電磁波のシールド技術

作成:2017.06,09|改訂:

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公開日:20100101-20170608


電磁波シールド技術とは

テレビやラジオ携帯電話など放送や通信では欠かせない電波やコンピューターなどの情報装置に用いる高い周波数の電磁波も一度空中に放射されると他人には雑音であったり情報が漏れたりする。この様な状況下で電波の情報と装置の安全を維持する為にはその装置を設置する建築空間に電磁波シールド(遮蔽)を実現する必要がある。 電磁波シールドの目的は雑音混信の防止、コンピューターが処理する機密情報の漏洩防止(TEMPEST対策)や妨害電波からの機器の保護を行う。




特開2014-204022 電磁波シールド構造および高周波モジュール構造

要約

金属ブロック1と、金属ブロック1上に固定された誘電体基板2と、誘電体基板2上に、当該誘電体基板2上に位置する高周波回路を囲むように配置された複数の接地パターン22と、各接地パターン22と金属ブロック1とを導通する複数の接地スルーホール23と、各接地パターン22に接続された複数のチップ抵抗器3と、高周波回路の上方に位置し、当該高周波回路を覆うように延設され各チップ抵抗器3と接続された複数の足部52を有する、金属製または導体が施されたカバー5とを備えた、小型で、高密度な実装に適し、動作周波数および動作周波数の整数倍に対応し、パッケージ外部に適用でき、実装基板の作り変えなしに損失性材料のリワークを可能とする。

【符号の説明】
1,1b,1c 金属ブロック、2,2b,2c 誘電体基板、3,3c チップ抵抗器(損失性材料)、3b 抵抗体、4,4c,4d モールドパッケージ、4b LTCCパッケージ、5,5b,5c,5d,5e カバー、6 外来ノイズ、7,7b,7c,7d,7e 共振、8 はんだ、9 金属蓋、10 非高周波回路用パッケージ、21 非接地パターン、22 接地パターン、23 接地スルーホール、41 半導体チップ、42 ワイヤボンド、43 はんだバンプ、44 スルーホール、45 入力部、46 出力部、47,48 入力部、51 平板部、52,52c,52d 足部、53 折曲部、54 突起部、101,102,103 区画、104 連絡路。

概要

無線通信機器、レーダー装置等のモジュール内では、キャビティ共振導波管伝播モードなどの不要な共振や伝播が生じるため、モジュール内に搭載された高周波回路同士が不要な結合をする。そこで、一般に、高周波回路のアイソレーションが動作周波数の範囲で十分な値となるように、高周波モジュールやパッケージの各寸法は、?導波管とした場合の遮断周波数が十分高く、?また、キャビティとした場合の共振周波数が十分高くなるように設計されている。
また、一般に、高周波回路は高調波成分を出力するため、高周波回路のアイソレーションが動作周波数の2倍または3倍程度の周波数の範囲で十分な値となるように、高周波モジュールやパッケージの各寸法は、導波管とした場合の遮断周波数が十分高く、また、キャビティとした場合の共振周波数が十分高くなるように設計されている。 例えば特許文献1に示された高周波モジュールでは、各回路を区分けする導電性のカットオフブロックを設け、高周波モジュール内の遮断周波数を高くしている。 また、例えば特許文献2に示された高周波回路モジュールでは、複数の高周波部品が実装されたプリント基板と、それぞれの高周波部品を収容するよう掘り込みが設けられたプリント基板とをはんだにより電気的に接続し、キャビティの共振周波数を高くしつつ、高周波部品を分離配置している。
また一方で、薄膜抵抗や内層抵抗を設けることでパッケージ内の共振を吸収させるといった方法もある。
例えば特許文献3に示された高周波回路装置では、誘電体基板を実装基板にバンプにより接続し、誘電体基板のグラウンドパッドと実装基板のグラウンドパッドを抵抗膜を介して接続している。これにより、誘電体基板のグラウンドと実装基板のグラウンドとの間に発生する共振を抵抗に吸収させている。
また、例えば特許文献4に示された多層誘電体基板および半導体パッケージでは、誘電体基板上に、電磁的にシールドされた空間であるキャビティを形成し、誘電体基板の上に半導体デバイスを実装し、誘電体基板に開口部、誘電体基板の内層に抵抗体を配置し、共振を吸収させている。
また、例えば特許文献5に示された高周波モジュールおよび高周波モジュール用シールドカバーでは、高周波半導体を収容する空間を形成するパッケージのうち、誘電体基板からなるシールドカバーにて、開口部と抵抗体を配置し、共振を吸収させている。
  しかしながら、上記特許文献1,2に記載の高アイソレーション化の方法では、金属ブロックや基板を電気的かつ物理的に固定する手段が必要であり、その分、大型化するといった課題がある。また、遮蔽用の金属ブロックを高周波回路毎に設けるため、高周波回路を高密度に実装することに課題がある。さらに、動作周波数が高くなるにつれ波長は短くなり、特にGHz帯以上ではパッケージや半導体デバイスの大きさが波長オーダとなることから、遮断周波数を動作周波数より高くすることに課題がある。
また、上記特許文献3〜5に記載の高アイソレーション化の方法では、パッケージの内部にて、抵抗体により共振を吸収させる手法である。これらの手法は、パッケージ構造毎、動作周波数毎に設計が必要であることから、早期段階での設計が必要であるといった課題がある。また、薄膜抵抗や内層抵抗は実装基板を作り変えなければ置き換えることができないため、リワークの際にはコスト面での課題がある。さらに、パッケージは一回り大きいモジュールに収まるため、一回り大きい金属壁による共振に対して、アイソレーションの対策は成されていないといった課題がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、小型で、高密度な実装に適しており、動作周波数および動作周波数の整数倍に対応し、パッケージ外部に適用でき、実装基板の作り変えなしに損失性材料のリワークが可能な電磁波シールド構造および高周波モジュール構造を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

この発明に係る電磁波シールド構造は、金属ブロックと、金属ブロック上に固定された誘電体基板と、誘電体基板上に、当該誘電体基板上に位置する高周波回路を囲むように配置された複数の接地パターンと、各接地パターンと金属ブロックとを導通する複数の接地スルーホールと、各接地パターンに接続された複数の損失性材料と、高周波回路の上方に位置し、当該高周波回路を覆うように延設され各損失性材料と接続された複数の足部を有する、金属製または導体が施されたカバーとを備えたものである。
また、この発明に係る高周波モジュール構造は、側壁を有する金属ブロックと、金属ブロック上に固定された誘電体基板と、誘電体基板上に、当該誘電体基板上に位置する高周波回路を囲むように配置された複数の接地パターンと、各接地パターンと金属ブロックとを導通する複数の接地スルーホールと、各接地パターンに接続された複数の損失性材料と、高周波回路の上方に位置し、当該高周波回路を覆うように延設され各損失性材料と接続された複数の足部を有する、金属製または導体が施されたカバーと、金属ブロックの側壁上に配置され、カバーを覆う金属蓋とを備えたものである。
また、この発明に係る高周波モジュール構造は、複数の区画に区分けする側壁を有する金属ブロックと、金属ブロック上の所定の区画内に固定された複数の誘電体基板と、誘電体基板上に、当該誘電体基板上に位置する高周波回路を囲むように配置された複数の接地パターンと、各接地パターンと金属ブロックとを導通する複数の接地スルーホールと、各接地パターンに接続された複数の損失性材料と、高周波回路の上方に位置し、当該高周波回路を覆うように延設され各損失性材料と接続された複数の足部を有する、金属製または導体が施されたカバーと、金属ブロックの側壁上に配置され、カバーを覆う金属蓋とを備えたものである。
【発明の効果】
この発明によれば、上記のように構成したので、小型で、高密度な実装に適しており、動作周波数および動作周波数の整数倍に対応し、パッケージ外部に適用でき、実装基板の作り変えなしに損失性材料のリワークが可能となる。

特開2017-063123 半導体パッケージ及びその製造方法

要約

パッケージ基板20の主面21に搭載された半導体装置31,32と、半導体装置31,32を覆うようにパッケージ基板20の主面21に形成されたモールド部材40と、モールド部材40の上面41に形成された電磁波シールド50とを備える。モールド部材40はモールド樹脂中に金属磁性体60が分散されてなり、金属磁性体60はモールド部材40の上面41に露出している。本発明によれば、低背化により露出した金属磁性体60の脱落が防止されるとともに、より高いノイズ遮蔽効果を得ることができる。

【符号の説明】
10 半導体パッケージ 20 パッケージ基板 20a 集合基板 21 パッケージ基板の主面 21a 集合基板の主面 22 パッケージ基板の裏面 22a 集合基板の裏面 23 パッケージ基板の側面 24 ランドパターン 25 外部端子 31,32 半導体装置 33,34 チップ部品 40 モールド部材  40a モールド部材の表面 41 モールド部材の上面 42 モールド部材の側面 43 モールド部材の表層 50 電磁波シールド 60 金属磁性体 70 マスキングテープ N1,N2 電磁波ノイズ

概要

近年、スマートフォンなどの携帯型情報端末においては、1つの半導体パッケージにICおよび多数の電子部品を実装することによって1つの機能ブロックとして動作する、いわゆるシステムインパッケージ(SiP)と呼ばれる半導体パッケージが広く用いられている。このような半導体パッケージは、外来ノイズによる誤動作を防止するとともに、自らがノイズ源とならないよう、電磁波ノイズ対策が施される。例えば、システムインパッケージに関するものではないが、特許文献1にはフェライト粉末をモールド樹脂に分散させた半導体パッケージが開示されている。しかしながら、近年における通信速度の向上に伴ってより高いノイズ遮蔽効果が求められており、フェライト粉末をモールド樹脂に分散させるのみでは、十分なノイズ遮蔽効果を得ることは困難である。しかも、スマートフォンなどの携帯型情報端末においては、高機能化だけでなく低背化の要請も大きいため、モールド樹脂の厚さを薄くする必要もあり、この場合、ノイズ遮蔽効果が低下するという問題もあった。 したがって、本発明は、低背化しつつ高いノイズ遮蔽効果を得ることが可能な半導体パッケージ及びその製造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】
本発明者らは、半導体パッケージのノイズ遮蔽効果を高めるべく、モールド樹脂に透磁率の高い金属磁性体を分散させる方法について検討を行った。これによれば、より高いノイズ遮蔽効果が得られるものの、半導体パッケージを低背化するためにモールド樹脂をラッピングする工程を追加すると、金属磁性体がモールド樹脂から露出し、脱落するおそれが生じることが分かった。金属磁性体は導電性の高い材料であることから、半導体パッケージから脱落すると、プリント基板上の配線をショートさせるなど信頼性を低下させる原因となる。 本発明者らは、金属磁性体が分散されたモールド樹脂をラッピングにより薄型化した場合、金属磁性体の露出したモールド表面を何らかの部材で覆うことにより、金属磁性体の脱落を防止する必要があるという結論に達した。そして、モールド表面を覆う材料として電磁波シールドとして機能する材料を選択すれば、金属磁性体の脱落を防止できるだけでなく、より高いノイズ遮蔽効果を達成できることを見いだした。
本発明はこのような技術的知見に基づき成されたものであって、本発明による半導体パッケージは、パッケージ基板と、前記パッケージ基板の主面に搭載された複数の半導体装置と、前記複数の半導体装置を覆うように前記パッケージ基板の前記主面に形成され、前記パッケージ基板の前記主面と平行な上面を有するモールド部材と、前記モールド部材の前記上面に形成された電磁波シールドとを備え、前記モールド部材は、モールド樹脂中に金属磁性体が分散されてなり、前記金属磁性体は、前記モールド部材の前記上面に露出していることを特徴とする。




特開2012-251287 ポリイミド繊維、ポリイミド不織布、断熱材、電磁波シールドシート及び電池用セパレーター

要約

ポリアミック酸(1)とエポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(2)とを反応させてなるアルコキシ基含有シラン変性ポリアミック酸(a)及び極性溶剤(b)を含有するシラン変性ポリアミック酸樹脂組成物(A)を紡糸し、硬化させて得られるポリイミド繊維である。機械強度・耐熱性に優れ、難燃性及び低誘電率を有し、めっき可能なポリイミド繊維、及びその繊維から得られる不織布、並びに、これらを用いた断熱材、電磁波シールドシート及び電池用セパレーターを提供すること。

概要

ポリイミド樹脂は、一般に芳香族テトラカルボン酸無水物と芳香族ジアミンを原料とし、これらを縮合反応して合成されるポリアミック酸を閉環反応して得られる。このようなポリイミド樹脂は、耐熱性や電気的性質が優れ、しかも柔軟性があるため、従来より耐熱性材料や絶縁性材料として、フィルム、コーティング剤等の各種形態で、電子材料、液晶、接着剤、塗料などの分野で幅広く用いられている。
また、ポリイミド樹脂を紡糸し、繊維にしたものをさらに不織布にしたものが耐熱性の高さを特徴として多方面で検討されている(特許文献1〜4参照)。その用途としては、電気絶縁用プレスボード、断熱材、吸音材、バグフィルター、濾布等、様々な可能性が考えられている。その中でもポリイミド不織布を用いた断熱材は、耐熱性、難燃性が厳しく求められる電子材料分野において大いに注目を集めている。
しかしながら、電子材料分野など各分野における近年の発展に伴い、用いられる材料全般に対して、より高水準の機械的強度、低熱膨張性、絶縁性などが要求されるようになっている。
特許文献1においては紡糸方法、硬化方法の最適化により、ポリイミド繊維の高強度化を達成しているが、その検討はポリイミド自体の組成には触れておらず、改良の余地を多く含んでいる。また、耐熱性の向上を目指すうえではポリイミドの組成から検討する必要がある。
発明が解決しようとする課題】
本発明は、機械強度、耐熱性に優れ、難燃性及び低誘電率を有し、めっき可能なポリイミド繊維、及びその繊維から得られる不織布、並びに、これらを用いた断熱材、電磁波シールドシート及び電池用セパレーター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】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ポリアミック酸を化学的に変性したものを紡糸し、イミド閉環反応することで得られるポリイミド繊維、さらにこれを不織布にしたものは、上記課題に合致するものであることを見出し、本発明を完成するに到った。
すなわち、本発明1は、ポリアミック酸(1)とエポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(2)とを反応させてなるアルコキシ基含有シラン変性ポリアミック酸(a)及び極性溶剤(b)を含有するシラン変性ポリアミック酸樹脂組成物(A)を紡糸し、硬化させて得られるポリイミド繊維である。
本発明2は、本発明1において、平均繊維径が0.1〜10μmであるポリイミド繊維である。
本発明3は、本発明1又は2において、線膨脹係数が0〜20ppm/℃であるポリイミド繊維である。
本発明4は、本発明1〜3のいずれかにおいて、熱伝導率が0.08W/m・K以下であるポリイミド繊維である。
本発明5は、本発明1〜4のいずれかのポリイミド繊維で構成されるポリイミド不織布である。
本発明6は、本発明5において、線膨脹係数が0〜20ppm/℃であるポリイミド不織布である。
本発明7は、本発明5又は6において、熱伝導率が0.08W/m・K以下であるポリイミド不織布である。
本発明8は、本発明5〜7のいずれかのポリイミド不織布を無電解めっきして得られる金属被覆ポリイミド不織布である。
本発明9は、本発明1〜4のいずれかのポリイミド繊維及び/又は本発明5〜7のいずれかのポリイミド不織布を用いて得られる断熱材である。
本発明10は、本発明9の金属被覆ポリイミド不織布を使用する電磁波シールドシートである。
本発明11は、本発明1〜4のいずれかのポリイミド繊維及び/又は本発明5〜7のいずれかのポリイミド不織布を用いて得られる電池用セパレーターである。
【発明の効果】
本発明のポリイミド繊維を使用すると、耐熱性、機械強度などに優れ、難燃性及び低誘電率を有し、めっき可能なポリイミド繊維及び不織布を提供できるという特有の効果を奏する。




脚注及び関連項目







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