JP2008103870A - Portable radio equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯無線機に関し、特に、デジタル部品からの不要輻射ノイズがアンテナから回り込むことによって送受信障害が発生し得る携帯無線機(例えば、携帯電話)に関する。 The present invention relates to a portable wireless device, and more particularly to a portable wireless device (for example, a mobile phone) in which a transmission / reception failure may occur due to unwanted radiation noise from a digital component that wraps around from an antenna.
近年、デジタルAV機器や携帯情報端末に代表される電子機器は、小型化、高機能化されている。電子機器の小型化、高性能化によって、電子機器を構成するプリント回路基板の実装密度は高くなっているとともに、プリント回路基板に実装されるIC(半導体集積回路)の動作周波数は高速になってきており、その結果、プリント回路基板から放射される電磁波、すなわち不要輻射ノイズに起因する電子機器の誤動作、送受信障害を始めとする電磁波障害(EMI)が増大しつつある(例えば、特許文献1など参照)。 In recent years, electronic devices typified by digital AV devices and portable information terminals have been reduced in size and functionality. As electronic devices have become smaller and higher in performance, the mounting density of printed circuit boards constituting electronic devices has increased, and the operating frequency of ICs (semiconductor integrated circuits) mounted on printed circuit boards has become faster. As a result, electromagnetic waves radiated from the printed circuit board, that is, electromagnetic interference (EMI) such as malfunctions of electronic devices and transmission / reception failures caused by unnecessary radiation noise are increasing (for example, Patent Document 1) reference).
具体的には、回路基板に実装されるICの動作周波数の高速化等によって、回路基板から発生する不要輻射ノイズが電子機器の電磁波送受信機能に無視できなくなってきている。不要輻射ノイズ対策(放射ノイズ対策)としては、ノイズ対策部品を実装したり、シールドを施すことが多い。
しかしながら、携帯電話のような携帯無線機では、特許文献2に開示されているように、回路基板の近くにアンテナが形成されているために、回路基板に実装されたデジタル部品からの不要輻射ノイズがアンテナから回り込むことによって送受信障害が発生しやすく、特に、内蔵型アンテナの場合、アンテナと回路基板との位置が極めて近くなるためにその影響が大きくなる。この不要輻射ノイズへの対策は、携帯無線機(例えば、携帯電話)の開発リードタイムの長期化を招く主要原因の一つとなっている。
However, in a portable wireless device such as a mobile phone, as disclosed in
この不要輻射ノイズの対策は、回路基板の設計によって対応しているが、基本的にこの対応は経験則に基づくものが多く、実際にはトライアンドエラー的に解決しているのが実情である。しかし、このアプローチは、開発リードタイムの長期化を防ぐ根本的な解決とならず、現在では、根本的な解決策のないまま回路基板の設計手法によって対応を講じているだけである。 This measure against unwanted radiation noise is handled by the design of the circuit board, but this measure is basically based on empirical rules, and in reality it is actually solved by trial and error. . However, this approach is not a fundamental solution that prevents the development lead time from being prolonged, and currently, only a countermeasure is taken by a circuit board design method without a fundamental solution.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、不要輻射ノイズがアンテナから回り込むことを抑制ないし緩和した構造を有する携帯無線機(例えば、携帯電話)を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and a main object of the present invention is to provide a portable wireless device (for example, a mobile phone) having a structure in which unnecessary radiation noise is suppressed or reduced from wrapping around from an antenna. is there.
本発明の携帯無線機は、複数の半導体チップを備えた携帯無線機であり、誘電体材料から構成された実装基板と、前記実装基板に実装された複数の半導体チップと、前記実装基板に設けられた無線回路部と、前記無線回路部に接続されたアンテナ素子とを備え、前記複数の半導体チップのうち、不要輻射ノイズを発生する第1半導体チップは、前記実装基板を構成する前記誘電体材料よりも誘電率が低い低誘電率材料によって囲まれて配置されている。 A portable wireless device of the present invention is a portable wireless device including a plurality of semiconductor chips, and is provided on a mounting substrate made of a dielectric material, a plurality of semiconductor chips mounted on the mounting substrate, and the mounting substrate. A first semiconductor chip that generates unnecessary radiation noise among the plurality of semiconductor chips is the dielectric that constitutes the mounting substrate. Surrounded by a low dielectric constant material having a lower dielectric constant than the material.
ある好適な実施形態において、前記第1半導体チップは、デジタル回路部を有するLSIチップである。 In a preferred embodiment, the first semiconductor chip is an LSI chip having a digital circuit portion.
ある好適な実施形態において、前記第1半導体チップは、当該第1半導体チップが位置する領域のアンテナ電流分布が低下するように前記低誘電率材料によって囲まれて配置されている。 In a preferred embodiment, the first semiconductor chip is surrounded by the low dielectric constant material so that an antenna current distribution in a region where the first semiconductor chip is located is lowered.
ある好適な実施形態において、前記無線回路部は、高周波回路部を構成する第2半導体チップを含んでおり、前記第2半導体チップは、前記低誘電率材料が位置する領域以外の前記実装基板に設けられている。 In a preferred embodiment, the wireless circuit unit includes a second semiconductor chip constituting a high-frequency circuit unit, and the second semiconductor chip is mounted on the mounting substrate other than a region where the low dielectric constant material is located. Is provided.
ある好適な実施形態において、前記第1半導体チップは、前記低誘電率材料によって覆われた状態で前記実装基板内に埋め込まれている。 In a preferred embodiment, the first semiconductor chip is embedded in the mounting substrate in a state covered with the low dielectric constant material.
ある好適な実施形態において、前記第1半導体チップは、前記低誘電率材料からなる層の上に配置されるとともに、少なくとも前記第1半導体チップの上方は、前記実装基板を構成する前記誘電体材料よりも誘電率が低い低誘電率材料からなる筐体によって覆われている。 In a preferred embodiment, the first semiconductor chip is disposed on a layer made of the low dielectric constant material, and at least above the first semiconductor chip, the dielectric material constituting the mounting substrate It is covered with a housing made of a low dielectric constant material having a lower dielectric constant.
ある好適な実施形態において、前記携帯無線機は、携帯電話である。 In a preferred embodiment, the portable radio is a mobile phone.
本発明の携帯無線機の製造方法は、誘電率が異なる複数の誘電体材料から構成された実装基板を用意する工程と、前記実装基板のうち、他の部分よりも誘電率が低い低誘電率材料が位置する領域に、不要輻射ノイズを発生する半導体チップを実装する工程とを含む。 The method for manufacturing a portable wireless device of the present invention includes a step of preparing a mounting substrate composed of a plurality of dielectric materials having different dielectric constants, and a low dielectric constant having a lower dielectric constant than other portions of the mounting substrate. Mounting a semiconductor chip that generates unnecessary radiation noise in a region where the material is located.
本発明の携帯無線機によれば、実装基板に実装された複数の半導体チップのうち、不要輻射ノイズを発生する第1半導体チップが、実装基板を構成する誘電体材料よりも誘電率が低い低誘電率材料によって囲まれて配置されているので、ノイズ発生源の第1半導体チップが位置する領域のアンテナ電流分布が低くすることができ、その結果、不要輻射ノイズがアンテナから回り込むことを抑制ないし緩和することが可能となる。 According to the portable wireless device of the present invention, among the plurality of semiconductor chips mounted on the mounting substrate, the first semiconductor chip that generates unnecessary radiation noise has a low dielectric constant lower than that of the dielectric material constituting the mounting substrate. Since it is surrounded by the dielectric constant material, the antenna current distribution in the region where the first semiconductor chip of the noise generation source is located can be reduced, and as a result, unwanted radiation noise can be prevented from wrapping around from the antenna. It can be mitigated.
本願発明者は、例えば図1に示すような携帯電話1000(あるいは、携帯無線機または携帯用移動通信機器)に内蔵されたデジタル部品(デジタル回路部)1100からの不要輻射ノイズ1300がアンテナ1200から回り込むことによって生じる送受信障害を抑制すべく、回路基板の設計変更による対処療法的なアプローチでなく、根本的な解決を図ることを目指した。具体的には、アンテナ本来の特性(遠方界特性)は劣化させずにそのままで、近傍界特性に改変を加えて、ノイズに強い携帯電話の開発を試みた。なお、図1には、アンテナ1200に接続された無線回路部(RF回路部)1400や、液晶表示部1500及び撮像素子(CCDカメラ)1600も示してある。撮像素子1600は、CCDカメラに限らず、CMOSカメラであってもよい。
The inventor of the present application, for example, generates
さらに、不要輻射ノイズ1300がアンテナ1200へ回り込むことによって生じる送受信障害について、図2も参照しながら簡単に説明する。図2は、携帯電話1000の基本的な構成を示したブロック図である。
Further, a transmission / reception failure caused by
図2に示すように、高感度のアンテナ1200に接続された無線回路部(RF回路部)1400及び復調回路1450(受信回路)を中核とした通信機能に加え、液晶表示部1500(LCDパネル)及びLCDコントローラ1100aから構成される表示機能や、撮像素子(CCD)1600及び画像信号処理回路1100bから構成されるカメラ機能が搭載されている。ここで、LCDコントローラ1100a、画像信号処理回路1100bは、デジタル回路部を有するLSIチップ(デジタル部品(デジタル回路部)1100)からなり、動作時に不要輻射ノイズ1300(1300a、1300b)を発する。
As shown in FIG. 2, in addition to a communication function having a radio circuit unit (RF circuit unit) 1400 and a demodulation circuit 1450 (receiving circuit) connected to a high-
回路基板から放射される不要輻射ノイズ1300としては、携帯電話1000の外に放射されるノイズ1300aの他に、アンテナ1200が拾うノイズ1300bがある。このタイプのノイズ1300bは、携帯電話1000の筐体をシールドしても遮蔽することはできず、アンテナ1200を介して無線回路部(RF回路部)1400に混入すると、受信特性を劣化させる要因となる。
As the
本願発明者は、ノイズ源となるLSIチップ(コントローラ1100a、画像信号処理回路1100b)が実装される部分のアンテナ電流分布が低くなるような構成にできれば、高感度のアンテナ1200を用いても、ノイズ源のLSIチップ(コントローラ1100a、画像信号処理回路1100b)からの不要輻射ノイズ1300bがアンテナ1200に回り込み難くすることができると考え、そのような構造を鋭意検討して、本発明に至った。
The inventor of the present application can use a high-
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of brevity. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
まず、本発明の実施形態に係る携帯無線機(例えば、携帯電話)の具体的な構造を説明する前に、図3を参照しながら、本実施形態の携帯電話に適用されるアンテナ構造の一例を簡単に説明する。 First, an example of an antenna structure applied to a mobile phone according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 3 before describing a specific structure of a portable wireless device (for example, a mobile phone) according to the embodiment of the present invention. Is briefly explained.
図3に示した携帯無線機(携帯電話)100は、折り畳み式の携帯電話であり、上部筐体101と、下部筐体102と、上部筐体101と下部筐体102とを折曲げ可能に連結するヒンジ部103とから構成されている。上部筐体101と下部筐体102には、それぞれ、上部アンテナ素子としての板状導体104、105と、下部アンテナ素子106としての板状導体(グランド板)とが内蔵されている。
A portable wireless device (mobile phone) 100 shown in FIG. 3 is a foldable mobile phone, and the
上部筐体101の板状導体104、105の下部には、それぞれ、給電点110、111が設けられている。これら給電点110、111は、給電線112、113を介して、下部筐体102内に設けられたプリント基板142(実装基板)上に配置された無線回路部(RF部)144に接続されている。なお、アンテナ素子の給電点(110、111)は、アンテナ素子とRF部(RF回路)とのインピーダンス整合点と称してもよい。
この例では、プリント基板142は、多層配線基板からなり、そのうちの一層がグランドパターン143となっており、そのグランドパターン143が下部アンテナ素子106として機能する。この図では図示していないが、プリント基板142には、携帯電話の機能を実現するために必要な半導体チップや電子部品が実装されている。
In this example, the printed
次に、図4(a)及び(b)を参照しながら、本発明の実施形態に係る携帯無線機(携帯電話)100の構造について説明する。図4(a)および(b)は、それぞれ、本実施形態の携帯無線機(携帯電話)100の構成の概略を説明するための上面図および断面図である。 Next, the structure of the portable wireless device (mobile phone) 100 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b). 4A and 4B are a top view and a cross-sectional view, respectively, for explaining the outline of the configuration of the portable wireless device (mobile phone) 100 of the present embodiment.
本実施形態の携帯無線機(携帯電話)100は、誘電体材料から構成された実装基板(回路基板)10と、実装基板(回路基板)10に実装された複数の不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20や半導体チップ22と、実装基板(回路基板)10に設けられた無線回路部30と、無線回路部30に接続されたアンテナ素子40とから構成されている。実装基板(回路基板)10は、多層配線基板からなり、本実施形態では、多層配線基板の一つの層がアンテナ素子40として機能する。なお、無線回路部30は、アンテナ素子40の給電点35を通じて、アンテナ素子40に電気的に接続している。
A portable wireless device (mobile phone) 100 according to the present embodiment includes a mounting substrate (circuit board) 10 made of a dielectric material and a semiconductor that generates a plurality of unnecessary radiation noises mounted on the mounting substrate (circuit board) 10. The
実装基板(回路基板)10に実装された不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20や半導体チップ22には、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20(20a、20b、20c)が含まれている。ここで「不要輻射ノイズ」とは、携帯無線機(携帯電話)100の通信に悪影響を与えてしまう程度の強度を有するノイズのことを呼ぶ。したがって、半導体チップの動作によって生じるノイズであっても、携帯無線機(携帯電話)100の通信に悪影響を与えないような程度の強度のものであれば、本明細書でいう「不要輻射ノイズ」には該当しない。
The
不要輻射ノイズを発生する半導体チップは、例えば、デジタル回路部を有するLSIチップ(例えば、DSP;digital signal processor)である。一例を挙げると、図2に示したように、LCDコントローラ用LSI、画像信号処理回路用LSIなどがある。無線回路部(RF回路部)は、受信周波数で動作する高周波部品から構成される回路であり、アナログの高周波回路部から構成されている。この無線回路部30からは、不要輻射ノイズは放射されない。
The semiconductor chip that generates unnecessary radiation noise is, for example, an LSI chip (for example, DSP: digital signal processor) having a digital circuit unit. As an example, as shown in FIG. 2, there are an LSI for an LCD controller, an LSI for an image signal processing circuit, and the like. The radio circuit unit (RF circuit unit) is a circuit composed of high-frequency components that operate at a reception frequency, and is composed of an analog high-frequency circuit unit. The
本実施形態の構成においては、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20(20a、20b、20c)は、実装基板(回路基板)10を構成する誘電体材料10aよりも誘電率が低い低誘電率材料10bによって囲まれて配置されている。より具体的には、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20(20a、20b、20c)は、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20が位置する領域のアンテナ電流分布が低下するように低誘電率材料10bによって囲まれて配置されている。「アンテナ電流分布」とは、携帯無線機(携帯電話)100が基地局からの電波を受信する際の周波数でのアンテナ素子40における電流の分布のことを呼ぶ。一般に、アンテナ電流分布が高い領域ほどアンテナ素子40の感度が良いことを意味し、特に、アンテナ電流分布が高い領域は、アンテナ特性を決める支配的な部分であるため不要輻射ノイズも拾いやすくなる。
In the configuration of the present embodiment, the semiconductor chip 20 (20a, 20b, 20c) that generates unnecessary radiation noise is a low dielectric constant material whose dielectric constant is lower than that of the
図示した例における半導体チップ20aは、実装基板(回路基板)10を構成する誘電体材料10aと低誘電率材料10bとを積層した基板における低誘電率材料10bの層の上に配置されている。半導体チップ20bは、誘電体材料10aからなる基板の表面の一部に形成された低誘電率材料10bの層の上に配置されている。また、半導体チップ20cは、誘電体材料10aからなる実装基板(回路基板)10内に内蔵されており、具体的には、低誘電率材料10bによって覆われた状態で実装基板(回路基板)10(誘電体材料10a)内に埋め込まれている。
The
不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20(20a、20b、20c)以外の半導体チップ22は、誘電体材料10aの上に配置することができる。また、無線回路部30が、高周波回路部を構成する半導体チップを含むモジュール(RFモジュール)から構成されている場合、そのモジュールは、誘電体材料10aの上に配置することができる。不要輻射ノイズを発生しないような半導体チップ22としては、送信IC又は受信ICのような半導体チップを挙げることができる。
Semiconductor chips 22 other than the semiconductor chip 20 (20a, 20b, 20c) that generate unnecessary radiation noise can be disposed on the
また、実装基板(回路基板)10は、筐体60内にセットされている。本実施形態では、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20(20a、20b)を低誘電率材料10bの上に配置するとともに、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20(20a、20b)の上方を、誘電体材料10aよりも誘電率が低い低誘電率材料60b(筐体60中の低誘電率材料60bの部位)によって覆うように構成している。
The mounting board (circuit board) 10 is set in the
図3に示したアンテナ素子40(アンテナ用のグランドパターン)におけるアンテナ電流分布の強度は、アンテナ素子40の端がオープン端となるために小さく、中央に向かって大きくなる傾向となる。そして、携帯無線機(携帯電話)100の中央部(または、実装基板(回路基板)10の中央部)に電流集中部(アンテナ電流の極大エリア)50が位置している。なお、アンテナ電流分布及びノイズ電流分布の「電流」は直接は測定できないため、ループアンテナを有する測定器具を用いてアンテナ磁界分布を測定し、その磁界から電流を算出する。
The intensity of the antenna current distribution in the antenna element 40 (antenna ground pattern) shown in FIG. 3 is small because the end of the
ここで、実装基板(回路基板)10が誘電体材料10aから構成されている場合のアンテナ電流分布の実測値による結果を図5(a)に示す。図5(a)の結果は、実装基板(回路基板)10には低誘電率材料10bは含まれていない構造のものを測定対象としている。なお、図5(a)中の実線の四角は、図5(b)に示した携帯電話の筐体の大きさに対応する。図5(a)からわかるように、携帯電話のほぼ中央に、アンテナ電流分布の強度が高い領域(電流集中部)が存在している。
Here, FIG. 5A shows the result of the measured value of the antenna current distribution when the mounting board (circuit board) 10 is made of the
一方、図6(a)は、図5(a)と同じ構造におけるノイズ電流分布の実測結果を示している。図6(a)中の実線の四角も、図6(b)に示した携帯電話の筐体の大きさに対応する。図6(a)からわかるように、実装基板(回路基板)10の一部の領域には、不要輻射ノイズを発生する半導体チップの存在に起因して、ノイズ電流分布が高い領域が存在する。 On the other hand, FIG. 6A shows an actual measurement result of the noise current distribution in the same structure as FIG. A solid square in FIG. 6A also corresponds to the size of the casing of the mobile phone shown in FIG. As can be seen from FIG. 6A, in a part of the mounting substrate (circuit board) 10, there is a region with a high noise current distribution due to the presence of a semiconductor chip that generates unnecessary radiation noise.
なお、図5及び図6の測定対象の実装基板(回路基板)10の構成を図7(a)及び(b)に示す。図7(b)は、図7(a)におけるVIIB−B線に沿った断面図である。誘電体材料10aからなる実装基板(回路基板)10の表面には、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20が実装されている。不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20は、ストリップ導体52と接地導体54とからなるコプレーナー線路(CPW)を介して、チップ部品(チップコンデンサ又はチップ抵抗)25に接続されている。実装基板(回路基板)10の左側及び右側には、それぞれ、アンテナ素子40a及びアンテナグランド40bを構成する導体が形成されており、また、実装基板(回路基板)10内には層間を接続するビア56が形成されている。なお、実装基板(回路基板)10の中央底部には、給電点35が位置している。図7には、コプレーナー線路の構造のものを示したが、それに限らず、アンテナ素子40を構築する上で、マイクロストリップ線路、埋込み型マイクロストリップ線路、ストリップ線路の構造のものなどを用いることが可能である。
7A and 7B show the configuration of the mounting substrate (circuit board) 10 to be measured in FIGS. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line VIIB-B in FIG. A
上述したように、アンテナ電流分布が高い領域(電流集中部)はアンテナ感度が高いため、その領域は、不要輻射ノイズに反応しやすい。一方で、携帯電話の本来の通信特性としては、アンテナ感度は高い方がもちろん好ましい。すなわち、携帯電話が基地局からの電波を受信する際の周波数において、アンテナ感度は高くなるような構造に設計されることが好ましい。そこで、アンテナ本来の特性(遠方界特性)は劣化させずにそのままで、近傍界特性に改変を加えるべく、一般的に電磁界分布は低誘電率材料よりも高誘電率材料が構成されている部分に集中する性質を有していることから、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20が位置する領域のアンテナ電流分布を低くするために、本実施形態の構成においては、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20は、誘電率が低い低誘電率材料10bによって囲まれて配置されている。図4に示すように、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20を低誘電率材料10bで囲むことによって、アンテナ素子40と不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20との電気的な距離を大きくすることができ、その結果、両者のアイソレーションを向上させることができる。つまり、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20からの不要輻射ノイズ(図2中の1300b参照)がアンテナ素子40から回り込むことを抑制ないし緩和することが可能となる。
As described above, since the antenna sensitivity is high in the region where the antenna current distribution is high (current concentration portion), the region is likely to react to unnecessary radiation noise. On the other hand, as a natural communication characteristic of a cellular phone, it is of course preferable that the antenna sensitivity is high. That is, it is preferable to design the antenna so that the antenna sensitivity is high at the frequency at which the mobile phone receives radio waves from the base station. Therefore, in order to modify the near-field characteristics without degrading the original characteristics (far field characteristics) of the antenna, generally, the electromagnetic field distribution is made of a material with a higher dielectric constant than a material with a low dielectric constant. In order to reduce the antenna current distribution in the region where the
図4に示すように、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20は、種々の手法で低誘電率材料10bによって囲むことができる。不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20aのように、低誘電率材料10bが実装基板(回路基板)10の一部となっている表面(低誘電率材料10bの表面)に不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20を配置してもよいし、半導体チップ20bのように、低誘電率材料10bの層の表面に不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20を配置してもよい。一方、半導体チップ20cのように、実装基板(回路基板)10の中に不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20を埋設し、その周囲を低誘電率材料10bで覆うこともできる。
As shown in FIG. 4, the
半導体チップ20a、20bの場合、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20が低誘電率材料10bが覆われている部位の他は、空気(誘電率が約1)によって覆われていることなる。すでに、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20の上面は、空気(誘電率が約1)によって覆われているので、その効果は達成されているが、さらに、図4(b)に示したように、筐体60の一部(60b)を低誘電率材料から構成することも可能である。
In the case of the
実装基板(回路基板)10には、典型的に、ガラスエポキシ樹脂基板(誘電率4.2〜4.6)が用いられることが多い。したがって、実装基板(回路基板)10を構成する誘電体材料10aがガラスエポキシ樹脂の場合、低誘電率材料10bは、それよりも低い誘電率を持った材料となる。さらに実装基板(回路基板)10を構成する誘電体材料10a(基板材料)の具体例を挙げると、アラミド不織布エポキシ樹脂基板のときは誘電率は3.7であり、ガラス不織布エポキシ樹脂基板のときは誘電率3.7である。また、実装基板(回路基板)10として非常に良く使用されるFR−4の誘電率は4.7である。
Typically, a glass epoxy resin substrate (dielectric constant 4.2 to 4.6) is often used for the mounting substrate (circuit substrate) 10. Therefore, when the
低誘電率材料10bとしては、例えば誘電率が3以下のものを挙げることができる。具体例を挙げると、テフロン(登録商標)の誘電率は2.1である。その他、低誘電率材料10bを用いた基板として、松下電工社製のR4737(誘電率2.56)、ゴアテックス・潤工社製のGRL191D(誘電率1.70)、GRL3210D(誘電率2.70)などがあるので、そのような基板材料を用いることができる。
Examples of the low dielectric
加えて、実装基板(回路基板)10を構成する誘電体材料10a(主材料)の誘電率が大きいものであれば、低誘電率材料10bの誘電率が3を超えるものであってもよい場合があるので、低誘電率材料10bの材料の選択肢が広がる。実装基板(回路基板)10を構成する誘電体材料10aが比較的高い誘電率を有するものとしては、エポキシ樹脂等に、セラミック粉末やアルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、チタン酸バリウム(BaTiO2)、酸化チタン(TiO2)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO2)、BN、AlN、SiN等を混合したものを挙げることができる。具体例を挙げると、松下電工社製のR4728(誘電率10.50)、日立化成工業社製のMCL−HD67(誘電率6.0〜6.1)、三菱ガス化学社製のCCL−HL820(誘電率5.6)などがあるので、そのような基板材料を用いることができる。
In addition, if the dielectric constant of the
また、筐体60の誘電率を調節したい場合には、筐体60の材料に無機フィラーを加えたり、筐体60の部位60bをポーラス状にしたりして、誘電率を調整することができる。なお、筐体60は、携帯無線機(携帯電話)100が折り畳み型の場合には、上筐体と下筐体の2つからの組合せとなるし、携帯無線機(携帯電話)100がストレートタイプの場合には1つのものとなり得る。また、スライド式、リボルバー式のような携帯電話の形態にあわせて、筐体60の構成は適宜好適なものが選択される。
When the dielectric constant of the
本実施形態の携帯無線機(携帯電話)100を作製する場合には、次のようにすればよい。まず、誘電体材料10aと低誘電率材料10bから構成された実装基板(回路基板)10を用意し、次いで、その実装基板(回路基板)10における低誘電率材料10bが位置する領域に、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20を実装する。半導体チップ20aの場合は、誘電体材料10aと低誘電率材料10bとを貼り合わせた基板を作製し、その基板の表面(低誘電率材料10bの表面)に半導体チップ20aを載置すればよい。半導体チップ20bの場合は、誘電体材料10aからなる実装基板(回路基板)10の表面に低誘電率材料10bの層を形成し、次いで、半導体チップ20bを載置すればよい。半導体チップ20cの場合には、部品内蔵基板を形成する手法で、半導体チップ20cを低誘電率材料10bで覆った形態で実装基板(回路基板)10に実装することとなる。なお、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20(特に、半導体チップ20cの場合)を先に低誘電率材料10bで覆った後、実装基板(回路基板)10の上または内部に実装することも可能である。
When the portable wireless device (mobile phone) 100 according to the present embodiment is manufactured, the following may be performed. First, a mounting board (circuit board) 10 composed of a
次に、図8を参照しながら、本実施形態の構成による効果を説明する。図8(a)は、実装基板(回路基板)10を構成する誘電体材料10aがFR−4(誘電率(εr)=4.9)で、その基板に不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20が実装された構成例を示している。それに対し、図8(b)は、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20が実装される領域に、低誘電率材料10bとしてテフロン(登録商標)(誘電率=2.1)を設けた構成例を示している。
Next, effects of the configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8A shows a
それらの構成についてアイソレーションをシミュレーションした結果を図8(c)に示す。図8(c)からわかるように、2GHzの周波数領域帯において、約2〜3dBのアイソレーションの向上が確認できた。シミュレーションの解析対象である図8(a)に示した構造は、すでに良好なアイソレーション特性を示すものであったがゆえに、図8(b)に示した構造にすることによって得られた効果が約2〜3dBのアイソレーションの向上であっても、これは顕著なものであったことを示している。 FIG. 8C shows the result of simulating isolation for these structures. As can be seen from FIG. 8C, an improvement in isolation of about 2 to 3 dB was confirmed in the frequency region band of 2 GHz. The structure shown in FIG. 8A, which is the analysis target of the simulation, has already shown good isolation characteristics. Therefore, the effect obtained by using the structure shown in FIG. Even an improvement in isolation of about 2-3 dB indicates that this was significant.
次に、図9を参照しながら、さらに本実施形態の構成による効果を説明する。図9(a)は、実装基板(回路基板)10を構成する誘電体材料10aがFR−4(誘電率=4.9)で、その基板に不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20が実装され、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20同士をストリップ導体52で接続した構成例を示している。一方、図9(b)は、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20が実装される領域の一部とストリップ導体52が位置する領域に、低誘電率材料10bとしてテフロン(登録商標)(誘電率=2.1)を設けた構成例を示している。さらに、図9(c)に示した構成において、誘電体材料10aを、FR−4(誘電率=4.9)から仮想的な高誘電率材料(誘電率=20)のもの(10a’)に置き換えた構成例を示している。
Next, effects of the configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 9A, the
図9(d)に、図9(a)〜(c)に示した構成におけるアイソレーションのシミュレーションした結果を示す。図9(d)からわかるように、線(a)と(b)とを比較すると、1400〜1800MHzの波長領域帯で、アイソレーション特性の向上の大きな効果が見られた。それを線(c)と比較すると、さらにその効果が大きくなることも確認された。なお、同図の1560MHz付近にあるピークは、共振による極であり、その極の影響を無視したとしても、本実施形態の構成(線(b)、(c))による効果は、1400〜1800MHzの波長領域帯において平均10dBから20dB程度は得られることがわかった。 FIG. 9D shows a simulation result of isolation in the configuration shown in FIGS. 9A to 9C. As can be seen from FIG. 9D, when the lines (a) and (b) were compared, a great effect of improving the isolation characteristics was observed in the wavelength range of 1400 to 1800 MHz. Compared with the line (c), it was confirmed that the effect was further increased. The peak near 1560 MHz in the figure is a pole due to resonance, and even if the influence of the pole is ignored, the effect of the configuration of this embodiment (lines (b) and (c)) is 1400 to 1800 MHz. It was found that an average of about 10 dB to 20 dB can be obtained in the wavelength region band.
なお、図9(b)及び(c)に示した構造は、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20の下面を完全に低誘電率材料10bで囲っていないが、それでも、低誘電率材料10bの効果があることがわかる。したがって、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20の下面を低誘電率材料10bで完全に覆うことが好ましいものの、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20の一部を低誘電率材料10bで覆う形態であってもよい。また、複数の不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20の全てを低誘電率材料10bで囲むことが好ましいが、その中の一部の不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20を低誘電率材料10bで囲むことによっても本実施形態の効果は得られる。特に、不要輻射ノイズの発生源となる電源、クロック、伝送用の各端子を低誘電率材料10bで覆うことが望ましい。
In the structure shown in FIGS. 9B and 9C, the lower surface of the
次に、図10を参照しながら、筐体60に低誘電率材料60bを適用した効果について説明する。図10(a)は、実装基板(回路基板)10を構成する誘電体材料10aがFR−4(誘電率εr=4.9)で、筐体60も、FR−4と同じ誘電率(εr=4.9)の材料から構成した構成例を示している。それに対し、図10(b)は、半導体チップ20が実装される領域の上方に、テフロン(登録商標)(誘電率εr=2.1)と同じ誘電率の材料(低誘電率材料60b)を設けた構成例を示している。その結果を図7(c)に示す。図10(c)からわかるように、ノイズ源側の筐体の誘電率を低くすることによっても、所定の周波数領域帯(2GHz帯、または、1600〜2500GHzの範囲)において、アイソレーションの向上があった。
Next, the effect of applying the low dielectric
本実施形態の携帯無線機(携帯電話)100によれば、実装基板(回路基板)10に実装された不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20、半導体チップ22のうち、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20(20a、20b、20c)が、実装基板(回路基板)10を構成する誘電体材料10aよりも誘電率が低い低誘電率材料10bによって囲まれて配置されているので、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20が位置する領域のアンテナ電流分布が低くすることができ、その結果、不要輻射ノイズ(図2中の1300b参照)がアンテナ素子40から回り込むことを抑制ないし緩和することが可能となる。
According to the portable wireless device (cellular phone) 100 of the present embodiment, the
なお、半導体チップは、ベアチップの他、ベアチップがパッケージされた半導体パッケージ(例えば、チップ・サイズ・パッケージ(CSP)など)の形態であってもよいし、MCM(マルチ・チップ・モジュール)の形態であってもよい。さらに、インターポーザ(中間基板)を低誘電率材料10bから構成して、そのインターポーザに、不要輻射ノイズを発生する半導体チップ20を実装し、そのインターポーザを含むモジュールを実装基板(回路基板)10に搭載することも可能である。
The semiconductor chip may be in the form of a semiconductor package (for example, chip size package (CSP)) in which the bare chip is packaged in addition to the bare chip, or in the form of an MCM (multi-chip module). There may be. Further, the interposer (intermediate substrate) is composed of the low dielectric
また、アンテナ素子40は、実装基板(回路基板)10に内蔵されたグランドプレーン(図3中のグランドパターン143参照)に限定されず、他の形態であってもよい。例えば、図11に示すように、片方の実装基板(回路基板)10の先端側(同図において、右側の実装基板(回路基板)10の左側)において延びる棒状のアンテナ素子40を用いることができる。この例では、携帯無線機(携帯電話)100が折り畳み型の場合には、折り畳んだ時に上方位置にアンテナ素子40が位置し得る。加えて、図12に示すように、片方の実装基板(回路基板)10の後端側(同図において、右側の実装基板(回路基板)10の右側)において延びる棒状のアンテナ素子40を用いてもよい。
Further, the
なお、本実施形態の携帯無線機は、通信機能を有する携帯電話、PDAやノートパソコンを挙げることができ、そして、受信機能をメインとする携帯無線機器、例えば、携帯用テレビ(特に、ワンセグメント対応の携帯TV)にも広く適用可能である。 The portable wireless device of this embodiment can include a mobile phone, a PDA, and a notebook computer having a communication function, and a portable wireless device mainly having a reception function, such as a portable television (particularly, one segment). Applicable to a wide range of portable TVs).
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible.
なお、本発明の実施形態の技術とは本質的に構成を異にするものであるが、低誘電率基板を用いた技術が特開2001−351085号公報に開示されている。しかしながら、この公報に開示されている内容は、本発明の実施形態の技術とは逆に、デジタル回路部を高誘電率基板に配置するものであり、それゆえに、本実施形態の技術とは技術的思想を全く異にするものである。 In addition, although the structure is fundamentally different from the technique of the embodiment of the present invention, a technique using a low dielectric constant substrate is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-351085. However, the content disclosed in this publication is that the digital circuit unit is arranged on a high dielectric constant substrate, contrary to the technique of the embodiment of the present invention. Therefore, the technique of the present embodiment is a technique. The philosophy is completely different.
本発明によれば、不要輻射ノイズの対策を施した携帯無線機(例えば、携帯電話)を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the portable radio | wireless machine (for example, mobile phone) which took the countermeasure of unnecessary radiation noise can be provided.
10 実装基板(回路基板)
10a 誘電体材料
10b 低誘電率材料
20 不要輻射ノイズを発生する半導体チップ
22 半導体チップ
30 無線回路部
35 給電点
40 アンテナ素子
52 ストリップ導体
54 接地導体
56 ビア
60 筐体
100 携帯無線機(携帯電話)
101 上部筐体
102 下部筐体
103 ヒンジ部
104 板状導体
106 下部アンテナ素子
110 給電点
112 給電線
142 プリント基板
143 グランドパターン
1000 携帯電話
1100 デジタル部品(デジタル回路部)
1100a コントローラ
1100b 画像信号処理回路
1200 アンテナ
1300 不要輻射ノイズ
1400 無線回路部(RF回路部)
1450 復調回路
1500 液晶表示部
10 Mounting board (circuit board)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
1450
Claims (8)
誘電体材料から構成された実装基板と、
前記実装基板に実装された複数の半導体チップと、
前記実装基板に設けられた無線回路部と、
前記無線回路部に接続されたアンテナ素子と
を備え、
前記複数の半導体チップのうち、不要輻射ノイズを発生する第1半導体チップは、前記実装基板を構成する前記誘電体材料よりも誘電率が低い低誘電率材料によって囲まれて配置されている、携帯無線機。 A portable wireless device including a plurality of semiconductor chips,
A mounting substrate made of a dielectric material;
A plurality of semiconductor chips mounted on the mounting substrate;
A wireless circuit portion provided on the mounting substrate;
An antenna element connected to the wireless circuit unit,
Of the plurality of semiconductor chips, a first semiconductor chip that generates unwanted radiation noise is surrounded by a low dielectric constant material having a dielectric constant lower than that of the dielectric material constituting the mounting substrate. transceiver.
前記第2半導体チップは、前記低誘電率材料が位置する領域以外の前記実装基板に設けられている、請求項1に記載の携帯無線機。 The wireless circuit unit includes a second semiconductor chip constituting a high-frequency circuit unit,
2. The portable wireless device according to claim 1, wherein the second semiconductor chip is provided on the mounting substrate other than a region where the low dielectric constant material is located.
少なくとも前記第1半導体チップの上方は、前記実装基板を構成する前記誘電体材料よりも誘電率が低い低誘電率材料からなる筐体によって覆われている、請求項1に記載の携帯無線機。 The first semiconductor chip is disposed on the layer made of the low dielectric constant material,
2. The portable wireless device according to claim 1, wherein at least an upper portion of the first semiconductor chip is covered with a housing made of a low dielectric constant material having a dielectric constant lower than that of the dielectric material constituting the mounting substrate.
前記実装基板のうち、他の部分よりも誘電率が低い低誘電率材料が位置する領域に、不要輻射ノイズを発生する半導体チップを実装する工程と
を含む、携帯無線機の製造方法。 Preparing a mounting substrate composed of a plurality of dielectric materials having different dielectric constants;
Mounting a semiconductor chip that generates unwanted radiation noise in a region where a low dielectric constant material having a lower dielectric constant than other portions of the mounting substrate is located.
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