サーマル接続はEMCの観点で考えると良い？悪い？

しかし、EMCの観点では配線が細くなるほど寄生インダクタンスは増加し、ノイズ悪化の原因となります。
そのため、ノイズ対策部品をサーマル接続してしまうと接続部分でインピーダンスが上昇し、対策部品としての性能が落ちてしまうような気がします。

そこで今回は、ノイズ対策部品のサーマル接続の影響を3D電磁界シミュレータ「Ansys HFSS 3D Layout」を使用し、以下の2ステップで検証を行っていきたいと思います。

ステップ1: 簡易モデルを用いてサーマル接続のインピーダンスおよびノイズ伝搬への影響を検証
ステップ2: 基板モデルを用いてサーマル接続の放射ノイズへの影響を検証

ステップ1として、まずはサーマル接続のインピーダンスおよびノイズ伝搬への影響を検証します。
検証に使用する簡易モデルをFig.2に示します。

モデリングした簡易モデルに対し、コンデンサメーカー様のHPから入手したSパラメータデータをインポートし、基板パターンにCircuit Port を2つ設定しています。
モデリングが完了したら、サーマル接続モデルとダイレクト接続モデルの双方で周波数スイープ解析を実施し、インプットインピーダンス(Z11)によってインピーダンスへの影響、トランスファーインピーダンス(Z21)によってノイズ伝搬への影響を確認します。
なお、インプットインピーダンス(Z11)とトランスファーインピーダンス(Z21)に関しては、別のコラムで解説を実施していますので、気になる方はぜひチェックしてみてください。

簡易モデルによる検証が終わったので、ステップ2に進みます。
ステップ2で使用するモデルは、本シリーズコラムの第1回でも使用したAnalog Devices社製の「LT8641」を使用したDCDCコンバータ基板です。(PCBレイアウトは少し変えています。)
回路図をFig.5、PCBレイアウトをFig.6に示します。

サーマル接続に関して、今回の検証では以下の結論が得られました。

サーマル接続はEMCの観点から考えると 「悪い」 傾向がある

全ての基板で検証したわけではなく、今回の解析でも1dB程度の差しかなかったので ”傾向がある” という書き方をしましたが、逆に「良くなる」ケースは基本的にはないのではないかと考えます。
もし今回よりも大きな差がみられるケースや「良くなる」ケースがあれば、このシリーズコラムでご紹介させていただきたいと思います。

また、最後に一点だけ注意事項があります。
冒頭で述べたように、サーマル接続には「はんだ不良の防止」といった重要な目的があります。
せっかくEMC試験に合格しても量産時にはんだ不良で歩留まりが悪化してしまっては本末転倒なので、ダイレクト接続を試す際には必ず部品実装業者様に相談するようにしてください。

これからもPCBパターン設計時の疑問をシミュレーションによって解消していきたいと思いますので、もし興味があればチェックしてみてください。
また、「こんなときどうすればいいの？」といった疑問があれば、ぜひお気軽に以下のボタンからお問い合わせください。

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