(57)【要約】【課題】  回路基板のレイアウトを変更することなくノイズレベルを下げることが可能な回路基板を提供する。【解決手段】  回路基板１０は、電波を送受信するアンテナ２０と、ノイズ発生源３１と、ノイズ発生源３１の近傍に、かつ、ノイズ発生源３１に流れる電流によって該ノイズ発生源３１の周囲に生じる磁界に対して略直交する方向に磁界を発生させる位置に配置される磁石４０とを備える。回路基板１０によれば、磁石４０が発生する静磁場によって、ノイズ発生源３１の電流によって励起される磁界が乱されることにより、ノイズ発生源３１から回路基板１０に漏洩する電流が減少する。そのため、ノイズ発生源３１とアンテナ２０とのカップリングを低減することができ、アンテナ２０の受信感度を向上させることが可能となる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子部品が実装される回路基板において、
前記複数の電子部品に含まれ、ノイズ源となる電子部品と、
前記ノイズ源となる電子部品の近傍に、かつ、前記ノイズ源に流れる電流によって前記ノイズ源の周囲に生じる磁界に対して略直交する方向に磁界を発生させる位置に配置される磁石と、を備えることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
電波を受信及び／又は送信するアンテナが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記磁石は、磁性体が混練された弾性体から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路基板。
【請求項４】
前記磁石は、ブロック状のチップ部材であり、はんだ付けにより前記回路基板の実装面に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路基板。
【請求項５】
前記磁石は、屈曲可能なフレキシブル基材に取り付けられ、
前記フレキシブル基材は、粘着材により前記回路基板に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路基板。
【請求項６】
前記磁石は、磁性体が混入された塗料が塗布されて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路基板。
【請求項７】
複数の電子部品が実装された回路基板に含まれるノイズ源を特定するノイズ源特定ステップと、
前記ノイズ源特定ステップにおいて特定された前記ノイズ源に流れる電流によって該ノイズ源の周囲に生じる磁界の方向を特定する磁界方向特定ステップと、
前記磁界方向特定ステップにおいて特定された前記ノイズ源の磁界の方向に対して略直交する方向に磁界を発生させる位置に磁石を配置する配置ステップと、を備えることを特徴とするノイズ対策部品の配置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板、及び、ノイズ対策部品の配置方法に関し、特に、ノイズ対策部品が実装される回路基板、及び、当該ノイズ対策部品の配置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電子機器の小型化、薄型化、高速駆動化などに伴い、携帯電子機器内のデジタル回路から発生したノイズがアンテナを経由して受信回路に混入し、受信感度を劣化させる現象、所謂自家中毒が問題になっている。ここで、非特許文献１には、自家中毒問題において、ノイズ源の最適配置場所をノイズ源とアンテナの磁界分布の重なり度合い（相関）から評価する技術が開示されている。
【０００３】
非特許文献１記載の技術によれば、アンテナの磁界分布と、ノイズ源の磁界分布とから算出した相関係数に基づいて、ノイズ源の最適配置場所を設定できることが示されている。すなわち、この技術によれば、例えばＩＣや配線などのノイズ源の磁界分布とアンテナの磁界分布との重なりが小さくなるようにレイアウトすることでノイズ対策を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】前川智哉、岩城秀樹、山田徹、小川晃一、「近傍磁界分布を用いたノイズ源最適配置推進法の提案」、信学技報、社団法人電子情報通信学会、ＥＭＣＪ２００８−１４（２００８−６）、ｐ４１−４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、非特許文献１に記載の技術によれば、回路基板のレイアウトを変更することでノイズ対策を行うことができる。しかしながら、回路基板のレイアウトを変更するには大きな労力・工数を要するおそれがある。また、レイアウトを変更しないとノイズ対策を行うことができないとすると、回路基板設計の自由度が阻害されるという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、回路基板のレイアウトを変更することなくノイズレベルを下げることが可能な回路基板、及びノイズ対策部品の配置方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回路基板は、複数の電子部品が実装される回路基板において、複数の電子部品に含まれ、ノイズ源となる電子部品と、ノイズ源となる電子部品の近傍に、かつ、ノイズ源に流れる電流によってノイズ源の周囲に生じる磁界に対して略直交する方向に磁界を発生させる位置に配置される磁石とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る回路基板によれば、磁石が、ノイズ源に流れる電流によってノイズ源の周囲に生じる磁界に対して略直交する方向に磁界を発生させる位置に配置される。そのため、磁石によってその周囲に生じる磁界が、ノイズ源に流れる電流によって生じる磁界を乱すように作用する。すなわち、磁石の発生する静磁場によって、ノイズ源の電流が励起する磁界を乱すことができる。そして、磁界を乱すことにより、ノイズ源から回路基板に漏洩する電流を減少させることができる。その結果、回路基板のレイアウトを変更することなく、ノイズレベルを下げることが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係る回路基板は、電波を受信及び／又は送信するアンテナが取り付けられていることが好ましい。
【００１０】
上述したように、磁石の発生する静磁場によって、ノイズ源の電流によって励起される磁界が乱されることにより、ノイズ源から回路基板に漏洩する電流が減少する。そのため、ノイズ源とアンテナとのカップリングを低減することができる。その結果、アンテナの受信電力のＳ／Ｎ比が改善され、受信感度を向上することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る回路基板では、上記磁石が、磁性体が混練された弾性体から成ることが好ましい。この場合、磁石が弾性を有するため、配置の自由度を向上させることができる。また、磁石の薄型化などにも有利である。
【００１２】
本発明に係る回路基板では、上記磁石が、ブロック状のチップ部材であり、はんだ付けにより回路基板の実装面に取り付けられていることが好ましい。この場合、磁石が回路基板にはんだ付けされるため、取り付けの信頼性、及び、取り付け位置の精度を向上することができる。また、磁石をブロック状のチップ部材とすることにより、製造が容易となり、製造コストを低減することができる。さらに、磁石を、例えば、チップコンデンサやチップ抵抗等のチップ型電子部品と同様の形状とすることにより、実装の際にチップ型電子部品のマウンタを利用することができるため、実装機対応が容易であり、生産性を向上させることもできる。
【００１３】
また、本発明に係る回路基板では、上記磁石が、屈曲可能なフレキシブル基材に取り付けられ、該フレキシブル基材が、粘着材により回路基板に取り付けられる構成も好ましい。このようにすれば、磁石を後付けする際に、フレキシブルに磁石を配置することができ、取り付け箇所の自由度を高めることができる。そのため、磁石を、よりノイズ源に近接して配置し、取り付けることが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る回路基板では、上記磁石が、磁性体が混入された塗料が塗布されて形成されてもよい。このようにすれば、例えば、ノイズ源となる電子部品の外側に塗料を塗布することにより、ノイズ対策を行うことができる。
【００１５】
本発明に係るノイズ対策部品の配置方法は、複数の電子部品が実装された回路基板に含まれるノイズ源を特定するノイズ源特定ステップと、ノイズ源特定ステップにおいて特定されたノイズ源に流れる電流によってノイズ源の周囲に生じる磁界の方向を特定する磁界方向特定ステップと、磁界方向特定ステップにおいて特定されたノイズ源の磁界の方向に対して略直交する方向に磁界を発生させる位置に磁石（ノイズ対策部品に相当）を配置する配置ステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るノイズ対策部品の配置方法によれば、ノイズ源に流れる電流によってノイズ源の周囲に生じる磁界に対して略直交する方向に磁界を発生させる位置に磁石が配置される。そのため、磁石によってその周囲に生じる磁界が、ノイズ源に流れる電流によって生じる磁界を乱すように作用する。すなわち、磁石の発生する静磁場によって、ノイズ源の電流が励起する磁界を乱すことができる。そして、磁界が乱されることにより、ノイズ源から回路基板に漏洩する電流を減少させることができる。その結果、回路基板のレイアウトを変更することなく、ノイズレベルを下げることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ノイズ源となる電子部品の近傍に、かつ、ノイズ源に流れる電流によって生じる磁界に対して略直交する方向に磁界を発生させる位置に磁石を配置する構成としたため、回路基板のレイアウトを変更することなくノイズレベルを下げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る回路基板の構成を示す斜視図及び要部拡大図である。
【図２】実施形態に係る回路基板における磁界の向き（磁力線）を示す平面図である。
【図３】磁石がない場合の磁界の向き（磁力線）を示す平面図である。
【図４】挿入損失のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】磁石（シート状磁性体）をノイズ源に直接取り付けた状態の概略断面図である。
【図６】フレキシブル基材及び粘着材により磁石が取り付けられた回路基板の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、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。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２０】
まず、図１を用いて、実施形態に係る回路基板１０の構成について説明する。図１は、回路基板１０の構成を示す斜視図及び要部拡大図である。
【００２１】
回路基板１０は、矩形の両面基板である。回路基板１０は、例えばＦＲ−４などの誘電体からなる矩形の基板（絶縁層）１１を有する。この基板１１の両面には、銅箔などの導体からなる回路パターン、電源パターン、及びグランドパターンを含む配線層１２，１２がエッチングなどの方法によって形成されている。なお、図１では、パターンの詳細については図示を省略した。また、回路基板１０の形状は、矩形には限られない。さらに、回路基板１０は、両面基板に限られることなく、片面基板や多層基板でもよい。
【００２２】
回路基板１０の上端部には、アンテナ２０が接続されている。本実施形態では、アンテナ２０として、銅線（φ＝１ｍｍ）を用いて形成したモノポールアンテナを用いた。また、回路基板１０には、ノイズ源となるＩＣ３０、及び複数の電子部品（図示省略）がはんだ付けなどによって実装されている。
【００２３】
ノイズ源となるＩＣ３０としては、例えば、スイッチングレギュレータに用いられる電源ＩＣなどが挙げられる。電源ＩＣでは、例えば、電源ＩＣ内のグランドと、該電源ＩＣのグランド端子が接続される回路基板１０側のグランドとの間で電流が流れることにより、ノイズが発生する。このようにして発生したノイズがアンテナ２０に入ると受信感度の劣化を引き起こすおそれがある。
【００２４】
回路基板１０上において、ノイズ源となるＩＣ３０の近傍（図１では左隣）には、ブロック状に形成された磁石４０が、はんだ付けによって取り付けられている。磁石４０としては、例えば、フェライト磁石、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などが好適に用いられる。磁石４０の形状やサイズは、任意に設定することができるが、例えば、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｕｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅ：表面実装部品）で採用されている、０６０３サイズ（０．６×０．３×０．３ｍｍ）又は１００５サイズ（１．０×０．５×０．５ｍｍ）などの標準サイズに統一されていることが好ましい。なお、磁石４０は、一般的なＳＭＤと同様に、クリームはんだ印刷機による回路基板１０上へのはんだ印刷が行われた後に、チップマウンターによって実装され、その後、リフロー炉ではんだが溶かされることにより、回路基板１０に固定される。
【００２５】
磁石４０は、回路基板１０に取り付けられる際に、ノイズ源となるＩＣ３０のグランドに流れる電流によってＩＣ３０の周囲に生じる磁界に対して略直交（より好ましくは直交）する方向に磁界を発生させる位置に配置される。なお、磁石４０は、ＩＣ３０の周囲に生じる磁界に対して略直交する方向に磁界を発生させる位置に配置されていればよく、その配置は、図１に示されるように、ＩＣ３０の左隣に限られることなく、例えばＩＣ３０の上下・前後左右のいずれであってもよい。
【００２６】
ここで、磁石４０の配置方法について説明する。まず、回路基板１０に実装された電子部品の中から、ノイズ源となるＩＣ３０（以下単に「ノイズ源３０」ともいう）が特定される（ノイズ源特定ステップ）。より具体的には、ノイズ源３０は、電流が流れたときに発生する磁界を測ることにより特定することができる。なお、磁界に代えて、電界を測定することによりノイズ源３０を特定してもよい。
【００２７】
続いて、特定されたノイズ源３０に流れる電流によってノイズ源３０の周囲に生じる磁界の方向が特定される（磁界方向特定ステップ）。より具体的には、ノイズ源３０に磁界プローブを当てる際に、該磁界プローブの方向性から磁界の方向を特定することができる。
【００２８】
そして、特定されたノイズ源３０の磁界の方向に対して略直交する方向に磁界を発生させる位置に磁石４０が配置される（配置ステップ）。なお、上述した、ノイズ源特定ステップ、磁界方向特定ステップ、及び配置ステップによって、ノイズ対策を実現することができる。
【００２９】
以上説明したように、回路基板１０によれば、磁石４０は、ノイズ源となるＩＣ３０の近傍に、かつ、ＩＣ３０のグランドに流れる電流によってＩＣ３０の周囲に生じる磁界に対して略直交（より好ましくは直交）する方向に磁界を発生させる位置に配置される。
【００３０】
ここで、回路基板１０の上空５０ｍｍにおける、ＩＣ（ノイズ源）３０におけるノイズ発生源（ノイズ発生が特定される部分）３１及び磁石４０周辺の磁界の向き（磁力線）を図２に示す。また、磁石４０がない場合のノイズ発生源３１周辺の磁界の向き（磁力線）を図３に示す。なお、図２、図３において、ノイズ発生源３１は、ＩＣ３０内のグランドと回路基板１０のグランドとの間を接続する配線を模擬したものであり、板金、あるいは、針金を用いて、先端が短絡されたループ状（ループアンテナモデル）に形成した。
【００３１】
図３に矢印で示されるように、磁石４０がない場合、ノイズ発生源３１の磁界（磁力線）は、ノイズ発生源３１の一端からＹ軸方向に出て、乱されることなく、円（又は楕円）を描くようにノイズ発生源３１の他端へ向かう。一方、ノイズ発生源３１の近傍に、かつ、Ｙ軸と直交するＸ軸方向に磁界を発生させる位置（図２ではノイズ発生源３１の上方）に磁石４０が配置された場合、図２に示されるように、Ｙ軸方向に出たノイズ発生源３１の磁界（磁力線）が、磁石４０のＸ軸方向の磁界（磁力線）により、歪められて乱される。このように、磁石４０が発生する静磁場によって、ノイズ発生源３１の電流によって励起される磁界が乱されることにより、ノイズ発生源３１から回路基板１０に漏洩する電流が減少する。そのため、ノイズ発生源３１とアンテナ２０とのカップリングが低減する。その結果、アンテナ２０の受信電力のＳ／Ｎ比が改善され、受信感度が向上する。
【００３２】
本実施形態に係る回路基板１０のノイズ対策効果を確認するために、電磁界シミュレーションによって、アンテナ２０とノイズ発生源３１との間のアイソレーションを定量的に示す量である挿入損失を解析した。続いて、図４を参照しつつ、本実施形態に係る回路基板１０、及び磁石４０が設けられていない回路基板（比較例）それぞれのノイズ対策効果について、シミュレーション結果を示して説明する。ここで、シミュレーションにおいては、回路基板１０として、長さＬ：８０ｍｍ、幅Ｗ：４０ｍｍ、厚みｔ：１ｍｍ、アンテナ２０として、径φ：１ｍｍ、長さＬ：８０ｍｍ、ノイズ発生源３１として、長さＬ：１ｍｍ、幅Ｗ：０．５ｍｍ、厚みｔ：１ｍｍ、磁石４０として、長さＬ：１ｍｍ、幅Ｗ：１ｍｍ、厚みｔ：１ｍｍと設定する。
【００３３】
図２に示される本実施形態に係る回路基板１０、及び、図３に示される磁石４０が設けられていない回路基板（比較例）を用いて、ＳパラメータのＳ２１を求め、その結果から、回路基板１０及び比較例それぞれのノイズ対策効果を評価した。なお、Ｓ２１は、ｐｏｒｔ１（ノイズ発生源３１）に信号を入力したときにｐｏｒｔ２（アンテナ２０）に伝達される割合、すなわち順方向の伝達係数である。よって、このＳ２１の値が小さいほど、挿入損失が大きく、すなわち、ノイズ対策効果が大きいと評価することができる。
【００３４】
図２に示される本実施形態に係る回路基板１０、及び、図３に示される磁石４０が設けられていない回路基板（比較例）それぞれのシミュレーション結果を図４に示す。図４に示されたグラフの横軸は周波数（ＧＨｚ）であり、縦軸はＳ２１（ｄＢ）である。また、図４のグラフでは、回路基板１０のシミュレーション結果（Ｓ２１）を実線で、比較例のシミュレーション結果（Ｓ２１）を破線で示した。
【００３５】
図４に示されるように、本実施形態に係る回路基板１０では、磁石４０が設けられていない回路基板（比較例）と比較して、０．７〜１．１ＧＨｚの周波数領域において、約５〜６ｄＢ程度、Ｓ２１が減少し（すなわち、挿入損失が増大し）、アンテナ２０とノイズ発生源３１とのアイソレーション（カップリング）が改善されることが確認された。
【００３６】
本実施形態によれば、磁石４０が、ノイズ源３０（ノイズ発生源３１）に流れる電流によってノイズ源３０（ノイズ発生源３１）の周囲に生じる磁界に対して略直交する方向に磁界を発生させる位置に配置される。そのため、磁石４０によってその周囲に生じる磁界が、ノイズ源３０（ノイズ発生源３１）に流れる電流によって生じる磁界を乱すように作用する。すなわち、磁石４０の発生する静磁場によって、ノイズ源３０（ノイズ発生源３１）の電流が励起する磁界を乱すことができる。そして、磁界を乱すことにより、ノイズ源３０（ノイズ発生源３１）から回路基板１０に漏洩する電流を減少させることができる。その結果、回路基板１０のレイアウトを変更することなく、アンテナ２０を経由して受信回路に混入するノイズレベルを下げることが可能となる。その時の磁界の向きは、Ｘ軸方向に限定されるものではなく、Ｚ軸方向、もしくはＸ軸とＺ軸から成る平面に平行な向きでも良い。
【００３７】
また、本実施形態によれば、上述したように、磁石４０の発生する静磁場によって、ノイズ源３０（ノイズ発生源３１）の電流によって励起される磁界が乱されることにより、ノイズ源３０（ノイズ発生源３１）から回路基板１０に漏洩する電流が減少する。そのため、ノイズ源３０（ノイズ発生源３１）とアンテナ２０とのカップリングを低減することができる。その結果、アンテナ２０の受信電力のＳ／Ｎ比が改善され、受信感度を向上することが可能となる。
【００３８】
本実施形態によれば、磁石４０が回路基板１０にはんだ付けされるため、取り付けの信頼性、及び、取り付け位置の精度を向上することができる。また、磁石４０をブロック状のチップ部材とすることにより、製造が容易となり、製造コストを低減することができる。さらに、磁石４０を、例えば、チップコンデンサやチップ抵抗等のＳＭＤと同様の形状とすることにより、実装の際にチップ型電子部品のマウンタを利用することができるため、実装機対応が容易であり、生産性を向上させることもできる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、磁石４０として、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライトなどの磁性体（磁性粉末）を、ゴムやプラスチックなどに混練し、任意の形状に形成した後、着磁した磁石を用いてもよい。このようにすれば、磁石が弾性を有し、任意の形状に形成することができるため、配置の自由度を向上することができる。また、磁石の薄型化などにも有利であり、回路基板上のスペースがない時はノイズ源３０の上に貼り付けることも可能である。例えば、図５に示されるように、回路基板上のノイズ源３０の上面に粘着剤６１を介して磁石（シート状の磁性体）４０Ｄを取り付けて構成してもよい。
【００４０】
なお、上記実施形態では、磁石４０をはんだ付けによって回路基板１０に取り付けたが、はんだ付けに代えて、屈曲可能なフレキシブル基材及び粘着材を用いて取り付けてもよい。ここで、図６は、フレキシブル基材６０及び粘着材６１により磁石４０が取り付けられた配線基板１０の縦断面図である。この方法では、例えば、図６に示されるように、磁石４０が取り付けられた屈曲可能なフレキシブル基材６０が、粘着材６１により回路基板１０及びＩＣ３０の上面に取り付けられる。このようにすれば、磁石４０を後付けする際に、フレキシブルに磁石４０を配置することができ、取り付け箇所の自由度を高めることができる。そのため、磁石４０を、ノイズ源（ＩＣ）３０により近接して配置し、取り付けることが可能となる。
【００４１】
また、上記実施形態では、ブロック状の磁石４０を用いたが、ブロック状の磁石４０に代えて、磁性体が混入（分散）された塗料が塗布されて形成された磁石を用いてもよい。このようにすれば、例えば、ノイズ源となるＩＣ３０などの外側に塗料を塗布することにより、ノイズ対策を行うことができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  回路基板
１１  基板（絶縁層）
１２  配線層
２０  アンテナ
３０  ＩＣ（ノイズ源）
３１  ノイズ発生源
４０  磁石
６０  フレキシブル基材
６１  粘着材
【図１】
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【図２】
2012043843.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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