JP6546793B2 - プリント回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、プリント回路基板の導体配線に関する。

従来の自動車用電気部品では、電気部品の電源線、接地線、信号線を含むケーブル束線に印加された電気ノイズによる回路の誤動作を抑えるために、例えば特許文献1にあるように、回路の接地導体で信号線を挟む構造とする方法が考案されている。本従来技術は信号線と接地線とを交流的に短絡させて、電気ノイズによる信号線と接地線との間の電位差が軽減するように工夫したものである。

また、ケーブル束線からの電気ノイズによる接地導体上の電位差が生じないように、接地配線を広い導体面にする方法もベタGNDとしてよく知られている。

特開平11-01422

例えば自動車のエンジンルームの電気部品に接続されたケーブル束線に印加される電気ノイズは電気部品の回路基板を通り、回路基板と自動車筐体との間の静電容量を通じて自動車筐体へ流れる。回路基板と自動車筐体との間の静電容量は素子として配置されたものではなく寄生の容量である。この寄生容量は回路の配線パターンや電気部品の構造、自動車内での配置に依存する。例えばケーブル束線につながる導体面積が大きいと静電容量も大きくなり、交流電流や過渡電流が流れやすくなる。

従来の技術では回路基板内で接地線とつながる導体面積が他の電源線や信号線につながる導体面積と比較して大きくなる。このため、電磁波ノイズがケーブル束線に印加されると接地線に流れるノイズ電流が電源線や信号線に流れる電流より多くなり、回路基板内での接地配線と信号配線、電源配線との電位差が電気ノイズにより変動してしまい、電気部品の誤動作となってしまう。

ケーブル束線に電気ノイズが載らないようにする方法として、電磁遮蔽されたケーブル束線を用いることが考えられる。しかし、コストが高くなる、自動車部品では車両重量が重くなるという問題が発生する。

本発明の課題は、ケーブル束線に電磁波ノイズが印加され、電気ノイズが載っても電気部品の回路基板内でノイズによる電位差を生じさせないことである。

ケーブル束線側から回路基板を見た場合に接地線と電源線、信号線全ての入力インピーダンスが同じになるように、接地線、電源線、信号線それぞれに、ほぼ等しい面積の中間導体面を配置する。この中間導体面は回路図上ではケーブル束線と回路基板内の主要回路との間に寄生容量ができるように配置する。

ケーブル束線に電磁波ノイズが印加されても、電源線、接地線、信号線につながる電気部品のコネクタ部では電気ノイズと同相で電位が変動するため、各線間の電位差は電気ノイズの影響を受けにくくなる。これにより電気部品の耐ノイズ性能が向上する。

本発明によれば、電気部品に接続されたケーブル束線に電磁波ノイズが印加されても誤動作しにくい電気部品を実現できる。

本発明の回路基板を搭載した電気部品の構成図 従来技術による回路基板を搭載した電気部品の構成図 ケーブル束線に電磁波ノイズが印加された場合のノイズ電流の経路 従来技術による回路基板での寄生容量の配置図 本発明による回路基板での寄生容量の配置図 導体配線を複数層にした場合の基板構成実施例 導体配線の一部と接地導体面を同一層にした場合の基板構成実施例 導体配線の一部と接地導体面を同一層にした場合の導体配置実施例 接地導体面がない場合の本発明の実施例 導体配線と中間導体面とを同一層に配置した場合の実施例 中間導体面間の静電容量を増やすための実施例

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

図1に本発明の構成を示す。実施例として自動車のエンジンルームに組み込まれる電気部品の場合を説明する。

図1で本発明による電気部品100は製品を制御する回路基板101と配線コネクタ102とで構成されている。回路基板と配線コネクタとはアルミ線や金線などのボンディングワイヤ8で接続されている。例えば電気製品100が空気流量や温度、圧力などの物理量を測定するセンサーである場合、前記物理量を検出する検出素子は前記回路基板に搭載されていてもよいし、基板とは別に搭載されてワイヤボンディング等で回路基板101と接続されていてもよい。

電気製品100は配線コネクタ102でケーブル束線201を介して負荷回路200へ接続されている。ケーブル束線201はハーネスと呼ばれることもある。本実施例では電源線と接地(GND)線、信号線とで構成されている。負荷回路200は、自動車部品ではエンジンコントロールユニットに相当し、電気部品100へは電源の供給と信号の読み込みを行なっている。

本発明の回路基板101は複数の絶縁層1の間に導体配線を施した構成となっている。図1に記載されている回路基板101は基板の断面構造を模式的に示したものである。回路基板101の表面層には電気回路を構成する導体配線20が配置され、導体配線20の上に抵抗やコンデンサ、半導体などの回路素子9が配置されている。また、配線コネクタとボンディングワイヤで接続するボンディング面が配置されている。ボンディング面は電源線、接地線、信号線へ接続される面がそれぞれ配置されている。

第1絶縁層1を挟んだ導体配線20の次の層には接地線と導体のみで繋がっている接地導体面27が配置されている。接地導体面27は公知の技術でベタGNDと呼ばれるもので、主に回路の各接地点に電位に差が生じないようにすることが目的である。

第2絶縁層11を挟んだ接地導体面27の次の層には電源線と導体のみで繋がっている電源中間導体面24、接地線と導体のみで繋がっている接地中間導体面25、信号線と導体のみで繋がっている信号中間導体面26が同一の層に配置されている。電源線から導体配線20までの導体による電気的な接続は電源線、ボンディングワイヤ8、電源ボンディング面21、ビア導体6、電源中間導体面24、ビア導体6、導体配線20の順である。同様に、信号線から導体配線層20までの導体による電気的な接続は信号線、ボンディングワイヤ8、信号ボンディング面22、ビア導体6、信号中間導体面26、ビア導体6、導体配線20の順である。接地線から導体配線20までの導体による電気的な接続は電源線、ボンディングワイヤ8、接地ボンディング面23、ビア導体6、接地中間導体面25、ビア導体6、接地導体面27、ビア導体6、導体配線20の順である。

ビア導体6は層間の導体を電気的に接続することが目的である。接続する導体間に別の層の導体があり、その導体とは絶縁する場合はビアホールを設けて互いに接触しない構造にする。その導体と電気的に接続する場合はビアホールを設けずにビア導体6と直接接触させる。

図1に示す本発明実施例の特徴はケーブル束線201の各配線から導体配線20までの電気的接続の途中に導体面積の広い中間導体面がそれぞれ配置されていることである。また、電源中間導体面24、接地中間導体面25、信号中間導体面26それぞれが同一の層に配置されていることも特徴である。

図2は従来技術のベタGNDによる電気ノイズ対策実施例である。ケーブル束線201の各配線と導体配線20との電気的接続間にはベタGNDである接地導体面27のみが接地配線に接続されており、電源配線、信号配線には面積の広い導体が配置されていない。電源ボンディング面21と信号ボンディング面22とは表面層で導体配線20と直接接続されている。

図2の構造にした場合、電気ノイズによる回路接地点の電位差発生を防ぐことには有効である。このため、図1の本発明の実施例でも接地導体面27を採用している。しかし、図2の構成ではケーブル束線201を構成する電源線、接地線、信号線の内、接地線の交流インピーダンスが電源線と信号線とに比べて小さくなるという問題が生じる。

図3は自動車のエンジンルームに取付けられた電気部品100に流れるノイズ電流の例を示す。ケーブル束線201に電磁波ノイズが印加されると、ケーブル束線に交流や過渡のノイズ電流300が流れる。ノイズ電流300はケーブル束線から電気部品100を通り、電気部品100と自動車筐体との間にできる寄生容量30を通って車体筐体へ流れる。図3の場合、寄生容量30に繋がる接地記号は自動車の筐体に相当する。

寄生容量30は主にケーブル束線201に繋がった電気部品100内の導体によって構成され、導体の面積が大きいほど寄生容量30も大きくなる。

図2の構成の場合、ケーブル束線201と導体配線20との中間にある面積の広い導体は接地配線に繋がる接地導体面27のみであり自動車筐体との間にできる寄生容量は、図4に示すとおり、寄生容量34のみである。このため、ケーブル束線201を構成する電源線、接地線、信号線の内、接地線は自動車筐体に対する交流インピーダンスが電源線と信号線より小さくなる。すると、これら3本の線に等しく電磁波ノイズが印加されても導体配線20の接地線と繋がる部分と電源線、信号線と繋がる部分とに電位差が生じる。この電位差が電気ノイズとなり電気回路誤動作の原因となり得る。

このような問題を解決するのが、図1に示す本発明の構成である。ケーブル束線201と導体配線20との間で電源線、接地線、信号線それぞれに電源中間導体面24、接地中間導体面25、信号中間導体面26が配置されているので、図5に示すように、それぞれの中間導体面と自動車筐体との間に寄生容量31、寄生容量32、寄生容量33ができる。また、それぞれの容量値はほぼ等しくなるので、自動車筐体に対する交流インピーダンスが等しくなる。図1の構成では、接地導体面27は導体配線20と電源中間導体面24、接地中間導体面25、信号中間導体面26とに挟まれているため、自動車筐体と接地導体面27との間の寄生容量は生じない。このため、ケーブル束線201に電磁波ノイズが印加されても導体配線20の電源線、接地線、信号線に繋がるそれぞれの部分間には電位差が生じないので電気回路の誤動作も発生しない。

このような電気ノイズ対策は電気回路上に配置するチップコンデンサなどでは行なえないので、基板のレイアウトをするうえで非常に重要な技術である。

電気ノイズ低減効果はそれぞれの導体を配置する層の位置にも大きく影響を受ける。図1の実施例のように、電源中間導体面24、接地中間導体面25、信号中間導体面26と接地導体面27を組合せる場合、接地導体面27は導体配線20を配置する層と電源中間導体面24、接地中間導体面25、信号中間導体面26を配置する層との間の層に配置する方が電気ノイズ低減効果を大きくできる。

また、図6、図7に示すように導体配線20を複数の層に配置する場合も、電源中間導体面24、接地中間導体面25、信号中間導体面26は表面層から最も離れた層に配置することが望ましい。図8は図7の実施例で接地導体面27と同じ配線層に導体配線20の一部を配置した例であり、配線層の上観図である。他の層に配置されている導体配線20とはビア導体6で接続されている。

接地導体面27が無くても回路の各接地点に電位に差が生じないような場合は図9に示すような基板構成で良い。

図10は同一配線層に導体配線20と電源中間導体面24、接地中間導体面25、信号中間導体面26とを配置した実施例である。この構成でも図5に示すような寄生容量が自動車筐体との間にできるので、電磁波がケーブル束線201に印加されたことにより発生する電気ノイズを低減することができる。

図5のような構成になっていても、寄生容量31、32、33には容量差が生じたり、電源線、接地線、信号線と繋がる導体配線20の各部分への入力インピーダンスが異なったりするため、電源線、接地線、信号線と繋がる導体配線20の各部分で電気ノイズによる電位差が生じることがある。このような電位差を軽減するには電源線、接地線、信号線と繋がる導体配線20の各部分間をコンデンサ等の静電容量で交流的に短絡することが有効である。チップ部品のコンデンサを用いてもよいが、図11に示す実施例のように電源中間導体面24、接地中間導体面25、信号中間導体面26を凸凹に配置し、各導体面間の隣接する辺が長くなるような構成としても各導体面間の静電容量を増やすことができる。図11は電源中間導体面24、接地中間導体面25、信号中間導体面26が配置された層の上観図である。

１００・・・電気部品、１０１・・・回路基板、１０２・・・配線コネクタ、
２００・・・負荷回路、２０１・・・ケーブル配線、1・・・第１絶縁層、
１１・・・第２絶縁層、１２・・・第３絶縁層、
６・・・ビア導体、８・・・ボンディングワイヤ、９・・・回路素子、
２０・・・配線導体、２１・・・電源ボンディング面、２２・・・接地ボンディング面、２３・・・信号ボンディング面、２４・・・電源中間導体面、２５・・・接地中間導体面、２６・・・信号中間導体面、２７・・・接地導体面、
３０・・・電気部品と自動車筐体間の寄生容量、
３００・・・ケーブル束線から自動車筐体へ流れるノイズ電流、
３１・・・電源中間導体面と自動車筐体間の寄生容量、
３２・・・接地中間導体面と自動車筐体間の寄生容量、
３３・・・信号中間導体面と自動車筐体間の寄生容量、
３４・・・接地導体面と自動車筐体間の寄生容量、

Claims (5)

1. 電気的な絶縁基板上に導体で配線され、外部からの少なくとも電源線と接地線とを含むケーブル束線が基板上のターミナルに配線されるプリント回路基板において、ケーブル束線を構成する各配線と主要電気回路との間に所定の面積の中間導体面が互いに対向することなくそれぞれ配置されていることを特徴とするプリント基板。
2. 請求項１に於いて、導体配線が2層以上の多層構造になっており、ケーブル束線を構成する各配線と主要電気回路との間の中間導体面と主要電気回路とがそれぞれ異なる配線層に配置されていることを特徴とするプリント回路基板。
3. 請求項2に於いて、ケーブル束線を構成する各配線に接続された各中間導体面が配置された配線層と主要電気回路が配線された配線層との間に、接地線に接続される第２の中間導体面が配置されている配線層を持つことを特徴とするプリント回路基板。
4. 請求項1から3に於いて、ケーブル束線を構成する各配線に接続された同一配線層の各中間導体面は凹凸の形状を持ち、互いに対向する辺の長さが長くなるように配置されていることを特徴とするプリント回路基板。
5. 請求項３または４に於いて、ケーブル束線を構成する各配線に接続された同一配線層の各中間導体面が主要電気回路の配置された配線層から最も離れた層に配線されていることを特徴とするプリント回路基板。

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