(57)【要約】【課題】多層配線基板を複雑化することなく、ＥＭＩを低減する。【解決手段】  多層配線基板１において、電源電圧を供給する電源プレーン１０と、接地電圧を供給する接地プレーン２０と、電源プレーンおよび接地プレーンの間で、電源プレーンおよび接地プレーンから離間した位置に配置され、所定の抵抗値を有するＥＭＩ低減用導体３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧を供給する電源プレーンと、
接地電圧を供給する接地プレーンと、
前記電源プレーンおよび前記接地プレーンの間で、前記電源プレーンおよび前記接地プレーンから離間した位置に配置され、所定の抵抗値を有するＥＭＩ低減用導体と、
を備えることを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記ＥＭＩ低減用導体は、炭素皮膜、炭素粉と樹脂を混合し固形化したソリッド、金属皮膜、酸化金属皮膜のいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記ＥＭＩ低減用導体の厚さは３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
【請求項４】
前記ＥＭＩ低減用導体の幅は１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
【請求項５】
前記ＥＭＩ低減用導体は、前記電源プレーンおよび前記接地プレーンの間で、当該ＥＭＩ低減用導体に流れる電流が極大となる共振位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
【請求項６】
前記ＥＭＩ低減用導体は、前記電源プレーンの幅の１／２の位置に形成されることを特徴とする請求項５に記載の多層配線基板。
【請求項７】
前記ＥＭＩ低減用導体は、前記電源プレーンの幅の１／４の位置に形成されることを特徴とする請求項５に記載の多層配線基板。
【請求項８】
前記ＥＭＩ低減用導体は、当該ＥＭＩ低減用導体に流れる電流が極大となる全ての共振位置に配置されることを特徴とする請求項５に記載の多層配線基板。
【請求項９】
前記ＥＭＩ低減用導体は、その表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
【請求項１０】
前記ＥＭＩ低減用導体は、抵抗を介して接地プレーンに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
【請求項１１】
多層配線基板において、電源電圧を供給する電源プレーンおよび接地電圧を供給する接地プレーンの間で、前記電源プレーンおよび前記接地プレーンから離間した位置に、所定の抵抗値を有する導体であるＥＭＩ低減用導体を配置することを特徴とするＥＭＩ低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＭＩに対処した多層配線基板、およびＥＭＩ低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線基板は、電子機器の回路が形成された部材であり、ガラスエポキシ、セラミックス等の絶縁層の表面に銅箔を張り合わせた後、銅箔をエッチングする等により回路を形成したものである。プリント配線基板からは電磁波が発生しており、この電磁波が人体や他の電子機器等に悪影響を与えるＥＭＩ（Electro Magnetic Interference：電磁波干渉）として問題になっている。
【０００３】
従来より用いられているＥＭＩ対策方法の一つに、多層配線基板にバイパスコンデンサを搭載する方法がある。しかし、このＥＭＩ対策方法では、多層プリント配線基板１の設計時にバイパスコンデンサの配置位置を決定する必要があるため、多層プリント配線基板１の設計が困難となってしまう。また、バイパスコンデンサがあるだけ多層プリント配線基板１の電気部品が多くなってしまい、多層プリント配線基板１の製造コストが増大してしまう。
【０００４】
また、従来文献（特許文献１）には、別のＥＭＩ対策方法を採用した多層配線基板の一例が示されている。この多層配線基板は、接地電圧供給導電層上に絶縁層を介して電源電圧供給導電層が形成されており、その電源電圧供給導電層の表面に、損失物質層が付着されている。これにより、同相モード・ノイズに対応する高周波電流成分の大部分が表皮効果により損失物質層中を流れて減衰して同相モード・ノイズを抑制する。
【特許文献１】特公平８−３１７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来文献を一例として様々なＥＭＩ低減方法が提案されているが、さらにＥＭＩを低減する要求がある。また、ＥＭＩの低減に際して、多層配線基板の複雑化を防止して、多層配線基板の製造を容易にしたり低コストとする要求がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、多層配線基板を複雑化することなく、ＥＭＩを低減することが可能な多層配線基板およびＥＭＩ低減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】
【０００７】
上述した目的を達成するために、本発明の多層配線基板は、電源電圧を供給する電源プレーンと、接地電圧を供給する接地プレーンと、前記電源プレーンおよび前記接地プレーンの間で、前記電源プレーンおよび前記接地プレーンから離間した位置に配置された、所定の抵抗値を有するＥＭＩ低減用導体と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のＥＭＩ低減方法は、多層配線基板において、電源電圧を供給する電源プレーンおよび接地電圧を供給する接地プレーンの間で、電源プレーンおよび接地プレーンから離間した位置に、所定の抵抗値を有する導体であるＥＭＩ低減用導体を配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、多層配線基板を複雑化することなく、ＥＭＩを低減することが可能な多層配線基板およびＥＭＩ低減方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る多層プリント配線基板１の断面図である。多層プリント配線基板１は、複数の配線層を積層して形成されている。多層プリント配線基板１は、電源電圧ＶＣＣを供給する電源電圧供給層である電源プレーン１０と、接地電圧ＧＮＤを供給する接地電圧供給層である接地プレーン２０と、を含んでいる。電源プレーン１０および接地プレーン２０は、図１の紙面に垂直な方向に広がりを持つ平板上の電極であり、所定間隔をあけて互いに平行に形成されている。電源プレーン１０および接地プレーン２０の間には絶縁層４０が存在し、電源プレーン１０および接地プレーン２０は互いに絶縁されている。
【００１２】
絶縁層４０には、抵抗値の高い導電体であるＥＭＩ低減用導体３０が配設されている。ＥＭＩ低減用導体３０は、断面矩形形状であり、電源プレーンのほぼ中央の直下を、図１の紙面に垂直に延びている。ＥＭＩ低減用導体３０は、多層プリント配線基板１に形成される他の銅線パターンと同様な方法で形成すればよい。なお、以降の説明において、ＥＭＩ低減用導体３０の上下方向（電源プレーン１０に対して垂直方向）の寸法を「パターン厚さ」と呼び、ＥＭＩ低減用導体３０の左右方向（電源プレーン１０に対して平行方向）の寸法を「パターン幅」と呼ぶ。また、ＥＭＩ低減用導体３０の電源プレーン１０からの深さを「パターン深さ」と呼ぶ。
【００１３】
図２は、多層プリント配線基板１の電源プレーン１０、接地プレーン２０、およびＥＭＩ低減用導体３０を抽出して、これらの配置関係を示す斜視図である。電源プレーン１０は、多層プリント配線基板１に垂直な方向から見ると、矩形形状を有している。接地プレーン２０は、多層プリント配線基板１に垂直な方向から見ると、電源プレーン１０よりも大きな矩形形状を有している。ＥＭＩ低減用導体３０は、直線的に延びる帯状の形状を有しており、電源プレーン１０および接地プレーン２０から離間した位置を、電源プレーン１０のほぼ中央に沿って延びている。
【００１４】
本実施形態では、電源プレーン１０および接地プレーン２０の間にＥＭＩ低減用導体３０を配置したため、ＥＭＩを抑制することができるとともに、電源プレーン１０の電源電圧の揺れを防止することができる効果がある。すなわち、ＥＭＩ低減用導体３０に流れる電流が顕著に大きくなる共振位置にＥＭＩ低減用導体３０を配置することにより、ＥＭＩを引き起こす共振エネルギーがＥＭＩ低減用導体３０で電流として消費され、ＥＭＩ低減用導体３０において熱エネルギーに変換される。このため、ＥＭＩが抑制されるとともに、電源プレーン１０の電源電圧の揺れが防止される。この効果について、図３〜図１０を参照して、より詳しく説明する。
【００１５】
図３は、ＥＭＩの周波数に対するＥＭＩの強度Ｍｅｇを示すグラフである。０．９ＧＨｚ付近、１．４ＧＨｚ付近、１．７ＧＨｚ付近において共振が発生しており、電源プレーン１０および接地プレーン２０の間にＥＭＩ低減用導体３０が配置されない場合には、ＥＭＩの強度は非常に強くなっている。一方、電源プレーン１０および接地プレーン２０の間にＥＭＩ低減用導体３０が配置された場合には、ＥＭＩ低減用導体３０の電気伝導率が５．８×１０７Ｓ／ｍ、５．８×１０６Ｓ／ｍ、５．８×１０５Ｓ／ｍ、５．８×１０４Ｓ／ｍと低下するほど、言い換えれば、電気抵抗率が上昇するほど、ＥＭＩの強度が弱くなっている。すなわち、電源プレーン１０および接地プレーン２０の間にＥＭＩ低減用導体３０を配置した場合には、電気抵抗率の大きなＥＭＩ低減用導体３０において共振エネルギーが熱エネルギーに変換され、多層プリント配線基板１から放射されるＥＭＩを低減することができる。
【００１６】
上述したようにＥＭＩを低減するためには、ＥＭＩ低減用導体３０の材料を選択することにより、ＥＭＩ低減用導体３０の電気抵抗率を大きくすればよい。例えば、ＥＭＩ低減用導体３０の材料として、上述した銅の他に、炭素被膜（カーボン）、炭素粉と樹脂を混合して固形化したソリッド、金属皮膜（例えば、Ｎｉ‐Ｃｒなど）、酸化金属皮膜（例えば、酸化金属など）等を採用することができる。
【００１７】
また、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン厚さを薄くすることにより、ＥＭＩ低減用導体３０の電気抵抗率を大きくしてもよい。図４では、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン厚さが５μｍ、１０μｍ、３５μｍに変化させて、ＥＭＩの強度を計測している。ＥＭＩ低減用導体３０のパターン厚さが薄くなるほど、ＥＭＩ低減用導体３０の電気抵抗は大きくなるため、電気抵抗率の大きなＥＭＩ低減用導体３０において共振エネルギーが熱エネルギーに変換され、多層プリント配線基板１から放射されるＥＭＩを低減する効果が大きくなっている。なお、図４では、電源プレーン１０から接地プレーン２０までの離間距離が２００μｍであるところ、ＥＭＩ低減用導体３０をパターン深さ１００μｍの位置に配置して、ＥＭＩの強度を計測している。
【００１８】
図５は、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン厚さに対するＥＭＩの強度を示すグラフであり、図６は、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン厚さに対するＥＭＩの強度およびＥＭＩ低減効果を示す一覧表である。図５および図６に示されるように、電源プレーン１０および接地プレーン２０の間にＥＭＩ低減用導体３０が配置されない場合には、ＥＭＩの強度は−６．７ｄＢ程度である。これに対して、電源プレーン１０および接地プレーン２０の間にＥＭＩ低減用導体３０が配置された場合には、ＥＭＩの強度は大幅に低減されている。特に、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン厚さが３０μｍ以下の場合には、ＥＭＩの強度は−２ｄＢ以上となり、ＥＭＩの大幅な低減効果が安定して得られている。よって、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン厚さは、３０μｍ以下とすることが好ましい。さらに、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン厚は、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、５μｍ以下と薄くするほどＥＭＩの低減効果が大きくなるため好ましい。
【００１９】
図７では、多層プリント配線基板１の内部でＥＭＩ低減用導体３０が配置されるパターン深さを変化させて、ＥＭＩの強度を計測している。より具体的に説明すると、電源プレーン１０から接地プレーン２０までの離間距離が２００μｍであるところ、ＥＭＩ低減用導体３０を電源プレーン１０から１０μｍのパターン深さに配置した場合、ＥＭＩ低減用導体３０を電源プレーン１０から１００μｍのパターン深さに配置した場合、ＥＭＩ低減用導体３０を電源プレーン１０から１９０μｍのパターン深さに配置した場合に関してＥＭＩの強度を計測している。いずれの結果もＥＭＩの強度はほぼ同程度であり、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン深さによってＥＭＩの低減効果は殆ど変わらないことが理解できる。
【００２０】
図８では、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン幅を５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍに変化させて、ＥＭＩの強度を計測している。図９は、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン幅に対するＥＭＩの強度を示すグラフであり、図１０は、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン幅に対するＥＭＩの強度およびＥＭＩ低減効果を示す一覧表である。図９および図１０に示されるように、電源プレーン１０および接地プレーン２０の間にＥＭＩ低減用導体３０が配置されない場合には、ＥＭＩの強度は−６．７ｄＢ程度である。これに対して、電源プレーン１０および接地プレーン２０の間にＥＭＩ低減用導体３０が配置された場合には、ＥＭＩが大幅に低減されている。特に、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン幅が１０ｍｍ以上の場合には、ＥＭＩの強度は−２ｄＢ以上となり、ＥＭＩの大幅な低減効果が安定して得られている。よって、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン幅は、１０ｍｍ以上とすることが好ましい。さらに、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン幅は、１５ｍｍ以上、２０ｍｍ以上、２５ｍｍ以上、３０ｍｍ以上と大きくするほどＥＭＩの低減効果が大きくなるため好ましい。
【００２１】
図１１には、本実施形態の応用例に係る多層プリント配線基板１を示す図である。図１１では、多層プリント配線基板１を上から見た場合の、電源プレーン１０、接地プレーン２０およびＥＭＩ低減用導体３０の配置関係が示されている。ＥＭＩ低減用導体３０は、全ての共振モードに対処するように、全ての共振モードで電流が大きくなる共振位置に配置されている。より詳しく説明すると、（１，０）モードに対処するために電源プレーン１０の横幅の１／２の位置に直線状の導電体パターン３０ａが配置され、（２，０）モードに対処するために電源プレーン１０の横幅の１／４，３／４の位置に直線状の導電体パターン３０ｂ，３０ｃが配置されている。また、（０，１）モードおよび（１，１）モードに対処するために電源プレーン１０の縦幅の１／２の位置に直線状の導電体パターン３０ｄが配置されている。
【００２２】
図１２には、上記の応用例に係るＥＭＩ低減用導体３０が配置された場合のＥＭＩの強度が示されている。図１２では、上記の応用例の場合のＥＭＩ強度（理想的な形状）を、ＥＭＩ低減用導体が設けられない場合のＥＭＩ強度（導電体無し）および導電体パターン３０ａのみが設けられた場合のＥＭＩ強度（縦５ｍｍのみ）と比較している。上記の応用例に係るＥＭＩ低減用導体３０が配置された場合には、１本の導電体パターン３０ａのみが配置された場合と比較して、全てのＥＭＩ周波数範囲にわたってＥＭＩの強度が大幅に低減されている。なお、電源プレーン１０および接地プレーン２０の形状に応じて共振モードの位置は変化するが、電源プレーン１０および接地プレーン２０の形状が矩形でない場合には、データベース１０の直下において共振エネルギーが大きくなる位置を探し、その位置にＥＭＩ低減用導体３０を配置すればよい。
【００２３】
上述した応用例では、所定周波数（例えば２ＧＨｚ）以下の共振モードを対処する必要があるものと見做して、所定周波数以下の全ての共振モードに対処するように導電体パターン３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを配置している。より詳しく説明すると、電源プレーン１０の横幅が７．５ｃｍより大きく、電源プレーン１０の横幅の１／２、１／４、３／４の位置で発生する共振モードが２ＧＨｚ以下となるため、導電体パターン３０ａ，３０ｂ，３０ｃを配置している。また、電源プレーン１０の縦幅が７．５ｃｍより小さく、電源プレーン１０の縦幅の１／２の位置で発生する共振モードが２ＧＨｚ以下となるため、導電体パターン３０ｄを配置している。一方、電源プレーン１０の縦幅が７．５ｃｍより小さく、電源プレーン１０の縦幅の１／４、３／４の位置で発生する共振モードが２ＧＨｚ以上となるため、電源プレーン１０の縦幅の１／４、３／４の位置には導電体パターン３０ｄを配置していない。但し、電源プレーン１０の縦幅が７．５ｃｍより大きい場合には、電源プレーン１０の縦幅の１／４、３／４の位置で発生する共振モードについても２ＧＨｚ以下となるため、電源プレーン１０の縦幅の１／４、３／４の位置にも導電体パターンを配置する必要が生じる。
【００２４】
本実施形態の多層プリント配線基板１によれば、電源プレーン１０および接地プレーン２０の間にＥＭＩ低減用導体３０が配置されているため、多層プリント配線基板１を複雑化することなくＥＭＩを抑制することができる。例えば、従来技術のＥＭＩ対処方法のように多層プリント配線基板１にバイパスコンデンサを配置した場合には、多層プリント配線基板１の設計時にバイパスコンデンサの配置位置を決定する必要があるため、多層プリント配線基板１の設計が困難となってしまう。また、バイパスコンデンサがあるだけ多層プリント配線基板１の電気部品が多くなってしまい、多層プリント配線基板１の製造コストが増大してしまう。
【００２５】
これに対して、本実施形態の多層プリント配線基板１では、電源プレーン１０および接地プレーン２０の間にＥＭＩ低減用導体３０を配置するのみであるため、多層プリント配線基板１の設計が容易となっている。すなわち、多層プリント配線基板１の設計時に共振エネルギーが大きくなる位置を探し、さらに他の配線パターン等が形成されないパターン深さを探して、その位置にＥＭＩ低減用導体３０を配置するように設計すればよい。また、多層プリント配線基板１の内部にＥＭＩ低減用導体３０を形成すればよいだけであるため、多層プリント配線基板１の構造が容易であり、製造コストを抑制することができる。特に、ＥＭＩ低減用導体３０の材質を銅として、他の配線パターンを形成するのと同時にＥＭＩ低減用導体３０を形成すれば、ＥＭＩ低減用導体３０の製造を顕著に容易化することができる。
【００２６】
なお、上述した実施形態のＥＭＩ低減用導体３０は、電源電圧の揺れが生じやすい電源プレーン１０のために配置することが好ましい。例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ノースブリッジ、サウスブリッジなどの電源電圧を多く必要とするＩＣに繋がる電源プレーン１０のために配置することが好ましい。
【００２７】
なお、上述した実施形態では、ＥＭＩ低減用導体３０の電気抵抗を大きくするための一方法として、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン圧を薄くすることが提案されている。但し、このようにＥＭＩ低減用導体３０のパターン圧を薄くするのに代えて、ＥＭＩ低減用導体３０の表面に凹凸を設けてもよい。このようなＥＭＩ低減用導体３０の表面に凹凸を設けることにより、ＥＭＩ低減用導体３０の表面に電流が流れる表皮効果が発生するため、表皮効果によりＥＭＩを低減することができる。なお、ＥＭＩ低減用導体３０の表面に凹凸を設けるために、ＥＭＩ低減用導体３０を特殊な製造方法で製造してもよいが、単に通常どおりにＥＭＩ低減用導体３０となるパターンを形成するだけでも、ＥＭＩ低減用導体３０の表面に微小な凹凸を形成することができる。
【００２８】
なお、上述した実施形態では、ＥＭＩ低減用導体３０の電気抵抗率を大きくしたり、ＥＭＩ低減用導体３０のパターン圧を薄くすることで、ＥＭＩ低減用導体３０の電気抵抗を大きくしている。但し、このようにＥＭＩ低減用導体３０の電気抵抗を大きくするのに代えて、ＥＭＩ低減用導体３０と接地プレーン２０とを抵抗を介して接続してもよい。これにより、ＥＭＩ低減用導体３０の抵抗が小さく共振エネルギーが熱エネルギーに変換できない場合であっても、ＥＭＩ低減用導体３０により吸収されたＥＭＩは抵抗により消費されるため、電源プレーン１０および接地プレーン２０の間で発生するＥＭＩを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係る多層プリント配線基板の断面図である。
【図２】電源プレーン、接地プレーンおよびＥＭＩ低減用導体の配置関係を示す斜視図である。
【図３】電気伝導率を変化させた場合のＥＭＩ強度を示すグラフである。
【図４】パターン厚さを変化させた場合のＥＭＩ強度を示すグラフである。
【図５】パターン厚さを変化させた場合のＥＭＩ強度を示すグラフである。
【図６】パターン厚さを変化させた場合のＥＭＩ強度を示す一覧表である。
【図７】パターン深さを変化させた場合のＥＭＩ強度を示すグラフである。
【図８】パターン幅を変化させた場合のＥＭＩ強度を示すグラフである。
【図９】パターン幅を変化させた場合のＥＭＩ強度を示すグラフである。
【図１０】パターン幅を変化させた場合のＥＭＩ強度を示す一覧表である。
【図１１】本実施形態の応用例に係る多層プリント配線基板を示す図である。
【図１２】本実施形態の応用例におけるＥＭＩ強度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１…多層プリント配線基板、１０…電源プレーン、２０…グランドプレーン、３０…ＥＭＩ低減用導体、４０…絶縁層。
【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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