JP3608063B2 - Emi対策部品及びそれを備えた能動素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はEMI(Electro−Magnetic Interference) 対策部品及びそれを備えた能動素子に関し、特に、高周波領域における不要電磁波によって生じる外部への放射、性能劣化、異常共振等の電磁波障害を抑止するEMI対策部品及びそれを備えた能動素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、デジタル電子機器をはじめとして高周波を利用する電子機器類が小型化の傾向にある。そして、配線基板への部品実装密度が高いデジタル電子機器においては、中央演算処理装置(CPU)、画像プロセッサ算術論理演算装置(IPLU)等のLSIやICが配線基板上に実装されている。これらLSI及びICは多数の半導体素子で構成されており、これら半導体素子は、外部からエネルギーの供給を受けて、増幅又は発振等の作用を行うため、一般に能動素子と呼ばれている。そしてこのような能動素子は誘導性ノイズを発生することが多い。この誘導性ノイズによって配線基板の素子実装面と同一面及び反対面には高周波磁界が誘導される。ここで問題となるのが、静電結合、及び電磁結合による線間結合の増大や、輻射ノイズによる電磁干渉に起因する性能劣化や異常共振等の現象である。
【0003】
従来、このようないわゆる電磁波障害に対し、回路にローパスフィルタを挿入する、問題となる回路を遠ざける、或いはシールディングを行う等の手段を講じて電磁波障害の原因となる電磁結合、不要輻射ノイズを抑制している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電磁波障害に対する対策のうち、ノイズフィルタを挿入する方法及びシールティングを行う方法は、実装するスペースが必要となり、高密度化を実現する上では有効な対策とは言いがたい。同様に、問題となる回路を遠ざける方法も高密度化に逆行するものである。更に、問題となる回路を金属板や導電メッキ等の導電体で囲んだ、いわゆる遮蔽する方法は従来から行われている手法であるが、これは内部から発生する放射ノイズを外部に漏れなくするため、又は外部からの放射ノイズを内部に侵入させないことが目的であり、仮に遮蔽を目的とした金属板の距離があまりにも近接している場合、透過の減衰は期待できるが、不要輻射源からの反射による電磁結合が助長され、その結果、二次的な電磁障害を引き起こす場合が少なからず生じている。
【0005】
それ故に本発明の課題は、本来の回路機能を損なうことなく、外部へ放射する電磁波の透過に対しては十分な遮蔽効果を有し、かつ周辺部品間との相互干渉や信号線への電磁誘導による誤動作等を抑止できるEMI対策部品及びそれを備えた能動素子を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明によれば、半導体素子等の能動素子から輻射される誘導性ノイズを抑止するEMI対策部品において、表面に酸化被膜を有する金属軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる複合磁性体によって構成されており、複合磁性体は前記能動素子の上面を覆うように形成した上部と、前記能動素子の側面を囲むように形成した側部とを有し、前記上部には少なくとも前記能動素子の前記上面の周縁部分を覆う部分を除く部分に前記能動素子から放熱させる露出部が形成されていることを特徴とするEMI対策部品が得られる。
【0007】
請求項2記載の発明によれば、基板上の配線と接続するリード線を外方へ導出している半導体素子等の能動素子から輻射される誘導性ノイズを抑止するEMI対策部品において、表面に酸化被膜を有する金属軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる複合磁性体によって構成されており、複合磁性体は前記能動素子の上面を覆うように形成した上部と、前記リード線を外方へ導出している前記能動素子の前記側面を前記リード線の上方で囲むように形成した側部とを有し、前記上部には少なくとも前記能動素子の前記上面の周縁部分を覆う部分を除く部分に前記能動素子から放熱させる露出部が形成されていることを特徴とするEMI対策部品が得られる。
【0008】
請求項3記載の発明によれば、基板上の配線と接続するリード線を外方へ導出している半導体素子等の能動素子から輻射される誘導性ノイズを抑止するEMI対策部品において、表面に酸化被膜を有する金属軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる複合磁性体によって構成されており、複合磁性体は前記能動素子の上面を覆うように形成した上部と、前記リード線を外方へ導出している前記能動素子の側面を囲むように形成した側部とを有し、前記上部には少なくとも前記能動素子の前記上面の周縁部分を覆う部分を除く部分に前記能動素子から放熱させる露出部が形成されており、前記側部には前記リード線と間隔をもって前記リード線を取り囲むように前記リード線を収容する収容部が形成されていることを特徴とするEMI対策部品が得られる。
【0009】
請求項4記載の発明によれば、請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載のEMI対策部品であって、前記表面に前記酸化被膜を有する前記金属軟磁性体粉末は、偏平状又は/及び針状の形状を有するものであることを特徴とするEMI対策部品が得られる。
【0010】
請求項5記載の発明によれば、請求項4記載のEMI対策部品であって、前記偏平状又は/及び針状の前記金属軟磁性体粉末が、前記複合磁性体中において配向配置されていることを特徴とするEMI対策部品が得られる。
【0011】
請求項6記載の発明によれば、請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載のEMI対策部品を備えた能動素子が得られる。
【0012】
請求項7記載の発明によれば、請求項1乃至請求項5記載のいずれか1つに記載のEMI対策部品を用いることを特徴とするEMI対策方法が得られる。
【0016】
【作用】
半導体素子等の能動素子から発生する不要輻射ノイズは、表面に酸化被膜を有する軟磁性体粉末と有機結合剤とを含む複合磁性体により大きく吸収抑圧される。この軟磁性体粉末は、本来、導電性物質である軟磁性金属を微細粉末化して、絶縁性の有機結合剤と混練して、有機結合剤中に軟磁性体粉末を分散させることによって、絶縁膜を成している。特に、軟磁性体粉末の形状を偏平状及び針状のうち少なくとも一つの形状とすれば、形状磁気異方性が出現し、高周波領域において磁気共鳴に基づく複素透磁率が増大して、これによって、不要輻射成分を効率的に吸収抑制することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施例の一形態によるEMI対策部品及びそれを備えた能動素子について説明する。
【0018】
図1に本発明の第1の実施形態を示す。本実施形態は、LSI1の上面から側面のリード線(ピン)1a上方部分にかけて、表面に酸化被膜を有する軟磁性体粉末と有機結合剤からなる複合磁性体で構成されたEMI対策部品2が覆うような構造を成している。
【0019】
図2に本発明に係るEMI対策部品の第2の実施形態を示す。本実施形態におけるEMI対策部品2は、表面に酸化被膜を有する金属軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる複合磁性体2′によって構成されている。複合磁性体2′はLSI(能動素子)1の上面1cを覆うように形成されている上部2cと、リード線(ピン)1aを外方へ導出しているLSI1の側面1dをリード線1aの上方で囲むように形成されている側部2dとを有している。上部2cにはLSI1の上面1cの周縁部分を覆う部分を除く部分にLSI1から放熱させる露出部2aが形成されている。
【0020】
この場合、図1の実施形態と異なるのは、LSI1の上面に配設されたEMI対策部品2の一部に露出部2aを設けることで放熱性を損なうことなく誘導性放射ノイズを抑止できる。
【0021】
図3に本発明に係るEMI対策部品の第3の実施形態を示す。本実施形態におけるEMI対策部品は、本実施形態におけるEMI対策部品2は、表面に酸化被膜を有する金属軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる複合磁性体2′によって構成されている。複合磁性体2′はLSI(能動素子)1の上面1cを覆うように形成されている上部2cと、リード線1aを外方へ導出している図1に示したLSI1と同様なLSI1の側面1dを囲むように形成した側部2dとを有している。上部2cにはLSI1の上面1cの周縁部分を覆う部分を除く部分にLSI1から放熱させる露出部2aが形成されている。側部2dにはリード線1aと間隔をもってリード線1aを取り囲むようにリード線1aを収容する収容部2bが形成されている。この場合、EMI対策部品2の形状は、LSI1のリード線1aと非接触状態になる間隔でリード線1aの取出し窓2bが設けてある。また、複合磁性体2′の表面抵抗は、106 〜108 Ωと高いのでLSI1との一体成形も可能である。
【0022】
上述のように、EMI対策部品2を設けると、EMI対策部品2は、LSI1の背面及びリード線(ピン)1aから発生する高周波磁界における磁束を複合磁性体のもつ虚数部透磁率μ″により熱変換され集束する。この結果、LSI1とLSI1が実装されるプリント基板及び受動部品等の周辺部品との誘導結合が微弱となって、不要電磁波を効率的に抑制することができる。
【0023】
ここで、図4を参照して上述のEMI対策部品2を構成する複合磁性体2′について説明する。この複合磁性体2′は、表面に酸化被膜を有する軟磁性体粉末3と有機結合剤4とを含んでいる。具体的には、有機結合剤4中に軟磁性体粉末8が均一に分散されている。ここで、軟磁性体粉末3の形状は、偏平状又は/及び針状である。
【0024】
偏平状(若しくは針状)の軟磁性体粉末3としては、高周波透磁率の大きな鉄アルミ珪素合金(センダスト)、鉄ニッケル合金(パーマロイ)をその代表的素材としてあげることができる。尚、軟磁性体粉末3のアスペクト比は十分に大きい(おおよそ5:1以上)ことが望ましい。
【0025】
有機結合剤4としては、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリル−ブタジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂或いはそれらの共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂等の熱硬化性樹脂等をあげることができる。
【0026】
尚、複合磁性体の厚さや構成材料等は、能動素子の使用状態、及び電磁界強度等を考慮して、最適な電磁環境を実現するよう決定される。
【0027】
上述の実施形態によるEMI対策部品及びそれを備えたLSIの電磁波障害に対する効果を検証するために、以下表1の配合からなる軟磁性体ペーストを調合し、これをドクターブレード法により製膜し、熱プレスを施した後に85℃にて24時間キュアリングを行い、厚さ1mmの第1の試料を作製し、その特性を評価した。
【0028】
尚、得られた第1の試料を振動型磁力計、並びに走査型電子顕微鏡を用いて解析したところ、磁化容易軸及び磁性粒子配向方向は、いずれれもこれらの層の面内方向であった。更に、表面抵抗を測定したところ4×107 Ωであった。
【0029】
【表1】
【0030】
上述した第1の試料による複合磁性体で構成されたEMI対策部品を図1、図2、及び図3に示す形状に成形し、実装した後、テスト回路にてLSIを動作させ、LSI上部の電磁界強度をスペクトラムアナライザで測定して、効果を確認した。
【0031】
尚、EMI対策部品を装着していない状態についても、上記と同じ条件により測定した。
【0032】
図5、図6、図7にその測定結果を示す。図5は、EMI対策部品が装着されていないLSI上部の電磁界強度の周波数特性を示す。図6は、図1に示した実施形態の形状を成すEMI対策部品を装着したLSI上部の電磁界強度の周波数特性を示す。図7は、図2に示した実施形態の形状をなすEMI対策部品を装着したLSI上部の電磁界強度の周波数特性を示す。尚、測定位置は、図6、図7ともに図5と同じ場所である。
【0033】
上述の結果から、EMI対策部品が装着されているLSIからの輻射ノイズは、大きく減衰していることがわかる。
【0034】
更に、第1の試料の結合レベルを図8に示す試験装置において測定を行った。また、比較試料として銅箔35μmを第2の試料とした。
【0035】
試験装置は、電磁界波源用発振器5と電磁界強度測定器(受信用素子)6とにそれぞれループ径2mm以下の電磁界送信用微小ループアンテナ7、及び電磁界受信用微小ループアンテナ8を接続した装置である。測定は、試料9の片面に、電磁界送信用微小ループアンテナ7と電磁界受信用微小ループアンテナ8とを対向させて行った。なお、電磁界強度測定器6には、図示しないスペクトラムアナライザが接続されており、試料が存在しない状態での電磁界強度を基準とした。
【0036】
図8における測定結果を図9に示す。
【0037】
第2の試料(銅箔35μm)に比べ、表面に酸化被膜を有する軟磁性体粉末と有機結合剤からなる複合磁性体である第1の試料は、結合レベルの増加は見られない。
【0038】
このように、半導体素子等の能動素子から輻射される誘導性ノイズは、表面に酸化被膜を有する軟磁性体粉末と有機結合剤からなる複合磁性体で構成されたEMI対策部品を装着することにより効果的に抑制することができる。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の複合磁性体で構成されたEMI対策部品を半導体素子等の能動素子に装着する事で、電磁誘導及び不要電磁波による相互干渉を効果的に抑制することが可能であり、しかも実装スペースが不要であるから小型化を達成できるので、移動体通信機器をはじめとする高周波機器内におけるEMI対策に大変有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による複合磁性体で構成されたEMI対策部品を備えたLSIの第1の実施形態を示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態による複合磁性体で構成されたEMI対策部品を備えたLSIの第2の実施形態を示す斜視図である。
【図3】本発明の一実施形態による複合磁性体で構成されたEMI対策部品を備えたLSIの第3の実施形態を示す斜視図である。
【図4】図1乃至図3に示すEMI対策部品を構成する複合磁性体の部分拡大断面図である。
【図5】複合磁性体が装着されていないLSI(能動素子)の上面側における電磁界強度の周波数特性を示す図である。
【図6】EMI対策部品が図1のごとく装着されているLSI(能動素子)の上面側における電磁界強度の周波数特性を示す図である。
【図7】EMI対策部品が図2のごとく装着されているLSI(能動素子)の上面側における電磁界強度の周波数特性を示す図である。
【図8】EMI対策部品を構成する複合磁性体の特性を検証するための測定方法を説明するための図であって、結合レベルの評価系を示す概略図である。
【図9】図8の評価系を用いて特性を測定した結果を示すグラフであって、結合レベルの周波数特性図である。
【符号の説明】
1 能動素子(LSI)
1a リード線(ピン)
2 EMI対策部品
2´ 複合磁性体
2a 切欠き(露出部)
2b 取出し窓
3 表面に酸化被膜を有する軟磁性体粉末
4 有機結合剤
5 電磁界波源用発振器
6 電磁界強度測定器
7 電磁界送信用微小ループアンテナ
8 電磁界受信用微小ループアンテナ
9 試料
Claims (7)
- 半導体素子等の能動素子から輻射される誘導性ノイズを抑止するEMI対策部品において、
表面に酸化被膜を有する金属軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる複合磁性体によって構成されており、複合磁性体は前記能動素子の上面を覆うように形成した上部と、前記能動素子の側面を囲むように形成した側部とを有し、前記上部には少なくとも前記能動素子の前記上面の周縁部分を覆う部分を除く部分に前記能動素子から放熱させる露出部が形成されていることを特徴とするEMI対策部品。 - 基板上の配線と接続するリード線を外方へ導出している半導体素子等の能動素子から輻射される誘導性ノイズを抑止するEMI対策部品において、
表面に酸化被膜を有する金属軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる複合磁性体によって構成されており、複合磁性体は前記能動素子の上面を覆うように形成した上部と、前記リード線を外方へ導出している前記能動素子の前記側面を前記リード線の上方で囲むように形成した側部とを有し、前記上部には少なくとも前記能動素子の前記上面の周縁部分を覆う部分を除く部分に前記能動素子から放熱させる露出部が形成されていることを特徴とするEMI対策部品。 - 基板上の配線と接続するリード線を外方へ導出している半導体素子等の能動素子から輻射される誘導性ノイズを抑止するEMI対策部品において、
表面に酸化被膜を有する金属軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる複合磁性体によって構成されており、複合磁性体は前記能動素子の上面を覆うように形成した上部と、前記リード線を外方へ導出している前記能動素子の側面を囲むように形成した側部とを有し、前記上部には少なくとも前記能動素子の前記上面の周縁部分を覆う部分を除く部分に前記能動素子から放熱させる露出部が形成されており、前記側部には前記リード線と間隔をもって前記リード線を取り囲むように前記リード線を収容する収容部が形成されていることを特徴とするEMI対策部品。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載のEMI対策部品であって、前記表面に前記酸化被膜を有する前記金属軟磁性体粉末は、偏平状又は/及び針状の形状を有するものであることを特徴とするEMI対策部品。
- 請求項4記載のEMI対策部品であって、前記偏平状又は/及び針状の前記金属軟磁性体粉末が、前記複合磁性体中において配向配置されていることを特徴とするEMI対策部品。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載の前記EMI対策部品を備えた能動素子。
- 請求項1乃至請求項5記載のいずれか1つに記載の前記対策部品を用いることを特徴とするEMI対策方法。
Priority Applications (8)
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---|---|---|---|
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