(57)【要約】【課題】  高周波数を扱う配線基板においてもノイズを防ぎ、高品質で拡張性に富んだ配線基板を実現できるようにしたプリント配線基板およびノイズ抑制方法を提供する。【解決手段】  内層にグランド基板２０や電源基板３０を有し、電子部品を搭載した配線基板１０を最外層に配置したプリント配線基板に対して、前記配線基板１０の電子部品を１本のクロック系パターンとその両側にグランドガードパターンを包囲するように配置してグランドガードパターンとの接続を前記電子部品のみとし、さらに該グランドガードパターンを前記電子部品を介して前記グランド基板や電源基板と接続する。【選択図】図１
2006202964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の配線基板が階層構造に配置され、該階層構造の内層にグランド基板を有し、複数の電子部品を搭載した配線基板を最外層に配置したプリント配線基板において、
前記配線基板に搭載された電子部品同士を配線するクロック系パターンの両側に該クロック系パターンと平行して配設されたグランドガードパターンと、
前記グランドガードパターンと前記電子部品との接続をそれぞれ一点で行うガードパターン接続手段と、
前記ガードパターン接続手段により接続された前記グランドガードパターンを前記電子部品を介して前記グランド基板と接続するガードパターングランド接続手段と
を具備することを特徴とするプリント配線基板。
【請求項２】
前記ガードパターン接続手段は、
前記クロック系パターンと前記グランドガードパターンとの配置距離を前記グランド基板と前記配線基板との配置距離よりも短い位置で接続する
ことを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板。
【請求項３】
前記ガードパターングランド接続手段は、
前記配線基板と前記グランド基板との間の前記グランドガードパターンの長さを特定の周波数の波長より長くして接続する
ことを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板。
【請求項４】
複数の配線基板が階層構造に配置され、該階層構造の内層にグランド基板を有し、複数の電子部品を搭載した配線基板を最外層に配置したプリント配線基板におけるノイズ抑制方法において、
前記配線基板に搭載された電子部品同士を配線するクロック系パターンの両側に該クロック系パターンと平行してグランドガードパターンを配設し、
前記グランドガードパターンと前記電子部品との接続をガードパターン接続手段によってそれぞれ一点で行い、
前記ガードパターン接続手段により接続された前記グランドガードパターンを前記電子部品を介して前記グランド基板と接続する
ことを特徴とするプリント配線基板におけるノイズ抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子情報機器などに実装されるプリント配線基板およびノイズ抑制方法に関し、特に、多層から構成されるプリント配線基板において高周波帯域の電磁放射を抑制することで意図しない流出ルートの形成を防止できるようにしたプリント配線基板およびノイズ抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、技術のめざましい発展により装置に搭載される機能の多機能化が進み、同時に装置が小型化する傾向にある。これは装置を構成している各部品それぞれを小型化することにより、あるいは、複数の部品を連結させて１つの部品とすることで部品数を少なくしたりすることなどにより実現している。このため部品同士の実装密度が濃くなり複雑化するため、部品を搭載する基板を増やして複数の階層から構成するようにしている。
【０００３】
一般的に４層の階層構造から構成される場合が多く、内側２層分（第２階層、第３階層）は内部に入ってしまうため拡張性や保守性が劣化してしまうことがある。そのため、内側２層に汎用性に富んだ電源基板やグランド基板などを配置することにより保守性などの劣化を抑制していることが多い。
【０００４】
これにより、外側２層（第１階層、第４階層）に装置ごとの特有の配線基板である信号基板を配置することができ、使用性、保守性を向上させている。
【０００５】
しかしながら、各階層ごとの配線パターン内でノイズ信号が発生し、他の基板への影響から誤動作や障害発生を招く原因となっている。
【０００６】
大きなノイズ発生の原因となるクロックラインやバスライン等に近接配置されてノイズ信号を電源層やグランド層に逃がす役割を果たすガードパターンの効果を高めることにより、ノイズの大きい配線パターンのノイズを効果的に除去することができるようにした従来技術として、特許文献１に開示されたものがある。
【特許文献１】特開平０７−２４０５８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示された従来技術においては、比較的低い周波数のノイズを除去するのには有効であるが、近年の技術革新による１００ＭＨｚ（メガヘルツ）を超えるような高い周波数を扱う配線基板では、ノイズにより高周波電流が多数の接続箇所へ流れ込み、リターンルートが形成されてしまうためノイズ電流による共振現象が発生し、強力な電磁ノイズ放射が発生しやすい状態に陥ってしまう。これにより、ＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility：電磁両立性）品質に悪影響を与えてしまう。
【０００８】
特に、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference：電磁妨害）に関しては、高周波電流のリターンルートがグランドガードパターンから積極的に内側のグランド基板へ複雑に流れ込み、電源基板を励起することにより階層構造をなす内側の２つの基板から有害な信号であるコモンモードノイズを強く放射する現象が発生するという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、高周波数を扱う配線基板においてもノイズを防ぎ、高品質で拡張性に富んだ配線基板を実現できるようにしたプリント配線基板およびノイズ抑制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】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、複数の配線基板が階層構造に配置され、該階層構造の内層にグランド基板を有し、複数の電子部品を搭載した配線基板を最外層に配置したプリント配線基板において、前記配線基板に搭載された電子部品同士を配線するクロック系パターンの両側に該クロック系パターンと平行して配設されたグランドガードパターンと、前記グランドガードパターンと前記電子部品との接続をそれぞれ一点で行うガードパターン接続手段と、前記ガードパターン接続手段により接続された前記グランドガードパターンを前記電子部品を介して前記グランド基板と接続するガードパターングランド接続手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ガードパターン接続手段は、前記クロック系パターンと前記グランドガードパターンとの配置距離を前記グランド基板と前記配線基板との配置距離よりも短い位置で接続することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記ガードパターングランド接続手段は、前記配線基板と前記グランド基板との間の前記グランドガードパターンの長さを特定の周波数の波長より長くして接続することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、複数の配線基板が階層構造に配置され、該階層構造の内層にグランド基板を有し、複数の電子部品を搭載した配線基板を最外層に配置したプリント配線基板におけるノイズ抑制方法において、前記配線基板に搭載された電子部品同士を配線するクロック系パターンの両側に該クロック系パターンと平行してグランドガードパターンを配設し、前記グランドガードパターンと前記電子部品との接続をガードパターン接続手段によってそれぞれ一点で行い、前記ガードパターン接続手段により接続された前記グランドガードパターンを前記電子部品を介して前記グランド基板と接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、内層にグランド基板や電源基板を有し、電子部品を搭載した配線基板を最外層に配置したプリント配線基板に対して、前記配線基板の電子部品を１本のクロック系パターンとその両側にグランドガードパターンを包囲するように配置してグランドガードパターンとの接続を前記電子部品のみとし、さらに該グランドガードパターンを前記電子部品を介して前記グランド基板や電源基板と接続するように構成したので、グランド基板で発生したノイズのリターンルートがグランド基板と接続されたグランドガードパターンに集中するためノイズ共振が抑制され、ＥＭＣ品質を向上させるという効果を奏する。
【００１５】
また、配線基板とグランド基板との間のグランドガードパターンの長さをノイズ信号の周波数の波長より大きくして接続するように構成したので、ノイズ放射効率が減少する。
【００１６】
そして、前記配線基板にグランドベタパターンが不要となるので、基板サイズが縮小可能となり、装置の小型化を促進できるという効果をも奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係わるプリント配線基板およびノイズ抑制方法の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は、本発明のプリント配線基板およびノイズ抑制方法を適用したプリント配線基板の構成を示す図である。
【００１９】
図１には、コンデンサやＩＣチップなどの電子部品やこれらの電子部品を相互接続する配線を絶縁体の表面、裏面、内部に埋め込み、配線図形を形成した基板を複数枚示している。それぞれの基板は機能単位ごとにユニット化されており、その各ユニットを配線（以下、「パターン」ともいう）やコネクタなどで接続することにより多層のプリント配線基板を構成している。
【００２０】
図１に示す基板の上部から順に第１信号基板１０、グランド基板２０、電源基板３０、第２信号基板４０であって、これらは階層構造を形成している。
【００２１】
第１信号基板１０は、最外層の第１層に配置され、プリント配線基板を設置した処理装置によって実現される機能が配線されたパッケージ部分である。例えば、処理装置をプリンタとした場合、プリンタに搭載される機能（メインパッケージ）として印刷出力がある。この場合、印刷出力を行うために必要な電子部品が配線される。
【００２２】
グランド基板２０は、内層の第２層に配置され、本発明の効果が最も発揮される１００ＭＨｚ帯域を超える高周波電流においてもインピーダンスが低く抑えられ、同電位を有する基板を示している。例えば、０Ｖ（ボルト）の電位を有する大地や、金属からなる構造物で同電位を保つことができる電流などの介入を防止したシールドで覆われた導体などを示す。
【００２３】
電源基板３０は、内層の第３層に配置され、一定の電位を持ち、電子部品を稼動させるための電源供給を行う基板である。
【００２４】
第２信号基板４０は、第１信号基板に示す基板と同様、最外層の第４層に配置され、パッケージ配線を実装する基板である。
【００２５】
第１層に配置された第１信号基板１０には、集積回路であるＩＣ１（２０１）、ＩＣ２（２０２）が設置されており、このＩＣ１（２０１）、ＩＣ２（２０２）からそれぞれグランド配線（１１、１２）がグランド基板２０、電源基板３０、第２信号基板４０へと配線され、第２信号基板４０より先は、大地（アース）に接地されている。このとき、第２層のグランド基板２０と接地した地点ＡとＢ、第３層の電源基板３０と接地した地点ＣとＤでのみノイズが発生している。
【００２６】
これは、図４の従来技術におけるグランド配線をグランド基板に多点接続するよりもノイズ発生地点が集中するため、高周波電流のリターンルートが集中し、他のグランド配線とのノイズ共振が抑制していることを示し、ＥＭＣ品質が格段に向上している。
【００２７】
また、発生する１００ＭＨｚを超えるような高周波数帯域の周波数の波長を算出し、これを超える間隔以上設けて階層構造を形成する。
【００２８】
これによって、発生したノイズのノイズ放射効率が減少することになり、これに伴ってグランドガードパターンからノイズ放射量を低減することができる。
【００２９】
このような構成により、電源基板とグランド基板との間のプレーン共振が抑制される。
【００３０】
図２は、図１に示すプリント配線基板の第１層である配線基板を横に切断した断面図である。
【００３１】
図２には、配線基板２０上に電子部品の接続を行う配線が電子回路に基づいて配線図形として形成され、ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）１（２０１）、ＩＣ２（２０２）、グランド端子２０３、クロック端子２０４、グランド配線２０５、クロック配線２０６を具備して構成される。
【００３２】
ＩＣ１（２０１）とＩＣ２（２０２）は左右対称に配置され、ＩＣ１とＩＣ２を２本のグランド配線２０５と１本のクロック端子２０４で接続している。グランド配線２０５は、クロック配線２０６の両サイドに平行して接続されている。このときクロック配線２０６との距離は、図１に示したグランド基板と信号基板との距離よりも短く配置する。
【００３３】
また、グランド配線２０５の両端は、ＩＣ１（２０１）、ＩＣ２（２０２）に設けられたグランド端子２０３を介してそれぞれ一点で接続される。さらに、クロック配線２０６の両端も、ＩＣ（２０１）、ＩＣ２（２０２）に設けられたクロック端子２０４を介してそれぞれ一点で接続されている。
【００３４】
ＩＣ１（２０１）、ＩＣ２（２０２）は、半導体集積回路や各種素子などを示しており、演算などの情報処理を行うことができる。
【００３５】
グランド配線２０５は、クロック配線２０６から発生するノイズを吸収し、他の回路やデバイスに影響を及ぼさないように構成されている。
【００３６】
クロック配線２０６は、高周波信号を伝送するクロックラインである。
【００３７】
クロック配線２０６は、グランド配線２０５によって包囲された状態に配置されており、グランド配線２０５から図１に示すグランド基板への接続はＩＣ１（２０１）、ＩＣ２（２０２）を介した一点のみの接続となっている。すなわち、ＩＣ１とＩＣ２を結んだグランド配線２０５の途中からはグランド基板に対して接続されず、ＩＣ１（２０１）、ＩＣ２（２０２）からの一点のみグランド基板に接続されることになる。
【００３８】
これによって、高周波電流のリターンルートが集中し、電源基板とグランド基板間のプレーン共振が抑制される。
【００３９】
なお、グランド配線２０５の長さをクロック配線２０６から発生する高周波ノイズの周波数の波長よりも長く配線するような構成にすることにより、発生したノイズの吸収性がよくなり、ノイズ放射の割合が減少する。さらにグランド配線２０５からのノイズをも減少することができる。
【００４０】
図３は、本発明の配線基板における等価回路のイメージを示す図である。
【００４１】
図３には、２つの集積回路を示すＩＣ１、ＩＣ２がクロック系のラインで接続されており、そのクロック系のラインを上下で囲い込むように２つのＩＣ１、ＩＣ２をグランドガードパターンによって接続されている。
【００４２】
さらに、ＩＣ１、ＩＣ２からは各々グランド基板に一点で接続するためのグランドガードパターンが配線されており、このグランドガードパターンのみがグランド基板に接続されているイメージ図を示している。
【００４３】
ＩＣ１により処理された情報が信号としてクロック系ライン上を流れ、ＩＣ２に到達する間にクロック系ライン上では、目標とする信号を阻害する信号や電流などを示すノイズ（電磁放射）が発生する。このノイズが他の装置や基板などに伝わないようにグランドガードパターンを用いて逃がすことができる。
【００４４】
このときＩＣ１とＩＣ２とを接続したグランドガードパターン上では、グランド基板との接続を一切行わなず、ＩＣ１とＩＣ２の付近でそれぞれ一点でのみグランド基板と接続を行うように構成されているため高周波電流のリターンルートがグランド基板と一点で接続されたグランドガードパターンに集中することになるので、信号の共振が最大限抑制できる。
【００４５】
すなわち、ノイズの発生元を最小にし、ノイズ同士の共振を防ぐことができる。
【００４６】
図４は、従来技術における配線基板の構成を示す図である。
【００４７】
図４は、図１に示す構成図同様、第１信号基板１０、グランド基板２０、電源基板３０、第２信号基板４０が階層構造を形成している。さらに第１信号基板１０上には、ＩＣ１（２０１）、ＩＣ２（２０２）が設置され、これらを１本のクロック配線を中心としてそれに平行する形で両サイドに２本のグランド配線が配置されている。
【００４８】
さらに、グランド配線から複数のグランド配線がグランド基板２０、電源基板３０、第２信号基板４０へと配線されている。つまり、グランド基板２０、電源基板３０、第２信号基板４０の各基板にはグランド配線が接地された地点が複数存在することになる。
【００４９】
これら複数の接地された地点では、それぞれの接地地点においてノイズが発生する。特に、１００ＭＨｚ帯域を越える高い周波数の電流が流れた場には、発生したノイズ同士が共振することになり強い磁気ノイズが生成されることになる。さらに、この強い磁気ノイズは、他の基板や装置に影響を与え、装置として誤作動を引き起こす原因ともなる。
【００５０】
以上に示すような本発明のプリント配線基板およびノイズ抑制方法では、グランド基板への接続を一点にすることによって、接続されたグランド配線へノイズが集中し、ノイズ電流による共振現象を抑えることができる。
【００５１】
従って、本発明を適用することにより、１００ＭＨｚ帯域を越える高周波数の電流を扱うような配線基板においてもノイズ電流の意図しないルートへの流れ込みを抑制できるためＥＭＣ品質を向上することができるという効果を期待できる。
【００５２】
さらに、ノイズ電流の放射が抑制できることから基板上にグランドベタパターンが不要となり、基板サイズが縮小可能となるので線効率も向上し、さらには低コストで設定自由度の高い配線基板を実現できるという効果をも期待できる。
【００５３】
そして、発展的に配線基板を搭載する装置、例えば、プリンタなどの小型化をより促進できるという効果が期待できる。
【００５４】
本発明は、上記し、且つ図面に示す実施例に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、多層から構成される配線基板およびノイズ抑制方法に適用可能であり、特に、１００ＭＨｚ帯域を超える高周波信号であるクロック系パターンと隣接するグランドガードパターンの線間距離を短くし、線間容量が大きくなり結合しやすくなる高周波帯域のノイズを防止するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明のプリント配線基板およびノイズ抑制方法を適用したプリント配線基板の構成を示す図。
【図２】図１に示すプリント配線基板の第１層である配線基板を横に切断した断面図。
【図３】本発明の配線基板における等価回路のイメージを示す図。
【図４】従来技術における配線基板の構成を示す図。
【符号の説明】
【００５７】
１０        第１信号基板
１１        グランドガードパターン
１２        グランドガードパターン
２０        グランド基板
３０        電源基板
４０        第２信号基板
２０１      ＩＣ１
２０２      ＩＣ２
２０３      グランド端子
２０４      クロック端子
２０５      グランド配線
２０６      クロック配線
【図１】
2006202964.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006202964.tif 000006