| 【発明の名称】 |
プリント配線板 |
| 【発明者】 |
【氏名】森本 倫弘
【氏名】小林 剛
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| 【要約】 |
【課題】電磁波ノイズの放射を防止するプリント配線板を提供する。
【解決手段】電子部品９ａ、９ｂに電源を供給するための電源パターン４を配線した電源層５と電子部品９ａ、９ｂの動作により電流が流れる信号パターン２を配線した信号層３を、複数のグラウンド層７、８で挟むように配設し、グラウンド層７、８同士を複数箇所で接続する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電子部品に電源を供給するための電源パターンを配線した電源層と電子部品の動作により電流が流れる信号パターンを配線した信号層、およびグラウンドパターンを配線したグラウンド層とを有するプリント配線板において、前記グラウンド層を複数設けて前記電源層および前記信号層を複数のグラウンド層で挟むように配設し、グラウンド層同士を複数箇所で接続したことを特徴とするプリント配線板。
【請求項２】 プリント配線板の表裏の表層がグラウンド層である請求項１記載のプリント配線板。
【請求項３】 グラウンド層同士の接続は電子部品により行われる請求項１記載のプリント配線板。
【請求項４】 グラウンド層同士の接続は、プリント配線板全体に亘って密にした請求項１記載のプリント配線板。
【請求項５】 グラウンド層同士は外形の形状が同一である請求項１記載のプリント配線板。
【請求項６】 グラウンド層同士の接続はプリント配線板の周縁部に行われる請求項１記載のプリント配線板。
【請求項７】 複数のグラウンド層が挟む前記電源層または前記信号層の周縁部にグラウンド層を設けた請求項１記載のプリント配線板。
【請求項８】 電子部品に電源を供給するための電源パターンを配線した電源層と電子部品の動作により電流が流れる信号パターンを配線した信号層、およびグラウンドパターンを配線したグラウンド層とを有するプリント配線板において、前記電源層と前記グラウンド層とで前記信号層を挟むように配設し、前記電源層と前記グラウンド層とをコンデンサを介して接続したことを特徴とするプリント配線板。
【請求項９】 前記電源層と前記グラウンド層のコンデンサによる接続は、プリント配線板全体に亘って密にした請求項８記載のプリント配線板。
【請求項１０】 前記電源層と前記グラウンド層は外形の形状が同一である請求項８記載のプリント配線板。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路（ＩＣ）や大規模集積回路（ＬＳＩ）等の電子部品を搭載するプリント配線板に関し、とくに電磁波ノイズの低減を図ったプリント配線板に関する。
【０００２】
【従来の技術】プリント配線板は、ＩＣやＬＳＩ等の電子部品を搭載し、電子回路を構成するものである。プリント配線板には、電子部品への電源供給のために面状の電源パターンを配線した電源層と面状のグラウンドパターンが配線されたグラウンド層が配設されており、さらに搭載された電子部品同士を接続して電子回路を構成するための信号パターンが配線される信号層が配設されている。電源層、グラウンド層、信号層の各層の間は絶縁体により電気的に絶縁されている。信号層同士の接続、また電子部品の電源層およびグラウンド層との接続は、スルーホールやビアにより行われる。
【０００３】電子回路が動作すると、信号層内の信号パターンや電源層とグラウンド層の間から電磁波ノイズが発生する。この電磁波ノイズに対しては、従来、プリント配線板全体を金属の筐体で囲んで電磁波ノイズをシールドしたり、また電磁波ノイズを抑制するための専用の部品をあらたにプリント配線板に搭載したりして、その低減を図っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来の技術においては、プリント配線板から放射される電磁波ノイズを金属の筐体でシールドする場合、この金属筐体が大きいのでプリント配線板を使用する電子機器が大型化するという問題と、金属筐体があらたなアンテナとなって電磁波ノイズを放射するという問題があり、また電磁波ノイズを抑制するための専用の対策部品を新たにプリント配線板に搭載する場合には、コストが上昇するという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために本発明は、電子部品に電源を供給するための電源パターンを配線した電源層と電子部品の動作により電流が流れる信号パターンを配線した信号層、およびグラウンドパターンを配線したグラウンド層とを有するプリント配線板において、前記グラウンド層を複数設けて前記電源層および前記信号層を複数のグラウンド層で挟むように配設し、グラウンド層同士を複数箇所で接続したことを特徴とする。
【０００６】上記構成の本発明によれば、電子部品が動作すると、信号パターンや電源層の電源パターンに電流が流れ、この電流によって電磁波ノイズが発生する。しかし、電源層および信号層をグランド層で挟み込み、グランド層同士を複数箇所で接続したことにより、グランド層のグランドパターンに電源層の電源パターンや信号パターンに流れる電流とは逆方向に同じ大きさのリターン電流が流れる。このリターン電流により電磁波ノイズが打ち消される。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面に共通する要素には同一の符号を付す。図１は本発明に係る第１の実施の形態のプリント配線板を示す概略断面図である。
【０００８】図１において、プリント配線板１は、信号パターン２が配線された信号層３と電源パターン４が配線された電源層５を中層に配設している。信号層３と電源層５は絶縁体６の中に埋設されている。プリント配線板１の表面（上面）および裏面（下面）にはグラウンドパターン７、８が配設されている。グラウンドパターン７、８はそれぞれグラウンド層を構成する。表面のグラウンドパターン７上には電子部品９ａ、９ｂが搭載されている。電子部品９ａ、９ｂは電源が供給される電子部品で、電源パターン４と表裏のグラウンドパターン７に接続されている。電源パターン４には電子部品９ａ、９ｂの電源供給側が接続され、グラウンドパターン７には電子部品９ａ、９ｂのグラウンド側が接続されている。
【０００９】表側のグラウンドパターン７と裏側のグラウンドパターン８はスルーホール１０により接続されている。スルーホール１０とグラウンドパターン７との接続位置と、スルーホール１０とグラウンドパターン８との接続位置は、プリント配線板１の水平方向に対して線対称の位置（座標的に同じ位置）になっている。またプリント配線板１にはスルーホール１１が形成され、このスルーホール１１により表側のグラウンドパターン７と裏側のグラウンドパターン８が接続されている。スルーホール１１のグラウンドパターン７、８との接続位置も線対称の位置になっている。
【００１０】図２はグラウンドパターン７、８を示す斜視図である。図２において、表側のグラウンドパターン７と裏側のグラウンドパターン８は、ともに板状に形成され、外形が同じ形状になっている。グラウンドパターン７、８の各所には、両グラウンドパターン７、８を接続するためのスルーホールまたは電子部品を接続するためのスルーホール用の穴１２が形成されている。
【００１１】図１、２において、電源が供給される電子部品９ａ、９ｂのグラウンド側に設けられるスルーホール１０とスルーホール１１は表側のグラウンドパターン７と裏側のグラウンドパターン８を接続する接続部を形成するが、この接続部はプリント配線板１の全体に亘って密に、例えば約１０ｍｍ四方の間隔で設けられている。この１０ｍｍ四方の間隔は、厳密に設定しなければならないものではなく、概略設定すればよいが、例えば１ＧＨｚまでの電磁波ノイズを抑えるためには少なくとも２０ｍｍ四方に１個は接続部を設けるようにする。接続部としては、プリント配線板１全体に亘って専用のスルーホール１１を設けなくても、図１に示すような電源が供給される電子部品９が搭載されていれば、その電子部品９用のスルーホールを利用して両グラウンドパターン７、８を接続するようにしてもよいのである。
【００１２】次に実施の形態における電磁波ノイズを低減する動作について説明する。図１において、電子部品９ａまたは９ｂが動作すると、信号パターン２および電源パターン４に電流が流れ、信号パターン２および電源パターン４から電磁波ノイズＮが発生する。このとき、電源層５が両グラウンドパターン７、８に挟まれるように配設され、かつ両グラウンドパターン７、８が接続部により完全に接続されているので、信号パターン２および電源層５に電流が流れることによってグラウンドパターン７、８に逆方向のリターン電流が流れる。即ち、ある瞬間において電源パターン４にａで示す方向の電流が流れたとすると、両グラウンドパターン７、８にはｂで示す方向のリターン電流が流れる。
【００１３】グラウンドパターン７、８にリターン電流が流れると、電磁波ノイズＮとは逆方向の電磁波が発生し、電磁波ノイズＮを打ち消す。
【００１４】電源層５および信号層３の上下にグラウンドパターン７、８が設けられておらず、また接続部で接続されていない場合には、電源層５および信号層３とグラウンドパターンとの電気的結合が完全ではないので、プリント配線板が具備される電子機器の金属筐体や大地等の他の導電体にリターン電流が流れ、信号パターンや電源パターンに流れる電流とリターン電流との距離が遠くなる。この結果、電磁波ノイズＮを十分に打ち消すことができず、プリント配線板から電磁波ノイズＮを放射することになる。
【００１５】本実施の形態では、表裏のグラウンドパターン７、８で信号層３および電源層５を挟み、しかも密に設けた接続部により両グラウンドパターン７、８を完全に接続したので、電子部品９が動作した場合に流れるリターン電流を両グラウンドパターン７、８のみに流れるようにでき、電磁波ノイズＮを打ち消すのに十分な電磁波を発生させることができる。また本実施の形態では、図２に示すように、両グラウンドパターン７、８の外形形状を同じにしているので、リターン電流はよく流れるようになっている。
【００１６】なお上記実施の形態では表裏のグラウンドパターン７、８をスルーホール１０、１１により接続しているが、他の導電部材で接続するようにしてもよい。
【００１７】図３、図４は第１の実施の形態のプリント配線板１の電磁波ノイズを計測した実験結果を示す説明図であり、図３は水平偏波を示し、図４は垂直偏波を示す。また図５、図６は従来のプリント配線板の電磁波ノイズを計測した実験結果を示す説明図であり、同様に図５は水平偏波を示し、図６は垂直偏波を示す。各図において横軸はプリント配線板から放射される電磁波の周波数（単位はＭＨｚ）を示し、縦軸はプリント配線板から放射される電磁波ノイズの強度（単位はｄＢμＶ）を示す。これらの図から分かるように、実験結果から見ても実施の形態のプリント配線板１では従来のプリント配線板に較べて放射される電磁波ノイズが大幅に抑制されている。
【００１８】上述した実施の形態では４層のプリント配線板を例にして説明したが、本発明は３層以上の多層プリント配線板であれば適用可能である。図７は６層のプリント配線板に適用した例を示し、図８は８層のプリント配線板に適用した例を示す。図７、図８に示す例はともに上記実施の形態のものと同様に、表層と裏層にグラウンドパターン７、８を配設したもので、両グラウンドパターン７、８により中層の信号パターン２および電源層５を挟み、両グラウンドパターン７、８は多数箇所で互いにスルーホール１０およびスルーホール１１で接続されている。この例では上述の実施の形態に較べて信号層３の数が多くなっており、中層の層構成が異なるが、電磁波ノイズの抑制の効果は変わらない。
【００１９】図９乃至図１２に示す変形例は、２つのグラウンドパターンの少なくとも一方が中層になっている例である。これらの各変形例において、グラウンドパターン７、８の両方またはいずれか一方が中層として配設されている。両グラウンドパターン７、８の間には、電源層５だけか、または電源層５と電磁波ノイズの発生に関係する信号層３とともに配設されている。グラウンドパターン７または８の外側には電磁波ノイズを気にする必要のない信号層１４が配設されている。これらの変形例において、両グラウンドパターン７、８は密に接続されていることに変わりはない。このような変形例においても電磁波ノイズの抑制の効果が得られる。
【００２０】図１３は本発明の第２の実施の形態のプリント配線板の信号層を示す平面図、図１４は第２の実施の形態の電源層を示す平面図である。図１３、図１４において、第２の実施の形態のプリント配線板においては、信号パターン２１が配線された信号層２２の周囲に環状のグラウンドパターン２３が配設されている。また電源層２４の周囲にも環状のグラウンドパターン２５が配設されている。ここでは図示していないが、この実施の形態においても前記実施の形態と同様に、複数のグラウンド層により信号層２２と電源層２４を挟むように構成されており、信号層２２と電源層２４を挟むグラウンド層の外形はグラウンドパターン２３の外形と同一の形状をしている。
【００２１】環状のグラウンドパターン２３、２５にはほぼ均等の間隔でスルーホール用の穴２６が全面に亘って形成されており、この穴２６を使用して環状のグラウンドパターン２３、２５は、信号層２２と電源層２４を挟むグラウンドパターンと接続する。
【００２２】信号パターン２１がプリント配線板の端部に配線されている場合、信号パターン２１はプリント配線板のグラウンドパターン以外にも電気的に結合しやすくなり、信号パターン２１に対するリターン電流はプリント配線板のグラウンドパターン以外にも流れやすくなるので、電磁波ノイズが若干放射される。第２の実施の形態では、環状のグラウンドパターン２３、２５を信号層２２および電源層２４の周囲に設けたので、端部の信号パターン２１からの電磁波ノイズの放射を防止することができる。
【００２３】とくに本実施の形態では、信号層２２と電源層２４を上下から挟むだけではなく、信号パターン２１もしくは電源パターンと同一平面上にグラウンドパターンを設けたことにより、信号パターン２１または電源パターンを遮蔽箱（シールドボックス）に入れたのと同じ状態になり、電磁波ノイズの放射をより一層防止することができる。
【００２４】第２の実施に形態においても、プリント配線板の周囲だけではなく、その内側の部分でも信号層２２と電源層２４を挟むグラウンドパターンが互いに密に接続されているものとする。なお第２の実施の形態の変形例として、環状のグラウンドパターンを設けることなく、信号層２２と電源層２４を挟むグラウンドパターン同士の接続部を環状に設けることでも第１の実施の形態よりも電磁波ノイズの放射を防止する効果が上がることはいうまでもない。
【００２５】上記第１、第２の実施の形態では、複数のグラウンド層を設けて電源層と信号層を挟んでいるが、電源層とグラウンド層で信号層を挟み、電源層とグラウンド層間をコンデンサを介して接続しても電磁波ノイズの放射を防止する効果がある。このような構成の第３の実施の形態を図１５に示す。
【００２６】図１５において、第３の実施の形態のプリント配線板３０においては、電源層３１とグラウンド層３２とで信号層３３を挟む構成になっており、電源層３１とグラウンド層３２はコンデンサ３４およびスルーホール３５を介して接続されている。コンデンサ３４は前記実施の形態と同様にプリント配線板３０全体に亘って万遍無く密に配置されるが、例えば１ＧＨｚまでの電磁波ノイズを抑えるためには２０ｍｍ四方に１個程度の割合でコンデンサ３４を設けて電源層３１とグラウンド層３２を接続するようにする。なお電源層３１とグラウンド層３２との接続は、できるだけ座標的に同じ位置で行うようにし、電源層３１の外形形状とグラウンド層３２の外形形状はほぼ同一になっている。
【００２７】この第３の実施の形態においても、３層以上のプリント配線板に対して実施可能であり、電磁波ノイズを抑制したり信号層を電源層とグラウンド層とで挟むようにし、電源層とグラウンド層とをコンデンサを介して接続することにより、電磁波ノイズの放射を防止することができる。
【００２８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、グラウンド層を複数設けて電源層および信号層をこれらの複数のグラウンド層で挟むように配設し、グラウンド層同士を複数箇所で接続したことにより、電磁波ノイズの放射を防止することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００２９５
【氏名又は名称】沖電気工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）１月２９日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】大西 健治
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２２０２６３ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）８月１０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１７４０１ |
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