JP2005302799A

JP2005302799A - 多層プリント配線板

Info

Publication number: JP2005302799A
Application number: JP2004112747A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Aoki; 正青木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】多層プリント配線板において、内層配線の電磁雑音の放射を抑圧すると共に、外部もしくは、他の配線からの誘導による電磁雑音の影響を大幅に低減する。
【解決手段】多層プリント配線板において、内層に配置された信号線の上下の層にグランドもしくは、電源電位に固定した配線を配置し、さらに信号線と同層の両側もしくは、片側にグランドもしくは電源電位に固定された、シールド用ストリップラインもしくは、スルーホールもしくはバイアホールを配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は電磁環境適合性（ＥＭＣ）の高い多層プリント配線板に関する。

電子機器がその意図された電磁環境の中で、機能劣化や損害を与えたり受けたりすることなく共存できるようにさまざまなＥＭＣ対策が行われている。

最も一般的な対策として、プリント配線板の層構成の変更と絶縁体厚の低減が行われるようになってきた。

パソコンのメインボードなどに数多く使われている４層プリント配線板の例を挙げ説明する。

図８は４層のプリント配線板の外形形状を、図９には絶縁体を取り除いた透視図を示している。

１は第１層、２は第２層、３は第３層、４は第４層を示し、各配線層は５，６，７の絶縁層で絶縁されている。配線層の厚さは１０μｍから４０μｍ、絶縁体層の厚みは１００μｍから２００μｍ程度である。

４層基板の場合、１層と４層の面に信号層を配置し、内層の２層を接地層と電源層としていた。このためプリント配線板の表面層から電磁雑音が放射されていた。

そこで、プリント配線板における放射電磁雑音特性の向上の為の対策として、プリント配線板の１層と４層の面をグランド層もしくは電源層にして、信号配線を２、３層で行うことによって、信号配線から発生した電磁ノイズを内部に閉じ込める層構成。

信号線とグランド層によって構成される電流のループ面積を小さくし、放射雑音の電界強度を低減させるため、５，６，７の絶縁層の厚みを低減させる。

等の方法が採用されてきた。

例えば、先行技術としては、特開平８−１４８８３２がある。
特開平８−１４８８３２号公報

図１０にプリント配線板の１層と４層の面をグランド層にして、プリント配線板の３層の信号配線を基板のエッジに配線した場合に発生する電気力線を示す。同図において８は信号配線、１１は電気力線を示す。

プリント配線板の表と裏をグランド電源層で覆った場合、基板の表裏方向からの放射電磁雑音は大幅に低減させることが可能であるが、プリント配線板のエッジ部に信号配線を配置したような場合には、高周波的には開口部がスロットアンテナを形成する。したがって、基板の端面方向からの放射電磁雑音が問題となる。

図１１に信号配線の配置をプリント配線板のエッジから大きく内側にした場合の電気力線の様子を示す。信号配線８から発生した電気力線のほとんどがプリント配線板の中で閉じ込められていることが分かる。

一般的にこのように高速信号を内層に配線する場合には、基板のグランドもしくは電源層のエッジから、絶縁層の厚みの２０倍から１００倍の距離を置いて配線することによって多層基板の外側に漏れ出す電気力線を減少させるこことができる。したがって、放射雑音がほとんど放射されないプリント配線板が実現可能である。しかし、多層基板の層間の絶縁層厚は１００〜２００μｍ程度ある為、基板の内層周辺部は先のルールを適用すると、信号配線の外側に２〜２０ｍｍ程度の配線禁止領域が発生してしまう。これは特に小型化を要求される機器のプリント配線板設計時の問題点となっていた。

また、放射電磁雑音の強度は周波数の２乗と電流と電流のループ面積に比例する。したがって、プリント配線板の絶縁層の厚みの低減は電流ループ面積を小さくすることから放射電磁雑音の低減の為には非常に有効な対策である。

しかし、プリント配線板絶縁層の厚みを低減させた場合、プリント配線板の厚さが薄くなり、剛性が低くなる。このため、プリント配線板の配線の断線、基板の割れ等も問題となってきている。

本発明の目的は、剛性が高く、サイズが小さく、放射電磁雑音を大幅に低減させるプリント配線板を提供することにある。

多層プリント配線板において内層に配置された信号線の上下の層にグランドもしくは電源電位に固定した配線を配置し、さらに信号線と同層の両側もしくは片側にグランドもしくは電源電位に接続されたシールド用ストリップラインもしくはスルーホール、もしくはバイアホールを配置したことによって電磁雑音の放射を防止する機能を備えた事を特徴とするものである。

また、このようにシールド用ストリップラインもしくはスルーホール、もしくはバイアホールを備えることによって外部もしくはプリント配線板内の他の配線からの誘導による電磁雑音の影響も大幅に低減することが可能となる。

以上説明したように本発明によれば、多層プリント配線板において内層に配置された信号線の上下の層にグランドもしくは電源電位に固定した配線を配置し、さらに信号線と同層の両側もしくは片側にグランドもしくは電源電位に接続されたシールド用ストリップラインを配置することによって電磁雑音の放射を防止できる。

また、このようにシールド電極を備えることによって外部もしくはプリント配線板内の他の配線からの誘導による電磁雑音の影響を大幅に低減することが可能である。

これらの効果を、プリント配線板の厚みや、サイズの大幅な変更を伴わずに実現できる。さらに、導電性ペースト等の利用によってより完全なシールドが実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る多層プリント配線板の透視図である。同図において１は第１層、２は第２層、８および９は第３層、４は第４層の導電層であり、８は信号配線、９はシールド配線、１２はシールド配線の電位をグランドに固定する為のスルーホールを示す。

図２に図１の構成において、信号配線８から発生する電気力線の様子を示す。信号配線がプリント配線板のエッジ付近に配置されているのにもかかわらず、信号配線から発生した電気力線はシールド配線９および第１層および第４層のグランド層によってプリント配線板の中に閉じ込められていることが分かる。

一般に信号配線を並行して配置すると、信号配線の特性インピーダンスの変化があるが、本実施例において、配線幅をＷとするとシールド配線との間隔を２Ｗ取ることによって、信号配線のインピーダンスに与える影響を５％程度に低減できる。

したがって信号配線幅が０．１５ｍｍの場合は、信号配線の片側に必要な領域は０．４５ｍｍ程度となり、小型のプリント配線板で信号配線の定数を変更することなしに、放射電磁雑音を大幅に低減させることが可能となる。

また、信号配線に流れる信号の高調波とによってシールド配線が共振することを防止する為には、図１のスルーホールの間隔Ｔ_pは、信号配線に伝送される信号の最高高調波周波数の波長の１／２以下でなければならない。したがって下記に示す関係式が成り立つ。

ｆ_m：信号線に伝送される信号の最大高調波周波数（Ｈｚ）
λ：最大高調波の波長
ε_r：プリント配線板の比誘電率
Ｃ：３×１０⁸（ｍ／ｓ）
ここで、１００ＭＨｚのクロックを信号配線に伝送した場合のスルーホールの間隔を求めてみる。

一般的に矩形波には３〜１０倍程度の高調波成分が含まれる必要がある為
ｆ_m＝１ＧＨｚとして計算すると、
必要なスルーホールの最大ピッチは６４ｍｍとなる。

以下に本発明による第２の実施例を図７を用いて説明する。

図３は、本発明の第２の実施の形態に係る多層プリント配線板の透視図である。同図において１は第１層、２は第２層、８は第３層、４は第４層の導電層であり、８は信号配線、１２はシールド配線の代替のスルーホールを示す。

図４に図３の構成において、信号配線８から発生する電気力線の様子をプリント配線板の厚み方向から見た図を示す。信号配線から発生した電気力線はスルーホール１２プリント配線板の中に閉じ込められていることが分かる。

プリント配線板の厚みは信号配線に伝送される信号の最高高調波周波数の波長に対して十分小さいので、スルーホールの間隔Ｔ_pを、信号配線に伝送される信号の最高高調波周波数の波長の１／２以下にすることによって、最高高調波周波数以下の周波数の信号を遮断することができる。したがって下記に示す関係式が成り立つ。

ｆ_m：信号線に伝送される信号の最大高調波周波数（Ｈｚ）
λ：最大高調波の波長
ε_r：プリント配線板の比誘電率
Ｃ：３×１０⁸（ｍ／ｓ）
ここで、１００ＭＨｚのクロック信号配線に伝送した場合のスルーホールの間隔を求めてみる。

一方、スルーホールによる信号配線の特性インピーダンスの変化は、非常に小さく無視できる。したがって、間隔はプリント配線板の製造工程能力から決定される配線基準程度まで小さくすることができる。一般的なプリント配線板においては、最小配線幅程度の間隔をとる事から、信号配線幅が０．１５ｍｍの場合は、信号配線の片側に必要な領域は０．３０ｍｍ程度となる。したがって、信号配線の定数を変更することなしに、また、プリント配線板サイズに影響をほとんど与えることなく、放射電磁雑音を大幅に低減させる事ができる。

図５は、本発明の第３の実施の形態に係る多層プリント配線板の透視図である。同図において１は第１層、２は第２層、８は第３層、４は第４層の導電層であり、８は信号配線、１２は導伝ペースト等の導電性物質によるシールドを示す。

グランドもしくは電源電位に固定された、導電性物質でプリント配線板の端面の全面を覆うことによって、電磁雑音の放射を防止することができる。

図６に端面の一部分をグランドもしくは電源電位に固定された、導電性物質で覆う場合を示す。

下記の関係式であらわされる間隔を守ることによって、放射電磁雑音を大幅に低減させる事ができる。

ｆ_m：信号線に伝送される信号の最大高調波周波数（Ｈｚ）
λ：最大高調波の波長
ε_r：プリント配線板の比誘電率
Ｃ：３×１０⁸（ｍ）
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る多層プリント配線板の透視図である。同図において１は第１層、２は第２層、８は第３層、４は第４層の導電層であり、８は信号配線、９はシールド配線、１２はシールド配線の電位をグランドに固定する為のスルーホールを１５は信号配線層の上下の層に設けたシールド配線を示す。

信号配線の上下層がグランドもしくは電源層に固定されていない場合には、図７に示すように、信号配線とシールド配線を覆うように上下の層でグランドもしくは電源配線を配置することによって、電磁雑音の放射を防止する機能とプリント配線板内の他の配線からの誘導による電磁雑音の影響も大幅に低減することが可能となる。

図３で示したように、シールド配線とスルーホール、もしくはバイアホールの構成は、シールド配線を省略したスルーホール、もしくはバイアホールのみの構成をとっても良い。

本発明の第１の実施の形態に係るプリント配線板の透視図。上記プリント配線板における電気力線を示す図。本発明の第２の実施の形態に係るプリント配線板の透視図。上記プリント配線板における電気力線を示す図。本発明の第３の実施の形態に係るプリント配線板の透視図。本発明の第３の実施の形態に係るプリント配線板の透視図。本発明の第４の実施の形態に係るプリント配線板の透視図。従来技術による４層プリント配線板の外形図。図８の透視図。図９において発生する電気力線を示す図。従来技術において放射電磁雑音対策を行った場合に発生する電気力線を示す図。

符号の説明

１プリント配線板の第１層
２プリント配線板の第２層
３プリント配線板の第３層
４プリント配線板の第４層
５プリント配線板の第１層と第２層間の絶縁層
６プリント配線板の第２層と第３層間の絶縁層
７プリント配線板の第３層と第４層間の絶縁層
８信号配線
９シールド配線
１１電気力線
１２スルーホールもしくはバイアホール
１３導電性物質によるシールド
１４導電性物質によるシールド

Claims

多層プリント配線板において内層に配置された信号線の上下の層にグランドもしくは電源電位に固定した配線を配置し、さらに信号線と同層の両側もしくは片側にグランドもしくは電源電位に接続されたシールド用ストリップラインを配置したことを特徴とする多層プリント配線板。
前記シールド用ストリップラインのグランドもしくは電源への接続をスルーホールもしくはバイアホールによって行った多層プリント配線板。
前記スルーホールもしくはバイアホールの接続の間隔Ｔ_pが下記の式であらわせる多層プリント配線板。

ｆ_m：信号線に伝送される信号の最大高調波周波数（Ｈｚ）
ε_r：プリント配線板の比誘電率
Ｃ：３×１０⁸（ｍ／ｓ）
多層プリント配線板において内層に配置された信号線の上下の層にグランドもしくは電源電位に固定した配線を配置し、プリント配線板端面部分を導電性ペースト、はんだ等の導電性材料で全周もしくは一部覆った構造を特徴とする多層プリント配線板。
請求項１においてシールド用のストリップラインの代わりにスルーホールもしくはバイアホールのみを下記のような間隔Ｔ_pで配置したもの。