JP6572820B2 - 電源供給構造 - Google Patents

Description

本発明は、電源供給構造に関する。

従来、サーバ装置内部におけるＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリなどへの電源供給は、同一プリント基板内の電源生成回路から生成される電源プリント基板の銅箔を利用してＣＰＵ及びメモリなどの電子部品へ供給することで実現されていた。

ところが、近年、ＣＰＵの高速化や高密度化の要求に伴い、消費電流の増加や電源種の増加が求められている。電源種が増加することで、電源生成回路の数も増加の一途を辿っている。そして、多数の電源生成回路を配置することで、同一プリント基板上への電源生成回路及び他の電子部品の搭載には限界が来ている。

そこで、電源供給方式として、負荷となる電子部品等を搭載する負荷ボードと電源生成回路を搭載し電源供給を行う電源ボードにボードを分けて、バスバーで負荷ボードと電源ボードを連結する構造が存在している。

具体的には、電源ボード上に配置されたＤＣ／ＤＣ（Direct Current）コンバータで生成された電源を供給するパッド及び接地（Ground：以下、ＧＮＤと略して記載する。）に接続するパッドに、給電用のバスバー及びＧＮＤ用のバスバーをそれぞれ接触させネジで固定する。給電用のバスバーとＧＮＤ用のバスバーとは位置ずれを防ぐため金具で補強され相互に固定される。また、負荷ボード上に配置された各パッドに給電用及びＧＮＤ用のバスバーを接触させネジで固定する。そして、負荷へ繋がるバスバーに固定された２つのクランプを給電用のバスバー及びＧＮＤ用のバスバーのそれぞれに差し込む。これにより、バスバーで負荷ボードと電源ボードとを連結する構造が完成する。この場合、給電用のバスバーからクランプを経由して負荷に繋がるバスバーに電流が流れ、負荷ボードに電源が供給される。その後、負荷から出力された電流は、負荷に繋がるバスバーからクランプを経由してＧＮＤ用のバスバーへ流れ、ＧＮＤに流される。

また、電源ボードから負荷ボードへ電力を供給する技術として、半導体素子が実装されたプリント基板と、プリント基板の背面から張架された電源バーとの間に配置された電源ブロックを介して電源供給を行う従来技術がある。

なお、金属製のスペーサーをプリント基板間に挿入してネジ止めすることで、基板間のスペースを維持する従来技術がある。さらに、低融点金属を絶縁体で囲むようにブロックを配置して、半導体基板と実装基板との間に挿入し、低融点金属を融解させて接合する従来技術がある。

特開昭６３−１５２１９６号公報 特開２００１−１５６２２１号公報 特開２０００−５９０００号公報

しかしながら、バスバーで電源ボードと給電ボードとを接続する場合、バスバーを各ボードの端部に配置したり、コの字型のバスバーをネジ止めしたりすることになり、給電経路が長くなり、給電導体の抵抗値が大きくなってしまう。そのため、大電流を供給する場合、電圧降下や発熱により適切な給電を行うことが困難になる。

さらに、給電経路が長く給電用のバスバーとＧＮＤ用のバスバーとの間隔が広いため、給電経路上で大きいインダクタンス成分が発生する。そして、抵抗及びインダクタンスが大きい場合、給電経路のインピーダンスが高くなる。負荷に供給される電圧の変動量は、電流変動量及びインピーダンスに比例して増加する。そして、電圧の変動が電源ノイズとなるため、インピーダンスが大きければ負荷端のノイズが大きくなる。電子部品の動作電圧が年々低下している中、電源ノイズによる電子部品の動作への影響は問題視されており、電源ノイズは軽減することが好ましい。そこで、電圧の変動を抑える方法として、コンデンサを多量に搭載する方法が考えられるが、部品点数増となり省スペース及び低コストの実現が困難となる。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、電子部品が高密度実装されたボードに対する大電流供給時の電源ノイズを低減する電源供給構造を提供することを目的とする。

本願の開示する電源供給構造の一つの態様において、第１板部材は、負荷を搭載し、前記負荷に接続する第１配線を有する。第２板部材は、前記負荷に電力を供給する電源供給部が配置され、前記電源供給部に接続する第２配線を有する。ブロック部材は、導電性で且つ柱状の導電部材が間隙を有して並べて固定された部材であって、前記第１板部材及び前記第２板部材に前記導電部材の端面が接触するように挟持され、隣り合う２つの前記導電部材の一方には前記第２板部材から前記第１板部材の向きに電流が流れ、他方には前記第１板部材から前記第２板部材の向きに電流が流れるように、前記第１配線及び前記第２配線にそれぞれ接続される。

本願の開示する電源供給構造の一つの態様によれば、電子部品が高密度実装されたボードに対する大電流供給時の電源ノイズを低減することができるという効果を奏する。

図１は、実施例に係る電源供給構造の斜視図である。 図２は、実施例に係るバスブロックの斜視図である。 図３は、四角柱のブロック状導体の斜視図である。 図４は、ブロック状導体の接続状態を説明するための図である。 図５は、電源供給経路を説明するための概略断面図である。 図６は、平行平板におけるインダクタンスを説明するための図である。 図７は、隣接面の形状によるインダクタンスへの影響を説明するための図である。 図８は、四角柱形状のＧＮＤ用ブロック及び給電用ブロックが交互に配置された構成を説明するための図である。 図９は、四角柱形状のＧＮＤ用ブロック同士及び給電用ブロック同士を並べた場合の構成を説明するための図である。 図１０は、四角柱形状のＧＮＤ用ブロック同士及び給電用ブロック同士を並べた場合とＧＮＤ用ブロック及び給電用ブロックが交互に配置された場合のインダクタンスの比較を説明するための図である。 図１１は、円柱形状のＧＮＤ用ブロック及び給電用ブロックが交互に配置された構成を説明するための図である。 図１２は、四角柱形状のブロックを使用した場合と円柱形状のブロックを使用した場合のインダクタンスの比較を説明するための図である。 図１３は、実施例に係るバスブロックの電源供給先を説明するための図である。 図１４は、ＧＮＤ用ブロックと給電用ブロックの他の配置例を表す図である。

以下に、本願の開示する電源供給構造の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例により本願の開示する電源供給構造が限定されるものではない。

図１は、実施例に係る電源供給構造の斜視図である。電源供給構造３は、負荷ボード１、電源ボード２、並びに、バスブロック１００Ａ及び１００Ｂを有する。

負荷ボード１には、負荷の例として、メモリやＣＰＵなどの電子部品１０が搭載される。図１では、電子部品１０の一例としてＤＤＲ（Dual Data Rate）のメモリが記載されている。負荷ボード１は、例えばマザーボードである。

電源ボード２には、図示していないＤＣ／ＤＣコンバータなどの電源供給部が搭載される。さらに、電源ボード２には、ヒートシンクなどが搭載されてもよい。電源供給部からは、低電圧且つ大電流の電力が出力される。低電圧とは、例えば、１．２Ｖである。また、大電流とは、例えば、１２０Ａである。

バスブロック１００Ａ及び１００Ｂは、負荷ボード１と電源ボード２とにより挟持される。そして、バスブロック１００Ａ及び１００Ｂは、負荷ボード１にネジ１０１により固定される。また、バスブロック１００Ａ及び１００Ｂは、電源ボード２にネジ１０２により固定される。以下では、バスブロック１００Ａ及び１００Ｂを区別しない場合、単に「バスブロック１００」という。

バスブロック１００は、電源ボード２に搭載された電源供給部から供給された電流を負荷ボード１上の電子部品１０へ送り、電子部品１０からＧＮＤへ流すためのＧＮＤ用の導電経路を提供する。図１では、バスブロック１００Ａ及び１００Ｂという２つのバスブロック１００を記載したが、バスブロック１００の数は供給電流の大きさや電源種の数に応じて決定されることが好ましい。例えば、供給電流が大きい場合、より多くのバスブロック１００が配置されることが好ましい。また、電源種の数が多い場合、より多くのバスブロック１００が配置されることが好ましい。

図２は、実施例に係るバスブロックの斜視図である。バスブロック１００は、ブロック状導体１１１〜１２２を有する。ブロック状導体１１１〜１２２は、銅で形成された角柱形状を有する導電体である。ブロック状導体１１１〜１２２は、いずれも同じ構造を有する。

本実施例では、ブロック状導体１１１〜１２２は、１列に配置される。そして、バスブロック１００では、ブロック状導体１１１〜１２２は絶縁体１３０でそれぞれ回りが囲われるようにまとめられる。すなわち、バスブロック１００は、各ブロック状導体１１１〜１２２の間に隙間が空いており、絶縁体１３０がその隙間に配置されてブロック状導体１１１〜１２２同士が接触しないように形成されている。

図３は、ブロック状導体の斜視図である。ブロック状導体１１１〜１２２は、いずれも同様の構造を有するので、ここでは、ブロック状導体１１１を例に構造を説明する。図３は、ブロック状導体１１１をバスブロック１００から取り出した状態を示す。ブロック状導体１１１は、図３に示すように、四角柱の形状を有する。そして、ブロック状導体１１１は、負荷ボード１及び電源ボード２に接触する２つの面１１３及び１１４を有する。この面１１３及び１１４が、「一方の端面」及び「他方の端面」の一例にあたる。

そして、面１１３から面１１４の方向に向かってネジ穴１１５が設けられている。また、図３では、図示ししていないが面１１４にも同様に面１１３の方向に向かってネジ穴が設けられている。面１１４に設けられたネジ穴は、ネジ穴１１３と繋がっていてもよいし、それぞれ分かれていてもよい。本実施例では、面１１４に設けられたネジ穴は、ネジ穴１１３と繋がっている場合で説明する。すなわち、面１１３及び１１４の何れにもネジ穴１１５が存在する。

ここで、ブロック状導体１１１を四角柱形状にすることにより、隣接するブロック状導体１２１と向かい合う面である隣接面が四角形となり、ブロック状導体１２１と向かい合う面積を大きくすることができる。

図４は、ブロック状導体の接続状態を説明するための図である。図４に示すように、ブロック状導体１１１〜１２２は、負荷ボード１と電源ボード２とで挟まれる。そして、ブロック状導体１１１〜１２２は、それぞれ一方の端面が負荷ボード１に接触し、他方の端面が電源ボード２に接触する。図４における電源ボード２は、説明の都合上、ネジ１０２と接触する側の面が見られるように記載されている。

電源ボード２と負荷ボード１とによりバスブロック１００が挟まれた状態での、電源ボード２のブロック状導体１１１〜１２２と接触する側の面には、電源ボード２と負荷ボード１の配線（配線パターン）に繋がる電源パッド２１が配置されている。この電源パッド２１が、「電極」の一例にあたる。

電源ボード２上に配置された電源パッド２１は、ブロック状導体１１１〜１２２と電源ボード２に配設された配線とを確実に接続するための部材である。電源ボード２上に配置された電源パッド２１は、それぞれブロック状導体１１１〜１２２の面１１４に接触する。そして、ブロック状導体１１１及び１１２に接触する電源パッド２１は、電源に繋がる。また、ブロック状導体１２１及び１２２に接触する電源パッド２１は、ＧＮＤに繋がる。この電源及びグランドと電源パッド２１とを繋げる電源ボード２上の配線が、「第２配線」の一例にあたる。

また、電源ボード２と負荷ボード１とによりバスブロック１００が挟まれた状態での、負荷ボード１のブロック状導体１１１〜１２２と接触する側の面にも、電源ボード２と同様に、電源ボード２と負荷ボード１との配線（配線パターン）に繋がる電源パッドが配置されている。負荷ボード１の電源パッドは、それぞれブロック状導体１１１〜１２２の面１１３に接触する。そして、ブロック状導体１１１及び１１２に接触する負荷ボード１の電源パッドは、負荷ボード１上に搭載された電子部品の電源端子に繋がる。電源端子には、電子部品へ電気を供給するための端子である「入力端子」と、電子部品から電気が出力される端子である「出力端子」とが存在する。また、ブロック状導体１２１及び１２２に接触する負荷ボード１の電源パッドは、負荷ボード１上に搭載された電子部品のＧＮＤ端子に繋がる。この電子部品と電源パッドとを繋げる負荷ボード１上の配線が、「第１配線」の一例にあたる。

すなわち、ブロック状導体１１１及び１１２は、負荷ボード１上の電子部品に対する電源供給部品であり、ブロック状導体１２１及び１２２は、負荷ボード１上の電子部品に対するＧＮＤへ繋がるＧＮＤ用経路となる。そこで、以下では、各ブロック状導体１１１〜１２２のそれぞれの役割を分かり易くするため、電源供給部品であるブロック状導体１１１及び１１２を、「給電用ブロック１１１及び１１２」と呼ぶ場合がある。また、ＧＮＤ用経路となるブロック状導体１２１及び１２２を、「ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２」と呼ぶ場合がある。

給電用ブロック１１１及び１１２とＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２とは、交互に並ぶように負荷ボード１及び電源ボード２の間に配置される。すなわち、本実施例に係るバスブロック１００では、給電用ブロック１１１と給電用ブロック１１２と、ＧＮＤ用ブロック１２１とＧＮＤ用ブロック１２２とが連続して並ばないように配置される。そして、バスブロック１００Ａとバスブロック１００Ｂとの間においても、給電用ブロック１１１及び１１２とＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２とが交互に並ぶように配置される。すなわち、バスブロック１００Ａとバスブロック１００Ｂとをブロック状導体１１１〜１２２が一列に並ぶように配置した場合、バスブロック１００ＡのＧＮＤ用ブロック１２２とバスブロック１００Ｂの給電用ブロック１１１とが隣に並ぶよう配置される。

この配置状態を、接続関係で言い換えれば、以下のように表すことができる。すなわち、電源用ボード２から負荷ボード１へ電流が流れるように接続された給電用ブロック１１１及び１１２と、負荷ボード１から電源ボード２へ電流が流れるように接続されたＧＮＤ用ブロックとが交互に並べられる。

そして、給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２は、それぞれが有するネジ穴１１５に負荷ボード１側からネジ１０１が挿入され、負荷ボード１に固定される。また、給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２は、それぞれが有するネジ穴１１５に電源ボード２側からネジ１０２が挿入され、電源ボード２に固定される。

図５は、電源供給経路を説明するための概略断面図である。図５は、負荷ボード１及び電源ボード２に固定された状態の給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１を示している。

負荷ボード１には、給電層１２及びＧＮＤ層１３が配置されている。さらに、負荷ボード１には、電子部品１０が搭載されている。また、電源ボード２には、給電層２２及びＧＮＤ層２３が配置されている。さらに、電源ボード２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が搭載されている。

さらに、ネジ１０１と負荷ボード１との間には、電源パッド１１Ａが配置され、負荷ボード１と給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１との間には、電源パッド１１Ｂが配置される。また、ネジ１０２と電源ボード２との間には、電源パッド２１Ａが配置され、電源ボード２と給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１との間には、電源パッド２１Ｂが配置される。電源パッド１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ及び２１Ｂは、銅や金のメッキなどの耐食性や導電性の優れた材料で形成される。

電源パッド１１Ｂ及び２１Ｂは、後述する電源ビア１４及び２４、並びに、ＧＮＤビア１５及び２５の給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１に対する接触面積を大きくするために配置される。直接ＧＮＤビア１５及び２５と給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１とを接触させた場合、接触面積が小さく、接触抵抗が大きくなるため、電圧降下や接点の発熱が起こる可能性がある。これに対して、電気パッド１１Ｂ及び２１Ｂを配置して接触面積を大きくすることで接触抵抗を小さくすることができる。

電源ボード２に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、電源パッド２４１及び２４２に接続される。電源パッド２４１は、ＧＮＤビア２５でＧＮＤ層２３に接続される。また、電源パッド２４２は、電源ビア２４で給電層２２に接続される。また、給電層２２は、電源ビア２４で電源パッド２１Ｂを介して給電用ブロック１１１に接続される。また、ＧＮＤ層２３は、ＧＮＤビア２５で電源パッド２１Ｂを介してＧＮＤ用ブロック１２１に接続される。

負荷ボード１に搭載された電子部品１０は、電源パッド１４１及び１４２に接続される。電源パッド１４１は、ＧＮＤビア１５でＧＮＤ層１３に接続される。また、電源パッド１４２は、電源ビア１４で給電層１２に接続される。また、給電層１２は、電源ビア１４で電源パッド１１Ｂを介して給電用ブロック１１１に接続する。また、ＧＮＤ層１３は、ＧＮＤビア１５で電源パッド１１Ｂを介してＧＮＤ用ブロック１２１に接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０で生成された電気は、電源 供給経路を介して電子部品に給電する。電源供給経路は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から電子部品１０までの給電経路と電子部品１０からＧＮＤまでの導電経路で構築される。

本実施例では、給電経路上には、電源パッド２４２、電源ビア２４、給電層２２、電源ビア２４、電源パッド２１Ｂ、給電用ブロック１１１、電源パッド１１Ｂ、負荷ボード１の電源ビア１４、給電層１２が、配置されている。また、本実施例では、導電経路上には、電源パッド１４１、ＧＮＤビア１５、ＧＮＤ層１３、ＧＮＤビア１４、電源パッド１１Ｂ、ＧＮＤ用ブロック１２１、電源パッド２１Ｂ、電源ボード２のＧＮＤビア２４、ＧＮＤ層２３、ＧＮＤビア２４、電源パッド２４１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が、配置されている。

そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から出力された電流は、電源パッド２４２及び電源ビア２４を経由して給電層２２へ流れ込む。給電層２２に流れた電流は、電源ビア２４及び電源パッド２１Ｂを経由して給電用ブロック１１１へ流れ込む。給電用ブロック１１１に流れた電流は、電源パッド１１Ｂ及び負荷ボード１の電源ビア１４を経由して給電層１２に流れ込む。給電層１２に流れた電流は、電源ビア１４及び電源パッド１４２を経由して、電子部品１０へ流れ込む。

その後、電子部品１０から出力された電流は、電源パッド１４１及びＧＮＤビア１５を経由してＧＮＤ層１３に流れ込む。ＧＮＤ層１３に流れ込んだ電流は、ＧＮＤビア１４及び電源パッド１１Ｂを経由してＧＮＤ用ブロック１２１へ流れ込む。ＧＮＤ用ブロック１２１へ流れ込んだ電流は、電源パッド２１Ｂ及び電源ボード２のＧＮＤビア２４を介してＧＮＤ層２３へ流れ込む。ＧＮＤ層２３へ流れ込んだ電流は、ＧＮＤビア２４及び電源パッド２４１を経由してＤＣ／ＤＣコンバータ２０に流れ込み、最終的にＧＮＤに流れる。

このように電源は、給電用ブロック１１１及び１１２を経由して電子部品１０へ供給され、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２を経由してＧＮＤに落とされる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から出力された低電圧且つ大電流の電源が、給電用ブロック１１１及び１１２並びにＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２を用いて、電子部品１０に供給される。

ここで、給電用ブロック１１１及び１１２とＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２とでは、電流の流れる向きが逆になる。そして、電流の流れる向きが逆の給電用ブロック１１１及び１１２とＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２とが交互に配置されていることで、電流によって発生する磁界が打ち消される。これにより、給電経路である給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２によるインダクタンス成分を小さくすることができる。

ここで、給電経路の抵抗及びインダクタンスと給電経路のインピーダンスとの関係は次の式（１）で表される。

Ｚ＝Ｒ＋ｊωＬ ・・・（１）

ここで、Ｚは、給電経路のインピーダンスを表し、Ｒは給電経路の抵抗を表し、Ｌは給電経路のインダクタンスを表す。すなわち、給電経路の抵抗やインダクタンスが大きいほど、給電経路のインピーダンスは大きくなる。

さらに、給電経路のインピーダンスと、電子部品１０へ供給される電圧の変動量及び電流の変動量の関係は次の式（２）で表される。

ΔＶ＝ΔＩ＊Ｚ ・・・（２）

ここで、ΔＶは、電子部品１０へ供給される電圧の変動量を表し、ΔＩは、電子部品１０へ供給される電流の変動量を表す。すなわち、電圧の変動量は、電流の変動量及び給電経路のインピーダンスに比例して増加する。そして、電圧の変動が、電源ノイズとなる。そこで、電源ノイズを抑えるには、電圧の変動を抑えることが好ましい。

このことから、給電経路のインダクタンスを抑えることで、電源ノイズを軽減することができる。したがって、本実施例のように、電流の流れる向きが逆の給電用ブロック１１１及び１１２とＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２とを交互に配置することで、給電経路のインダクタンスを抑えることができ、電源ノイズを軽減することができる。

また、給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２は、四角柱の形状を有する。そのため、給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２の中の隣り合う者同士は、四角形の面が対向する状態となる。

ここで、図６で表される平行平板３０１及び３０２のインダクタンスについて説明する。図６は、平行平板のインダクタンスを説明するための図である。平行平板３０１及び３０２は、無限の広がりを有しつつ対向する２つの平板の一部を表している。図６に表される平行平板３０１及び３０２は、導体幅Ｌ１及び導体長Ｌ２を有する。また、平行平板３０１と３０２との間の距離は、距離Ｌ３である。さらに、平行平板３０１及び３０２は、図６において、導体長Ｌ２が伸びる方向に互いに逆向きに電流が流れる。すなわち、矢印Ｑ１及びＱ２の方向に電流が流れる。この場合、平行平板３０１及び３０２のインダクタンスは次の式（３）で表される。

Ｌ＝μ＊Ｌ３＊Ｌ２／Ｌ１ ・・・（３）

ここで、μは、絶縁体１３０の透磁率である。また、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は、図６で表される各長さである。そして、式（３）で示されるように、導体幅Ｌ１が長いほどインダクタンスが小さくなり、導体長Ｌ２が短いほどインダクタンスが小さくなる。また、距離Ｌ３が短いほどインダクタンスＬは小さくなる。

ここで、図７を参照して、四角柱の形状の給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１のインダクタンスについて説明する。図７は、隣接面の形状によるインダクタンスへの影響を説明するための図である。図７に示すように、距離ｄは、例えば、給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１のお互いの対向面の間の距離である。また、高さｈは、給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１のお互いの対向面における、負荷ボード１と電源ボード２とに挟持された状態で電気が流れる方向の辺の長さである。また、幅ｗは、給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１のお互いの対向面の高さｈと直交する辺である。

ここで、図７の給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１の互いに対向する面の中央寄りの微細面について考える。この微細面は、図６における平行平板３０１及び３０２の状態とほぼ同じ状態として考えることができ、インダクタンスについても平行平板３０１及び３０２におけるインダクタンスに近似して考えることができる。すなわち、幅ｗは導体幅Ｌ１と考えることができ、高さｈは導体長Ｌ２と考えることができ、距離ｄは距離Ｌ３と考えることができる。この場合、給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１で発生するインダクタンスも式（３）で近似して考えることができる。

すなわち、距離ｄが短いほどインダクタンスＬは小さくなる。ここで、本実施例に係るバスブロック１００では、給電用ブロック１１１とＧＮＤ用ブロック１２１との間には絶縁体１３０が挟まれており、近くに配置した場合の位置ずれによるショートの発生を防止することができる。そのため、本実施例に係るバスブロック１００は、給電用ブロック１１１とＧＮＤ用ブロック１２１との間の距離を短くすることが可能となる。これにより、インダクタンスを小さく抑えることができ、電源ノイズを軽減することができる。

また、高さｈが短いほどインダクタンスが小さくなり、幅ｗが長いほどインダクタンスが小さくなる。ここで、縦方向は給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１の電気の伝送距離を短くするため、なるべく短くすることが求められる。そこで、高さｈを最短距離に決定すると、給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１のお互いの対向面の面積が大きいほど、すなわち給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１の隣接面積が大きいほど、インダクタンスが小さくなるといえる。ここで、給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１は、四角柱の形状であり、例えば円柱などに比べて隣接面積が大きいといえる。そのため、給電用ブロック１１１及びＧＮＤ用ブロック１２１を四角柱の形状にすることで、インダクタンスを抑えることができ、電源ノイズを軽減することができる。

ここで、図８〜１２を参照して、本実施例に係る電源供給構造３を用いた場合のインダクタンスを、他の構成の場合のインダクタンスと比較して説明する。図８は、四角柱形状のＧＮＤ用ブロック及び給電用ブロックが交互に配置された構成を説明するための図である。図９は、円柱形状のＧＮＤ用ブロック同士及び給電用ブロック同士を並べた場合の構成を説明するための図である。図１０は、四角柱形状のＧＮＤ用ブロック同士及び給電用ブロック同士を並べた場合とＧＮＤ用ブロック及び給電用ブロックが交互に配置された場合のインダクタンスの比較を説明するための図である。図１０は、図８及び図９の構成を用いた場合を想定したシミュレーション結果である。

また、図１１は、円柱形状のＧＮＤ用ブロック及び給電用ブロックが交互に配置された構成を説明するための図である。図１２は、四角柱形状のブロックを使用した場合と円柱形状のブロックを使用した場合のインダクタンスの比較を説明するための図である。図１２は、図８及び図１１の構成を用いた場合を想定したシミュレーション結果である。ここでは、電圧が１．２Ｖであり電流が１３５Ａの場合で説明する。さらに、電源供給を行った場合の温度上昇は２０℃であるとする。

図１０の、縦軸は、インダクタンスの大きさを表す。また、横軸は、周波数を表す。そして、線２０１が、図８の構成の場合の各周波数に対応するインダクタンスを表し、線２０２が、図９の構成の場合の各周波数に対応するインダクタンスを表す。

すなわち、線２０１で表されるインダクタンスとなる場合の構成は以下の構成となる。図８に示すように、給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２は、いずれも高さＬ１２が７ｍｍであり導体径が８ｍｍである四角柱形状を有する。そして、電源ボード２の電源パッド２１Ｂは、給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２のそれぞれに対応させて配置される。また、負荷ボード１にも同様の電源パッドが配置される。そして、給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２は、ネジ１０１により負荷ボード１に固定され、ネジ１０２により電源ボード２に固定される。さらに、各給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２は、図８の場合と同様に中心軸間の間隔Ｌ３１が１２ｍｍに配置される。言い換えれば、各給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２は、導体間間隔が４ｍｍである。この図８は、実施例で説明した構成の一例にあたる。

また、線２０２で表されるインダクタンスとなる場合の構成は以下の構成となる。図９に示すように、給電用ブロック３１は、高さＬ２２が７ｍｍであり導体径が８ｍｍの四角柱形状を有する。また、給電用ブロック３２、並びに、ＧＮＤ用ブロック３３及び３４は、いずれも給電用ブロック３１と同様の四角柱形状を有する。そして、給電用ブロック３１と給電用ブロック３２とは、隣り合うように配置される。また、ＧＮＤ用ブロック３３とＧＮＤ用ブロック３４とは、隣り合うように配置される。電源ボード２の電源パッド３５は、給電用ブロック３１及び３２の双方が接触するように１枚配置され、さらに、ＧＮＤ用ブロック３３及び３４の双方が接触するように１枚配置される。この場合、給電経路同士及びＧＮＤ経路同士が隣接するため、それぞれ１枚の電源パッド３５とすることができる。また、負荷ボード１にも同様の電源パッドが配置される。そして、給電用ブロック３１及び３２、並びに、ＧＮＤ用ブロック３３及び３４は、ネジ１０１により負荷ボード１に固定され、ネジ１０２により電源ボード２に固定される。さらに、各給電用ブロック３１及び３２、並びに、ＧＮＤ用ブロック３３及び３４は、中心軸間の間隔Ｌ２１が１２ｍｍに配置される。言い換えれば、各給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２は、導体間間隔が４ｍｍである。すなわち、図８の構成と、図９の構成とでは、給電用ブロック３１と３２とが隣接し、ＧＮＤ用ブロック３３と３４とが隣接しているか、給電用ブロック４１及び４２とＧＮＤ用ブロック４３及び４４とが交互に並んでいるかが異なる。

そして、図１０に示すように、線２０１で表される図８の構成のインダクタンスの方が、線２０２で表される図９の構成のインダクタンスよりも小さい。すなわち、給電用ブロック４１及び４２とＧＮＤ用ブロック４３及び４４とを交互に並べた場合の方が、給電用ブロック３１と３２とを隣接させ、ＧＮＤ用ブロック３３と３４とを隣接させた場合よりも、磁界の発生が抑えられ、インダクタンスが小さくなる。具体的には、隣接して同方向に電流が流れる場合、給電用ブロック３１及び３２、並びに、ＧＮＤ用ブロック３３及び３４の間の磁界がキャンセルされるが、周囲が増加されるため、全体として磁界が増える。これに対して、隣接する電流が逆方向に流れる場合、給電用ブロック４１及び４２、並びに、ＧＮＤ用ブロック４３及び４４の間の磁界が増加されるが、周囲がキャンセルされるため、全体として磁界が減る。特に、本実施例に係る電源供給構造３は、給電用ブロック１１１及び１１２とＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２との間の隙間を極力なくすことによって、磁界の増加を抑えることができる。

次に、給電用ブロック４１及び４２、並びに、ＧＮＤ用ブロック４３及び４４の形状を変えた場合のインダクタンスについて説明する。ここでは、図８の構成と図１１の構成とを比較して説明する。

図１１の構成において、給電用ブロック４１は、高さＬ３２が７ｍｍであり導体径が８ｍｍの円柱形状を有する。また、給電用ブロック４２、並びに、ＧＮＤ用ブロック４３及び４４は、いずれも給電用ブロック４１と同様の円柱形状を有する。そして、電源ボード２の電源パッド４５は、給電用ブロック４１及び４２、並びに、ＧＮＤ用ブロック４３及び４４のそれぞれに対応させて配置される。また、負荷ボード１にも同様の電源パッドが配置される。そして、給電用ブロック４１及び４２、並びに、ＧＮＤ用ブロック４３及び４４は、ネジ１０１により負荷ボード１に固定され、ネジ１０２により電源ボード２に固定される。さらに、各給電用ブロック４１及び４２、並びに、ＧＮＤ用ブロック４３及び４４は、図７の場合と同様に中心軸間の間隔Ｌ３１が１２ｍｍに配置される。言い換えれば、各給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２は、導体間間隔が４ｍｍである。すなわち、図８の構成と、図１１の構成とでは、給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２の形状が四角柱と円柱とで異なる。

そして、図１２に示すように、線２０１で表される図８の構成、すなわち本実施例の一例である構成のインダクタンスの方が、線２０３で表される図１１の構成のインダクタンスよりも小さい。すなわち、四角柱の給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２を用いた方が、円柱の給電用ブロック４１及び４２、及び、ＧＮＤ用ブロック４３及び４４を用いた場合よりも、インダクタンスが小さくなる。すなわち、給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２を四角柱にして、隣接面積を大きくすることで、インダクタンスを小さくすることができる。このように、隣接面積を変更したシミュレーション結果からも、隣接面積が大きくなるとインダクタンスが小さくなることが分かる。すなわち、給電用ブロック１１１及び１１２、並びに、ＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２の場合のインダクタンスは、平行平板３０１及び３０２のインダクタンスを表す式（３）により近似して表すことができるといえる。

このように、本実施例に係る電源供給構造３は、四角柱の給電用ブロック１１１及び１１２とＧＮＤ用ブロック１２１及び１２２とを交互に並べることで、インダクタンスをより小さくすることができ、電源ノイズを低減させることができる。

以上に説明したように、本実施例に係る電源供給構造は、給電用ブロックとＧＮＤ用ブロックとが並べられた状態で固定されたバスブロックを電源ボードから負荷ボードへの電源供給に用いる。これにより、給電用ブロックとＧＮＤ用ブロックとが隣接せず、隣接経路に流れる電流の方向を逆にすることができる。これにより、磁界によって発生する磁界を打ち消し合わせることができ、インダクタンスを低減させて、電源ノイズを低減させることができる。

また、給電距離は同等で、給電用ブロック及びＧＮＤ用ブロックを四角柱とした場合と円柱とした場合とを比較した場合、四角柱であれば隣接面積を大きくすることができ、インダクタンスを低減させて、電源ノイズを低減させることができる。また、大電流を供給する場合でも、四角柱は、円柱と比較して、接触抵抗が大きくできるため、電圧降下や発熱の影響を低減することができる。なお、柱形状は、図示のような四角柱に限定されず、隣接面積を大きくすることができる柱形状であれば、適宜アレンジ可能である。

さらに、給電用ブロックとＧＮＤ用ブロックとを絶縁体でまとめた一体構造とすることで、位置ずれによる隣接ブロック間におけるショートを回避することができる。

さらに、従来のようにバスバーを用いた場合、ボードの端部にバスバーを配置することが考えられ、電子部品までの電源経路が長くなる。また、ボードの内側にバスバーを配置する場合、バーをネジ止めするために大きな領域を確保するため、電子部品を高密度に配置することが困難となる。これに対して、本実施例に係るバスブロックを用いた場合、ブロックの上下をネジ止めすることで固定する構成なので、ボードの内側の狭いスペースに配置することができる。これにより、高密度に配置された電子部品に対して短い電源経路で電源を供給することができ、高密度に配置された電子部品に対する電源供給における発熱を低減し、電圧降下を小さくすることができる。

ここで、給電用ブロック１１１と給電用ブロック１１２の電源種は、同じであってもよいし、異なってもよい。図１３は、実施例に係るバスブロックの電源供給先を説明するための図である。そして、図１３におけるＶ１、Ｖ２及びＶ３は、異なる電圧を表す。また、図１３におけるＧがＧＮＤ用ブロックを表す。例えば、図１３のバスブロック１５１のように、給電用ブロック１１１及び１１２は、同じ電圧Ｖ１を供給してもよい。また、バスブロック１５２のように、給電用ブロック１１１の供給する電圧がＶ２であり、給電用ブロック１１２の供給する電圧がＶ３のように、異なる電源種であってもよい。したがって、給電用ブロック１１１と給電用ブロック１１２の電源供給先となる電子部品１０は、同じ部品であってもよいし、異なる部品であってもよい。

（変形例）
本実施例では、直列に給電用ブロックとＧＮＤ用ブロックとを交互に配置する場合で説明したが、給電用ブロックとＧＮＤ用ブロックとが交互に配置されれば磁界は打ち消されるため、直列に配置しなくてもよい。

図１４は、給電用ブロックとＧＮＤ用ブロックの他の配置例を表す図である。図１３におけるＶが給電用ブロックを表し、ＧがＧＮＤ用ブロックを表す。

例えば、配置１６０のように、給電用ブロックとＧＮＤ用ブロックを２つ並べてもよい。この場合も、電流により発生する磁界が打ち消し合うことでインダクタンスが低減し、電源ノイズを低減させることができる。

また、例えば、配置１７０のように、市松模様状に給電用ブロックとＧＮＤ用ブロックとを並べてもよい。この場合も、電流により発生する磁界が打ち消し合うことでインダクタンスが低減し、電源ノイズを低減させることができる。

さらに、隣接する面積を大きくできれば四角柱でなくてもよい。隣接する面積は隣接面が四角形であれば大きくできるので、例えば、配置１８０のように、側面が四角形となる扇型の柱の形状のブロックを用いて、円環状にならべてもよい。この場合も、電流により発生する磁界が打ち消し合うことでインダクタンスが低減し、さらに、隣接面積が大きくなることでインダクタンスを低減でき、電源ノイズを低減させることができる。

また、例えば、配置１９０のように、配置１８０の中央にＧＮＤ用ブロックを配置する構成としてもよい。この場合も、電流により発生する磁界が打ち消し合うことでインダクタンスが低減し、電源ノイズを低減させることができる。

さらに、隣合うブロック状導体において電流の流れる向きが逆になればよく、同じ電源で用いられる給電用ブロックとＧＮＤ用ブロックとが隣接してもよいし、異なる電源で用いられる給電用ブロックとＧＮＤ用ブロックとが隣接してもよい。

以上に説明したように、給電用ブロックとＧＮＤ用ブロックとが交互に配置される構成であれば、他の構成をとることもでき、その場合も、インダクタンスを抑えることができ、電源ノイズを低減させることができる。さらに、四角柱の形状でなくても、隣接面を四角形にすれば、インダクタンスを低減させることができ、電源ノイズを低減させることができる。

１ 負荷ボード
２ 電源ボード
３ 電源供給構造
１０ 電子部品
２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１，２１，３５，１４１，１４２，２４１，２４２ 電源パッド
１２，２２ 給電層
１３，２３ ＧＮＤ層
１４，２４ ビア
４１，４２ 円柱のブロック状導体（給電用ブロック）
４３，４４ 円柱のブロック状導体（ＧＮＤ用ブロック）
１００，１００Ａ，１００Ｂ バスブロック
１０１，１０２ ネジ
１１１，１１２ 四角柱のブロック状導体（給電用ブロック）
１２１，１２２ 四角柱のブロック状導体（ＧＮＤ用ブロック）
１１３，１１４ 面
１１５ ネジ穴
１３０ 絶縁体

Claims (5)

1. 負荷を搭載し、前記負荷に接続する第１配線を有する第１板部材と、
   前記負荷に電力を供給する電源供給部が配置され、前記電源供給部に接続する第２配線を有する第２板部材と、
   導電性で且つ柱状の導電部材が間隙を有して並べて固定された部材であって、前記第１板部材及び前記第２板部材に前記導電部材の端面が接触するように挟持され、隣り合う２つの前記導電部材の一方には前記第２板部材から前記第１板部材の向きに電流が流れ、他方には前記第１板部材から前記第２板部材の向きに電流が流れるように、前記第１配線及び前記第２配線にそれぞれ接続されるブロック部材と
   を備えたことを特徴とする電源供給構造。
2. 前記ブロック部材は、
   前記第２板部材から前記第１板部材の向きに電流が流れる前記導電部材の一方の端面が前記第２配線に繋がる前記第２板部材上の電極に接続し、他方の端面が前記負荷の入力端子に接続された前記第１配線へ繋がる前記第１板部材上の電極に接続し、
   前記第１板部材から前記第２板部材の向きに電流が流れる前記導電部材の一方の端面が前記負荷の出力端子に接続された前記第１配線に繋がる前記第１板部材上の電極に接続し、他方の端面がグランドに接続された前記第２配線に繋がる前記第２板部材上の端子に接続する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源供給構造。
3. 前記導電部材は角柱状であり、隣り合う前記導電部材は、互いの側面が対向するように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源供給構造。
4. 前記ブロック部材は、前記間隙に絶縁体が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電源供給構造。
5. 前記ブロック部材は、直列に並ぶ２つ以上の前記導電部材を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電源供給構造。

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