JP5024587B2 - 磁界および電流測定に使用される磁界検出器及び電流測定方法 - Google Patents
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Description
前記第1層と同形状の導体パターンを有し、前記第1層に対向して配置される第2層と、
前記第1の線状導体パターンに対向する第2の線状導体パターンと、前記第1の導体パターンの幅より細く、該第2の線状導体パターンの先端部に接続された、前記第1導体パターンに対向し、前記第1又は第2の導体パターンの先端部に対向する位置まで延びた第3の導体パターンと、該第3の導体パターンの第1先端部に接続された、前記第2の導電パターンに対向する第4の導体パターンとを有し、前記第4の導体パターンが前記第2の線状導体パターン付近で切り欠きを持ち、前記第1層と前記第2層との間に配置される第3層と、
前記第1層と前記第2層と前記第3層とを、前記第3の導体パターンの前記第1先端部又は前記第4の導体パターンの切り欠かれた第2先端部を通して電気的に接続する第1のビア導体とを有することを特徴とする。
前記第1層と同形状の導体パターンを有し、前記第1層に対向して配置される第2層と、
前記第1の導体パターンの幅より細く、前記第1導体パターンに対向する第3の導体パターン、あるいは前記第1及び第2導体パターンに対向する第3及び第4の導体パターンを有し、前記第1層と前記第2層との間に配置される第3層と、を備え、
前記第3又は第4の導体パターンの先端部において、前記第1層と前記第3層との間、及び前記第2層と前記第3層との間にそれぞれ抵抗体を挿入したことを特徴とする。
R=(R1・R2)/(R1+R2)
なる関係を満たすことが望ましい。
前記第1層と同形状の導体パターンを有し、前記第1層に対向して配置される第2層と、
前記第1の導体パターンの幅より細く、前記第1導体パターンに対向する第3の導体パターン、あるいは前記第1及び第2導体パターンに対向する第3及び第4の導体パターンを有し、前記第1層と前記第2層との間に配置される第3層と、を有し、前記第1層と前記第2層との間に配置される第3層と、を備え、
前記第3又は第4の導体パターンの先端部において、前記第1層と前記第3層との間、及び前記第2層と前記第3層との間にそれぞれ電磁気の吸収体を挿入したことを特徴とする。
ところが、図14の従来型の磁界検出器では内層の信号配線2は片側しか存在しておらず、グランド配線1の長手方向(伝送方向)に対して対称ではない。磁界検出器全体は多層基板により構成されるため、グランド層の側面は開放されており、若干の電界が内部に侵入し、測定誤差を増やす要因となっている。このような現象は常にこの種の磁界検出器で見られるわけではなく、小型化やレンズ効果防止等の理由によりグランド配線1、3の幅を、信号配線2や各層の層間厚に比べて十分に広くできない場合に生じる。
図1(a)、(b)は本発明の第1実施形態の磁界検出器を示す斜視図及び平面図である。
図18に示すように、配線導体パターン1と配線導体パターン2とは絶縁層41を介して対向しており、配線導体パターン2と配線導体パターン23は絶縁層42を介して対向している。配線導体パターン1、2、3は、例えばAgPdやAu等の金属層で形成することができ、絶縁層41はガラスセラミックシートを用いることができる。図19は他の構成例の磁界検出器を示すもので、図20は図19のA−A’断面図を示す。図20に示すように、本構成例の磁界検出器では、基板内に配線導体パターン2、配線導体パターン3が設けられ、基板上に配線導体パターン1が設けられた多層基板の構成である。配線導体パターン1と配線導体パターン2、配線導体パターン3が基板内に設けられてもよい。
図18及び図19において、d1は配線導体パターン1、3の長さ、d2は配線導体パターン1、3の幅を示し、d1/d2が1以上が望ましい。
図2(a)、(b)は本発明の第2実施形態の磁界検出器を示す斜視図及び平面図である。本実施形態において、図2(a)、(b)中、図1(a)、(b)に示した構成部材と同一構成部材については同一符号を付して説明を省略する。
図3は本発明の第3実施形態の磁界検出器を示す斜視図である。本実施形態において、図3中、図2(a)、(b)に示した構成部材と同一構成部材については同一符号を付して説明を省略する。
図4は本発明の第4実施形態の磁界検出器を示す斜視図である。図4はビア導体を半周部分の全面に配置した構造となっており、グランドに沿う方向とグランド間を接続する方向に導体が格子状に配置されることになり、横から見た場合の開口面積が減るので図15の構造にさらに近づけることができる。図4ではビア導体はビア導体4、9のみ示されており、他のビア導体は簡易化のため、導体パターン1c上にビアホールのみが示されているが、実際は図16(a)と同様に、ビアホール下にビア導体4、9と同様のビア導体が設けられている。図4中、図2(a)、(b)に示した構成部材と同一構成部材については同一符号を付して説明を省略している。
図5は本発明の第5実施形態の磁界検出器を示す斜視図である。図5中、図3に示した構成部材と同一構成部材については同一符号を付して説明を省略する。図5は中間層(導体層)11を設けて導体を増やすことにより全体の厚みを変えずに金属部分を増やすことができる。図4の場合と同様に上下のグランド配線と中間層を全て接続するようなビアを設けることも可能である。図5ではグランド配線1と信号配線2との間、グランド配線3と信号配線との間に、それぞれ、二つの中間層11を設けている。中間層11はグランド配線1と信号配線2との間、グランド配線3と信号配線との間に、それぞれ1つ又は3つ以上設けてもよい。
図5は以上のべたようなシールド強化構造を施した磁界検出器と従来型磁界検出器の比較を行った結果である。図17に示されるようにマイクロストリップライン上に磁界検出器を設置すると磁界による出力が得られる。ここで、磁界検出器の向きを設置グランド配線1を中心として180度回転させると磁界による出力は反転するが、誤差要因である電界による出力は反転しない。したがって、磁界検出器を0度に設置した場合の出力と180度に設置した場合の出力に差がないことが理想である。図6はこの0度と180度の出力差をグラフ化したものである。図6の従来型は図14の磁界検出器の特性を示し、図6の新型は図4の磁界検出器である。新型の方が、特に4GHz以上の周波数帯については0デシベルに近く、性能が改善されていることが分かる。
図7は信号層となる配線導体パターン2とグランド層となる配線導体パターン1、3を接続するビア導体がなく、導体パターン2bの先端を通して、グランド配線となる配線導体パターン1,3間にそれぞれ抵抗体12が挿入されている。
そして、配線導体パターン1、配線導体パターン2、配線導体パターン3により伝送路を形成する部分の特性インピーダンスをRとし、配線導体パターン2と配線導体パターン1と間の抵抗体12の抵抗値をR1、配線導体パターン2と配線導体パターン3と間の抵抗体12の抵抗値をR2とするとき、
R=(R1・R2)/(R1+R2)
なる関係を満たすように、抵抗値R1、R2を設定することが望ましい。これは伝送路側から見た場合、抵抗値R1の抵抗体と抵抗値R2の抵抗体とが並列に接地されており、伝送路の特性インピーダンスと2つの抵抗体の合成抵抗値とが等しくなるようにすれば、伝送される信号の反射を抑えることが可能になるからである。
なお、導体パターン2cはなくてもよい。また、抵抗体の位置を変えることもでき、図2において、ビア導体4を設けず、図2のビア導体9の代わりに抵抗体を挿入して抵抗体を配置することもできる。
実施形態6における抵抗体12を電磁気の吸収体に置換すれば、より精度の高い無反射終端条件を実現することが可能となる。吸収体に抵抗成分を持たせたり、抵抗体と並列に挿入することにより、広帯域で使用できる磁界検出器を構成することも可能となる。吸収体としては電磁気を吸収可能な材料であればよく、例えばフェライト系の材料、フェライト系材料を混ぜた高分子材料等を用いることができる。
ICチップ上の配線を流れる電流を計測する場合、図17に示すようにICチップ上面から磁界検出器を垂直に設置して配線の回りを周回する方向の磁界を検出して電流に変換するのが一般的な使い方である。しかし、ICチップがフェイスダウンと呼ばれる実装方式で実装される場合、表面に磁界検出器を接近させることができるような配線が存在しないため、図17のような方法では磁界や電流の測定が難しい。
先に述べた通りボール及びボンディングワイヤ周辺の磁界を測定すればボール及びワイヤを流れる電流を計算することが可能になる。
ワイヤ及びボールを、図10に示すように線電流モデルで近似すれば、一例として次の式から磁界と電流を対応付けることができる。
1a 第1層のグランド配線の直線部分
1b 第1層のグランド配線のストリップラインを形成するC字状部分
1c 第1層のグランド配線のストリップラインを形成しないC字状部分
2 第2層の信号配線パターン
2a 第2層の信号配線パターンの直線部
2b 第2層のグランド配線パターンとストリップラインを形成するC字状部
2c 第2層のストリップラインを形成しない側のC字状部
2d 第2層のストリップラインを形成しない側の幅を広げたC字状部
3 第3層のグランド配線パターン
3a 第3層のグランド配線の直線部分
3b 第3層のグランド配線のストリップラインを形成するC字状部分
3c 第3層のグランド配線のストリップラインを形成しないC字状部分
4 第2層の信号線パターン先端で、第1,2,3層を接続するビア
5 ギャップ
6 同軸ケーブルの外導体
6a 外導体の直線部
6b 外導体の同軸を形成する側のC字状部
6c 同軸を形成しない側のC字状部
7 中心導体
8 ギャップ
9 切り欠き部付近の第1、3層を接続するビア
10 ビア4とビア9の中間に配置されるビア
11 第1,2層及び第2,3層間に挿入されるC字状パターン
12 抵抗体または吸収体
13 プリント基板(外形)
14 切り欠き部
15 磁界検出器
16 配線周囲の磁界
17 配線の電流
18 ストリップ導体
19 グランド導体
20 誘電体
21 ボール
22 ICチップ
23 ICパッケージ
24 磁界
25 プリント基板
26 引き出し線1
27 引き出し線2
28 コネクタ
29 ボンディングワイヤ
30 電流
31 分割された領域内を流れる表面電流
32 分割されたk番目の表面電流
33 磁界検出器の中央開口部の中心
34 磁界検出器の中央開口部に垂直な磁界成分
35 積分範囲
Claims (11)
- 第1の線状導体パターンと、該第1の線状導体パターンの端部に接続され、該端部から分岐した第1及び第2の導体パターンとを有し、該第1及び第2の導体パターンの先端部が所定距離離間し、対向して配置される第1層と、
前記第1層と同形状の導体パターンを有し、前記第1層に対向して配置される第2層と、
前記第1の線状導体パターンに対向する第2の線状導体パターンと、前記第1の導体パターンの幅より細く、該第2の線状導体パターンの先端部に接続された、前記第1導体パターンに対向し、前記第1又は第2の導体パターンの先端部に対向する位置まで延びた第3の導体パターンと、該第3の導体パターンの第1先端部に接続された、前記第2の導電パターンに対向する第4の導体パターンとを有し、前記第4の導体パターンが前記第2の線状導体パターン付近で切り欠きを持ち、前記第1層と前記第2層との間に配置される第3層と、
前記第1層と前記第2層と前記第3層とを、前記第3の導体パターンの前記第1先端部又は前記第4の導体パターンの切り欠かれた第2先端部を通して電気的に接続する第1のビア導体とを有することを特徴とする磁界検出器。 - 前記第1先端部と前記第2先端部の一方を前記第1のビア導体が通るとともに、前記第1先端部と前記第2先端部の他方を第2のビア導体が通り、前記第1及び第2のビア導体により前記第1層と前記第2層と前記第3層とが電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載の磁界検出器。
- 前記第4の導体パターンは、前記第3の導体パターンと同じ幅である請求項1又は2に記載の磁界検出器。
- 前記第4の導体パターンの幅は、前記第3の導体パターンの幅より大きく、前記第2の導体パターンと同じ幅又は前記第2の導体パターンよりも小さい幅であることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁界検出器。
- 前記第1のビア導体と前記第2のビア導体との間に、前記第1、2及び3層を接続する複数のビア導体を設けたことを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の磁界検出器。
- 前記第1、3層間と前記第2、3層間とのそれぞれに、前記第4の導体パターンと対向し、且つ前記第4の導体パターンと同じ幅又は前記第4の導体パターンよりも小さい幅の導体層を少なくとも一つ設け、該導体層を前記第1又は/及び第2ビア導体と接続したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の磁界検出器。
- 線状導体パターンと、該線状導体パターンの端部に接続され、該端部から分岐した第1及び第2の導体パターンとを有し、該第1及び第2の導体パターンの先端部が所定距離離間し、対向して配置される第1層と、
前記第1層と同形状の導体パターンを有し、前記第1層に対向して配置される第2層と、
前記第1の導体パターンの幅より細く、前記第1導体パターンに対向する第3の導体パターン、あるいは前記第1及び第2導体パターンに対向する第3及び第4の導体パターンを有し、前記第1層と前記第2層との間に配置される第3層と、を備え、
前記第3又は第4の導体パターンの先端部において、前記第1層と前記第3層との間、及び前記第2層と前記第3層との間にそれぞれ抵抗体を挿入したことを特徴とする磁界検出器。 - 前記第1層、第2層、及び第3層により伝送路を形成する部分の特性インピーダンスをRとし、前記第1層と第3層との間の抵抗体の抵抗値をR1、前記第2層と第3層との間の抵抗体の抵抗値をR2とするとき、
R=(R1・R2)/(R1+R2)
なる関係を満たすことを特徴とする請求項7に記載の磁界検出器。 - 線状導体パターンと、該線状導体パターンの端部に接続され、該端部から分岐した第1及び第2の導体パターンとを有し、該第1及び第2の導体パターンの先端部が所定距離離間し、対向して配置される第1層と、
前記第1層と同形状の導体パターンを有し、前記第1層に対向して配置される第2層と、
前記第1の導体パターンの幅より細く、前記第1導体パターンに対向する第3の導体パターン、あるいは前記第1及び第2導体パターンに対向する第3及び第4の導体パターンを有し、前記第1層と前記第2層との間に配置される第3層と、を備え、
前記第3又は第4の導体パターンの先端部において、前記第1層と前記第3層との間、及び前記第2層と前記第3層との間にそれぞれ電磁気の吸収体を挿入したことを特徴とする磁界検出器。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の磁界検出器が有している直線状のストリップラインに対して角度を持つストリップラインを接続したことを特徴とする磁界検出器。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の磁界検出器を用いて、ボール又はボンディングワイヤ周辺の磁界を測定して電流に変換する電流測定方法。
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