JP2006319013A - 片面プリント配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価で、且つ高周波配線を流れる高周波信号のリターン電流による放射ノイズを十分に低減させることができる片面プリント配線基板を提供すること。
【解決手段】 絶縁体で形成された基板本体１２の一方の面のみに、高周波信号の電流経路となる導体パターン配線１３が形成された片面プリント配線基板１０において、基板本体１２の他方の面に導電性シート部材１５を取付けるとともに、該導電性シート部材１５と、基板本体１２の一方の面における導体パターン配線の接地領域１３ｂ、１３ｄとを、基板本体１２の貫通孔１４ａ、１４ｂに挿通された金属線１６を介して電気的に接続した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、片面プリント配線基板に関し、詳しくは高周波配線を流れる高周波信号のリターン電流による放射ノイズを低減させることができる片面プリント配線基板に関するものである。

バスラインやクロックラインなど、高周波信号の電流経路となる導体パターン配線（以下、「高周波配線」という。）を有するプリント配線基板では、高周波配線を流れる高周波信号のリターン電流により放射ノイズが発生する。この放射ノイズは、多層プリント配線基板や両面プリント配線基板の場合、比較的容易にマイクロストリップ構造を構成することができるため、容易に低減させることができる。

例えば、多層プリント配線基板の場合、外層の高周波配線に対して基板本体の一部を構成する絶縁体を挟んで高周波配線と対向する平板状の導体を内層であるグランド層や電源層に設けることにより、マイクロストリップ構造を容易に構成することができる。

また、両面プリント配線基板の場合、基板本体の表面に形成された高周波配線に対して、基板本体の裏面に導体からなるグランドパターンを形成することにより、マイクロストリップ構造を容易に構成することができる。

一方、片面プリント配線基板の場合、一般的には、高周波配線を流れる高周波信号のリターン電流経路となるグランドパターンの幅を可能な限り広く確保して、リターン電流経路のインピーダンスを低下させることにより、リターン電流による放射ノイズを低減させている。

また、片面プリント配線基板において上記の放射ノイズを低減させるものとして、図９に示すような片面プリント配線基板１００に配設するノイズ対策部品１０１がある（例えば、特許文献１参照。）。このノイズ対策部品１０１は、幅広の導体１０２の下面に絶縁体１０３を貼り付けたものであり、高周波信号が流れる導体パターン配線１０４の上方を跨ぐように配設されるとともに、導体パターン配線１０４の接地領域１０５に電気的に接続されている。したがって、ノイズ対策部品１０１がリターン電流経路として機能し、リターン電流による放射ノイズを低減させることができる。
特開平８−２５０８９１号公報

しかしながら、片面プリント配線基板において、基板上にグランドパターンの幅を十分に広く確保することができるだけのスペース的な余裕がない場合、上記のようにグランドパターンの幅を広くしてリターン電流による放射ノイズを低減させる方法を用いることはできない。

また、例えば図１０に示す片面プリント配線基板１１０のように、ＩＣ１１１ａのグランド端子が直接接続されるランド１１２ａと、電子部品１１１ｂのグランド端子が直接接続されるランド１１２ｂとの間に、高周波信号が流れるパターン配線１１３が配されている場合、このパターン配線１１３を迂回するようにリターン電流経路となるグランドパターン１１４を形成する必要があり、リターン電流経路のループが大きくなり、結果としてリターン電流による放射ノイズを十分に低減させることができないおそれがある。

一方、片面プリント配線基板１００のように、ノイズ対策部品１０１を配する場合、ノイズ対策部品１０１を導体パターン配線１０４の上方を跨ぐように配する煩雑な工程が必要なため、リターン電流による放射ノイズを低減させるために製造コストが高くなるという問題がある。

本発明は、かかる問題を解決すべくなされたものであり、安価で、且つ高周波配線を流れる高周波信号のリターン電流による放射ノイズを十分に低減させることができる片面プリント配線基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の片面プリント配線基板は、絶縁体で形成された基板本体の一方の面のみに、高周波信号の電流経路となる導体パターン配線が形成された片面プリント配線基板において、前記基板本体の他方の面に導電性シート部材を取付けるとともに、該導電性シート部材と、前記基板本体の一方の面における前記導体パターン配線の接地領域とを、前記基板本体の貫通孔に挿通された金属線を介して電気的に接続したことを特徴としている。

請求項２に記載の片面プリント配線基板は、請求項１に記載の片面プリント配線基板において、前記基板本体の他方の面に、少なくとも、前記基板本体を挟んで前記導体パターン配線と対向する領域を含むように、前記導電性シート部材を取付けたことを特徴としている。

請求項３に記載の片面プリント配線基板は、請求項１に記載の片面プリント配線基板において、前記基板本体の他方の面に、少なくとも、前記基板本体を挟んで前記導体パターン配線の接地領域間を直線的に結ぶ領域と対向する領域を含むように、前記導電性シート部材を取付けたことを特徴としている。

請求項４に記載の片面プリント配線基板は、絶縁体で形成された基板本体の一方の面のみに、高周波信号の電流経路となる導体パターン配線が形成された片面プリント配線基板において、前記基板本体の貫通孔に挿通された金属線の前記基板本体の一方の面側の部分と、前記一方の面における前記導体パターン配線の接地領域とが電気的に接続されるとともに、前記金属線の前記基板本体の他方の面側の部分が、前記片面プリント配線基板を具備する装置の導電性の筐体と電気的に接続されることを特徴としている。

請求項１に記載の片面プリント配線基板によれば、導電性シート部材を導体パターン配線の接地領域間におけるリターン電流経路として使用することができる。なお、この導電性シート部材は、導体パターン配線が形成されていない面に取付けられているため、十分なリターン電流経路を確保することができ、導体パターン配線を迂回するように形成されたグランドパターンをリターン電流経路とする場合に比べて、リターン電流経路のループが小さくなるので、リターン電流による放射ノイズを十分に低減させることができる。また、導電性シート部材と導体パターン配線の接地領域とを基板本体の貫通孔に挿通された金属線を介して電気的に接続するという簡単な構成であるため、製造コストの上昇を抑え、片面プリント配線基板を安価に製造することができる。

請求項２に記載の片面プリント配線基板によれば、少なくとも、基板本体を挟んで導体パターン配線と対向する領域には導電性シート部材が取付けられているので、導体パターン配線に沿って流れようとするリターン電流による放射ノイズを十分に低減させることができる。また、上記の対向する領域以外の領域に導電性シート部材を取付けないようにすれば、その領域（スペース）を、例えば電子部品の設置などに有効活用することができる。

請求項３に記載の片面プリント配線基板によれば、少なくとも、基板本体を挟んで導体パターン配線の接地領域間を直線的に結ぶ領域と対向する領域には導電性シート部材が取付けられているので、リターン電流経路のループが小さくなり、リターン電流による放射ノイズを十分に低減させることができる。また、大きな導電性シート部材を使用する必要がないため、放射ノイズを低減させるためにかかるコストを削減することができる。また、上記の対向する領域以外の領域に導電性シート部材を取付けないようにすれば、その領域（スペース）を、例えば電子部品の設置などに有効活用することができる。

請求項４に記載の片面プリント配線基板によれば、当該片面プリント配線基板を具備する装置の導電性の筐体を導体パターン配線の接地領域間におけるリターン電流経路として使用することができる。そのため、十分なリターン電流経路を確保することができ、リターン電流による放射ノイズを十分に低減させることができる。また、筐体と導体パターン配線の接地領域とを基板本体の貫通孔に挿通された金属線を介して電気的に接続するという簡単な構成であり、基板上にグランドパターン等を形成する必要がないため、製造コストの上昇を抑え、片面プリント配線基板を安価に製造することができる。

以下、本発明の第１の実施の形態に係る片面プリント配線基板について図面に基づき説明する。この片面プリント配線基板１０は、その一部を図１乃至図３に示すように、チップ化された電子部品１１（１１ａ及び１１ｂ）が表面実装技術（ＳＭＴ）によって表面のみに実装される片面プリント配線基板である。ここでは、電子部品１１として、ＩＣ（Integrated Circuit）１１ａとその他の電子部品１１ｂが実装されている。片面プリント配線基板１０は、基板本体１２と、該基板本体１２の表面（一方の面）のみに形成された導体パターン配線１３（１３ａ乃至１３ｅ）と、基板本体１２に設けられた複数の貫通孔１４（１４ａ及び１４ｂ）と、基板本体１２の裏面（他方の面）に取付けられた導電性シート（導電性シート部材）１５と、貫通孔１４に挿通された金属線１６と、から構成されている。

基板本体１２は、紙エポキシ樹脂（絶縁抵抗１０^５MΩ以上）や紙フェノール樹脂（絶縁抵抗１０^３〜１０^５MΩ以上）などの高絶縁性を有する絶縁体で形成されたものである。

導体パターン配線１３は、基板本体１２の表面に銅箔等の導体で形成されたものであり、ここでは、図示するように、導体パターン配線１３として、ランド１３ａ〜１３ｄ及びパターン配線１３ｅが形成されている。ランド１３ａは、ＩＣ１１ａのグランド端子を除く各端子がそれぞれ電気的に直接接続されるランドである。ランド１３ｂは、ＩＣ１１ａのグランド端子が電気的に直接接続される接地領域であり、貫通孔１４ａの上方を開放させつつ該開放部を取り囲むようにランド１３ａに比べ延長して形成されている。ランド１３ｃは、電子部品１１ｂのグランド端子を除く各端子がそれぞれ電気的に直接接続されるランドである。ランド１３ｄは、電子部品１１ｂのグランド端子が電気的に直接接続される接地領域であり、貫通孔１４ｂの上方を開放させつつ該開放部を取り囲むようにランド１３ｃに比べ延長して形成されている。そして、パターン配線１３ｅは、ランド１３ａとランド１３ｃとの間をそれぞれ電気的に接続し、ＩＣ１１ａと電子部品１１ｂとの間における高周波信号の電流経路となる配線（以下、「高周波配線」ともいう。）である。

貫通孔１４は、基板本体１２に垂直に貫通するように形成されており、ここでは、図示するように、貫通孔１４として、基板本体１２の表面側の端部上方がランド１３ｂによって取り囲まれる貫通孔１４ａと、基板本体１２の表面側の端部上方がランド１３ｄによって取り囲まれる貫通孔１４ｂとが設けられている。これら貫通孔１４ａ、１４ｂは、基板本体１２にドリル等によって形成され、その内部にめっき等が施されていない普通孔（ノンスルーホール）である。

導電性シート１５は、銅、金、アルミニウム等の導電性材料からなるシート状の部材であり、基板本体１２を挟んでランド１３ａ〜１３ｄ及びパターン配線１３ｅと対向する領域を含む広い領域を覆って基板本体１２の裏面に接するように取付けられている。導電性シート１５には、その貫通孔１４ａ、１４ｂの下方に金属線１６を挿通するための孔が設けられている。基板本体１２の裏面への導電性シート１５の取付け方法は、特に限定されるものではなく、例えば、導電性接着剤による接着、貼付、機械的な付勢などによって取付ければよい。

金属線１６は、鉄、銅、金、アルミニウム等の金属からなる線状部材であり、例えば、ジャンパ線として利用される針金を用いることができる。この金属線１６は、導電性シート１５と電気的に直接接続されるように基板本体１２の下方から導電性シート１５に密着させながら、貫通孔１４ａ、１４ｂに挿通されるとともに、ランド１３ｂ、１３ｄと電気的に直接接続されるようにランド１３ｂ、１３ｄにはんだ１７によって接合されている。

基板本体１２は、誘電率が５以上５．５以下である紙エポキシ樹脂や、誘電率が４．６以下である紙フェノール樹脂などの絶縁体からなるものである。このような誘電率を有する基板本体１２を挟んでパターン配線１３ｅと対向するように取付けられた導電性シート１５は、基板本体１２の裏面に取付けられているため、導体パターン配線１３等によりスペースの制約を受けず、その面積をランド１３ａ〜１３ｄ及びパターン配線１３ｅに対して十分に広く確保することができる。このような場合には、片面プリント配線基板１０をマイクロストリップ構造とみなすことができる。そして、図３に示すように、導電性シート１５は、パターン配線１３ｅを流れる高周波信号の電流Ｉｏと反対方向に流れるリターン電流Ｉｒの電流経路となる。また、リターン電流経路として十分な領域が導電性シート１５により確保されるとともに、図１０に示すように、パターン配線１１３を迂回するようにグランドパターン１１４を形成して、このグランドパターン１１４をリターン電流経路とする場合に比べて、リターン電流経路のループが小さくなり、パターン配線１３ｅを流れる高周波信号の電流Ｉｏのリターン電流Ｉｒによる放射ノイズを十分に低減させることができる。

また、導電性シート１５にリターン電流経路としての十分な面積が確保されているので、導電性シート１５の厚さを薄くすることができ、導電性シート１５を取付けても片面プリント配線基板１０の全体としての厚さはそれほど変わらない。そのため、厚さ方向にスペース的な余裕があまりない場合であっても、パターン配線１３ｅを流れる高周波信号のリターン電流Ｉｒによる放射ノイズを低減させることができる。

また、図４に示す片面プリント配線基板１０´のように、貫通孔１４ａ、１４ｂに挿通され、ランド１３ｂ、１３ｄにはんだ１７によって接合された金属線１６´に対して、その下方に導電性シート１５´を密着させて、金属線１６´と電気的に直接接続するように導電性シート１５´を取付けてもよい。この場合、導電性シート１５´に金属線１６´を挿通させる孔を開ける必要がなく、また、所定以上の張力がかかるように導電性シート１５´に取付けることによって、導電性シート１５´と金属線１６´とを確実に電気的に接続することができる。

なお、基板本体１２の裏面に電子部品が設置される等の理由で、導電性シート１５の面積を十分に広く確保することができない場合には、例えば、図５に示す片面プリント配線基板２０のように、少なくとも、基板本体１２を挟んでパターン配線１３ｅと対向する領域を含むように、基板本体１２の裏面に、導電性シート１５と大きさ（面積）のみが異なる導電性シート２５を取付けてもよい。このように、導電性シート２５の面積を、少なくとも、パターン配線１３ｅと対向する領域を覆うように確保できれば、高周波信号が流れるパターン配線１３ｅに沿って導電性シート２５を流れようとするリターン電流による放射ノイズを十分に低減させることが可能である。

また、例えば、図６に示す片面プリント配線基板３０のように、少なくとも、基板本体１２を挟んでランド１３ｂとランド１３ｄとの間を直線的に結ぶ領域と対向する領域を含むように、基板本体１２の裏面に一定幅を有する導電性シート３５を取付けてもよい。この導電性シート３５は、導電性シート１５と大きさ（面積）のみが異なるものであり、パターン配線１３ｅを流れる高周波信号のリターン電流経路を、図１０に示した従来の片面プリント配線基板１１０におけるリターン電流経路であるグランドパターン１１４と比べて、十分に短くすることができる。したがって、導電性シート３５の幅を一定以上確保することにより、パターン配線１３ｅを流れる高周波信号のリターン電流による放射ノイズを十分に低減させることが可能である。

以下、本発明の第２の実施の形態に係る片面プリント配線基板について図面に基づき説明する。この片面プリント配線基板４０は、図７にその概略縦断面の一部を示すように、前記第１の実施の形態における導電性シート１５、２５、３５の代わりに、基板本体１２の貫設孔１４（１４ａ及び１４ｂ）に挿通された金属線４６の基板本体１２の裏面（他方の面）側の部分が、本片面プリント配線基板４０を具備する装置の導電性の筐体４５と電気的に接続されるものである。

導電性の筐体４５は、片面プリント配線基板４０を具備する装置の一部であり、基板本体１２を挟んでランド１３ａ〜１３ｄ及びパターン配線１３ｅと対向する領域を含む広い領域を覆って基板本体１２の裏面と直接対面するように配されている。この筐体４５は、その全体が鉄、銅、金、アルミニウム等の金属などの導電性材料からなる板金等により形成されたものであっても、基板本体１２の裏面と対面する面に導電性シートを取付けたものであってもよく、また、その形状も特に限定されるものではない。

金属線４６は、基板本体１２の下面に密着させながら、貫通孔１４ａ、１４ｂに挿通されるとともに、ランド１３ｂ、１３ｄと電気的に直接接続されるようにランド１３ｂ、１３ｄにはんだ４７によって接合されている。そして、基板本体１２の下面に密着させた金属線４６に筐体４５が電気的に直接接続されるように、片面プリント配線基板４０を筐体４５の上方から取付けている。筐体４５への片面プリント配線基板４０の取付け方法は、特に限定されるものではなく、例えば、導電性接着剤による接着、貼付、機械的な付勢などによって取付ければよい。

片面プリント配線基板４０においても、導電性シート１５と同様に、筐体４５が導体パターン配線１３等によりスペースの制約を受けず、筐体４５の面積をランド１３ａ〜１３ｄ及びパターン配線１３ｅに対して十分に確保できる。このような場合には、片面プリント配線基板４０をマイクロストリップ構造とみなすことができる。そして、筐体４５は、パターン配線１３ｅを流れる高周波信号の電流と反対方向に流れるリターン電流の経路となる。また、リターン電流経路として十分な領域が導電性の筐体４５により確保されるので、パターン配線１３ｅを流れる高周波信号の電流のリターン電流による放射ノイズを十分に低減させることができる。

また、片面プリント配線基板４０を具備する装置の筐体４５をリターン電流経路として使用するため、導電性シート１５等の別部材を追加する必要がなく、リターン電流による放射ノイズを低減させるために必要なコストを低くすることができる。

以下、導電性シート１５のようなリターン電流経路を設けた多層プリント配線基板について図面に基づき説明する。この多層プリント配線基板５０は、その一部を図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、グランド層５１及び電源層５２の２層の内層と表面の外層に接地領域５３ａ、５３ｂを含む導体パターン配線を有するプリント配線基板である。

グランド層５１と電源層５２は絶縁層を間に挟んで形成されている。そして、グランド層５１や電源層５２に長尺状のクリアランス穴５４が設けられる場合がある。このような場合、グランド層５１及び電源層５２を用いてマイクロストリップ構造を構成することができない。そして、表面の導体パターン配線の接地領域５３ａ、５３ｂからグランド層５１にその間の絶縁層を貫通して図示しないビアを形成すると、このビアを経由する導体パターン配線の接地領域５３ａ、５３ｂ間のリターン電流経路は、図８（ｂ）に２点鎖線に示すように、グランド層５１を長尺状のクリアランス穴５４を迂回して通るので、ループが大きくなる。

そこで、図に示すように、基板本体の裏面に銅箔からなる導体パターン配線５５を形成し、この導体パターン配線５５と表面の導体パターン配線の接地領域５３ａ、５３ｂとを、基板本体に貫設されたビア５６ａ、５６ｂによってそれぞれ電気的に接続している。これらビア５６ａ、５６ｂは、長尺状のクリアランス穴５４の長手方向途中位置に短手方向に対向するように形成し、クリアランス穴５４の下方を導体パターン配線５５が通ることになる。そのため、表面の導体パターン配線の接地領域５３ａ、５３ｂ間を流れる高周波信号のリターン電流は、導体パターン配線５５及びビア５６ａ、５６ｂを経路として使用することができ、グランド層５１にてクリアランス穴５４を迂回する必要がないので、リターン電流経路のループが小さくなる。したがって、導体パターン配線の接地領域５３ａ、５３ｂ間を流れる高周波信号のリターン電流によるノイズを低減させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る片面プリント配線基板１０の一部を示す概略表面図である。 片面プリント配線基板１０の図１に示すＡ−Ａ断面における概略縦断面図である。 片面プリント配線基板１０の図１に示すＢ−Ｂ断面における概略矢視縦断面図である。 本発明の第１の実施の形態の変形に係る片面プリント配線基板１０´の一部を示す概略表面図である。 本発明の第１の実施の形態の他の変形に係る片面プリント配線基板２０の一部を示す概略表面図である。 本発明の第１の実施の形態に他の変形に係る片面プリント配線基板３０の一部を示す概略表面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る片面プリント配線基板４０の一部を示す概略縦断面図である。 多層プリント配線基板５０の一部を示し、（ａ）は概略表面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ断面における概略縦断面図である。 従来の片面プリント配線基板１００の一部を示す概略縦断面図である。 従来の別の片面プリント配線基板１１０の一部を示す概略表面図である。

符号の説明

１０、１０´、２０、３０、４０ 片面プリント配線基板
１２ 基板本体
１３ 導体パターン配線
１３ｂ、１３ｄ ランド（接地領域）
１３ｅ パターン配線（導体パターン配線）
１４ 貫通孔
１４ａ、１４ｂ 貫通孔
１５、１５´、２５、３５ 導電性シート（導電性シート部材）
１６、１６´、４６ 金属線
４５ 筐体

Claims (4)

1. 絶縁体で形成された基板本体の一方の面のみに、高周波信号の電流経路となる導体パターン配線が形成された片面プリント配線基板において、
   前記基板本体の他方の面に導電性シート部材を取付けるとともに、該導電性シート部材と、前記基板本体の一方の面における前記導体パターン配線の接地領域とを、前記基板本体の貫通孔に挿通された金属線を介して電気的に接続したことを特徴とする片面プリント配線基板。
2. 前記基板本体の他方の面に、少なくとも、前記基板本体を挟んで前記導体パターン配線と対向する領域を含むように、前記導電性シート部材を取付けたことを特徴とする請求項１記載の片面プリント配線基板。
3. 前記基板本体の他方の面に、少なくとも、前記基板本体を挟んで前記導体パターン配線の接地領域間を直線的に結ぶ領域と対向する領域を含むように、前記導電性シート部材を取付けたことを特徴とする請求項１記載の片面プリント配線基板。
4. 絶縁体で形成された基板本体の一方の面のみに、高周波信号の電流経路となる導体パターン配線が形成された片面プリント配線基板において、
   前記基板本体の貫通孔に挿通された金属線の前記基板本体の一方の面側の部分と、前記一方の面における前記導体パターン配線の接地領域とが電気的に接続されるとともに、前記金属線の前記基板本体の他方の面側の部分が、前記片面プリント配線基板を具備する装置の導電性の筐体と電気的に接続されることを特徴とする片面プリント配線基板。

Images