JP2013197328A - ノイズ抑制部材 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板の実装の妨げとならず、電磁干渉を抑制しつつ通信品質を良好に維持できるノイズ抑制部材を提供する。
【解決手段】回路であるコプレーナ線路Ｂに近接配置された磁性薄膜Ｄを備え、所定の周波数帯ｆ_ｔで、磁性薄膜Ｄ内部の磁気抵抗と、磁性薄膜Ｄからの漏洩磁束の経路の磁気抵抗との和が０となるよう構成されている。回路の通信周波数帯が、磁性薄膜Ｄのシールド効果が負となる所定の周波数範囲Ｗ内に含まれることが好ましい。磁性薄膜Ｄは、強磁性共鳴周波数以上の周波数帯域で比透磁率の実部が負となる軟磁性薄膜であることが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、回路から放射される電磁波を遮断するためのノイズ抑制部材に関する。

携帯電話等の電子機器の回路では、回路から放射された電磁波が電磁干渉を起こすという問題がある。近年、電子機器の小型化や高性能化の要望にこたえる形で、回路基板や部品の高密度実装化が進んでおり、回路基板間や部品間の間隔が小さくなることに起因して、電磁干渉の問題が深刻となっている。このような電磁干渉の対策の一つとして、従来、回路の近傍に、結合材中にフェライト粉末を分散して作製されたノイズ抑制シートを配置したり（例えば、特許文献１参照）、回路の近傍に、フェライト粉末を焼結して作製されたノイズ抑制シートを配置したりするもの（例えば、特許文献２参照）があった。

：特開２０１０−９７９６９号公報 ：特開２００９−２９００７５号公報

これら特許文献１や特許文献２に記載のノイズ抑制シートは、あまり薄くしすぎると厚さに比例して電磁干渉抑制効果が低下し、さらに破損する虞があるため、１ミリ程度の厚みが必要となる。このため、ノイズ抑制シートを回路の近傍に配置する際に、回路基板の実装に支障をきたすことがあるという課題があった。しかも、回路が高周波集積回路（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＲＦＩＣ）である場合、回路から放射される電磁波だけでなく、通信周波数帯で発生する信号も遮断されるため、通信品質の低下が懸念されるという課題もあった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、回路基板の実装の妨げとならず、電磁干渉を抑制しつつ通信品質を良好に維持できるノイズ抑制部材を提供することを目的としている。

本発明に係るノイズ抑制部材は、回路から放射される電磁波を遮断するためのノイズ抑制部材であって、前記回路に近接配置された磁性薄膜を備え、所定の周波数帯で、前記磁性薄膜内部の磁気抵抗と、前記磁性薄膜からの漏洩磁束の経路の磁気抵抗との和が０となるよう構成されていることを特徴とする。

本発明に係るノイズ抑制部材は、前記回路の通信周波数帯が、前記磁性薄膜のシールド効果が負となる所定の周波数範囲内に含まれることが好ましい。また、前記磁性薄膜は、強磁性共鳴周波数以上の周波数帯域で比透磁率の実部が負となる軟磁性薄膜であることが好ましい。また、この場合、前記軟磁性薄膜は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＣｒＮｂ、ＣｏＺｒＮｂ、ＮｉＦｅＮｂ、ＣｏＺｒＯ、ＣｏＡｌＯ、ＣｏＰｄＡｌＯから選択される１または複数の材料で構成されていることが好ましい。また、前記軟磁性薄膜は、厚みが、１００ｎｍ〜５μｍであることが好ましい。また、前記軟磁性薄膜と前記回路との間隔が、２μｍ〜１０μｍであることが好ましい。

本発明のノイズ抑制部材を用いることで、ノイズ抑制部材の回路基板への実装が容易となる。しかも、通信周波数帯の近傍の周波数でシールド効果が負になるため、信号が遮断されずに通信品質を良好に維持できながらも、通信周波数帯の近傍以外の周波数でシールド効果が正になるため、回路から放射された電磁波を遮断して電磁干渉を効果的に抑制できる。このように、本発明によれば、回路基板の実装の妨げとならず、電磁干渉を抑制しつつ通信品質を良好に維持できるノイズ抑制部材を提供することができる。

本発明の実施の形態のノイズ抑制部材の磁性薄膜を用いた帯域通過フィルタの概要を示す側面図である。 本発明の実施の形態のノイズ抑制部材の、ＣｏＺｒＮｂ製の磁性薄膜の比透磁率の周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態のノイズ抑制部材の、シールド効果の測定系を示す斜視図である。 本発明の実施の形態のノイズ抑制部材の、信号線周りの磁気回路網を示す回路図である。 本発明の実施の形態のノイズ抑制部材の、シールド効果ＳＥの周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態のノイズ抑制部材の、磁気抵抗の周波数特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態のノイズ抑制部材を図面に基づいて詳細に説明する。
図１、図３に示すように、ガラスエキポシ製（Ｇｌａｓｓ ｅｐｏｘｙ）の基板Ａの上に、グラウンド（Ｇｒｏｕｎｄ）に接続されたコプレーナ線路（Ｃｏｐｌａｎａｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）Ｂ（回路の一例）が配置されている。コプレーナ線路Ｂの寸法は、信号線幅１６０μｍ、厚み３５μｍ、グラウンドギャップ３０μｍとし、直流抵抗を無視した場合に特性インピーダンスが５０Ωに整合するよう設計した。このコプレーナ線路Ｂ上に、厚み２ｍｍのガラス基板（Ｇｌａｓｓ）Ｃの上に製膜した膜厚０．２５μｍの磁性薄膜（Ｃｏ_８５Ｚｒ_３Ｎｂ_１２膜、ＣｏＺｒＮｂ ｆｉｌｍ）Ｄを、コプレーナ線路Ｂと磁性薄膜が近接するよう配置した。磁性薄膜（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｌｍ）Ｄは、本発明の実施の形態のノイズ抑制部材を成している。

尚、ＣｏＺｒＮｂの組成比は、Ｃｏ_８５Ｚｒ_３Ｎｂ_１２に限られるものではない。また、磁性薄膜Ｄとして、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＣｒＮｂ、ＣｏＺｒＮｂ、ＮｉＦｅＮｂ、ＣｏＺｒＯ、ＣｏＡｌＯ、ＣｏＰｄＡｌＯ等の軟磁性薄膜も利用可能である。膜厚は、０．２５μｍに限られるものではなく、１００ｎｍ〜５μｍの範囲であればよい。

この磁性薄膜Ｄの周波数特性を、図２に示す。図２に示すように、比透磁率（Ｒｅｌａｃｔｉｖｅ Ｐｅｍｅａｂｉｌｉｔｙ）は０．１ＧＨｚにおいて７００程度、強磁性共鳴周波数ｆ_ｒは１．１ＧＨｚである。アジレント製のネットワークアナライザ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｎａｌｙｚｅｒ）Ｅを用いて、この磁性薄膜Ｄのシールド効果を計測した。図３に示すように、ネットワークアナライザＥのポート１（Ｐｏｒｔ １）より、０ｄＢｍの電力をコプレーナ線路Ｂの一端から入力し、他端を５０Ω抵抗により終端させ、コプレーナ線路Ｂの上方に配置されたシールディドループコイル型の磁界プローブ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｂｅ）Ｆを用いて、ネットワークアナライザＥのポート２（Ｐｏｒｔ ２）で信号を検出した。シールド効果（ＳＥ）を下記の（１）式で評価した。

ここで、Ｈ_ｗｏ、Ｖ_ｗｏおよびｓ_ｗｏ１２は、それぞれ磁性薄膜Ｄがない場合における磁界強度、プローブでの誘起電圧、および透過係数を示している。Ｈ_ｍ、Ｖ_ｍおよびｓ_ｍ１２は、それぞれ磁性薄膜Ｄを配置した場合における磁界強度、プローブでの誘起電圧、および透過係数を示している。

図４に示すように、磁性薄膜Ｄの漏洩磁束を含めた磁気回路をモデルとして、シールド効果を計算した。特定の周波数帯域において、磁束が磁性薄膜Ｄを透過する現象の理解を行うため、磁性薄膜Ｄ内外の磁気抵抗の周波数特性を考察した。ここで、Ｒ’_ｍおよびＲ’’_ｍは、それぞれ磁性薄膜Ｄ内の磁気抵抗の実部および虚部を示している。Ｒ_ｌｐおよびＲ_ｌｖは、それぞれ磁性薄膜Ｄからの漏洩磁束の磁気抵抗（Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ ｏｆ ｌｅａｋａｇｅ ｆｌｕｘ）を示している。Ｒ_ｄｌおよびＲ_ｄｖは、信号線周りの磁気抵抗を示している。Ｒ_ｌｐおよびＲ_ｌｖの導出には、パーミアンス法を用いた。このとき、信号線を流れる伝導電流は周波数に対して一定値とし、磁性薄膜Ｄ内のシールド効果に対する渦電流の影響は小さいものと仮定した。

図５に示すように、シールド効果の計測値（Ｍｅａｓ．）と計算値（Ｃａｌｃ．）とを比較して、このモデルの妥当性を検討し、磁性薄膜Ｄを用いた帯域通過フィルタのメカニズムを実証した。シールド効果は、磁性薄膜Ｄの強磁性共鳴周波数である１．１ＧＨｚまでは２〜４ｄＢであり、磁性薄膜Ｄのシールド効果が得られている。一方、シールド効果は、１．１〜１．５ＧＨｚまで単調に減少し、最小となった後に上昇した。１．５ＧＨｚでは、シールド効果が負となっており、この周波数帯においては、磁束が磁性薄膜Ｄを透過している。また、計算値は、計測値と傾向がよく一致しており、特に磁束を透過する周波数帯域についてはほぼ一致している。

図６に、磁性薄膜Ｄ内外の磁気抵抗（Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）の周波数特性を示す。図６の黒の実線（Ｒ’_ｍ）は、磁性薄膜Ｄ内部の磁気抵抗の実部を示し、灰色の実線（Ｒ_ｌ）は、漏洩磁束の経路における磁気抵抗を示している。図６に示すように、膜固有の強磁性共鳴周波数１．１ＧＨｚ以上においては、磁性薄膜Ｄの比透磁率が負となることから、磁気抵抗内部の磁束は、周波数範囲において負の値となり、単調減少する。その結果、膜固有の強磁性共鳴周波数以上の周波数帯域において、磁性薄膜Ｄの磁気抵抗と漏洩磁束の経路の磁気抵抗との和が０となる所定の周波数帯ｆ_ｔが存在する。このことから、磁性薄膜Ｄ及び漏洩磁束の経路において、磁気回路が電気回路の共振現象に近い現象が発生し、膜内を流れる磁束および漏洩磁束が増大し、図５に示すように、シールド効果が負となることが明らかとなった。このとき、磁性薄膜Ｄのシールド効果が負となる所定の周波数範囲Ｗ内に、高周波集積回路の通信周波数帯が含まれることが好ましい。このように構成すれば、信号が遮断されずに通信品質を良好に維持できながらも、回路から放射された電磁波を遮断して電磁干渉を効果的に抑制できる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。

Ａ 基板
Ｂ コプレーナ線路
Ｃ ガラス基板
Ｄ 磁性薄膜
Ｅ ネットワークアナライザ
Ｆ シールディドループコイル型の磁界プローブ
ｆ_ｔ 所定の周波数帯
Ｗ 所定の周波数範囲

Claims (6)

1. 回路から放射される電磁波を遮断するためのノイズ抑制部材であって、
   前記回路に近接配置された磁性薄膜を備え、
   所定の周波数帯で、前記磁性薄膜内部の磁気抵抗と、前記磁性薄膜からの漏洩磁束の経路の磁気抵抗との和が０となるよう構成されていることを
   特徴とするノイズ抑制部材。
2. 前記回路の通信周波数帯が、前記磁性薄膜のシールド効果が負となる所定の周波数範囲内に含まれることを特徴とする請求項１記載のノイズ抑制部材。
3. 前記磁性薄膜は、強磁性共鳴周波数以上の周波数帯域で比透磁率の実部が負となる軟磁性薄膜であることを特徴とする請求項１または２記載のノイズ抑制部材。
4. 前記軟磁性薄膜は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＣｒＮｂ、ＣｏＺｒＮｂ、ＮｉＦｅＮｂ、ＣｏＺｒＯ、ＣｏＡｌＯ、ＣｏＰｄＡｌＯから選択される１または複数の材料で構成されていることを特徴とする請求項３記載のノイズ抑制部材。
5. 前記軟磁性薄膜は、厚みが、１００ｎｍ〜５μｍであることを特徴とする請求項３または４記載のノイズ抑制部材。
6. 前記軟磁性薄膜と前記回路との間隔が、２μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のノイズ抑制部材。