(57)【要約】【課題】多層プリント配線板の回路素子のスイッチングにより電源系に流れる高周波電流による電磁誘導妨害を低減し、また、外部からの電気的、磁気的外乱による高周波電流による回路素子の耐量を向上させる。【解決手段】回路素子８に接続される信号層４０とグランド層６０と電源層８０が積層された多層プリント配線板１００において、電源層８０は電気的に接続された同じ大きさの複数の格子状金属板８１によって構成され、この格子状金属板８１間をコイル状配線８２によって接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号層とグランド層と電源層とが絶縁物を介して積層された多層プリント配線板において、
前記信号層上に搭載された回路素子は、該信号層に設けられた信号線と前記電源層と前記グランド層に接続されており、前記電源層は同じ大きさの複数の格子状金属板によって構成されるとともに、該格子状金属板間はコイル状配線によって接続されていることを特徴とする多層プリント配線板。
【請求項２】
前記電源層は同じ大きさの複数の格子状金属板によって構成されているとともに、前記回路素子が搭載されている下部に配置された前記格子状金属板以外の格子状金属板に、前記コイル状配線が形成されており、該格子状金属板間は前記コイル状配線によって接続されていることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板。
【請求項３】
前記格子状金属板は少なくとも２個以上であることを特徴とする請求項１，請求項２のいずれか１項に記載の多層プリント配線板。
【請求項４】
前記コイル状配線は、ビアを介して前記信号層表面で接続されていることを特徴とする請求項１，請求項２のいずれか１項に記載の多層プリント配線板。
【請求項５】
前記コイル状配線は、ビアを介して前記信号層表面で電源配線によって接続されていることを特徴とする請求項２に記載の多層プリント配線板。
【請求項６】
前記コイル状配線上には磁性体が設けられていることを特徴とする請求項４，請求項５のいずれか１項に記載の多層プリント配線板。
【請求項７】
前記電源配線上には磁性体が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の多層プリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多層プリント配線板に関するものであり、特にＩＣや、ＬＳＩ等の回路素子のスイッチングによりプリント配線板の電源系に流れる高周波電流に基づく電磁誘導妨害を低減したり、外部からの電気的または電磁的外乱によりプリント配線板の電源系に流れる高周波電流の影響による回路素子の耐量を向上させることが可能な多層プリント配線板に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の多層プリント配線板では、ＩＣや、ＬＳＩ等の回路素子のスイッチング動作によって流れる高周波電流を低減するために、例えば特許文献１では、電源層とグラウンド層とが互いに対向する領域を、同一形状かつ同一面積で均等に分割した均等分割領域で形成し、各均等分割領域を、他の均等分割領域と一箇所でのみ接続したり、均等分割領域と隣接した均等分割領域とを、高周波インピーダンスを高めるようにパターニンングされた電源配線パターンで接続する構成にしたり、均等分割領域と隣接した均等分割領域とを、ローパスフィルタの電子回路部品で接続することが示されている。
また、特許文献２では電源層の配線をスパイラル状線路パターン（コイル状線路パターン）にすることが示されている。
さらに、特許文献３では電源層とグラウンド層と信号層とがそれぞれ絶縁層を介して積層され、表面層に各種集積回路素子が実装された多層プリント配線板において、電源層とグラウンド層との間に挿入されるバイパスコンデンサが、電源層とグラウンド層とが互いに対向する領域を同一形状かつ同一面積で均等に分割した均等分割領域のそれぞれに配置することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６１４７９号公報
【特許文献２】特開平０９−１３９５７３号公報
【特許文献３】特開２００１−０２４３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記特許文献１に示されている技術は、電源層とグラウンド層とが互いに対向する領域を、単純に同一形状かつ同一面積で均等に分割した均等分割領域で形成して、各均等分割領域を他の均等分割領域と一箇所で、高インピーダンスパターンで接続する構成が示されているが、配線長を長くすることの自由度もほとんどなく、また配線幅を狭くすると断線の可能性がある。また、製品の制約により電源層やグラウンド層の大きさが決まっているので、均等分割領域の大きさの変更の自由度はない。よって、配線長や、均等分割領域の大きさに依存する抑制したい高周波電流の周波数を容易に制御できないという問題点がある。同様にこの構成では、ＬＳＩ等の回路素子に影響を与える外部からの電気的または電磁的散乱の抑制したい高周波電流の周波数を容易に制御できないという問題点がある。
また、均等分割領域の接続をローパスフィルタの電子回路部品で行うと、使用時にハンダ劣化などによりローパスフィルタが外れて、ＬＳＩ等の回路素子などに電源供給できなくなる可能性があるという問題点もある。
また、特許文献２に示されている技術は、電源層をスパイラル状線路パターン（コイル状線路パターン）にするものであり、周波数に比例してインダクタンスが増加するので、ある周波数を変曲点にしてＬＳＩ等の回路素子のスイッチングによる高周波電流を低減できないという問題点がある。また、電気的または電磁的散乱による高周波電流の周波数の変曲点についても同様である。
また、特許文献３に示されている技術は、電源層とグラウンド層との間に挿入されるバイパスコンデンサを均等に配置する構成であり、この技術では多数のバイパスコンデンサが必要であり、実装制約も生じるなどの問題点がある。
【０００５】
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あり、プリント配線板の大きさを変更することなく、ＬＳＩ等の回路素子のスイッチングによりプリント配線板の電源系に流れる高周波電流の周波数を容易に制御することで該周波数成分に基づく電磁誘導妨害を低減し、また外部からの電気的または電磁的外乱によりプリント配線板に流れる高周波電流の該周波数成分の影響によるＬＳＩ等の回路素子の耐量を向上させた多層プリント配線板を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る多層プリント配線板は、信号層とグランド層と電源層とが絶縁物を介して積層され、信号層上に搭載された回路素子は、該信号層に設けられた信号線と電源層とグランド層に接続されており、電源層は同じ大きさの複数の格子状金属板によって構成されるとともに、該格子状金属板間はコイル状配線によって接続されているものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は上記のような構成を採用しているので、余分な電子部品を設ける必要なく、かつ実装制約を受けることなく、簡単な構成で、インダクタンスや容量結合を増加できるので、抑制したい高周波電流や、電気的または電磁的外乱の周波数を容易に制御することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１による多層プリント配線板を示す断面図である。
【図２】実施の形態１による多層プリント配線板のＡ−Ａ’を示す平面図である。
【図３】実施の形態１による多層プリント配線板のＢ−Ｂ’を示す平面図である。
【図４】実施の形態１による多層プリント配線板のＣ−Ｃ’を示す平面図である。
【図５】実施の形態１による多層プリント配線板の電磁界解析を行った解析モデルの断面図である。
【図６】実施の形態１による多層プリント配線板の電磁界解析を行った解析モデルの平面図である。
【図７】先行文献１の多層プリント配線板の電磁界解析を行った解析モデルの断面図である。
【図８】先行文献１の多層プリント配線板の電磁界解析を行った解析モデルの平面図である。
【図９】実施の形態１によるコイルターン数２ターンの多層プリント配線板の電磁界解析の結果を示す図である。
【図１０】実施の形態１によるコイルターン数４ターンの多層プリント配線板の電磁界解析の結果を示す図である。
【図１１】実施の形態１による多層プリント配線板で磁性体を配置した断面図である。
【図１２】実施の形態１による多層プリント配線板で磁性体を配置を示す平面図である。
【図１３】実施の形態１による多層プリント配線板で磁性体を配置を示す平面図である。
【図１４】実施の形態２による多層プリント配線板を示す断面図である。
【図１５】実施の形態２による多層プリント配線板を示すＡ−Ａ’断面の平面図である。
【図１６】実施の形態２による多層プリント配線板を示すＢ−Ｂ’断面の平面図である。
【図１７】実施の形態３による多層プリント配線板を示す断面図である。
【図１８】実施の形態３による多層プリント配線板を示すＡ−Ａ’の平面図である。
【図１９】実施の形態３による多層プリント配線板を示すＢ−Ｂ’の平面図である。
【図２０】実施の形態３による多層プリント配線板で磁性体をつけた平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１による多層プリント配線板１００を示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’における電源層８０の平面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ’における信号層４０の平面図である。図４は、図２のＣ−Ｃ’における断面図である。多層プリント配線板１００は、信号層４０、グランド層６０、電源層８０の３層で構成され、それぞれの層間は基材２０、例えばガラスエポキシ樹脂板などで絶縁されている。電源１の電源ケーブル２、グランドケーブル３はそれぞれコネクタ４を経由して、多層プリント配線板１００の電源層８０、グランド層６０に接続されている。装置５の信号ケーブル６、グラントケーブル７はそれぞれコネクタ４を経由して、多層プリント配線板１００の信号線４１、グランド層６０に接続されている。コネクタ４は多層プリント配線板１００の左端に配置されている。
ＩＣやＬＳＩ等の回路素子８はコネクタ４から最も離れた右端に配置され、この回路素子８の端子がグランド層６０、電源層８０、信号線４１に接続されている。図１における最上層（第１層）は信号層４０であり、図３に示すように信号線４１、電源配線４２、回路素子８、ビア３０が配置されている。第２層はグランド層６０であり、銅等の平板状導電材で構成されており、図４に示すように電源層８０からのビア３０による開口、コネクタ４との接続に必要な開口がある。第３層は電源層８０であり、図２に示すように銅等の導電材で正方形のまたは長方形の格子状金属板８１が１列４個配列されて設けられている。この個数は最低２個必要であり、個数が多くなるほど後述する変曲点からの急峻度合いが大きくなり、効果が上昇する。この格子状金属板８１の内、前記回路素子８が配置される下部にある格子状金属板、図２の例では格子状金属板８１ｄ以外のコネクタ４に近い側の各格子状金属板８１ａ〜８１ｃのそれぞれには前記電源１が配置されている側とは反対側に、パターニング加工等によって形成されたコイル状配線８２ａ〜８２ｃが設けられている。
回路素子８の下は図示省略したキャパシタなどの電子部品が多数搭載され、グランド層６０や電源層８０との接続を容易とするため平面にしている。そして、４個の電源層である格子状金属板８１ａ〜８１ｄの電気的接続は、図３、図４に示すように例えば、格子状金属板８１ａのコイル状配線８２ａの終端のビア３０と、隣り合う格子状金属板８１ｂの電源側に設けられたビア３０間が電源配線４２によってなされている。
【００１０】
回路素子８は、マイクロ波帯の周波数でスイッチングするので、スイッチング周波数及びその高周波電流が発生する。その高周波電流は、本来流れてはいけない電源層８０やグラウンド層６０に流入して、さらにコネクタ４経由で電源ケーブル２やグラウンドケーブル３に流れて、空間に電磁波として放射される。これらの電磁波は不要電磁放射と呼ばれて、ＦＣＣ、ＣＩＳＰＲ、ＶＣＣＩなどの各国規格や業界規格で上限が定められており、製品開発の時には不要電磁放射を低減する工夫を行う必要がある。また、外部からのマイクロ波帯の周波数の電気的または電磁的外乱で発生するプリント配線板１００の電源系に流れる高周波電流により、プリント配線板１００に実装した回路素子８の誤動作しないことが各国規格や業界規格で定められている。
【００１１】
次に、図２に示す構成の格子状金属板８１を有する電源層８０にすることによる高周波電流の減衰に関する電磁界解析を行った結果について説明する。解析したモデルの断面図を図５、図５のＤ−Ｄ’面の平面図を図６示す。なお、比較のため、図７に示す断面図、図７のＥ−Ｅ’面の平面図である図８となる前記特許文献１に示される格子状金属板についても行った。図５、図７とも、右端の電源層とグラウンド層間を電圧印加点として、振幅１Ｖで周波数５０ＭＨｚ〜１ＧＨｚまで５０ＭＨｚステップで周波数を変化させて電圧Ｖｉｎを印加させ、左端の電源とグラウンド間を電圧検出点として電位差Ｖｏｕｔを周波数毎に計算する電磁界解析を行った。その計算結果を図９に示す。横軸は周波数で、縦軸は減衰指標となるＳ２１を示す。Ｓ２１（ｆ）（ｄＢ）は２０ｌｏｇ（Ｖｏｕｔ（ｆ）／Ｖｉｎ（ｆ））で定義されるが、Ｖｉｎ（ｆ）＝１ＶなのでＳ２１（ｆ）（ｄＢ）＝２０ｌｏｇ（Ｖｏｕｔ（ｆ））となる。図９より、本実施の形態１の格子状金属板８１では０．２８ＧＨｚを減衰する周波数の変曲点として急激に減衰するのに対して、特許文献１に示される格子状金属板では、０．５２ＧＨｚから急激に減衰することがわかる。つまり、０．２８ＧＨｚから０．５２ＧＨｚの範囲で、この実施の形態１の格子状金属板８１で電圧印加点から電圧検出点までの減衰が非常に大きくなる。つまり低減周波数領域の減衰が大きくなる。
【００１２】
減衰する周波数の変曲点を決定している構造要因は、格子状金属板８１の面積と、複数の格子状金属板８１ａ〜８１ｄを接続する電源配線４２のインダクタンスである。格子状金属板８１の面積を大きくすることにより、キャパシタンス分が増加して、減衰する周波数の変曲点を低くすることができるが、多層プリント配線板１００が大きくなり、製品適用が困難である。一方、複数の格子状金属板８１ａ〜８１ｄを接続する電源配線４２のインダクタンスを増加させる方法は、図２に示すように格子状金属板８１の一部をコイル形状８２ａ〜８２ｃにすることにより巻数の２乗でインダクタンスが大きくなり、プリント配線板１００を大きくすることなく、減衰する周波数の変曲点を低くできる。本実施の形態１では、複数の格子状金属板８１ａ〜８１ｃの中を２ターンのコイル状配線８２ａ〜８２ｃにすることにより、電源ケーブル２やグラウンドケーブル３に流れる高周波電流の減衰する周波数の変曲点を容易に低くすることができ、不要電磁放射を低減できる。また、抑制したい外部からの電気的または電磁的外乱で発生する高周波電流の回路素子８に影響する周波数成分を低減できる。なお、複数の格子状金属板８１ａ〜８１ｃのコイル形状８２ａ〜８２ｃのターン数を増やしても減衰する周波数の変曲点を低下させることができる。４ターンの電磁界解析結果を図１０に示す。また、複数の格子状金属板８１ａ〜８１ｃの両端をコイル状にすることにより、さらに減衰する周波数の変曲点を低下できる。すなわち、コイル形状にすることにより容易結合は低減するが、コイル部のギャップの面積低減に比例して低下するだけである。一方コイルのターン数はインダクタンスに対して２乗の効果があり、容量結合の低減を補うインダクタンスの増加がある。このようにこの実施の形態１は電源層８０に２ターン以上のコイル状配線を設けた格子状金属板８１を設けたので、ターン数を適宜選択し設けることにより所望の減衰する周波数の変曲点を容易に制御することができるとともに、従来、困難であった変曲点をより低周波領域にすることも容易に可能である。
【００１３】
なお、本実施の形態１では、隣接する格子状金属板８１ａ〜８１ｃを接続するときには、一方の格子状金属板のみにコイル状配線８２ａ〜８２ｃを設けることを説明したが、両方の格子状金属板にコイル状配線を設けてもよい。
また、図２で示したコイル状配線８２ａ〜８２ｃの下面および図３で示したビア３０間を接続する電源配線４２上に図１１〜図１３に示すように、例えばフェライト、フェライトとポリマを混合した薄板よりなる磁性体１１ａ、１１ｂを配置することにより、さらに減衰する周波数の変曲点を低下させることができる。また、磁性体１１ａ、１１ｂのつける枚数を調整することにより、減衰する周波数の変曲点を変えることができるので、特定の周波数の誘起電流を減衰させることができる。なお、磁性体１１ａ、１１ｂを設けた例を示したが、コイル状配線８２ａ〜８２ｃの下面の磁性体１１ｂのみであってもよい。
【００１４】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図に基づいて説明する。図１４は実施の形態２による多層プリント配線板１００を示す断面図である。
図１５は、図１４のＡ−Ａ’における電源層８０の平面図である。図１６は、図１４のＢ−Ｂ’における信号層４０の平面図である。この信号層４０には信号線４１の他に格子状金属板８１を接続するビア３０と電源配線４２が配置されている。この実施の形態２は前述した実施の形態１の電源層８０を形成する格子状金属板８１が１列４個に分割されたものであったのに比較し、図１５に示すように３列３個に分割したものである。図１５において、９個の格子状金属板８１ａ〜８１ｉの内、回路素子８が配置される下部にある格子状金属板８１ｉ以外の格子状金属板８１ａ〜８１ｈの８個にはコイル状配線８２ａ〜８２ｌが設けられている。回路素子８の下は実施の形態１と同様な理由で平面としている。上記８個の内の格子状金属板８１ａ、８１ｂ、８１ｄ、８１ｅにはそれぞれ２個のコイル状配線が設けられている。格子状金属板８１ａ〜８１ｉはビア３０を介して電源配線４２に電気的接続がなされており、その通電経路は図１５を示すように漢字の「田」の字状となっており、いわゆるシリーズパラ回路を形成している。このような経路を採用することにより、図示省略した電子部品への通電の自由度が増すというメリットがあるとともに、電源が複数台の場合、その結線に自由度がある。なお、ビア３０を介する格子状金属板８１ａ〜８１ｉの接続は、図１６に示すように第１層の信号層４０でなされる。
【００１５】
上記の構成にすることにより、実施の形態１と同様に電源ケーブル２やグラウンドケーブル３に流れる高周波電流の減衰する周波数の変曲点をさらに低くすることができ、不要電磁放射を低減できる。また、抑制したい外部からの電気的または電磁的外乱で発生する高周波電流の回路素子８に影響する周波数成分を低減できる。また、同時に、回路素子８近傍で、電源層８０にコイル状配線がないので、グラウンド層との容量結合が低下せずに回路素子８への電源供給を容易にできる。
また、実施の形態１の図１１〜図１３で示したと同様に、コイル状配線８２ａ〜８２ｌの下面および電源配線４２上に磁性体１１ａ、１１ｂを配置することにより、さらに減衰する周波数の変曲点を低下させることができる。また、磁性体１１ａ、１１ｂのつける枚数を調整することにより、減衰する周波数の変曲点を変えることができるので、特定の周波数の誘起電流を減衰させることができる。
【００１６】
実施の形態３．
図１７は、実施の形態３による多層プリント配線板１００を示す断面図である。図１８は図１７のＡ−Ａ’における電源層８０の平面図である。図１９は、図１７のＢ−Ｂ’における信号層４０の平面図である。
この実施の形態３は、前述した実施の形態２の電源層８０の格子状金属板８１ａ〜８１ｈに設けられているコイル状配線８２ａ〜８２ｌが信号層４０上に設けられ、各格子状金属板８１ａ〜８１ｉはビア３０を介し、信号層４０上で各コイル状配線８２ａ〜８２ｌによって電気的接続されており、このことにより図１９に示すようにコイル状配線８２ａ〜８２ｌ及び信号線４１の形状が前述した実施の形態２の形状とは異なるとともに図１４、図１５に示した電源配線４２を不要とした構成であり、それ以外は実施の形態２と同様である。
この実施の形態３は、上記の構成にすることにより、実施の形態１と同様に電源ケーブル２やグラウンドケーブル３に流れる高周波電流の減衰する周波数の変曲点を低くすることができ、不要電磁放射を低減できる。また、抑制したい外部からの電気的または電磁的外乱で発生する高周波電流の回路素子８に影響する周波数成分を低減できる。また、信号層４０に電源配線を形成しないので、回路素子８の実装が容易になる。
また、図２０に示すように、磁性体１１を配置することにより、さらに減衰する周波数の変曲点を低下させることができる。また、磁性体１１の枚数を調整することにより、減衰する周波数の変曲点を変えることができるので、特定の周波数の誘起電流を減衰させることができる。なお、この実施の形態３に示す信号層４０上にコイル状配線を設ける構成は、実施の形態１に示した構成にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
この発明は、電子機器に用いられる多層プリント基板に利用可能である。
【符号の説明】
【００１８】
８  回路素子、１１，１１ａ，１１ｂ  磁性体、３０  ビア、４０  信号層、
４１  信号線、４２  電源配線、６０  グランド層、８０  電源層、
８１  格子状金属板、８２  コイル状配線、１００  多層プリント配線板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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