JP3972951B2 - スイッチング電源、電源装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング電源、電源装置および電子機器に係り、配線から発生する放射ノイズを抑制する技術に関するものである。

電子機器には、高周波の放射ノイズを発生するすべての電子機器を含むものである。

電源装置は、代表的にはスイッチング電源であり、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ、無停電電源（ＵＰＳ）等の電力変換部を備えた他の電源装置を含む。

高周波動作をする電子機器ではその処理速度の高速化などに伴ない、放射ノイズがより増大し、それによる電磁障害をより効果的に抑制できる技術の開発の要請が高まっている。

特に、近年のごとく電子機器の国内外の普及度の高まりにより、それら機器の放射ノイズにより当該機器や他の機器の誤動作等が産業社会にもたらす影響も甚大であり、こうした電磁障害は国際的にＣＩＳＰＲなど（国際無線障害特別委員会）により厳しく管理規制されるようになっている。

この様な電磁障害は、試作評価の段階で問題が生じることが多く、回路設計の後戻りや開発期間の長期化などにも深刻な影響を及ぼしており、回路変更などがなく簡易にノイズを抑制することのできる技術の開発が望まれている。

そのため、従来からこうした放射ノイズを抑制する技術が多数開発されてきており、その技術の一つに例えば特許文献１で示すように絶縁性基板表面上にフェライト層を設けたものがある。この特許文献１に開示される放射ノイズ抑制技術は、基板の表面にフェライト層からなるノイズ抑制体を設けたものである。

このような放射ノイズ抑制技術は、ノイズ源である配線部を特定せず、基板の表面上をフェライト層で覆うものであるため、電子部品や配線などをまたがった極めて広範囲な領域となり、放射ノイズ抑制が大掛かりとなるうえ、損失成分をあらわす透磁率の虚部μ''が高い値を示す数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚでのノイズ抑制となり、スイッチング電源において発生する数１０ＭＨｚ帯の放射ノイズの抑制効果が困難であるという課題がある一方で、このような課題の解消はシールドや電子部品の追加などによる費用増や電子機器の構成変更など、その他の別の新たな課題を誘発している。
特開２００５−１２９７６６号公報

したがって、本発明は、放射ノイズ発生源となる配線部分に対して効果的に放射ノイズの発生を抑制可能となして上述した課題を解決するものである。

本発明によるスイッチング電源は、板状の金属により電子回路の配線部分が形成されたリードフレームで構成された配線基板を備え、この配線基板には少なくともスイッチング素子が実装されたスイッチング電源であって、導電性の軟磁性膜からなる高周波電流抑制材が、上記リードフレームの配線部分のうち、上記スイッチング素子の近傍にあって高周波電流が流れる配線部分にその外周全体を被覆する状態で設けられ、高周波電流抑制材の透磁率がμ'＝５〜１００００、μ''＝０〜５００、抵抗率が、リードフレームの抵抗率より高く、ρ＝２×１０ ^-8 Ωｍ〜１００００×１０ ^-8 Ωｍであり、高周波電流抑制材の膜厚が、０．１μｍ〜１００μｍの範囲内にあることを特徴とするものである。

前記配線基板には、絶縁基板上に所要の回路パターンを備えたリードフレームを配線として設けた第１の基板、あるいはリードフレーム上に電子部品を実装し、リードフレームの一部を配線としてその全体を樹脂モールドした第２の基板等、リードフレームを備えた各種の配線基板を含む。

第１、第２の基板であれば、リードフレーム上に軟磁性膜を設けることができる。また配線部にジャンパー線のようなものを用い、そのジャンパー線に軟磁性膜を形成後、第１、第２の基板に実装してもよい。軟磁性体を設ける配線形状は特に限定されるものではない。

また軟磁性体を配線上に膜状に設ける手法にも限定されるものではない。軟磁性体としてはその種類に限定されるものではないが、高透磁率の値としてはより高いものが好ましい。透磁率はμ’−ｊμ’’であらわすことができる。μ’は透磁率の実部であり、μ’’は透磁率の虚部で損失成分をあらわす。

このような透磁率の値を提供することができる軟磁性体としては、鉄ニッケル合金、鉄ニッケルホウ素合金、鉄ニッケルモリブデン合金、鉄ニッケル珪素合金、鉄ニッケル銅合金、鉄ニッケルクロム合金、鉄ニッケル銅モリブデン合金、鉄ニッケルニオブ合金等のパーマロイ、鉄コバルト合金、鉄コバルトニッケル合金、コバルトジルコニウムニオブ合金等を挙げることができる。

また、上記以外の軟磁性体に加えて、粉末状にした場合に好ましい軟磁性体としては、例えば、鉄アルミ珪素合金（商標名「センダスト」）、カルボニル鉄、マンガン亜鉛系フェライト、ニッケル亜鉛系フェライト、等を挙げることができる。

本発明のスイッチング電源によると、導電性の軟磁性膜からなる高周波電流抑制材が放射ノイズを発生する配線の導体部分に設けられているので、表皮効果により配線部分の表皮を流れる高周波電流のみを極めて効果的に減衰させることができる一方、直流的あるいは低周波的には低抵抗であり、配線を流れる直流あるいは低周波の電流成分を阻害することがない。

以上から、従来では、配線基板上に実装した多数の電子部品や配線等などから放射されるノイズ源を含めた基板表面全体を覆うようなシールドや抑制体を設けて放射ノイズを抑制するようになっていたのに対して、本発明では、放射ノイズ源となる配線の導体部分に導電性の軟磁性膜からなる高周波電流抑制材を、直接、設けた構造となっているので、スイッチング電源において発生する放射ノイズを含む数１０ＭＨｚ〜数ＧＨｚの放射ノイズの発生を極めて容易かつ低コストかつ効果的に抑制することができる。

なお、高周波電流抑制材の膜厚を、配線の表皮の厚さよりも厚くすることは、高周波電流を減衰させて放射ノイズの発生を抑制する上で好ましい。

本発明によると、放射ノイズ源となる配線の導体部分の外周面に直接、薄膜状に高周波電流抑制材を設けたので、放射ノイズが広がる直前で、該放射ノイズの発生を極めて効果的に抑制することができる。

また、本発明では電子機器のケースに開口部や隙間部が大小存在しても、従来とは異なって、外部に放射ノイズが漏洩するようなことがなくなり、従来の上述した課題を一挙に解決することができる。

特に、本発明では、配線基板側に従来のような特別な放射ノイズ抑制部品を配置する必要がなくなるから、配線基板の組立が容易かつ低コスト化する。

前記の配線基板をスイッチング電源等の電源装置に搭載した場合、前記したように高周波電流による放射ノイズの発生を抑制して放射ノイズを低減することができた電源装置を得ることができる。この電源装置の中でスイッチング電源では高周波トランスの一次側や二次側に高周波電流が流れる電流経路に高周波電流抑制材を設けることができる。

また、高周波電流抑制材を構成する軟磁性体を有機結合剤中に粉末状にして混入して放射ノイズ源となりうる配線部分に設けた場合、取り扱い性に優れた構造となり、放射ノイズが発生する配線部分の外周に適確にかつ容易に設けることが可能である。

スイッチング電源では、スイッチングトランジスタのスイッチング動作に伴う高次の高調波により発生する放射ノイズのパワーが大きいために、従来から、その放射ノイズ抑制の対策が種々に提案されてきたが、重量増、コスト増、放射ノイズ漏洩、等の課題を解決することができなかった。

本発明では、放射ノイズ抑制構成が簡易、低コストな構成で済む上に効率的に放射ノイズを抑制することができるようになり、その実用性は極めて高い。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係る配線基板およびそれを備えた電子機器（電源装置）の一例であるスイッチング電源を詳細に説明する。

図１ないし図３を参照して、実施の形態１に係る配線基板およびそれを備えたスイッチング電源を説明する。このようなスイッチング電源が搭載された電子機器は例えば３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの範囲において、電磁障害が厳しく管理される。

図１は同配線基板とそれに実装した電子部品とを示す概略図であり、同図における配線基板は、スイッチング電源の電子部品実装パターンに対応したリードフレーム１０により構成されている。

この実線により示されたリードフレーム１０には電源を構成する実装電子部品が接続固定されている。図１では簡略化のため実装電子部品の代表例として、高周波トランス１２と、高周波トランス１２の一次側の電子部品である平滑用のアルミ電解コンデンサ１４、スイッチング素子であるスイッチングトランジスタ１６と、リードフレーム１０を立体交差させるために実装されている電子部品２０を矩形状に囲む破線で示している。

リードフレーム１０は電子部品実装のためのリードフレーム部分や、電子部品間等の配線のためのリードフレーム部分を備える。図１には放射ノイズ発生領域（一例としてループ電流が流れる領域）を二点鎖線で囲む領域Ａ１〜Ａ３で示している。この領域では高周波トランス１２の一次側と二次側のそれぞれに示している。一次側と二次側との境界を一点鎖線で示す。

図２にこれら電子部品１２，１４，１６に対応するスイッチング電源の電気的回路の一部のみを概略的に示している。図２のスイッチング電源の回路構成は周知であるから、その説明を略する。

図１で示す領域Ａ１は高周波トランス１２の一次側に流れるループ電流ＬＣの領域を示している。

図３に上記スイッチング電源においてループ電流ＬＣが流れるリードフレーム部分１０ａの一部の斜視図を示す。図３で示すように、リードフレーム部分１０ａに流れるループ電流ＬＣにより該リードフレーム部分１０ａの周囲に磁界Ｈ１が発生し、この磁界Ｈ１の変化を妨げる方向に電界Ｅ１が発生し、この電界Ｅ１の変化を妨げる方向に磁界Ｈ２が発生し、この磁界Ｈ２の変化を妨げる方向に電界Ｅ２が発生するというように、磁界Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３…と電界Ｅ１，Ｅ２，…とが交互に発生する。

このような関係において、ループ電流ＬＣが増大すると、磁界の強度が増大し、この磁界の強度の増大に伴い電界の強度も増大する。また、ループ電流ＬＣの周波数が高速化するに伴い、磁界の変動が大きくなり、電界の強度も増大する。

そして、リードフレーム部分１０ａにループ電流ＬＣが流れると磁界と電界とが交互に伝播していく放射ノイズが発生することになる。この場合、リードフレーム部分１０ａの近傍（ニアフィールド）では磁界Ｈ１が支配的である。

図４に波動インピーダンスＺの変化を示す。図４において横軸にリードフレーム部分１０ａからの距離Ｄ、縦軸に波動インピーダンスＺ（＝任意の位置での電界Ｅ／任意の位置での磁界Ｈ）を示す。

図４で示すように、リードフレーム部分１０ａに近い領域はニアフィールドＮＦ、遠方領域はファーフィールドＦＦとなる。ニアフィールドＮＦでは磁界Ｈ１が支配的であり、磁界Ｈ１に近似することができる。

ニアフィールドＮＦとファーフィールドＦＦとの境界は電磁波の波長λの（１／２π）、すなわち、約λ／６である。ファーフィールドＦＦは電界と磁界とを総合した電磁波として捉えることができる。
ニアフィールドの概念はλ／２πであるため、３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの放射ノイズの場合、ニアフィールドの領域は１．７ｍ〜５ｃｍとなり、
より強い磁界成分が強いニアフィールド領域として配線部分から５ｃｍ以内に高周波電流抑制材を設けることが好ましいことがわかる。

配線の導体部分の外周に導電性の軟磁性膜からなる高周波電流抑制材が直接設けられた構造を図５を参照して配線基板およびそれを備えたスイッチング電源を説明する。

図５にループ電流ＬＣが流れるリードフレーム部分（配線部分）１０ａの断面を示す。図５に示すように、リードフレーム部分１０ａからの放射ノイズを最も効率よく抑制するためにリードフレーム部分１０ａの外周面全体に高周波電流抑制材１８が、直接、物理的に接触して、均等な膜厚で薄膜状に設けられている。この高周波電流抑制材１８は、ループ電流ＬＣが流れるリードフレーム部分１０ａに設ける。放射ノイズが発生せず高周波電流抑制材１８が不要なリードフレーム部分には高周波電流抑制材１８を設けないことで材料コストを低減することができる。

図５は、高周波トランス１２の一次側においてループ電流ＬＣが流れるリードフレーム部分１０ａには高周波電流抑制材１８が形成されている。高周波電流抑制材は、数１０ＭＨｚ〜数ＧＨｚで高透磁率の導電性軟磁性膜からなるものである。

高周波電流抑制材１８を形成する軟磁性体は、鉄ニッケル合金、鉄ニッケルホウ素合金、鉄ニッケルモリブデン合金、鉄ニッケル珪素合金、鉄ニッケル銅合金、鉄ニッケルクロム合金、鉄ニッケル銅モリブデン合金、鉄ニッケルニオブ合金等のパーマロイ、鉄コバルト合金、鉄コバルトニッケル合金、コバルトジルコニウムニオブ合金等を挙げることができる。

軟磁性体を薄膜状に設ける手法には特に限定されないが、例えば軟磁性体を電解鍍金、無電解鍍金、スパッタリング、蒸着、圧延複合材料等で薄膜状に形成することができる。

図１に示す配線基板を上面より観測した場合の放射ノイズのピークポイントを図６（ａ）、（ｂ）に示す。図６（ａ）はリードフレーム部分１０ａに高周波電流抑制材１８が設けられていない場合、図６（ｂ）はリードフレーム部分１０ａに高周波電流抑制材１８が設けられている場合である。図６（ａ）（ｂ）では磁界強度測定器のカラー表示画面を模式的に示すため、磁界強度が高い領域を太二重クロスハッチングにより、磁界強度が中の領域を一重クロスハッチングにより、磁界強度が低い領域を破線ハッチングで示している。

図６（ａ）（ｂ）で明らかなように高周波電流抑制材１８をリードフレーム部分１０ａに設けた場合、放射ノイズが大幅に抑制されている。また、上記カラー表示画面では判明しにくいのでアルミ電解コンデンサや高周波トランス等の部品の位置が判るように破線で示している。

図６の測定に用いたリードフレーム部分の材料は銅であり、高周波電流抑制材１８として軟磁性体は鉄ニッケル合金であり、その膜厚は５０μｍであった。放射ノイズはノイズ研究所社製の電磁波解析測定システム（ＥＳＶ−３０００）により測定した。測定周波数は３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚであった。

磁界強度が高い領域でのピークポイントは図６（ａ）では９０．４ｄＢμＶ、図６（ｂ）では８７．７ｄＢμＶであり、本実施の形態２では約３ｄＢ磁界強度が低下し、高周波電流抑制材１８による放射ノイズ抑制効果があることが明らかである。

放射ノイズが低減される理由を理論的に説明する。

高周波電流は表皮効果によりリードフレーム部分１０ａの表皮を流れる。この場合の表皮厚さδは抵抗率ρ、透磁率μ、周波数ｆにおいてδ＝√（ρ／μπｆ）で表される。この表皮厚さδの式から明らかであるように、高周波電流抑制材１８としては透磁率が高いことで、高周波電流を効果的に抑制することができる。

例えば、リードフレーム部分１０ａが銅、高周波電流抑制材１８が鉄ニッケル合金系の場合、リードフレーム部分１０ａの抵抗率ρはρ＝１．７×１０^-8Ωｍ、高周波電流抑制材１８の抵抗率ρはρ＝２０×１０^-8Ωｍであり、抵抗率ρは高周波電流抑制材１８が高い。

したがって、高透磁率μと高抵抗率ρの軟磁性体である高周波電流抑制材１８は高透磁率μにより表皮厚さδをより薄くすると同時に、高抵抗率ρにより高周波電流を効果的に抑制することで放射ノイズを抑制することができる。

図７に高周波電流抑制材１８による放射ノイズ低減効果を周波数スペクトラム全体に示す。図７は横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸に磁界強度（ｄＢμＶ／ｍ）をとるピークポイント（最大磁界強度の箇所）のスペクトラム波形を示す図である。

また、測定結果を示すデータ線１は高周波電流抑制材１８である軟磁性体としてリードフレーム部分１０ａに磁性鍍金されていない場合、データ線２は高周波電流抑制材１８である軟磁性体としてリードフレーム部分１０ａに磁性鍍金されている場合を示す。測定周波数範囲は３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚである。

以上説明したように、高周波電流が流れる箇所のリードフレーム部分（配線部分）１０ａに、好ましくは直接、高周波電流抑制材１８を設けることにより、磁界の発生を抑制して放射ノイズの漏洩を防止することができる。

なお高周波電流抑制材１８は、粉末からなる軟磁性体１８ａを直接、ないしは有機結合剤１８ｂ中に混練分散等により混入した図８の構造でもよい。

粉末形状は球形状、破砕形状（扁平状、針状、等）がある。粉末状は扁平状、針状であることが高透磁率が発現する。粉末状は球形状であることで配向性が不要となる。

これら粉末状の軟磁性体１８ａは、例えば、高周波透磁率が大きい鉄アルミ珪素合金（商標名「センダスト」）、カルボニル鉄、マンガン亜鉛系フェライト、ニッケル亜鉛系フェライト、等を好ましい材料として挙げることができる。軟磁性体２０ａは１種類でもよいし複数種類からなる複合軟磁性体でもよい。

有機結合剤１８ｂとしては、例えば、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラ−ル樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、二トリル−ブタジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム等の熱可逆性樹脂あるいはそれらの共重合体を挙げることができる。

また、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂等の熱硬化性樹脂を挙げることができる。

粉末状の高周波電流抑制材１８の形成方法は印刷、ディスペンス、スプレー塗布等、シート状にして貼り付け、あるいは型抜きでシートを形成して接着、あるいは粉末をまぶす、あるいはプレス成形等、その手法には限定されない。

図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に軟磁性体からなる高周波電流抑制材１８の構造例を示す。図９（ａ）（ｂ）（ｃ）で示すように高周波電流抑制材１８は、リードフレーム部分１０ａの一部のみに設けられた構造でもよい。

図９（ａ）はリードフレーム部分１０ａの両面に高周波電流抑制材１８が設けられた構造、図９（ｂ）はリードフレーム部分１０ａの片面に高周波電流抑制材１８が設けられた構造、図９（ｃ）はリードフレーム部分１０ａの片面とサイドに高周波電流抑制材１８が設けられた構造、である。高周波電流抑制材１８は、リードフレーム部分１０ａが円形の場合においても、外周全体ないしは一部のみに設けられた構造でよい。

また高周波電流抑制材１８は図１０で示すように透磁率の異なる複数の磁性膜ａ，ｂが積層されたものでもよい。図１０に透磁率の異なる磁性膜ａと磁性膜ｂの周波数特性を示す。磁性膜ａは数ＧＨｚまで高い周波数特性をもち、磁性膜ｂは数１０ＭＨｚで特に高い周波数特性をもつ。

磁性膜ａとｂとにより構成された高周波電流抑制材１８をリードフレーム部分１０ａに設けた構造を図１１（ａ）〜（ｑ）に示す。磁性膜ａは数１０ＭＨｚの高周波電流抑制効果が低く、磁性膜ｂは逆に数１０ＭＨｚの高周波電流抑制効果が高いため、磁性膜ａとｂを積層することで、数１０ＭＨｚ〜数ＧＨｚまで幅の広い放射ノイズ抑制効果をもたらすことができる。このとき、数ＧＨｚの電流が流れるほど、表皮効果はより顕著に現れるため、数ＧＨｚまで透磁率の高い磁性膜ｂをより表面であるリードフレームの外側に設けた方が好ましい。図１１（ａ）〜（ｑ）は、透磁率の異なる磁性膜ａ，ｂが積層された高周波電流抑制材１８の組合せの一例であり、その層数や組み合わせ方に限定されるものではない。

なお、高周波電流抑制材１８は、磁性膜と抵抗率の高い抵抗膜との積層構造でもよい。磁性膜のみで構成された高周波電流抑制材１８には、磁性膜に高透磁率と高抵抗率の両特性が要求されるが、高周波電流抑制材１８の構成を磁性膜と抵抗膜に分離することで、効果的に放射ノイズを抑制することができる。磁性膜と抵抗膜による高周波電流抑制材１８の構成は、図１１（ａ）〜（ｑ）に示す積層構造と同様であり、その層数や組み合わせ方に限定されるものではないので、ここではその概略図を省略する。抵抗膜はアルミニウム（ρ＝２．７５×１０^-8Ωｍ）、亜鉛（ρ＝５．９×１０^-8Ωｍ）、ニッケル（ρ＝７．２４×１０^-8Ωｍ）、すず（ρ＝１１．４×１０^-8Ωｍ）、クロム（ρ＝１７×１０^-8Ωｍ）、ニクロム（ρ＝１０９×１０^-8Ωｍ）、その他の高抵抗材料、及び有機物や酸化物、またはＰやＢ、Ｍｏなどを添加した複合材料など、その材料の種類には捉われない。なお抵抗膜は機械的研磨や化学的反応によるエッチングなどの粗化により形成したものでもよい。

図１２に示すように高周波電流抑制材１８は、絶縁物２０を介してリードフレーム１０ａに設けられてもよい。磁性膜の透磁率により、リードフレーム１０ａに流れる高周波電流の表皮厚を薄くすることができるので、磁性膜をリードフレームに直接設けた場合と同様にノイズ抑制効果を得ることができる。

高周波電流抑制材１８は、このような板状の金属で電子回路の配線部分が形成されたリードフレーム基板に加え、絶縁基板上の銅などの金属材を印刷配線してなるプリント基板に設けてもよい。

高周波電流抑制材１８は、高周波ノイズが重畳されうる金属物、例えば、図１３で示すように電子部品の端子２２やヒートシンク２４、金属筐体枠２６に設けてもよい。高周波電流抑制材１８を電子部品の端子２２に設けた場合を図１３（ａ）（ｂ）、はヒートシンク２４に設けた場合を図１３（ｃ）、金属筐体枠２６に設けた場合を図１３（ｄ）にそれぞれ示す。電子部品の端子２２はリードフレーム部分１０ａへ接続され、ヒートシンク２４や金属筐体枠２６は電位の安定を図るＧＮＤへ接続されるため、放射ノイズの原因となる高周波電流が流れることになり、高周波電流抑制材１８をこれらに設けることで、同様に放射ノイズを抑制することができる。

図１４および図１５に放射ノイズの抑制に関する解析モデルを示す。図１４は高周波のループ電流ＬＣが流れる環状金属体２８の斜視図である。図１５（ａ）は環状金属体２８に高周波電流抑制材１８を設けない場合、図１５（ｂ）は環状金属体２８の上下面に高周波電流抑制材１８を設けた場合、図１５（ｃ）は環状金属体２２の外周面全体に高周波電流抑制材１８を設けた場合の放射ノイズの解析結果を示す。

図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）の解析結果を比較して明らかであるように高周波電流抑制材１８を環状金属体２８の外周面全体に設けた場合、放射ノイズを最大に抑制することができている。高周波電流抑制材１８の厚みは１０μｍ、解析周波数は３０ＭＨｚである。

高周波電流抑制材１８の磁性膜は、より透磁率の高いものが好ましいが、放射ノイズを抑制することができる範囲としてはμ'＝５〜１００００、μ''＝０〜５００が挙げられ
る。

図１５（ｃ）の構造において、高周波電流抑制材１８の抵抗率を変化させた時の電流密度分布を図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図１６（ａ）は抵抗率ρ＝２×１０^-8Ωｍ、（ｂ）はρ＝１００×１０^-8Ωｍ、（ｃ）はρ＝１００００×１０^-8Ωｍの時の電流密度変化である。図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、抵抗率ρが大きくなると高周波電流抑制材１８に電流が流れにくくなるため、高周波電流抑制材１８の抵抗率ρとしてはρ＝２×１０^-8〜１００００×１０^-8Ωｍの範囲内が望ましいことがわかる。

図１７（ａ）（ｂ）に２種類の磁性膜から構成される高周波電流抑制材１８による放射ノイズ抑制の解析結果を示す。図１７（ａ）は透磁率μが４００、抵抗率ρが２０×１０^-8Ωｍの磁性膜ａからなる高周波電流抑材が２μｍ設けられており、図１７（ｂ）は磁性膜ａと、透磁率μが１０００、抵抗率ρが２０×１０^-8Ωｍの磁性膜ｂからなる高周波電流抑制材１８がリードフレーム部分１０ａに設けられている。図１７（ｂ）の磁性膜ａとｂの膜厚は共に１μｍである。解析周波数は３０ＭＨｚである。

図１７（ａ）（ｂ）の結果を比較するとわかるように、複数の磁性膜を積層することで、高周波ノイズがより効果的に抑制されていることがわかる。

この解析モデルに用いた高周波電流抑制材１８は環状金属体２８の環状面に沿って設けた。環状金属体２８のサイズは１．５ｍｍΦであり、放射ノイズは日本総合研究所社製の電磁界解析ツール（ＪＭＡＧ−Ｓｔｕｄｉｏ）により解析した。

放射ノイズを抑制するための高周波電流抑制材１８に必要な特性について記す。

表紙厚さδは抵抗率ρ、透磁率μ、周波数ｆにおいてδ＝√（ρ／μπｆ）で表されるため、抵抗率ρが厚くなるほど、表皮厚さδも厚くなる方向になる。ここで表皮厚さδを配線部の断面積Ｓとして考えると、配線としてもつ抵抗値ＲはＲ＝ρ×（Ｌ／Ｓ）＝√（μπｆρ）×Ｌとなり、透磁率μ及び抵抗率ρの増加に伴って大きくなる傾向に働く。Ｌは配線の長さである。つまり配線部分の透磁率μと抵抗率ρを大きくすることで、配線の抵抗値ＲないしはインピーダンスＺをより大きくすることができる。

軟磁性膜からなる高周波電流抑制材１８の透磁率は、より高いものが好ましいが、『電
析法による高比抵抗Ｎｉ−Ｆｅ系軟磁性薄膜の作製（表面技術Ｖｏｌ．４９，Ｎｏ．３，１９９８）』より、‘‘ＦｅＮｉの軟磁性膜を用いることで数１０ＭＨｚ以上の帯域において、透磁率が上記文献ではμ’が最大で１０００、μ'’＝５００程度であり、ジエチレントリアミン（ＤＥＴ）などを添加することにより、３０ＭＨｚ以上の周波数帯での透磁率の減衰を抑えることができることがわかる。

また、『無電解めっき法による軟磁性ＮｉＦｅＢ／ＮｉＰＣ／ＮｉＦｅＢ積層膜の作製（第２３回日本応用磁気学会学術講演概要集１９９９）』によれば、ＦｅＮｉにＢを添加したＦｅＮｉＢの透磁率も同様に数１０ＭＨｚ以上の帯域において、上記した最大μ’＝１０００、μ'’＝５００程度の透磁率となることがわかる。

表皮厚さδは抵抗率ρ、透磁率μ、周波数ｆにおいてδ＝√（ρ／μπｆ）で表される。ここで透磁率μ＝１０００、抵抗率ρ＝２×１０-8Ωｍの特性をもつ磁性膜（磁性膜Ａ）と、透磁率μ＝１０、抵抗率ρ＝１０００×１０-8Ωｍの特性をもつ磁性膜（磁性膜Ｂ）の表皮厚さδについて記す。周波数が３０ＭＨｚの時、磁性膜Ａの表皮厚さδは０．４μｍ、磁性膜Ｂの表皮厚さδは９１．９μｍとなる。周波数が１ＧＨｚの時、磁性膜Ａの表皮厚さδは０．０７μｍ、磁性膜Ｂの表皮厚さδは１５．９μｍとなる。これより高周波電流抑制材１８の膜厚は、３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの高周波電流が膜中に収まる０．１μｍ〜１００μｍの範囲にあることが好ましいとわかる。

複数の磁性膜ないしは抵抗膜からなる高周波電流抑制材１８においても、表皮厚さに応じた膜厚を各層に設けるのが好ましいことがわかる。

以上説明したように高周波電流抑制材１８を、高周波電流が流れる箇所のリードフレーム部分１０ａに、直接設けることにより、電流の発生を抑制して放射ノイズの漏洩を防止することができる。

前記の配線基板をパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載した場合、前記したように高周波電流による放射ノイズの発生を抑制して放射ノイズを低減することができた電子機器を得ることができる。

前記の配線基板をスイッチング電源等の電源装置に搭載した場合、前記したように高周波電流による放射ノイズの発生を抑制して放射ノイズを低減することができた電源装置を得ることができる。この電源装置の中でスイッチング電源では高周波トランスの一次側や二次側に高周波電流が流れる電流経路に高周波電流抑制材１８を設けることができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。

本発明の実施の形態１に係る配線基板であるリードフレームの平面図である。 スイッチング電源の電気的回路の部分概略図である。 図５のリードフレーム部分に流れる高周波のループ電流により発生する磁界と電界との説明に供する図である。 波動インピーダンスの説明に供する図である。 本発明に係る配線基板であるリードフレームにおいてループ電流が流れるリードフレーム部分（配線部分）の断面図である。 リードフレームに高周波電流抑制材１８である軟磁性膜として磁性鍍金した場合と磁性鍍金しない場合との放射ノイズ発生状態を磁界強度測定器画面上で比較して示す図である。 リードフレーム部分に高周波電流抑制材１８である軟磁性体として磁性鍍金した場合と磁性鍍金しない場合のピークポイントのスペクトラム波形を示す図である。 図５のリードフレーム部分に粉末からなる高周波電流抑制材１８を設けた図である。 図５の高周波電流抑制材１８が、リードフレーム部分の一部に設けられた図である。 透磁率の周波数特性を示した図である。 複数の磁性膜が積層されてなる高周波電流抑制材１８を示した図である。 高周波電流抑制材１８が絶縁物を介してリードフレーム部分に設けられた図である。 高周波電流抑制材１８が電子部品の端子やヒートシンク、金属筐体に設けられた図である。 解析モデルに用いる環状金属体の斜視図である。 図１４の環状金属体を用いて高周波電流抑制材１８による放射ノイズの測定結果を示す図である。 図１４の環状金属体を用いて高周波電流抑制材１８の抵抗率の変化による電流密度分布を示す図である。 図１４の環状金属体を用いて複数の磁性膜からなる高周波電流抑制材１８による放射ノイズの測定結果を示す図である。

符号の説明

１０ リードフレーム
１０ａ リードフレーム部分
１２ 高周波トランス（電子部品）
１４ アルミ電解コンデンサ（電子部品）
１６ スイッチングトランジスタ（電子部品）
１８ 高周波電流抑制材
２０ リードフレーム１０を立体交差するための電子部品

Claims (4)

1. 板状の金属により電子回路の配線部分が形成されたリードフレームで構成された配線基板を備え、この配線基板には少なくともスイッチング素子が実装されたスイッチング電源であって、
   導電性の軟磁性膜からなる高周波電流抑制材が、上記リードフレームの配線部分のうち、上記スイッチング素子の近傍にあって高周波電流が流れる配線部分にその外周全体を被覆する状態で設けられ、
   高周波電流抑制材の透磁率がμ'＝５〜１００００、μ''＝０〜５００、抵抗率が、リードフレームの抵抗率より高く、ρ＝２×１０ ^-8 Ωｍ〜１００００×１０ ^-8 Ωｍであり、
   高周波電流抑制材の膜厚が、０．１μｍ〜１００μｍの範囲内にある、
   ことを特徴とするスイッチング電源。
2. 請求項１において、
   高周波電流抑制材が、導電性からなる複数の軟磁性膜が積層されてなる、ことを特徴とするスイッチング電源。
3. 請求項１または２のスイッチング電源を備えている、ことを特徴とする電源装置。
4. 請求項１または２のスイッチング電源を備えている、ことを特徴とする電子機器。