JPH09205290A

JPH09205290A - 低ｅｍｉ構造を有する回路基板

Info

Publication number: JPH09205290A
Application number: JP8010122A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Sasaki; 一郎佐々木; Yutaka Akiba; 豊秋庭
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1997-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】回路基板の周辺部から輻射される電磁波の影
響を抑制する。【解決手段】図示しない基板の一方の面に電源層１が
設けられ、他方の面にグランド層２が設けられている。
この一方の面の周辺部には、微細な導体パターン４，５
が交互に配置され、他方の面にも、微細な導体パターン
３，６が交互に配置されている。そして、一方の面の周
辺部に配置される１つおきの導体パターン４はグランド
層２に、他の１つおきの導体パターン５は電源層１に夫
々接続され、一方の面の周辺部に配置される導体パター
ン４に対向した１つおきの導体パターン３は電源層１
に、導体パターン５に対向した１つおきの導体パターン
６はグランド層２に夫々接続される。これにより、導体
パターン３，４は微小双極子アンテナを形成し、導体パ
ターン５，６はこれとは逆位相の電磁波を輻射する微小
双極子アンテナを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ素子
や回路の高速化、高密度化でますます重要となるＥＭＩ
対応の電子機器に係わる不要輻射ノイズの抑制方法及び
これを用いた回路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークステーションやパーソナルコンピ
ュータなどでは、直流が供給される電源層とグランド層
とにより、その回路素子が駆動される。近年、これら素
子の高速化により、素子のスイッチング周波数が高くな
っている。素子が駆動されて電力を消費すると、電源層
に電流が流れ、その結果、電源層とグランド層との間の
電位が変動する。この電位変動がこれら層内を伝播し、
これら層の周辺部で反射する。この反射が繰り返すこと
によって電源層とグランド層からなる部分が共振器とし
て働き、それらの周辺部から周囲に電磁波が輻射され
る。

【０００３】このような電磁波の輻射の対応策として、
従来、特開平５ー１３６５９１号公報に示されるよう
に、シールドを施すことが知られている。この従来技術
では、回路基板から発生する不要輻射が外部へ漏洩する
のを防止するために、回路基板にシールドカバーを取り
付けることにより、輻射面を金属板で覆ってシールドを
施すことが考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術では、回路基板をシールドカバーで囲むことによって
シールド効果が得られるとしているが、メカニズムの解
明が遅れているため、必要な周波数領域で充分な効果を
得ることが難しい状況にある。

【０００５】本発明の目的は、かかる問題を解消し、必
要とする周波数領域での電磁波の不要輻射を充分に低減
することができるようにした低ＥＭＩ構造を有する回路
基板を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基板の一方の面に電源層が、他方の面に
グランド層が設けられた回路基板において、該回路基板
の周辺部を微小部分に区分し、隣接する該微小部分間
で、輻射する電磁波の位相が互いに逆位相となる構造と
する。

【０００７】基板の一方の面に電源層が、他方の面にグ
ランド層が夫々設けられた回路基板において、該回路基
板の周辺部から電磁波が輻射される現象は、次のように
モデル化して考えることができる。即ち、かかる回路基
板の周辺部は、電源層の微小部分とこれに対向するグラ
ンド層の微小部分とからなる微小な双極子アンテナがこ
の回路基板の周辺に配列されているものと考えられる。
そして、近接した双極子アンテナ間の距離は、遠方から
みると、ほとんど０とみなせるため、この回路基板を遠
方からみると、これは、これら全ての微小双極子からの
電磁波の合成電磁波を輻射する１つの双極子アンテナと
みなすことができる。

【０００８】そこで、上記のように、かかる回路基板の
周辺部の隣接する微小双極子から輻射される電磁波の位
相が互いに逆位相となるようにすると、この回路基板か
ら充分遠方にある位置では、隣接微小双極子アンテナか
らの電磁波が互いに充分打ち消し合い、その結果、この
回路基板からの電磁波の影響がほとんどなくなる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
より説明する。図１は本発明による低ＥＭＩ構造を有す
る回路基板の一実施形態を示す要部斜視図であって、１
は電源層、２はグランド層、３〜６は導体パターン、７
〜１０は接続線である。

【００１０】図２はこの実施形態の全体を概略的に示し
た斜視図であって、１１は周辺部であり、図１に対応す
る部分には同一符号を付けている。

【００１１】まず、図２において、この実施形態は、回
路が形成された図示しない基板の一方の面に電源層１が
設けられ、他方の面にグランド層２が設けられており、
この基板内に図示しない回路素子が設けられて回路基板
を構成している。そして、電源層１に直流電源電圧を供
給し、グランド層２を接地することにより、回路素子が
駆動される。

【００１２】かかる回路基板において、その周辺部１１
に電磁波の不要輻射を防止するためのＥＭＩ構造が形成
されている。

【００１３】次に、図１により、このＥＭＩ構造につい
て説明する。

【００１４】電源層１の周辺部に導体パターン４と導体
パターン５とが交互に配置されている。１つおきの導体
パターン４が図示しない基板に設けられた図示しないス
ルーホールを通る接続線１０によってグランド層２と接
続され、他の１つおきの導体パターン５が基板のこの導
体パターン５と同じ面に形成されている接続線８によっ
て電源層１と接続されている。

【００１５】同様にして、グランド層２の周辺部に導体
パターン３と導体パターン６とが交互に配置され、１つ
おきの導体パターン３が図示しない基板に設けられた図
示しないスルーホールを通る接続線９によって電源層１
と接続され、他の１つおきの導体パターン６が基板のこ
の導体パターン６と同じ面に形成されている接続線７に
よってグランド層２と接続されている。

【００１６】グランド層２に接続される電源層１側の導
体パターン４と電源層１に接続されるグランド層２側の
導体パターン３とは互いに対向して配置されており、ま
た、電源層１に接続される電源層１側の導体パターン５
とグランド層２に接続されるグランド層２側の導体パタ
ーン６とは互いに対向して配置されている。

【００１７】また、各導体パターン３〜６が夫々電源層
１またはグランド層２に接続できるようにするために、
これら電源層１，グランド層２の辺に互いにずれた所定
の間隔で切込みが設けられ、夫々の導体パターン３〜６
はその一部がかかる切込みに入り込むようなパターン形
状をなしている。なお、これら導体パターン３〜６は寸
法形状が互いに等しく、導体パターン４，５と導体パタ
ーン３，６とは、図面上、互いに裏返した関係で配置さ
れている。

【００１８】かかる構造によると、導体パターン３での
グランド層２の切込部分に入り込んだ部分は電源層１に
対向するので、その部分でこれら導体パターン３と電源
層１とをスルーホールを介した接続線９で接続すること
ができるし、また、導体パターン４での電源層１の切込
部分に入り込んだ部分はグランド層２に対向するので、
その部分でこれら導体パターン４とグランド層２とをス
ルーホールを介した接続線１０で接続することができ
る。

【００１９】なお、導体パターン５と電源層１とは、ま
た、導体パターン６とグランド層２とは夫々同一面で対
向しているから、どの位置で接続してもよく、この点か
らすると、これら導体パターン５，６に対し、電源層
１，グランド層２に上記の切込を設ける必要もないが、
後述するように、発生する電磁波の強度が対向する導体
パターン３，４と対向する導体パターン５，６との形状
の違いなどによって異なる影響を受けることがないよう
にするために、これら導体パターン３〜６を等しいパタ
ーン形状としている。

【００２０】かかる構成において、電源層１に直流電源
電圧を供給し、グランド層２を接地すると、導体パター
ン３，５の電位が電源層１の電位変動と同相で変動し、
導体パターン４，６の電位もグランド層２の電位変動と
同相で変動する。

【００２１】図３は図１に示した回路基板の周辺部の一
部を矢印Ａで示す正面からみた図であって、１２，１３
は微小双極子アンテナであり、図１に対応する部分には
同一符号を付けている。また、グランド層２に接続され
た導体パターン４，６にはハッチングを施している。

【００２２】同図において、電源層１（図１）に接続さ
れた導体パターン５とこれに対向しグランド層２（図
２）に接続された導体パターン６との間には、矢印で示
す方向に電界＋Ｅが生じ、電源層１に接続された導体パ
ターン３とこれに対向しグランド層２導体パターン４と
の間には、電界＋Ｅとは逆方向の矢印で示す方向に電界
−Ｅが生ずる。これら電界±Ｅが変動すると、電磁波が
輻射される。

【００２３】ここで、導体パターン３〜６は微小である
から、導体パターン５，６は微小双極子アンテナ１２を
形成し、導体パターン３，４も微小双極子アンテナ１３
を形成するが、これら微小双極子アンテナ１２，１３か
ら輻射される電磁波は互いに逆位相となる。そして、こ
れら微小双極子アンテナ１２，１３からの電磁波は広が
って空間中を伝搬し、このため、回路基板の遠方では、
互いに逆相の電磁波が打ち消し合って充分小さなものと
なる。

【００２４】また、基板の同じ面に設けられた導体パタ
ーン（導体パターン４と５、導体パターン３と６）間で
も、微小双極子アンテナが形成され、これらから電磁波
が輻射されるが、この場合でも、隣接する微小双極子ア
ンテナ間の電磁波は位相が互いに逆位相となるので、回
路基板からの遠方位置では、電磁波が充分小さいものと
なる。

【００２５】以上のことを電源層，グランド層の電位分
布の点から説明すると、従来の回路基板では、電源層，
グランド層での電位分布が、これら層の辺を開放終端と
して、図５（ａ）に示すようなsin曲線状をなしてお
り、これら層が共振器を構成して、その周辺部からかか
る電位分布による電磁波を輻射する。かかる共振器の共
振周波数はその構造（即ち、電源層やグランド層の辺の
長さ）で決まり、図６に示すように、これら層の縦横の
辺の長さに応じた特定の周波数ｆ₁，ｆ₂であって、かか
る特定の周波数ｆ₁，ｆ₂でエネルギーが集中した電磁波
の輻射スペクトルが観測される。

【００２６】この実施形態では、上記のように、電源層
１とグランド層２の周辺部に微小双極子アンテナを形成
し、隣合う微小双極子アンテナ間で輻射される電磁波の
位相が反転するようにしているため、図５（ａ）に示し
た電位分布が同図（ｂ）に示すようになり、回路基板か
らの遠方位置では、これにともなう隣合う微小双極子ア
ンテナから輻射される電磁波が互いに相殺し合って、図
６で示した特定の周波数ｆ₁，ｆ₂でのエネルギーの集中
が大幅に低減され、電磁波の影響がほとんどなくなるの
である。

【００２７】図４（ａ）は図１での分断線Ｂ−Ｂに沿う
断面図、同図（ｂ）は同じく分断線Ｃ−Ｃに沿う断面図
であって、前出図面に対応する部分には同一符号を付け
ている。

【００２８】図４（ａ）に示すように、電源層１とこれ
に接続された導体パターン５とが基板の同一面に互いに
近接して設けられた部分や、グランド層２とこれに接続
された導体パターン６とが基板の同一面に互いに近接し
て設けられた部分では、電源層１，導体パターン５間の
電界も、グランド層２，導体パターン６間の電界もとも
に０であるから、これら間では、電磁波が発生しない、
これに対し、図４（ｂ）に示すように、電源層１とグラ
ンド層２に接続された導体パターン５とが基板の同一面
に互いに近接して設けられた部分や、グランド層２と電
源層１に接続された導体パターン６とが基板の同一面に
互いに近接して設けられ部分では、電界が０とならない
ため、電磁波が生ずる。このため、これらの部分で微小
双極子アンテナが形成されるが、これら微小双極子アン
テナから輻射される電磁波も互いに逆位相となるため、
回路基板の遠方では、これら電磁波が打ち消されて充分
小さくなる。

【００２９】このようにして、この実施形態では、回路
基板の周辺部から放射される電磁波を充分小さくするこ
とができるが、この電磁波を完全に打ち消すためには、
図１において、さらに、接続部９，１０と接続部７，８
のインピーダンスが等しくなるようにする必要がある。
これは、導体パターン３〜６の寸法形状を互いに等しく
する上に、これら接続部の長さの違いに応じて、接続部
９，１０の場合には、それらの直径を調整し、または、
接続部７，８の場合には、それらの幅を調整することに
より実現できる。高周波の場合、インピーダンスは、表
皮効果のため、導体の表面積で決定される。従って、接
続部９，１０の直径や長さは、その表面積が導体パター
ンの面積と等しくなるように決定される。

【００３０】また、この実施形態では、電源層１とグラ
ンド層２の周辺部で電位変動の反射が生じにくくなるよ
うにしている。

【００３１】即ち、導体パターン３，４の部分と導体パ
ターン５，６の部分とでは、高周波的に終端の状態が異
なっている。従って、回路基板の周辺部１１（図２）で
の電位変動の反射が揃わず、層全体が共振器構造とはな
らないので、図６でｆ₁，ｆ₂として示したような電磁波
での特定の周波数の成分が増幅されることもなく、エネ
ルギーが広い周波数範囲に分散されることになる。その
ため、従来測定されている特定波長（回路基板の大きさ
で決定される共振周波数）で強度が大きいという輻射の
スペクトルの特性も現れない。

【００３２】このように、この実施形態では、電磁波の
エネルギーが特定の周波数に集中していた従来の方式と
比べ、このエネルギーを広い周波数範囲に分散させたこ
とになリ、その結果、不要輻射のレベルは低減される。

【００３３】さらに、この実施形態では、電源層１，グ
ランド層２の周辺部が上記の構成となっているため、周
囲に電磁波を輻射するアンテナとしての損失抵抗を大き
くしたことになる。そして、アンテナの損失抵抗が大き
くなることにより、輻射効率が小さくなり、その結果、
アンテナからの輻射量も小さく抑えられる。

【００３４】図７は本発明による低ＥＭＩ構造を有する
回路基板の他の実施形態を示す要部斜視図であって、１
４，１５は導体パターン、１６，１７は接続部であり、
図１に対応する部分には、同一符号を付けている。

【００３５】同図において、図示しない基板の一方の面
に電源層１が、他方の面にグランド層２が夫々設けら
れ、この基板の端面全体にわたって微小な導体パターン
１４と導体パターン１５とが交互に配列されている。そ
して、１つおきの導体パターン１４は接続部１６によっ
て電源層１と接続され、他の１つおきの導体パターン１
５が接続部１７によってグランド層２と接続されてい
る。

【００３６】また、導体パターン１４は電源層１から折
り曲げられて基板の端面に固定され、導体パターン１５
はグランド層２から折れ曲げられて基板の端面に固定さ
れる構造としてもよく、これら折曲部分が接続部１６，
１７をなしていることになる。

【００３７】なお、導体パターン１４の先端部はグラン
ド層２と小さな間隔で離れており、また、導体パターン
１５の先端部も電源層１と小さな間隔で離れていること
はいうまでもない。

【００３８】図７に示すこの回路基板の周辺部を矢印Ｄ
に示すようにみた場合、図８（ａ）に示すように、導体
パターン１４の先端部とこれに対向するグランド層２の
部分の間で矢印で示す方向に電界が生じ、これらは微小
双極子アンテナ１８を形成する。また、この回路基板の
周辺部を矢印Ｃ側に示すようにみた場合、図８（ｂ）に
示すように、導体パターン１５の先端部とこれに対向す
る電源層１の部分の間で矢印で示す方向に電界が生じ、
これらも微小双極子アンテナ１９を形成する。そして、
図８（ａ），（ｂ）を比較して明らかなように、微小双
極子アンテナ１８，１９の電界方向は互いに逆方向であ
るので、これらから輻射される電磁波の位相は互いに逆
位相となる。

【００３９】そこで、図７においては、回路基板の周辺
部には、導体パターン１４による微小双極子アンテナ１
４と導体パターン１５による微小双極子アンテナ１９と
が交互に配列されていることになり、図１で示した実施
形態と同様に、これら微小双極視アンテナ１８，１９か
らの電磁波が互いに打つ消され、遠方には届かないこと
になる。

【００４０】ここで、導体パターン１４，１５の形状，
寸法を全く等しくし、また、電源層１と導体パターン１
４の接続部１６と、グランド層２と導体パターン１５の
接続部１７とは全く同じ寸法形状とすると、電源層１と
グランド層２とからみた夫々の微小双極子アンテナ１
８，１９側のインピーダンスも等しくなるから、これら
電磁波の打ち消しは充分効果的になされ、これによって
遠方での電磁波の影響がなくなる。

【００４１】以上のようにして、上記各実施形態では、
回路基板の周辺部から輻射される電磁波が互いに打つ消
しあうようにすることにより、その強度を低減するもの
であるが、微小双極子アンテナの個数、即ち、導体パタ
ーンの個数が多いほど電磁波の低減効果が大きくなる
が、図９に示すように、その個数がある程度で充分な効
果が得られ、また、ある程度以上になると、その効果の
向上は小さくする。実験によると、導体パターンが電源
層１やグランド層２の１／６以下の面積となると、ある
程度の好ましい電磁波の低減効果が得られた。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電源層とグランド層の周辺部に微小な導体パターンを設
けて微小双極子アンテナの配列を形成し、１つおきの微
小双極子アンテナから放射される電磁波の位相を交互に
逆転させることができるので、不要な電磁波の放射を充
分に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による低ＥＭＩ構造を有する回路基板の
一実施形態の要部を示す斜視図である。

【図２】本発明による低ＥＭＩ構造を有する回路基板の
全体斜視図である。

【図３】図１を矢印Ａ側からみた場合の電界の状態を示
す図である。

【図４】図１の分断線Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃに沿う断面での電
界方向を示す図である。

【図５】図１に示す実施形態の電磁波低減動作を示す図
である。

【図６】従来の回路基板での電磁波の輻射スペクトルを
示す図である。

【図７】本発明による低ＥＭＩ構造を有する回路基板の
他の実施形態の要部を示す斜視図である。

【図８】図７に示した実施形態での動作説明図である。

【図９】導体パターンの個数に対する電磁波低減効果の
変化を示す図である。

【符号の説明】

１電源層２グランド層３〜６導体パターン７〜１０接続線１１，１２微小双極アンテナ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路が形成された基板の一方の面に電源
層が設けられ、他方の面にグランド層が設けられてなる
回路基板において、該基板の該一方の面と該他方の面との周辺部に沿い、該
基板の大きさに比べて充分小さい導体パターンを複数個
互いに近接して設け、該基板の該一方の面に設けられた該導体パターンのう
ち、１つおきの第１の導体パターンが該電源層に、他の
１つおきの第２の導体パターンが該グランド層に夫々接
続され、該基板の該他方の面に設けられた該導体パターンのう
ち、該第１の導体パターンに対向する１つおきの第３の
導体パターンが該グランド層に接続され、該第２の導体
パターンに対向する１つおきの第４の導体パターンが該
電源層に接続されてなることを特徴とする低ＥＭＩ構造
を有する回路基板。
【請求項２】回路が形成された基板の一方の面に電源
層が設けられ、他方の面にグランド層が設けられてなる
回路基板において、該基板の側面に沿い、該基板の大きさに比べて充分小さ
い導体パターンを複数個互いに近接して設け、該導体パターンのうち、１つおきの第１の導体パターン
が該電源層に接続されてその先端部が該グランド層に近
接し、他の１つおきの第２の導体パターンが該グランド
層に接続されて該電源層に近接していることを特徴とす
る低ＥＭＩ構造を有する回路基板。
【請求項３】請求項１または２において、前記導体パターンは全て、その大きさが前記基板の大き
さの１／６以下であることを特徴とする低ＥＭＩ構造を
有する回路基板。
【請求項４】請求項１または２において、前記導体パターンの全てが互いにほぼ同じ寸法形状であ
ることを特徴とする低ＥＭＩ構造を有する回路基板。
【請求項５】請求項１において、前記電源層と前記第１及び第４の導体パターンとの接続
部の前記電源層からみたインピーダンスと、前記グラン
ド層と前記第２及び第３の導体パターンとの接続部の前
記グランド層からみたインピーダンスは、全てほぼ等し
いことを特徴とする低ＥＭＩ構造を有する回路基板。
【請求項６】請求項２において、前記電源層と前記第１の導体パターンとの接続部の前記
電源層からみたインピーダンスと、前記グランド層と前
記第２の導体パターンとの接続部の前記グランド層から
みたインピーダンスは、全てほぼ等しいことを特徴とす
る低ＥＭＩ構造を有する回路基板。