JP3622428B2 - 電気回路装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二つの導電面と導電性配線とを有する電気回路装置に関し、特に、基板内導電面が設けられた電気回路又は電子回路などの回路基板に、回路基板外に設けられた基板外導電面上に配設された導電性配線とを接続する場合の接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機等の電子機器では回路構成が複雑化しているため、回路間を接続する配線数も多くなり、電子機器のノイズ対策に関しては、前記配線からの不要電磁放射をいかに抑制するかが従来からの課題となっている。
不要電磁放射の発生源は、主として、信号線，グランド線，電源線などの導電性配線であることが知られている。
【０００３】
そして、これらの導電性配線からの放射を抑制する技術としては、例えば、導電性配線下に近接して導電面を配置する方法が提案されている（Ｒ．Ｆ．Ｇｅｒｍａｎ，ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ｐｐ．２８４−２９１，１９９０．）。
この技術は、回路基板の下側に導電面を配置するよう構成すると、導電面上に鏡像電流が流れるために回路基板内の配線からの放射を抑制できるというものであり、回路基板では一般的に使用される技術となっている。
一方、この技術を回路基板外の導電性配線に応用し、回路基板外の導電性配線の下側に導電面を設けることも、一般的に行なわれている。
【０００４】
また、導電性配線からの放射を抑制する他の技術としては、金属筒のシールド効果を期待して回路基板外の導電性配線を金属筒内に配置する構成が提案されている（例えば、特開平６−３８７７号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術のうち導電面を設ける構成を回路基板外の導電性配線に適用すると、例えば図１１に示すように、回路基板１０１の下側に金属フレームなどの基板外導電面１０２を位置させ、この基板外導電面１０２上に配設された導電性配線１０３と回路基板１０１の端部のコネクタ１０４とが接続するように構成される。
しかしながら、上記構成において、回路基板１０１は、素子の実装の都合上スペーサ１０５を介して基板外導電面１０２から一定距離を離して配置されるため、区間Δでは基板外導電面１０２に対して導電性配線１０３が離れてしまい、この部分において放射の抑制効果が急激に低下するという問題があった。
【０００６】
また、金属筒を用いる場合においても、導電性配線が金属筒から出た部分において、図１１と同様に導電面と導電性配線との距離が離れてしまい、放射の抑制効果が急激に低下してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、不要電磁放射の抑制効果の高い電気回路装置の構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、電気回路を有する回路基板内に設けられグランド領域となる基板内導電面と、回路基板外に設けられグランド領域となる基板外導電面と、この基板外導電面上に配設され前記電気回路との接続を行なう導電性配線とを有する電気回路装置において、前記基板内導電面と前記基板外導電面とが電気的に接続される接続領域となる導電面部を、前記導電性配線に流れる電流に対して鏡像電流又は帰還電流が流れる位置に形成したことを特徴としている。
前記導電面部は、前記導電性配線の下側に位置し前記基板内導電面又は前記基板外導電面を変形して形成された変形部により形成されている。
また、前記導電面部は、基板内導電面と基板外導電面の間にギャップ（δ）を形成し、少なくとも高周波的に連続して接続することで構成されるものであってもよい。
【０００９】
なお、ここで言う少なくとも高周波的に連続してとは、少なくともノイズが問題となる周波数（ノイズ周波数）において、インピーダンスが十分に低くノイズ電流の鏡像電流及び／又は帰還電流が十分流れることを意味している。したがって、基板内導電面と基板外導電面とが接触して直流からノイズ周波数まで電流が流れる場合はもとより、基板内導電面と基板外導電面とが接触していなくても、両者の間にノイズ周波数において電流が流れる程度のギャップや、ノイズ周波数において十分にインピーダンスの低い素子が存在していても良い。
ここで、ノイズ周波数において十分にインピーダンスが低い素子の例としては、容量が十分大きいコンデンサ、抵抗値が十分小さい抵抗、インダクタンスが十分小さい配線などである。
また、上記十分に低いインピーダンスの値とは、回路基板の大きさ・配置、導電性配線の長さ・配置・流れる電流の大きさなどによって変化するが、一例としては１０オーム程度以下、他の例としては３オーム程度以下などがある。
【００１０】
上記構成によれば、導電性配線が回路基板と接続する部分においても、導電性配線の下側に近接する位置で、基板内導電面と基板外導電面とが少なくともノイズ周波数において連続して接続されているので、導電性配線に流れるノイズ電流に対して導電面を鏡像電流及び／又は帰還電流が流れ、電流の相殺効果を発揮させることができる。
【００１１】
また、前記変形部は、その断面形状が波状に形成されることで、基板内導電面と基板外導電面とが面接触して接続されるように構成すれば、導電性配線の下側の広い範囲で導通させることができる。
【００１２】
基板内導電面の立体的な変形は、回路基板内の特定の層の突出部によって構成してもよい。
【００１３】
また、不要電磁放射の抑制効果を図るためには、前記導電性配線の下側に位置する変形部における基板内導電面又は基板外導電面の幅（Ｗ）が２０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例について、図１ないし図３を参照して説明する。
図１は、本発明の電気回路装置の斜視概略説明図であり、図２はその断面概略説明図、図３は構成主要部の断面説明図である。
方形状の回路基板１は例えば複数層の配線層から構成され、配線層の一つが回路基板と同じ面積の基板内導電面２を構成している。一方、前記回路基板１より大きな面積の基板３を覆うように導電面４（回路基板１外に設けられた基板外導電面４）が設けられ、この基板外導電面４上に導電性配線５が配設されている。そして、支持基板３上に四つのスペーサ６を介して回路基板１が実装され、導電性配線５が回路基板１上に配置されたコネクタ７に接続されることにより電気回路装置を構成している。
【００１６】
前記回路基板１の一辺側には、回路基板１の外側に突出する方形状の変形部１０が形成されている。この変形部１０の下面側は、回路基板１の基板内導電面２から延長形成された導電面２ａが形成されている。また、変形部１０は、その断面形状が波形に形成（立体的に変形）され、支持基板３側において変形部１０下面と支持基板３上面とが面接触して固定されている。
すなわち、この例では、多層回路基板１の特定の樹脂層１ａ及びその下層の基板内導電面２ａを突出形成させることによって柔軟性を持たせた変形部１０を構成している。また、基板内導電面２ａ及び基板外導電面４は、面接触する部分でそれぞれ導電面が露出して構成されている。また、変形部１０の支持基板３側は、固定部１０ａにより支持基板３に固定され、基板内導電面２ａと基板外導電面４との面接触を確実なものとしている。
変形部１０は、立体基板やリジッドフレキシブル基板、フレキシブル基板などで使われる製法を応用して作製することができる。
【００１７】
支持基板３上に配置される導電性配線５は、支持基板３上面から変形部１０上面を沿って回路基板１上に導かれ、コネクタ７に接続するようになっている。換言すれば、導電性配線５の変形に沿う形で、変形部１０を立体的な形状に形成している。したがって、基板内導電面２ａを含む変形部１０が導電性配線５の下に近接して配置されており、回路基板１近傍においても導電面４に接続される導電面（この場合、基板内導電面２ａ）が存在することになる。
【００１８】
図４は電気回路装置の他の例を示すもので、変形部１０の基板内導電面８ａが回路基板１のグランド面８の延長として形成されている例である。基板外導電面４に接続することで回路のグランド面８を安定化したい場合には、このような構成が適している。一方、回路のグランド面８または基板外導電面４のノイズが大きいために、両者を直接接続しない方が良い場合には、基板内導電面２とグランド面８を分離するか、少なくともノイズ周波数において十分インピーダンスが低い回路素子を介して両者を接続するような構成としても良い。
【００１９】
次に、上記した電気回路装置の構成により、放射ノイズが減少する原理について図５（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）は従来例の電気回路装置の構成を、図５（ｂ）は本発明の電気回路装置の構成をそれぞれ示している。一般的に基板外導電面４が存在すると、導電性配線５を流れるノイズ電流１１に対して、鏡像電流又は帰還電流１２が、若しくは鏡像電流及び帰還電流１２の両方がこの基板外導電面４上を流れることになる。
【００２０】
このとき、図５（ａ）に示す従来例の構成では、回路基板１から離れたところではノイズ電流１１ａと鏡像電流１２ａとが近くを流れるため電流の相殺効果が大きいものの、回路基板１の近傍ではノイズ電流１１ｂと鏡像電流及び／又は帰還電流１２ｂとが近くを流れることができないため、電流の相殺効果が小さくなって放射ノイズが増大する。
更に、導電性配線近傍を戻ることができない鏡像電流及び／又は帰還電流１２ｂは、基板外導電面４上で拡散して新たな共振を生じさせるなどして新たな放射ノイズを発生させる。
【００２１】
これに対して本発明による図５（ｂ）の構成では、基板内導電面２ａを含む変形部１０が導電性配線５の下に近接して配置されており、鏡像電流及び／又は帰還電流１２ｃが変形部１０の導電面２ａ（８ａ）を流れるため、回路基板１の近傍においてもノイズ電流１１ｃと鏡像電流及び／又は帰還電流１２ｃを近接して流すことができる。このため、ノイズ電流と鏡像電流及び／又は帰還電流の相殺効果が増大すること、および、鏡像電流及び／又は帰還電流の拡散による新たな放射の発生を防止できることから、従来例（図５（ａ））の構成に対して放射低減を大きく図ることが可能となる。
【００２２】
ここで、変形部１０の導電面２ａ（８ａ）と基板外導電面４とは、鏡像電流及び／又は帰還電流を流すことができる高周波的な導通があれば不要電磁放射を抑制する効果が発揮されるが、直流的にも導通が有る方がその効果を増大させることができる。
また、この導通は１点であっても不要電磁放射を抑制する効果は生じるが、導電性配線５下の広い範囲で導通があるほどその効果を増大させることができる。従って、導電面２ａ（８ａ）と基板外導電面４とが面で接触する構成がより望ましい。
【００２３】
なお導電面２ａ（８ａ）と導電性配線５との距離が近いほど放射低減効果が大きいので、変形部１０の導電面２ａと導電性配線５との距離が離れないように、必要に応じて適当な固定部や固定具（図示せず）を用いて変形部１０の上面に導電性配線５を固定することで確実な効果を発揮できる。
【００２４】
また、導電性配線５下の導電面２ａの幅Ｗと放射強度の相対値ΔＥとの関係を測定する実験を行なった。
図６は、導電性配線のクロック信号のクロック周波数２０ＭＨｚ、配線長０．３ｍとした場合に、導電性配線５下の導電面２ａの幅Ｗと放射強度の相対値ΔＥとの関係を実験的に求めたグラフ図である。図６からわかるように、幅Ｗの増加に伴って急激に放射強度が減少し、幅Ｗが２０ｍｍ以上の時、望ましくは５０ｍｍ以上のときに飽和値に近い放射抑制効果が生じる。
したがって、変形部１０における導電性配線５下の導電面２ａの幅Ｗは、２０ｍｍ以上、望ましくは５０ｍｍ以上のときに飽和値に近い放射抑制効果を得ることができる。
【００２５】
次に、本発明の他の実施形態例について、図７を参照して説明する。
図７（ａ）は、図２の実施例と同様に、基板内導電面２を含む部分を立体的に変形して変形部１０を形成し、基板外導電面４を平面として構成しているが、コネクタ７を変形部１０の端部（基板外導電面４近傍）に位置させた例である。
【００２６】
図７（ｂ）は、基板内導電面２を含む変形部２０を回路基板１上面から水平方向へ突出する平面とし、基板外導電面４を回路基板１の実装面より高さｈを有する平面（変形部２１）として形成したものである。この構造により、導電性配線５を高さが同じ基板内導電面２及び基板外導電面４を沿うように配置させるので、導電性配線５の下に近接して導電面を確実に配置できる。
【００２７】
図７（ｃ）は、図７（ｂ）の例と同様に、基板外導電面４が立体的に変形するが、回路基板１内の基板内導電面２と直接接触せずギャップδが存在する場合である。
ギャップδが存在してもその値が十分小さければ高周波的には鏡像電流及び／又は帰還電流が流れることが可能となる。また、基板内導電面２と基板外導電面４とが直流的に全く絶縁されていると、不要電磁放射の抑制効果が生じるギャップδは非常に小さな値となるが、１点でも直流的につながっていれば実用的な距離で効果を生じさせることができる。例えば、幅５０ｍｍの基板内導電面２及び基板外導電面４をギャップδだけ離すものの、１本の導線で両者を接続したときの放射強度の変化は、図８のようになった。図からわかるようにギャップδが２ｍｍ程度以下であれば最小値に近い放射強度が得られることが確認できた。
また、このときのギャップ部のインピーダンスは、放射ノイズが最大である周波数２２０ＭＨｚにおいて３Ω以下と見積もられた。
【００２８】
図７（ｄ）は、基板外導電面４が平面部４ａと立体変形部４ｂに分割され、立体変形部４ｂが基板内導電面２に接続されている例であるが、この場合も、導電性配線５下の導電面が高周波的に連続であれば不要電磁放射の抑制効果が得られる。
なお、図７の各構成が混合した構成（例えば、基板内導電面２も基板外導電面４も立体的に変形している構成）でも勿論構わない。
【００２９】
また、図９は、基板内導電面２が第１の回路基板１内にあり、基板外導電面４が第２の回路基板３０内にある例を示したものである。
図９（ａ）では２つのコネクタ７，７間の導電性配線５の下に、連続的に導電面２が形成されている例である。図９（ｂ）は２つの連結コネクタ７′が直接つながっているときの例であるが、連結コネクタ７内の導電性配線（図示しない）に近接して基板内導電面２，４にそれぞれ接続される導電面３１が連続的につながっている。
なお、基板外導電面４が第２の回路基板３０内にある場合においても、図７と同様に種々の変形例が可能である。
【００３０】
本発明を金属筒４０に配置した導電性配線５に適用した例を図１０に示す。
すなわち、回路基板１の変形部１０が方形筒状の金属筒４０の内側面に面接続するように構成している。すなわち、金属筒４０の内側面に形成されている導電面４１に変形部１０の基板内導電面２ａが接続するようになっている。
この場合も、上記と同様、ノイズ電流と鏡像電流及び／又は帰還電流の相殺効果が増大すること、及び、鏡像電流及び／又は帰還電流の拡散による新たな放射の発生を防止できることから、放射ノイズが減少する。また、図７と同様に、種々の構成が可能である。
【００３１】
なお、上述した各例における導電性配線の形状は任意であり、通常のワイヤケーブル、ツイストペアケーブル、フラットケーブル、フレキシブルケーブルなどの他、同軸ケーブルをはじめとするシールドケーブルなどでも良い。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、導電性配線が回路基板と接続する部分においても、導電性配線の下側に近接する位置で、基板内導電面と基板外導電面とが高周波的に連続して接続されているので、導電性配線に流れるノイズ電流に対して導電面を鏡像電流及び／又は帰還電流が流れ、電流の相殺効果を発揮させるとともに、鏡像電流及び／又は帰還電流の拡散による新たな放射の発生を防止でき、不要電磁放射の抑制効果の高い電気回路装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気回路装置の実施形態の一例の概略的構成を示す斜視構成説明図である。
【図２】図１の電気回路装置の断面説明図である。
【図３】図２における電気回路装置の立体的変形部についての拡大説明図である。
【図４】電気回路装置の他の例を示す主要部の拡大説明図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の効果が得られる原理を説明するための斜視構成説明図である。
【図６】導電性配線下の導電面の幅と放射強度との関係を示すグラフ図である。
【図７】（ａ）ないし（ｄ）は種々の立体的変形部を有する電気回路装置の各断面説明図である。
【図８】基板内導電面と基板外導電面間のギャップと放射強度の関係の一例を示すグラフ図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は電気回路装置の他の実施形態の概略を示す断面構成図である。
【図１０】電気回路装置の他の実施形態の概略構成を示す斜視説明図である。
【図１１】従来の電気回路装置の概略構成を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１…回路基板、 ２…基板内導電面、 ３…支持基板、 ４…基板外導電面、５…導電性配線、 ７…コネクタ、 １０…変形部、 １１…ノイズ電流、 １２…鏡像電流及び／又は帰還電流、 ２０…変形部、 ２１…変形部

Claims (6)

1. 電気回路を有する回路基板内に設けられグランド領域となる基板内導電面と、回路基板外に設けられグランド領域となる基板外導電面と、この基板外導電面上に配設され前記電気回路との接続を行なう導電性配線とを有する電気回路装置において、
   前記基板内導電面と前記基板外導電面とが電気的に接続される接続領域となる導電面部を、前記導電性配線に流れる電流に対して鏡像電流又は帰還電流が流れる位置に形成したことを特徴とする電気回路装置。
2. 前記導電面部は、前記導電性配線の下側に位置し前記基板内導電面又は前記基板外導電面を変形して形成された変形部により構成する請求項１記載の電気回路装置。
3. 前記変形部は、その断面形状が波状に形成されることで、基板内導電面と基板外導電面とが面接触して接続される請求項２記載の電気回路装置。
4. 前記変形部は、前記回路基板の特定の層の突出部によって構成される請求項２記載の電気回路装置。
5. 前記導電性配線の下側に位置する変形部における基板内導電面又は基板外導電面の幅（Ｗ）が２０ｍｍ以上である請求項３記載の電気回路装置。
6. 前記導電面部は、基板内導電面と基板外導電面の間にギャップ（δ）を形成し、高周波的に接続されて成る請求項１記載の電気回路装置。

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