JP2006302944A

JP2006302944A - 多層プリント配線基板

Info

Publication number: JP2006302944A
Application number: JP2005118287A
Authority: JP
Inventors: Shigetada Goto; 茂忠後藤; Yoshito Asao; 淑人浅尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-11-02
Also published as: US7663894B2; US20060237226A1

Abstract

【課題】電源パターンを短くすることによってインピーダンスを減少させ、電磁放射ノイズを低減することができる多層プリント配線基板を提供する。
【解決手段】それぞれ電源電圧の異なる少なくとも２つ以上の電源パターン５、７が形成された電源層１と、電源層１と絶縁体を介して重ねられた信号層２とを含み、少なくとも１つの電源パターン５、７は、互いに非接触に形成された第１のパターン部１０、１５および第２のパターン部１１、１６を有し、第１のパターン部１０、１５および第２のパターン部１１、１６は、信号層２に形成された中継パターン１２と、中継パターン１２の両端で電源層１と信号層２とをつなぐスルーホール１３とからなる中継部１４を介して電気的に接続されているものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、それぞれ電源電圧が異なる複数の電源パターンを有する電源層を備えた多層プリント配線基板に関する。

従来の多層プリント配線基板は、一般的に信号層、電源層およびグランド層をそれぞれ少なくとも１層ずつ配設する構成がとられている。従来のデジタル回路を有する電子機器において、電源層で使用される電源電圧は、５Ｖが主流であるため、電源層には、多くの場合５Ｖの単一電源パターンが形成されている。

従来のプリント回路基板は、電源が供給されるコネクタをその基板の消費電力が１番大きいＬＳＩの近傍に配置している。また、電源コネクタから１番消費電力が大きいＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が実装されるエリアまでの電源パターンを１番太くし、それ以外のＬＳＩを含むＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）までの電源パターンを電流量に応じて細くしている。そのことにより、消費電力の１番大きいＬＳＩに供給される電源電圧と、消費電力の１番大きいＬＳＩと信号を送受信するＬＳＩに供給される電源電圧とが、回路基板内でほぼ等しくなるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、近年のＩＣの低電圧化および低消費電力化の要請から、ＩＣには、５Ｖの電源電圧と、３．３Ｖあるいはそれ以下の電源電圧とが供給される場合が多くなってきている。
その結果、電源層は、５Ｖの単一電源パターンで形成されず、例えば、５Ｖの電源パターンおよび３．３Ｖの電源パターンの２つの電源パターン、あるいはそれ以上の複数の電源パターンが互いに絶縁されて形成されている。

特開２００２−３７４０４８号公報

従来の多層プリント配線基板では、１層の電源層に電源電圧の異なる複数の電源パターンが存在するため、例えばＩＣの５Ｖの電源ピンに電源を供給する５Ｖの電源パターンを形成した後に、ＩＣの３．３Ｖの電源ピンに電源を供給する３．３Ｖの電源パターンを形成すると、すでに形成した５Ｖの電源パターンを迂回する必要があった。そのため、３．３Ｖの電源パターンが長くなってインピーダンスが増加し、電源パターンから放射される電磁放射ノイズが増大するという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、電源パターンを短くすることによってインピーダンスを減少させ、電磁放射ノイズを低減することができる多層プリント配線基板を提供することである。

この発明に係る多層プリント配線基板は、それぞれ電源電圧の異なる少なくとも２つ以上の電源パターンが形成された電源層と、電源層と絶縁体を介して重ねられた導体層とを含み、少なくとも１つの電源パターンは、互いに非接触に形成された第１のパターン部および第２のパターン部を有し、第１のパターン部および第２のパターン部は、導体層に形成された中継パターンと、中継パターンの両端で電源層と導体層とをつなぐスルーホールとからなる中継部を介して電気的に接続されているものである。

この発明の多層プリント配線基板によれば、電源層に同じ電源電圧の２つの電源パターンを互いに非接触に形成し、上記２つの電源パターンを上記２つの電源パターンが形成された電源層以外の導体層に形成された中継パターンおよび中継パターンの両端で電源層と導体層とをつなぐスルーホールとからなる中継部を介して電気的に接続することにより、電源パターンを短くすることができ、インピーダンスを低減することができるので、電磁放射ノイズを低減することができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１（ａ）は、この発明の実施の形態１に係る多層プリント配線基板の電源層１を示す上面図であり、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係る多層プリント配線基板の信号層２（導体層）を示す上面図である。なお、実際の電源層１および信号層２には、以下に説明する部材、部位以外のものも設けられているが、ここでは、図示および説明を省略する。

図１（ａ）および（ｂ）において、電源層１には、信号層２に実装されたＩＣ３の５Ｖ電源ピン４（図中の白丸）に電源を供給する５Ｖの電源パターン５と、ＩＣ３の３．３Ｖ電源ピン６（図中の黒丸）に電源を供給する３．３Ｖの電源パターン７と、図示しない部材に電源を供給するその他の電源電圧である例えば１．２Ｖの電源パターン８とが、境界部９を介して互いに絶縁されて形成されている。５Ｖの電源パターン５、３．３Ｖの電源パターン７、および１．２Ｖの電源パターン８には、ともに図示しないコネクタ等から電源が供給される。
境界部９には、電源層１に重ねられる絶縁体を接着するための接着剤が充填されている。

ここで、５Ｖの電源パターン５は、互いに非接触に形成された第１のパターン部１０と、第２のパターン部１１とを有している。
また、信号層２には、第１のパターン部１０および第２のパターン部１１と同じ材質の中継パターン１２と、ＩＣ３の信号を伝送する信号パターン１７とが形成されている。中継パターン１２の両側には、電源層１と信号層２とをつなぐスルーホール１３が形成されている。中継パターン１２とスルーホール１３とで、中継部１４が形成されている。

第１のパターン部１０と第２のパターン部１１とは、中継部１４を介して、電気的に接続されている。
中継部１４は、第１のパターン部１０および第２のパターン部１１の間を、直線で３．３Ｖの電源パターン７を直角に跨ぐように最短距離で形成されている。

ＩＣ３の５Ｖ電源ピン４および３．３Ｖ電源ピン６は、スルーホールを介して、５Ｖの電源パターン５および３．３Ｖの電源パターン７とそれぞれ電気的に接続されている。

以下、上記構成の多層プリント配線基板についての動作を説明する。
第１のパターン部１０に供給された５Ｖの電源電圧は、中継部１４を介して接続された第２のパターン部１１にも供給される。５Ｖ電源ピン４には、第１のパターン部１０および第２のパターン部１１から電源が供給される。
また、３．３Ｖ電源ピン６には、３．３Ｖの電源パターン７から電源が供給される。

この発明の実施の形態１に係る多層プリント配線基板によれば、中継部１４が３．３Ｖの電源パターン７を跨ぐように最短距離で第１のパターン部１０および第２のパターン部１１を電気的に接続することにより、電源パターンを短くすることができ、インピーダンスを低減することができるので、電圧降下が低減し、電磁放射ノイズを低減することができる。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２に係る多層プリント配線基板の電源層１を示す上面図である。
図２において、電源層１には、５Ｖの電源パターン５と、３．３Ｖの電源パターン７と、１．２Ｖの電源パターン８とが、境界部９を介して互いに絶縁されて形成されている。

ここで、３．３Ｖの電源パターン７は、互いに非接触に形成された第１のパターン部１５と、第２のパターン部１６とを有している。
また、信号層２には、第１のパターン部１５および第２のパターン部１６と同じ材質の中継パターン１２が形成されている。その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、上記構成の多層プリント配線基板についての動作を説明する。
第１のパターン部１５に供給された３．３Ｖの電源電圧は、中継部１４を介して接続された第２のパターン部１６にも供給される。３．３Ｖ電源ピン６には、第１のパターン部１５および第２のパターン部１６から電源が供給される。
また、５Ｖ電源ピン４には、５Ｖの電源パターン５から電源が供給される。

一般的に高電圧の方が低電圧に比べてノイズの発生量が多くなるため、電源電圧の高い５Ｖの電源パターン５を長くすることは好ましくない。そのため、５Ｖの電源パターン５を優先して設計すると、３．３Ｖの電源パターン７が５Ｖの電源パターン５を迂回することになる。
３．３Ｖの電源パターン７が５Ｖの電源パターン５を迂回することにより、３．３Ｖの電源パターン７が長くなり、インピーダンスが増大してノイズが増加するため、これを防止する必要がある。

この発明の実施の形態２に係る多層プリント配線基板によれば、中継パターン１２を介して電源電圧の低い３．３Ｖの第１のパターン部１５および第２のパターン部１６を接続することにより、電源パターンを短くすることができ、ノイズの発生量を少なくできるので、ノイズの影響を更に小さくすることができる。

実施の形態３．
上記実施の形態２では、各電源パターンの電源電圧に着目した実施の形態を示したが、続いて、各電源パターンを流れる電流の進行方向に対する直角方向の長さであるパターン幅に着目した実施の形態を示す。

一般的に同一の電源パターン内にパターン幅の細い部分があると、そのパターン幅の細い部分と他の部分との接続箇所のパターン幅の差に伴って接続部でのインピーダンスが高くなり、その接続部で大きなノイズが発生する。
この実施の形態は、上記の様な問題点を解決するためになされたものである。

図３は、この発明の実施の形態３に係る多層プリント配線基板の電源層１を示す上面図である。図４は、この発明の実施の形態３に係る多層プリント配線基板の電源層１を示す別の上面図である。

図３において、５Ｖの電源パターン５のパターン幅は、３．３Ｖの電源パターン７のパターン幅よりも狭くなるように形成されている。また、５Ｖの電源パターン５は第１のパターン部１０および第２のパターン部１１を有している。中継パターン１２のパターン幅は、第１のパターン部１０および第２のパターン部１１のパターン幅との差が小さくなるように、パターン幅が広くされている。その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

図４において、５Ｖの電源パターン５は第１のパターン部１０および第２のパターン部１１を有している。また、中継パターン１２は、第１のパターン部１０および第２のパターン部１１のパターン幅の増大に伴う電流の増大とともに幅が広がるように形成されている。また、中継パターン１２のパターン幅の増大に伴って、スルーホール１３も多く形成されている。その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

上記の構成において、この発明の実施の形態３に係る多層プリント配線基板によれば、接続部でのインピーダンスが低減されるので、ノイズの発生量を少なくでき、ノイズの影響を更に小さくすることができる。

なお、上記実施の形態１〜３では、導体層を信号層２であるとして説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、導体層は、グランド層、および５Ｖの電源パターン５および３．３Ｖの電源パターン７が形成された電源層１以外の電源層であってもよい。このものの場合も、上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１〜３では、５Ｖの電源パターン５あるいは３．３Ｖの電源パターン７がそれぞれ２つのパターン部を有し、中継部１４が１箇所のみに形成されて、中継部１４を介して２つのパターン部が接続されるとして説明した。しかしながら、パターン部と中継部との関係はこのものに限定されるものではなく、パターン部が３つ以上形成され、中継部が２箇所以上形成されて、複数の中継部を介して全てのパターン部が接続されてもよい。このものの場合も、上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１〜３では、中継部１４は、１層の信号層２のみに形成されているものとして説明した。しかしながら、勿論このものに限定されるものではなく、中継部が２層以上の複数の導体層に設けられ、ひとつの電源パターンが複数の層に形成された中継部と接続されてもよい。このものの場合も、上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１〜３では、中継部１４と２つのパターン部とは、それぞれ１対１で接続されているものとして説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、同型の中継部が２層以上の複数の導体層に設けられ、２つのパターン部が上記複数の中継部にそれぞれ分岐するように接続されてもよい。
このものの場合、電源パターンを迂回させて長くすることなく電源パターンの表面積を大きくできることから、インピーダンスをさらに低減することができ、さらにノイズの発生量を少なくすることができるので、ノイズの影響を低減することができる。

（ａ）は、この発明の実施の形態１に係る多層プリント配線基板の電源層を示す上面図であり、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係る多層プリント配線基板の信号層（導体層）を示す上面図である。この発明の実施の形態２に係る多層プリント配線基板の電源層を示す上面図である。この発明の実施の形態３に係る多層プリント配線基板の電源層を示す上面図である。この発明の実施の形態３に係る多層プリント配線基板の電源層を示す別の上面図である。

符号の説明

１電源層、２信号層、５５Ｖの電源パターン、７３．３Ｖの電源パターン、８１．２Ｖの電源パターン、１０、１５第１のパターン部、１１、１６第２のパターン部、１２中継パターン、１３スルーホール、１４中継部。

Claims

それぞれ電源電圧の異なる少なくとも２つ以上の電源パターンが形成された電源層と、
前記電源層と絶縁体を介して重ねられた導体層と
を含み、
少なくとも１つの前記電源パターンは、互いに非接触に形成された第１のパターン部および第２のパターン部を有し、
前記第１のパターン部および前記第２のパターン部は、前記導体層に形成された中継パターンと、前記中継パターンの両端で前記電源層と前記導体層とをつなぐスルーホールとからなる中継部を介して電気的に接続されていることを特徴とする多層プリント配線基板。
前記中継部は、前記第１のパターン部と前記第２のパターン部とを最短距離で接続するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線基板。
前記中継パターンは、電流の進行方向に対して垂直方向の長さであるパターン幅が、前記第１のパターン部および前記第２のパターン部のパターン幅の増大とともに大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多層プリント配線基板。
前記導体層は２層以上設けられ、前記中継部は、複数の前記導体層に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の多層プリント配線基板。
前記電源パターンは、前記中継部と接続された第１の電源パターンと前記中継部と接続されない第２の電源パターンとを含み、
前記第１の電源パターンは、前記第２の電源パターンよりも電源電圧が低いことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の多層プリント配線基板。
前記導体層は、信号パターンが形成された信号層を含むことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の多層プリント配線基板。