JP4978639B2 - プリント基板及び無線通信端末 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板、特に、高周波回路が形成された２層のプリント基板、及びそれを搭載した無線通信端末に関する。

近年、デジタルコードレス電話をはじめ高周波無線通信を行う通信機器が普及している。そのような通信機器に搭載されるプリント基板には、高周波回路が形成される。

高周波回路においては、グランドパターンを十分に設けて、グランドレベルを安定させる必要がある。ここで、高周波回路におけるグランドの重要性について、図７、図８を参照して説明する。図７、図８は、２段のＬＣローパスフィルタについて、グランドパターンが強固な場合と貧弱な場合との違いを示す説明図である。

グランドパターンが強固な場合、図７に示されるように、高周波信号がフィルタを通過すると、高調波などの不要な周波数成分はグランドへ抜ける。一方、グランドパターンが貧弱な場合、図８において破線の枠で囲われたグランドパターンが持つインピーダンスを考慮する必要が生じる。インピーダンスの大きさは周波数によって決まり、高周波回路においてはグランドパターンが持つインピーダンスの影響が無視できなくなる。その結果、図８に示されるように、高周波信号がフィルタを通過すると、不要な周波数成分がグランドへ抜けずに回り込んでしまう場合がある。不要な周波数成分が高周波回路に侵入すると、誤動作等の原因になる。不要な周波数成分がアンテナから放射されてしまい、他の無線機器への影響を及ぼす原因となる。そのため、強固なグランドパターンによってグランドレベルを安定させることが高周波回路の正常な動作にとって重要になる。

下記の特許文献１には、少なくとも４層を有する多層基板における高周波回路の形成に関する技術が開示されている。特許文献１に開示された技術では、多層基板の内層に２層のグランドパターンを形成することで、グランドレベルを安定させる。

特開２００３−２９８２４５号公報

低コスト化のためには、４層以上の多層基板よりも２層のプリント基板を用いる方が好ましい。また、通信機器の小型化のために、基板サイズは小さいことが要求される。

しかしながら、サイズの小さな２層のプリント基板に高周波回路を形成する場合、グランドパターンを十分に確保することが難しいため、グランドパターンが貧弱になってしまう。その結果、通信機器の受信特性の悪化、スプリアスノイズの増加、といった問題が発生する。

本発明は上記の課題に鑑み提案されたものである。本発明は、基板サイズを拡大することなくグランドレベルを安定させ、２層で高周波回路を実現することにより、低コスト化、小型化を可能としたプリント基板、及びそれを搭載した無線通信端末を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係るプリント基板は、一方の面に高周波回路が形成された高周波回路部を備えた２層のプリント基板において、一方の面に高周波回路部の実装領域を覆って接続され、前記一方の面の外方に電磁遮蔽するシールドケースと、他方の面における、シールドケースで覆われた一方の面に対向する領域であって、グランドとは電気的に異なるパターンが存在する領域を除いて配線されるグランドパターンと、パターンを挟むグランドパターン間を電気的に接続する接続手段を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項２に係るプリント基板は、請求項１のプリント基板において、接続手段は、グランドパターンが両面ともに存在しない箇所において、グランドパターンを接続することを特徴とする。

本発明の請求項３に係るプリント基板は、請求項１または２のプリント基板において、接続手段は、グランドパターンは存在せずパターンが存在する箇所を、そのスロット長が高周波回路の使用波長に対して８分の１波長以下に分断することを特徴とする。

本発明の請求項４に係るプリント基板は、請求項１乃至３のいずれかのプリント基板において、接続手段は０Ω抵抗であることを特徴とする。

本発明の請求項５に係るプリント基板は、請求項１乃至３のいずれかのプリント基板において、接続手段は針金状導体であることを特徴とする。

本発明の請求項６に係るプリント基板は、請求項１乃至３のいずれかのプリント基板において、接続手段は金属箔状導体であることを特徴とする。

本発明の請求項７に係る無線通信端末は、請求項１乃至６のいずれかのプリント基板を搭載したことを特徴とする。

本発明の請求項１に係るプリント基板によれば、高周波回路が形成された高周波回路部を備えた２層のプリント基板において、グランドレベルを安定させることができる。したがって、受信特性を良好に保ち、スプリアスノイズを抑制することができる。また、基板サイズを拡大する必要がないため、小型化が図れる。また、高周波回路を効果的に電磁遮蔽することができる。

本発明の請求項２に係るプリント基板によれば、グランドパターンが２層のプリント基板の両面ともに分離されて貧弱な箇所を強化することができる。

本発明の請求項３に係るプリント基板によれば、シールド効果をより高めることができる。

本発明の請求項４乃至６に係るプリント基板によれば、接続手段を、容易に、かつ、安価に実現することができる。

また、本発明の請求項７に係る無線通信端末としても本発明は構成可能であり、上述した請求項１乃至６のいずれかに係るプリント基板と同様の効果が得られる。

本発明に係るプリント基板、及び無線通信端末によれば、基板サイズを拡大することなくグランドレベルを安定させ、２層で高周波回路を実現することにより、低コスト化、小型化が可能になる。

本発明に係るプリント基板の一例に関し、第１層を示す概略図である。 本発明に係るプリント基板の一例に関し、第２層を示す概略図である。 本発明に係るプリント基板の他の例に関し、第１層を示す概略図である。 本発明に係るプリント基板の他の例に関し、第２層を示す概略図である。 グランドパターンがグランド以外のパターンで分離されている箇所のスロット長を説明する図である。 グランドパターンを接続する接続手段について、他の例を示す図である。 ２段のＬＣローパスフィルタについて、グランドパターンが強固な場合を示す説明図である。 ２段のＬＣローパスフィルタについて、グランドパターンが貧弱な場合を示す説明図である。

図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図１、図２は、本発明の無線通信端末に搭載される２層のプリント基板の一例に関し、図１は第１層の、図２は第２層の概略を示す図である。

図１に示されるように、プリント基板１０の第１層には、高周波信号用のパターン領域である高周波信号領域１１、高周波信号を処理する集積回路である高周波ＩＣ１２、高周波ＩＣ１２を制御する制御信号用のパターン領域である制御信号領域１３、を含む高周波回路が形成されている。また、１４はシールドケースの外形を示している。シールドケース１４は、プリント基板１０の第１層に取り付けられて、高周波回路を電磁遮蔽する。なお、図１では省略されているが、空きスペースにはグランドパターン及び他の各種のパターンが形成されている。

一方、図２に示されるように、プリント基板１０の第２層には、グランドパターン（斜線）、電源パターン１５が形成されている。ここで、図２に斜線で示されるグランドパターンは、それぞれ、第１層と第２層との層間を接続するスルーホールビアを介して、電気的に接続されている。また、第１層に取り付けられるシールドケース１４の裏側部分が破線で示されている。なお、図２では省略されているが、グランドパターン間のスペースには他の各種のパターンが形成されている。

プリント基板１０を搭載する無線通信端末の受信特性の悪化やスプリアスノイズの増加を防止し、第１層に形成された高周波回路の正常な動作を確保するため、第１層側で高周波回路をシールドケース１４によって電磁遮蔽するとともに、第２層側においても、シールドケース１４の裏側、第１層の高周波回路部に対応する箇所を、全てグランドパターンとすることが望ましい。しかし、２層のプリント基板１０においては、配線スペースの制約などのため、常にグランドパターンを十分に確保することは困難である。その結果、図２に示されるように、グランドパターンが電源パターン１５で分離されることがある。

これに対し、プリント基板１０では、グランドパターンが貧弱になってしまうのを防止するため、第２層における、シールドケース１４の裏側、第１層の高周波回路部に対応する箇所であって、グランドパターンが電源パターン１５で分離されている箇所において、０Ωチップ抵抗Ｒｏ（Ｒｏ１、Ｒｏ２、Ｒｏ３）によってグランドパターンを接続する。これにより、第１層に高周波回路が形成された２層のプリント基板１０において、グランドレベルを安定させることができる。したがって、無線通信端末の受信特性を良好に保ち、スプリアスノイズを抑制することができる。また、この場合、基板サイズを拡大する必要がないため、プリント基板１０の小型化が図れる。

続いて、本発明の他の実施例について説明する。図３、図４は、本発明の無線通信端末に搭載される２層のプリント基板の他の例に関し、図３は第１層の、図４は第２層の概略を示す図である。

図３に示されるように、プリント基板２０の第１層には、プリント基板１０（図１参照）と同様に、高周波信号領域２１、高周波ＩＣ２２、制御信号領域２３、を含む高周波回路が形成され、シールドケース２４はプリント基板２０の第１層に取り付けられて、高周波回路を電磁遮蔽する。また、空きスペースに形成されたグランドパターンを分断して信号パターン２５が形成されている。

一方、図４に示されるように、プリント基板２０の第２層には、グランドパターン（斜線）、信号パターン２６、電源パターン２７、２８が形成されている。ここで、図４に斜線で示されるグランドパターンは、それぞれ、第１層と第２層との層間を接続するスルーホールビアを介して、電気的に接続されている。また、第１層に取り付けられるシールドケース２４の裏側部分が破線で示されている。なお、図４では省略されているが、グランドパターン間のスペースには他の各種のパターンが形成されている。

プリント基板２０でもプリント基板１０（図１、図２参照）と同様に、グランドパターンが貧弱になってしまうのを防止するため、第２層における、シールドケース２４の裏側、第１層の高周波回路部に対応する箇所であって、グランドパターンが信号パターン２６、電源パターン２７、２８で分離されている箇所において、０Ωチップ抵抗Ｒｏ（Ｒｏ４〜Ｒｏ１０）によってグランドパターンを接続する。特に、０Ωチップ抵抗ＲｏのうちＲｏ４、Ｒｏ５、Ｒｏ６がグランドパターンを接続する箇所は、第１層（図３参照）においてもグランドパターンが信号パターン２５で分離されている。このように、第１層、第２層ともにグランドパターンが分離されている箇所においてグランドパターンを接続することにより、グランドパターンが２層のプリント基板２０の両面ともに分離されて貧弱となる箇所を強化することができる。これにより、プリント基板２０においても、基板サイズを拡大することなくグランドレベルを安定させ、受信特性を良好に保ち、スプリアスノイズを抑制することができる。

続いて、グランドパターンがグランド以外のパターンで分離されている箇所のスロット長と、グランドパターンの接続との関係について説明する。高周波回路においては、不要な周波数成分の漏れを防ぎ、また、不要な周波数成分からの影響を防ぐため、電磁遮蔽が重要である。上述のプリント基板１０、２０では、シールドケース１４、２４の使用に加えて、第２層における、シールドケース１４、２４の裏側部分、第１層の高周波回路部に対応する箇所を、可能な限りグランドパターンとすることで、高周波回路を電磁遮蔽するシールド効果を得ている。

ここで、使用波長に対して１／２波長の隙間（スロット）を設けた金属板は理想的なスロットアンテナとして動作することが知られている。したがって、プリント基板１０、２０においてシールド効果を目的としたグランドパターンに、高周波回路の使用波長に対して１／２波長以上の隙間（スロット）が存在すると、アンテナとして機能し、シールドとして機能しなくなってしまう。

そのため、図５に示されるように、グランドパターン（斜線）がグランド以外のパターンＰで分離されている箇所のスロット長ｌに基づいて、グランドパターンを接続する。本発明の実施例では、シールド効果をより高めるため、スロット長ｌが高周波回路の使用波長に対して１／８波長以上である場合にグランドパターンを接続する。

例えば、プリント基板１０、２０を搭載する無線通信端末が２．４ＧＨｚ帯の電波を使用する場合、その１／８波長は空気中で１５．１２ｍｍである。通常よく使われるＦＲ−４（ガラス・エポキシ）基板上では、基板のもつ誘電率の影響によってその波長は短くなり、１／８波長はおよそ８．１ｍｍとなる。したがって、本実施例のプリント基板１０、２０においてスロット長ｌ≧８．１ｍｍである場合にグランドパターンを接続する。これにより、シールド効果をより高めることができる。高周波回路の信号が漏れて他の回路に影響したり、他の回路から不要な信号が高周波回路内に侵入したりして、プリント基板１０、２０を搭載する無線通信端末（例えば、デジタルコードレス電話の子機）の動作が不安定になったり、通話品質が悪化したりするという問題を防止することができる。

ここで、特許請求の範囲との対応は以下の通りである。
０Ωチップ抵抗Ｒｏは接続手段の一例である。また、第１層は一方の面、第２層は他方の面、のそれぞれ一例である。また、電源パターン１５、２７、２８、信号パターン２５、２６は、それぞれグランド以外のパターンの一例である。

以上、詳細に説明した通り、本発明の前記実施例に係るプリント基板１０、２０によれば、第２層における、シールドケース１４、２４の裏側、第１層の高周波回路部に対応する箇所であって、グランドパターンが電源パターン１５、２７、２８等で分離されている箇所において、０Ωチップ抵抗Ｒｏによってグランドパターンを接続する。このように、電気的に接続されているグランドパターンをさらに接続することにより、基板サイズを拡大することなくグランドレベルを安定させることができる。その結果、プリント基板１０、２０を搭載する無線通信端末の受信特性を良好に保ち、スプリアスノイズを抑制することができる。配線スペースの限られた２層のプリント基板で高周波回路を実現することができ、低コスト化、小型化が可能になる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、０Ωチップ抵抗Ｒｏによってグランドパターンを接続したが、これに限られない。針金状導体、チップコンデンサ、などによって接続しても構わない。

コンデンサのインピーダンスは周波数特性を持ち、理想的なコンデンサにおいては、周波数が高ければ高いほど、容量（キャパシタンス）が大きければ大きいほど、インピーダンスは小さくなる。そのため、低周波信号に対してはコンデンサで接続しても電気的につながっていない状態（オープン）であるが、高周波信号に対してはコンデンサで接続することで電気的に接続され、グランドパターンの強化、シールド効果の向上につながる。
ただし、実際のコンデンサはキャパシタンス成分以外に抵抗成分、インダクタンス成分を持つ。そのため、周波数が高ければ高いほど、容量が大きければ大きいほど、インピーダンスは必ずしも小さくはならず、特定の周波数に対してインピーダンスが小さくなる容量が決まってくる。したがって、使用する周波数に対してインピーダンスが小さくなる容量のコンデンサで接続する必要がある。例えば、２．４ＧＨｚの周波数に対しては、一般的なチップセラミックコンデンサの場合、数ｐＦ〜数百ｐＦ程度の容量のコンデンサで接続すればよい。

その他、図６に示されるように、グランドパターン（斜線）がグランド以外のパターンＰで分離されている箇所を覆う金属箔状導体Ｍ（例えば、銅箔）によって接続しても構わない。

１０、２０ プリント基板
１４、２４ シールドケース
１５、２７、２８ 電源パターン
２５、２６ 信号パターン
Ｒｏ ０Ωチップ抵抗（接続手段）

Claims (7)

1. 一方の面に高周波回路が形成された高周波回路部を備えた２層のプリント基板において、
   前記一方の面に前記高周波回路部の実装領域を覆って接続され、前記一方の面の外方に電磁遮蔽するシールドケースと、
   他方の面における、前記シールドケースで覆われた前記一方の面に対向する領域であって、グランドとは電気的に異なるパターンが存在する領域を除いて配線されるグランドパターンと、
   前記パターンを挟む前記グランドパターン間を電気的に接続する接続手段を備えた
   ことを特徴とするプリント基板。
2. 前記接続手段は、前記グランドパターンが両面ともに存在しない箇所において、前記グランドパターンを接続する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記接続手段は、前記グランドパターンは存在せず前記パターンが存在する箇所を、そのスロット長が前記高周波回路の使用波長に対して８分の１波長以下に分断する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のプリント基板。
4. 前記接続手段は０Ω抵抗である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプリント基板。
5. 前記接続手段は針金状導体である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプリント基板。
6. 前記接続手段は金属箔状導体である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプリント基板。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の前記プリント基板を搭載した
   ことを特徴とする無線通信端末。

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