(57)【要約】【課題】  プリント配線板のパターンを用いるノイズフィルタにおいて、信号ラインの経路長を増大させることなく、当該信号ラインに重畳されているノイズを効率的に除去する。【解決手段】  導電性材料により構成された導電パターンが、絶縁性材料と層を為すよう構成され、若しくは絶縁性材料の表面に又は絶縁性材料中に埋め込まれて構成される積層体（１００）と、第１の導電パターン（２０４等）と、前記第１の導電パターンの周りを旋回する螺旋様に構成された第２の導電パターン（２１０〜２１６等）と、前記第２の導電パターンの両端に接続され、当該第２の導電パターンと閉回路を構成する抵抗体（２４０）と、を備える。【選択図】図２
2014220631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料より成る導電パターンが形成された層及び絶縁性材料により構成された層を有する積層体と、
第１の導電パターンと、
前記第１の導電パターンの周りを旋回する螺旋様に構成された第２の導電パターンと、
前記第２の導電パターンの両端に接続され、当該第２の導電パターンと閉回路を構成する抵抗体と、
を備えるノイズフィルタ。
【請求項２】
前記積層体は多層プリント基板である、請求項１に記載のノイズフィルタ。
【請求項３】
前記積層体は集積回路である、請求項１に記載のノイズフィルタ。
【請求項４】
前記絶縁性材料うち、前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンとの間に介在する部分が、磁性を有する絶縁性材料により構成されている、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のノイズフィルタ。
【請求項５】
前記抵抗体の電気抵抗値により、前記第１の導電パターンを伝搬する電気信号の遮断周波数が調整される、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のノイズフィルタ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のノイズフィルタを備える制御装置。
【請求項７】
前記制御装置は車両の動作を制御するものである、請求項６に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号ラインに重畳されたノイズを除去するノイズフィルタに関し、特に、プリント基板等の積層体に形成された導電パターンを用いて構成されるノイズフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気回路を構成する場合には、信号ラインや電源ラインに重畳されたノイズを除去すべく、当該信号ライン等とグランドラインとの間にバイパスコンデンサが挿入されたり、当該信号ライン等に直列にインダクタ（コイル）が挿入される。これらの構成においては、信号ライン等に重畳されたノイズを高周波インピーダンスの低いバイパスコンデンサを介してグランドラインへ逃がしたり、高周波インピーダンスの高いコイルにより当該信号ライン等におけるノイズの伝搬を阻止することで、当該ノイズが除去される。
【０００３】
一方で、単体電気部品としてのコイルは、一般に、導電線を螺旋状に巻いて構成されるためそのサイズの小型化には限界がある。このため、制御装置を構成するプリント基板上に電気部品コイルを実装すると、当該プリント基板上の部品実装空間が高さ方向に拡大されることとなり、当該制御装置を構成する筐体の小型化が困難となる。
【０００４】
したがって、電気回路にノイズフィルタを用いる場合、プリント基板上の配線パターンとして予め必要なインダクタを形成しておくことができれば、単体電気部品としてのコイルが不要となり、装置の小型化を図る上で便宜である。
【０００５】
従来、配線パターンによりインダクタを構成したプリント配線基板として、多層プリント基板の内層に設けた電源層を磁性体混合絶縁体で挟んで分布インダクタンスを高めると共に、当該電源層に、直流インピーダンスの小さい電流配分用の幹配線と、当該幹配線から各回路ブロックに電流を分配するための枝配線とを形成し、当該枝配線をつづら折り状又は交差状に構成することで、当該枝配線部分のインダクタンスを更に高めてインダクタとしても機能させた、多層プリント基板が知られている（特許文献１）。
【０００６】
このプリント基板では、電源層の分布インダクタンスを高めると共に枝配線のインダクタンスを高めて、各回路ブロックから見た電源パターンの交流インピーダンスを高め、一の回路ブロックの電源電流変動が他の回路ブロックの電源ラインに影響を与えてしまうのを防止している。
【０００７】
しかしながら、上記従来の多層プリント基板では、枝配線部分のインダクタンスにより阻止された電源電流変動のエネルギは、もっぱら枝配線部分において発生する渦電流等により消費されて熱を生じさせる。このため、枝配線部分の配置によっては、当該部分で生じた熱を効果的に放熱することが困難となり、基板温度が上昇して当該基板上の半導体素子等の動作に影響を与えることとなる。
【０００８】
また、枝配線部分をつづら折り状パターン等とすることにより当該部分のインダクタンスを高めているため、その電流経路の長さは同じインダクタンスを有するコイルに比べて格段に長くなり、外来ノイズの影響を受け易くなる。従って、このような経路長の長い平面配線パターンをノイズフィルタ用のインダクタとして用いることは、外来ノイズに対する耐力向上の観点からは望ましいものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１３９５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の背景より、プリント基板等の積層体に形成された導電パターンにより構成されるノイズフィルタにおいては、信号ラインの経路長を増大させることなく、当該信号ラインに重畳されているノイズを効率的に除去することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、プリント基板等の積層体に形成されるノイズフィルタに関するものであって、本ノイズフィルタは、導電性材料より成る導電パターンが形成された層及び絶縁性材料により構成された層を有する積層体と、第１の導電パターンと、前記第１の導電パターンの周りを旋回する螺旋様に構成された第２の導電パターンと、前記第２の導電パターンの両端に接続され当該第２の導電パターンと共に閉回路を構成する抵抗体と、を備える。
本発明の一の態様によると、前記積層体は多層プリント基板である。
本発明の他の態様によると、前記積層体は集積回路である。
本発明の他の態様によると、前記絶縁性材料うち、前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンとの間に介在する部分が、磁性を有する絶縁性材料により構成されている。
本発明の他の態様によると、前記抵抗体の電気抵抗値により、前記第１の導電パターンを伝搬する電気信号の遮断周波数が調整される。
本発明は、また、前記ノイズフィルタを備える制御装置である。
本発明の一の態様によると、前記制御装置は車両の動作を制御するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プリント基板等の積層体に形成された導電パターンにより構成されるノイズフィルタにおいて、信号ラインの経路長を増大させることなく、当該信号ラインに重畳されているノイズを効率的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るノイズフィルタを構成する多層配線基板の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るノイズフィルタの構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るノイズフィルタの構成を、回路記号を用いて模式的に示した図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るノイズフィルタの等価回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
本実施形態に係るノイズフィルタは、多層プリント配線基板（以下、多層配線基板）を用いて構成される。なお、本実施形態で用いる「多層配線基板」は、導電性材料より成る導電パターンが形成された層及び絶縁性材料により構成された層を有する積層体の一例であって、本ノイズフィルタは、多層配線基板に限らず、例えば３次元集積回路を構成する半導体基板に形成されるものとしてもよい。なお、このような３次元集積回路を構成する半導体基板の場合には、「導電パターンが形成された層」とは、当該基板上への膜形成（例えば、金属蒸着）により形成される層のほか、当該基板中へ金属を拡散することにより形成された導電部分を含む、当該基板表面から所定の深さの層をも意味するものとする。
【００１５】
本ノイズフィルタは、例えば制御回路に用いられ、当該制御回路に入力されるセンサ信号等に重畳されたノイズを除去又は低減する。また、当該制御回路は、例えば車両の動作を制御する電子制御装置（ＥＣＵ、Electronic Control Unit）とすることができる。
【００１６】
図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態に係るノイズフィルタの構成を説明する。
図１は、本ノイズフィルタを構成する多層配線基板の構成を示す図である。本多層配線基板１００は、例えば５つの導電体層１０２、１０４、１０６、１０８、１１０を持つ多層プリント基板である。各導電体層は、導電性材料である金属（例えば、銅）で構成されている。
【００１７】
また、多層配線基板１００は、各導電体層１０２〜１１０の層間に、絶縁性材料（例えばガラスエポキシ）により構成された絶縁体層１２２〜１２８を備える。
導電体層１０２は、例えば電気部品が実装される表（おもて）面であり、裏面である導電体層１１０と導電体層１０８は、例えば電源に接続されて、それぞれグランド層及び電源層として用いられる。
【００１８】
図２は、本ノイズフィルタの構成を示す図である。
本ノイズフィルタ１０は、ノイズが重畳された電気信号等が伝搬する第１の導電パターンを備える。当該第１の導電パターンは、導電体層１０２に形成された導電パターン２００、２０２と、導電体層１０４に形成された導電パターン２０４と、導電パターン２００及び２０２を導電パターン２０４にそれぞれ電気的に接続するビア２０６、２０８により構成されている。
【００１９】
なお、ビアは、一般的には円柱状を為す導電材料で構成されるが、図２においては、図を簡素化して理解を容易にするため点線により示している。また、３次元集積回路の一部として本ノイズフィルタを構成する場合には、ビアに代えて、例えばシリコン貫通電極を用いることができる。
【００２０】
また、ノイズフィルタ１０は、上記第１の導電パターンの周りを旋回する螺旋様に形成された第２の導電パターンを有する。ここで、「螺旋様」とは、円を描きつつ旋回する形状のほか、例えば矩形などの他の形状を描きながら旋回する形状をも含むものとする。
【００２１】
当該第２の導電パターンは、導電体層１０２に形成された導電パターン２１０、２１２と、導電体層１０６に形成された導電パターン２１４、２１６と、導電パターン２１０、２１２と導電パターン２１４、２１６とを接続するビア２１８、２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２と、により構成されている。図示のように、導電パターン２１０〜２１６及びビア２１８〜２３２は、第１の導電パターンの一部を為す導電パターン２０４の周りを旋回する螺旋様の導電経路を構成している。
【００２２】
さらに、ノイズフィルタ１０は、上記第２の導電パターンと共に閉回路を構成する抵抗体であるチップ抵抗器２４０を備える。なお、図２においては、各導電パターンの配置の理解を容易にするためチップ抵抗器２４０を図示上部に独立して描いているが、実際には、チップ抵抗器２４０は、その２つの端子（図示ハッチング部分）が、導電パターン２１０の一部を為す矩形のランド２３４と、導電パターン２３６を介してビア２３２に接続された矩形のランド２３８とに、それぞれ電気的に接続され、第２の導電パターンと共に閉回路を構成する。
【００２３】
図３は、図２に示すノイズフィルタ１０の立体構成を、回路記号を用いて模式的に示したものである。ライン３００は、導電パターン２００、２０４、２０２等で構成される第１の導電パターンであり、ノイズが重畳された電気信号等の電流Isigが流れる。
【００２４】
コイルＬ３０２は、ライン３００の周りを旋回する螺旋様に形成されたコイルであり、導電パターン２１０、２１４、２１２、２１６等で構成される第２の導電パターンを表している。また、抵抗Ｒ３０４は、ランド２３４、２３８により上記第２の導電パターンに接続されて閉回路を構成するチップ抵抗器２４０を表している。
【００２５】
第１の導電パターンであるライン３００を流れる電気信号は、ライン３００の周囲に磁界（以下、周囲磁界）を生じさせる。この周囲磁界は、ライン３００を流れる電気信号に重畳されたノイズ等の交流成分により変動し、当該磁界変動により第２の導電パターンであるコイルＬ３０２に起電力を発生させ、その結果、コイルＬ３０２と抵抗Ｒ３０４で構成される閉回路に交流電流が流れる。
【００２６】
上記閉回路に流れる交流電流は、コイルＬ３０２に新たな磁界を生じさせ、当該新たな磁界の変動により、ライン３００には、上記ノイズ等による電流変化を阻止する向きに起電力が発生する。これにより、ライン３００におけるノイズ等の交流成分に対するインピーダンスが高くなり、当該ノイズ等の伝搬が阻止される。
【００２７】
上記の構成を有するノイズフィルタ１０は、多層配線基板１００に形成される導電パターンにより構成されるため、従来のようにノイズ除去用の電気部品としての巻線コイルを信号伝送用パターン（ライン３００に相当）に直列に接続する必要はない。このため、多層配線基板１００の表面（例えば、導電体層１０２）上に搭載する電気部品の高さを制限して装置の小型化を図ることができる。
【００２８】
また、従来の構成では、巻線コイルは信号伝送用パターンに直列に接続されるため、その実装位置は信号伝送用パターンの配置により制限される。このため、当該コイルがノイズ電力を消費して発生する熱は、信号伝送用パターン近傍の温度を上昇させることとなり、その周囲に存在する半導体部品等の動作に影響を与えることとなる。
【００２９】
これに対し、本ノイズフィルタ１０では、抵抗Ｒ３０４、すなわちチップ抵抗器２４０により、ノイズ電力が熱として消費され、かつ、当該チップ抵抗器２４０は第２の導電パターンから他の導電パターンを介して離れた位置に実装することが可能なため、チップ抵抗器２４０を放熱効率のよい場所（例えば、裏面グランド層である導電体層１１０上や、放熱板（不図示）の近傍など）に移動して、多層配線基板１００全体としての温度上昇を抑制することができる。
【００３０】
図４は、ノイズフィルタ１０の等価回路を表す図である。
第１の導体パターンは直線状導体パターンで構成された場合にもインダクタンスを有しており、第１の導体パターンと第２の導体パターンとは、磁気的に結合された２つのコイルで構成されるトランスと等価なものとして捉えることができる。
【００３１】
図４に示すトランスＴ４００は、第１の導電パターンと第２の導電パターンとが磁気的に結合した状態を表している。ここで、コイルＬ４０２は、第１の導電パターンに相当するインダクタンスを持ったコイルであり、コイルＬ４０４は、第２の導電パターンと同じインダクタンスを持つコイルである。
【００３２】
また、抵抗Ｒ４０６は、第１の導電パターンが持つ微小な電気抵抗を表し、抵抗Ｒ４０８は、第２の導電パターンが持つ電気抵抗とチップ抵抗器２４０の電気抵抗との合成抵抗を表している。
【００３３】
ここで、コイルＬ４０２、Ｌ４０４の自己インダクタンスをそれぞれLsig、Lfil、コイルＬ４０２とＬ４０４との相互インダクタンスをM、抵抗Ｒ４０６及びＲ４０８の抵抗値をそれぞれRsig及びRfilとし、コイルＬ４０２に流れる電流をIsig、コイルＬ４０４に流れる電流をIfil、抵抗Ｒ４０６とコイルＬ４０２に印加される電圧をVsig、とすると、次式が成り立つ。
【００３４】
【数１】
2014220631.tif 000003
【００３５】
従って、上式（１）及び（２）から、第１の導体パターン部分のインピーダンスZsigは次式で与えられる。
【数２】
2014220631.tif 000004
【００３６】
ここに、
【数３】
2014220631.tif 000005
である。
【００３７】
式（４）より、
【数４】
2014220631.tif 000006
となる周波数ωでは、Zsigが十分大きな値となり、従ってノイズの伝搬が阻止され除去されることとなる。
【００３８】
式（５）の右辺はノイズ伝搬が阻止される周波数（阻止周波数。以下、ω0とする）を表しており、式（５）から明らかなように、当該阻止周波数ω0は、Rfilの値を変えることにより、従って第２の導電パターンに接続される抵抗器であるチップ抵抗器２４０の抵抗値を変えることにより、調整することができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、絶縁体層１２２〜１２８はガラスエポキシ素材等により構成されるものとしたが、これに限らず、例えば、第１の導体パターンと第２の導体パターンとの間に介在する絶縁体層、すなわち本実施形態における絶縁体層１２２及び１２４の素材を、磁性を持つ材料（例えば、磁性体を混入した絶縁体材料）として、第１の導体パターンと第２の導体パターンとの磁気的結合を強めることができる。
【００４０】
この場合には、上記相互インダクタンスMは大きくなり、阻止周波数ω0を低周波側へシフトさせることができるので、チップ抵抗器２４０の抵抗値によるω0の調整範囲を拡大することができる。なお、上記のように第１及び第２の導電パターン間に磁性絶縁体層を介在させる場合は、複数のノイズフィルタ１０を形成する際には、隣接するノイズフィルタ１０の間で磁気干渉が生じないよう、当該隣接するノイズフィルタ１０を、それらの磁界発生方向が互いに直交するように配置することが望ましい。
【符号の説明】
【００４１】
１０・・・ノイズフィルタ、１００・・・多層配線基板、１０２〜１１０・・・導電体層、１２２〜１２８・・・絶縁体層、２００〜２０４、２１０〜２１６、２３６・・・導電パターン、２０６、２０８、２１８〜２３２・・・ビア、２３４、２３８・・・ランド、２４０・・・チップ抵抗器、３００・・・ライン、Ｌ３０２、Ｌ４０２、Ｌ４０４・・・コイル、Ｒ３０４、Ｒ４０６、Ｒ４０８・・・抵抗、Ｔ４００・・・トランス。
【図１】
2014220631.tif 000007
【図２】
2014220631.tif 000008
【図３】
2014220631.tif 000009
【図４】
2014220631.tif 000010