(57)【要約】【課題】多層基板に搭載されている回路装置がグランド層との関係で、ノイズの影響を軽減することのできる多層基板装置を提供する。【解決手段】配線基板１３１に配置された電源回路を構成するパワー系の第２の電界効果トランジスタ１１２やコンデンサ１０２、１０６はパワー系グランド層１０４に接地されている。これに対して配線基板１３１に配置された主に信号処理用の他の回路であるＤＣ―ＤＣコンバータコントロールＩＣ１１５や外部ＬＳＩ１２３はパワー系グランド層１０４とは異なる層としての一般グランド層１１９に接続されている。パワー系グランド層１０４と一般グランド層１１９は、ループ電流１４５が信号処理用の回路に影響を与えにくい場所で第４のビア１１８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】
特定の回路部品と、それ以外の回路部品を一層に配置した配線基板と、
この配線基板とは異なった層として形成された接地のための第１のグランド層と、
前記配線基板および第１のグランド層とは異なった層として形成された接地のための第２のグランド層と、
前記配線基板の前記特定の回路部品の接地側と前記第１のグランド層を電気的に接続する第１の接地用導電手段と、
前記配線基板の前記それ以外の回路部品の接地側と前記第２のグランド層を電気的に接続する第２の接地用導電手段
とを具備することを特徴とする多層基板装置。
【請求項２】
特定の回路部品と、それ以外の回路部品を一層に配置した配線基板と、
この配線基板とは異なった層として形成され、それぞれ異なった領域として配置された接地のための第１のグランド領域および第２のグランド領域を有するグランド層と、
前記配線基板の前記特定の回路部品の接地側と前記グランド層の前記第１のグランド領域とを電気的に接続する第１の接地用導電手段と、
前記配線基板の前記それ以外の回路部品の接地側と前記グランド層の前記第２のグランド領域とを電気的に接続する第２の接地用導電手段
とを具備することを特徴とする多層基板装置。
【請求項３】
前記特定の回路部品は、スイッチングレギュレータを構成するスイッチング素子およびコンデンサであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の多層基板装置。
【請求項４】
前記特定の回路部品は、パワー系の回路部品であり、前記それ以外の回路部品は信号処理系の回路部品であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の多層基板装置。
【請求項５】
前記第１のグランド層と前記第２のグランド層は、局所的に配置された第３の接地用導電手段で接続されていることを特徴とする請求項１記載の多層基板装置。
【請求項６】
前記第１のグランド領域と前記第２のグランド領域は、局所的に配置された第３の接地用導電手段で接続されていることを特徴とする請求項２記載の多層基板装置。
【請求項７】
前記第２の接地用導電手段は、前記第２のグランド層における前記第３の接地用導電手段の発生するループ電流の影響が少なくなる領域に配置されていることを特徴とする請求項５記載の多層基板装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の層からなる多層基板装置に係わり、特にノイズの影響を少なくした多層基板装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチングレギュレータは、スイッチング素子を用いた電源回路であり、各種の電子機器に広く採用されている。直流の出力の安定化を図るスイッチングレギュレータには各種の方式があり、その代表的なものとしてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式が存在する。ＰＷＭ方式のスイッチングレギュレータは、ＤＣ（Direct Current）−ＤＣコンバータを使用して、交流入力を平滑化して直流に変換し、スイッチング素子により高速にスイッチングした後で、再び整流、平滑して所望の直流出力を得るようになっている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
このため、高速スイッチングの際に外部にノイズが放出されやすいという問題がある。特に、スイッチングレギュレータを多層基板に組み込んでいる場合にこの問題がある。この原因の１つが、多層基板に挟まれるように配置されている接地用の銅箔層からなるグランド（ＧＮＤ：GrouND）プレーンが外部回路と大きく係っていることによる。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータのパワー系のグランドのスイッチングによって生じるＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）ノイズが、グランドプレーンを介して外部に放出されて影響を与え易いからである。また、スイッチングレギュレータが、他の場所で発生したノイズをグランドプレーンを介して受けやすいという問題もある。
【特許文献１】特開２００１−１９７７２６号公報（第００１２段落、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような問題を軽減するためには、スイッチングレギュレータ等の回路部分のグランド（ＧＮＤ）層にスリットを入れて、電流の流れによってノイズが発生する範囲を限定することが考えられる。ところが、スリットによって電流の流れる区域を限定すると、電流がグランド層を介して接地側に流れ込む量が限定される場合が生じ、これにより、電源回路だけでなく、そのグランドプレーンに接続される他の回路にも接地に関する影響を与えるという新たな問題が発生する。
【０００５】
以上、多層基板に電源回路を組み込んだ多層基板装置を例に挙げてその問題を説明したが、一般に多層基板装置ではこれに搭載されている回路とグランド層との関係を原因とするノイズが、他の回路に悪影響を与える場合があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、多層基板に搭載されている回路装置がグランド層との関係で、ＥＭＩノイズ等のノイズの影響を軽減することのできる多層基板装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明では、（イ）特定の回路部品と、それ以外の回路部品を一層に配置した配線基板と、（ロ）この配線基板とは異なった層として形成された接地のための第１のグランド層と、（ハ）配線基板および第１のグランド層とは異なった層として形成された接地のための第２のグランド層と、（ニ）配線基板の前記した特定の回路部品の接地側と第１のグランド層を電気的に接続する第１の接地用導電手段と、（ホ）配線基板の前記したそれ以外の回路部品の接地側と第２のグランド層を電気的に接続する第２の接地用導電手段とを多層基板装置に具備させる。
【０００８】
すなわち本発明では、同一層に配置された回路部品を、この中の特定の回路部品と、それ以外の回路部品に区別して、このうちの特定の回路部品を配線基板とは異なった層として形成された接地のための第１のグランド層に接続し、前記したそれ以外の回路部品は配線基板および第１のグランド層とは異なった層として形成された接地のための第２のグランド層に接続して、それぞれ接地するようにしている。このように特定の回路部品と、それ以外の回路部品の接地箇所を分離することによって、同一のグランド層で一緒に接地した場合に生じたＥＭＩノイズ等のノイズの影響を軽減している。
【０００９】
請求項２記載の発明では、（イ）特定の回路部品と、それ以外の回路部品を一層に配置した配線基板と、（ロ）この配線基板とは異なった層として形成され、それぞれ異なった領域として配置された接地のための第１のグランド領域および第２のグランド領域を有するグランド層と、（ハ）配線基板の前記した特定の回路部品の接地側とグランド層の第１のグランド領域とを電気的に接続する第１の接地用導電手段と、（ニ）配線基板の前記したそれ以外の回路部品の接地側とグランド層の第２のグランド領域とを電気的に接続する第２の接地用導電手段とを多層基板装置に具備させる。
【００１０】
すなわち本発明では、同一層に配置された回路部品を、この中の特定の回路部品と、それ以外の回路部品に区別して、このうちの特定の回路部品を配線基板とは異なった層として形成された接地のためのグランド層の第１のグランド領域に接続し、前記したそれ以外の回路部品は同一のグランド層に属するものの第１のグランド領域とは異なった位置に配置された第２のグランド領域に接続して、それぞれ接地するようにしている。このように特定の回路部品と、それ以外の回路部品の接地箇所を分離することによって、同一のグランド領域で一緒に接地した場合に生じたＥＭＩノイズ等のノイズの影響を軽減している。
【００１１】
ここで、特定の回路部品は、スイッチングレギュレータの場合、たとえばスイッチング素子およびコンデンサとなる。また、特定の回路部品は、パワー系の回路部品であり、前記したそれ以外の回路部品は信号処理系の回路部品であってもよい。このようにノイズの発生原因となる回路部品と、ノイズに敏感な動作を行う回路部品をグランド層やグランド領域で分離することによって、多層基板装置全体におけるノイズの影響を低減することができる。
【００１２】
また、第１のグランド層と第２のグランド層は、第３の接地用導電手段で接続されて接地される形態をとる場合が多いが、この場合の第３の接地用導電手段を第１および第２のグランド層で一点接地あるいは局所的に接地することによって、前記したそれ以外の回路部品に対するノイズの影響を抑えることができる。第１のグランド領域と第２のグランド領域に対する第３の接地用導電手段についても同様である。更に、第２の接地用導電手段は、第２のグランド層における第３の接地用導電手段の発生するループ電流の影響が少なくなる領域に配置されることも有効である。たとえば第３の接地用導電手段からなるべく離れた位置に第２の接地用導電手段を配置することになる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、同一の配線基板に配置された各種の回路部品の接地場所を２種類に分けるといった簡単な対策で、グランド層あるいはグランド領域に流れ込むノイズを抑えて、これらグランド層あるいはグランド領域から放射されるノイズ量も抑えることができる。これにより、たとえば電源回路と信号処理系の回路を多層基板装置に効率的に配置することができ、ノイズの影響を軽減しつつ、回路装置全体の集積率を高めることが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施例における多層基板装置の電源周辺部分を表わしたものである。本実施例の多層基板装置１００では、図示しない電源に接続される入力端子（ＶIN）１０１に入力コンデンサ１０２の一端が接続されている。この入力コンデンサ１０２の他端は、第１のビア（ＩＶＨ：Interstitial Via Hole）１０３を介してパワー系グランド（ＧＮＤ）層１０４に接続されている。電源回路１００の出力端子（ＶOUT）１０５には、出力コンデンサ１０６の一端とコイル１０７の一端がそれぞれ接続されている。出力コンデンサ１０６の他端は、第２のビア１０８を介してパワー系グランド層１０４に接続されている。更に、入力端子１０１とパワー系グランド層１０４の間には、パワー系グランド層１０４に一端を接続した第３のビア１０９を介して第１および第２の電界効果トランジスタ１１１、１１２が直列に接続されている。
【００１７】
第１の電界効果トランジスタ１１１のソースＳと第２の電界効果トランジスタ１１のドレインＤとの接続点には、コイル１０７の他端が接続されている。第１および第２の電界効果トランジスタ１１１、１１２のスイッチング制御用のゲートＧには、ＤＣ―ＤＣコンバータコントロールＩＣ１１５の２つの制御用端子１１６、１１７が１つずつ接続されている。
【００１８】
ところで、パワー系グランド層１０４は、第１〜第３のビア１０３、１０８、１０９と共に第４のビア１１８の一端が接続されている。この第４のビア１１８の他端は、一般グランド層１１９に接続されている。ＤＣ―ＤＣコンバータコントロールＩＣ１１５の接地用端子１２１は、アースライン１２２によって一般グランド層１１９に直接接続されている。外部ＬＳＩ（Large Scale Integration）１２３もアースライン１２４によって一般グランド層１１９に直接接続されている。一般グランド層１１９は、接地されている。
【００１９】
このような多層基板装置１００で、一点鎖線で示した枠内の各部品がスイッチングレギュレータからなる電源回路１２６を構成している。したがって、外部ＬＳＩ１２３は、電源回路１２６と共に同一の配線基板（ボード）内に収容されているが、電源回路１２６とは別の回路部品である。パワー系グランド層１０４および一般グランド層１１９は、電源回路１２６や外部ＬＳＩ１２３の配置された配線基板とは異なる層として形成されている。パワー系グランド層１０４と一般グランド層１１９は、同一層における物理的に分離された領域としての第１のグランド領域と第２のグランド領域として形成されてもよいが、本実施例では異なった層として形成されている。
【００２０】
ここで電源回路１２６は、次のような動作を行う。入力端子１０１から入力された電源は、入力コンデンサ１０２によってパワー系グランド層１０４との間のノイズを吸収されて第１の電界効果トランジスタ１１１のドレインＤに印加される。この状態で、ＤＣ―ＤＣコンバータコントロールＩＣ１１５の制御用端子１１６から第１の電界効果トランジスタ１１１のゲートＧにオン信号が入力されて、そのドレインＤとソースＳの間がオンとなる。これにより、入力端子１０１から流入した電荷がコイル１０７および出力コンデンサ１０６に蓄積される。
【００２１】
次に第１の電界効果トランジスタ１１１のゲートＧへのオン信号の入力がオフになって、代わってＤＣ―ＤＣコンバータコントロールＩＣ１１５の制御用端子１１７から第２の電界効果トランジスタ１１２のゲートＧにオン信号が入力されてそのドレインＤとソースＳがオンとなる。これにより、前のサイクルによって充電された電荷が出力端子１０５に接続された図示しない負荷に流れる。
【００２２】
ＤＣ―ＤＣコンバータコントロールＩＣ１１５を用いた以上のような回路動作の繰り返しによって発生する矩形波は、コイル１０７を通過することで平滑化され、更に出力コンデンサ１０６によって平滑化されて、出力端子１０５から負荷に供給される。この負荷の抵抗成分の値によって出力端子１０５に現われる電圧が決定される。
【００２３】
このような電源回路１２６では、出力端子１０５に接続された負荷に現われる電圧が、図示しない回路部分を経てＤＣ―ＤＣコンバータコントロールＩＣ１１５にフィードバックされるようになっている。ＤＣ―ＤＣコンバータコントロールＩＣ１１５はこの電圧を負荷に本来印加されるべき電圧と比較して、２つの制御用端子１１６、１１７から出力されるオン信号の出力区間を制御する。これにより、出力端子１０５から出力される電圧が最適値に制御されることになる。
【００２４】
図２は、図１に示した多層基板装置の電源周辺部分を概念上で立体的に示したものである。図２で図１と同一の電気部品には同一の符号を付している。また、図２では多層基板装置における図１と関連する部分のみを示したものとなっている。
【００２５】
この図２に示すように所定の層を形成する配線基板１３１上には、図１に示した各回路部品が配置されている。このうち、第２の電界効果トランジスタ１１２とＤＣ―ＤＣコンバータコントロールＩＣ１１５および外部ＬＳＩ１２３は、それぞれグランド用配線パターン１４１、１４２、１４３の形成された領域に搭載されており、これらの電気部品の接地はグランド用配線パターン１４１、１４２、１４３に対して行われている。
【００２６】
図で配線基板１３１の形成された層の下側にはパワー系グランド層１０４が配置されており、更にその下側には一般グランド層１１９が配置されている。第２の電界効果トランジスタ１１２のソースＳとパワー系グランド層１０４の間を流れる電流が比較的多い。したがって、グランド用配線パターン１４１とパワー系グランド層１０４の間には、一対となった第３のビア１０９1、１０９2が配置されており、大電流に対応している。
【００２７】
また、パワー系グランド層１０４と一般グランド層１１９の間には、一般グランド層１１９と接地されるＤＣ―ＤＣコンバータコントロールＩＣ１１５と外部ＬＳＩ１２３にループ電流１４５の影響を最小限とする位置に３つの第４のビア１１８1〜１１８3が局所に集中して設けられており、いわゆる一点接地によって同様に大電流に対応している。
【００２８】
この図２に示した例では、パワー系グランド層１０４を１つの層として形成したが、複数の層として形成することも可能である。この場合には、これら複数のパワー系グランド層が均等にビアを用いた接地を行うことが好ましい。
【００２９】
以上説明したように本実施例の多層基板装置１００では、一般グランド層１１９と分離してパワー系グランド層１０４を設けている。これによりパワー系グランド層１０４内でグランドラインのループ電流１４５が流れることになる。このループ電流１４５によって発生するスイッチングノイズは、パワー系グランド層１０４から一般グランド層１１９あるいはその外部に伝達される。しかしながら、パワー系グランド層１０４と一般グランド層１１９の間が、第４のビア１１８によって、いわば一点接地されるので、一般グランド層１１９へのノイズの影響あるいは外部の他の回路部分へのノイズの影響を最小限に抑えることができることになる。
【００３０】
なお、実施例ではＤＣ―ＤＣコンバータコントロールＩＣ１１５を用いたスイッチングレギュレータを備える層基板回路について説明したが、一般には、ノイズの発生源となる電源等の回路部分とそれ以外の回路部分の接地をボードの層を分離して行うことに対して本発明を適用することができる。
【００３１】
また、実施例では配線基板を１層だけ示したが、各種の配線基板が複数層をなしている場合にも、本発明を同様に適用することができる。この場合にはそれぞれの配線基板に対して２種類のグランド層あるいは２種類のグランド領域を設けてもよいし、これらのうちのグランド層あるいはグランド領域の一部または全部を共用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施例における多層基板装置の電源周辺部分を表わした回路図である。
【図２】図１に示した多層基板装置の電源周辺部分を概念上で立体的に示した説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００  多層基板装置
１０３  第１のビア
１０４  パワー系グランド層（第１のグランド層）
１０８  第２のビア
１０９  第３のビア
１１１  第１の電界効果トランジスタ
１１２  第２の電界効果トランジスタ
１１５  ＤＣ―ＤＣコンバータコントロールＩＣ
１１８  第４のビア
１１９  一般グランド層（第２のグランド層）
１２３  外部ＬＳＩ
１２６  電源回路
１３１  配線基板
１４１、１４２、１４３  グランド用配線パターン
１４５  ループ電流
【図１】
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【図２】
2008147573.tif 000004