JPWO2012042711A1 - 配線基板及び電子装置 - Google Patents

Abstract

配線基板から電磁ノイズが漏洩することを抑制する。配線基板（１）は、多層配線層、導電体の構造体（８）、及び電磁波吸収体（５）を備えている。配線基板（１）には、電磁ノイズの発生源の一例である電子部品（２）が搭載される。電子部品（２）は高周波回路を有している。そして構造体（８）は多層配線層を用いて形成されており、平面視で電子部品（２）を囲むとともに、当該囲みに開口（４）が生じるように配置されている。電磁波吸収体（５）は、開口（４）を塞ぐように配置されている。

Description

本発明は、ノイズの漏洩を抑制できる配線基板及び電子装置に関する。

コンピュータ等に代表される電子機器の多くは、電子部品とそれを搭載する配線基板を用いて構成されている。近年の電子機器の高周波化に伴い、高周波回路から発生する電磁ノイズが電子機器内部の他の電子回路に電磁干渉し、電子機器の動作に支障をきたすケースが見られるようになった。これらの電磁干渉を抑制する手段として、配線基板の外周にグランドビアを配置する構造をとることにより、配線基板端部からの電磁ノイズの漏洩を防止する構造が提案されている。特許文献１（特開平７−２６３８７１）にはスルーホールが基板周辺に沿って密に配置され、このスルーホールにより表裏両面の導体層が接続されている。同様な技術は他の特許文献２、３にも記載されている。

さらに配線基板の電磁干渉を抑制する手段として、非特許文献１、２に、ＥＢＧ(Electromagnetic Band Gap)構造を適用する構造が提案されている。ＥＢＧ材料は誘電体または金属等を二次元または三次元で周期的に配置した構造をとることにより、その内部または平面上で特定周波数帯の電磁波の伝搬を抑制するバンドギャップを形成する構造をいう。

特開平７−２６３８７１号公報 特開２００１−０６８８０１号公報 特開２００５−３０２７９９号公報

Shahrooz Shahparnia et al, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY, VOL.46, NO.4, NOVEMBER 2004 Shawn D. Rogers, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.53, NO.8, AUGUST 2005

しかし、電磁干渉を抑制する手段として、配線基板の外周にグランドビアやＥＢＧ構造を配置する構造は、配線基板内に電磁ノイズを閉じ込める構造である。配線基板内に閉じ込められた電磁ノイズのエネルギーは、配線基板上の別の場所から電磁漏洩を引き起す原因となり、結果として電磁ノイズの漏洩を抑制することができない可能性がある。

本発明の目的は、電磁ノイズが漏洩することを抑制することができる配線基板及び電子装置を提供することにある。

本発明によれば、多層配線層と、
前記多層配線層を用いて形成され、平面視で電磁ノイズの発生源を囲むとともに、当該囲みに開口が生じるように導電体が繰り返し配置された構造体と、
前記開口に配置された電磁波吸収体と、
を備える配線基板が提供される。

本発明によれば、高周波回路を有する電子部品と、
前記電子部品が搭載される配線基板と、
を備え、
前記配線基板は、
多層配線層と、
前記多層配線層を用いて形成され、平面視で前記電子部品を囲むとともに、当該囲みに開口が生じるように導電体が繰り返し配置された構造体と、
前記開口を塞ぐように配置された電磁波吸収体と、
を備える電子装置が提供される。

本発明によれば、配線基板から電磁ノイズが漏洩することを抑制することができる。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

第１の実施形態に係る配線基板１の構成を示す図である。 ＥＢＧ構造の単位セルの具体例を示す図である。 ＥＢＧ構造の単位セルの具体例を示す図である。 ＥＢＧ構造の単位セルの具体例を示す図である。 第２の実施形態に係る配線基板の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る配線基板の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る配線基板の構成を示す図である。 第５の実施形態に係る配線基板の構成を示す図である。 第６の実施形態に係る配線基板の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１（ａ） は、第１の実施形態に係る配線基板１の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。配線基板１は、多層配線層、導電体の構造体８、及び電磁波吸収体５を備えている。配線基板１には、電磁ノイズの発生源の一例である電子部品２が搭載される。電子部品２は高周波回路を有している。そして構造体８は多層配線層を用いて形成されており、平面視で電子部品２を囲むとともに、当該囲みに開口４が生じるように配置されている。電磁波吸収体５は、開口４を塞ぐように配置されている。以下、詳細に説明する。

配線基板１は例えばプリント配線基板であり、上記したように多層配線構造を有している。例えば配線基板１は、電源層６、電源層６の下層に位置するグランド層７、及び信号層１０を備えている。電源層６はビア（図示せず）を介して電子部品２に接続しており、電子部品２に電力を供給する。グランド層７はビア（図示せず）を介して電子部品２に接続している。信号層１０は、ビア（図示せず）を介して電子部品２に接続しており、電子部品２に信号を入力するとともに、電子部品２から出力した信号を他の電子部品２に伝達する。電源層６及びグランド層７は少なくとも一つのべた層（導体プレーン）で構成されている。

また配線基板１は、内層の外周のうち開口４が形成される領域を除いた部分に、ＥＢＧ形成領域３を備えている。ＥＢＧ形成領域３には、ＥＢＧとしての特性を示す構造体８が設けられている。構造体８は、所定の周波数帯にストップバンドを備えている。このストップバンドとなる周波数帯には、電子部品２がノイズ源となる電磁ノイズが含まれている。なお開口４は、長方形の配線基板１の短辺の中央部に設けられているが、開口４の位置はこれに限定されない。

本実施形態において、構造体８は、ＥＢＧ構造の単位セル８２を３列で配置した集合体になっている。単位セル８２は、配線基板１内に設けられた電源層６、島状の導体である導体パッチ１９、ビア（スルーホール）１１０、及びグランド層７により構成されている。単位セル８２は、例えばマッシュルーム構造を有しているが、ＥＢＧとしての特性を示す限りにおいては、どのような構造を有していてもよい。

構造体８は、単位セル８２が複数繰り返し設けられることにより構成される。ここで「繰り返し」単位セル８２を配置する場合、互いに隣り合う単位セル８２において、同一の接続部材の間隔（中心間距離）が、電磁ノイズの波長λの１／２以内となるようにするのが好ましい。また「繰り返し」には、いずれかの単位セル８２において構成の一部が欠落している場合も含まれる。また単位セル８２が２次元配列を有している場合には、「繰り返し」には単位セル８２が部分的に欠落している場合も含まれる。また「周期的」には、一部の単位セル８２において構成要素の一部がずれている場合や、一部の単位セル８２そのものの配置がずれている場合も含まれる。すなわち厳密な意味での周期性が崩れた場合においても、単位セル８２が繰り返し配置されている場合には、メタマテリアルとしての特性を得ることができるため、「周期性」にはある程度の欠陥が許容される。なおこれらの欠陥が生じる要因としては、単位セル８２間に配線やビア、接続部材を通す場合、既存の配線レイアウトや基板間接続構造にメタマテリアル構造を追加する場合において既存のビアやパターン、接続部材によって単位セル８２が配置できない場合、製造誤差、及び既存のビアやパターン、接続部材を単位セル８２の一部として用いる場合などが考えられる。

配線基板１の縁に形成された構造体８の一部には、上記したように開口４が設けられている。開口４の幅は、上記した電磁ノイズの周波数を考慮して任意に決定される。開口４には、電磁波吸収体５が設けられている。電磁波吸収体５は、開口４を塞ぐように、配線基板１の表面から側面を経由して裏面に至るように貼り付けられており、その幅は開口４よりも大きい。電磁波吸収体５は上記した電磁ノイズの周波数、及び漏洩電磁波のモードを考慮して電磁ノイズ抑制効果が大きいものを任意に選択する。

図２、図３、及び図４の各図には、構造体８の単位セル８２の具体例を示している。ただしＥＢＧ構造の単位セルは、図２〜図４に示した例に限定されない。

図２に示す例では、いわゆるマッシュルーム型のＥＢＧ構造や類似のＥＢＧ構造の単位セル８２を示している。これらは、第１導体プレーン２０１、第２導体プレーン２０４、及び導体エレメント２０２から構成される。導体エレメント２０２は島状の導体であり、第２導体プレーン２０４にビアなどの接続部材２０３で接続されている。接続部材２０３はマッシュルームの軸部分に相当し、インダクタンスを形成している。導体エレメント２０２はマッシュルームのヘッドに相当し、第１導体プレーン２０１との間でキャパシタンスを形成する。マッシュルーム型ＥＢＧ構造は、第１導体プレーン２０１と第２導体プレーン２０４の平行平板を、上記したキャパシタンスと上記したインダクタンスからなる直列共振回路でシャントした等価回路で表現することができる。そしてこの直列共振回路の共振周波数が最も減衰が大きいバンドギャップの中心周波数を与える。

図２（ａ）は、図１に示したＥＢＧ構造のユニットセルの層構成を示す断面模式図であり、図２（ｂ）はその斜視図である。図１の電源層６及びグランド層７は、それぞれ図２の第１導体プレーン２０１と第２導体プレーン２０４に対応する。また、図１の導体パッチ１９及びビア１１０は、図２の導体エレメント２０２および接続部材２０３に対応する。図２（ａ），（ｂ）に示す例では、厚さ方向において、第２導体プレーン２０４、導体エレメント２０２、及び第１導体プレーン２０１がこの順に並んでいる。

図２（ｃ）は、導体エレメント２０２と第２導体プレーン２０４の間に第１導体プレーン２０１が配置されたＥＢＧ構造の断面模式図であり、図２（ｄ）はその斜視図である。図２（ｃ），（ｄ）に示す例では、厚さ方向において、第２導体プレーン２０４、第１導体プレーン２０１、及び導体エレメント２０２がこの順に並んでいる。そして接続部材２０３は、第１導体プレーン２０１に設けられた開口を通ることにより、第１導体プレーン２０１との絶縁を確保しつつ、導体エレメント２０２に接続している。

図２（ｅ），（ｆ）に示す例では、図２（ｂ）に示す例に加えて、第２導体プレーン２０４は開口部２０６を有している。開口部２０６に平面コイル２０５が形成されている。平面コイル２０５は、第２導体プレーン２０４と接続部材２０３を接続している。すなわち第２導体プレーン２０４は、平面コイル２０５及び接続部材２０３を介して導体エレメント２０２に接続されている。平面コイル２０５によりインダクタンスを増加させることが可能となり、ＥＢＧ構造のユニットセルの小型化やバンドギャップの低周波化に有利である。

図３は、図２（ａ）及び（ｃ）に示した例に類似しているが、島状の導体エレメント２０２の代わりにらせん状の導体エレメント３０２を有している構造、いわゆるオープンスタブ型のＥＢＧ構造やそれに類似の構造を示している。導体エレメント３０２は対向する第１導体プレーン３０１と電気的に結合したマイクロストリップ線路であり、その一端はオープン端となっており、オープンスタブとして機能する。図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ導体エレメント３０２が第１導体プレーン３０１と第２導体プレーン３０４との間に配置された構造の断面模式図と斜視図である。また、図３（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ第１導体プレーン３０１が導体エレメント３０２と第２導体プレーン３０４との間に配置された構造の断面模式図と斜視図である。やはり、第１導体プレーン３０１及び第２導体プレーン３０４が、図１に示した電源層６及びグランド層７に対応する。

図４では、第１導体プレーン４０１の中に形成されたらせん状の導体エレメント４０３が第２導体プレーン４０２に対向している。この構造はＥＢＧ構造を構成するために必要な層数を削減できる点で優れている。やはり、第１導体プレーン４０１及び第２導体プレーン４０２が、図１に示した電源層６及びグランド層７に対応する。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。電子部品２を発生源とした電磁ノイズの一部は、導体プレーン端部となる配線基板１の周辺から漏洩する危険性があるが、これらのノイズは、開口４が設けられている領域を除いて構造体８（ＥＢＧ）によって反射される。そして配線基板１の周辺において唯一漏洩可能な領域である開口４に電磁ノイズが集中するが、開口４には電磁波吸収体５が設けられているため、電磁波吸収体５によって吸収される。従って、構造体８によって囲まれた領域に電磁ノイズのエネルギーが溜まることを抑制できるため、配線基板１の縁以外の部分から電磁ノイズが漏洩することを抑制できる。

（第２の実施形態）
図５（ａ）は、第２の実施形態に係る配線基板の構成を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。本実施形態に係る配線基板１は、以下の点を除いて、第１の実施形態に係る配線基板１と同様の構成である。

まず、配線基板１には、デジタル回路が設けられる第１の領域１１と、アナログ回路が設けられる第２の領域１２が設けられている。電磁ノイズの発生源となる電子部品２は第１の領域１１に設けられている。そして構造体８及び電磁波吸収体５は、第１の領域１１を囲み、かつ第２の領域１２を囲まないようにレイアウトされている。

また、電磁波吸収体５は、上側吸収体５１と、下側吸収体５２により構成されている。上側吸収体５１は、配線基板１の表面から側面の中央に至るまで貼り付けられており、下側吸収体５２は配線基板１の裏面から側面の中央に至るまで貼り付けられている。そして上側吸収体５１及び下側吸収体５２の端部は、配線基板１の側面の近傍で互いに貼り付いている。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、構造体８及び電磁波吸収体５は、第１の領域１１を囲み、かつ第２の領域１２を囲んでいないため、構造体８により第１の領域１１と第２の領域１２とを仕切ることができる。従って、第１の領域１１に設けられたロジック回路から発生したノイズが第２の領域１２に設けられたアナログ回路に悪影響を与えることを抑制できる。

（第３の実施形態）
図６（ａ）は、第３の実施形態に係る配線基板１の構成を示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。本実施形態に係る配線基板１は、開口部４及び電磁波吸収体５が複数個所に設けられている点、並びにビア（スルーホール）１１０の代わりに貫通ビア（スルーホール）１１１を有している点を除いて、第２の実施形態に係る配線基板１と同様の構成である。

本実施形態において、開口部４及び電磁波吸収体５は、配線基板１の一方の短辺の両端に設けられている。また貫通ビア１１１は、配線基板１の上面から下面まで貫通している。

本実施形態によっても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また開口部４及び電磁波吸収体５を複数個所に設けているため、さらに効率よく電磁ノイズを吸収することができる。

（第４の実施形態）
図７（ａ）は、第４の実施形態に係る配線基板１の構成を示す平面図である。図７（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図７（ａ）のＡ−Ａ´断面図及びＢ−Ｂ´断面図である。また図７（ｄ）及び（ｅ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ´断面の変形例を示す図である。本実施形態に係る配線基板１は、以下の点を除いて第２の実施形態に係る配線基板１と同様の構成である。

まず、開口４は、配線基板１の短辺の端部に設けられており、かつ突出部１１２を有している。突出部１１２は、配線基板１の長辺の延伸方向に沿って短辺の一部が突出した形状を有している。突出部１１２は、構造体８が設けられている配線層が配線基板１の本体から突出することにより、形成されている。本図に示す例では、突出部１１２は、電源層６及びグランド層７並びにこれらの間の層が突出することにより形成されている。構造体８は、突出部１１２にも形成されている。具体的には、構造体８は、平面視で、第１の領域１１のうち突出部１１２が形成されている領域を除いて囲み、かつ、突出部１１２の縁に沿って延伸するように設けられている。なお構造体８は、突出部１１２の端部には設けられていない。

また電磁波吸収体５は、突出部１１２に配置されている。このため、電磁波吸収体５は、構造体８を構成する配線層に直接接続される。なお図７（ａ）に示す例では、電磁波吸収体５は突出部１１２の上面の全体、端面の全体、及び下面の全体を覆っているが、図７（ｄ）に示すように、突出部１１２の上面及び下面にのみ設けられていてもよいし、図７（ｅ）に示すように、突出部１１２の端面にのみ設けられていてもよい。

本実施形態によっても第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、電磁波吸収体５を、構造体８を構成する配線層に直接接続させることができるため、電磁ノイズをさらに効率的に吸収することができる。

（第５の実施形態）
図８（ａ）は、第５の実施形態に係る配線基板１の構成を示す平面図である。図８（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ図８（ａ）のＡ−Ａ´断面図及びＢ−Ｂ´断面図である。また図８（ｄ）及び（ｅ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ´断面の変形例を示す図である。本実施形態に係る配線基板１は、突出部１１２の代わりに第２の配線基板１７を備える点を除いて第４の実施形態に係る配線基板１と同様の構成である。

第２の配線基板１７は、例えば多層のフレキシブル基板である。そして第２の配線基板１７には、第４の実施形態の突出部１１２と同様に構造体８が設けられている。

電磁波吸収体５は、第２の配線基板１７に配置されている。なお図８（ａ）に示す例では、電磁波吸収体５は第２の配線基板１７の上面の端面近傍部分、端面の全体、及び下面の端面近傍部分を覆っているが、図８（ｄ）に示すように、第２の配線基板１７の上面の全体、端面の全体、及び下面の全体を覆っていてもよい。また図８（ｅ）に示すように、第２の配線基板１７が十分長い場合（たとえばフレキシブル基板の終端部を完全に電磁ノイズが影響を及ぼさない位置まで引き出せる場合）、電磁波吸収体５を設けなくてもよい。

本実施形態によっても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第６の実施形態）
図９（ａ）は、第６の実施形態に係る配線基板１の構成を示す平面図である。図８（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ図８（ａ）のＡ−Ａ´断面図及びＢ−Ｂ´断面図である。また図８（ｄ）は図８（ａ）のＡ−Ａ´断面の変形例を示す図である。本実施形態に係る配線基板１は、第２の配線基板１７が先端部に配線層露出部１１３を有している点を除いて、第５の実施形態に係る配線基板と同様の構成である。

配線層露出部１１３は、表面及び裏面からＥＢＧを構成する配線層が露出している領域である。そして配線層露出部１１３には、電磁波吸収体５が設けられている。なお図８（ｄ）に示すように、第２の配線基板１７の全体に配線層露出部１１３及び電磁波吸収体５が形成されていても良い。

本実施形態によっても、第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。また電磁波吸収体５を、構造体８を構成する配線層に直接接続させることができるため、電磁ノイズをさらに効率的に吸収することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

なお、図８（ｅ）によれば、以下の発明が開示されている。
第１の配線基板と、第２の配線基板と、を備え、
前記第１の配線基板は、
多層配線層と、
前記多層配線層を用いて形成され、平面視で電磁ノイズの発生源を囲むとともに、当該囲みに開口が生じるように導電体が繰り返し配置された第１の構造体と、
を有し、
前記第２の配線基板は、前記第１の配線基板に前記開口で接続されており、前記第１の構造体と連続するように導電体が繰り返し配置された第２の構造体を有しており、
前記第２の配線基板のうちの開放側の端部には、前記第２の構造体が設けられていない配線基板。

この出願は、２０１０年９月３０日に出願された日本出願特願２０１０−２２０５２９号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (10)

1. 多層配線層と、
   前記多層配線層を用いて形成され、平面視で電磁ノイズの発生源を囲むとともに、当該囲みに開口が生じるように導電体が繰り返し配置された構造体と、
   前記開口に配置された電磁波吸収体と、
   を備える配線基板。
2. 請求項１に記載の配線基板において、
   前記構造体はＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）としての特性を示す配線基板。
3. 請求項２に記載の配線基板において、
   前記構造体のストップバンドは、前記電磁ノイズの周波数を含んでいる配線基板。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の配線基板において、
   前記構造体及び前記電磁波吸収体は、前記配線基板の縁に設けられている配線基板。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の配線基板において、
   前記配線基板は、前記発生源が配置されている第１の領域と、アナログ回路が搭載されている第２の領域とを備え、
   前記構造体及び前記電磁波吸収体は、平面視で前記第１の領域を囲み、かつ前記第２の領域を囲んでいない配線基板。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の配線基板において、
   平面視において前記構造体を構成する配線層が前記開口から突出した突出部と、
   を備え、
   前記構造体は、前記突出部にも、端部を除いて形成されており、
   前記電磁波吸収体は、前記突出部に設けられている配線基板。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の配線基板において、
   平面視において前記開口が設けられた略矩形の第１の配線基板と、
   平面視において前記第１の配線基板の前記開口に接続された略矩形の第２の配線基板と、
   を備え、
   前記第１の配線基板が前記発生源を有しており、
   前記構造体は、前記第１の配線基板から前記第２の配線基板にかけて形成されている配線基板。
8. 請求項７に記載の配線基板において、
   前記第１の配線基板はプリント配線基板であり、
   前記第２の配線基板はフレキシブル配線基板である配線基板。
9. 請求項７又は８に記載の配線基板において、
   前記第２の配線基板は、少なくとも一部において上面及び下面から前記構造体を構成する配線層が露出しており、
   前記電磁波吸収体は前記構造体を構成する配線層に直接接続している配線基板。
10. 高周波回路を有する電子部品と、
    前記電子部品が搭載される配線基板と、
    を備え、
    前記配線基板は、
    多層配線層と、
    前記多層配線層を用いて形成され、平面視で前記電子部品を囲むとともに、当該囲みに開口が生じるように導電体が繰り返し配置された構造体と、
    前記開口を塞ぐように配置された電磁波吸収体と、
    を備える電子装置。

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