JP2004087589A - Printed board having reduced emi - Google Patents

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JP2004087589A
JP2004087589A JP2002243562A JP2002243562A JP2004087589A JP 2004087589 A JP2004087589 A JP 2004087589A JP 2002243562 A JP2002243562 A JP 2002243562A JP 2002243562 A JP2002243562 A JP 2002243562A JP 2004087589 A JP2004087589 A JP 2004087589A
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insulating layer
power supply
electrode
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Satoru Haga
芳賀 知
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To analyze the generation mechanism of radiation noises and to reduce the radiation noises 30 even when a via part (2) is made on the end part of a printed board as shown in Fig.(a). <P>SOLUTION: The EMI reduced printed board is constituted by arranging a 3rd insulating layer 6 whose dielectric constant (or electric conductivity) is larger than that of 1st and 2nd insulating layers 2, 4 in a prescribed range surrounding a via part 7 connecting a 2nd power supply electrode 5 to a 1st power suppLy electrode 1 on a multilayer printed board 10 on which the 1st power supply electrode 1, the 1st insulating layer 2, a ground electrode 3, the 2nd insulating layer 4, and the 2nd power supply electrode 5 are successively laminated. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板上に搭載された電子回路部品からの不要輻射を低減するために用いられるEMI低減プリント基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリント基板への電子回路部品の高密度実装は時代の要請である。この要請を達成するために、電子回路部品はIC(集積回路)化され、プリント基板は多層化されている。かかる状況において、プリント基板から放射される不要輻射の低減が重要な技術的課題となっている。特に多層基板中において、ビア配線を通って基板中に侵入し、基板の電源電極とグランド電極間で空洞共振して基板端部から放射されるノイズのEMI(電磁妨害)が問題になっている。ここでビア配線とは多層基板中において、積層されている基板間で電源ラインを接続するための配線である。
【0003】
このビア配線を通って基板中に侵入してくるノイズに関して従来判明している技術内容について図を用いて説明する。
図5は、従来のプリント基板の構成図である。
(a)は平面図であり、(b)は、ビア部断面(B−B)拡大図である。
(a)に示すようにビア部(1)がプリント基板の中央部に配置されている場合に放射ノイズ30が比較的小さく、他のビア部(2)のようにプリント基板の端部に配置されている場合に放射ノイズ30は大きくなることが経験的に把握されている。
【0004】
一方、この放射ノイズ30を低減させるために電源電極29とグランド電極28との間にデカップリングコンデンサを挿入して高周波電流をバイパスさせたり、あるいは又フェライト等の磁性損失素子を挿入して高周波電流を損失させる等の方策が採られていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術で説明したように、デカップリングコンデンサやフェライト等の磁性損失素子をプリント基板に挿入したのでは高密度実装の妨げとなる。又、デカップリングコンデンサやフェライト等の磁性損失素子の配線のインダクタンスが無視できなくなり効果が低減する。更に、ビア部がプリント基板の端部に配置されている場合に放射ノイズ30が大きくなるのでは部品搭載の位置等に制限を余儀なくされるため高密度実装の障害になる。
【0006】
そこで、上記放射ノイズ発生のメカニズムを解明し、上記(a)に示すビア部(2)のようにビア部がプリント基板の端部に配置されている場合であっても放射ノイズ30を低減させることが本発明の目的である。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成1〉
第一の電源電極と、第一の絶縁層と、グランド電極と、第二の絶縁層と、第二の電源電極とが積層され、該第二の電源電極と上記第一の電源電極とを接続するビア部を有する多層プリント基板において、上記ビア部を囲む所定の範囲に上記第一の絶縁層及び上記第二の絶縁層よりも誘電率の大きい高誘電部を備えることを特徴とするEMI低減プリント基板。
【0008】
〈構成2〉
第一の電源電極と、第一の絶縁層と、グランド電極と、第二の絶縁層と、第二の電源電極とが積層され、該第二の電源電極と上記第一の電源電極とを接続するビア部を有する多層プリント基板において、上記ビア部を囲む所定の範囲に上記第一の絶縁層及び上記第二の絶縁層よりも導電率の大きい高導電部を備えることを特徴とするEMI低減プリント基板。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明する。
〈具体例の構成〉
プリント基板のビア部近傍の電源電極とグランド電極間に他の部分の絶縁層の誘電率よりも高い誘電率を有する絶縁層を配置する。あるいは又プリント基板のビア部近傍の電源電極とグランド電極間に他の部分の絶縁層の導電率よりも高い導電率を有する絶縁層を配置する。こうすることによりビア部近傍の電界強度を低下させ、電源電極とグランド電極間からの放射ノイズの発生量を低減させる。かかる目的を達成するために本発明によるEMI低減プリント基板は以下のように構成される。
【0010】
図1は、本発明によるプリント基板の構成図である。
(a)は、本発明によるプリント基板の平面図であり、(b)は、ビア部の断面(A−A)拡大図である。
図1より、本発明によるプリント基板10は、電源電極1と、第一の絶縁層2と、グランド電極3と、第二の絶縁層4と、給電ライン5と、第三の絶縁層6と、ビア部7とを備える。
【0011】
電源電極1は、プリント基板10に搭載されている電子回路部品等に直流電源を供給する電極であり、第一の絶縁層2に接着される厚さ0.02mm〜0.2mm位の銅箔から成る。この電源電極1は平面抵抗分を低減させるために通常第一の絶縁層2の大部分の面積を覆うように接着されている。尚、この電源電極1が請求項中の第一の電源電極に対応している。
【0012】
第一の絶縁層2は、プリント基板10に搭載されている電子回路部品等を支持する0.3mm〜0.5mm厚の絶縁体から形成されている。この第一の絶縁層2は、通常、ガラス含有エポキシ系高分子材料等、絶縁性の高い材料によって構成される。この第一の絶縁層2の両面に電源電極1とグランド電極3とが接着されている。
【0013】
グランド電極3は、プリント基板10に搭載されている電子回路部品等にアース電位を供給する電極であり、第一の絶縁層2と第二の絶縁層4との間に積層して接着される厚さ0.2mm〜0.3mm位の銅箔から成る。このグランド電極3は、平面抵抗分を低減させるために通常第一の絶縁層2又は第二の絶縁層4の大部分の面積を覆うように接着されている。
【0014】
第二の絶縁層4は、上記第一の絶縁層2と同様にプリント基板10に搭載されている電子回路部品等を支持する0.3mm〜1.0mm厚の絶縁体から形成されている。この第二の絶縁層4は、通常、ガラス含有エポキシ系高分子材料等、絶縁性の高い材料によって構成される。給電ライン5は、プリント基板10に搭載された電子回路部品等に直流電源を供給するための配線である。この給電ライン5と上記電源電極1とを接続させるためにビア部7が設けられる。この給電ライン5が、請求項中の第二の電源電極に対応している。
【0015】
第三の絶縁層6は、ビア部7を囲む所定の範囲に配置され、上記第一の絶縁層2の誘電率ε1、及び上記第二の絶縁層4の誘電率ε2よりも大きい誘電率ε3を有する絶縁材から形成されている(請求項1中の高誘電部に対応する)。あるいは又ビア部7を囲む所定の範囲に配置される上記第一の絶縁層2の導電率ρ1、及び上記第二の絶縁層4の導電率ρ2よりも大きい導電率ρ3を有する絶縁層であっても良い(請求項2中の高導電部に対応する)。
ビア部7は、プリント基板中(多層基板)において、積層されている基板間で電源ラインを接続するための配線である。
ここでビア部7による放射ノイズ発生のメカニズムを解明し、上記第三の絶縁層6に包囲された本発明のビア部の着想に至る経過について他の図を用いて詳細に説明する。
【0016】
図2は、本発明によるプリント基板の高周波等価回路図である。
(a)は、ビア部の断面拡大図であり、(b)は、本発明によるプリント基板のノイズ信号の伝搬経路を表す等価回路図である。
【0017】
図2において、ノイズ源Vnは、プリント基板に搭載されたIC等が生成するノイズ(特にディジタルノイズ)の発生源を高周波電源として表した等価電源である。ノイズ信号Snは、ノイズ源Vnから出力され給電ラインの伝搬路11と、ビア部の伝搬路12と、電源・グランドの伝搬路13とを通ってプリント基板10(図1)の端部から空中に放射ノイズ30として輻射される。
【0018】
給電ラインの伝搬路11は、給電ライン5と第二の絶縁層4とグランド電極3とからなるストリップラインに近似しうる分布定数線路である。この先端にノイズ源Vnが接続され、終端はビア部の伝搬路12に接続される。ビア部の伝搬路12側からみた給電ラインの伝搬路11の特性インピーダンスZ1は、概略(L1/C1)のルートで表される。通常Z1は数十Ωの値を示す。ここでL1は、給電ライン5の単位長あたりのインダクタンスであり、ここでは給電ライン5の電極幅は1mm前後と細いため、無視できない。又C1は、上記近似したストリップラインの単位長さあたりのキャパシタンスである。
【0019】
電源・グランドの伝搬路13は、電源電極1と第一の絶縁層2とグランド電極3とからなる空洞共振器を伝送線路で近似した分布定数線路である。ここで電源電極1は、上記のように平面抵抗分を低減させるために通常第一の絶縁層2の大部分の面積を覆うように接着されている。従って、分布定数線路に近似するための単位長あたりのインダクタンスは上記給電ラインの伝搬路11に比較すると極めて小さく、且つ、電源電極1とグランド電極3との間のキャパシタンスは極めて大きくなる。即ち、電源・グランドの伝搬路13のビア部の伝搬路12側からみた特性インピーダンスZ4は上記給電ラインの伝搬路11の特性インピーダンスZ1と比較するとZ1≫Z4となる。
【0020】
以上の結果、仮に従来の構成(図5)のように、後に説明するビア部の伝搬路12が配置されていなくても給電ラインの伝搬路11の特性インピーダンスZ1と、電源・グランドの伝搬路13の特性インピーダンスZ4の間は大きくミスマッチしているためノイズ源Vnから出力されたノイズ信号Snは大部分が反射して、電源・グランドの伝搬路13に吸収される成分は無視できる筈である。
【0021】
ところが従来技術で説明したように図5の(a)に示すビア部(1)のようにビア部がプリント基板の中央部に配置されている場合には放射ノイズ30が比較的小さく、ビア部(2)のようにビア部がプリント基板の端部に配置されている場合には放射ノイズ30が大きくなることが経験的に把握されている。この現象を解明するために発明者はKCC社製シミュレーションMicro−StripesV.5.6を用いて以下のシミュレーションを行った。
【0022】
図3は、ノイズ放射の原理説明図である。
(a)は、シミュレーションを行った基板外形150mm×230mmの各プリント基板上でのビア部の位置を表す図である。モデルAでは、給電ラインがX軸方向に延び、ビア部が基板のX軸方向及びY軸方向とも、ほぼ中央に配置されている。モデルBでは、給電ラインがX軸方向に延び、ビア部が基板のY軸方向中央及びX軸方向端部に配置されている。モデルCでは、給電ラインがX軸方向に延び、ビア部が基板のY軸方向端部及びX軸方向中央部に配置されている。
【0023】
モデルDは、給電ラインがX軸方向に延び、ビア部が基板のY軸方向端部及びX軸方向端部に配置されている。モデルEは、給電ラインがY軸方向に延び、ビア部が基板のX軸方向及びY軸方向とも、ほぼ中央に配置されている。モデルFでは、給電ラインがY軸方向に延び、ビア部が基板のY軸方向端部及びX軸方向中央部に配置されている。
【0024】
(b)は、上記解析モデルと放射電力のシミュレーション結果を表す図である。
横方向にプリント基板の、X軸方向の基本モード共振周波数(320MHz)、Y軸方向の基本モード共振周波数(490MHz)、対角方向の基本モード共振周波数(580MHz)を表し、縦方向に上記各モデルを表している。
【0025】
(b)より、ビア部がプリント基板の端部に配置されている場合に基本モード共振周波数での放射電力が大きく、ビア部がプリント基板の中央部に配置されている場合に放射電力が小さいことが分かる。この結果は従来技術で経験的に把握されている事実を証明している。
但し、このシミュレーションによって、給電ラインの延びる方向は放射電力にさほど影響を与えていないことが判明した。そして、空洞共振器としてふるまう電源電極とグランド電極は、ビア部の電源電極とグランド電極との間のほぼ電界成分によってのみ励振され、放射ノイズ30を励起しているものと推定できる。
【0026】
この事実から、発明者は、放射ノイズ30の発生メカニズムを次のように推定した。
(1)所定の条件を満足したときに電源電極とグランド電極とで等価的に平行平板の空洞共振器が構成される。この空洞共振器は、ビア部から供給される高周波成分(ノイズ成分)の周波数と自己の共振周波数が一致したときに共振し、アンテナ作用によって放射ノイズ30を放射する。
(2)空洞共振器の共振時における振幅の腹になる部分、即ち、プリント基板の端部は、受電端開放分布定数線路の位置角j(π/2)に相当し、インピーダンス最大(理論的には無限大)位置になる。従って、この位置にビア部を配置すると給電ラインの伝搬路11の特性インピーダンスZ1と、電源・グランドの伝搬路13の特性インピーダンスZ4とがマッチングに近づき、給電ラインの伝搬路11から電源・グランドの伝搬路13へのノイズ信号Snの供給量が大きくなる。その結果放射ノイズ30が大きくなる。
【0027】
以上の推定結果から、本発明によるビア部の伝搬路を備えることによって放射ノイズ30の低減を図ることとした。
再度図2に戻って本発明によるプリント基板の高周波等価回路についての説明を続ける。
【0028】
ビア部の伝搬路12は、ビア部7と第三の絶縁層6と、グランド電極3とからなる4端子網線路である。第三の絶縁層6として高誘電率ε3の材料を用いた場合あるいは又、第三の絶縁層6として高導電率ρ3の材料を用いた場合には、この4端子網線路の影像インピーダンスZ2は低下して上記給電ラインの特性インピーダンスZ1に比してZ1≫Z2となり給電ラインの伝搬路11の特性インピーダンスZ1と、電源・グランドの伝搬路13の特性インピーダンスZ4とがマッチングに近づくのを妨げることができる。更に、放射ノイズ30の励起源となる電源電極1とグランド電極3との間の電界強度を大幅に小さくすることができる。以上の推定に基づいて以下の実験を行った。
【0029】
〈具体例の実験〉
・実験試料
資料1(比較例の基板)
図1においてプリント基板としてFR−4(第一の絶縁層のε1及び第二の絶縁層のε2共4.7)を、第三の絶縁層としてε3=4.7の材料を用いて構成し、この基板上にIC(74ALVC)を搭載して直流電圧を供給した。
【0030】
資料2(本発明による基板)
図1においてプリント基板としてFR−4(第一の絶縁層のε1及び第二の絶縁層のε2共4.7)を、第三の絶縁層としてε3=10の材料を用いて構成し、この基板上にIC(74ALVC)を搭載して直流電圧3.3Vを供給した。
【0031】
・測定方法
IC(74ALVC)にパルスジェネレータ(HP81100)を用いてレベル0−2.5V、20MHzのパルス列を入力し電波暗室3m法にてスペクトラムアナライザで測定した。
【0032】
・測定結果
図4は、具体例の周波数スペクトラムである。
(a)は、資料1(比較例の基板)の測定結果であり(b)は、資料2(本発明による基板)の測定結果である。
(a)と(b)とを比較するとノイズレベルの最大値は、資料1(比較例の基板)が64.3dBであるのに対して資料2(本発明による基板)では62.0dBと、約2.3dB改善されている。更に、40dB以上のスペクトラムの本数も、資料1(比較例の基板)に比較して資料2(本発明による基板)の方が、かなり少なくなっている。
【0033】
・結果の考察
上記のように第一の絶縁層のε1及び第二の絶縁層のε2とも4.7、第三の絶縁層のε3が10であり、ε1及びε2とε3との比が約2倍と小さいため大きな効果は得られていないが、測定結果には、明らかに優位性がある。従って、放射ノイズの発生メカニズムに対する推定は、正しかったことが分かる。
【0034】
ここでは、第三の絶縁層6として高誘電率の材料を用いた場合のみについて示し、高導電率の材料を用いた場合についての実験結果を示していない。しかし、第三の絶縁層の導電率ρ3を第一の絶縁層の導電率ρ1及び第二の絶縁層の導電率ρ2よりも大きな材料を用いることによって電源電極1とグランド電極3との間の電界強度を大幅に小さくすることができる。その結果上記高誘電率の材料を用いた場合と同様の結果を示すことは明らかである。
【0035】
尚、上記説明では、図1に示すように第三の絶縁層6をグランド電極3と電源電極1との間に配置した場合の例について説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。即ち、第三の絶縁層6をグランド電極3と電源電極1との間に配置し、且つ、給電ライン5とグランド電極3との間にも配置することによってより一層の効果を得ることができる。
【0036】
更に、第三の絶縁層6の大きさを特に限定していないが、この大きさは、本発明による効果と第三の絶縁層6として高導電率の材料を用いた場合に発生する電力損失の許容量との関連から決定されるべきであり画一的に大きさを限定すべきものではないからである。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、プリント基板のビア部近傍の電源電極とグランド電極間に他の部分の絶縁層の誘電率よりも高い誘電率を有する絶縁層を配置することにより、あるいは又プリント基板のビア部近傍の電源電極とグランド電極間に他の部分の絶縁層の導電率よりも高い導電率を有する絶縁層を配置することにより以下の効果を得る。
(1)ビア部近傍の電界を抑制し、電源電極とグランド電極間からの放射ノイズの発生量を低減することができる。
(2)その結果、高密度実装の妨げとなるデカップリングコンデンサやフェライト等の磁性損失素子をプリント基板に搭載する必要が無くなる。
(3)更に、プリント基板上での部品搭載の位置制限がなくなるため高密度実装が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプリント基板の構成図である。
【図2】本発明によるプリント基板の高周波等価回路図である。
【図3】ノイズ放射の原理説明図である。
【図4】具体例の周波数スペクトラムである。
【図5】従来のプリント基板の構成図である。
【符号の説明】
1 電源電極(第一の電源電極)
2 第一の絶縁層
3 グランド電極
4 第二の絶縁層
5 給電ライン(第二の電源電極)
6 第三の絶縁層
7 ビア部
10 プリント基板
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an EMI reduction printed board used for reducing unnecessary radiation from electronic circuit components mounted on a printed board.
[0002]
[Prior art]
High-density mounting of electronic circuit components on printed circuit boards is a requirement of the times. In order to achieve this requirement, electronic circuit components have been integrated into integrated circuits (ICs), and printed circuit boards have been multilayered. Under such circumstances, reduction of unnecessary radiation radiated from the printed circuit board has become an important technical problem. In particular, in a multilayer substrate, EMI (electromagnetic interference) of noise radiating from an edge of the substrate due to cavity intrusion into the substrate through a via wiring, cavity resonance between a power supply electrode and a ground electrode of the substrate, and a problem has occurred. . Here, the via wiring is a wiring for connecting a power supply line between stacked substrates in a multilayer substrate.
[0003]
With reference to the drawings, a description will be given of the technical contents that have been known in the past regarding noise that enters the substrate through the via wiring.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional printed circuit board.
(A) is a plan view, and (b) is an enlarged view of a cross section (BB) of a via portion.
As shown in (a), when the via portion (1) is arranged at the center of the printed circuit board, the radiation noise 30 is relatively small, and is arranged at the end of the printed circuit board like other via portions (2). It has been empirically found that the radiation noise 30 increases when the power is turned on.
[0004]
On the other hand, in order to reduce the radiation noise 30, a decoupling capacitor is inserted between the power supply electrode 29 and the ground electrode 28 to bypass the high frequency current, or a magnetic loss element such as ferrite is inserted to insert the high frequency current. And other measures were taken.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described in the above related art, inserting a magnetic loss element such as a decoupling capacitor or ferrite into a printed circuit board hinders high-density mounting. Further, the inductance of the wiring of the magnetic loss element such as a decoupling capacitor or ferrite cannot be ignored, and the effect is reduced. Further, when the via portion is disposed at the end of the printed circuit board, if the radiated noise 30 becomes large, it is necessary to restrict the mounting position of the components and the like, which is an obstacle to high-density mounting.
[0006]
Therefore, the mechanism of the generation of the radiation noise is clarified, and the radiation noise 30 is reduced even when the via portion is disposed at the end of the printed circuit board as in the via portion (2) shown in (a). It is an object of the present invention.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following configuration to solve the above points.
<Configuration 1>
A first power electrode, a first insulating layer, a ground electrode, a second insulating layer, and a second power electrode are stacked, and the second power electrode and the first power electrode are connected to each other. In a multilayer printed circuit board having a via portion to be connected, a high dielectric portion having a higher dielectric constant than the first insulating layer and the second insulating layer is provided in a predetermined range surrounding the via portion. Reduced printed circuit boards.
[0008]
<Configuration 2>
A first power electrode, a first insulating layer, a ground electrode, a second insulating layer, and a second power electrode are stacked, and the second power electrode and the first power electrode are connected to each other. In a multilayer printed circuit board having a via portion to be connected, a high-conductivity portion having a higher conductivity than the first insulating layer and the second insulating layer is provided in a predetermined range surrounding the via portion. Reduced printed circuit boards.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described using specific examples.
<Configuration of specific example>
An insulating layer having a dielectric constant higher than the dielectric constant of the other part of the insulating layer is arranged between the power supply electrode and the ground electrode near the via portion of the printed circuit board. Alternatively, an insulating layer having a higher conductivity than the other portions of the insulating layer is disposed between the power electrode and the ground electrode near the via portion of the printed circuit board. By doing so, the electric field intensity near the via portion is reduced, and the amount of radiation noise generated between the power supply electrode and the ground electrode is reduced. In order to achieve the above object, an EMI reduction printed circuit board according to the present invention is configured as follows.
[0010]
FIG. 1 is a configuration diagram of a printed circuit board according to the present invention.
(A) is a plan view of a printed circuit board according to the present invention, and (b) is an enlarged cross-sectional view (AA) of a via portion.
As shown in FIG. 1, a printed circuit board 10 according to the present invention includes a power supply electrode 1, a first insulating layer 2, a ground electrode 3, a second insulating layer 4, a power supply line 5, and a third insulating layer 6. , Via portion 7.
[0011]
The power electrode 1 is an electrode for supplying DC power to electronic circuit components and the like mounted on the printed circuit board 10, and is a copper foil having a thickness of about 0.02 mm to 0.2 mm adhered to the first insulating layer 2. Consists of The power electrode 1 is usually adhered so as to cover most of the area of the first insulating layer 2 in order to reduce the plane resistance. The power supply electrode 1 corresponds to a first power supply electrode in the claims.
[0012]
The first insulating layer 2 is formed of a 0.3 mm to 0.5 mm thick insulator that supports electronic circuit components and the like mounted on the printed circuit board 10. The first insulating layer 2 is usually made of a highly insulating material such as a glass-containing epoxy polymer material. The power electrode 1 and the ground electrode 3 are bonded to both surfaces of the first insulating layer 2.
[0013]
The ground electrode 3 is an electrode that supplies a ground potential to electronic circuit components and the like mounted on the printed circuit board 10, and is laminated and bonded between the first insulating layer 2 and the second insulating layer 4. It is made of copper foil having a thickness of about 0.2 mm to 0.3 mm. The ground electrode 3 is usually bonded so as to cover most of the area of the first insulating layer 2 or the second insulating layer 4 in order to reduce the plane resistance.
[0014]
The second insulating layer 4 is formed of a 0.3 mm to 1.0 mm thick insulator that supports electronic circuit components and the like mounted on the printed circuit board 10 in the same manner as the first insulating layer 2. The second insulating layer 4 is usually made of a highly insulating material such as a glass-containing epoxy polymer material. The power supply line 5 is a wiring for supplying DC power to electronic circuit components and the like mounted on the printed circuit board 10. A via portion 7 is provided to connect the power supply line 5 to the power supply electrode 1. This power supply line 5 corresponds to the second power supply electrode in the claims.
[0015]
The third insulating layer 6 is disposed in a predetermined range surrounding the via portion 7, and has a dielectric constant ε3 larger than the dielectric constant ε1 of the first insulating layer 2 and the dielectric constant ε2 of the second insulating layer 4. (Corresponding to the high dielectric portion in claim 1). Alternatively, the insulating layer has a conductivity ρ1 larger than the conductivity ρ1 of the first insulating layer 2 and the conductivity ρ2 of the second insulating layer 4 arranged in a predetermined range surrounding the via portion 7. (Corresponding to the high conductive portion in claim 2).
The via portion 7 is a wiring for connecting a power supply line between stacked substrates in a printed board (multilayer board).
Here, the mechanism of radiation noise generation by the via portion 7 will be elucidated, and the process leading to the idea of the via portion of the present invention surrounded by the third insulating layer 6 will be described in detail with reference to other drawings.
[0016]
FIG. 2 is a high-frequency equivalent circuit diagram of a printed circuit board according to the present invention.
(A) is an enlarged cross-sectional view of a via portion, and (b) is an equivalent circuit diagram showing a propagation path of a noise signal on a printed circuit board according to the present invention.
[0017]
In FIG. 2, a noise source Vn is an equivalent power supply in which a noise (in particular, digital noise) generated by an IC or the like mounted on a printed circuit board is represented as a high-frequency power supply. The noise signal Sn is output from the noise source Vn, passes through the propagation path 11 of the power supply line, the propagation path 12 of the via portion, and the propagation path 13 of the power supply / ground, from the end of the printed circuit board 10 (FIG. 1) to the air. Is radiated as radiation noise 30.
[0018]
The propagation path 11 of the power supply line is a distributed constant line that can be approximated to a strip line including the power supply line 5, the second insulating layer 4, and the ground electrode 3. The noise source Vn is connected to the tip, and the end is connected to the propagation path 12 of the via portion. The characteristic impedance Z1 of the propagation path 11 of the power supply line viewed from the propagation path 12 side of the via portion is approximately represented by a route of (L1 / C1). Usually, Z1 indicates a value of several tens Ω. Here, L1 is the inductance per unit length of the power supply line 5, and here, the electrode width of the power supply line 5 is as thin as about 1 mm and cannot be ignored. C1 is the capacitance per unit length of the approximated strip line.
[0019]
The power supply / ground propagation path 13 is a distributed constant line obtained by approximating a cavity resonator including the power supply electrode 1, the first insulating layer 2, and the ground electrode 3 by a transmission line. Here, the power electrode 1 is usually bonded so as to cover most of the area of the first insulating layer 2 in order to reduce the plane resistance as described above. Therefore, the inductance per unit length for approximating a distributed constant line is extremely small as compared with the propagation path 11 of the power supply line, and the capacitance between the power supply electrode 1 and the ground electrode 3 is extremely large. That is, the characteristic impedance Z4 of the power supply / ground propagation path 13 viewed from the propagation path 12 side of the via portion is Z1≫Z4 as compared with the characteristic impedance Z1 of the power supply line propagation path 11.
[0020]
As a result, the characteristic impedance Z1 of the power supply line propagation path 11 and the power supply / ground propagation path even if the via path propagation path 12 described later is not arranged as in the conventional configuration (FIG. 5). 13 is largely mismatched, the noise signal Sn output from the noise source Vn is largely reflected, and the component absorbed in the power supply / ground propagation path 13 should be negligible. .
[0021]
However, as described in the prior art, when the via portion is disposed at the center of the printed circuit board as in the via portion (1) shown in FIG. It has been empirically understood that the radiation noise 30 increases when the via portion is disposed at the end of the printed circuit board as in (2). In order to elucidate this phenomenon, the inventor made a simulation Micro-StripesV. The following simulation was performed using 5.6.
[0022]
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of noise emission.
(A) is a figure showing the position of the via | veer part on each printed circuit board of board | substrate outer diameter 150mmx230mm which performed simulation. In the model A, the power supply line extends in the X-axis direction, and the via portion is disposed substantially at the center in both the X-axis direction and the Y-axis direction of the substrate. In the model B, the power supply line extends in the X-axis direction, and the via portions are arranged at the center of the substrate in the Y-axis direction and at the ends in the X-axis direction. In the model C, the power supply line extends in the X-axis direction, and the via portions are arranged at the Y-axis end and the X-axis central portion of the substrate.
[0023]
In the model D, the power supply line extends in the X-axis direction, and the via portions are arranged at the Y-axis end and the X-axis end of the substrate. In the model E, the power supply line extends in the Y-axis direction, and the via portion is disposed substantially at the center in both the X-axis direction and the Y-axis direction of the substrate. In the model F, the power supply line extends in the Y-axis direction, and the via portions are arranged at the Y-axis end and the X-axis center of the substrate.
[0024]
(B) is a figure showing the above-mentioned analysis model and a simulation result of radiation power.
The horizontal direction represents the fundamental mode resonance frequency (320 MHz) in the X-axis direction, the fundamental mode resonance frequency (490 MHz) in the Y-axis direction, and the fundamental mode resonance frequency (580 MHz) in the diagonal direction. Represents a model.
[0025]
(B), the radiation power at the fundamental mode resonance frequency is large when the via portion is arranged at the end of the printed circuit board, and small when the via portion is arranged at the center of the printed circuit board. You can see that. This result proves the facts empirically grasped in the prior art.
However, this simulation revealed that the direction in which the feed line extended did not significantly affect the radiated power. Then, the power supply electrode and the ground electrode acting as the cavity resonator can be estimated to be excited only by the almost electric field component between the power supply electrode and the ground electrode in the via portion, and to excite the radiation noise 30.
[0026]
From this fact, the inventor estimated the generation mechanism of the radiation noise 30 as follows.
(1) When a predetermined condition is satisfied, a parallel plate cavity resonator is equivalently constituted by the power supply electrode and the ground electrode. The cavity resonator resonates when the frequency of a high-frequency component (noise component) supplied from the via portion matches its own resonance frequency, and radiates a radiation noise 30 by an antenna function.
(2) A portion of the antinode of the amplitude at the time of resonance of the cavity resonator, that is, an end of the printed circuit board, corresponds to the position angle j (π / 2) of the distributed line at the receiving end and has a maximum impedance (theoretical). To infinity) position. Therefore, when the via portion is disposed at this position, the characteristic impedance Z1 of the power supply line propagation path 11 and the characteristic impedance Z4 of the power supply / ground propagation path 13 become closer to matching, and the power supply / ground propagation path 11 The supply amount of the noise signal Sn to the propagation path 13 increases. As a result, the radiation noise 30 increases.
[0027]
From the above estimation results, it was decided to reduce the radiation noise 30 by providing the via portion propagation path according to the present invention.
Returning to FIG. 2, description of the high-frequency equivalent circuit of the printed circuit board according to the present invention will be continued.
[0028]
The propagation path 12 of the via portion is a four-terminal network line including the via portion 7, the third insulating layer 6, and the ground electrode 3. When a material having a high dielectric constant ε3 is used as the third insulating layer 6 or a material having a high electrical conductivity ρ3 is used as the third insulating layer 6, the image impedance Z2 of the four-terminal network line is Z1≫Z2 as compared with the characteristic impedance Z1 of the power supply line, and prevents the characteristic impedance Z1 of the power supply line propagation path 11 and the characteristic impedance Z4 of the power supply / ground propagation path 13 from approaching matching. Can be. Furthermore, the electric field strength between the power supply electrode 1 and the ground electrode 3 which are excitation sources of the radiation noise 30 can be significantly reduced. The following experiment was performed based on the above estimation.
[0029]
<Experiment of specific example>
・ Experimental sample 1 (Comparison substrate)
In FIG. 1, FR-4 (ε1 of the first insulating layer and ε2 of the second insulating layer are 4.7) is used as a printed circuit board, and ε3 = 4.7 is used as a third insulating layer. An IC (74ALVC) was mounted on this substrate to supply a DC voltage.
[0030]
Document 2 (substrate according to the present invention)
In FIG. 1, FR-4 (ε1 of the first insulating layer and ε2 of the second insulating layer are 4.7) is used as the printed circuit board, and ε3 = 10 is used as the third insulating layer. An IC (74ALVC) was mounted on the substrate, and a DC voltage of 3.3 V was supplied.
[0031]
Measurement method A pulse train of level 0 to 2.5 V, 20 MHz was input to the IC (74ALVC) using a pulse generator (HP81100), and measurement was performed with a spectrum analyzer using a 3 m method in an anechoic chamber.
[0032]
Measurement results FIG. 4 shows a frequency spectrum of a specific example.
(A) is the measurement result of sample 1 (substrate of the comparative example), and (b) is the measurement result of sample 2 (substrate according to the present invention).
Comparing (a) and (b), the maximum value of the noise level is 64.3 dB for document 1 (substrate of the comparative example), and 62.0 dB for document 2 (substrate according to the present invention). It is improved by about 2.3 dB. Further, the number of spectrums of 40 dB or more is considerably smaller in the material 2 (the substrate according to the present invention) than in the material 1 (the substrate of the comparative example).
[0033]
Discussion of the results As described above, both ε1 of the first insulating layer and ε2 of the second insulating layer are 4.7, ε3 of the third insulating layer is 10, and the ratio of ε1 and ε2 to ε3 is about Although a large effect has not been obtained because it is twice as small, the measurement results clearly have an advantage. Therefore, it can be seen that the estimation of the emission noise generation mechanism was correct.
[0034]
Here, only the case where a material having a high dielectric constant is used for the third insulating layer 6 is shown, and no experimental result is shown for the case where a material having a high conductivity is used. However, by using a material larger than the conductivity ρ1 of the first insulation layer and the conductivity ρ2 of the second insulation layer, the conductivity ρ3 of the third insulation layer The electric field strength can be significantly reduced. As a result, it is clear that the same results as those obtained when the above-mentioned material having a high dielectric constant is used are obtained.
[0035]
In the above description, an example in which the third insulating layer 6 is disposed between the ground electrode 3 and the power electrode 1 as shown in FIG. 1 has been described, but the present invention is limited to this example. Not something. That is, a further effect can be obtained by arranging the third insulating layer 6 between the ground electrode 3 and the power supply electrode 1 and also between the power supply line 5 and the ground electrode 3. .
[0036]
Further, although the size of the third insulating layer 6 is not particularly limited, the size is not limited by the effect of the present invention and the power loss generated when a material having high conductivity is used as the third insulating layer 6. This is because the size should be determined in relation to the allowable amount, and the size should not be uniformly limited.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, by arranging an insulating layer having a dielectric constant higher than that of the insulating layer in other parts between the power supply electrode and the ground electrode near the via portion of the printed board, The following effects can be obtained by disposing an insulating layer having a higher conductivity than the insulating layer in the other portion between the power electrode and the ground electrode near the portion.
(1) The electric field in the vicinity of the via portion can be suppressed, and the amount of radiation noise generated between the power supply electrode and the ground electrode can be reduced.
(2) As a result, there is no need to mount a magnetic loss element such as a decoupling capacitor or a ferrite on a printed circuit board, which hinders high-density mounting.
(3) Further, since there is no limit on the position of component mounting on the printed circuit board, high-density mounting is facilitated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a printed circuit board according to the present invention.
FIG. 2 is a high-frequency equivalent circuit diagram of a printed circuit board according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of noise emission.
FIG. 4 is a frequency spectrum of a specific example.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional printed circuit board.
[Explanation of symbols]
1 power electrode (first power electrode)
2 First insulating layer 3 Ground electrode 4 Second insulating layer 5 Power supply line (second power electrode)
6 Third insulating layer 7 Via section 10 Printed circuit board

Claims (2)

第一の電源電極と、第一の絶縁層と、グランド電極と、第二の絶縁層と、第二の電源電極とが積層され、該第二の電源電極と前記第一の電源電極とを接続するビア部を有する多層プリント基板において、
前記ビア部を囲む所定の範囲に前記第一の絶縁層及び前記第二の絶縁層よりも誘電率の大きい高誘電部を備えることを特徴とするEMI低減プリント基板。
A first power electrode, a first insulating layer, a ground electrode, a second insulating layer, and a second power electrode are stacked, and the second power electrode and the first power electrode are connected to each other. In a multilayer printed circuit board having a via portion to be connected,
An EMI reduction printed circuit board, comprising: a high dielectric portion having a higher dielectric constant than the first insulating layer and the second insulating layer in a predetermined range surrounding the via portion.
第一の電源電極と、第一の絶縁層と、グランド電極と、第二の絶縁層と、第二の電源電極とが積層され、該第二の電源電極と前記第一の電源電極とを接続するビア部を有する多層プリント基板において、
前記ビア部を囲む所定の範囲に前記第一の絶縁層及び前記第二の絶縁層よりも導電率の大きい高導電部を備えることを特徴とするEMI低減プリント基板。
A first power electrode, a first insulating layer, a ground electrode, a second insulating layer, and a second power electrode are stacked, and the second power electrode and the first power electrode are connected to each other. In a multilayer printed circuit board having a via portion to be connected,
An EMI reduction printed circuit board, comprising: a high conductive portion having a higher conductivity than the first insulating layer and the second insulating layer in a predetermined range surrounding the via portion.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006303020A (en) * 2005-04-18 2006-11-02 Mitsubishi Electric Corp Capacitor built-in printed wiring board
JP2007152646A (en) * 2005-12-01 2007-06-21 Canon Finetech Inc Image forming device
US8085548B2 (en) 2006-09-01 2011-12-27 Hitachi, Ltd. Circuit for suppressing electromagnetic interference, implementation structure and electronic apparatus implementing the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006303020A (en) * 2005-04-18 2006-11-02 Mitsubishi Electric Corp Capacitor built-in printed wiring board
JP2007152646A (en) * 2005-12-01 2007-06-21 Canon Finetech Inc Image forming device
JP4721342B2 (en) * 2005-12-01 2011-07-13 キヤノンファインテック株式会社 Image forming apparatus
US8085548B2 (en) 2006-09-01 2011-12-27 Hitachi, Ltd. Circuit for suppressing electromagnetic interference, implementation structure and electronic apparatus implementing the same

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