JP2006120786A

JP2006120786A - プリント配線板及び電子機器

Info

Publication number: JP2006120786A
Application number: JP2004305702A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Hayashi; 靖二林; Daishiro Sekijima; 大志郎関島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】ＬＳＩを実装するプリント配線板において、所望の放射ノイズ規制値に対して十分なノイズ低減効果が得られるようにする。
【解決手段】第１の電源導体と、第２の電源導体と、グラウンド導体とを有する集積回路を実装するプリント配線板であって、第１及び第２の電源導体に接続される互いにＤＣ的に分離された第３及び第４の電源導体４１１，４１３と、グラウンド導体に接続され、第３及び第４の電源導体に対応するＤＣ的に分離された第１及び第２のグラウンド導体４０８，４０９とを具備し、グラウンド導体と第１のグラウンド導体の接続は、第１の電源導体と第３の電源導体を接続する接続端子の直近の接続端子で行なわれ、グラウンド導体と第２のグラウンド導体の接続は、第２の電源導体と第４の電源導体を接続する接続端子の直近の接続端子で行なわれる。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、内部回路と入出力回路とを備える半導体集積回路を搭載するプリント配線板、及びそれを搭載した電子機器に関するものである。

近年の半導体集積回路（以下、ＬＳＩ）は、集積度の向上や動作の高速化に起因して、電源電位変動が発生しやすく、プリント配線板に実装し、機器内に搭載した際には放射ノイズが発生しやすいことが問題となっている。

ＬＳＩを搭載したプリント配線板において、ＬＳＩの電源電位変動に起因して発生する放射ノイズ発生メカニズムは以下のように説明される。

図６において、ＬＳＩ８０２の回路はその機能から、他のＩＣ８０８やメモリ８０９とインターフェースを取る入力回路８０４、出力回路８０５と、種々の論理演算を行う内部回路８０３の２つに大別される。その回路規模は、通常では、内部回路８０３の方が大きく、そのため内部回路８０３の動作に起因して発生する電源電位変動が主要なノイズ源である場合が多い。内部回路８０３自体は、プリント配線板８０１と直接つながる端子は無いが、内部回路８０３動作に起因して発生するノイズはＬＳＩ内部の電源配線８０７、グラウンド配線８０６を介して、プリント配線板８０１と直接つながる入力回路８０４、出力回路８０５の信号端子に重畳され、ＬＳＩ８０２の外に漏れ出る。そして信号端子に重畳したノイズは低インピーダンスであるプリント配線板上の信号ラインを介してアンテナ要因であるケーブル８１０に接続されるため、信号端子のノイズは大きな放射ノイズを発生させる原因となる。

このようなメカニズムで発生する放射ノイズに対する抑制対策としては、たとえば特開２００１−２８２４０３号公報（特許文献１）に開示されているものが知られている。

特許文献１では、内部回路の動作によって発生した電源電位変動を、入出力回路の信号端子に伝播させないようにするために、ＬＳＩ内部の電源導体とグラウンド導体を内部回路用と入出力回路用に分離させるようにしている。

また、プリント配線板上のノイズ抑制対策として、ＬＳＩの近傍で、ＬＳＩに電荷を供給するバイパスコンデンサを、プリント基板上の電源導体とグラウンド間に実装し、電位変動を抑制することも従来から行われている。
特開２００１−２８２４０３号公報

しかしながら、近年のさらなる動作周波数の高速化、ＬＳＩの高集積化が進む状況では、特許文献１に開示されているようなＬＳＩでの対策、従来のプリント配線板上のバイパスコンデンサを用いた対策だけでは、所望の放射ノイズ規制値に対して十分なノイズ低減効果が得られない場合が見られるようになってきており、更なるノイズ対策手法の開発が要望されていた。

また、特許文献１におけるＬＳＩへの対策においては、ノイズ対策の効果を十分に得るは、電源導体だけでなくグラウンド導体も入出力回路と内部回路間で分離することが望ましいが、ＬＳＩ製造プロセスの微細化が進むと、グラウンド電位を安定させるために、グラウンドの分離ができなくなるケースが出てきており、ＬＳＩでの対策は難しくなる傾向にある。

従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＳＩを実装するプリント配線板において、所望の放射ノイズ規制値に対して十分なノイズ低減効果が得られるようにすることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わるプリント配線板は、内部回路と、入出力回路と、前記内部回路に電源を供給する第１の電源導体と、前記入出力回路に電源を供給すると共に前記第１の電源導体とは少なくともＤＣ的に分離された第２の電源導体と、グラウンド導体とを有する集積回路を実装するプリント配線板であって、前記第１の電源導体に接続される第３の電源導体と、前記第２の電源導体に接続され、前記第３の電源導体とは少なくともＤＣ的に分離された第４の電源導体と、前記グラウンド導体に接続され、前記第３及び第４の電源導体にそれぞれ対応する少なくともＤＣ的に分離された第１及び第２のグラウンド導体と、前記第３の電源導体と前記第１のグラウンド導体間に配置された第１のバイパスコンデンサと、前記第４の電源導体と前記第２のグラウンド導体間に配置された第２のバイパスコンデンサとを具備し、前記グラウンド導体と前記第１のグラウンド導体の接続は、前記第１の電源導体と前記第３の電源導体を接続する接続端子の直近の接続端子で行なわれ、前記グラウンド導体と前記第２のグラウンド導体の接続は、前記第２の電源導体と前記第４の電源導体を接続する接続端子の直近の接続端子で行なわれることを特徴とする。また、ここでいうＡＣは、放射ノイズで問題とする周波数範囲をさし、一般に３０ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲である。

また、この発明に係わるプリント配線板において、前記集積回路に配置されているグラウンド導体は、前記第１及び第２の電源導体に対応して、少なくとも第３及び第４のグラウンド導体の２つに分離されていると共に、前記第３のグラウンド導体は前記第１のグラウンド導体に接続され、前記第４のグラウンド導体は前記第２のグラウンド導体に接続されており、前記第１のグラウンド導体と前記第２のグラウンド導体間は、ＤＣ的には１Ω以下のインピーダンスでＡＣ的には１０Ω以上のインピーダンスであるノイズ抑制手段により接続されていることを特徴とする。

また、この発明に係わるプリント配線板において、前記ノイズ抑制手段は、磁性体を含むチップインダクタンスであることを特徴とする。

また、この発明に係わるプリント配線板において、前記ノイズ抑制手段は、プリント配線板上の細線パターンを利用したインダクタンスであることを特徴とする。

また、本発明に係わる電子機器は、上記のプリント配線板を搭載したことを特徴とする。

本発明によれば、ＬＳＩを実装するプリント配線板において、所望の放射ノイズ規制値に対して十分なノイズ低減効果を得ることが可能となる。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。

本発明の実施形態は、内部回路と入力回路、出力回路を有し、内部回路用の電源導体と入力回路、出力回路用の電源導体が分離して形成され、且つグラウンド導体は共通である集積回路を実装するプリント配線板において、プリント配線板上には集積回路の内部回路用の電源導体とグラウンド導体、入力回路、出力回路用の電源導体とグラウンド導体を配置し、それぞれ電源導体とグラウンド導体間にバイパスコンデンサを実装し、プリント配線板の内部回路用電源導体と集積回路の内部回路用電源端子とを接続し、プリント配線板の入力回路、出力回路用電源導体と集積回路の入力回路、出力回路用電源端子とを接続し、プリント配線板の内部回路用グラウンド導体と集積回路の内部回路用電源端子近傍のグラウンド端子とを接続し、プリント配線板の入力回路、出力回路用グラウンド導体と集積回路の入力回路、出力回路用電源端子近傍のグラウンド端子とを接続することを特徴とする。

また、集積回路のグラウンド導体も内部回路用と入力／出力回路用で分離されている場合には、プリント配線板の内部回路用グラウンド導体と入力／出力回路用グラウンド導体間は、ＤＣ的には低インピーダンス、ＡＣ的には高インピーダンスであるノイズ抑制手段によって接続されていることを特徴とする。

これにより、ＬＳＩ内部回路の動作で発生する電源電位変動に起因するノイズ電流のＬＳＩ内部の電源導体−プリント配線板電源導体−バイパスコンデンサ−プリント配線板グラウンド導体−ＬＳＩ内部のグラウンド導体までの低インピーダンスのループが内部回路用、入力／出力回路用でそれぞれ分離され、内部回路の電源電位変動がプリント配線板上のパターンを介して入力／出力回路の電源電位へ伝搬することを抑制し、放射ノイズを抑制することができる。

また、第１の実施形態では、ＬＳＩのグラウンド導体については、内部回路用グラウンド導体と、入力／出力回路用グラウンド導体が共通であるが、内部回路用グラウンド端子には内部回路用電源端子に近接した端子を、入力／出力回路用グラウンド端子には、入力／出力回路用電源端子に近接した端子をそれぞれ選ぶことで、高周波に対する低インピーダンスループを内部回路用導体と入力／出力回路用導体の間で分離している。

また、第２の実施形態では、ＬＳＩのグラウンド導体では、内部回路用と入力／出力回路用で分離されており、内部回路用と入力／出力回路用電源端子が明確に分かれている。この場合、入力回路用と出力回路用のグラウンド電位を揃えるために、プリント配線板上の内部回路用グラウンド導体と入力／出力回路用グラウンド導体を接続する必要が発生するが、ＤＣ的には低インピーダンス、ＡＣ的には高インピーダンスであるノイズ抑制手段でプリント配線板上の内部回路用グラウンド導体と入力／出力回路用グラウンド導体間を接続することで、ＭＨｚ帯の高周波に対する低インピーダンスループを内部回路用導体と入力／出力回路用導体の間で分離している。

以下、各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態は、電源導体は内部回路用と入力／出力回路用で分離されており、グラウンド導体は共通であるＬＳＩを搭載したプリント配線板の例である。

図１は、かかるＬＳＩ３００の内部電源配線を模式的に示した図である。

内部回路用電源導体３０１に内部回路用電源端子３０４ａ〜３０４ｄが接続され、入力／出力回路用電源導体３０２に入力／出力回路用電源端子３０６ａ〜３０６ｄが接続されている。また共通グラウンド導体３０３に、内部回路用電源端子３０４ａ〜３０４ｄの近傍にあるグラウンド端子３０５ａ〜３０５ｄ、及び入力／出力回路用電源端子３０６ａ〜３０６ｄの近傍にあるグラウンド端子３０７ａ〜３０７ｄがそれぞれ接続されている。

内部回路用電源導体３０１と入力／出力回路用電源導体３０２は物理的に分離され、ＤＣ的に分離されている。各端子３０４ａ〜３０４ｄ、３０５ａ〜３０５ｄ、３０６ａ〜３０６ｄ、３０７ａ〜３０７ｄはプリント配線板上の各導体と接続される。

図２Ａ、図２Ｂは、図１に示したＬＳＩが実装される多層プリント配線板における、ＬＳＩ実装部の各層のパターン形状を示した図である。

図２Ａは、ＬＳＩ実装面のパターンを示す図である。

内部回路用グラウンド導体４００と入力／出力回路用グラウンド導体４０１が物理的に分離されている。内部回路用グラウンド導体４００の中に、内部回路用電源導体４０２が形成されている。図１に示したＬＳＩの内部回路用電源端子３０４ａ〜３０４ｄはプリント配線板の内部回路用電源端子ランド４０３に接続され、ＬＳＩの入力／出力回路用電源端子３０６ａ〜３０６ｄはプリント配線板の入力／出力回路用電源端子ランド４０５に接続され、内部回路用電源端子３０４ａ〜３０４ｄの近傍にあるグラウンド端子３０５ａ〜３０５ｄは、プリント配線板の内部回路用グラウンド端子ランド４０４に接続され、入力／出力回路用電源端子３０６ａ〜３０６ｄの近傍にあるグラウンド端子３０７ａ〜３０７ｄには、プリント配線板上の入力／出力回路用グラウンド端子ランド４０６が接続されている。プリント配線板の内部回路用グラウンド端子ランド４０４は、内部回路用グラウンド導体４００と接続されている。またプリント配線板上の入力／出力回路用グラウンド端子ランド４０６は、入力／出力回路用グラウンド導体４０１と接続されている。その他のＬＳＩの端子が接続されるランド４０７には、プリント配線板上の他のＬＳＩやコネクタへの信号配線がつながっている。

図２Ｂは、ハンダ面（図２Ａに示すＬＳＩ実装面の裏側）のパターンを示す図である。

内部回路用グラウンド導体４０８と入力／出力回路用グラウンド導体４０９が物理的に分離されている。内部回路用グラウンド導体４０８は、図２Ａに示した内部回路用グラウンド導体４００とビア（スルーホール）を介して接続されている。また入力／出力回路用グラウンド導体４０９は図２Ａに示した入力／出力回路用グラウンド導体４０１とビア（スルーホール）を介して接続されている。内部回路用電源導体４１０は内部回路用グラウンド導体４０８の内部に形成され、ビアを介して、図２Ａの内部回路用電源導体４０２及び内部回路用電源端子ランド４０３とそれぞれ接続されている。そして、内部回路用電源導体４１０と接続された内部回路用電源配線４１１によって内部回路用の電源を確保している。内部回路用電源配線４１１上にノイズフィルタを実装しても良い。

内部回路用電源導体４１０と内部回路用グラウンド導体４０８を接続するバイパスコンデンサ４１２が実装されている。また入力／出力回路用電源配線４１３と入力／出力回路用グラウンド導体４０９間を接続するバイパスコンデンサ４１４が実装されている。これらバイパスコンデンサ４１２，４１４は内部回路、入力／出力回路が動作する際に必要な電荷量を供給するに充分な容量を持ち、通常は１００ｐＦ〜１０μＦのものが用いられる。

図２Ｃは多層プリント配線板の任意の内層パターンを示している。入力／出力回路用電源導体４１５は電源層を形成しており、ビアを介して図２Ａの入力／出力回路用電源端子ランド４０５、及び図２Ｂの入力／出力回路用電源配線４１３と接続されており、入力／出力回路に電源を供給している。

（第２の実施形態）
図３及び図４は、本発明の第２の実施形態を示す図である。第２の実施形態は、電源導体だけでなく、グラウンド導体も内部回路用と入力／出力回路用で分離されているＬＳＩを搭載している点で第１の実施形態と異なり、その差異について説明する。

図３は、かかるＬＳＩ５００の内部電源配線を模式的に示した図である。

内部回路用電源導体５０１に内部回路用電源端子５０５ａ〜５０５ｄが接続され、内部回路用グラウンド導体５０２に内部回路用グラウンド端子５０６ａ〜５０６ｄが接続され、入力／出力回路用電源導体５０３に入力／出力回路用電源端子５０７ａ〜５０７ｄが接続されている。また入力／出力回路用グラウンド導体５０４に、入力／出力回路用グラウンド端子５０８ａ〜５０８ｄが接続されている。各端子５０５ａ〜５０５ｄ、５０６ａ〜５０６ｄ、５０７ａ〜５０７ｄ、５０８ａ〜５０８ｄはプリント配線板上の各導体と接続される。

図４は、図３に示したＬＳＩが実装される多層プリント配線板における、ＬＳＩ実装部のハンダ面の配線パターン形状を示した図である。

内部回路用グラウンド導体６００と入力／出力回路用グラウンド導体６０１間は物理的に分離されており、磁性体を含むチップインダクタンス６０７で接続されている。すなわち、内部回路用グラウンド導体６００と入力／出力回路用グラウンド導体６０１間はＤＣ的に接続されているが、ＡＣ的には分離されている。これによって、内部回路用電源系のループと入力／出力回路の電源系ループを高周波成分に対して分離することができ、放射ノイズを抑制することが可能になる。

なお、図４において、６０２は内部回路用電源導体、６０３は内部回路用電源配線、６０４は内部回路用バイパスコンデンサ、６０５は入力／出力回路用電源配線、６０６は入力／出力回路用バイパスコンデンサである。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態を示す図である。第３の実施形態は内部回路用グラウンド導体と入力／出力回路用グラウンド導体間をチップインダクタンスではなく、プリント配線板上の配線パターンで形成したインダクタンスを利用してＡＣ的に分離した点で第２の実施形態と異なり、その差異について示す。

図５は、ＬＳＩが実装される多層プリント配線板における、ＬＳＩ実装部のハンダ面の配線パターン形状を示した図である。

内部回路用グラウンド導体７００と入力／出力回路用グラウンド導体７０１間は、内部回路用グラウンド導体の四隅でミアンダ状の配線７０７で接続されている。このミアンダ状の配線７０７の持つインダクタンスによって内部回路用グラウンド導体７００と入力／出力回路用グラウンド導体７０１間をＡＣ的に分離している。これにより内部回路用の電源ループと入力／出力回路の電源ループを高周波成分に対して分離することができ、放射ノイズを抑制することが可能になる。

なお、図５において、７０２は内部回路用電源導体、７０３は内部回路用電源配線、７０４は内部回路用バイパスコンデンサ、７０５は入力／出力回路用電源配線、７０６は入力／出力回路用バイパスコンデンサである。

以上説明したように、上記の実施形態によれば、内部回路と入力／出力回路間で電源導体が分離されたＬＳＩを搭載したプリント配線板において、ＬＳＩの電源分離に合わせてプリント配線板の電源導体、グラウンド導体も内部回路用と入力／出力回路用に少なくともＡＣ的に分離し、内部回路用電源導体とグラウンド導体間、入力／出力回路用電源導体とグラウンド導体間にそれぞれバイパスコンデンサを実装することにより、バイパスコンデンサを介した内部回路用電源ループと入力／出力回路用電源ループをＡＣ的に分離形成でき、内部回路の動作によって発生した内部回路用電源の電位変動の影響が入力／出力回路用電源電位に及ぶことを抑制し、放射ノイズの発生を低減できる。

本発明の第１の実施形態で用いられるＬＳＩの内部電源配線を模式的に示した図である。図１に示したＬＳＩが実装される多層プリント配線板における、ＬＳＩ実装部のＬＳＩ実装面のパターン形状を示した図である。図１に示したＬＳＩが実装される多層プリント配線板における、ＬＳＩ実装部のハンダ面のパターン形状を示した図である。図１に示したＬＳＩが実装される多層プリント配線板における、内層パターン形状を示した図である。本発明の第２の実施形態で用いられるＬＳＩの内部電源配線を模式的に示した図である。本発明の第２の実施形態のプリント配線板のパターン形状を示した図である。本発明の第３の実施形態のプリント配線板のパターン形状を示した図である。従来のプリント配線板を示す図である。

符号の説明

３００ＬＳＩ
３０１内部回路用電源導体
３０２入力／出力回路用電源導体
３０３共通グラウンド導体
３０４ａ〜ｄ内部回路用電源端子
３０５ａ〜ｄグラウンド端子
３０６ａ〜ｄ入力／出力回路用電源端子
３０７ａ〜ｄグラウンド端子
４００内部回路用グラウンド導体
４０１入力／出力回路用グラウンド導体
４０２内部回路用電源導体
４０３内部回路用電源端子ランド
４０４内部回路用グラウンド端子ランド
４０５入力／出力回路用電源端子ランド
４０６入力／出力回路用グラウンド端子ランド
４０８内部回路用グラウンド導体
４０９入力／出力回路用グラウンド導体
４１０内部回路用電源導体
４１１内部回路用電源配線
４１２，４１４バイパスコンデンサ
４１３入力／出力回路用電源配線
５００ＬＳＩ
５０１内部回路用電源導体
５０２内部回路用グラウンド導体
５０３入力／出力回路用電源導体
５０４入力／出力回路用グラウンド導体
５０５ａ〜５０５ｄ内部回路用電源端子
５０６ａ〜５０６ｄ内部回路用グラウンド端子
５０７ａ〜５０７ｄ入力／出力回路用電源端子
５０８ａ〜５０８ｄ入力／出力回路用グラウンド端子
６００内部回路用グラウンド導体
６０１入力／出力回路用グラウンド導体
６０２内部回路用電源導体
６０３内部回路用電源配線
６０４内部回路用バイパスコンデンサ
６０５入力／出力回路用電源配線
６０６入力／出力回路用バイパスコンデンサ
６０７チップインダクタンス
７００内部回路用グラウンド導体
７０１入力／出力回路用グラウンド導体
７０２内部回路用電源導体
７０３内部回路用電源配線
７０４内部回路用バイパスコンデンサ
７０５入力／出力回路用電源配線
７０６入力／出力回路用バイパスコンデンサ
７０７ミアンダ状の配線
８０１プリント配線板
８０２ＬＳＩ
８０３内部回路
８０４入力回路
８０５出力回路
８０６ＬＳＩ内部グラウンド配線
８０７ＬＳＩ内部電源配線
８０８ＩＣ
８０９メモリ
８１０ケーブル

Claims

内部回路と、入出力回路と、前記内部回路に電源を供給する第１の電源導体と、前記入出力回路に電源を供給すると共に前記第１の電源導体とは少なくともＤＣ的に分離された第２の電源導体と、グラウンド導体とを有する集積回路を実装するプリント配線板であって、
前記第１の電源導体に接続される第３の電源導体と、
前記第２の電源導体に接続され、前記第３の電源導体とは少なくともＤＣ的に分離された第４の電源導体と、
前記グラウンド導体に接続され、前記第３及び第４の電源導体にそれぞれ対応する少なくともＤＣ的に分離された第１及び第２のグラウンド導体と、
前記第３の電源導体と前記第１のグラウンド導体間に配置された第１のバイパスコンデンサと、
前記第４の電源導体と前記第２のグラウンド導体間に配置された第２のバイパスコンデンサとを具備し、
前記グラウンド導体と前記第１のグラウンド導体の接続は、前記第１の電源導体と前記第３の電源導体を接続する接続端子の直近の接続端子で行なわれ、前記グラウンド導体と前記第２のグラウンド導体の接続は、前記第２の電源導体と前記第４の電源導体を接続する接続端子の直近の接続端子で行なわれることを特徴とするプリント配線板。
前記集積回路に配置されているグラウンド導体は、前記第１及び第２の電源導体に対応して、少なくとも第３及び第４のグラウンド導体の２つに分離されていると共に、前記第３のグラウンド導体は前記第１のグラウンド導体に接続され、前記第４のグラウンド導体は前記第２のグラウンド導体に接続されており、前記第１のグラウンド導体と前記第２のグラウンド導体間は、ＤＣ的には１Ω以下のインピーダンスでＡＣ的には１０Ω以上のインピーダンスであるノイズ抑制手段により接続されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
前記ノイズ抑制手段は、磁性体を含むチップインダクタンスであることを特徴とする請求項２に記載のプリント配線板。
前記ノイズ抑制手段は、プリント配線板上の細線パターンを利用したインダクタンスであることを特徴とする請求項２に記載のプリント配線板。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプリント配線板を搭載したことを特徴とする電子機器。