(57)【要約】【課題】  ＩＣの入力ピンと接続されたノイズ影響を受ける配線に対して、侵入口となるコネクタから離して配置したり、高周波フィルタ回路やノイズ抑制素子を構成する手法によっては、基板面積の増加やコスト増加の問題を引き起こす。また、半導体集積回路素子内にコンデンサと抵抗からなる高周波ノイズカット回路を形成することによっては、コスト増加の問題を引き起こす。【解決手段】  コネクタと、複数のＩＣと、グラウンド層と、前記グラウンド層と電気的に接続されたグラウンドピンと、前記複数のＩＣを接続し、前記コネクタまたは前記グラウンドピンを中心とした円弧状に配置されている信号配線と、備える回路基板である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コネクタと、
複数のＩＣと、
グラウンド層と、
前記グラウンド層と電気的に接続されたグラウンドピンと、
前記複数のＩＣを接続し、前記コネクタまたは前記グラウンドピンを中心とした円弧状に配置されている信号配線と、
を備える回路基板。
【請求項２】
請求項１記載の回路基板であって、
前記信号配線は、前記コネクタまたは前記グラウンドピンから概略等距離の位置に配置されていることを特徴とする回路基板。
【請求項３】
請求項１記載の回路基板であって、
前記信号配線は、複数の短直線の配線を接続して形成したものであることを特徴とする回路基板。
【請求項４】
請求項３記載の回路基板であって、
前記複数の短直線の配線は、概略同じ長さであることを特徴とする回路基板。
【請求項５】
請求項３または４に記載の回路基板であって、
前記コネクタまたは前記グラウンドピンと前記複数の短直線の配線の端部までの距離は概略同じであることを特徴とする回路基板。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の回路基板において、
前記グラウンドピンは前記コネクタに配置されていることを特徴とする回路基板。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の回路基板において、
前記コネクタはコネクタピンを複数個備えており、
前記信号配線は、前記複数のコネクタピンのそれぞれを中心とする複数の円弧状の配線であることを特徴とする回路基板。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の回路基板において、
前記コネクタはコネクタピンを複数個備えており、
前記信号配線は、前記複数のコネクタピンの重心位置を中心とする円弧状の配線であることを特徴とする回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＮＤ線（グランドライン）から流入するノイズ低減および基板面積の低下を実現する回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型化、高密度化に伴い、電子回路に搭載されるＩＣにおいては、微細化や高速、低電力化が進み、静電気放電時に印加される静電ノイズへの耐性が低下し、静電ノイズ起因による回路の誤動作がより大きな問題となっている。この問題に対して、例えば特許文献１（特開２００６−３５０２４３号）には、「液晶パネルとメイン基板とを接続する、液晶パネルへの信号伝送用の液晶フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）のＧＮＤ線の途中にＧＮＤ端子を形成する。この液晶ＦＰＣを折り返して前記ＧＮＤ端子を、液晶パネル等を収納する金属フレームに接続する。これにより、液晶パネルの液晶駆動用ドライバ等のＧＮＤの強化を図ることを実現する表示装置」（要約）が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２（特開平１０−３２６８６８号）には、「半導体集積回路素子内に形成されるコンデンサと抵抗からなる高周波ノイズカット回路を形成し、この高周波ノイズカット回路によりパッドからの信号ラインに生じる静電気ノイズを低減する半導体装置」（要約）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３５０２４３号
【特許文献２】特開平１０−３２６８６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された表示装置によっては、ＧＮＤ強化により、静電気放電時、コネクタ等より印加された静電ノイズを低インピーダンスの筐体側へと逃がすことで、回路基板内への侵入抑制を行うことが可能となるが、一部のノイズについて基板内に侵入、ＩＣへと伝播するため、コネクタに印加されるノイズレベルによっては、回路の誤動作を引き起こす。このためＩＣの入力ピンと接続されたノイズ影響を受ける配線に対して、侵入口となるコネクタから離して配置したり、高周波フィルタ回路やノイズ抑制素子を構成する手法を併用し、誤動作を防いでいるのが一般的である。しかし回路の追加構成やノイズ抑制素子の追加に伴い、基板面積の増加やコスト増加の問題を引き起こしている。
一方、特許文献２に開示された半導体装置は、実装面積の追加に対して半導体集積回路素子内にコンデンサと抵抗からなる高周波ノイズカット回路を形成し、基板面積の増加を抑制しているが、これにより更なるコスト増加の問題を引き起こしている。
【０００６】
そこで本発明の目的は、回路基板においてコネクタ等のＧＮＤラインと接続された部位よりノイズが印加されたときに、信号配線（信号ライン）と結合し伝播してＩＣへ到達するノイズを低減することを、より少ない基板面積において実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げる。
（１）コネクタと、複数のＩＣと、グラウンド層と、前記グラウンド層と電気的に接続されたグラウンドピンと、前記複数のＩＣを接続し、前記コネクタまたは前記グラウンドピンを中心とした円弧状に配置されている信号配線と、備える回路基板である。
【発明の効果】
【０００８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【０００９】
本発明の代表的な実施の形態によれば、より少ない基板面積においてノイズを低減させた回路基板を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１における回路基板の構成例を示す図
【図２】本発明の実施例２における回路基板の構成例を示す図
【図３】直線信号配線が構成された回路基板におけるノイズ伝播状況の模式図
【図４】本発明の実施例１における基板実測による効果を示す図
【図５】本発明の実施例３における回路基板の構成例を示す図
【図６】本発明の実施例４における回路基板の構成例を示す図
【図７】本発明の実施例５における回路基板の構成例を示す図
【図８】本発明の実施例６における回路基板の構成例を示す図
【図９】本発明の回路基板における設計ルールチェッカのフローチャートを示す図
【図１０】図１の回路基板の側面図を示す図
【図１１】図３の従来の回路基板の拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００１２】
以下では、本発明の実施の形態１である回路基板について説明する。図１は本実施の形態の回路基板の構成例を示す図である。
【００１３】
回路基板１は、コネクタ５とＧＮＤ層とＩＣ１（３）・ＩＣ２（４）と信号配線２とＩＣ３（７）と信号配線６とを備えて構成される。
ここで、コネクタ５は、ＧＮＤ層と電気的に接続されており、ノイズを印加する元となるものであり、回路基板１と接続されている。図１では、回路基板１の一の辺に沿って配置されているが、回路基板１の面の中央部分または角部分に配置されていても良い。
ＩＣ１（３）、ＩＣ２（４）は、回路基板１上に配置されており、信号配線２により接続されている。ここでは、例えばＩＣ１（３）は信号を送信する送信端、ＩＣ２（４）は信号を受信する受信端として機能する。
信号配線２はＩＣ１（３）とＩＣ２（４）とを接続する配線であり、コネクタ５から信号配線２までの距離が等間隔となるようにコネクタ５を中心として円弧状に配置されている。
信号配線６は、ＩＣ２（４）とＩＣ３（７）とを接続する配線であり、ＩＣ３（７）は信号配線６により電気的に接続されている。
【００１４】
図１０は、図１で示す本発明の実施例１における回路基板の側面図である。回路基板１の底面にはＧＮＤ層が形成されており、ＧＮＤ層の上に酸化膜層（誘電体層）を挟んで信号配線２やＩＣ１（３）、ＩＣ２（４）、コネクタ５、ＧＮＤピン１３などが形成されている。ここで、ＧＮＤピン１３はＧＮＤ層と電気的に接続されている。
【００１５】
回路基板１において、基板上に実装されたＩＣ１（３）とＩＣ２（４）とは、基板上に実装されたコネクタ５に対し、コネクタ５またはコネクタピン（ＧＮＤピン）１３位置を中心とし、これらより等距離となる円弧状に構成された信号配線２により接続される。コネクタ５またはコネクタピン１３位置から信号配線２までの距離が等距離であることによって、静電ノイズ印加時にＩＣに到達するノイズを低減することができる。
【００１６】
図３は、従来の回路基板である、直線信号配線が構成された回路基板におけるノイズ伝播状況の模式図を示す。また、図１１は、図３の従来の回路基板の拡大図である。
ＧＮＤパッド１２を位置ａ、信号配線１１の中心位置を中心部ｂ、信号配線１１の端部（ＩＣ１（３）およびＩＣ２（４））を端部ｃと呼び、信号配線１１の各区間を各微小区間と呼ぶこととする。
基板実装コネクタのＧＮＤピンを想定したＧＮＤパッド１２（ａ）よりノイズパルスが印加されたとき、信号配線１１の各微小区間では、回路基板１のＧＮＤ層との間の容量成分により容量結合し、ノイズ電圧の時間微分と前述の容量の積とで示されるノイズ電流が各微小区間に流入する。各微小区間にて結合し流入するノイズの大きさは、印加、侵入口となるＧＮＤパッド１２と各微小区間との距離と相関を有するため、ＧＮＤパッド１２との距離が最短となる信号配線１１の中心部（ｂ）では、最小経過時間ｔ１（印加されたノイズパルスがＧＮＤパッド１２から信号配線１１の中心部（ｂ）まで流れる時間）後に、最大ピークレベルＰ１にて結合する。本結合により信号配線１１の中心部（ｂ）に流入したノイズは、信号配線１１上の伝播時間ｔ２（印加されたノイズパルスが信号配線１１の中心部ｂから信号配線１１の端部（ＩＣ１（３）またはＩＣ２（４））まで流れる時間）経過後、配線端部に到達するため、ＩＣ２（４）にはＧＮＤパッド１２（ａ）にノイズが印加された時刻より（ｔ１＋ｔ２）経過後に到達する。
【００１７】
ノイズは原則として直線的に伝搬するため、信号配線１１の端部ｃに対しては、ＧＮＤパッド１２（位置ａ）から直線的に伝搬することになる。ＧＮＤパッド１２から信号配線１１までの直線距離は、信号配線１１の端部ｃにおいて最長となるため、最大経過時間ｔ３後に最小ピークレベルＰ２にて信号配線１１の端部ｃにて容量結合する。本結合により流入したノイズは既に信号配線１１の端部ｃにあり信号配線１１上を伝播しないため、直後にＩＣ２（４）に到達する。
信号配線１１端部ｃへと到達するノイズは、ＧＮＤパッド１２から流入して信号配線１１の各微小区間を経由してＩＣ２（４）に最大時間ｔ１＋ｔ２で到達するノイズと、ＧＮＤパッド１２から端部ｃに直線的に伝搬して時間ｔ３で到達するノイズとの到達するノイズの総和となり、ＩＣ２（４）では、はピークレベルＰ２、波形幅は最小でもt=ｔ１＋ｔ２−ｔ３を有することとなる。
【００１８】
これに対し本発明による円弧状の配線２は、コネクタ５またはコネクタピン１３位置との距離が等しいため、各微小区間において結合し流入するノイズは、印加されたノイズパルスがコネクタ５またはコネクタピン位置から配線２の各微小区間位置に到達するまでの同一経過時間ｔ１、同一ピークレベルＰ１にて結合することになる。これによりノイズ流入時には信号配線は同一位相で励起されることになり、配線上の電位差は０となるため、図３に示した従来の回路基板のように、ＩＣ１（３）やＩＣ２（４）にノイズが流入することがない。よってＩＣ１（３）、ＩＣ２（４）に到達されるノイズは配線端部付近の微小区間にて結合したノイズのみとなり、直線に構成した信号配線に対しピークレベルを同一程度にし、波形幅については大幅な低減をすることが可能となる。
【００１９】
図４は、本発明の実施例１における基板実測による効果を示す図である。本基板実測では、回路基板１の中心部にコネクタのＧＮＤピンを想定したＧＮＤスルーホールを構成した。配線距離（ＧＮＤスルーホールから信号配線の中心部までの距離）は３０ｍｍ、配線長は（信号配線の長さ）１００ｍｍである。当該条件にて、特性インピーダンス値５０Ωを有する直線配線または円弧配線のいずれかを構成したＦＲ４基板に対し、静電ノイズを模擬したステップパルスを印加し、配線端部にてノイズ波形を計測した。計測されたノイズ波形を図４に示す。
直線配線を構成した基板では、ステップパルス印加時により波形幅２５０ｐｓ前後のノイズ波形が観測されている。これに対し本発明の実施形態である円弧配線を構成した基板では、ピークレベル０．５ｍＶ、波形幅５０ｐｓのノイズ波形となった。直線配線に対しノイズのピークレベルは同程度であり、波形幅については直線配線に対して円弧配線にした場合で約１／５に低減する効果が得られている。
【００２０】
次に本発明に基づく円弧配線形状と、一般的な直線配線形状を適用したときの基板占有面積について比較する。静電ノイズの印加、侵入点となるコネクタ及びコネクタピン位置と信号配線との距離ｒを３０ｍｍ、ＩＣ１（３）、ＩＣ２（４）間を接続する配線長lを１００ｍｍとした。当該条件において、直線配線形状の場合に実装に必要な基板占有面積８は、Ｓ＝ｒ×ｌ＝３０×１００＝３０００ｍｍ２であるのに対し、円弧配線形状の場合に必要な基板占有面積９は、Ｓ＝πｒ２×（ｌ／２πｒ）＝５０×３０＝１５００ｍｍ２となり、円弧配線形状の場合は直線配線形状の場合に比べて約半分の面積にて実装可能となる。誤動作対策として、前述の占有面積エリアに対し回路構成を制限する実装制約が行われる際、円弧配線形状では直線配線形状に対してより小さい基板面積にて回路を構成することが可能となる。
【実施例２】
【００２１】
図２は、本発明の実施例２における回路基板の構成例を示す図である。
回路基板1において、基板上に実装されたＩＣ１（３）とＩＣ２（４）とを接続する信号配線１０は、等長の短直線を複数本用いることにより構成されている。ここで、信号配線１０は、等長の短直線の各交点を接続することにより構成し、コネクタまたはコネクタピン位置から等長の短直線の各交点までの距離が概略等距離になるように構成される。
各短直線においては、コネクタ５またはコネクタピンからの距離は微妙に異なるが、コネクタ５またはコネクタピンからの距離に対して十分に短い長さの短直線を用いて信号配線１０を構成することで、図１に示したような円弧状配線を近似することが可能となり、短直線配線であっても円弧状の配線を用いた場合と同様の効果を奏することが可能となる。このとき、円弧配線に準ずる効果を発生させるため、実装制約等の許す限り短直線配線を細分化することが望ましい。
【実施例３】
【００２２】
図５は、本発明の実施例３における回路基板の構成例を示す図である。
回路基板１において静電ノイズの印加、侵入口であるコネクタ５のＧＮＤピン１３が複数個存在する場合には、各ＧＮＤピン１３位置より等距離となる円弧状配線を各々構成し、構成した複数の円弧状配線を結合した配線形状を有する信号配線２によりＩＣ１（３）とＩＣ２（４）とを接続する実施形態とする。
【実施例４】
【００２３】
図６は、本発明の実施例４における回路基板の構成例を示す図である。
回路基板1において静電ノイズの印加、侵入口であるコネクタ５のＧＮＤピン１３が２点存在し、２つのＧＮＤピン１３間の距離が信号配線までの距離より短い場合には、両ＧＮＤピン１３間については等距離となる直線配線を構成し、ＧＮＤピン１３間の外側の部分については、両ＧＮＤピン１３位置より等距離となる円弧状配線を各々構成し、直線配線と複数個の円弧状配線とを接続した配線形状を有する信号配線２により、ＩＣ１（３）とＩＣ２（４）を接続する実施形態とする。
【実施例５】
【００２４】
図７は本発明の実施例５における回路基板の構成例を示す図である。
回路基板１において静電ノイズの印加、侵入口であるコネクタ５のＧＮＤピン１３が複数点存在し、かつ、主要パスとなるＧＮＤピン１３を１点に選定することができる場合、選定されたＧＮＤピン１３の位置に対し等距離となる円弧状の信号配線形状を有する信号配線２により、ＩＣ１（３）とＩＣ２（４）を接続する実施形態とする。
【実施例６】
【００２５】
図８は、本発明の実施例６における回路基板の構成例を示す図である。
回路基板１において静電ノイズの印加、侵入口であるコネクタ５のＧＮＤピン１３が複数点存在するとき、複数のＧＮＤピン１３の重心点１４の位置より等距離となる円弧状の配線形状を有する信号配線２により、ＩＣ１（３）とＩＣ２（４）を接続する実施形態とする。
【実施例７】
【００２６】
図９は本発明の回路基板の設計検証を行う設計ルールチェッカにおけるフローチャートを示す図である。
ノイズ印加、侵入口の定義として、コネクタのピンの実装先となるノードの指定を行い（ＳＴＥＰ１）、本ノードを中心とした検索範囲を指定する配線距離を設定する（ＳＴＥＰ２）。その後、検索を実施する配線層設定を行い（ＳＴＥＰ３）、上記の指定条件による配線パターンの検索を行う（ＳＴＥＰ４）。検索の結果、指定距離を満足しない配線パターンを有するときは対象配線パターンのリスト化を行い（ＳＴＥＰ５）、上記リストの出力を行い（ＳＴＥＰ６）、実行終了する（ＳＴＥＰ７）。検索の結果、指定距離を満足しない配線パターンがない場合には、未抽出結果を出力する（ＳＴＥＰ８）。このフローチャートを設計ルールチェッカに構成することにより、配線の設計段階において誤動作候補の配線パターン情報を抽出し、対策設計をすることを可能とし、開発期間短縮化を図ることができる。
【００２７】
また上記の設計ルールチェッカが包含された設計ＣＡＤツールにおいては、指定距離を満足しない配線パターンに対して、上記実施形態１から実施形態６に基づく配線形状に修正する機能を有する実施形態とする。
【符号の説明】
【００２８】
１  回路基板、２  信号配線、３  ＩＣ１、４  ＩＣ２、５  コネクタ、６  信号配線、７  ＩＣ３、８  直線配線形状による基板占有面積、９  円弧配線形状による基板占有面積、１０  短直線、１１  信号配線、１２  ＧＮＤパッド、１３  ＧＮＤピン、１４  重心点
【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】
2012134330.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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