JP3267274B2

JP3267274B2 - 多層プリント基板

Info

Publication number: JP3267274B2
Application number: JP22952599A
Authority: JP
Inventors: 弘和遠矢; 史郎吉田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-08-13
Filing date: 1999-08-13
Publication date: 2002-03-18
Anticipated expiration: 2019-08-13
Also published as: KR20010021267A; CN1284835A; CN101448360A; US6359237B1; TWI238688B; KR100382804B1; DE10039392A1; JP2001053449A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、多数の、高速，
高周波の回路素子を搭載した場合に、電源電流に基づく
電磁誘導妨害を低減可能な、多層プリント基板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ（Integrated Circuit）やＬＳＩ
（Large Scale Integrated circuit）等のような、高
速，高周波の回路素子が搭載された多層プリント基板で
は、電磁ノイズが発生するために、そのプリント基板に
搭載された電子機器自体又は他の電子機器に、ＥＭＩ
（Electro Magnetic Interference ：電磁干渉）を与え
て、誤動作を発生させるという問題があることは、よく
知られている。ＥＭＩのうちで、特に大きなウエィトを
占めているのは，コモンモードノイズと呼ばれる、大地
面又はグランド面を基準電位として生じる高周波源に起
因する電磁ノイズである。しかしながら、コモンモード
ノイズは、推定される発生原因が多岐にわたるととも
に、それぞれの発生機構が複雑なため、発生源に近いと
ころでの、有効な対策方法がなかった。そのため、従来
は、コモンモードノイズの主な伝搬経路又は放射アンテ
ナとなるケーブルへの漏洩防止や放射防止の対策がとら
れているだけであった。

【０００３】これに対して、高速ディジタル回路におけ
る、コモンモードノイズの最大の発生原因の一つが、プ
リント基板に搭載されている高速，高周波の回路素子に
対する電源電流にあることが、最近の研究結果によって
わかってきた。この事実に基づいて、発明されたものと
して、例えば、特許第２７３４４７号によって登録され
た技術や、特願平９−２５３５１９号によって出願され
た技術がある。

【０００４】これらの技術は、プリント基板に搭載され
ている、高速，高周波の回路素子にる対する直流電源供
給を、線路の途中に高周波時に高いインピーダンスを呈
するインダクタンス素子を挿入した電源配線によって行
うようにしたり、又は、線路の周囲を磁性体で包囲する
ことによって、特性インピーダンスを高くした電源供給
線路によって行うとともに、回路素子の電源，グランド
間にコンデンサを接続することによって、プリント基板
に搭載されている回路素子の高速，高周波の動作を円滑
に行わせながら、その動作に伴って発生する高周波電源
電流が、プリント基板全体に拡散することを防止するよ
うにしたものである。このような技術を、高性能コンピ
ュータに適用することによって、電磁放射レベルを大幅
に抑制するとともに、外部からの電気的又は電磁的外乱
に対する耐力（イミュニティ）が向上することを確認し
た研究論文が、例えば、「磁性体内蔵デカップリング強
化多層プリント基板」（電気学会マグネティクス研究
会；１９９７−１２）や、「Novel decoupling circuit
enabling notable electromagnetic noise suppressio
n and high-density packing in a digital printed ci
rcuit board 」（IEEE International Symposium on El
ectromagnetic Compatibility ；１９９８−８，Denve
r）等において発表されている。

【０００５】上記した従来技術においては、プリント基
板の直流電源供給線路のインピーダンスを、高周波領域
で高くする線路構造（以下、デカップリングインダクタ
という）を採用するとともに、回路素子の高速，高周波
の動作に伴って発生する高周波電源電流を効率よく分流
させるために、コンデンサ（以下、バイパスコンデンサ
という）を使用している。以下、ＥＭＩ抑制効果が顕著
なものとして知られる従来技術として、特許第２７３４
４７号の例を説明する。図５は、従来技術におけるプリ
ント基板の断面図、図６は、従来技術のプリント基板に
おける電源層を示す平面図、図７は、従来技術を適用し
た電源回路の等価回路（デカップリング回路）を示す
図、図８は、従来技術を適用したプリント基板における
高周波電源電流の拡散抑制効果を説明する図である。

【０００６】従来技術のプリント基板は、図５の断面図
に示すように、電源層１０１と、グランド層１０２と、
信号層１０３と、磁性絶縁層１０４と、誘電体絶縁層１
０５とから構成されていて、上から下方向に順に、信号
層１０３と、誘電体絶縁層１０５と、グランド層１０２
と、磁性絶縁層１０４と、電源層１０１と、磁性絶縁層
１０４と、グランド層１０２と、誘電体絶縁層１０５
と、信号層１０３とが形成されている。ここで、磁性絶
縁層１０４は、磁性体を混合した絶縁材からなってお
り、誘電体絶縁層１０５は、誘電特性のみを有する絶縁
材からなっている。

【０００７】また、従来技術のプリント基板における電
源層１０１においては、図６の平面図に示すように、幹
配線１０６と、幹配線１０６から分岐した枝配線１０７
が配置され、枝配線１０７の先端に、ヴァイアホール
（不図示）を介して、プリント基板の部品面（例えば信
号層１０３の表面）に取り付けられたＩＣ／ＬＳＩ１０
８が接続されているとともに、枝配線１０７とＩＣ／Ｌ
ＳＩ１０８の接続部に、プリント基板の部品面（例えば
信号層１０３の表面）に取り付けられたデカップリング
コンデンサ１０９が接続されている。

【０００８】従来技術のプリント基板において、各ＩＣ
／ＬＳＩに対する電源回路の等価回路は、図７に示すよ
うに、ＩＣ／ＬＳＩ１１０に対して、電源配線１１２を
介して電源１１１を接続し、ＩＣ／ＬＳＩ１１０と電源
１１１の帰路をグランド層１１３に接続している。この
際、電源層の上下には、磁性絶縁層１０４が配置されて
いるので、電源層に形成されている電源配線のインピー
ダンスが高くなって、図７に示すように、デカップリン
グインダクタ（Ｌ）１１４が挿入されたのと等価にな
る。このインダクタンス１１４と、デカップリングコン
デンサによる容量（Ｃ）１１５とによって、ローパスフ
ィルタが形成されるので、ＩＣ／ＬＳＩ１１０の動作に
伴って電源供給線に流れる高周波電源電流が抑圧され
る。さらに、電源配線１１２に、つづら折り部１１０等
からなるインピーダンス付加回路を用いて、デカップリ
ングインダクタを大きくする構成とすることもできる。

【０００９】この従来技術においては、上記各図から知
られるように、ＩＣやＬＳＩの動作に伴って、電源層に
流入する高周波電源電流を、配線構造に挿入されたイン
ダクタによって阻止するとともに、ＩＣやＬＳＩの近傍
に配置されたバイパスコンデンサによって分流させるよ
うにしている。

【００１０】図５〜図７に示された従来技術を適用した
プリント基板における高周波電源電流の拡散抑制効果
は、図８に示される。図８においては、基板近傍の磁界
分布を、磁界が強いほど濃い色で示している。図８
（ａ）に示す従来例では、電源層が全面平板からなる基
板であったため、高周波電源電流が基板全面に拡散して
いるとともに、一部に特に濃い色でノイズ発生源である
電子機器が示されているが、図８（ｂ）に示す特許第２
７３４４７号の場合は、電源層を配線化したため、高周
波電源電流の拡散が減少し、電子機器からのコモンモー
ド放射も抑制されたことが示されている。これは、電源
層を配線化してＩＣやＬＳＩからの高周波電源電流の拡
散を減少させたことと、電源配線と隣接するグランド層
とによってストリップ線路を形成したことによって、電
源層（線）と信号線との電磁結合が減少して、コモンモ
ード電流が減少したためであると考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
特許第２７３４４７号の技術は、従来のデカップリング
技術の観点からは全く正しいものであるが、実用的な面
からは、多くの課題を抱えている。第１の課題は、高
速，高周波の動作に伴って発生する高周波電源電流を、
どのようにして知るかということである。これがわから
なければ、デカップリングインダクタやバイパスコンデ
ンサを設計することができない。本来、回路設計は、回
路電圧，電流及びインピーダンスのうちの、いずれか二
つを適切な値に設定してゆく作業であるが、特にディジ
タル回路の場合は、入出力信号として、 "１”と "０”
の二つの状態のみを使用するので、回路設計は、電圧の
みに着目して行われ、電流及びインピーダンスを設計上
において考慮することは、殆ど行われなかった。このた
め、事実上、世界的標準となっているものから客先仕様
のものに至るまで、殆どすべての半導体ＩＣ及びＬＳＩ
に対する、インピーダンスと電流についての特性の開示
は行われていないし、近い将来においても、これらのす
べてについて開示が行われることは、期待できない。そ
こで、半導体メーカだけでなく、ユーザにおいても、高
周波電源電流を測定できる方法が考案されるとともに、
世界標準化に向けた動きが進展しているが、動作条件の
設定と測定環境の設定が比較的難しく、そのため、設計
ラインで効率よく測定を行うことは容易ではない。従っ
て、当面、ある程度の設計誤差を見込んだ上で、高周波
電源電流のデータに代わる、入手可能な特性データか
ら、電源電流を推定することが必要になる。

【００１２】第２の課題は、基本的には、個々の半導体
ＩＣやＬＳＩごとに、デカップリングインダクタとバイ
パスコンデンサのパラメータを設計しなければならな
い、ということである。半導体ＩＣやＬＳＩの高速，高
周波の動作のためには、それに伴って発生する高周波電
源電流を、効率よくバイパスコンデンサに分流する回路
が必要になる。この回路は、半導体ＩＣやＬＳＩのタイ
プや使用条件の変化に応じて個別に設計されるべきこと
は、回路設計上の基本であって当然のことであるが、前
述のように、ディジタル回路においては、従来、このよ
うな設計は殆ど行われていないので、短期的には設計者
の負担が大きくなり、このような負担が増加することに
よって、設計期間が長くなるとともに、設計ミスも増加
することになると思われる。すなわち、デカップリング
設計を、製品設計に適用するためには、設計ツールの改
良や、設計者の再教育を行う等の、十分な準備期間が必
要になる。

【００１３】図９は、ＬＳＩの高周波電源電流特性の一
例を示したものである。上述の第１及び第２の課題を解
決するためには、基板上に搭載されたすべてのＩＣとＬ
ＳＩについて、図９に示されたような、高周波電源電流
特性を測定して、その１周期の波形の積分値である電荷
量Ｑを求めて、個々のＩＣ，ＬＳＩの許容電圧変動を勘
案して、必要なバイパスコンデンサの容量を求めなけれ
ばならない。さらに、バイパスコンデンサとデカップリ
ングインダクタのインピーダンス比から、所望のインダ
クタンス値を算出して、配線パターン長に置き換えるよ
うにして、電源の配線設計を行うことが必要になる。

【００１４】第３の課題は、半導体ＩＣ，ＬＳＩの高
速，高周波化に比べて、デカップリングインダクタとパ
イパスコンデンサの材料技術又は製造技術が遅れている
ということである。例えば、最近のパーソナルコンピュ
ータに使用されているＣＰＵ（Central Processing Uni
t ）のスイッチング周波数は、５００ＭＨｚ程度まで上
昇しており、このような、高速スイッチングを行う場合
には、ＣＰＵを構成する半導体ＩＣやＬＳＩのの電源電
流に、数ＧＨｚ以上の高次高調波が含まれることにな
る。しかしながら、現在のコンデンサ製造技術では、半
導体ＩＣやＬＳＩの電源に対して必要な、０．１μＦ程
度の静電容量を有するコンデンサの共振周波数は、数十
ＭＨｚ以下にとどまっていて、これ以上の周波数では、
コンデンサとして作用せず、インダクタとして振る舞う
ようになる。今後におけるディジタル回路の高速化を可
能にするためには、バイパスコンデンサの高周波特性の
向上は必須となるであらうが、近い将来において、共振
周波数がＧＨｚオーダーに達する大容量小型コンデンサ
が、市場で入手できる可能性は少ない。デカップリング
インダクタについても、構造と材料面の研究開発が進展
しなければ、ＧＨｚ台の共振周波数を有し、数百ｎＨ程
度のインダクタンスを有するとともに、電流容量が数Ａ
に達するようなインダクタを、近い将来、市場で入手で
きる可能性は少ない。

【００１５】電源回路については、このような各種の課
題があるにもかかわらず、ディジタル回路の高速化を進
めることが必要である。このため、比較的実用化が容易
と思われる代替策が、少なくとも当面、必要となる。

【００１６】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
ものであって、回路の高速，高周波の動作に伴って発生
する高周波電源電流の値が開示されていなくても、ま
た、デカップリングインダクタやバイパスコンデンサの
高周波性能が不十分であっても採用することができ、半
導体ＩＣやＬＳＩのタイプや使用条件に大きく依存する
ことなく、半導体ＩＣ，ＬＳＩの電源の、高速，高周波
の動作を可能にするような、直流電源供給線路構造を備
えた多層プリント板を提供することを第１の目的として
いる。また、この発明は、半導体ＩＣやＬＳＩの高周波
電源電流に基づく、コモンモードノイズの発生を抑圧で
きるような、直流電源供給線路構造を有する多層プリン
ト基板を提供することを第２の目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、多層プリント基板に係り、
電源配線を設けた電源層の上下両側に、それぞれ薄いか
つ／又は誘電率が高い第１の絶縁材層を介してグランド
層を積層し、さらにこれらの上下の片側又は両側に、第
２の絶縁材層を介して信号配線を設けた信号層を積層し
てなることを特徴としている。

【００１８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の多層プリント基板に係り、前記誘電率が高い第１の
絶縁材層が、高誘電率フィルムからなることを特徴とし
ている。

【００１９】また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は２記載の多層プリント基板に係り、前記グランド層
が、スルーホール及びヴァイアホール以外の切り抜き又
は独立した配線を含まない全面平板の導体層からなるこ
とを特徴としている。

【００２０】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至３のいずれか一記載の多層プリント基板に係り、前記
電源配線が、回路電流による電圧降下が所定値以下とな
るような線路幅と、該電源配線の特性インピーダンスが
所定値以下となるような線路幅とのうち、いずれか広い
方の線路幅を有することを特徴としている。

【００２１】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至３のいずれか一記載の多層プリント基板に係り、前記
電源配線が、前記電源層内の直流電源受電端子と各回路
素子間に設けられた独立した線路構造からなり、該回路
素子に対する電源電流に含まれる高周波成分の該線路上
の波長に対して、該線路の終端条件によって定まる値を
乗じた以上の長さを有することを特徴としている。

【００２２】また、請求項６記載の発明は、請求項４又
は５記載の多層プリント基板に係り、前記電源配線が、
一定面積内に一定幅を有する最も長い配線を収容可能な
線路パターンからなることを特徴としている。

【００２３】また、請求項７記載の発明は、請求項６記
載の多層プリント基板に係り、前記線路パターンが、つ
づら折り配線からなることを特徴としている。

【００２４】また、請求項８記載の発明は、請求項１な
いし７のいずれか一記載の多層プリント基板に係り、前
記電源配線が、回路素子との接続点とグランド層間、及
び該電源配線が接続されている直流電源受電端子とグラ
ンド層間に、それぞれコンデンサを接続されていること
を特徴としている。

【００２５】また、請求項９記載の発明は、請求項８記
載の多層プリント基板に係り、前記電源配線が、回路素
子側で、電源電流に含まれる高周波成分の高周波帯域で
低い特性インピーダンスを有するコンデンサで終端さ
れ、直流電源受電端子側で、前記電源電流に含まれる高
周波成分の低周波帯域で低い特性インピーダンスを有す
るコンデンサで終端されることを特徴としている。

【００２６】また、請求項１０記載の発明は、請求項１
乃至９のいずれか一記載の多層プリント基板に係り、直
流電源受電端子と外部の電源ユニットとを接続する直流
供給ケーブルが、前記電源配線と比べて高いコモンモー
ドインピーダンスを有することを特徴としている。

【００２７】また、請求項１１記載の発明は、請求項１
乃至１０のいずれか一記載の多層プリント基板に係り、
前記第２の絶縁材層が、ガラスエポキシ樹脂板からなる
ことを特徴としている。

【００２８】また、請求項１２記載の発明は、請求項１
乃至１０のいずれか一記載の多層プリント基板に係り、
前記第２の絶縁材層が、セラミック板からなることを特
徴としている。

【００２９】

【００３０】この発明において、電源層をグランド層で
挟まれた低インピーダンスの線路構造とする理由は、次
の通りである。すなわち、プリント基板に搭載されてい
るＩＣ，ＬＳＩ等のような、高速，高周波の回路素子に
とっての、理想的な直流電源の形態は、広い周波数帯域
にわたって内部インピーダンスが充分小さい値を有する
ことと、このような電源が、ＩＣ，ＬＳＩ等の回路素子
ごとに設けられていることである。これによって、Ｉ
Ｃ，ＬＳＩ等のような回路素子の、高速，高周波の動作
に伴う高周波電源電流を円滑にグランドに流下させて、
その結果、信号波形の歪みを抑制できるとともに、直流
電源を共用することによる、電圧安定度の劣化に基づ
く、ＩＣ，ＬＳＩ等の回路素子の相互間の干渉を排除す
ることが可能になる。

【００３１】しかしながら、回路素子ごとに電源を独立
に設置することは、回路部品数が増大して、機器のコス
トを上昇させるとともに、機器のサイズを増大させ、さ
らに、機器の故障確率を高くするという問題を生じるた
め、必ずしも現実的ではない。このため、比較的小規模
の電子機器の場合は、特に必要がない限り、同一電圧の
電源は、一つに集約されることが多い。すなわち、プリ
ント基板用の直流電源は、プリント基板とは独立したユ
ニットで発生させ、高周波の影響についての配慮が払わ
れていない電線を介して供給するのが普通である。

【００３２】そこで、このような形態でプリント基板に
供給される直流電源を、プリント基板内で，上述した理
想に近い形で、ＩＣやＬＳＩに供給できるようにするこ
とが必要になる。理想に近い形で、直流電流を分配する
ためには、大きく分けて二つの方法が考えられる。一つ
は、直流電源の独立設置を優先しつつ、可能な限り、電
源のインピーダンスを低くするという考え方であって、
従来の電源層にインピーダンス付加回路を形成する方法
（例えば、特願平８−１３７９０４号公報参照）がこれ
に含まれる。他の考え方は、電源の低インピーダンス化
を優先しつつ、可能な限り、電源の独立性を保つという
考え方であって、この発明は、後者の考え方に基づいて
いる。

【００３３】

【作用】この発明の構成によれば、多層プリント基板を
上記のように構成することによって、プリント基板に搭
載されているＩＣ，ＬＳＩ等の回路素子に対して、理想
的な直流電源を、見かけ上、個別に供給できるため、Ｉ
Ｃ，ＬＳＩ等の回路素子の高速動作に対する、電源部に
よる制約要因を排除できるとともに、高周波電流が流れ
ているプリント基板の電源供給線路と信号線路との間の
電磁結合と、プリント基板の電源供給線路から装置内の
電源供給ケーブルへの高周波電流の流出を抑制すること
が可能になる。これによって、プリント基板に搭載され
ているＩＣ，ＬＳＩ等の回路素子の高速，高周波の動作
を保証するとともに、ディジタル機器をはじめとする、
高速，高周波の電子機器からの電磁放射を抑制し、また
外部からの電気的又は電磁的外乱に対する耐力を向上す
ることができるようになる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。図１は、この発明の一実施例である多
層プリント基板の構造を示す断面図、図２は、この発明
の一実施例である多層プリント基板における電源層の構
成を示す平面図、図３は、つづら折り配線の例を示す
図、図４は、ストリップ線路構造を説明する図である。
この例の多層プリント基板は、図１に示すように、電源
層１と、グランド層２と、信号層３と、電源絶縁材層４
と、基体絶縁材層５とから構成されている。この例にお
いては、上から下方向に順に、信号層３と、基体絶縁材
層５と、グランド層２と、電源絶縁材層４と、電源層１
と、電源絶縁材層４と、グランド層２と、基体絶縁材層
５と、信号層３とが形成されているが、いずれか一方の
信号層３と、基体絶縁材層５とを欠く構成にすることも
できる。

【００３５】電源層１は、銅箔パターンによって、直流
電源受電端子から各回路素子に対する電源配線が形成さ
れている層である。グランド層２は、銅箔によって形成
された、接地のための層であって、スルーホールやヴァ
イアホール以外の切り抜きや、独立した配線を含まない
全面平板とすることが望ましい。信号層３は、銅箔パタ
ーンによって、各回路素子に対する信号線路が形成され
ている層である。電源絶縁材層４は、電源層１とグラン
ド層２とを絶縁するための絶縁材層であって、高誘電率
を有する、充分薄い絶縁材によって形成されている。基
体絶縁材層５は、プリント基板の基体層を構成するとと
もに、信号層５とグランド層３とを絶縁するための絶縁
材層である。

【００３６】この例における電源層１は、図２に示すよ
うに、電源配線６と、つづら折り配線７と、直流電源受
電端子８とからなっている。各電源配線６は、銅箔パタ
ーンからなり、一端に、スルーホールやヴァイアホール
（不図示）を介して、プリント基板の部品面（例えば信
号層３の表面）に取り付けられているＩＣ／ＬＳＩ９と
接続され、他端を、直流電源受電端子８に接続されてい
る。電源配線６の一部には、つづら折り配線７が設けら
れている場合もある。電源配線６とＩＣ／ＬＳＩ９との
接続部には、スルーホールやヴァイアホール（不図示）
を介して、プリント基板の部品面（例えば信号層３の表
面）に取り付けられている、バイパスコンデンサ１０が
接続されている。さらに、直流電源受電端子８には、ス
ルーホールやヴァイアホール（不図示）を介して、プリ
ント基板の部品面（例えば信号層３の表面）に取り付け
られている、終端コンデンサ１１が接続されている。直
流電源受電端子８には、外部に設けられている電源ユニ
ット１２が、直流供給ケーブル１３を介して接続されて
いる。

【００３７】電源配線６には、一定の面積内に、一定の
幅を有する最も長い配線を収容することができるよう
な、線路パターンを使用する。このような線路パターン
の例としては、例えば、図３に示すような、つづら折り
状に形成した線路パターンである、つづら折り配線１４
がある。この線路パターンは、単純に２点間を結ぶ直線
状の配線パターンと比較して、効果的に線路長を長くす
ることができる。電源配線の特性インピーダンスは、線
路幅が広いほど低く、線路とグランド層との間隔が狭い
ほど低く、また、線路とグランド層間の絶縁材の誘電率
が高いほど低くなる。電源配線の特性インピーダンスを
保証する周波数の下限は、線路長に比例して低くなる。
また、電源配線の特性インピーダンスをある程度保証で
きる周波数の上限は、一般的なガラス繊維強化エポキシ
材使用のプリント基板において、数ＧＨｚに及ぶことが
期待できるため、ある程度以上の高周波数領域におい
て、低インピーダンスの線路を形成することが可能であ
る。なお、電源配線の形状は、図３に示されたつづら折
り配線に限定されるものでなく、単純な２点間直線配線
の長さ（マンハッタン長）よりも長くなるような配線方
法であれば、どのような形状であってもよい。

【００３８】電源層の設計を行う場合には、線路とグラ
ンド層との間隔、及び絶縁材の誘電率をプリント基板の
材料設計時点で決定し、次に、プリント基板に搭載され
る半導体ＩＣやＬＳＩを消費電力に基づいて自由に分類
して、それぞれのグループごとに、電源配線の線路幅を
決定したのち、適切なルールに従って配線設計を行い、
その結果によって、半導体ＩＣ，ＬＳＩごとのバイパス
コンデンサを選定するという、比較的単純な作業によっ
て、設計を進めることができる。バイパスコンデンサの
選定に関しては、電源配線が高周波数帯域のインピーダ
ンスを保証するために、その選定の自由度が高く、従っ
て、コストアップや設計ミスが生じるおそれが少ないと
考えられる。

【００３９】この例では、電源配線の幅をある程度広く
した上で、電源層１とグランド層２間の電源絶縁材層４
を薄くすることによって、電源配線の特性インピーダン
スを広い範囲の高周波数帯域で低下させている。この場
合の電源配線の特性インピーダンスは、電源配線を図４
に示すような、電源配線をストリップ導体１５とし、グ
ランド層を上下の接地導体１６とし、電源絶縁材層をグ
ランド絶縁体１７とするストリップ線路と見なすことに
よって求められる。この場合における、ストリップ線路
の特性インピーダンス（Ｚ_０）は、周知の次の簡易式
を適用することによって、容易に決定することができ
る。

【００４０】

【数１】

【００４１】電源配線の特性インピーダンスを低下させ
る手段として、電源絶縁材層４を薄くするためには、例
えば印刷（塗装）手法によって形成された、薄膜又は厚
膜の誘電体からなる絶縁材層を用いることができる。さ
らにこの例では、電源絶縁材層４を形成する絶縁材の誘
電率を高くすることによって、より特性インピーダンス
を低下させるようにしている。具体的には、例えば、電
源配線を高誘電率材料からなる絶縁フィルムで挟んで、
さらにその両側からグランド層によって積層して、多層
プリント基板を形成する方法をとることもできる。

【００４２】このようにして、同一配線幅の場合に、電
源配線の特性インピーダンスが極力低くなるような、多
層基板構造を決定し、その上で、プリント基板に搭載さ
れるＩＣ，ＬＳＩ等の回路素子を消費電力で分類したグ
ループごとに、許容電流の観点から最小配線幅を決定す
る。配線幅を定めるための他の条件は、特性インピーダ
ンス値であるが、これに対しても、消費電力でグループ
分けして、（１）式に基づいて最小配線幅を決定する。
実際には、このようにして定められた配線幅から、いず
れか幅の広い方の値を採用すればよい。

【００４３】電源配線の線路長によって、特性インピー
ダンス値を保証する最低周波数が規定される。具体的に
は、誘電体による波長短縮効果を見込んだ波長の１／４
又は１／２よりも長い場合に、ほぼ、特性インピーダン
スが保証される。波長の１／４をとるか、又は１／２を
とるかは、線路の終端条件（オープン又はショート）に
依存する。図１の例では、電源供給線路の両端が、充分
低いインピーダンス（例えば０．１オーム程度）を有す
るコンデンサで終端されるので、この場合の線路長は、
１／２波長となる。

【００４４】ＩＣ，ＬＳＩ等の回路素子側の電源配線に
使用するコンデンサは、比較的高い周波数領域（例え
ば、３０ＭＨｚから１００ＭＨｚ）で電源供給線路を終
端し、プリント基板の直流電源受電端子８側の電源配線
に使用するコンデンサは、比較的低い周波数領域（例え
ば、１５０ＫＨｚから３０ＭＨｚ）で電源供給線路を終
端する。これによって、半導体ＩＣ，ＬＳＩの、高速，
高周波の動作に伴う高周波電源電流を、これらの回路素
子側で、バイパスコンデンサと電源配線に円滑に分流さ
せるとともに、電源配線の高周波数領域から低周波数領
域にいたる広い周波数帯域の電源電流が、特性インピー
ダンスの差によって、プリント基板に直流を供給してい
る直流電源受電端子８に流入することを抑制できる。ま
た、プリント基板の直流電源受電端子８から直流供給ケ
ーブル１３に高周波電流が漏洩しにくくするために、直
流供給ケーブル１３のコモンモードインピーダンスを充
分大きく（例えば数十オーム以上）することが望まし
い。

【００４５】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られたもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、基体絶縁
材層５を構成する絶縁材として、ガラスエポキシ樹脂板
を用いてもよく、又はセラミック板を用いることもでき
る。電源絶縁材層４を形成する薄膜誘電体は、蒸着によ
って形成してもよく、同じく厚膜誘電体は、スパッタリ
ングによって形成してもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、多層プリント基板に搭載される半導体ＩＣやＬＳＩ
等の回路素子に対して、個別に低インピーダンスの独立
電源を設けた場合と同様の状態で、直流電源を供給でき
るとともに、プリント基板に搭載されているＩＣ，ＬＳ
Ｉ等の回路素子の高速，高周波の動作を阻害することな
く、ディジタル機器をはじめとする、高速，高周波の電
子機器からの電磁放射を抑制することができ、さらに、
外部からの電気的又は電磁的外乱に対する耐力を向上す
ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である多層プリント基板の
構造を示す断面図である。

【図２】この発明の一実施例である多層プリント基板に
おける電源層の構成を示す平面図である。

【図３】つづら折り配線の例を示す図である。

【図４】ストリップ線路構造を説明する図である。

【図５】従来技術におけるプリント基板の断面図であ
る。

【図６】従来技術のプリント基板における電源層を示す
平面図である。

【図７】従来技術を適用した電源回路の等価回路（デカ
ップリング回路）を示す図である。

【図８】従来技術を適用したプリント基板における高周
波電源電流の拡散抑制効果を説明する図である。

【図９】ＬＳＩの高周波電源電流特性の一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１電源層２グランド層３信号層４電源絶縁材層（第１の絶縁材層）５基体絶縁材層（第２の絶縁材層）６電源配線７つづら折り配線８直流電源受電端子９ＩＣ／ＬＳＩ（回路素子）１０バイパスコンデンサ１１終端コンデンサ１２電源ユニット１３直流供給ケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０５Ｋ 9/00 Ｈ０５Ｋ 9/00 Ｒ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 3/46 H05K 1/02 H05K 1/03 610 H05K 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電源配線を設けた電源層の上下両側に、
それぞれ薄いかつ／又は誘電率が高い第１の絶縁材層を
介してグランド層を積層し、さらにこれらの上下の片側
又は両側に、第２の絶縁材層を介して信号配線を設けた
信号層を積層してなることを特徴とする多層プリント基
板。
【請求項２】前記誘電率が高い第１の絶縁材層が、高
誘電率フィルムからなることを特徴とする請求項１記載
の多層プリント基板。
【請求項３】前記グランド層が、スルーホール及びヴ
ァイアホール以外の切り抜き又は独立した配線を含まな
い全面平板の導体層からなることを特徴とする請求項１
又は２記載の多層プリント基板。
【請求項４】前記電源配線が、回路電流による電圧降
下が所定値以下となるような線路幅と、該電源配線の特
性インピーダンスが所定値以下となるような線路幅との
うち、いずれか広い方の線路幅を有することを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれか一記載の多層プリント基
板。
【請求項５】前記電源配線が、前記電源層内の直流電
源受電端子と各回路素子間に設けられた独立した線路構
造からなり、該回路素子に対する電源電流に含まれる高
周波成分の該線路上の波長に対して、該線路の終端条件
によって定まる値を乗じた以上の長さを有することを特
徴とする請求項１乃至３のいずれか一記載の多層プリン
ト基板。
【請求項６】前記電源配線が、一定面積内に一定幅を
有する最も長い配線を収容可能な線路パターンからなる
ことを特徴とする請求項４又は５記載の多層プリント基
板。
【請求項７】前記線路パターンが、つづら折り配線か
らなることを特徴とする請求項６記載の多層プリント基
板。
【請求項８】前記電源配線が、回路素子との接続点と
グランド層間、及び該電源配線が接続されている直流電
源受電端子とグランド層間に、それぞれコンデンサを接
続されていることを特徴とする請求項１ないし７のいず
れか一記載の多層プリント基板。
【請求項９】前記電源配線が、回路素子側で、電源電
流に含まれる高周波成分の高周波帯域で低い特性インピ
ーダンスを有するコンデンサで終端され、直流電源受電
端子側で、前記電源電流に含まれる高周波成分の低周波
帯域で低い特性インピーダンスを有するコンデンサで終
端されることを特徴とする請求項８記載の多層プリント
基板。
【請求項１０】直流電源受電端子と外部の電源ユニッ
トとを接続する直流供給ケーブルが、前記電源配線と比
べて高いコモンモードインピーダンスを有することを特
徴とする請求項１乃至９のいずれか一記載の多層プリン
ト基板。
【請求項１１】前記第２の絶縁材層が、ガラスエポキ
シ樹脂板からなることを特徴とする請求項１乃至１０の
いずれか一記載の多層プリント基板。
【請求項１２】前記第２の絶縁材層が、セラミック板
からなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか
一記載の多層プリント基板。