(57)【要約】【課題】  回路基板において、より低コストにて静電ノイズ印加時の配線に伝播し、ＩＣに到達するノイズを低減する回路基板を提供すること【解決手段】  回路基板において、ノイズ侵入口となる基板端外周部に対して各信号配線層に角リング状のＧＮＤパターンを構成し、前述のＧＮＤパターンに対し、複数点のＧＮＤビアを介して基板ＧＮＤと電気的に接続する構造とすることにより、基板端にて回折し層間絶縁膜に侵入する電磁ノイズを低減することを特徴とする回路基板。【選択図】図１
2013254759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板であって、
前記回路基板の上下層を構成する基板ＧＮＤと、
前記回路基板の内部層に設けられた信号配線と、
前記信号配線が形成された層に設けられたＧＮＤパターンと、
前記回路基板の上下層の前記基板ＧＮＤ間を接続するＧＮＤビアと、を有し、
前記ＧＮＤパターンは前記ＧＮＤビアを介して前記基板ＧＮＤと電気的に接続されたことを特徴とする回路基板。
【請求項２】
請求項１に記載の回路基板であって、
前記ＧＮＤパターンは、前記信号配線の周囲を覆うリング形状を有していることを特徴とする回路基板。
【請求項３】
請求項２に記載の回路基板であって、
前記ＧＮＤパターンは、前記回路基板の端部外周に沿う形状を有し、前記回路基板の端部外周に配置されたことを特徴とする回路基板。
【請求項４】
請求項１に記載の回路基板であって、
前記回路基板は外部機器と接続するコネクタを有し、
前記コネクタの配置位置に最も近接している前記回路基板の端面において、端面側の全辺長を包含する前記ＧＮＤパターンを設けたことを特徴とする回路基板。
【請求項５】
請求項４に記載の回路基板であって、
前記回路基板は外部機器接続するコネクタを有し、
前記コネクタの配置位置に最も近接している基板端面と直交する２端面において全辺長を包含する前記ＧＮＤパターンを設けたことを特徴とする回路基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路基板であって、
前記ＧＮＤビアを複数設け、複数のＧＮＤビアを千鳥状に配置したことを特徴とする回路基板。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の回路基板を搭載したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板及び回路基板が搭載された電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２００６−３５０２４３号公報（特許文献１）がある。この公報には、「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）４０のＧＮＤ線４１、４２の途中（金属フレーム３２の近く）にＧＮＤ端子４１Ａ、４２Ｂを形成する。この液晶ＦＰＣ４０を折り返して前記ＧＮＤ端子４１Ａ、４２Ｂを、液晶パネル等を収納する金属フレーム３２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（インピーダンスを低くする）ようにしている。」と記載されている。（要約参照）
また、特開平１０−３２６８６８号公報（特許文献２）がある。この公報には、「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。また、多層メタルまたは多結晶シリコンによって信号ライン、電源ライン、トランジスタ等を覆うことにより、容量（コンデンサ）Ｃを持たせることにより、静電気ノイズによる内部変動を均一化するとともに、電磁ノイズから守ることで誤動作を防ぐ。」と記載されている。（要約参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３５０２４３号公報
【特許文献２】特開平１０  −３２６８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の電子機器の小型化、高密度化や、高速化、高機能化に伴い、電子回路に搭載されるＩＣにおいては、製造プロセスの微細化や高速、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ではフレシキブルプリント基板にＧＮＤ端子を設け、筐体フレームに接続することによりインピーダンスを低減し、ＧＮＤ強化することを提案している。
【０００５】
上記の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を抑制する事が可能となるが、静電気放電の一部は電磁ノイズとなり電磁波として空間を伝播する。回路基板上に搭載されたコネクタへの静電気放電などでは、発生する電磁ノイズは回路基板表面上を伝播し、基板上の信号配線と結合して誘導ノイズを発生する。上記ノイズは配線の接続先である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。
【０００６】
この誤動作の抑制方法として回路基板をストリップライン構造とし、ノイズに脆弱な配線を内層化することにより、信号配線と結合する誘導ノイズを抑制する手法がある。しかし基板表面を伝播する電磁ノイズは基板端部において回折し、ノイズの一部は回路基板内の層間絶縁膜へ侵入し、内層の信号配線に到達し、誘導ノイズを発生させる。
【０００７】
上記のノイズを抑制するためには、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、基板面積が増加する問題を引き起こしている。実装面積の追加に対して特許文献２では、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更なるコスト増加の問題を引き起こしている。
【０００８】
そこで本発明の目的は、電磁ノイズ耐性の向上を低コストで実現し、回路基板及び電子機器の動作の信頼性を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、その一例を挙げるならば、回路基板１においてノイズ侵入口となる基板端外周部に対して囲うように各信号配線層に角リング状のＧＮＤパターン６を構成し、前述のＧＮＤパターン６に対し、複数点のＧＮＤビア２を介して基板ＧＮＤ８と電気的に接続する構造とすることにより、基板端にて回折し層間絶縁膜９に侵入する電磁ノイズを低減することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電磁ノイズ耐性の向上を低コストで実現し、回路基板及び電子機器の動作の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１における回路基板構成例の図である。
【図２】本発明の実施例１における回路基板断面の図である。
【図３】内層に信号配線を含む回路基板におけるノイズ伝播状況の模式図である。
【図４】本発明の実施例１における回路基板のノイズ伝播状況の模式図である。
【図５】電磁界解析を用いて本発明の効果を検証したシミュレーション結果である。
【図６】本発明の実施例１におけるＧＮＤビア本数と誘導ノイズ電圧結果を示す図である。
【図７】本発明の実施例１における回路基板を搭載した薄型ＴＶ外観図である。
【図８】本発明の実施例１における基板構成を採用した制御基板を搭載したＨＤＤ外観図である。
【図９】本発明の実施例２における回路基板構成例の図である。
【図１０】本発明の第３の実施例における回路基板の構成例図である
【図１１】本発明の第４の実施例における回路基板の構成例図である
【図１２】本発明の第５の実施例における回路基板の構成例図である
【図１３】本発明の第６の実施例における回路基板の構成例図である
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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】
【００１３】
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り、図２は本実施の形態の回路基板の断面図である。
【００１４】
筐体４に取り付けられた回路基板１は基板内層に信号配線を有し、回路基板１の表面には外部からの信号を入力、もしくは外部へ信号を出力するためのコネクタ７が設けられている。そして、電磁波の侵入口となる基板端外周部に対しては各信号配線層に構成したリング状のＧＮＤパターン６を有している。前述の各信号配線層に構成したＧＮＤパターン６のリング形状は回路基板１の基板端外周に沿った形状を有し、複数のＧＮＤビア２を介して基板ＧＮＤ８と電気的に接続される。
【００１５】
回路基板１に構成された電源配線層９に対しては、図２に示されるようにＧＮＤビア２による電気的接続を行わず、ＧＮＤビア２に対しクリアランスを設けるパターンレイアウトとする。なおＧＮＤパターン６のリング形状は基板端外周部を囲う形状に限定されるものではない。
【００１６】
次に本発明の構成により電磁ノイズが低減される効果について説明する。
【００１７】
図３は内層に信号配線３が形成された回路基板１における、ノイズ伝播状況の模式図である。基板実装コネクタ７よりノイズが印加されると、放電ガン１１の先端周辺では電磁波が発生し、回路基板ＧＮＤ８の表面上を空間伝播する。伝播電磁波は回路基板１の基板端に到達した際、一部の電磁波は基板端にて回折し、基板内の層間絶縁膜９に電磁ノイズとして侵入する。基板構造がストリップ構造を有する場合には、侵入した電磁波は上下に構成された基板ＧＮＤ８にてシールドされるため、電磁波の強度が減衰せずに信号配線３に到達し、誘導結合によりノイズ電圧が発生する。このようにして誘導ノイズ電圧が生じると、配線上で信号波形へと重畳し信号受信回路へと伝播されるため、回路誤作動等の不具合が生じる。
【００１８】
これに対し、図４は本発明の実施例１に係る回路基板１におけるノイズ伝播状況の模式図である。本発明の実施例１では基板端外周部において、基板の断面方向に対し格子状のＧＮＤパターンを有している。ノイズ印加により発生した伝播電磁波が回路基板１の基板端に到達、回折し、基板内の層間絶縁膜９に電磁ノイズとして侵入する際、格子状のＧＮＤパターンは基板端外周部において、電気的に基板断面方向からの電磁ノイズ侵入を抑制する電磁波シールド壁として機能する。このため従来の基板構造と比較して、基板内の層間絶縁膜に侵入する電磁波強度を低減することが出来る。
【００１９】
このようにして、回路基板１の各々の基板端外周部に対し、断面方向に格子状のＧＮＤパターンを構成することにより、回路基板１に実装されたコネクタ７に対して静電気放電等による静電ノイズが印加され、発生した電磁波が基板表面上を空間伝播し、基板端において層間絶縁膜９へと回折した場合であっても、ＧＮＤパターン６によって電磁波がシールドされるため層間絶縁膜９に侵入する電磁ノイズを低減することが出来る。
【００２０】
図５は電磁界解析を用いて本発明の効果を検証したシミュレーション結果である。基板中心部にコネクタのＧＮＤピンを想定したＧＮＤビアを構成し、本ＧＮＤビアより配線距離15mm、配線長100mmの条件にて特性インピーダンス値50Ωを有する直線配線を構成した６層構造を有するＦＲ４基板をモデル化した。上記回路基板に対し、静電気試験器による放電電圧８kVの放電ノイズを模擬した波形を印加した際、配線端部にて誘起されるノイズ波形をシミュレーションした結果を示す。
【００２１】
回路基板外周部に対して複数のＧＮＤビア２を構成した基板構造では、負極では最大0.193Vのノイズ波形が発生している。これに対し、信号配線３がレイアウトされている配線層に対し、基板端外周部に角リング状のＧＮＤパターン６を構成し、複数のＧＮＤビア２を介して基板ＧＮＤ８と接続した基板構造では、負極ノイズの最大振幅は0.185Vに低減している。
【００２２】
更に電源配線層のレイアウト層を除いた３層の配線層に対し、基板端外周部に角リング状のＧＮＤパターン６を構成し、複数のＧＮＤビア２を介して基板ＧＮＤ８と接続した構造では、負極ノイズの最大振幅は0.163Vまでに低減する。回路基板外周部に対して複数のＧＮＤビア２を構成したのみの構造に対し、振幅値を更に約15%低減することが可能となる。このように各配線層に対応してＧＮＤパターンを配することで、基板端外周部より侵入する電磁ノイズを低減し、電磁ノイズと誘導結合して信号配線に発生するノイズ電圧の低減効果を奏することができる。
【００２３】
この低減効果は基板端外周部に設けるＧＮＤビア本数を増加する事により、大きくする事が出来る。図６に回路基板外周部に構成するＧＮＤビア本数と信号配線に誘導するノイズ電圧との関係を示す。回路基板の４隅をポスト接地のみにて接続時、信号配線に誘導するノイズ電圧を０ｄＢに正規化すると、ＧＮＤビア本数を増加するに従って電圧レベルは低下し、２８本設けた時に誘導ノイズ電圧レベルは約1/7となる−１７ｄＢにまで低減する。
【００２４】
ところで、近年、民生用の電子機器では軽量化、低コスト化に伴い回路基板と筐体フレーム接合部の削減や筐体フレーム等の非金属化が進んでおり、回路基板に対し静電気障害の抑制設計が重要度を増している。これに対し、様々な電子機器において本発明の構成を有する回路基板を搭載することで上記課題を解決することが可能である。
【００２５】
図７は本発明の回路基板を搭載した薄型ＴＶ外観図である。薄型ＴＶでは、その多くがプラスチック材料にて前面筐体21及び背面筐体28が構成されており、筐体には放熱用の開口部29は各所に設けられている。筐体の直下には台座となるフレーム22を介して、ＨＤＤ23、オーディオ部、ビデオ部、及びチューナ部などの制御回路が集約された回路基板（メインボード）24、電源基板25やインバータ基板26が配置され、ケーブル27にて各々接続されている。メインボード24上には電磁ノイズの侵入口となる各種コネクタ7が直接実装されており、背面筐体28による電磁波シールド効果を得ることが出来ないため、メインボード単体で電磁ノイズ耐性を向上させる実装設計が極めて重要となる。
【００２６】
メインボードに対して本発明による実施構造を適用することにより、コネクタ7からの静電ノイズ流入時、メインボード表面上を空間伝播し、基板端にて回折し層間絶縁膜に侵入する電磁ノイズを低減することが出来る。本発明により、製品レベルでの電磁ノイズ耐性を向上することが出来、かつ低コストに実現が可能となる。
【００２７】
その他の適用製品として、近年、各種の電子機器、及び情報機器に搭載が進んでいるＨＤＤへの実施及び効果について説明する。
図８は本発明の構成を採用した制御基板を搭載したハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の外観図である。ＨＤＤでは搭載製品の多種及び多様化により、製品搭載状態だけではなく、ＨＤＤ製品単体での電磁ノイズへの高い耐性が求めれている。この要求に対しディスク部分については、金属筐体4による密閉が行われ電磁波に対してシールドされているが、制御基板31については軽量化、低コスト化のためシールドされておらず筐体裏面部に露出した状態にて、ポスト5を介して金属筐体4と電気的にＧＮＤ接続した形態にて配置されている。スピンドルモータ32はケーブル27を介し、制御基板と接続されている。また静電ノイズの侵入口となるコネクタ７については制御基板の端部に直接実装されており、薄型TVと同様、制御基板単体で電磁ノイズ耐性を向上させる実装設計が極めて重要となる。
【００２８】
制御基板31に対して本発明による実施構造を適用することにより、コネクタ7からの静電ノイズ流入時、制御基板31表面上を空間伝播し、基板端にて回折し層間絶縁膜に侵入する電磁ノイズを低減することが出来る。
【００２９】
これにより制御基板内の内層にある信号配線配線に到達し誘導するノイズを低減し、誤動作を防止することが出来る。本発明の適用により、製品レベルでの電磁ノイズ耐性について向上する事が出来、かつ低コストに実現が可能となる。
【００３０】
その他の適用製品として、金属筐体を持つサーバー、ワークステーション等が挙げられる。これらの情報処理機器装置への適用効果について以下に説明する。
従来までにもサーバー、ワークステーション等の高い信頼性が要求される情報機器では内部の回路基板（ＣＰＵボード）は金属筐体にて覆われており、静電ノイズの侵入口となる各種コネクタについては、コネクタのＧＮＤ部と前記の金属筐体が電気的に接続されている。このためコネクタからの静電ノイズ流入時、筐体を介してノイズをアースへと逃がすと共に、コネクタ近傍で発生した電磁波を筐体にてシールドし、筐体内部へ侵入し、回路基板（ＣＰＵボード）表面上を電磁波が伝播するのを抑制する構造となっている。
【００３１】
しかし近年の高速化、高性能化により消費電力は増加しており、より高いレベルでの放熱設計が要求され、ファン設置等による通風孔が構成され、通風孔などによる開口部からの電磁ノイズの侵入が問題となって来ている。このため、金属筐体を持つサーバー、ワークステーションにおいても、搭載された回路基板（ＣＰＵボード）に対して、電磁ノイズ耐性を向上させる電磁波障害の抑制設計が重要度を増している。
【００３２】
そこで回路基板（ＣＰＵボード）に対して本発明による実施構造を適用することにより、コネクタからの静電ノイズ流入時、筐体の開口部から侵入した電磁波が回路基板（ＣＰＵボード）表面上を空間伝播し、基板端にて回折し層間絶縁膜に侵入する電磁ノイズを低減し、電磁ノイズ耐性を向上することが可能となる。
【００３３】
上記のとおり本発明の適用実施により、回路基板が搭載された各種電子機器、及び情報処理装置において、電磁ノイズ耐性を向上することが出来、回路基板及び回路基板が搭載された電子機器の信頼性を向上することができる。
【実施例２】
【００３４】
図９は本発明の第２の実施例における回路基板の構成例図である。回路基板1において、ノイズ侵入口となる基板端外周部に対して各信号配線層に角リング状のＧＮＤパターン６を構成する。前述の各信号配線層に構成したＧＮＤパターン６は、複数のＧＮＤビア２を介して基板ＧＮＤ８と電気的に接続される。上記ＧＮＤビアは各々の隣接するビアに対して千鳥状に配置構成する実施形態とする。
【００３５】
ＧＮＤビア２を直線状配置に比べて、ビア間距離を短く配置することにより、電磁波シールド効果を向上することが可能となる。
【実施例３】
【００３６】
図１０は本発明の第３の実施例における回路基板の構成例図である。回路基板1において基板ＧＮＤ８のパターン上に開口部１２を有するとき、開口部１２の外周部にリング状のＧＮＤパターン６を各信号配線層に構成する。ＧＮＤパターン６は、複数のＧＮＤビア２を介して基板ＧＮＤ８と電気的に接続する実施形態とする。
本形態により開口部にシールド壁を構成することで、開口部で回折し、侵入する電磁ノイズをシールドすることが可能となる。
【実施例４】
【００３７】
図１１は本発明の第４の実施例における回路基板の構成例図である。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７の搭載位置に最も近接している基板端面において、端面側の全辺長を包含するＧＮＤパターン６を各信号配線層に構成する。ＧＮＤパターン６は、複数のＧＮＤビア２を介して基板ＧＮＤ８と電気的に接続される。
【００３８】
基板表面上を空間伝播し、基板端にて回折し層間絶縁膜９に侵入する電磁ノイズ強度は、コネクタ７の搭載位置に最も近接している基板端面が最も高く、信号配線に誘導するノイズ電圧レベルの決定要因となる。上記のコネクタに最も近接している基板端面に信号配線層に対応するＧＮＤパターンを設けることで、シールド壁を形成し、信号配線に誘導するノイズ電圧を低減することが出来る。
【実施例５】
【００３９】
図１２は本発明の第５の実施例における回路基板の構成例図である。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７の搭載位置に最も近接している基板端面と、近接基板端面と直交する２端面において全辺長を包含するＧＮＤパターン６を各信号配線層に構成する。ＧＮＤパターン６は、複数のＧＮＤビア２を介して基板ＧＮＤ８と電気的に接続される。
【００４０】
なお、近接基板端面と直交する２端面については、全辺長ではなく、一部の辺長を覆うＧＮＤパターン６を構成し、複数のＧＮＤビア２を介して基板ＧＮＤ８と電気的に接続する実施形態でも良い。
【実施例６】
【００４１】
図１３は本発明の第６の実施例における回路基板の構成例図である。回路基板1においてノイズに脆弱な信号配線３に対し、配線外周部を囲む角リング状のＧＮＤパターン６を構成する。前述の各信号配線層に構成したＧＮＤパターン６は、複数のＧＮＤビア２を介して基板ＧＮＤ８と電気的に接続される。このようにノイズに脆弱な構成の周囲において、各配線層に構成したＧＮＤパターンを配することで、ＧＮＤパターン実装のコストを低減するとともに、電磁ノイズを低減することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１    回路基板
２    ＧＮＤビア
３    信号配線
４    筐体
５    ポスト
６    ＧＮＤリング
７    コネクタ
８    基板ＧＮＤ
９    電源配線
１０  層間絶縁膜
１１  放電ガン
１２  開口部
２１  前面筐体
２２  フレーム
２３  ＨＤＤ
２４  メインボード
２５  電源基板
２６  インバータ基板
２７  ケーブル
２８  背面筐体
２９  開口部
３１  制御基板
３２  スピンドルモータ
【図１】
2013254759.tif 000003
【図２】
2013254759.tif 000004
【図３】
2013254759.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013254759.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013254759.tif 000011
【図１０】
2013254759.tif 000012
【図１１】
2013254759.tif 000013
【図１２】
2013254759.tif 000014
【図１３】
2013254759.tif 000015