、配線３と電磁波吸収体とは接触しない距離で近接させた状態であってもよい。

また、本発明は、前記電磁波吸収体４の、前記配線３と相対する側の面４ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を０．３５μｍ以下とすることがより好適である。

すなわち、前記電磁波吸収体４には、前記配線３と相対する側の面４ａの表面粗さによって、凹凸が生じており、前記配線３上に電磁波吸収体４を載置した場合には、図１（ｃ）に示すような空気層５が無数に存在することになる。

そして、この空気層５に存在する空気は電磁波吸収体４と透磁率が異なることから、電磁波吸収体４の電磁波吸収特性を変化させることとなり、空気層５の厚みが厚くなるにつれて、すなわち、電磁波吸収体の表面粗さが粗くなるにつれて、電磁波の吸収は少なくなり、逆に、前記表面粗さが小さくなり鏡面状態となるにつれて、電磁波の吸収は多くなる。

つまり、前記電磁波吸収体４の前記配線３と相対する側の面４ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を調節することによって、電磁波吸収特性を調節することが出来る。

そして、この時の電磁波吸収体４が配線３と相対する側の面４ａの算術平均粗さ（Ｒａ）は０．３５μｍ以下とすることがよく、より大きな電磁波を吸収するためには出来る限り電磁波吸収体４が配線３と相対する側の面４ａを鏡面状態とすることが好ましい。
さらに、本発明は、前記電磁波吸収体４の前記配線３と相対する側の面４ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ以上とすることが好適である。

前記の電磁波吸収体４は配線３上に載置されるのであるが、図１（ｂ）に示すとおりこの電磁波吸収体４は前記配線３上に載置される部分以外の部位６で前記基板２等と固定されることが必要であるが、その固定には任意の方法を用いればよいものの、できるかぎり、複雑な固定治具を用いることなく固定できることがコストの点から好ましい。このことから、接着剤もしくはロウ材を用いて固定することが好ましいが、前述のように電磁波吸収体４と基板２とを接合しようとする前記電磁波吸収体４の前記配線上に載置される部分以外の部位６は、電磁波吸収特性を大きくするには算術平均粗さ（Ｒａ）は小さければ小さい方がよい。一方で基板２と電磁波吸収体４の接合強度を大きくするには算術平均粗さ（Ｒａ）が大きい方が良いことから、算術平均粗さ（Ｒａ）は最低限０．１０μｍ以上であることが好ましい。

なお、前記電磁波吸収体４を配線３上に載置するとは、できるだけ配線３に電磁波吸収体４を密着する事が好ましいが、配線３と電磁波吸収体とは接触しない距離で近接させた状態であってもよい。それは電磁波吸収体４が配線３に密着している場合は、表面粗さの分だけ電磁波吸収体４と配線３の間に空間が生じていることになり、上述のように空気層の存在によって吸収特性が低下すると考えられる。よって表面粗さはできるだけなめらかなほうがよい。

そして、前記電磁波吸収体４の表面粗さと電磁波吸収特性の関係を求めるには、図１（ａ）に示すように、基板２上に、導体幅０．２０ｍｍ、長さ１５ｍｍの平面構造型の配線３を形成し、配線３上に電磁波吸収体４を載置し、前記配線３の両端部にプローブを接地させ、ネットワークアナライザを用いて４０ＭＨｚから４０ＧＨｚまで周波数を変化させた電気信号を伝送させて伝送信号の減衰量、すなわち電磁波吸収量（Ｓパラメーターで言うＳ_２１）を測定すればよく、このとき、電磁波吸収体４の配線３と相対する側の面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で測定したものを種々用いて測定すれば、前記電磁波吸収体４の表面粗さと電磁波吸収特性の関係を求めることができる。

なお、本発明の電磁波吸収体４は電磁波を吸収する物質、例えば、合成樹脂、ゴム、セラミックスなどが用いられ、そして、セラミックスとしては、セラミックス等の絶縁体中に磁性体粒子が分散含有された構造のもの、あるいはフェライト焼結体等、デバイス形態、用途や電磁波吸収特性等に応じて適宜選定できる。また、上記磁性体粒子としては、例えば、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｂａフェライト、カルボニル鉄、パーマロイ、パーメンジュール、フェロシリコン、センダスト、アモルファス合金、電磁ステンレス鋼、窒化鉄、その他Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ基合金などの軟磁性金属等を利用できる。

また、上記絶縁体としては、例えば、アルミナ、コーディエライト、ステアタイト、ムライト等のセラミックス、ホウ珪酸ガラス、あるいはエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリイミド、ポリアミド、塩素化ポリエチレン、ウレタン、クロロプレンゴム、ナイロン、ポリエチレン等の合成樹脂があり、これらのうち１種類以上を混合して使用することができる。

また、合成樹脂、ゴム、セラミックス等の絶縁体中に磁性体粒子が分散含有された構造のものは、磁性体粒子の含有率が３０重量％以上９９重量％以下、特に７０重量％以上９７重量％以下とすることが好ましい。磁性体粒子の含有率が５０重量％未満になると電磁波吸収特性が低下し、逆に９９重量％を超えると成形体の強度が著しく低下するため、本発明の電磁波吸収体としては使用できない。

さらに、磁性体粒子の平均粒径は１μm以上３００μm以下、特に３μm以上２０μm以下とすることが好ましい。平均粒径が１μm未満になるとコストが高くなり経済的に合わなくなるためであり、また、３００ミクロンより大きくなると高周波での電磁波吸収特性が低下するため、本発明の電磁波吸収体としては適当でない。

また、磁性体粒子の最大粒径は５００μm以下、特に３００μm以下とすることが好ましい。最大粒径が５００μmより大きくなると、絶縁体との混合時における分散性が悪いため、強度を十分に保つことができないと同時に、後述する粉末加圧成形後の離型時においてカケが発生しやすくなるため、本発明の電磁波吸収体の材料としては適切でない。

なお、磁性体の平均粒径とは、磁性体粒子の前後、左右、上下の寸法を各々測定した値の平均値であり、最大粒径とは、前後、左右、上下の寸法を測定したときに最も長い部分の長さのことである。電磁波吸収体から磁性体粒子の粒径を求める時には、便宜的に電磁波吸収体の任意の表面又は断面を画像解析装置で分析する。

つぎに、本発明の実施例を説明する。

本発明の実施においては、図２に示すようなアルミナセラミックスからなる基板２２上に、導体幅０．２０ｍｍ、長さ１５ｍｍの平面構造型の配線２３と、配線２３が伝送した信号によって作動する高周波回路用の電子部品２４を組みこんだ高周波回路用デバイス基板２１を作製したのち、配線２３上に、８．０ｍｍ×８．０ｍｍ、厚み２．０ｍｍの電磁波吸収体２５の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を表１のように種々変えたものを載置して接着剤で固定し、配線２３の両端部にプローブ２６を接地させ、ネットワークアナライザを用いて４０ＭＨｚから４０ＧＨｚまで周波数を変化させた電気信号を伝送させて伝送信号の減衰量、すなわち電磁波吸収量を測定し、同時に前記高周波回路用の電子部品が正常に作動するかどうかを確認することによって、本発明の高周波回路用デバイス基板２１の良否を、良好なものを○、使用可能なものを△、使用不可を×として判断した。

また、試料Ｎｏ．６として、前記電磁波吸収体４を載置しない場合の前記高周波回路用デバイス基板２１を作製して、同様に評価した。

さらに、前記電磁波吸収体４と基板２２との接着性をみるために、ハンドにて前記電磁波吸収体４を引っ張って剥がしテストを行った結果、剥離しなかったものを○、少しぐらつきを発生したものを△として評価した。

その結果を表１に示す。

なお、電磁波吸収体は、酸化鉄を主成分とする磁性材粉末、バインダー等をそれぞれ所定の比率に混合、造粒後、粉末加圧成形法にて成形し、金型から離型後、焼結させて作製したものを用いた。

その結果、表１に示すように本発明である電磁波吸収体４のＮｏ．１〜Ｎｏ．４では、高周波回路用デバイス基板２１の作動テストに対し誤作動は見られず良好であり、Ｎｏ．５の試料では若干の誤作動の反応が見られたが、使用可として△、本発明の範囲外（Ｎｏ．６）では、誤作動が見られた。そして、電磁波減衰量は電磁波吸収体４の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で、０．３５μｍ以下だと誤作動が生じず、良好であることが判る。

また、基板２２と電磁波吸収体４との接合性については、表面粗さが試料Ｎｏ．１の０．０５μｍのものにぐらつきが見られたために、試料Ｎｏ．２の０．１０μｍ以上を好適とした。

なお、本実施例では、電磁波吸収体４と基板２２との接合については、エポキシ系の接着剤を用いたが、はんだなどのろう材を用いて接合性を評価したところ同様の傾向であった。

（ａ）は本発明の高周波回路用デバイス基板上の配線部分に電磁波吸収体を載置した状態を示す部分平面図であり、（ｂ）は（ａ）の配線方向に垂直に破断した部分断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の電磁波吸収体と配線との相対する部分の拡大図である。本発明の電波吸収体を載置した高周波回路用デバイス基板の一例を示す概略の平面図である

符号の説明

１：高周波回路用デバイス基板
２：基板
３：配線
４：電磁波吸収体
４ａ：電磁波吸収体の配線に相対する面
５：空気層
６：電磁波吸収体の配線上に載置される部分以外の部位（基板への固定位置）
２１：高周波回路用デバイス基板
２２：アルミナセラミックス基板
２３：配線
２４：高周波回路用の電子部品
２５：電磁波吸収体
２６：プローブ

Claims

基板上に回路用の配線を有し、該配線上に電磁波吸収体を載置したことを特徴とする高周波回路用デバイス基板。
請求項１記載の高周波回路用デバイス基板に用いる電磁波吸収体であって、前記配線と相対する側の面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．３５μｍ以下であることを特徴とする電磁波吸収体。
前記配線と相対する側の面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１０μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の電磁波吸収体。