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JP2008147580A - Dielectric sheet for reducing electromagnetic noise and electromagnetic noise reducing method - Google Patents

Dielectric sheet for reducing electromagnetic noise and electromagnetic noise reducing method Download PDF

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JP2008147580A
JP2008147580A JP2006336051A JP2006336051A JP2008147580A JP 2008147580 A JP2008147580 A JP 2008147580A JP 2006336051 A JP2006336051 A JP 2006336051A JP 2006336051 A JP2006336051 A JP 2006336051A JP 2008147580 A JP2008147580 A JP 2008147580A
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dielectric
electromagnetic noise
dielectric layer
sheet
high dielectric
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JP2006336051A
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Inventor
Sukemutsu Okano
資睦 岡野
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dielectric sheet for reducing generation of EMI, and to provide a method for reducing EMI. <P>SOLUTION: The dielectric sheet 20 for reducing electromagnetic noise comprises two dielectric layers having different dielectric constants, i.e., a high dielectric layer 22 having a relatively high dielectric constant and a low dielectric layer 24 having a relatively low dielectric constant, wherein the dielectric constant and the thickness of the high dielectric layer 22 are determined to bring the radiation efficiency of electromagnetic noise entering from the low dielectric layer side and exiting from the high dielectric layer side to the vicinity of a minimal value. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電磁ノイズ低減用の誘電体シート、および電磁ノイズ低減方法に関する。   The present invention relates to a dielectric sheet for reducing electromagnetic noise and an electromagnetic noise reducing method.

プリント配線基板は、電子機器の回路が形成された部材である。プリント配線基板は、ガラスエポキシ、セラミックス等の絶縁層の表面に銅箔を張り合わせた後、銅箔をエッチングする等により回路を形成したものである。プリント配線基板からは電磁波が発生しており、この電磁波が人体や他の電子機器等に悪影響を与えるEMI(Electro Magnetic Interference:電磁波干渉)として問題になっている。   The printed wiring board is a member on which a circuit of an electronic device is formed. The printed wiring board is formed by bonding a copper foil to the surface of an insulating layer such as glass epoxy or ceramic, and then forming a circuit by etching the copper foil. An electromagnetic wave is generated from the printed wiring board, and this electromagnetic wave is a problem as EMI (Electro Magnetic Interference) that adversely affects the human body and other electronic devices.

従来文献(特許文献1)には、EMIを抑制するための不要放射吸収体の一例が示されている。この不要放射吸収体では、誘電率の異なる多数の誘電体を積層している。
特開平10‐145074号公報
An example of an unnecessary radiation absorber for suppressing EMI is shown in a conventional document (Patent Document 1). In this unnecessary radiation absorber, a large number of dielectrics having different dielectric constants are laminated.
JP 10-145074 A

特許文献1記載の不要放射吸収体では、EMI発生源に対して外側の誘電体層ほど誘電率が小さくなるだけであり、EMIをより抑制するための最適化については考慮されていない。よって、EMIの低減に関して、さらに改善する余地があった。   In the unnecessary radiation absorber described in Patent Document 1, the dielectric constant is only smaller in the outer dielectric layer with respect to the EMI generation source, and optimization for further suppressing EMI is not considered. Therefore, there is room for further improvement in terms of EMI reduction.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、EMIの発生をより低減することが可能な誘電体シートおよびEMI低減方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a dielectric sheet and an EMI reduction method that can further reduce the generation of EMI.

上述した目的を達成するために、本発明の電磁ノイズ低減用の誘電体シートは、誘電率の異なる少なくとも2つの誘電体層であって、比較的に誘電率の高い高誘電体層と、比較的に誘電率の低い低誘電体層とを含んで構成されており、高誘電体層の誘電率および厚さが、低誘電体層側から入射して高誘電体層側から放射される電磁ノイズの放射効率を極小値近傍とするように決定されていることを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, the dielectric sheet for electromagnetic noise reduction according to the present invention is compared with a high dielectric layer having at least two dielectric layers having different dielectric constants and having a relatively high dielectric constant. And a low dielectric layer with a low dielectric constant. The dielectric constant and thickness of the high dielectric layer are electromagnetic waves that are incident from the low dielectric layer side and radiated from the high dielectric layer side. The noise radiation efficiency is determined to be in the vicinity of the minimum value.

また、本発明の電磁ノイズ低減方法は、誘電率の異なる少なくとも2つの誘電体層であって、比較的に誘電率の高い高誘電体層と比較的に誘電率の低い低誘電体層とを含んで構成される誘電体シートを用いた電磁ノイズ低減方法であって、高誘電体層の誘電率および厚さを、低誘電体層側から入射して高誘電体層側から放射される電磁ノイズの放射効率を極小値近傍とした誘電体シートを用意するステップと、誘電体シートを電磁ノイズ発生源に貼り付けるステップと、を含む電磁ノイズ低減方法である。   The electromagnetic noise reduction method according to the present invention includes at least two dielectric layers having different dielectric constants, a high dielectric layer having a relatively high dielectric constant and a low dielectric layer having a relatively low dielectric constant. A method for reducing electromagnetic noise using a dielectric sheet comprising an electromagnetic wave that is incident from the low dielectric layer side and radiated from the high dielectric layer side with respect to the dielectric constant and thickness of the high dielectric layer An electromagnetic noise reduction method comprising: preparing a dielectric sheet having a noise radiation efficiency near a minimum value; and attaching the dielectric sheet to an electromagnetic noise generation source.

本発明によれば、EMIをより低減することが可能な誘電体シートおよび電磁ノイズ低減方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dielectric material sheet and electromagnetic noise reduction method which can reduce EMI more can be provided.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施形態に係るプリント配線基板10およびそれに貼り付けられた誘電体シート20の側面図である。プリント配線基板10は、複数の回路層および複数の絶縁層を積層して形成された多層基板である。このプリント配線基板10の上側に、フレキシブルな誘電体シート20が貼り付けられて重ね合わされている。   FIG. 1 is a side view of a printed wiring board 10 according to the present embodiment and a dielectric sheet 20 attached thereto. The printed wiring board 10 is a multilayer board formed by laminating a plurality of circuit layers and a plurality of insulating layers. A flexible dielectric sheet 20 is affixed and superimposed on the upper side of the printed wiring board 10.

誘電体シート20は、誘電率の異なる2つの誘電体を積層したものであり、比較的に誘電率の高い高誘電体層22と、比較的に誘電率の低い低誘電体層24とを含んで構成される。低誘電体層24は、プリント配線基板10に密接するように配置されており、高誘電体層22は、プリント配線基板10から遠い側に配置されている。   The dielectric sheet 20 is a laminate of two dielectrics having different dielectric constants, and includes a high dielectric layer 22 having a relatively high dielectric constant and a low dielectric layer 24 having a relatively low dielectric constant. Consists of. The low dielectric layer 24 is disposed so as to be in close contact with the printed wiring board 10, and the high dielectric layer 22 is disposed on the side far from the printed wiring board 10.

高誘電体層22は、フレキシブルな誘電体ポリマーの中に、強誘電体である硬質の誘電体粒子を均等に混入させたものである。ここで、誘電体ポリマーとしては、誘電率の高い材料を用いることが好ましく、例えばポリフッ化ビニリデンを用いればよい。同様に、誘電体粒子としては、誘電率の高い材料を用いることが好ましく、例えばチタン酸バリウムを用いればよい。誘電体ポリマーおよび誘電体粒子の誘電率を考慮しつつ、適量の誘電体粒子を誘電体ポリマーに混入させることで、高誘電体層22全体としての誘電率を所望の値に調節することができる。   The high dielectric layer 22 is obtained by uniformly mixing hard dielectric particles, which are ferroelectric materials, in a flexible dielectric polymer. Here, as the dielectric polymer, it is preferable to use a material having a high dielectric constant. For example, polyvinylidene fluoride may be used. Similarly, it is preferable to use a material having a high dielectric constant as the dielectric particles, for example, barium titanate may be used. The dielectric constant of the high dielectric layer 22 as a whole can be adjusted to a desired value by mixing an appropriate amount of dielectric particles into the dielectric polymer while taking into consideration the dielectric constant of the dielectric polymer and dielectric particles. .

高誘電体層22には、さらに導電性材料の粒子が混入されている。この導電性粒子は、高誘電体層22における誘電体損失を向上させて、プリント基板から発生する電磁ノイズを低減させるためのものである。導電性材料としては、様々な材料を用いることができ、例えばカーボンを用いればよい。カーボンは、導電率が0.061×10/mΩであることから電磁ノイズの低減効果が高く、また、1MHzの磁界変化に対して透磁率が20H/m〜100H/mであることから高誘電体層22における電界に殆ど影響を与えないため、本実施形態における電磁ノイズの放射効率の低減に特に適している。 The high dielectric layer 22 is further mixed with particles of a conductive material. The conductive particles are for improving dielectric loss in the high dielectric layer 22 and reducing electromagnetic noise generated from the printed circuit board. Various materials can be used as the conductive material. For example, carbon may be used. Since carbon has a conductivity of 0.061 × 10 6 / mΩ, the effect of reducing electromagnetic noise is high, and the permeability is 20 H / m to 100 H / m for a magnetic field change of 1 MHz. Since it hardly affects the electric field in the dielectric layer 22, it is particularly suitable for reducing the radiation efficiency of electromagnetic noise in this embodiment.

なお、カーボンを基準として考えると、上記の導電性材料としては、1MHzの磁界変化に対して透磁率が100H/mよりも小さいもの、より好ましくは透磁率が60H/mよりも小さいもの、さらに好ましくは透磁率が20H/mよりも小さいものを用いることが好ましい。また、この透磁率の条件に加えて、上記の導電性材料として、0.061×10/mΩよりも導電率が大きいものを用いることが好ましい。 Considering carbon as a reference, the conductive material described above has a magnetic permeability of less than 100 H / m, more preferably a magnetic permeability of less than 60 H / m, with respect to a magnetic field change of 1 MHz. It is preferable to use a material having a magnetic permeability smaller than 20 H / m. In addition to the magnetic permeability condition, it is preferable to use a material having a conductivity higher than 0.061 × 10 6 / mΩ as the conductive material.

低誘電体層24は、高誘電体層22よりも低い誘電率を有する低誘電体からなる層である。低誘電体層24としては、比較的に誘電率の低い材料であれば、様々な材料を用いることができ、例えばポリエチレン、ポリスチレン、ナイロン、ポリ4フッ化エチレンなどである。また、低誘電体層24に用いられる材料は、比誘電率が通常10未満、好ましくは8未満、より好ましくは5未満の誘電体である。低誘電体層の比誘電率が小さくなるほど、EMIの発生を抑制する効果が高くなるため好ましい。   The low dielectric layer 24 is a layer made of a low dielectric material having a lower dielectric constant than that of the high dielectric layer 22. As the low dielectric layer 24, various materials can be used as long as the material has a relatively low dielectric constant, such as polyethylene, polystyrene, nylon, polytetrafluoroethylene, and the like. The material used for the low dielectric layer 24 is a dielectric having a relative dielectric constant of generally less than 10, preferably less than 8, more preferably less than 5. The smaller the relative dielectric constant of the low dielectric layer, the better the effect of suppressing the generation of EMI, which is preferable.

本実施形態の誘電体シート20では、誘電率の異なる2つの誘電体を積層することにより、プリント配線基板10から発生する電磁波を屈折させ、低誘電体層24側から入射して高誘電体層22側から放射される電磁ノイズの放射を抑制している。以下、図2を参照して、プリント配線基板10から発生する電磁波を屈折する原理について説明する。なお、本実施形態では、誘電体シート20を2つの誘電体を積層したものとしているが、プリント配線基板10から発生する電磁波を屈折させるものであれば、3つ以上の誘電体を積層したものであってもよい。   In the dielectric sheet 20 of the present embodiment, by laminating two dielectrics having different dielectric constants, the electromagnetic wave generated from the printed wiring board 10 is refracted and incident from the low dielectric layer 24 side to enter the high dielectric layer. The radiation of electromagnetic noise radiated from the 22 side is suppressed. Hereinafter, the principle of refracting electromagnetic waves generated from the printed wiring board 10 will be described with reference to FIG. In this embodiment, the dielectric sheet 20 is formed by laminating two dielectrics. However, if the electromagnetic wave generated from the printed wiring board 10 is refracted, the dielectric sheet 20 is formed by laminating three or more dielectrics. It may be.

図2は、比誘電率ε1の誘電体Iと、比誘電率ε2の誘電体IIとが接した基板の接合状態を示す概念図である。この接合状態において、誘電体Iの電束密度の大きさがD1でその方向が境界の法線に対してθ1、誘電体IIの電束密度の大きさがD2でその方向が境界の法線に対して角度θ2としたとき、境界面で電荷が存在しないと仮定すると、誘電体Iの電束密度の法線成分D1nと誘電体IIの電束密度の法線成分D2nとの間には、
D1n=D2n ・・・(1)
の関係が成り立ち、電束密度の法線成分が連続となる。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a bonding state of a substrate in which a dielectric I having a relative dielectric constant ε1 and a dielectric II having a relative dielectric constant ε2 are in contact. In this bonded state, the magnitude of the electric flux density of the dielectric I is D1 and the direction is θ1 with respect to the normal of the boundary, and the magnitude of the electric flux density of the dielectric II is D2 and the direction is the normal of the boundary. Assuming that there is no electric charge at the boundary surface when the angle θ2 is, the normal component D1n of the electric flux density of the dielectric I and the normal component D2n of the electric flux density of the dielectric II are between ,
D1n = D2n (1)
Thus, the normal component of the electric flux density is continuous.

一方、電場については接線成分が連続となり、誘電体Iの電界の接線成分E1tと誘電体IIの電界の接線成分E2tとの間には、
E1t=E2t ・・・(2)
の関係が成り立つ。
On the other hand, the tangential component is continuous for the electric field, and between the tangential component E1t of the electric field of the dielectric I and the tangential component E2t of the electric field of the dielectric II,
E1t = E2t (2)
The relationship holds.

このため、D1、D2およびE2の間には、以下の関係が成り立つ。
D2=D1{cosθ1+(ε2/ε1)sinθ2}1/2 ・・・(3)
E2=D1{cosθ1+(ε2/ε1)sinθ2}1/2/ε2 ・・(4)
θ2=tan−1{(ε2/ε1)tanθ1} ・・・(5)
For this reason, the following relationship is established among D1, D2, and E2.
D2 = D1 {cos 2 θ1 + (ε2 / ε1) sin 2 θ2} 1/2 (3)
E2 = D1 {cos 2 θ1 + (ε2 / ε1) sin 2 θ2} 1/2 / ε2 (4)
θ2 = tan −1 {(ε2 / ε1) tan θ1} (5)

そこで、誘電体Iを高誘電体、誘電体IIを低誘電体として、ε1がε2よりも十分に大きいと仮定すると(ε1>>ε2)、以下の関係が成り立ち、基板から放射される電場を高誘電体層I内で閉じ込めることができるようになると考えられる。   Therefore, assuming that dielectric I is a high dielectric, dielectric II is a low dielectric, and ε1 is sufficiently larger than ε2 (ε1 >> ε2), the following relationship holds, and the electric field radiated from the substrate is It is considered that it can be confined in the high dielectric layer I.

D2=D1cosθ1 ・・・(6)
E2=D1cosθ1/ε2 ・・・(7)
θ1≒90° ・・・(8)
θ2≒0° ・・・(9)
D2 = D1 cos θ1 (6)
E2 = D1 cos θ1 / ε2 (7)
θ1 ≒ 90 ° (8)
θ2 ≒ 0 ° (9)

電場と磁場は相互作用があるため、電場を外へ放出させないことにより結果的に電磁ノイズを誘電体シート20の外へ放出する(EMI)ことを抑制することができる。   Since the electric field and the magnetic field interact, it is possible to prevent electromagnetic noise from being emitted to the outside of the dielectric sheet 20 (EMI) as a result by not releasing the electric field to the outside.

本実施形態の誘電体シート20では、高誘電体層22の誘電率および厚さを調節することにより、電磁ノイズの放射効率(プリント配線基板10から発生して誘電体シート20の低誘電体層24側から入射した電磁ノイズのうち、誘電体シート20を通過して高誘電体層22側から放射された電磁ノイズの比率)を極小値近傍としている。なお、「電磁ノイズの放射効率の極小値近傍」とは、電磁ノイズの放射効率が極小値となる場合だけでなく、電磁ノイズの放射効率を極小値とした場合とほぼ同等な効果が得られる近傍の範囲を含むことを意味している。以下、図3,4,5,6を参照して、電磁ノイズの放射効率の極小化について説明する。   In the dielectric sheet 20 of this embodiment, by adjusting the dielectric constant and thickness of the high dielectric layer 22, the radiation efficiency of electromagnetic noise (the low dielectric layer of the dielectric sheet 20 generated from the printed wiring board 10) Among electromagnetic noises incident from the 24th side, the ratio of electromagnetic noise radiated from the high dielectric layer 22 side through the dielectric sheet 20) is set to a minimum value vicinity. Note that “near the minimum value of electromagnetic noise radiation efficiency” means that not only the electromagnetic noise radiation efficiency is at a minimum value, but also almost the same effect as when electromagnetic noise radiation efficiency is at a minimum value. It means that the range of the neighborhood is included. Hereinafter, minimization of the radiation efficiency of electromagnetic noise will be described with reference to FIGS.

図3は、高誘電体層22の比誘電率εに対する電磁ノイズの放射効率を示すグラフである。図4は、高誘電体層22の厚さtに対する電磁ノイズの放射効率を示すグラフである。図3のグラフでは、高誘電体層22の厚さtを25μm,50μm,75μm,100μmとしている。図4のグラフでは、高誘電体層22の比誘電率を3,5,10,20,30,35,40,45,50,60,70,80,100としている。   FIG. 3 is a graph showing the radiation efficiency of electromagnetic noise with respect to the relative dielectric constant ε of the high dielectric layer 22. FIG. 4 is a graph showing the radiation efficiency of electromagnetic noise with respect to the thickness t of the high dielectric layer 22. In the graph of FIG. 3, the thickness t of the high dielectric layer 22 is set to 25 μm, 50 μm, 75 μm, and 100 μm. In the graph of FIG. 4, the relative dielectric constant of the high dielectric layer 22 is set to 3, 5, 10, 20, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 100.

図3に示されるように、電磁ノイズの放射効率が極小値近傍となる条件(高誘電体層22の比誘電率ε)は、高誘電体層22の厚さtによって異なる。また、図4に示されるように、電磁ノイズの放射効率が極小値近傍となる条件(高誘電体層22の厚さt)は、高誘電体層22の比誘電率εによって異なる。すなわち、比誘電率εおよび誘電体厚tが大きければEMI低減効果が大きくなるとは言えず、比誘電率εの値によっては高誘電体層22が薄くてもEMI低減効果の大きい場合があり、誘電体厚tによっては比誘電率εが小さくてもEMI低減効果の大きい場合がある。   As shown in FIG. 3, the condition (relative permittivity ε of the high dielectric layer 22) where the radiation efficiency of electromagnetic noise is near the minimum value varies depending on the thickness t of the high dielectric layer 22. Further, as shown in FIG. 4, the condition (the thickness t of the high dielectric layer 22) where the radiation efficiency of electromagnetic noise is near the minimum value varies depending on the relative dielectric constant ε of the high dielectric layer 22. That is, if the relative dielectric constant ε and the dielectric thickness t are large, it cannot be said that the EMI reduction effect is large. Depending on the dielectric thickness t, the EMI reduction effect may be large even if the relative dielectric constant ε is small.

電磁ノイズの放射効率Fと、比誘電率εおよび誘電体厚tとの関係は、次の数式(10)で表すことができる。
F ∝ F(t,ε) ・・・(10)
この数式(10)は、電磁ノイズの放射効率Fは、比誘電率εおよび誘電体厚tにより決定されることを意味しており、電磁ノイズの放射効率Fを極小値近傍とするためには、比誘電率εおよび誘電体厚tを最適解とする必要があることを意味している。
The relationship between the radiation efficiency F of electromagnetic noise, the relative dielectric constant ε, and the dielectric thickness t can be expressed by the following formula (10).
F F F (t, ε) (10)
This equation (10) means that the radiation efficiency F of electromagnetic noise is determined by the relative permittivity ε and the dielectric thickness t, and in order to make the radiation efficiency F of electromagnetic noise near the minimum value. This means that the relative permittivity ε and the dielectric thickness t need to be optimum solutions.

図3および図4の関係から理解できることは、電磁ノイズの放射効率が極小値近傍となる条件(高誘電体層22の比誘電率ε、高誘電体層22の厚さt)は、電磁ノイズの放射効率を実際に計測したり解析しなければ決定できない、ということである。本実施形態では、電磁ノイズの放射効率を実際に計測したり解析することにより、電磁ノイズの放射効率が極小値近傍となる条件(高誘電体層22の比誘電率ε、高誘電体層22の厚さt)を決定している。さらに、高誘電体層22の比誘電率εがこの決定された比誘電率εとなるように、誘電体ポリマーおよび誘電体粒子の配合比が決定されている。   It can be understood from the relationship between FIGS. 3 and 4 that the conditions (relative permittivity ε of the high dielectric layer 22 and the thickness t of the high dielectric layer 22) that the electromagnetic noise radiation efficiency is in the vicinity of the minimum value are electromagnetic noise. This means that it cannot be determined without actually measuring and analyzing the radiation efficiency. In the present embodiment, by actually measuring and analyzing the radiation efficiency of electromagnetic noise, the conditions (relative permittivity ε of high dielectric layer 22, high dielectric layer 22) Thickness t). Further, the blending ratio of the dielectric polymer and the dielectric particles is determined so that the relative dielectric constant ε of the high dielectric layer 22 becomes the determined relative dielectric constant ε.

図5は、誘電体粒子の充填率xに対する高誘電体層22の誘電率εを示すグラフである。このグラフでは、一例として、誘電体ポリマーの比誘電率ε1を3とし、誘電体粒子の比誘電率ε2を300,1000,3000としている。図5に示されるように、高誘電体層22の誘電率εは、誘電体粒子の充填率xが小さいほど小さく、誘電体粒子の充填率xが大きいほど大きい。高誘電体層22の誘電率εと、誘電体粒子の充填率xとの関係は、次の数式(11)で表すことができる。
ε = ε(x) ・・・(11)
FIG. 5 is a graph showing the dielectric constant ε of the high dielectric layer 22 with respect to the filling rate x of dielectric particles. In this graph, as an example, the relative dielectric constant ε1 of the dielectric polymer is 3, and the relative dielectric constant ε2 of the dielectric particles is 300, 1000, 3000. As shown in FIG. 5, the dielectric constant ε of the high dielectric layer 22 decreases as the dielectric particle filling factor x decreases, and increases as the dielectric particle packing factor x increases. The relationship between the dielectric constant ε of the high dielectric layer 22 and the filling rate x of the dielectric particles can be expressed by the following formula (11).
ε = ε (x) (11)

既述のとおり、誘電体粒子の充填率xを大きくして、高誘電体層22の誘電率を大きくするほど、電磁ノイズの誘電体損失率が大きくなり、誘電体シート20のEMI低減効果をより大きくすることができる。但し、誘電体粒子の充填率xが大きくなり過ぎてしまうと、高誘電体層22において誘電体粒子どうしが連鎖してしまい、高誘電体層22全体が硬質化してしまう。よって、誘電体粒子の充填率xの増加には限界があり、図5では誘電体粒子の充填率xは最大でも0.74程度となっている。   As described above, the dielectric loss rate of electromagnetic noise increases as the dielectric particle filling factor x increases and the dielectric constant of the high dielectric layer 22 increases, and the EMI reduction effect of the dielectric sheet 20 increases. Can be larger. However, if the filling rate x of the dielectric particles becomes too large, the dielectric particles are chained in the high dielectric layer 22 and the entire high dielectric layer 22 is hardened. Therefore, there is a limit to the increase in the filling rate x of the dielectric particles, and the filling rate x of the dielectric particles is about 0.74 at the maximum in FIG.

図6は、電磁ノイズの周波数に対する電磁ノイズの放射効率を示すグラフである。このグラフでは、高誘電体層22の厚さtを50μm,100μm,1000μmとし、誘電体損失率tanδを0.01,0.1として、電磁ノイズの放射効率を測定している。なお、誘電体損失とは、高誘電体層22において電磁ノイズが減衰して失われる現象であり、誘電体損失率は、高誘電体層22における電磁ノイズの減衰率が大きいほど大きくなり、高誘電体層22における電磁ノイズの減衰率が小さいほど小さくなる。   FIG. 6 is a graph showing the radiation efficiency of electromagnetic noise with respect to the frequency of electromagnetic noise. In this graph, the radiation efficiency of electromagnetic noise is measured by setting the thickness t of the high dielectric layer 22 to 50 μm, 100 μm, and 1000 μm, and the dielectric loss rate tan δ to 0.01 and 0.1. The dielectric loss is a phenomenon in which electromagnetic noise is attenuated and lost in the high dielectric layer 22, and the dielectric loss rate increases as the electromagnetic noise attenuation rate in the high dielectric layer 22 increases. The smaller the attenuation rate of electromagnetic noise in the dielectric layer 22, the smaller it becomes.

図6に示されるように、電磁ノイズの放射効率は、電磁ノイズの周波数が低いほど小さく、電磁ノイズの周波数が高いほど大きい傾向がある。また、電磁ノイズの放射効率は、誘電体損失率tanδが小さい場合には全周波数範囲に渡って大きくなり、誘電体損失率tanδが大きい場合には全周波数範囲に渡って小さくなる傾向がある。具体的には、電磁ノイズの放射効率は、誘電体損失tanδを10倍にすると10dB程度小さくなっている。   As shown in FIG. 6, the radiation efficiency of electromagnetic noise tends to decrease as the frequency of electromagnetic noise decreases and increase as the frequency of electromagnetic noise increases. The radiation efficiency of electromagnetic noise tends to increase over the entire frequency range when the dielectric loss rate tan δ is small, and decreases over the entire frequency range when the dielectric loss rate tan δ is large. Specifically, the radiation efficiency of electromagnetic noise is reduced by about 10 dB when the dielectric loss tan δ is increased 10 times.

電磁ノイズの放射効率Fと、誘電体損失率tanδとの関係は、次の数式(12)で表すことができる。
F ∝ tanδ * a ・・・(12)
ここで、aは定数である。
The relationship between the radiation efficiency F of electromagnetic noise and the dielectric loss rate tan δ can be expressed by the following formula (12).
F t tanδ * a (12)
Here, a is a constant.

一方、誘電体損失率tanδは、導電性粒子の混入量zが小さいほど小さく、導電性粒子の混入量zが大きいほど大きい。誘電体損失率tanδと、導電性粒子の混入量zとの関係は、次の数式(13)で表すことができる。
tanδ = tanδ(z) ・・・(13)
On the other hand, the dielectric loss rate tan δ is smaller as the mixing amount z of conductive particles is smaller, and is larger as the mixing amount z of conductive particles is larger. The relationship between the dielectric loss rate tan δ and the mixed amount z of conductive particles can be expressed by the following formula (13).
tan δ = tan δ (z) (13)

上記の関係から理解できることは、高誘電体層22に含まれる導電性粒子を多くして、電磁ノイズの誘電体損失率を大きくするほど、電磁ノイズの放射効率を小さくすることができる、ということである。このような考察に基づいて、高誘電体層22に含まれる導電性粒子の混入量zを大きくすることにより、誘電体シート20のEMI低減効果をより大きくすることができる。但し、導電性粒子の混入量zが大きくなり過ぎてしまうと、高誘電体層22において導電性粒子どうしが連鎖してしまい、高誘電体層22全体が導電体化してしまう。よって、導電性粒子の混入量zの増加には限界がある。   It can be understood from the above relationship that the radiation efficiency of electromagnetic noise can be reduced as the conductive loss contained in the high dielectric layer 22 is increased and the dielectric loss rate of electromagnetic noise is increased. It is. Based on such consideration, the EMI reduction effect of the dielectric sheet 20 can be further increased by increasing the mixing amount z of the conductive particles contained in the high dielectric layer 22. However, if the mixing amount z of the conductive particles becomes too large, the conductive particles are chained in the high dielectric layer 22, and the entire high dielectric layer 22 becomes a conductor. Therefore, there is a limit to the increase in the mixing amount z of conductive particles.

上記の数式(10)〜(13)より、次の数式(14)が成立する。
F = tanδ*a + F(t,ε)
= tanδ(z)*a + F(t,ε(x)) ・・・(14)
From the above formulas (10) to (13), the following formula (14) is established.
F = tan δ * a + F (t, ε)
= Tan δ (z) * a + F (t, ε (x)) (14)

本実施形態の誘電体シート20では、上記の数式(14)の関係を考慮して、電磁ノイズの放射効率を極小値近傍とするように、高誘電体層22の誘電率および厚さが決定されている。すなわち、本実施形態の誘電体シート20では、電磁ノイズの放射効率を極小値近傍とするように、誘電体粒子の充填率xおよび高誘電体層22の誘電体厚tが決定されている。また、電磁ノイズの放射効率を出来るだけ小さくするように、導電性粒子の混入量zが大きくされて、誘電体シート20における誘電体損失が大きくされている。   In the dielectric sheet 20 of the present embodiment, the dielectric constant and thickness of the high dielectric layer 22 are determined so that the radiation efficiency of electromagnetic noise is in the vicinity of the minimum value in consideration of the relationship of the above formula (14). Has been. That is, in the dielectric sheet 20 of the present embodiment, the filling rate x of the dielectric particles and the dielectric thickness t of the high dielectric layer 22 are determined so that the radiation efficiency of electromagnetic noise is in the vicinity of the minimum value. Further, the amount z of the conductive particles is increased so as to reduce the radiation efficiency of electromagnetic noise as much as possible, and the dielectric loss in the dielectric sheet 20 is increased.

次に、誘電体シート20を構成する材料の配合比を材料コストおよび重量の観点から最適化する方法について説明する。   Next, a method for optimizing the blending ratio of materials constituting the dielectric sheet 20 from the viewpoint of material cost and weight will be described.

高誘電体層22の体積V[m](=面積S*厚さt)とし、誘電体粒子の単価をA[円/kg]、比重をH[kg/m]とし、誘電体ポリマーの単価をB[円/kg]、比重をI[kg/m]とし、導電性粒子の単価をC[円/kg]とする。また、高誘電体層22において、誘電体粒子の配合比はx[m]であり、誘電体ポリマーの配合比は(1−x)[m]であり、導電性粒子の重さはz[kg]である。 The volume V [m 3 ] (= area S * thickness t) of the high dielectric layer 22, the unit price of dielectric particles is A [yen / kg], the specific gravity is H [kg / m 3 ], and the dielectric polymer The unit price of B is Y [kg / kg], the specific gravity is I [kg / m 3 ], and the unit price of the conductive particles is C [Yen / kg]. Further, in the high dielectric layer 22, the blending ratio of the dielectric particles is x [m 3 ], the blending ratio of the dielectric polymer is (1-x) [m 3 ], and the weight of the conductive particles is z [kg].

誘電体シート20のコストCostは、次の数式(15)で算出することができる。
Cost = A*V*x*H + B*V*(1−x)*I + C*z
= A*(S*t)*x*H + B*(S*t)*(1−x)*I + C*z
・・・(15)
The cost Cost of the dielectric sheet 20 can be calculated by the following formula (15).
Cost = A * V * x * H + B * V * (1-x) * I + C * z
= A * (S * t) * x * H + B * (S * t) * (1-x) * I + C * z
... (15)

誘電体シート20の重さWeightは、次の数式(16)で算出することができる。
Weight = V*x*H + V*(1−x)*I + z
= (S*t)*x*H + (S*t)*(1−x)*I + z
・・・(16)
The weight Weight of the dielectric sheet 20 can be calculated by the following equation (16).
Weight = V * x * H + V * (1-x) * I + z
= (S * t) * x * H + (S * t) * (1-x) * I + z
... (16)

誘電体シート20を構成する材料が既に決まっている場合、パラメータ[A,B,C,H,I]は設計時に調節できないパラメータである。よって、誘電体シート20のコストおよび重さは、設計時にパラメータ[t,S,x,z]を調節することで最適化することができる。すなわち、上記の数式(15)および(16)利用して、誘電体シート20のコストが最低値となるように各材料の配合比を求めたり、誘電体シート20の重さが最低値となるように各材料の配合比を求めればよい。但し、誘電体シート20が硬質化しない範囲で誘電体粒子の配合比を決定する必要がある。また、誘電体シート20が導電体化しない範囲で導電性粒子の配合比を決定する必要がある。   When the material constituting the dielectric sheet 20 has already been determined, the parameters [A, B, C, H, I] are parameters that cannot be adjusted at the time of design. Therefore, the cost and weight of the dielectric sheet 20 can be optimized by adjusting the parameters [t, S, x, z] at the time of design. That is, by using the above formulas (15) and (16), the blending ratio of each material is obtained so that the cost of the dielectric sheet 20 becomes the minimum value, or the weight of the dielectric sheet 20 becomes the minimum value. Thus, what is necessary is just to obtain | require the compounding ratio of each material. However, it is necessary to determine the blending ratio of the dielectric particles within a range where the dielectric sheet 20 is not hardened. Moreover, it is necessary to determine the blending ratio of the conductive particles within a range where the dielectric sheet 20 does not become a conductor.

なお、上述した実施形態では、誘電体シート20は、プリント配線基板10に貼り付けられるものであったが、誘電体シート20は、他のノイズ源に貼り付けられて利用されてもよい。   In the above-described embodiment, the dielectric sheet 20 is affixed to the printed wiring board 10, but the dielectric sheet 20 may be affixed to other noise sources and used.

プリント配線基板に貼り付けられた誘電体シートを示す側面図である。It is a side view which shows the dielectric material sheet affixed on the printed wiring board. 誘電率の異なる2つの誘電体層の接合面を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the joint surface of two dielectric material layers from which a dielectric constant differs. 高誘電体層の比誘電率εに対する電磁ノイズの放射効率を示すグラフである。It is a graph which shows the radiation efficiency of the electromagnetic noise with respect to the dielectric constant (epsilon) of a high dielectric material layer. 高誘電体層の厚さtに対する電磁ノイズの放射効率を示すグラフである。It is a graph which shows the radiation efficiency of the electromagnetic noise with respect to the thickness t of a high dielectric material layer. 誘電体粒子の充填率xに対する高誘電体層の誘電率εを示すグラフである。It is a graph which shows the dielectric constant (epsilon) of the high dielectric material layer with respect to the filling factor x of a dielectric material particle. 電磁ノイズの周波数に対する電磁ノイズの放射効率を示すグラフである。It is a graph which shows the radiation efficiency of the electromagnetic noise with respect to the frequency of electromagnetic noise.

符号の説明Explanation of symbols

10…プリント配線基板、20…誘電体シート、22…高誘電体層、24…低誘電体層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Printed wiring board, 20 ... Dielectric sheet, 22 ... High dielectric layer, 24 ... Low dielectric layer

Claims (6)

誘電率の異なる少なくとも2つの誘電体層であって、比較的に誘電率の高い高誘電体層と、比較的に誘電率の低い低誘電体層とを含んで構成されており、
前記高誘電体層の誘電率および厚さが、前記低誘電体層側から入射して前記高誘電体層側から放射される電磁ノイズの放射効率を極小値近傍とするように決定されていることを特徴とする電磁ノイズ低減用の誘電体シート。
At least two dielectric layers having different dielectric constants, including a high dielectric layer having a relatively high dielectric constant and a low dielectric layer having a relatively low dielectric constant;
The dielectric constant and thickness of the high dielectric layer are determined so that the radiation efficiency of electromagnetic noise incident from the low dielectric layer side and radiated from the high dielectric layer side is in the vicinity of the minimum value. A dielectric sheet for reducing electromagnetic noise.
前記高誘電体層は、誘電体粒子および誘電体ポリマーが配合されて形成されており、前記誘電体粒子および前記誘電体ポリマーの配合比を調節することにより、前記高誘電体層の誘電率を前記決定された誘電率に一致させていることを特徴とする請求項1に記載の電磁ノイズ低減用の誘電体シート。   The high dielectric layer is formed by blending dielectric particles and a dielectric polymer, and the dielectric constant of the high dielectric layer is adjusted by adjusting the blending ratio of the dielectric particles and the dielectric polymer. The dielectric sheet for electromagnetic noise reduction according to claim 1, wherein the dielectric sheet matches the determined dielectric constant. 前記高誘電体層は、導電性材料が配合されて形成されており、前記導電性材料の配合比を調節することにより、前記所定の誘電体損失率を有していることを特徴とする請求項1に記載の電磁ノイズ低減用の誘電体シート。   The high dielectric layer is formed by blending a conductive material, and has the predetermined dielectric loss rate by adjusting a blend ratio of the conductive material. Item 2. A dielectric sheet for reducing electromagnetic noise according to Item 1. 前記導電性材料は、透磁率が100H/mより小さく、かつ、導電率が0.061×10/mΩより大きい材料であることを特徴とする請求項1に記載の電磁ノイズ低減用の誘電体シート。 2. The dielectric for reducing electromagnetic noise according to claim 1, wherein the conductive material is a material having a permeability smaller than 100 H / m and a conductivity larger than 0.061 × 10 6 / mΩ. Body sheet. 前記導電性材料は、カーボンであることを特徴とする請求項4に記載の電磁ノイズ低減用の誘電体シート。   The dielectric sheet for reducing electromagnetic noise according to claim 4, wherein the conductive material is carbon. 誘電率の異なる少なくとも2つの誘電体層であって、比較的に誘電率の高い高誘電体層と比較的に誘電率の低い低誘電体層とを含んで構成される誘電体シートを用いた電磁ノイズ低減方法であって、
前記高誘電体層の誘電率および厚さを、前記低誘電体層側から入射して前記高誘電体層側から放射される電磁ノイズの放射効率を極小値近傍とした誘電体シートを用意するステップと、
前記誘電体シートを電磁ノイズ発生源に貼り付けるステップと、
を含む電磁ノイズ低減方法。
A dielectric sheet comprising at least two dielectric layers having different dielectric constants and including a high dielectric layer having a relatively high dielectric constant and a low dielectric layer having a relatively low dielectric constant was used. An electromagnetic noise reduction method,
A dielectric sheet is prepared in which the permittivity and thickness of the high dielectric layer are incident from the low dielectric layer side and the radiation efficiency of electromagnetic noise radiated from the high dielectric layer side is set to a minimum value. Steps,
Affixing the dielectric sheet to an electromagnetic noise source;
An electromagnetic noise reduction method including:
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CN109884565A (en) * 2019-03-27 2019-06-14 北京工业大学 A kind of sheeting Measurement for the complex permeability method and apparatus
WO2025243981A1 (en) * 2024-05-22 2025-11-27 I-Pex株式会社 Cable body and electric connector

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