JP2017143113A - Electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導電性部材に固定されたプリント回路板を有する電子機器に関する。 The present invention relates to an electronic device having a printed circuit board fixed to a conductive member.
複写機等の大型の電子機器は、剛性を保つための導電性部材(筐体)、機器制御を行うためのCPU等の半導体装置がプリント配線板上に実装されたプリント回路板、プリント回路板間を信号伝送するためのケーブル等で構成されている(特許文献1参照)。 Large electronic devices such as copiers have a printed circuit board or printed circuit board on which a conductive member (housing) for maintaining rigidity, a semiconductor device such as a CPU for controlling the device is mounted on a printed wiring board It is comprised with the cable etc. for signal transmission between (refer patent document 1).
特許文献1では、プリント回路板は、導電性の筐体に導電性のスペーサを利用して導電接続されて固定されている。プリント回路板は、導電性の筐体の平板部へ固定され、プリント回路板の位置固定及び剛性確保、プリント回路板のグラウンド電位安定、プリント回路板で発生する電磁波ノイズの抑制並びに外部ノイズのプリント回路板への影響抑制のために行われる。
In
しかしながら、プリント回路板と導電性部材とを対向させた特許文献1の構造では、プリント回路板と導電性部材との間に発生する電磁波の共振により、ある特定周波数において強い電磁波ノイズを放射する問題があった。
However, in the structure of
そこで、本発明は、プリント回路板と導電性部材との間の共振で発生する電磁波ノイズの放射を低減することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce radiation of electromagnetic wave noise generated by resonance between a printed circuit board and a conductive member.
本発明の電子機器は、導電性部材と、前記導電性部材に固定されたプリント回路板と、を備え、前記プリント回路板は、信号配線が形成されたプリント配線板と、前記プリント配線板に実装され、前記信号配線にデジタル信号を出力する第1半導体装置と、前記プリント配線板に実装され、前記第1半導体装置から出力された前記デジタル信号を前記信号配線を介して入力する第2半導体装置と、を有し、前記信号配線は、前記プリント配線板において前記導電性部材と対向する表層に形成された信号配線パターンを有し、前記導電性部材は、前記信号配線パターンに対向し、開孔が形成された開孔形成部を有することを特徴とする。 The electronic device of the present invention includes a conductive member and a printed circuit board fixed to the conductive member, and the printed circuit board includes a printed wiring board on which signal wiring is formed, and the printed wiring board. A first semiconductor device that is mounted and outputs a digital signal to the signal wiring, and a second semiconductor that is mounted on the printed wiring board and receives the digital signal output from the first semiconductor device via the signal wiring. The signal wiring has a signal wiring pattern formed in a surface layer facing the conductive member in the printed wiring board, the conductive member is opposed to the signal wiring pattern, It has the hole formation part in which the hole was formed, It is characterized by the above-mentioned.
本発明によれば、プリント回路板と導電性部材との間の共振で発生する電磁波ノイズの放射を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce electromagnetic noise generated by resonance between a printed circuit board and a conductive member.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1(a)は、第1実施形態に係る電子機器の一部を示す斜視図である。図1(b)は、第1実施形態に係る電子機器の一部を示す断面図である。電子機器100は、例えば、複写機等の画像形成装置であり、図1(a)および図1(b)には、画像形成装置の制御部およびその近傍を図示している。
[First Embodiment]
FIG. 1A is a perspective view illustrating a part of the electronic apparatus according to the first embodiment. FIG. 1B is a cross-sectional view showing a part of the electronic apparatus according to the first embodiment. The
電子機器100は、導電性部材である金属製の筐体200と、筐体200に間隔をあけて対向して配置され、筐体200に導電性(金属製)の接続部材であるスペーサ(立ち上げ部)250で固定されたプリント回路板300と、を備えている。具体的には、筐体200は、平板状の部材である平板部201を有し、平板部201にプリント回路板300が固定されている。プリント回路板300には、不図示の他のプリント回路板にケーブルで接続されおり、プリント回路板間でケーブルを介してデジタル信号の送受信を行う。第1実施形態では、スペーサ250は、筐体200(平板部201)と一体に取り付けられている。
The
筐体200は、プリント回路板300の位置固定及び剛性確保、プリント回路板300のグラウンド電位安定、プリント回路板300で発生する電磁波ノイズの抑制並びに外部ノイズのプリント回路板300への影響抑制のために機器内部に配置されている。
The
プリント回路板300は、プリント配線板301と、プリント配線板301に実装された第1半導体装置である半導体装置(IC)351と、プリント配線板301に実装された第2半導体装置である半導体装置(IC)352と、を有する。半導体装置351は、半導体装置352にデジタル信号を送信し、半導体装置352は、半導体装置351から送信されたデジタル信号を受信して動作する。
The printed
プリント配線板301は、一対の表層311,312を有する2層以上のプリント配線板である。半導体装置351,352は、プリント配線板301の一方の表層311に実装されている。表層311は、筐体200(平板部201)に対向する(固定される)側の表層である。
The printed
プリント配線板301には、半導体装置351の信号端子(出力端子)と半導体装置352の信号端子(入力端子)とを接続する、デジタル信号の伝送路となる信号配線320Sが形成されている。
The printed
半導体装置351は、デジタル信号、具体的にはクロック信号を信号配線320Sに出力する出力回路を有し、半導体装置352は、半導体装置351が信号配線320Sに出力した信号を入力する入力回路を有する。
The
表層311には、信号配線320Sを構成する信号配線パターン321Sと、グラウンド配線を構成するグラウンドパターン321Gとが形成されている。なお、図示は省略するが、表層311には、電源配線を構成する電源配線パターンが形成されている。
On the
第1実施形態では、信号配線320Sの全てが表層311に形成された信号配線パターン321Sである。そして、信号配線パターン321Sは、直線状に延びて形成されている。
In the first embodiment, all of the signal wirings 320 </ b> S are signal wiring patterns 321 </ b> S formed on the
ここで、プリント配線板301の面(表層)311の接線方向であって信号配線パターン321Sの延びる配線方向(と平行な方向)をX方向とする。プリント配線板301の面311の接線方向であってX方向と直交する方向をY方向とする。プリント配線板301の面311の法線方向をZ方向とする。
Here, the tangential direction of the surface (surface layer) 311 of the printed
プリント配線板301の四隅は、導電性のビス251でスペーサ250に固定されている。具体的には、プリント配線板301に形成された貫通孔360とスペーサ250に形成されたビス穴260とを一致させてビス251で固定されている。
The four corners of the printed
プリント配線板301の表層311の少なくとも四隅には、グラウンドパターン321Gが形成されており、グラウンドパターン321Gと筐体200とがスペーサ250で電気的に接続されている。つまり、プリント回路板300は、スペーサ250により筐体200に接地されている。
ここで、比較例の電子機器について説明する。図10(a)は、比較例の電子機器の一部を示す斜視図である。図10(b)は、比較例の電子機器の一部を示す断面図である。 Here, an electronic device of a comparative example will be described. FIG. 10A is a perspective view illustrating a part of an electronic apparatus according to a comparative example. FIG. 10B is a cross-sectional view illustrating a part of the electronic device of the comparative example.
比較例の電子機器100Xは、第1実施形態の電子機器100と筐体の構造が異なる。それ以外の構成は、第1実施形態と同様である。導電性の筐体200Xは、平板状の部材である平板部201Xで構成されている。平板部201Xには、信号配線パターン321Sに対向する貫通孔である開孔(開口ともいう)は形成されていない。平板部201Xには、プリント回路板300がスペーサ250を介して固定されている。
The
平板部201Xとプリント配線板301の表層311にあるグラウンドパターン321Gは、その対向構造により共振が発生する。この対向構造に電磁波ノイズが供給されると、その共振周波数で強い電磁波ノイズが放射される。
In the
特に、信号配線パターン321Sをクロック信号が伝送される場合、クロック信号の高調波成分が信号配線パターン321Sの近傍の対向した平板部201Xの部分に、図10(b)の矢印で示すような電磁界結合を起こす。その結果、クロック信号の高調波成分が、平板部201Xを伝搬して拡がっていくことにより、平板部201Xとプリント配線板301との対向構造に供給される。そして、クロック信号の高調波成分と、その対向構造の共振周波数が重なった周波数において、強い電磁波ノイズが放射される。
In particular, when a clock signal is transmitted through the
そこで、第1実施形態の筐体200の平板部201は、信号配線パターン321Sに対向する、貫通孔である開孔(開口ともいう)202が形成された開孔形成部210を有する。
Therefore, the
第1実施形態では開孔形成部210には1つの開孔202が形成されている。開孔形成部210に形成された開孔202が1つであるため、開孔202と開孔形成部210とは同じ大きさである。
In the first embodiment, one
プリント配線板301の四隅は、平板部201にスペーサ250を介して固定されている。開孔202(開孔形成部210)は、プリント配線板301の面311の法線方向(Z方向)から見て、信号配線パターン321Sの一部または全部、好ましくは全部を包含する大きさである。
The four corners of the printed
プリント回路板300の信号配線パターン321Sからはクロック信号の高調波成分の電磁波ノイズが放射されるが、筐体200の開孔202により、筐体200への電磁界結合は、開孔202のない比較例の場合と比較して小さくなる。
The
そのため、クロック信号の高調波成分が平板部201を伝搬して拡がっていく量が減少し、プリント配線板301と筐体200との間で生じる共振による電磁波ノイズの放射が低減する。このように、筐体200に開孔202を設けたことにより、プリント配線板301と筐体200との均一な対向構造が崩され、共振が抑制され、その結果、共振周波数における電磁波ノイズの放射量が低減する。
Therefore, the amount of the harmonic component of the clock signal that propagates through the
つまり、信号配線パターン321Sから放射される電磁波ノイズの総エネルギーが低減するものではないが、プリント回路板300と筐体200との間の共振で発生する電磁波ノイズの電界強度のピークを低減することができる。したがって、共振による電磁波ノイズの放射を低減することができ、電磁波ノイズが他の電子機器に及ぼす影響を低減することができる。
That is, the total energy of the electromagnetic wave noise radiated from the
また、放射される電磁波ノイズの電界強度のピークが低減するので、シールドボックスでプリント回路板300を覆う必要がなくなる。そして、シールドボックスがない分、プリント回路板300(プリント配線板301)に接続するケーブルの引き回しが容易となる。また、組立も容易になる。
Moreover, since the peak of the electric field intensity of the radiated electromagnetic wave noise is reduced, it is not necessary to cover the printed
なお、第1実施形態では、信号配線パターン321Sが直線状である場合について説明したが、屈曲部を持った信号配線パターンであってもよい。その場合、開孔は信号配線パターンの屈曲した形状を投影した形状であってもよい。
In the first embodiment, the case where the
また、第1実施形態では、信号配線320Sを伝搬するデジタル信号がクロック信号である場合について説明したが、これに限定するものではない。クロック信号の場合、電磁波ノイズの電界強度のピークを効果的に低減できるが、クロック信号以外のデジタル信号、例えば制御信号やデータ信号等のデジタル信号であっても、電磁波ノイズの電界強度のピークを低減することができる。
In the first embodiment, the case where the digital signal propagating through the
(実施例1)
上記した作用効果を確認するために、プリント回路板300と筐体200との対向構造で発生する、距離3[m]の位置における電界強度の電磁界シミュレーション計算を行った結果を示す。
Example 1
In order to confirm the above-described effects, the result of the electromagnetic field simulation calculation of the electric field strength at a distance of 3 [m] generated in the opposing structure of the printed
電磁界シミュレーションはCST社のMW−STUDIOを使用した。平板部201は、横(X方向)310[mm]、縦(Y方向)230[mm]の導電性平板とした。平板部201の下に横300[mm]、縦210[mm]のプリント配線板301が配置されている構成とした。接地用の導電性のスペーサ250の高さは、5[mm]とした。デジタル信号の伝送線路である信号配線パターン321Sは、表層311の中央に配置され、長さ40[mm]、幅0.2[mm]とした。
For electromagnetic field simulation, MW-STUDIO of CST was used. The
ノイズ源は、デジタル信号を出力する半導体装置351の代わりに、1[V]のガウシアンパルスを設定し、デジタル信号を入力する半導体装置352の代わりに、1[MΩ]の抵抗を設定した。開孔202は、Z方向から見て、長方形状に形成されているものとした。
As the noise source, a Gaussian pulse of 1 [V] was set instead of the
開孔202のサイズは、Y方向の長さをL1、X方向の長さをL2としたときに、L1=30[mm]、L2=50[mm]に設定した。
The size of the
図2は、実施例1と比較例の電界強度のシミュレーション結果を示すグラフである。図2に示すグラフは、プリント回路板300から距離3[m]離れた位置における電界強度のシミュレーション結果である。横軸に周波数、縦軸に電界強度を示す。なお、比較例では、開孔がない以外実施例1と同じ構成としてシミュレーションした。図2中、実線が実施例1(開孔あり)のシミュレーション結果、破線が比較例(開孔なし)のシミュレーション結果である。
FIG. 2 is a graph showing simulation results of the electric field strengths of Example 1 and Comparative Example. The graph shown in FIG. 2 is a simulation result of the electric field strength at a position 3 [m] away from the printed
計算(シミュレーション)結果から、図2に示すように、周波数330[MHz]と690[MHz]に電界強度のピークがある。これがプリント回路板300(プリント配線板301)と筐体200との対向構造における共振による電界強度ピークである。図2より、比較例(開孔なし)よりも実施例1(開孔あり)のほうが、電界強度のピークが低く電磁波ノイズの放射量が低減されていることがわかる。
From the calculation (simulation) results, as shown in FIG. 2, there are electric field intensity peaks at frequencies 330 [MHz] and 690 [MHz]. This is the electric field strength peak due to resonance in the opposing structure of the printed circuit board 300 (printed wiring board 301) and the
次に、開孔202のサイズに依存する電磁波ノイズの放射量の低減効果を確認するため、開孔202のY方向の長さL1と、X方向の長さL2とをそれぞれ変えた場合の計算(シミュレーション)結果を示す。
Next, in order to confirm the effect of reducing the radiation amount of electromagnetic noise depending on the size of the
まず、開孔202の長さL1を変えて計算した結果を図3(a)に示す。図3(a)は、実施例1において開孔202の長さL1を変えた場合の電磁波ノイズの電界強度のシミュレーション結果を示すグラフである。図3(a)に示すグラフは、ノイズ源の基本周波数に近く、問題になりやすい低い周波数である330[MHz]付近の電界強度のピーク値を比較したものである。
First, FIG. 3A shows the result of calculation with the length L1 of the
信号配線パターン321Sの幅を0.2[mm]、プリント配線板301の面(表層)311と平板部201との距離L4を5[mm]とした。信号配線パターン321Sの幅は、距離L4に対して1/25以下と小さい。そのため、信号配線幅の0.2[mm]を加えずに、プリント配線板301と筐体200の平板部201との距離L4(5[mm])の倍数でL1の長さを変化させた。長さL2は50[mm]に固定した。また、開孔202は、信号配線パターン321Sの中央に対向する位置を中心に、+Y方向および−Y方向に長さを可変した。
The width of the
距離L4(5[mm])に対して長さL1が1倍では約1[dB]のノイズ低減効果があった。距離L4(5[mm])に対して長さL1が2倍の10[mm]では、約4[dB]のノイズ低減効果があった。 When the length L1 is one time the distance L4 (5 [mm]), there was a noise reduction effect of about 1 [dB]. When the length L1 is 10 [mm] which is twice the distance L4 (5 [mm]), there was a noise reduction effect of about 4 [dB].
更に開孔202の長さL1を長くして、長さL1が距離L4(5[mm])に対して7倍及び8倍となる35[mm]及び40[mm]で最も低減効果が高く、約24[dB]の低減効果があった。そして、長さL1が距離L4(5[mm])に対して10倍となる50[mm]まで3[dB]以上の抑制効果が確認された。しかし、長さL1を長くするほど、ピーク以外の電磁波ノイズの漏えいが増大する。また、むやみに開孔202を大きくすると、プリント回路板300のグラウンド電位安定、外部ノイズのプリント回路板300への影響抑制などの導電性の筐体200のメリットが損なわれる。そのため、ノイズ低減効果から考えると、開孔202は、Y方向の長さが距離L4の2倍以上8倍以下の長さに信号配線パターン321Sの配線幅を加えた長さを有するのが好ましい。
Further, the length L1 of the
次に、開孔202の長さL2を変えて計算した結果を図3(b)に示す。図3(b)は、実施例1において開孔202の長さL2を変えた場合の電磁波ノイズの電界強度のシミュレーション結果を示すグラフである。図3(b)に示すグラフは、ノイズ源の基本周波数に近く、問題になりやすい低い周波数である330[MHz]付近の電界強度のピーク値を比較したものである。長さL1は30[mm]に固定した。また、開孔202は、信号配線パターン321Sの中央に対向する位置を中心に、半導体装置351,352に向う−X方向および+X方向に長さを可変した。
Next, FIG. 3B shows the result of calculation with the length L2 of the
信号配線パターン321Sの長さ40[mm]に対して、開孔202の長さL2が0.25倍の10[mm]では、約1[dB]の低減効果があり、0.5倍の20[mm]では、約4[dB]の低減効果があった。
When the length L2 of the
更に開孔202の長さL2を長くして、長さL2が信号配線長の40[mm]に対して1.5倍となる60[mm]で最もノイズ低減効果が高く、約25[dB]の低減効果があった。そして、長さL2が信号配線長の2倍となる80[mm]まで3[dB]以上の抑制効果が確認された。
Further, the length L2 of the
しかし、長さL2を長くするほど、ピーク以外の電磁波ノイズの漏えいが増大する。また、むやみに開孔202を大きくすると、プリント回路板300のグラウンド電位安定、外部ノイズのプリント回路板300への影響抑制などの導電性の筐体200のメリットが損なわれる。そのため、ノイズ低減効果から考えると、開孔202は、X方向の長さが、前記信号配線パターン321SのX方向の長さの0.5倍以上1.5倍以下であるのが好ましい。
However, as the length L2 is increased, the leakage of electromagnetic noise other than the peak increases. Further, if the
すなわち、長さL2が信号配線パターン321SのX方向の長さの1倍の場合には、開孔202(開孔形成部210)は、Z方向から見て、信号配線パターン321Sの全てを包含している。開孔202が、Z方向から見て、電磁波ノイズの放射源となる信号配線パターン321Sの全てを包含することで、共振による電磁波ノイズの放射量を効果的に低減することができる。
That is, when the length L2 is one time the length of the
また、ノイズ放射源を遮蔽するという観点から、開孔202(開孔形成部210)は、Z方向から見て、半導体装置351を包含しないのが好ましい。これにより、半導体装置351から生じる電磁波ノイズが開孔202を通じて漏れるのを抑制することができる。
Further, from the viewpoint of shielding the noise radiation source, it is preferable that the opening 202 (opening forming part 210) does not include the
さらに、受信側である半導体装置352においても、開孔202(開孔形成部210)が、Z方向から見て、半導体装置352を包含しないようにするのが好ましい。これにより、電磁波ノイズの放射量を低減することができる。
Further, also in the
(実施例2)
実施例1では、第1実施形態の電子機器100の構成において、半導体装置351の代わりに、ノイズ源としてガウシアンパルスを設定した場合についてシミュレーションした。実施例2では、第1実施形態の電子機器100の構成において、半導体装置351がクロック信号を出力した場合についてシミュレーションした結果を示す。
(Example 2)
In Example 1, the case where a Gaussian pulse was set as a noise source in place of the
ここで、クロック信号について説明する。図4(a)は、クロック信号の波形図、図4(b)は、クロック信号の周波数スペクトラムを示すグラフである。 Here, the clock signal will be described. 4A is a waveform diagram of the clock signal, and FIG. 4B is a graph showing the frequency spectrum of the clock signal.
クロック信号は台形波である。クロック信号の振幅をA、周期をT、立ち上がり時間をtr、パルス幅をτとしたとき、その周波数スペクトラムとの関係は図4(a)および図4(b)のようになる。 The clock signal is a trapezoidal wave. When the amplitude of the clock signal is A, the period is T, the rise time is tr, and the pulse width is τ, the relationship with the frequency spectrum is as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
ここで、プリント回路板300(プリント配線板301)と筐体200との対向構造による最も低次の共振周波数をfrとする。ノイズ源から出力されるクロック信号の高調波成分が十分に低減していない領域に共振周波数frがあると、共振による電磁波ノイズが大きくなるリスクが高く、信号配線パターン321Sから筐体200への電磁界結合を抑制する必要がある。
Here, the lowest resonance frequency due to the opposing structure of the printed circuit board 300 (printed wiring board 301) and the
そこで、クロック信号における周波数スペクトラムの−40[dB/dec]の特性領域で20[dB]低減する周波数よりも共振周波数frが低い場合、信号配線パターン321Sと対向する筐体200の領域に開孔202を形成する。その条件は、クロック信号の立ち上がり時間trが、tr<3/(π×fr)の関係にある場合となる。
Therefore, when the resonance frequency fr is lower than the frequency that is reduced by 20 [dB] in the −40 [dB / dec] characteristic region of the frequency spectrum of the clock signal, an opening is formed in the region of the
ノイズ低減の作用効果を確認するために、プリント回路板300と筐体200Aとの対向構造で発生する、距離3[m]の位置における電界強度の電磁界シミュレーション計算を行った結果を示す。
In order to confirm the effect of noise reduction, the result of the electromagnetic field simulation calculation of the electric field strength at a distance of 3 [m] generated in the opposing structure of the printed
電磁界シミュレーションはCST社のMW−STUDIOを使用した。平板部201は、横310[mm]、縦230[mm]の導電性平板とした。平板部201の下に横300[mm]、縦210[mm]のプリント配線板301が配置されている構成とした。接地用の導電性のスペーサ250の高さは、5[mm]とした。デジタル信号の伝送線路である信号配線パターン321Sは、表層311の中央に配置され、長さ40[mm]、幅0.2[mm]とした。
For electromagnetic field simulation, MW-STUDIO of CST was used. The
ここで、この形態の最も低次の共振周波数は330[MHz]であり、tr<3/(π×fr)の計算によると、tr<2.9[ns]のクロック信号が対象の信号配線となる。 Here, the lowest resonance frequency of this form is 330 [MHz], and according to the calculation of tr <3 / (π × fr), the clock signal of tr <2.9 [ns] is the target signal wiring. It becomes.
デジタル信号を出力する半導体装置351は、振幅3.3[V]、周波数10[MHz]、立ち上り時間1[ns]の台形波のクロック信号を出力するものとした。デジタル信号を入力する半導体装置352は、1[MΩ]の抵抗値を有するものとした。開孔202は、Z方向から見て、長方形状に形成されているものとした。
The
開孔202のサイズは、Y方向の長さをL1、X方向の長さをL2としたときに、L1=30[mm]、L2=50[mm]に設定した。
The size of the
図5は、実施例2と比較例の電界強度のシミュレーション結果を示すグラフである。図5に示すグラフは、プリント回路板300から距離3[m]離れた位置における電界強度のシミュレーション結果である。横軸に周波数、縦軸に電界強度を示す。図5中、実線が実施例2(開孔あり)のシミュレーション結果、破線が比較例(開孔なし)のシミュレーション結果である。
FIG. 5 is a graph showing the simulation results of the electric field strength of Example 2 and the comparative example. The graph shown in FIG. 5 is a simulation result of the electric field strength at a position 3 [m] away from the printed
計算(シミュレーション)結果から、図5に示すように、周波数330[MHz]と690[MHz]に電界強度のピークがある。これがプリント回路板300(プリント配線板301)と筐体200Aとの対向構造における共振による電界強度ピークである。
From the calculation (simulation) results, as shown in FIG. 5, there are electric field intensity peaks at frequencies 330 [MHz] and 690 [MHz]. This is the electric field strength peak due to resonance in the opposing structure of the printed circuit board 300 (printed wiring board 301) and the
低次の共振周波数330[MHz]において、立ち上がり時間の速いクロック信号(10[MHz]以上のクロック信号)が伝搬する信号配線パターン321Sに対して開孔202を適用することにより、クロック信号の高調波の電磁波ノイズ放射を低減できる。更に、高次の共振周波数690[MHz]に対しても、電磁波ノイズを低減できる。
By applying the
クロック信号の周波数が10[MHz]以上である場合、電磁波ノイズを効果的に低減できるが、実用的にはクロック信号の周波数は1[GHz]以下である。したがって、クロック信号の周波数が10[MHz]以上1[GHz]以下であるのが好ましい。 When the frequency of the clock signal is 10 [MHz] or higher, electromagnetic noise can be effectively reduced, but the frequency of the clock signal is practically 1 [GHz] or lower. Therefore, the frequency of the clock signal is preferably 10 [MHz] or more and 1 [GHz] or less.
[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係る電子機器について説明する。図6(a)は、第2実施形態に係る電子機器の一部を示す平面図である。図6(b)は、第2実施形態に係る電子機器の一部を示す断面図である。第2実施形態では、導電性部材である筐体200Aの構成が、第1実施形態で説明した筐体200と異なる。それ以外の構成は第1実施形態と同様である。なお、第2実施形態において、第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, an electronic apparatus according to the second embodiment will be described. FIG. 6A is a plan view showing a part of the electronic apparatus according to the second embodiment. FIG. 6B is a cross-sectional view showing a part of the electronic apparatus according to the second embodiment. In the second embodiment, the configuration of the
電子機器100Aは、導電性部材である金属製の筐体200Aと、筐体200Aに間隔をあけて対向して配置され、筐体200Aにスペーサ250で固定されたプリント回路板300と、を備えている。具体的には、筐体200Aは、平板状の部材である平板部201Aを有し、平板部201Aにプリント回路板300が固定されている。
The
筐体200Aの平板部201Aは、信号配線パターン321Sに対向する、貫通孔である開孔(開口ともいう)202Aが間隔をあけて複数形成された開孔形成部210Aを有する。
The
開孔形成部210は、Z方向から見て、すべての開孔202Aを含む最小面積の凸多角形である。第2実施形態では、各開孔202Aは、Z方向から見て、矩形形状に形成されている。そして、複数の開孔202Aが正方格子状に互いに間隔をあけて配列されている。したがって、開孔形成部210は、Z方向から見て、すべての開孔202Aを含む最小面積の四角形の形状となっている。
The
開孔形成部210Aは、プリント配線板301の面311の法線方向(Z方向)から見て、信号配線パターン321Sの一部または全部、好ましくは全部を包含する大きさである。
The
プリント回路板300の信号配線パターン321Sからはクロック信号の高調波成分の電磁波ノイズが放射されるが、筐体200Aの複数の開孔202Aにより、筐体200Aへの電磁界結合は、開孔202のない比較例の場合と比較して小さくなる。
The
そのため、クロック信号の高調波成分が平板部201Aを伝搬して拡がっていく量が減少し、プリント配線板301と筐体200Aとの間で生じる共振による電磁波ノイズの放射が低減する。このように、筐体200Aに複数の開孔202Aを設けたことにより、プリント配線板301と筐体200Aとの均一な対向構造が崩され、共振が抑制され、その結果、共振周波数における電磁波ノイズの放射量が低減する。
Therefore, the amount of the harmonic component of the clock signal that propagates through the
つまり、信号配線パターン321Sから放射される電磁波ノイズの総エネルギーが低減するものではないが、プリント回路板300と筐体200Aとの間の共振で発生する電磁波ノイズの電界強度のピークを低減することができる。したがって、共振による電磁波ノイズの放射を低減することができ、電磁波ノイズが他の電子機器に及ぼす影響を低減することができる。
That is, the total energy of the electromagnetic wave noise radiated from the
また、放射される電磁波ノイズの電界強度のピークが低減するので、シールドボックスでプリント回路板300を覆う必要がなくなる。そして、シールドボックスがない分、プリント回路板300(プリント配線板301)に接続するケーブルの引き回しが容易となる。また、組立も容易になる。
Moreover, since the peak of the electric field intensity of the radiated electromagnetic wave noise is reduced, it is not necessary to cover the printed
また、小さいサイズの開孔202Aを複数組み合わせて構成された開孔形成部210Aを配置することにより、筐体200Aの剛性低下を抑えることができる。
Further, by disposing the
なお、第2実施形態では、信号配線パターン321Sが直線状である場合について説明したが、屈曲部を持った信号配線パターンであってもよい。その場合、開孔形成部は信号配線パターンの屈曲した形状を投影した形状であってもよい。
In the second embodiment, the case where the
また、第2実施形態では、信号配線320Sを伝搬するデジタル信号がクロック信号である場合について説明したが、これに限定するものではない。クロック信号の場合、電磁波ノイズの電界強度のピークを効果的に低減できるが、クロック信号以外のデジタル信号、例えば制御信号やデータ信号等のデジタル信号であっても、電磁波ノイズの電界強度のピークを低減することができる。
In the second embodiment, the case where the digital signal propagating through the
(実施例3)
上記した作用効果を確認するために、プリント回路板300と筐体200Aとの対向構造で発生する、距離3[m]の位置における電界強度の電磁界シミュレーション計算を行った結果を示す。
(Example 3)
In order to confirm the above-described effects, the result of the electromagnetic field simulation calculation of the electric field strength at a distance of 3 [m], which occurs in the opposing structure of the printed
電磁界シミュレーションはCST社のMW−STUDIOを使用した。平板部201Aは、横310[mm]、縦230[mm]の導電性平板とした。平板部201Aの下に横300[mm]、縦210[mm]のプリント配線板301が配置されている構成とした。接地用の導電性のスペーサ250の高さは、5[mm]とした。デジタル信号の伝送線路である信号配線パターン321Sは、表層311の中央に配置され、長さ40[mm]、幅0.2[mm]とした。
For electromagnetic field simulation, MW-STUDIO of CST was used. The
ノイズ源は、デジタル信号を出力する半導体装置351の代わりに、1[V]のガウシアンパルスを設定し、デジタル信号を入力する半導体装置352の代わりに、1[MΩ]の抵抗を設定した。各開孔202Aは、Z方向から見て、正方形状に形成されているものとし、開孔形成部210Aは、Z方向から見て、正方形状とした。
As the noise source, a Gaussian pulse of 1 [V] was set instead of the
具体的に説明すると、10[mm]四方の正方形からなる開孔202Aを1[mm]間隔で5×5に配置した。これにより開孔形成部210Aのサイズは、Y方向の長さをL1、X方向の長さをL2としたときに、L1=54[mm]、L2=54[mm]となった。
More specifically, the
図7は、実施例3と比較例の電界強度のシミュレーション結果を示すグラフである。図7に示すグラフは、プリント回路板300から距離3[m]離れた位置における電界強度のシミュレーション結果である。横軸に周波数、縦軸に電界強度を示す。図7中、実線が実施例3(開孔あり)のシミュレーション結果、破線が比較例(開孔なし)のシミュレーション結果である。
FIG. 7 is a graph showing the simulation results of the electric field strength in Example 3 and the comparative example. The graph shown in FIG. 7 is a simulation result of the electric field strength at a position 3 [m] away from the printed
計算(シミュレーション)結果から、図7に示すように、周波数330[MHz]と690[MHz]に電界強度のピークがある。これがプリント回路板300(プリント配線板301)と筐体200Aとの対向構造における共振による電界強度ピークである。図7より、比較例(開孔なし)よりも実施例3(複数の開孔あり)のほうが、電界強度のピークが低く電磁波ノイズの放射量が低減されていることがわかる。
From the calculation (simulation) result, as shown in FIG. 7, there are electric field intensity peaks at frequencies 330 [MHz] and 690 [MHz]. This is the electric field strength peak due to resonance in the opposing structure of the printed circuit board 300 (printed wiring board 301) and the
次に、開孔形成部210A(即ち開孔)のサイズに依存する電磁波ノイズの放射量の低減効果を確認するため、開孔形成部210AのY方向の長さL1と、X方向の長さL2とをそれぞれ変えた場合の計算(シミュレーション)結果を示す。
Next, in order to confirm the effect of reducing the radiation amount of electromagnetic noise depending on the size of the
まず、開孔形成部210Aの長さL1を変えて計算した結果を図8(a)に示す。図8(a)は、実施例3において開孔形成部210Aの長さL1を変えた場合の電磁波ノイズの電界強度のシミュレーション結果を示すグラフである。図8(a)に示すグラフは、ノイズ源の基本周波数に近く、問題になりやすい低い周波数である330[MHz]付近の電界強度のピーク値を比較したものである。
First, FIG. 8A shows the result of calculation by changing the length L1 of the
信号配線パターン321Sの幅を0.2[mm]、各開孔202Aの一辺を10[mm]とした。信号配線パターン321Sの幅は、各開孔202Aの一辺に対して1/50以下と小さい。そのため、信号配線幅の0.2[mm]を加えずに、開孔202Aの数を1、3、5・・・と奇数倍で配置していき、長さL1を変化させた。長さL2は、開孔202Aを5個分配置した長さとなる54[mm]に固定した。
The width of the
長さL1が開孔202Aの辺の長さ1個分の10[mm]では、約2[dB]のノイズ低減効果があった。長さL1が開孔202Aの辺の長さ3個分の32[mm]では、約5[dB]のノイズ低減効果があった。更に開孔形成部210Aの長さL1を長くして、長さL1が開孔202Aの辺の長さ9個分の98[mm]で最も低減効果が高く、約16[dB]のノイズ低減効果があった。そして、長さL1が142[mm]まで3[dB]以上の抑制効果が確認された。しかし、長さL1を長くするほど、ピーク以外の電磁波ノイズの漏えいが増大する。また、むやみに開孔面積を増加させると、プリント回路板300のグラウンド電位安定、外部ノイズのプリント回路板300への影響抑制などの導電性の筐体200Aのメリットが損なわれる。そのため、ノイズ低減効果から考えると、開孔形成部210Aは、Y方向の長さが、プリント配線板301と筐体200A(平板部201A)との距離の6倍以上20倍以下の長さに、信号配線パターン321Sの配線幅を加えた長さを有するのが好ましい。
When the length L1 was 10 [mm] of one side of the
次に、開孔202の長さL2を変えて計算した結果を図8(b)に示す。図8(b)は、実施例3において開孔形成部210Aの長さL2を変えた場合の電磁波ノイズの電界強度のシミュレーション結果を示すグラフである。図8(b)に示すグラフは、ノイズ源の基本周波数に近く、問題になりやすい低い周波数である330[MHz]付近の電界強度のピーク値を比較したものである。開孔202Aの数を1、3、5・・・と奇数倍で配置していき、長さL2を変化させた。長さL1は、開孔202Aを5個分配置した長さとなる54[mm]に固定した。
Next, FIG. 8B shows the result of calculation with the length L2 of the
長さL2が開孔202Aの辺の長さ1個分の10[mm]では、約1[dB]のノイズ低減効果があった。長さL2が開孔202Aの辺の長さ3個分の32[mm]では、約6[dB]のノイズ低減効果があった。更に開孔形成部210Aの長さL2を長くして、長さL2が開孔202Aの辺の長さ7個分の76[mm]で最も低減効果が高く、約18[dB]のノイズ低減効果があった。
When the length L2 was 10 [mm] of one side of the
しかし、長さL2を長くするほど、ピーク以外の電磁波ノイズの漏えいが増大する。また、むやみに開孔面積を増加させると、プリント回路板300のグラウンド電位安定、外部ノイズのプリント回路板300への影響抑制などの導電性の筐体200Aのメリットが損なわれる。そのため、ノイズ低減効果から考えると、開孔形成部210Aは、X方向の長さが、信号配線パターン321SのX方向の長さの0.75倍以上2倍以下であるのが好ましい。
However, as the length L2 is increased, the leakage of electromagnetic noise other than the peak increases. Further, if the hole area is increased unnecessarily, the merit of the
[第3実施形態]
次に、第3実施形態に係る電子機器について説明する。図9は、第3実施形態に係る電子機器の一部を示す斜視図である。第3実施形態では、プリント回路板の構成が、第1実施形態で説明したプリント回路板300と異なる。それ以外の構成は第1実施形態と同様である。なお、第3実施形態において、第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, an electronic apparatus according to the third embodiment will be described. FIG. 9 is a perspective view illustrating a part of an electronic apparatus according to the third embodiment. In the third embodiment, the configuration of the printed circuit board is different from the printed
電子機器100Bは、導電性部材である金属製の筐体200と、筐体200に間隔をあけて対向して配置され、筐体200にスペーサ250で固定されたプリント回路板300Bと、を備えている。
The
プリント回路板300Bは、プリント配線板301Bと、プリント配線板301Bに実装された第1半導体装置である半導体装置(IC)351Bと、プリント配線板301Bに実装された第2半導体装置である半導体装置(IC)352Bと、を有する。
The printed
プリント配線板301Bは、一対の表層311B,312Bを有する2層以上のプリント配線板である。半導体装置351B,352Bは、プリント配線板301Bの一方の表層311Bに実装されている。表層311Bは、筐体200に対向する(固定される)側の表層である。
The printed
プリント配線板301Bには、半導体装置351Bの信号端子(出力端子)と半導体装置352Bの信号端子(入力端子)とを接続する、デジタル信号の伝送路となる信号配線320Sが形成されている。また、プリント配線板301Bには、半導体装置351Bの別の信号端子と半導体装置352Bの別の信号端子とを接続する、デジタル信号の伝送路となる信号配線322Sが形成されている。つまり、プリント配線板301Bには、半導体装置351Bと半導体装置352Bとを接続する信号配線が複数形成されている。
The printed
半導体装置351Bは、デジタル信号、例えばクロック信号を信号配線320Sに出力する出力回路を有し、半導体装置352Bは、半導体装置351Bが信号配線320Sに出力した信号を入力する入力回路を有する。また、半導体装置351Bは、デジタル信号、例えば制御信号やデータ信号を信号配線322Sに出力する出力回路を有し、半導体装置352Bは、半導体装置351Bが信号配線322Sに出力した信号を入力する入力回路を有する。つまり、複数の信号配線のうち少なくとも1つの信号配線、第3実施形態では信号配線320Sをクロック信号が伝搬する。
The
表層311Bには、信号配線320Sを構成する信号配線パターン321Sと、信号配線322Sを構成する信号配線パターン323Sと、グラウンド配線を構成するグラウンドパターン321Gとが形成されている。なお、図示は省略するが、表層311Bには、電源配線を構成する電源配線パターンが形成されている。
On the
第3実施形態では、信号配線320Sの全てが表層311Bに形成された信号配線パターン321Sであり、信号配線322Sの全てが表層311Bに形成された信号配線パターン323Sである。そして、信号配線パターン321S,323Sは、直線状に延びて形成されている。
In the third embodiment, all of the
第3実施形態では、筐体200の平板部201は、信号配線320S,322Sのうち少なくとも1つの信号配線の信号配線パターンに対向する開孔形成部210を有する。開孔形成部210には1つの開孔202が形成されている。
In the third embodiment, the
具体的には、信号配線パターン321Sにはクロック信号が伝送されるので、開孔形成部210は、少なくとも信号配線パターン321Sに対向するように配置されている。第3実施形態では、開孔形成部210は、信号配線パターン323Sにも対向しており、信号配線パターン323Sを伝搬するデジタル信号に起因する電磁波ノイズの共振による電界強度のピークも低減することができる。
Specifically, since a clock signal is transmitted to the
なお、第3実施形態において、第2実施形態のように開孔形成部に複数の開孔を形成してもよい。 In the third embodiment, a plurality of holes may be formed in the hole forming portion as in the second embodiment.
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications are possible within the technical idea of the present invention. In addition, the effects described in the embodiments of the present invention only list the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the embodiments of the present invention.
上述の実施形態では、プリント配線板の一方の表層に第1半導体装置および第2半導体装置が実装された場合について説明したが、これに限定するものではない。一方の表層に一方の半導体装置が実装され、他方の表層に他方の半導体装置が実装される場合であってもよい。この場合、信号配線には、導電性部材に対向する側の表層の信号配線パターンのほか、ヴィアや反対側の表層または内層の信号配線パターン等が含まれることになる。したがって、開孔(開孔形成部)は、信号配線のうち、少なくとも導電性部材に対向する側の表層の信号配線パターンに対向していればよい。 In the above-described embodiment, the case where the first semiconductor device and the second semiconductor device are mounted on one surface layer of the printed wiring board has been described. However, the present invention is not limited to this. One semiconductor device may be mounted on one surface layer, and the other semiconductor device may be mounted on the other surface layer. In this case, the signal wiring includes a signal wiring pattern on the surface layer on the side facing the conductive member, a signal wiring pattern on the surface layer on the opposite side or the inner layer, and the like. Therefore, the opening (opening forming portion) only needs to face the signal wiring pattern on the surface layer on the side facing the conductive member at least among the signal wirings.
100…電子機器、200…筐体(導電性部材)、201…平板部、202…開孔、210…開孔形成部、300…プリント回路板、301…プリント配線板、311…表層、320S…信号配線、321S…信号配線パターン、351…半導体装置(第1半導体装置)、352…半導体装置(第2半導体装置)
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記導電性部材に固定されたプリント回路板と、を備え、
前記プリント回路板は、
信号配線が形成されたプリント配線板と、
前記プリント配線板に実装され、前記信号配線にデジタル信号を出力する第1半導体装置と、
前記プリント配線板に実装され、前記第1半導体装置から出力された前記デジタル信号を前記信号配線を介して入力する第2半導体装置と、を有し、
前記信号配線は、前記プリント配線板において前記導電性部材と対向する表層に形成された信号配線パターンを有し、
前記導電性部材は、前記信号配線パターンに対向し、開孔が形成された開孔形成部を有することを特徴とする電子機器。 A conductive member;
A printed circuit board fixed to the conductive member,
The printed circuit board is:
A printed wiring board on which signal wiring is formed;
A first semiconductor device mounted on the printed wiring board and outputting a digital signal to the signal wiring;
A second semiconductor device that is mounted on the printed wiring board and that inputs the digital signal output from the first semiconductor device via the signal wiring;
The signal wiring has a signal wiring pattern formed on a surface layer facing the conductive member in the printed wiring board,
The electronic device according to claim 1, wherein the conductive member has an opening forming portion in which an opening is formed facing the signal wiring pattern.
前記開孔は、前記信号配線パターンの延びる配線方向に対して直交する方向の長さが、前記プリント配線板と前記導電性部材との距離の2倍以上8倍以下の長さに、前記信号配線パターンの配線幅を加えた長さを有することを特徴とする請求項2に記載の電子機器。 The signal wiring pattern is formed to extend linearly,
The opening has a length in a direction orthogonal to a wiring direction in which the signal wiring pattern extends such that the length of the signal is not less than 2 times and not more than 8 times the distance between the printed wiring board and the conductive member. The electronic device according to claim 2, wherein the electronic device has a length obtained by adding a wiring width of the wiring pattern.
前記開孔は、前記信号配線パターンの延びる配線方向と平行な方向の長さが、前記信号配線パターンの前記配線方向の長さの0.5倍以上1.5倍以下であることを特徴とする請求項2または3に記載の電子機器。 The signal wiring pattern is formed to extend linearly,
The opening has a length in a direction parallel to a wiring direction in which the signal wiring pattern extends, which is 0.5 to 1.5 times a length of the signal wiring pattern in the wiring direction. The electronic device according to claim 2 or 3.
前記開孔形成部は、前記信号配線パターンの延びる配線方向に対して直交する方向の長さが、前記プリント配線板と前記導電性部材との距離の6倍以上20倍以下の長さに、前記信号配線パターンの配線幅を加えた長さを有することを特徴とする請求項5に記載の電子機器。 The signal wiring pattern is formed to extend linearly,
The opening forming portion has a length in a direction orthogonal to a wiring direction in which the signal wiring pattern extends such that the distance between the printed wiring board and the conductive member is not less than 6 times and not more than 20 times. 6. The electronic apparatus according to claim 5, wherein the electronic apparatus has a length obtained by adding a wiring width of the signal wiring pattern.
前記開孔形成部は、前記信号配線パターンの延びる配線方向と平行な方向の長さが、前記信号配線パターンの前記配線方向の長さの0.75倍以上2倍以下である特徴とする請求項5または6に記載の電子機器。 The signal wiring pattern is formed to extend linearly,
The length of the opening forming portion in a direction parallel to the wiring direction in which the signal wiring pattern extends is 0.75 to 2 times the length of the signal wiring pattern in the wiring direction. Item 7. The electronic device according to Item 5 or 6.
前記開孔形成部は、前記複数の信号配線のうち少なくとも1つの信号配線の信号配線パターンに対向していることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の電子機器。 A plurality of the signal wirings are formed on the printed wiring board,
10. The electronic device according to claim 1, wherein the opening forming portion faces a signal wiring pattern of at least one signal wiring among the plurality of signal wirings.
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JP2020107667A (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | キヤノン株式会社 | Electronic apparatus and housing unit |
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