JP4251747B2 - 高周波シールド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、電子装置からの電磁妨害の制御に関し、より詳細には、集積回路の領域に発生または存在する電磁妨害の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁妨害（ＥＭＩ）は、電流として流れるかまたは電磁界として放射される望ましくない干渉エネルギーの総称である。ＥＭＩは、電子装置からいくつかの形で出ることがある。一般に、基板に取り付けられた集積回路における電圧と電流が、装置から放射する電界と磁界を生成する。そのような装置から放射するＥＭＩは、導体の形と向き、回路構成要素により提供されるシールドまでの導体からの距離、または回路構成要素に対する結合によって、電磁界線の強さとインピーダンスが変化する。
【０００３】
多くの電子装置および集積回路は、１ギガヘルツを超える周波数の信号を生成することによって動作し、放射するＥＭＩは、無線周波数スペクトルに達し、無線およびテレビジョンの信号に著しい干渉を引き起こすことがある。米連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、電子装置メーカによるＥＭＩの最小化と規制を要求する規則と手続きを普及させた。そのような規制の下では、ＥＭＩは、ある装置に関して、ＥＭＩ信号の周波数に依存する特定の放射電力範囲に制限されなければならない。ＥＭＩを取り巻く問題および政府の規制に従う要求の代わりに、ＥＭＩを制限する様々な方式が提案された。代表的な１つの方式は、電子装置に導電性筐体を提供して、ＥＭＩ電磁界線がそのような筐体で終わるようにすることである。残念ながら、製品全体または製品の一部分を囲む導電性筐体は、きわめて高価になることがある。さらに、そのような導電性筐体は、一般に、電子装置と同時に設計されるため、ＥＭＩ問題によって設計を変更しなけばならない場合に、追加の費用と時間がかかり出荷が遅れる。最後に、そのような筐体は、実際に、電磁エネルギーを転送してさらに他のＥＭＩ問題を引き起こすことがある。
したがって、当技術分野において、当該の集積回路を有する製品に追加することができる低コストのＥＭＩシールドが必要とされている。また、そのようなシールドは、製品の設計が実質的に完了した後で、製品の大きな設計変更を必要とせずに装置に追加することができなければならない。これにより、試作品を組み立ててその試作品のＥＭＩ測定値を取得した後で、装置の設計にシールドを追加することが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、低コストのＥＭＩシールドを提供することにある。
本発明の別の課題は、製品の大きな設計変更を必要とせずに製品に追加することのできるＥＭＩシールドを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、集積回路パッケージのまわりに係合して電磁エネルギーを吸収し、それを熱として放散する安価なＥＭＩシールドを提供する。このシールドは、簡単な設計を有しかつオーム導電性でなく、したがって、製品の設計変更をほとんどまたはまったくせずに設計に追加することができる。
【０００６】
本発明は、高周波電磁電流に対して損失性接続を示しかつ低周波電流と直流（ＤＣ）をほとんど流さない材料の外周によって、集積回路パッケージから放射されるＥＭＩを減少させる。この外周は、ヒートシンクやその他の上部導体とプリント回路基板との間の隙間が、損失性材料によって完全に塞がれるように集積回路パッケージのまわりに係合される。損失性材料の位置は、損失性材料に組み込まれた摩擦嵌合い、接着剤、あるいは自動ロックまたは保持構造によって固定することができる。
【０００７】
本発明のその他の態様および利点は、添付図面と関連して行われ本発明の原理を例として説明する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１Ａは、ヒートシンク１０２を備えた集積回路パッケージの平面図である。図１Ｂは、ヒートシンク１０２とプリント回路基板の間の隙間を塞ぐ損失性材料１０４の外周を備えた集積回路パッケージの平面図である。
【０００９】
図１Ｂにおいて、損失性材料１０４の外周を正方形のものとして示す。これは、図１Ｂのヒートシンク１０２の形状が正方形であるためである。損失性材料１０４の周囲は、ヒートシンク１０２の形状とほぼ一致してヒートシンクの外周と嵌め合いをなす任意の形状でよい。ヒートシンク１０２は、集積回路パッケージの上部にＥＭＩシールドを提供するように電磁波の良導体でなければならない。代替として、ヒートシンク１０２を、特に熱を放射するように設計されていないが集積回路パッケージの上部にＥＭＩシールドを提供することができる金属板やその他の構造物と置き換えることができる。集積回路パッケージの下面のシールドは、プリント回路基板内またはその上の導体の平面によって提供することができる。好ましい実施形態において、損失性材料の外周は、剛性ではない材料で作成される。換言すると、損失性材料の外周は整合的な材料で作成され、これにより、機械力によって圧縮、成形して、剛性のプリント回路基板と剛性のヒートシンクに対して良好な嵌め合いを形成してその境界にほとんどまたは全く隙間がないようにすることができる。このことは、損失性材料の外周の内側面の寸法が、ヒートシンクまたはプリント回路基板の外周の寸法と正確に一致しない場合でも当てはまらなければならない。
【００１０】
損失性材料は、高周波電流に対する見通し障害物と損失性帰還路を提供し、ヒートシンクの表皮上の電流の回路ループを閉じる。材料が純粋な導電性ではなく損失性であるため、この材料は、不完全なアース接続として使用することができる。好ましい実施形態においては、プリント回路基板と隣接または対向する損失性材料の配置によって接地が達成され、容量結合がループを閉じることができる。損失性材料は、低周波または直流の電流をほとんど流さないため、これは、オーム導電性ではないと言われる。この特性によって、実施態様に固有のパッド・パータン、穴やその他の構造がプリント回路基板またはシールド上になくてもシールドを既存の設計に追加することができる。そのような構造のための場所がない既存の設計にシールドを追加することができる。オーム導電性ではないため、使用する回路の機能に影響を及ぼすことなくトレースまたは導体に接触させてシールドを配置することができる。最後に、本発明は、単に高周波エネルギーを他に向けるだけでなく望ましくない高周波エネルギーを熱に換える損失性機構を提供する。
【００１１】
図２は、自動ロック構造を有する損失性材料の外周を備えた集積回路ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージの側面図である。図２において、ヒートシンク２０６は、ボール・グリッド・アレイ・パッケージ２１２の上面と熱接触している。はんだボール２０８が、ＢＧＡパッケージ２１２とプリント回路基板２１０の導体との間の電気接触を提供する。ヒートシンク２０６は、ＢＧＡパッケージ２１２よりも幅が広く、そのためＢＧＡパッケージ２１２の縁から外側に突出している。これにより、損失性材料の外周２０２が所定の場所に保持されるように、自動ロック構造２０４と噛み合うリップが形成される。ロック構造２０４は、損失性材料の外周の内側面の突起であり、したがって、損失性材料の外周２０２を外すためには、ロック構造２０４か損失性材料の外周２０２のどちらかを変形させなければならない。損失性材料の外周２０２は、ヒートシンク２０６、プリント回路基板２１０、損失性材料の外周２０２で形成される空胴から電磁波を漏らす隙間がほとんどまたは全くなくなるようにプリント回路基板２１０とヒートシンク２０６に対して保持される。
【００１２】
図３は、保持構造を有する損失性材料の外周を備えた集積回路ピン・グリッド・アレイ（ＰＧＡ）パッケージの側面図である。図３において、ヒートシンク３０６は、ピン・グリッド・アレイ・パッケージ３２２の上面と熱接触している。ピン３０８は、ＰＧＡパッケージ３２２とプリント回路基板３１０の導体の間の電気接触を提供する。ヒートシンク３０６はＰＧＡパッケージ３２２よりも幅が広く、したがってＰＧＡパッケージ３２２の縁から外方に突出する。これにより、保持構造３０４と噛み合うリップが形成され、損失性材料の外周３０２が所定の場所に保持される。保持構造３０４は、損失性材料の外周の内面の突起であり、したがって、損失性材料の外周３０２をはずすためには保持構造３０４か損失性材料の外周３０２のどちらかを少し変形させなければならない。損失性材料の外周３０２は、プリント回路基板３１０とヒートシンク３０６に対して保持され、それにより、電磁波がヒートシンク３０６、プリント回路基板３１０および損失性材料の外周３０２で形成された空胴から漏れる隙間がほとんどまたは全くなくなる。さらに、ヒートシンク３０６は、ヒートシンク３０６のスルーホール３２０内に配置されたボルト３１６によってＰＧＡ３２２と熱接触状態に保持することができる。また、ボルト３１６は、プリント回路基板３１０のスルーホールを通り、プレート３１２と接触した状態でナット３１８によって固定される。プレート３１２は、ヒートシンク３０６を広い領域にわたって所定の場所に保持するために機械力を分散させるはたらきをするオプションのプレートである。
【００１３】
図４Ａは、損失性材料の外周が接着剤によって所定の場所に保持された集積回路パッケージの平面図である。図４Ｂは、損失性材料の外周が接着剤によって所定の場所に保持されたクワッド・フラットパック（ＱＦＰ）集積回路パッケージの側面図である。図４Ａと図４Ｂにおいて、ヒートシンク４０６は、集積回路パッケージ４０８と熱接触している。図２や図３と異なり、図４では、ヒートシンク４０６は、集積回路パッケージ４０８の縁よりも外に突出していない。接着剤４０４が、損失性材料の外周４０２を所定の場所に保持する。図４において、接着剤４０４は、接着剤の４つのスポットとして示されている。これは、接着剤４０４の塗布の例である。接着剤４０４は、フィレットや多数または少数のスポットを含むがそれらに制限されない当技術分野において周知の任意の数の方法で塗布することができる。さらに、接着剤も損失性材料でもよい。特に、後で説明する「充填」シリコーン・ゴムからなる損失性材料を、損失性特性を有する接着剤として使用することができる。また、他のタイプのパッケージのまわりの損失性材料の外周を固定するために接着剤を使用することができる。特に、図１Ｂ、図２および図３に示したプリント回路基板とパッケージのまわりの所定の場所に損失性材料の外周を固定するために接着剤を使用することができる。接着剤は、単独または前述の自動ロックまたは保持構造と共に使用することができる。接着剤を単独で使用する場合は、ヒートシンクがパッケージの縁よりも外に突出しなくてもよくなる。
【００１４】
図４Ｂは、パッケージ４０８としてクワッド・フラットパックを示す。クワッド・フラットパック・パッケージのリード４１２が、パッケージ４０８の本体から外方に延びているため、損失性材料の外周４０２の内側断面形状４１４は、リード４１２に損傷を与えることなく上部に沿ってヒートシンク４０６の外周と一致し下部に沿ってプリント回路基板４１０と接触するように選択される。
【００１５】
したがって、図１Ｂ、２、３、４Ａおよび４Ｂにおいて、高周波閉込め機構は、上側の高周波閉込めには既存のシールド特性のヒートシンク、下側の高周波閉込めには既存のシールド特性のプリント回路基板面、および筐体を完成させるための外周のまわりの損失性材料を使用して構成される。
【００１６】
前述の構成に使用される損失性材料は、高周波電流への見通し障害物を提供するだけでなく、ヒートシンク表皮の電流の回路ループを閉じる損失性リターンパスを提供する。材料が、純粋な導電性でなく損失性のため、この材料を、不完全なアース接続で使用することができる。好ましい実施形態において、接地は、プリント回路基板に隣接する損失性材料の配置によって達成され、容量結合によりループを閉じることができる。
【００１７】
このような応用例の損失性材料の例には、マサチューセッツ州ウォーバーンにあるChomerics, a division of ParkerHannifinによって作成されたような「充填」シリコーン・ゴム化合物がある。本発明の必要を満たすために、シリコーン・ゴムにニッケル、銅、銀および炭素を含む種々様々な導電体材料と半導体材料を浸み込ませることができる。選択する材料および非導電性シリコーンゴムと半導体充填材料の比率によって、表面で低い導電性を示し同時に所望の周波数の損失性挙動を示す損失性材料を作成することができる。回路の機能に大きな影響を与えることなくアクティブな回路トレースに連絡接触することができるように表面の導電率を十分に低くすることができる。このような場合、それらの材料はオーム導電性でないと言われる。
【００１８】
炭素充填プラスチック発泡材などの別の適切な一群の材料は、高周波エネルギーに対して損失要素を示し、直流電流に対してきわめて低い表面導電率を示す。ミネソタ州セント・ポールの3M Corporationやデラウェア州ウィルミントンのDuPont Corporationによって製造されているそのような材料は、一般に、静電気の制御に使用される。これらの材料は、一般に、オーム計で１メガオームを超える抵抗を示し、したがって、オーム導電性であると考えられていない。
【００１９】
また、磁気合成物、特にフェライトを充填した損失性材料が適切である。この種の材料の例は、ベルギー、Westerlo、N.V.の、Emerson & Cuming Microwave Productsによって製造されたEccosorbo FGMである。また、この会社は、材料の中心が主に低抵抗要素としてはたらき、同時に材料の外側が良好な絶縁体を提供することができる損失性発泡材料、損失性ウレタン・シート材料、損失性多層材料など、他の適切な材料を製造している。
【００２０】
これらの材料はすべてオーム導電性でないため、これらはすべて、短絡を引き起こすことなくＩＣのピンと直接接触した状態で配置することができる。
【００２１】
本発明のいくつかの特定の実施形態を示し説明したが、本発明は、説明し例示したような部品の特定の形態または配置に制限されない。たとえば、本発明を３つのタイプの集積回路パッケージで示した。しかしながら、このタイプのシールドから利益を得ることができるパッケージのタイプは他にもある。このタイプのシールドから利益を得ることができる他のタイプのパッケージには、リードレス・チップキャリヤ（ＬＣＣ）やデュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ）があるが、それらに制限されない。
【００２２】
以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００２３】
[実施態様１]
集積回路上に取り付けられたヒートシンクとプリント回路基板の表面との隙間を実質的に囲むように適合され、また、前記ヒートシンクが前記集積回路パッケージ上に取り付けられたときに前記ヒートシンクの外周に合致するように適合され、さらに、前記集積回路パッケージが前記プリント回路基板の前記表面に取り付けられたときにプリント回路基板の前記表面に合致するように適合された、電磁放射を吸収しオーム導電性でないシールド材料で構成された損失性材料の外周（１０４、２０２、３０２、４０２）、
を備えて成る、電磁放射を閉じ込めるためのシールド。
【００２４】
[実施態様２]
前記損失性材料の外周（１０４、２０２，３０２、４０２）は、前記ヒートシンクと係合して前記損失性材料の外周を前記プリント回路基板の前記表面に対し適合された場所に保持する突起（２０４、３０４）をその内側面に備えて成ることを特徴とする、実施態様１に記載のシールド。
【００２５】
[実施態様３]
前記損失性材料の外周が、該損失性材料の外周と前記プリント回路基板の前記表面との間の接着剤（４０４）によって、前記ヒートシンクに対し合致された場所に保持されることを特徴とする、実施態様１に記載のシールド。
【００２６】
[実施態様４]
前記接着剤が、電磁放射を吸収することを特徴とする、実施態様３に記載のシールド。
【００２７】
[実施態様５]
集積回路パッケージ上に取り付けられたヒートシンクとプリント回路基板との間の隙間に電磁放射を吸収する材料（１０４、２０２、３０２、４０２）を充填するステップを有し、前記材料はオーム導電性ではないことを特徴とする、電磁放射を閉じ込める方法。
【００２８】
[実施態様６]
プリント回路基板に取り付けられた集積回路パッケージのまわりに電磁吸収性材料の外周（１０４、２０２、３０２、４０２）を備えて成り、前記電磁吸収性材料の外周は、第１の面と第２の面とを有し、前記第１の面は、ヒートシンクの外側面に合致可能であり、前記第２の面は、前記電磁吸収性材料の外周が前記ヒートシンクの前記外側面と前記プリント回路基板との間の隙間をまたぐように、前記プリント回路基板と接触するように合致可能であることを特徴とする、電磁シールド。
【００２９】
[実施態様７]
前記電磁吸収性材料の外周（１０４、２０２、３０２、４０２）は、前記ヒートシンクに係合して前記電磁吸収性材料の外周を、前記プリント回路基板の前記表面に対し適合された場所に保持する突起を内側面（２０４、３０４）に備えて成ることを特徴とする、実施態様６に記載の電磁シールド。
【００３０】
[実施態様８]
前記電磁吸収性材料の外周（１０４、２０２、３０２、４０２）は、該電磁吸収性材料の外周と前記プリント回路基板の前記表面との間の接着剤（４０４）によって、前記ヒートシンクに対して合致された場所に保持されることを特徴とする、実施態様６に記載の電磁シールド。
【００３１】
[実施態様９]
前記接着剤（４０４）は、電磁放射を吸収することを特徴とする、実施態様８に記載の電磁シールド。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明を用いることにより、低コストのＥＭＩシールドを提供することができる。また、製品の大きな設計変更を必要とせずに製品に追加することのできるＥＭＩシールドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】ヒートシンクを備えた集積回路パッケージの平面図である。
【図１Ｂ】ヒートシンクとプリント回路基板との間の隙間を塞ぐ損失性材料の外周を有する集積回路パッケージの平面図である。
【図２】自動ロック構造を有する損失性材料の外周を有する集積回路ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージの側面図である。
【図３】保持構造を有する損失性材料の外周を有する集積回路ピン・グリッド・アレイ（ＰＧＡ）パッケージの側面図である。
【図４Ａ】接着剤によって所定の場所に保持されている損失性材料の外周を有する集積回路パッケージの平面図である。
【図４Ｂ】接着剤によって所定の場所に保持されているクワッド・フラットパック（ＱＦＰ）集積回路パッケージの側面図である。
【符号の説明】
１０４、２０２、３０２、４０２：損失性材料の外周
２０４、３０４：突起
４０４：接着剤

Claims (1)

1. 集積回路上に取り付けられたヒートシンクとプリント回路基板の表面との隙間を実質的に囲むように適合され、また、前記ヒートシンクが前記集積回路パッケージ上に取り付けられたときに前記ヒートシンクの外周の形状に合致するように適合され、さらに、前記集積回路パッケージが前記プリント回路基板の前記表面に取り付けられたときにプリント回路基板の前記表面に合致するように適合された、電磁放射を吸収しオーム導電性でないシールド材料で構成された損失性材料の外周を備えて成り、
   前記損失性材料の外周は、前記ヒートシンクと係合して前記損失性材料の外周を前記プリント回路基板の前記表面に対し適合された場所に保持する突起をその内側面に備えて成るものである、電磁放射を閉じ込めるためのシールド。

Images