JP2006245126A - 電磁波シールド装置およびこの電磁波シールド装置を用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で生産性に優れたプラスチックのシールドケースを用いた電磁波シールド装置であって、外部に信号が漏洩が小さいものを得ること。
【解決手段】電磁波シールド装置２１を、下部導体ケース６と、この下部導体ケース６上に配置された電子回路を設ける配線基板２と、この配線基板２の電子回路を設ける面の少なくとも周囲に形成された導電領域と、この導電領域に形成された複数のスルーホール３，４と、上記導電領域と同様な形状で、且つ上記導電領域に接して設けられた導体層５と、上記基板面側に凹部を有し、且つ上記導体層５の上記導電領域との接触面と対向する面に接して設けられた導電性プラスチックの上部導体ケース１とで構成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、配線基板上に設けられた電子回路の電磁波シールド装置およびこの電磁波シールド装置を用いた電子装置に関するものである。

従来の電磁波シールド装置として、下部導体ケースと、この下部導体ケース上に配置された電子回路が設けられた配線基板と、この配線基板の電子回路が設けられた面に形成された導電領域と、この導電領域に形成された複数のスルーホールと、このスルーホール部分に接する面を有し、上記電子回路が設けられた配線基板面に配置された上部導体ケースと、この上部導体ケースと上記配線基板と上記下部導体ケースとを一体に固定する固定手段とを備えた電磁波シールド装置がある。この電磁波シールド装置は、上部導体ケースとと下部導体ケースとに挟まれた部分の配線基板が擬似導波管となり、外部に信号が漏洩するのを、上記スルーホールにより防止できることが開示されている。（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２５４８１０号公報（第２頁−第３頁、図１）

通常、電磁波シールド装置のケースには、金属が用いられている。しかし、金属のケースは重く、電磁波シールド装置を軽量化しにくいとの問題があった。また、金属を上記特許文献の上部導体ケースに用いる場合は、金属ブロックに凹部を設ける加工が必要であり、電磁波シールド装置の生産性が低いとの問題があった。
このような問題を解決した電磁波シールド装置として、軽量で生産性に優れたプラスチックケースの表面をめっき処理をしてケースとして用いるものがある。このような電磁波シールド装置では、プラスチックケースの表面に形成されためっき膜が、衝撃や電磁波シールド装置に加わる温度サイクルにより剥がれ、外部に信号が漏洩し、電磁波シールド装置の信頼性が低下するとの問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、軽量で生産性に優れたプラスチックのシールドケースを用いた電磁波シールド装置であって、外部に信号の漏洩が小さいものを得ること、この電磁波シールド装置を用いた電磁波障害の少ない電子装置を得ることである。

本発明の電磁波シールド装置は、下部導体ケースと、この下部導体ケース上に配置された電子回路を設ける配線基板と、この配線基板の電子回路を設ける面の少なくとも周囲に形成された導電領域と、この導電領域に形成された複数のスルーホールと、上記導電領域と同様な形状で、且つ上記導電領域に接して設けられた導体層と、上記基板面側に凹部を有し、且つ上記導体層の上記導電領域との接触面と対向する面に接して設けられた導電性プラスチックの上部導体ケースとで構成されたものである。

本発明の電磁波シールド装置は、下部導体ケースと、この下部導体ケース上に配置された電子回路を設ける配線基板と、この配線基板の電子回路を設ける面の少なくとも周囲に形成された導電領域と、この導電領域に形成された複数のスルーホールと、上記導電領域と同様な形状で、且つ上記導電領域に接して設けられた導体層と、上記基板面側に凹部を有し、且つ上記導体層の上記導電領域との接触面と対向する面に接して設けられた導電性プラスチックの上部導体ケースとで構成されたことにより、軽量で生産性に優れ、外部に信号の漏洩が小さいものとなる。

実施の形態１.
軽量で生産性に優れ、キャビティー表面をめっき処理しないプラスチックのシールドケースとして、導電性プラスッチクのシールドケースを用いた電磁波シールド装置を考案し、その電磁波シールド特性を調べた。
図１は、導電性プラスッチクのシールドケースを用いた電磁波シールド装置の電磁波シールド特性を調べるためのモデル装置の分解図である。図２は、組み立てられたモデル電磁波シールド装置のＡ−Ａ’断面図である。
図１に示すように、このモデル電磁波シールド装置２０は、例えば厚さ０．６ｍｍのビスマレイドトリアジンレジンの配線基板２の表面に、例えば幅１．３３ｍｍで長さ１０５ｍｍである２本のマイクロストリップ配線２ａと、導電領域として、上記配線２ａを取り囲む導体２ｂとが形成されている。導体２ｂには、例えば直径０．５ｍｍでピッチ１．２ｍｍの多数のスルーホール４が設けられ、導体２ｂは配線基板２の裏面に形成された導体２ｃと電気的に接続されている。

例えばアルミニウムの下部導体ケース６は配線基板２の裏面に形成された導体２ｃに接して設けられている。この下部導体ケース６には、４個の同軸コネクタ７が設けられており、各同軸コネクタ７の芯線７ａは、配線基板２に設けられたスルーホール３を通して、マイクロストリップ配線２ａと電気的に接続されている。
上部導体ケース１には、例えばステンレス繊維を８重量％（ｗｔ％）含有させたポリフェニレンオキシド｛ノリル：ＧＥプラスチックス（株）社｝の導電性プラスチックが用いられる。図３に示すように、上部導体ケース１は、２個の凹部１ｃを有するキャビティー構造であり、側壁１ｂの幅と２個の凹部１ｃを隔てる隔壁１ａの幅とが、上記導体２ｂと同じ幅である。そして、上部導体ケース１は、その開口と同一面にある側壁部と隔壁部とが切削処理されてステンレス繊維を露出させており、この露出面を導体２ｂと電気的に接触させて、配線基板２表面に設けられている。
上部導体ケース１と配線基板２と下部導体ケース６とは、ネジ（図示せず）で固定されて、モデル電磁波シールド装置２０となっている。

上記のような構造のモデル電磁波シールド装置２０の電磁波シールド特性を以下のようにして調べた。モデル電磁波シールド装置２０において、＜１＞の同軸コネクタから配線２ａの一方に、０．５ＧＨｚ〜１０．５ＧＨｚの高周波信号を入力し、＜４＞の同軸コネクタから配線２ａの他方に発生する出力を測定し、上記入力に対する上記出力の値から減衰量（ｄｂ）を求め、両マイクロストリップ配線２ａ間の結合とした。図４は、モデル電磁波シールド装置２０の電磁波シールド特性を示す図である。図４には、リファレンスとして上部導体ケース１がない場合も示した。
図４から明らかなように、導電性プラスッチクを上部導体ケース１に用いたモデル電磁波シールド装置２０では、リファレンスに比べ、減衰量の大幅な増加は認められず、すなわち両マイクロストリップ配線２ａ間の結合が大きく電磁波シールド特性が良くないことが判明した。

この原因が何によるかを、鋭意検討した。まず、導電性フィラの含有率を１５ｗｔ％に増やし、導電率を向上させた導電性プラスチックの上部導体ケース１を用いたモデル電磁波シールド装置を作製し、上記と同様な電磁波シールド特性を求め、図５に示した。図５から明らかように、このモデル電磁波シールド装置の減衰量、すなわち両マイクロストリップ配線２ａ間結合は、上記導電性フィラの含有率を８ｗｔ％の導電性プラスチックの上部導体ケース１を用いたモデル電磁波シールド装置の場合と同レベルで、電磁波シールド特性の大幅な改善は認められなかった。
図６は、導電性プラスチックの上部導体ケース１と配線基板２表面の導体２ｂとの導通機構を説明する模式図である。図６に示すように、上部導体ケース１と導体２ｂとの導通は、導電性プラスッチクの表面部の導電性フィラ９と導体２ｂとの接触によるが、導体２ｂには多数のスルーホール４が設けられており、上記導電性フィラ９と導体２ｂとの接触面積が低下し、上部導体ケース１と導体２ｂとの接触抵抗が高くなっている。
その機構は明確ではないが、上部導体ケース１に導電性プラスチックを用いた電磁波シールド装置の電磁波シールド特性が低いのは、上部導体ケース１と導体２ｂとの接触抵抗が高いためではないかということを見出したので、これを改善する以下の構造の電磁波シールド装置２１を考案した。

図７は、実施の形態１の電磁波シールド装置の構造を示す分解図である。図８は、組み立てられた本実施の形態の電磁波シールド装置のＡ−Ａ’断面図である。
図７と図８とに示すように、本実施の形態の電磁波シールド装置２１は、上記モデル電磁波シールド装置２０において、上部導体ケース１と導電領域である導体２ｂとの間に、導体２ｂと同形状の導体層を、上部導体ケース１と導体２ｂとに接して設けたものである。本実施の形態では、導体層として、例えば厚さ０．４ｍｍのステンレス板、すなわち、板状導体層５を用いている。
電磁波シールド装置をこのような構造にすることにより、上部導体ケース１に用いられた導電性プラスチックの接触表面部の導電性フィラの全てが、板状導体層５と接触するとともに、導体２ｂの表面部の全てが板状導体層５と接触し、上部導体ケース１と導体２ｂとの接触抵抗が大幅に低減する。

次に、モデル電磁波シールド装置２０で調べたのと同様にして、本実施の形態の電磁波シールド装置２１の電磁波シールド特性を測定した。
図９は本実施の形態の電磁波シールド装置２１の電磁波シールド特性を示す図である。
図９には、モデル電磁波シールド装置２０と上部導体ケース１を用いないリファレンスの電磁波シールド特性も示した。図９から明らかなように、本実施の形態の電磁波シールド装置２１は、リファレンスやモデル電磁波シールド装置２０に比べて、減衰量が大きく、すなわち両マイクロストリップ配線２ａ間の結合が小さく、電磁波シールド特性が大幅に向上している。

本実施の形態では、板状導体層５に、ステンレス板を用いているが、金属板でれば、特に限定されない。
本実施の形態では、配線基板２には、ビスマレイドトリアジンレジンの配線基板のほか、例えば、紙フェノール、紙エポキシ、紙ポリエステル、ガラスエポキシ、テトラフロロエチレン、ポリイミド等の樹脂基板やアルミナ、窒化アルミ、ガラスセラミック等のセラミックス基板やシリコン基板のいずれかを用いることができる。
本実施の形態では、上部導体ケース１に用いられる導電性プラスチックのマトリックス樹脂に、ポリフェニレンオキシドのほか、例えば、全芳香族ポリエステル樹脂、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ポリスチレン、熱可塑性ポリエステル、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファト、ポリアミド等の内のいずれか１種類、もしくは、これらの混合物の熱可塑性プラスチック、または、エポキシ樹脂等の熱硬化性プラスチックを用いることができる。
また、上部導体ケース１に用いられる導電性プラスチックの導電性フィラ９には、ステンレス繊維のほか、例えば、アルミニウム、銅、カーボン、ニッケル、鉄等の繊維や粒子を用いることができる。導電性フィラの含有率は、導電性プラスチック中６〜３０ｗｔ％の範囲であれば、電気的特性および加工上から好ましい。
本実施の形態では、下部導体ケース６にアルミニウム板を用いているが、金属板でれば、特に限定されない。また、下部導体ケース６には、板状の上記上部導体ケース１に用いた導電性プラスチックも用いることができる。この場合、導電性プラスチック板の導体２ｃと接する面は、切削処理して導電性フィラを露出させている。

以下に、本実施の形態の電磁波シールド装置２１の製造方法の一例を説明する。
配線基板２に設けられる、マイクロストリップ配線２ａと導体２ｂと導体２ｃとは、常法のリソグラフィー法で形成する。スルーホール３とスルーホール４とは、例えばドリルでの孔開け加工により形成する。上部導体ケース１は、上記導電性プラスチックを用い、例えば射出成形法により形成する。下部導体ケース６は、金属の場合では機械加工で形成し、導電性プラスチックの場合では射出成形法で形成する。板状導体層５は、金属板を機械加工して形成する。同軸コネクタ７は下部導体ケース６にネジで固定する。同軸コネクタ７の芯線７ａとマイクロストリップ配線２ａとの電気的接続は、はんだ８で接合する。
まず、同軸コネクタを設けた下部導体ケース６を、マイクロストリップ配線２ａと各導体２ｂ、２ｃとを設けた配線基板２に積層する。次に、同軸コネクタ７の芯線７ａとマイクロストリップ配線２ａとを接合する。次に、スルーホール４が設けられた導体２ｂに、板状導体層５としての金属板と上部導体ケース１とを、この順に積層する。最後に、積層された下部導体ケース６と配線基板２と板状導電層５と上部導体ケース１とを、ネジで固定し、電磁波シールド装置２１を完成さす。

図１０は、本実施の形態の電磁波シールド装置２１において、上部導体ケース１にステンレス繊維を８ｗｔ％含有させた全芳香族ポリエステル樹脂｛ベクトラ：ポリプラスチックス（株）社｝の導電性プラスチックを用いた場合の電磁波シールド特性を示す図である。電磁波シールド特性の測定は、上記方法と同じである。
図１０から明らかなように、上部導体ケース１に全芳香族ポリエステル樹脂の導電性プラスチック用いた電磁波シールド装置２１においても、板状導体層５を設けた構造であり、大幅に電磁波シールド特性が向上している。
本実施の形態の電磁波シールド装置２１では、金属板の下部導体ケースに替え、基板裏面の全面にアース電極を形成し、これを下部導体ケースとしても良い。
本実施の形態の電磁波シールド装置２１では、マイクロストリップ配線２ａと同軸コネクタ７とが設けられているが、これは、電磁波シールド装置２１の特性を評価するものであり、これらを設けなくても良い。
本実施の形態の電磁波シールド装置２１の基板２面に、複数、例えば２種類の電子部品を搭載し、各電子部品を上部導体ケース１の各凹部に収納すると、軽量で生産性に優れ、２種類の電子部品の電磁波による干渉を防止した電子装置となる。

実施の形態２．
図１１は実施の形態２の電磁波シールド装置における基板２の導体２ｂを設けた部分の断面図である。図１１に示すように、本実施の形態の電磁波シールド装置は、基板２のスルーホール４に樹脂１２が充填されており、充填樹脂１２面と導体２ｂの面とが同一面を形成している。そして、この充填樹脂１２と導体２ｂとの同一面上に接して膜状導体層２ｄが設けられている。
本実施の形態の電磁波シールド装置では、金属板の下部導体ケースに替え、基板裏面の全面にアース電極を形成し、これを下部導体ケースとしても良い。
電磁波シールド装置を本実施の形態の構造にすることにより、上部導体ケース１は膜状導体層２ｄを介して導体２ｂと電気的に接続され、金属の板状導体層５を設けなくても上部導体ケース１と導体２ｂとの接触抵抗が小さくなる。
本実施の形態における膜状導体層２ｄは、例えばめっきで形成できる。膜状導体層２ｄは、上部導体ケース１と導体２ｂとの間に設けられており、めっきで形成しても、剥離などは生じない。
本実施の形態では、膜状導体層２ｄを導体２ｂ上に設けたが、上部導体ケース１の導体２ｂと接する部分に設けても同様な効果が得られる。この場合は、スルーホール４に樹脂を充填する必要がなく、さらに、製造工程が簡便となる。

図１２は本実施の形態の電磁波シールド装置の電磁波シールド特性を示す図である。電磁波シールド特性の測定は、実施の形態１の方法で行っている。図１２から明らかなように、本実施の形態の電磁波シールド装置は、図４に示すリファレンスやモデル電磁波シールド装置２０の特性に比べて、減衰量が大きく、すなわち両マイクロストリップ配線２ａ間の結合が小さく、電磁波シールド特性が大幅に向上している。
本実施の形態の電磁波シールド装置２１では、マイクロストリップ配線２ａと同軸コネクタ７とが設けられているが、これは、電磁波シールド装置２１の特性を評価するものであり、これらを設けなくても良い。
本実施の形態の電磁波シールド装置に電子部品を搭載した電子装置は、軽量で生産性に優れ、電磁波障害の少ない電子装置となる。

実施の形態３.
図１３は、実施の形態３の電磁波シールド装置の構造を示す分解図である。図１４は、組み立てられた本実施の形態の電磁波シールド装置のＡ−Ａ’断面図である。
本実施の形態の電磁波シールド装置２２は、実施の形態１の電磁波シールド装置２１と同様な構成であるが、上部導体ケース１１の凹部が一個であり、上部導体ケース１１の開口と同一面にある側壁部が、板状導体層５となる金属板を介して、導体２ｂと電気的に接合している。そして、図１３に示すように、上部導体ケース１１の凹部に対応する配線基板２上には、電子部品１０が搭載できるようになっている。
本実施の形態の電磁波シールド装置２２では、金属板の下部導体ケースに替え、基板裏面の全面にアース電極を形成し、これを下部導体ケースとしても良い。
本実施の形態の電磁波シールド装置２２は、配線基板２に搭載される電子部品１０から発生する電磁波が外部に漏れること、あるいは、外部の電磁波による電磁波シールド装置内に搭載される電子部品１０への影響を防止できる。
そして、本実施の形態の電磁波シールド装置２２に電子部品を搭載した電子装置は、軽量で生産性に優れ、電磁波障害の少ない電子装置となる。

導電性プラスッチクの上部導体ケースを用いた電磁波シールド装置の電磁波シールド特性を調べるためのモデル装置の分解図である。 組み立てられたモデル電磁波シールド装置のＡ−Ａ’断面図である。 モデル電磁波シールド装置の上部導体ケースを示す図である。 モデル電磁波シールド装置の電磁波シールド特性を示す図である。 導電性の異なる導電性プラスッチクの上部導体ケースを用いた電磁波シールド装置の電磁波シールド特性を示す図である。 導電性プラスチックの上部導体ケースと配線基板表面の導体との導通機構を説明する模式図である。 実施の形態１の電磁波シールド装置の構造を示す分解図である。 組み立てられた実施の形態１の電磁波シールド装置のＡ−Ａ’断面図である。 実施の形態１の電磁波シールド装置の電磁波シールド特性を示す図である。 実施の形態１の電磁波シールド装置において上部導体ケースに全芳香族ポリエステル樹脂の導電性プラスチックを用いた場合の電磁波シールド特性を示す図である。 実施の形態２の電磁波シールド装置におけるマイクロストリップ配線を囲む導体を設けた基板部分の断面図である。 実施の形態２の電磁波シールド装置の電磁波シールド特性を示す図である。 実施の形態３の電磁波シールド装置の構造を示す分解図である。 組み立てられた実施の形態３の電磁波シールド装置のＡ−Ａ’断面図である。

符号の説明

１，１１ 上部導体ケース、１ａ 隔壁、１ｂ 側壁、１ｃ 凹部、２ 配線基板、２ａ マイクロストリップ配線、２ｂ マイクロストリップ配線を囲む導体、２ｃ 配線基板の裏面に形成された導体、２ｄ 膜状導体層、３，４ スルーホール、５ 板状導体層、６ 下部導体ケース、７ 同軸コネクタ、７ａ 芯線、８ はんだ、９ 導電性フィラ、１０ 電子部品、１２ 充填樹脂、２０ モデル電磁波シールド装置、２１，２２ 電磁波シールド装置。

Claims (6)

1. 下部導体ケースと、この下部導体ケース上に配置された電子回路を設ける配線基板と、この配線基板の電子回路を設ける面の少なくとも周囲に形成された導電領域と、この導電領域に形成された複数のスルーホールと、上記導電領域と同様な形状で、且つ上記導電領域に接して設けられた導体層と、上記基板面側に凹部を有し、且つ上記導体層の上記導電領域との接触面と対向する面に接して設けられた導電性プラスチックの上部導体ケースとで構成された電磁波シールド装置。
2. 導体層が、金属板であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波シールド装置。
3. 導体層が、膜状であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波シールド装置。
4. 上部導体ケースに複数の凹部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電磁波シールド装置。
5. 導電性プラスチックが、ステンレス繊維を含有したポリフェニレンオキシドまたはステンレス繊維を含有した全芳香族ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波シールド装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電磁波シールド装置の基板面に、電子部品が搭載され、この電子部品を上部導体ケースの凹部に収納した電子装置。
   
   
   
   

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