JP2005268428A

JP2005268428A - 基板の電磁シールド構造

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Publication number: JP2005268428A
Application number: JP2004076659A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kimata; 浩之木股; Yasuhiro Yamanaka; 康弘山中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-09-29
Also published as: US20050206468A1; US20080037238A1; US7295083B2

Abstract

【課題】省スペース且つ安価な構成で電磁シールドを可能とする基板の電磁シールド構造を得ること。
【解決手段】電磁シールド対象基板２の一面側および側面側を覆うように配置された金属筐体１と、金属筐体１と接続される内層接地プレーン４を有し、電磁シールド対象基板２の他面側に配置されるベース基板１１と、を備え、金属筐体１とベース基板１１とにより電磁シールド対象基板２が電磁的に密閉されている。この基板の電磁シールド構造によれば、電磁シールド対象基板２の一面側および側面側を金属筐体１により覆い、電磁シールド対象基板２の他面側を内層に内層接地プレーン４を有するベース基板１１により覆う構造とすることにより、シールド対象となる基板２の全面を金属筐体で囲い込む必要がない。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の電磁シールド構造に関し、特に基板から放射される電磁波ノイズを遮断する基板の電磁シールド構造に関するものである。

トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩなどの回路素子が搭載された基板においては、回路素子の動作時に電磁ノイズが発生する。このような基板を用いる際に、発生する電磁ノイズを放置し、適切な低減処置を施さない場合には、該基板および該基板を搭載する電子機器自体の誤動作の原因となり、また、他の電子機器における誤動作の原因にもなり得る。

電磁ノイズ発生源に対する対策としては，電磁ノイズ発生を無くするか，又は発生した電磁ノイズが広く外部に拡散する前に押さえ込むかの二通りの方法がある。前者は回路方法の選択の問題であり、このような対処方法としてはたとえばプリント基板上のＩＣやＬＳＩなどの回路素子の配置及び電源層の配線化（パターン形状）の方法を工夫することにより電磁ノイズ発生を大幅に低減し得る多層プリント基板を提供する技術がある（たとえば、特許文献１参照）。また、後者は、基板の周囲を適当な材料で覆って電磁ノイズを遮断する、すなわち電磁シールドする方法である。従来の基板の電磁シールド構造としては、たとえば電磁シールドの対象とする基板を両面から金属フレームで覆って密閉することにより電磁ノイズを遮断する構造が用いられている。

特開平１０−２７０８６２号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、電磁シールドの対象とする基板の両面を金属フレームで囲いこむ必要があるため、金属フレームのための実装領域が広く必要となるという問題があった。また、基板を覆うための金属フレームの部品コストが製品コストの増大の原因になるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、省スペース且つ安価な構成で電磁シールドを可能とする基板の電磁シールド構造を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる基板の電磁シールド構造は、電磁シールド対象基板の一面側および側面側を覆うように配置された金属筐体と、金属筐体と接続される内層接地プレーンを有し、電磁シールド対象基板の他面側に配置されるベース基板と、を備え、金属筐体とベース基板とにより電磁シールド対象基板が電磁的に密閉されていることを特徴とする。

この発明によれば、電磁シールド対象基板の一面側および側面側が金属筐体により覆われ、電磁シールド対象基板の他面側が該電磁シールド対象基板の他面側に配置されたベース基板の有する内層接地プレーンにより覆われた構成とされる。このような構成とすることにより、電磁シールド対象基板は、金属筐体とベース基板の有する内層接地プレーンとにより電磁的に密閉される。したがって、この発明によれば電磁シールド対象基板の他面側においては、電磁シールド対象基板を覆うための金属筐体が不要とされる。

本発明にかかる基板の電磁シールド構造によれば、電磁シールド対象基板の一面側および側面側を金属筐体により覆い、電磁シールド対象基板の他面側を内層に内層接地プレーンを有するベース基板により覆う構造とすることにより、シールド対象となる基板の全面を金属筐体で囲い込む必要がない。この結果、電磁シールド対象基板を覆う金属筐体の実装領域を大幅に削減することができ、基板の電磁シールド構造の省スペース化を図ることができるという効果を奏する。そして、基板の電磁シールド構造の省スペース化を図ることにより、この基板の電磁シールド構造体を実装する電子機器の小型化が可能となるという効果を奏する。

また、本発明にかかる基板の電磁シールド構造によれば、シールド対象となる基板の全面を金属筐体で囲い込む必要がないため、基板の電磁シールド構造体の軽量化を図ることができるという効果を奏する。そして、基板の電磁シールド構造体の軽量化を図ることにより、この基板の電磁シールド構造体を実装する電子機器の軽量化が可能となるという効果を奏する。

さらに、この発明によれば、シールド対象となる基板の全面を金属筐体で覆う必要がないため、該金属筐体にかかるコストを大幅に削減することができる。その結果、シールド対象となる基板を実装する製品の製造コストを効果的に低減することができるという効果を奏する。

したがって、本発明にかかる基板の電磁シールド構造によれば、省スペース且つ安価な構成でシールド対象となる基板の電磁シールドを可能とする基板の電磁シールド構造を提供することができる。

以下に、本発明にかかる基板の電磁シールド構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかる基板の電磁シールド構造を説明する図である。図１において、本実施の形態にかかる基板の電磁シールド構造により電磁シールドされる基板は、電磁シールド対象基板２である。電磁シールド対象基板２は、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩなどの種々の回路素子が搭載された基板であって、この電磁シールド対象基板２からは回路素子の動作時に電磁ノイズが発生する。この電磁ノイズを放置し、適切な低減処置を施さなでおくと、該電磁シールド対象基板２および該電磁シールド対象基板２を搭載する電子機器自体の誤動作の原因となり、また、他の電子機器における誤動作の原因となる虞もある。そこで、本実施の形態においては、この電磁シールド対象基板２から発生する電磁ノイズを後述する基板の電磁シールド構造により電磁ノイズを遮断する。

図１に示すように、電磁シールド対象基板２はその一面側（図１においては上面２ａ側）が、該電磁シールド対象基板２の上面２ａ側および側面側を金属筐体である金属フレーム１により覆われている。ここで、金属フレーム１は、図２および図３に示すように１つの面（図１においては下面側の面）が開口された略直方体形状を有する金属筐体である。ここで、図２は、金属フレーム１を上方から見た斜視図である。また、図３は、図２における金属フレーム１を下方から見た斜視図である。

本実施の形態においては、金属フレーム１の構成材料は特に限定されることはない。したがって、本実施の形態にかかる基板の電磁シールド構造に用いた場合に、電磁シールド対象基板２から発生する電磁ノイズを確実に遮断することができる材料であれば、いずれの材料も用いることが可能である。

また、図１〜図３においては、金属フレーム１の形状を１つの面が開口された略直方体形状としているが、金属フレーム１の形状も特に限定されることはない。したがって、金属フレーム１の形状は、電磁シールド対象基板２の上面および側面を確実に覆うことができる形状であればよく、電磁シールド対象基板２の形状や該電磁シールド対象基板２が実装される電子機器の形状等の諸条件に合わせて種々の形状に適宜変更可能である。

また、金属フレーム１の大きさも特に限定されることはない。したがって、金属フレーム１の大きさは、電磁シールド対象基板２の上面および側面を確実に覆うことができる大きさであればよく、電磁シールド対象基板２の大きさや該電磁シールド対象基板２が実装される電子機器内のスペース等の諸条件に合わせて種々の形状に適宜変更可能である。

このような金属フレーム１は、該金属フレーム１の内上面に設けられた接続部１ａを介して電磁シールド対象基板２に電気的に接続されている。具体的には、金属フレーム１は、図４に示すように電磁シールド対象基板２の金属フレーム１側の面（図１においては上面２ａ）、すなわちベース基板１１とは反対側の面に設けられた接続パッド５に接続されている。そして、該接続パッド５は、電磁シールド対象基板２の内層に設けられた内層接地（ＧＮＤ）プレーン２ｃに接続されている。なお、図４は、金属フレーム１と電磁シールド対象基板２との接続部周辺領域Ａを拡大して示す断面図である。

ここで、接続パッド５と内層ＧＮＤプレーン２ｃとは、電磁シールド対象基板２の上面２ａから内層ＧＮＤプレーン２ｃまで電磁シールド対象基板２の厚さ方向に貫通するスルーホール２ｄを介して電気的に接続されている。この接続パッド５は、たとえば電磁シールド対象基板２の上面２ａにあらかじめ設けた表面パターンを用いることができる。電磁シールド対象基板２がプリント基板等である場合には、接続パッド５を配線プリントと一括して形成することができるため、形成が容易となる。

本発明においては、スルーホール２ｄの形状および大きさは特に限定されることはない。したがってスルーホール２ｄの形状および大きさは、内層ＧＮＤプレーン２ｃと電磁シールド対象基板２の上面２ａとを電気的に接続することができる形状および大きさであればよく、種々の形状および大きさに適宜変更可能である。また、スルーホール２ｄの数量も特に限定されることなく、任意の数量とすることができる。

また、本発明においては、接続パッド５の構成材料は特に限定されることはない。したがって接続パッド５の構成材料は、本発明にかかる基板の電磁シールド構造に用いた場合に、金属フレーム１と電磁シールド対象基板２とを確実に電気的に接続することができる材料であれば、いずれの材料も用いることが可能である。

また、接続パッド５の形状も特に限定されることはない。したがって接続パッド５の形状は、本発明にかかる基板の電磁シールド構造に用いた場合に金属フレーム１と電磁シールド対象基板２とを確実に電気的に接続することができる形状であればよく、接続部１ａの形状等の諸条件に合わせて種々の形状に適宜変更可能である。

また、接続パッド５の大きさも特に限定されることはない。したがって、接続パッド５の大きさは、本発明にかかる基板の電磁シールド構造に用いた場合に金属フレーム１と電磁シールド対象基板２とを確実に電気的に接続することができる大きさであればよく、接続部１ａの大きさ等の諸条件に合わせて種々の形状に適宜変更可能である。

また、図１に示すように、電磁シールド対象基板２はその他面側（図１においては下面２ｂ側）が、該電磁シールド対象基板２の土台となる基板であり、該電磁シールド対象基板２の下面２ｂ側に配置されたベース基板１１により覆われている。ベース基板１１は、電磁シールド対象基板２から所定の距離だけ離間して、該電磁シールド対象基板２と略平行に配置されている。

そして、ベース基板１１の内層には、該ベース基板１１の主面（上面１１ａ、下面１１ｂ）と略平行方向に広がる内層ＧＮＤプレーン４が設けられている。ここで、内層ＧＮＤプレーン４の幅は、全ての方向において対応する電磁シールド対象基板２の幅よりも広く設けられている。したがって、電磁シールド対象基板２は、その下面２ｂ側が、ベース基板１１の内層に設けられた内層ＧＮＤプレーン４により覆われている。

このようなベース基板１１は、該ベース基板１１の上面１１ａに配置されたコネクタ３を介して電磁シールド対象基板２に接続されている。そして、電磁シールド対象基板２には、コネクタ３を介してベース基板１１から電磁シールド対象基板２に対して給電および信号の入出力９が行われる。したがって、金属フレーム１に、外部接続用の開口を設ける必要がない。

また、このようなベース基板１１は、該ベース基板１１の電磁シールド対象基板２側の面（図１、図５および図６においては上面１１ａ）に配置された接続パッド１０を介して金属フレーム１に電気的に接続されている。具体的には、ベース基板１１は、図５に示すように金属フレーム１の側面１ｂの端部に設けられた取り付け部１ｃに接続パッド１０を介して接続されている。接続パッド１０と取り付け部１ｃとは、たとえば半田１２により接続される。そして、接続パッド１０は、ベース基板１１の内層に設けられた内層ＧＮＤプレーン４に接続されている。なお、図５は、金属フレーム１とベース基板１１との接続部周辺領域Ｂを拡大して示す断面図である。また、図６は、接続部周辺領域Ｂを図５の線分Ｃ−Ｃで切った場合における断面図である。

ここで、接続パッド１０と内層ＧＮＤプレーン４とは、図５および図６に示すようにベース基板１１の上面１１ａから内層ＧＮＤプレーン４までベース基板１１の厚さ方向に貫通する複数のスルーホール６を介して電気的に接続されている。

本発明においては、スルーホール６の形状および大きさは特に限定されることはない。したがってスルーホール６の形状および大きさは、内層ＧＮＤプレーン４と接続パッド１０とを電気的に接続することができる形状および大きさであればよく、種々の形状および大きさに適宜変更可能である。また、スルーホール６の数量も特に限定されることなく、任意の数量とすることができる。

また、本発明においては、接続パッド１０の構成材料は特に限定されることはない。したがって接続パッド１０の構成材料は、本発明にかかる基板の電磁シールド構造に用いた場合に、金属フレーム１と内層ＧＮＤプレーン４とを確実に電気的に接続することができ、且つ電磁シールド対象基板２から発生する電磁ノイズを確実に遮断することができる材料であれば、いずれの材料も用いることが可能である。

また、接続パッド１０の形状も特に限定されることはない。したがって接続パッド１０の形状は、本発明にかかる基板の電磁シールド構造に用いた場合に金属フレーム１と内層ＧＮＤプレーン４とを確実に電気的に接続することができ、且つ電磁シールド対象基板２から発生する電磁ノイズを確実に遮断することができる形状であればよく、スルーホール６の形状や取り付け部１ｃの形状等の諸条件に合わせて種々の形状に適宜変更可能である。

また、接続パッド１０の大きさも特に限定されることはない。したがって、接続パッド５の大きさは、本発明にかかる基板の電磁シールド構造に用いた場合に金属フレーム１と内層ＧＮＤプレーン４とを確実に電気的に接続することができ、且つ電磁シールド対象基板２から発生する電磁ノイズを確実に遮断することができる大きさであればよく、スルーホール６の大きさや取り付け部１ｃの大きさ等の諸条件に合わせて種々の形状に適宜変更可能である。

本発明にかかる基板の電磁シールド構造においては、以上のような構成とされることにより電磁シールド対象基板２が、金属フレーム１とベース基板１１の内層ＧＮＤプレーン４とにより覆われた構成とされる。すなわち、この基板の電磁シールド構造においては、金属フレーム１とベース基板１１の内層ＧＮＤプレーン４とにより、電磁シールド対象基板２が電磁的に密閉されている。これにより、電磁シールド対象基板２においては、該電磁シールド対象基板２に搭載されたトランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩなどの種々の回路素子の動作時に発生する電磁ノイズが確実に遮断される。したがって、電磁シールド対象基板２は、金属フレーム１とベース基板１１の内層ＧＮＤプレーン４とにより確実に電磁シールドされている。その結果、電磁シールド対象基板２から発生する電磁ノイズに起因した、該電磁シールド対象基板２および該電磁シールド対象基板２を搭載する電子機器自体の誤動作、および他の電子機器における誤動作の発生が確実に防止することができる。

また、この基板の電磁シールド構造においては、電磁シールド対象基板２の上面２ａ側および側面側を金属フレーム１により覆い、電磁シールド対象基板２の下面２ｂ側を該電磁シールド対象基板２の下面２ｂ側に配置したベース基板１１の内層ＧＮＤプレーン４により覆う構成としている。

従来の基板の電磁シールド構造では、たとえば図７に示すように電磁シールドの対象となる電磁シールド対象基板１０２を土台となるベース基板１１１にコネクタ１０３により固定する。そして、該電磁シールド対象基板１０２を、その両面（上面１０２ａ、下面１０２ｂ）から金属フレーム１０１および金属フレーム１０７とで覆って密閉することにより電磁ノイズを遮断する構造とされていた。このため、金属フレーム１０１および金属フレーム１０７を配置するための実装領域が広く必要とされていた。また、電磁シールド対象基板１０２を両面から覆うため、金属フレーム１０１および金属フレーム１０７の２つの金属フレームが必要となり、部品コストが製品コストの増大の原因になっていた。

しかしながら、本発明にかかる基板の電磁シールド構造では、上述した構造とすることにより、電磁シールド対象基板２の全面を金属フレームで囲い込む必要がない。すなわち、従来は金属フレーム１０１および金属フレーム１０７の２つの金属フレームを配置するため実装領域が必要であったが、金属フレーム１のみの実装領域だけを確保すれば良く、金属フレームの実装領域を大幅に削減することができる。この結果、本発明にかかる基板の電磁シールド構造では、電磁シールド対象基板２の電磁シールド構造体２０の大幅な省スペース化を図ることができるという効果を奏する。そして、電磁シールド構造体２０の省スペース化を図ることにより、この電磁シールド対象基板２を実装する電子機器の小型化が可能となるという効果を奏する。

また、本発明にかかる基板の電磁シールド構造によれば、シールド対象となる電磁シールド対象基板２の全面を金属フレームで囲い込む必要がない。すなわち、従来の電磁シールド対象基板１０２の電磁シールド構造体１２０には金属フレーム１０１および金属フレーム１０７の２つの金属フレームが必要であったが、この基板の電磁シールド構造で必要な金属フレームは金属フレーム１のみである。これにより、金属フレームの重量を大幅に削減することができる。この結果、本発明にかかる基板の電磁シールド構造では、電磁シールド対象基板２の電磁シールド構造体２０の軽量化を図ることができるという効果を奏する。そして、電磁シールド構造体２０の軽量化を図ることにより、この電磁シールド対象基板２を実装する電子機器の軽量化が可能となるという効果を奏する。

さらに、本発明にかかる基板の電磁シールド構造によれば、シールド対象となる電磁シールド対象基板２の全面を金属フレームで覆う必要がない。すなわち、従来の電磁シールド対象基板１０２の電磁シールド構造体１２０には金属フレーム１０１および金属フレーム１０７の２つの金属フレームが必要であったが、この基板の電磁シールド構造で必要な金属フレームは金属フレーム１のみである。これにより、金属フレームにかかるコストを大幅に削減することができる。この結果、本発明にかかる基板の電磁シールド構造では、電磁シールド対象基板２の電磁シールド構造体２０の製造コストを大幅に低減することができるという効果を奏する。そして、電磁シールド構造体２０の製造コストの図ることにより、この電磁シールド対象基板２を実装する電子機器の製造コストを効果的に低減することができるという効果を奏する。

したがって、上述した基板の電磁シールド構造によれば、省スペース且つ安価な構成で電磁シールド対象となる電磁シールド対象基板２の電磁シールドを可能とする電磁シールド構造を実現することができる。

なお、上記においては、金属フレーム１の接続部１ａと、電磁シールド対象基板２側の接続パッド５と接続することで金属フレーム１と電磁シールド対象基板２とが最初から一意的に接続される構造について説明したが、本本発明においては、この接続を選択する構成とすることも可能である。すなわち、図８に示すように電磁シールド対象基板２の上面２ａに金属フレーム１の接続部１ａに対応する接続パッド１３を配置する。また、電磁シールド対象基板２の上面２ａに、電磁シールド対象基板２の内層ＧＮＤプレーン２ｃと接続するチップ部品１４を配置する。そして、図９に示すように接続パッド１３とチップ部品１４とを半田１５により接続することで、金属フレーム１と電磁シールド対象基板２とを電気的に接続できる構造とする。これにより、金属フレーム１を電磁シールド対象基板２の内層ＧＮＤプレーン２ｃに接続するか否かの選択を、実際にこの電磁シールド対象基板２を製品化した際に、その放射される電磁波ノイズの評価を行った段階で選択することが可能となる。

このようなチップ部品は特に限定されることはなく、コンデンサ、抵抗、インダクタ、フェライトビーズなど種々のチップ部品を用いることができる。このチップ部品の選定により、本発明にかかる電磁シールド構造による電磁シールド効果を調節することが可能である。

また、電磁シールド対象基板２には、より高速で動作する回路を実装し、ベース基板１１には、より低速で動作する回路を実装する構成とすることが好ましい。このような構造とすることにより、より多くの回路を実装することができ、且つこの場合においても電磁シールド対象基板２およびベース基板１１から発生する電磁波を確実に遮断して電磁シールドすることができる。

以上のように本発明にかかる基板の電磁シールド構造は、電磁ノイズを発生する基板であれば、いずれの基板の電磁シールドにも適用することが可能である。そのなかでも、本発明にかかる基板の電磁シールド構造は、基板からの放射電磁波レベルに対して低放射電磁波レベルが求められる電子機器に用いて好適である。また、基板を実装する際の省スペース化が求められる電子機器に用いて好適である。そして、前述した基板からの放射電磁波レベルに対して低放射電磁波レベルと基板を実装する際の省スペース化とが同時に求められる電子機器に用いることにより、より本発明の効果が発揮される。

以上のように、本発明にかかる基板の電磁シールド構造は、電磁波ノイズを発生する回路基板全般に有用であり、特に、低放射電磁波レベルと省スペース化が同時に求められる電子機器に適している。

実施の形態にかかる基板の電磁シールド構造を説明する図である。金属フレームを上方から見た斜視図である。図２における金属フレームを下方から見た斜視図である。金属フレームと電磁シールド対象基板との接続部周辺領域を拡大して示す断面図である。金属フレームとベース基板との接続部周辺領域を拡大して示す断面図である。接続部周辺領域を図５の線分Ｃ−Ｃで切った場合における断面図である。従来の基板の電磁シールド構造を示す図である。接続パッドとチップ部品とを接続していない状態を示す図である。接続パッドとチップ部品とを半田により接続した状態を示す図である。

符号の説明

１金属フレーム
１ａ接続部
１ｂ側面
１ｃ取り付け部
２電磁シールド対象基板
２ａ上面
２ｂ下面
２ｃ内層ＧＮＤプレーン
２ｄスルーホール
３コネクタ
４内層ＧＮＤプレーン
５接続パッド
６スルーホール
９コネクタにより供給される給電・信号
１０接続パッド
１１ベース基板
１１ａ上面
１１ｂ下面
１２半田
１３接続パッド
１４チップ部品
１５半田

Claims

電磁シールド対象基板の一面側および側面側を覆うように配置された金属筐体と、
前記金属筐体と接続される内層接地プレーンを有し、前記電磁シールド対象基板の他面側に配置されるベース基板と、
を備え、
前記金属筐体と前記ベース基板とにより前記電磁シールド対象基板が電磁的に密閉されていること
を特徴とする基板の電磁シールド構造。
前記金属筐体と前記ベース基板の接地プレーンとが、前記ベース基板における前記電磁シールド対象基板側の表面から前記接地プレーンまで厚さ方向に貫通するスルーホールを介して電気的に接続されていること
を特徴とする請求項１に記載の基板の電磁シールド構造。
前記電磁シールド対象基板と前記ベース基板とがコネクタにより接続され、該コネクタを介して前記ベース基板から前記電磁シールド対象基板に対して給電および信号の入出力が行われること
を特徴とする請求項１に記載の基板の電磁シールド構造。
前記金属筐体が、前記電磁シールド対象基板が備える接地プレーンと電気的に接続していること
を特徴とする請求項１に記載の基板の電磁シールド構造。
前記電磁シールド対象基板の接地プレーンと前記金属筐体とを電気的に接続するか否かが選択可能であること
を特徴とする請求項１に記載の基板の電磁シールド構造。
前記電磁シールド対象基板の接地プレーンと電気的に接続する第１の接続部材と、
前記金属筐体に電気的に接続する第２の接続部材と、
を備え、
前記第１の接続部材と第２の接続部材とを接続することにより前記電磁シールド対象基板の接地プレーンと前記金属筐体とを電気的に接続可能とされること
を特徴とする請求項５に記載の基板の電磁シールド構造。