JP2006506826A - 多層積層支持板装置内の空洞共振の減衰用装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、多層積層支持板装置（１０）内の空洞共振の減衰用装置において、支持板装置（１０）の規準電位層の形成用の第１の導電性装置（１０’）と、前記支持板装置（１０）の電圧給電層の形成用の前記第１の導電性装置（１０’）から電気的に絶縁された第２の導電性装置（１０’’）と、前記第１の導電性装置（１０’）と、前記第２の導電性装置（１０’’）との間に接続されていて、前記支持板装置（１０）の少なくとも１つの空洞共振に依存してディメンショニングされている、損失のある少なくとも１つの個別回路構成素子（１８）を有する装置を提供する。本発明は、多層積層支持板装置（１０）内の空洞共振の減衰方法を提供する。

Description

本発明は、多層積層支持板装置及び殊に多層積層プリント配線板又は多層積層μハイブリッド内の空洞共振の減衰用装置及び方法に関する。

殊に、高いクロック周波数で作動されるプリント回路の電磁的両立性を改善するために、電圧給電システムを広帯域、低インピーダンスに構成することが極めて重要である。このことは、殊に、高い（将来益々上昇する）クロック−及び信号周波数が短い上昇時間で処理されるデジタル回路に該当する。

電磁的両立性を守るために通常の構成では、例えば、給電電圧−及び規準電位の配線を構成する際、多層積層プリント配線板及びμハイブリッドで提供されているように、連続した平面乃至層が形成されている。これらの電圧給電状態と規準電位状態との間に、下側周波数領域内でも給電システムの低インピーダンスを達成するために、典型的には、付加的に所謂ブロックコンデンサが接続される。

図４には、入力インピーダンスの値｜Ｚ _Ｅ｜が、ＭＨｚ単位の周波数ｆに亘って記載されており、この入力インピーダンスの値は、間に０．５ｍｍ厚の基板が挿入されている、１６０ｘ１００ｍｍ^２の大きさの矩形の２層のテスト用プリント配線板の連続した電圧給電層と規準電位層との間で数値により算出されたものである。実際のプリント配線板での測定により、比較可能なインピーダンス特性が示される。このインピーダンスは、近似的に、直列振動回路のインピーダンスのような特性となる。下側周波数領域、殊に、約１４８ＭＨｚの直列共振周波数の下側では、両層乃至レイヤーにブロックコンデンサが並列に接続されるので、入力インピーダンスの値｜Ｚ _Ｅ｜は単純に低減している。上側周波数領域では、多数の並列及び直列共振が、プリント配線板のエッジでの反射によって生じるインピーダンス経過特性に重畳する。多数の並列及び直列共振は、空洞共振として記述することができ、その際、矩形プリント配線板で、最小周波数ｆ_{Ｒ．ｍｉｎ}の空洞共振は、最大プリント配線板エッジ長ｌ_ｍａｘ及びプリント配線板基板の比誘電率ε_ｒから

で特定することができる。テスト用プリント配線板では、第１の空洞共振は、図４によると、約４４２ＭＨｚの周波数で生じ、このことは、上述の式に比誘電率ε_ｒ＝４．５を代入して解析的に算出された値と一致する。

空洞共振の高いインピーダンスは、空洞共振の並列共振周波数と一致するクロック−及び信号周波数が、プリント回路の電磁的両立性を劣化しないように低減することができる。そのような共振を減衰するために、２つの方法が公知であり、その際、Ｋｏｃｈ Ｍ．；Ｆｒａｎｚ Ｊ．；Ｊｏｈｎ，Ｗ．による第１の方法：Ｔｈｅｏｒｅｔｉｓｃｈｅ ｕｎｄ ｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｂｅｓｔｉｍｍｕｎｇ ｄｅｓ Ｅｉｎｆｌｕｓｓｅｓ ｄｕｒｃｈｇｅｈｅｎｄｅｒ Ｖｅｒｓｏｒｇｕｎｇｓ− ｕｎｄ Ｍａｓｓｅｌａｇｅｎ ｖｏｎ Ｌｅｉｔｅｒｐｌａｔｔｅｎ ｉｎ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｔｅｃｈｎｉｋ ａｕｆ ｄｉｅ Ａｂｂｌｏｃｋｕｎｇ（マルチレイヤー技術でのプリント配線板の連続給電層及びグラウンド層のブロッキングへの影響の理論的及び測定技術的な特定）、１９９４年２月２２−２４日、カールスルーエで開催された会議”Ｅｌｅｋｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｃｈｅ Ｖｅｒｔｒａｅｇｌｉｃｈｋｅｉｔ（電磁的両立性）”の議事録、ＶＤＥ出版、ベルリン、１９９４年刊、５１１−５２０頁に記載されている方法は、プリント配線板のエッジでの高周波成端に基づいている。この高周波成端によって、プリント配線板による反射が低減され、従って、共振が低減される。これを達成するために、プリント配線板エッジが、プリント配線板基板の波動インピーダンス（Ｆｅｌｄｗｅｌｌｅｎｗｉｄｅｒｓｔａｎｄ）に相応するインピーダンスを用いて成端することができる。

空洞共振を減衰する第２の方法では、刊行物”Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｎｏｉｓｅ ｓｕｒｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃａｒｄｓ ａｎｄ ｂｏａｒｄｓ”，ＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，Ｂｄ．３３，Ｎｒ．７，１９９０年１２月刊、２４３−２４６頁、ＸＰ０００１０８４２５，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＵＳＡによると、空洞共振が、プリント配線板基板の損失を高めることによって減衰されている。これは、ドイツ連邦共和国特許公開第１９８０２２４３号公報によると、実際には、例えば、粉末形式で基板材料として使われるエポキシ樹脂に添加されるフェライトを用いて、周波数に連れて増大する磁気損失を生成するようにして行われる。

発明の利点
本発明の、請求項１記載の各要件を有する多層積層支持板装置内の空洞共振の減衰用装置、及び、本発明の、請求項１１記載の各要件を有する多層積層支持板装置内の空洞共振の減衰用方法は、公知の解決手段に較べて、空洞共振をプリント配線板の製造に介入しないで有効に抑制することができるという利点を有している。このようにして、殊に、第１の方法とは異なり、プリント配線板乃至μハイブリッド製造での高いコストを回避することができ、その結果、本発明によると、空洞共振を減衰するためのコスト上有利な手段を提供することができる。

本発明が基づく技術思想は、実質的に、空洞共振の減衰を、電圧給電層と規準電位層との間に同様に公知のブロックコンデンサが接続されている、損失のある各個別構成素子によって行なう点にある。

つまり、多層積層支持板装置内の空洞共振を減衰するために、支持板装置の規準電位層の形成用の第１の導電性装置と、支持板装置の電圧給電層の形成用の第１の導電性装置から電気的に絶縁された第２の導電性装置と、第１の導電性装置と、第２の導電性装置との間に接続されていて、支持板装置の少なくとも１つの空洞共振に依存してディメンショニングされている、損失のある少なくとも１つの個別回路構成素子とが設けられている。

従属請求項には、請求項１記載の装置の有利な実施例及び改善手段が記載されている。

有利な実施例によると、損失のある個別回路構成素子は、所定のオーミック構成素子及び所定の容量性構成素子を有している。この構成により、直流電圧で何ら負荷を生じないように、負荷をディメンショニングすることができるという利点が得られる。キャパシタンスは、損失のある各個別回路構成素子を合成して生じた寄生インダクタンスと共に、相応の空洞共振時の共振周波数で振動回路を形成するように選定される。損失のある各個別回路構成素子の損失抵抗は、空洞共振をできる限り最適に減衰するように選択されている。

別の有利な実施例によると、少なくとも１つの、損失のある各個別回路構成素子が、支持板装置の所定の領域内に設けられている。こうすることによって、損失のある各個別回路構成素子を支持板装置上に効率的に装着することができるという利点が得られる。

別の有利な実施例によると、支持板装置の空洞共振に対してその都度、各々の空洞共振に依存して個別にディメンショニングされた、損失のある個別の回路構成素子が各々、支持板装置の所定領域内に設けられている。従って、有利に、支持板装置の種々異なる個所で、各々の空洞共振を、最大の結果を達成するように減衰することができる。

別の有利な実施例によると、少なくとも１つの、損失のある個別の回路構成素子が、空洞共振の電界強度の最大領域内に設けられている。

別の有利な実施例によると、矩形支持板装置に、損失のある個別回路構成素子が、有利には第１の空洞共振の減衰のために、短い各側面の一方のエッジ領域内に設けられている。その際、有利には、第１の空洞共振を最適に減衰することができる。

別の有利な実施例によると、矩形支持板装置に、損失のある個別回路構成素子が、有利には第２の空洞共振の減衰のために、長い各側面の一方のエッジ領域内に設けられている。この有利な位置によって、第２の空洞共振ができるかぎりよく減衰される。

別の有利な実施例によると、矩形支持板装置に、損失のある個別回路構成素子が、有利には第３の空洞共振の減衰のために、コーナー領域内に設けられている。損失のある個別回路構成素子の、この位置によって、第３の空洞共振を最適に減衰することができるようになる。

別の有利な実施例によると、支持板装置は、各電気構成素子の装置構成用の多層積層プリント配線板又は多層積層μハイブリッドである。

図面
以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。

その際：
図１は、本発明の実施例の説明用の構成素子−支持板装置の平面略図、
図２は、本発明の実施例の説明用の構成素子−支持板装置の横断面部分拡大略図、
図３は、本発明の実施例の機能説明用の周波数経過特性略図、
図４は、それ以外の構成素子−支持板装置の周波数経過特性略図
である。

実施例の説明
図で、同じ、又は、機能上同じ構成部分は同じ参照番号で示されている。

図１には、多層積層支持板装置１０、殊に、多層積層プリント配線板又は多層積層μハイブリッドの平面図が示されている。多層積層支持板装置１０は、規準電位を設定するための導電層（図１には示されていない）と、当該導電層から電気的に絶縁されて、給電電圧を設定するための、ほぼ全面に亘って導電性の第２の層１０”とを有している。両導電面１０’，１０”の間の絶縁材料（図１に示されていない）として、例えば、エポキシ樹脂が設けられている。これら２つの全面に亘る面１０’，１０”とは別に（その際、電圧給電層及び／又は規準電位層１０’，１０”は、構成素子支持板装置１０の部分面も有することができる）、この構成素子支持板装置１０は、導体路が構造化された、相互に電気的に絶縁された別の任意の面を有することができる。

図１及び２に示されているように、所定の領域１１，１２及び１３に、本発明によると、電圧給電面１０”と規準電位面１０’との間に形成されて、インピーダンス上昇を引き起こすことがある空洞共振の減衰のために、損失のある２極性の個別構成素子乃至回路コンポーネント１８を接続することができる。この個別の、損失のある回路コンポーネント１８は、通常のブロックコンデンサと同様に、プリント配線板又はμハイブリッドの支持板装置１０の連続的な給電電圧規準電位層１０’，１０”間に接続されている。最大の減衰作用を有するために、損失のある、個別の回路コンポーネント１８は、相応の空洞共振の電界強度の生起した最大値の領域内にあるように設けられている。

従って、できる限り良好な作用を達成するために、一般的に、減衰すべき各空洞共振毎に、独立した、有利には、独立してディメンショニングされた、損失のある別個の回路コンポーネント１８を設ける必要がある。長さａで幅ｂ、但しｂ＞ａである、図１の矩形プリント配線板の例について、以下詳細に説明する。共振周波数

（上述の式参照）の第１の空洞共振は、刊行物”Ｔａｓｃｈｅｎｂｕｃｈ ｄｅｒ Ｈｏｃｈｆｒｅｑｕｅｎｚｔｅｃｈｎｉｋ（高周波技術ハンドブック）” Ｍｅｉｎｋｅ，Ｇｒｕｎｄｌａｃｈ著，４．Ａｕｆｌａｇｅ（版），Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ， Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ Ｔｏｋｙｏ，１９８６刊によると、プリント配線板１０の両方の短い側面に同様の電界強度最大値を有する。それに応じて、損失のある個別の回路コンポーネント１８は、プリント配線板１０の長さｂの短い側面のエッジ領域１１内に、第１の空洞共振の減衰のためにほぼ真ん中に設けて、規準電位層と給電電位層１０’，１０”間に接続することができる。

共振周波数

の第２の空洞共振は、長さａの両方の長い側面に電界強度最大値を有している。従って、その減衰のために、損失のある個別の構成素子１８が、長さａの長い側面のほぼ真ん中に相応に接続されている。第３の空洞共振は、プリント配線板１０のコーナー１３に位置する、同様の４つの電界強度最大値を有しており、その結果、損失のある個別の回路コンポーネント１８を相応に各コーナーの１つのコーナー１３に設けることができる。

正方形のプリント配線板（図示していない）は、第１及び第２の空洞共振の各共振周波数が一致し、従って、同一である特別な場合を示す。従って、正方形プリント配線板の任意のコーナー１３に設けて、規準電位層と給電電位層１０’，１０”間に接続された、損失のある個別の１つの回路コンポーネント１８を用いて、両空洞共振を有効に減衰することができる。

通常、できる限り小さなオーミック損失抵抗を有しているブロックコンデンサ（図示していない）とは異なり、損失のある個別の回路コンポーネント１８は、所定のオーミック損失抵抗Ｒを有する必要がある。各空洞周波数、従って、損失のある各個別回路コンポーネント１８が、不所望なインピーダンス上昇を最適に減衰するように作用する所定値を有するようにすることができる。従って、損失のある個別回路コンポーネント１８が、直流電圧の場合に、電流給電を不必要に負荷しないようにするために、直流電圧を分離する必要がある。

そのような直流電圧の減結合は、オーミック損失抵抗Ｒに直列接続された結合コンデンサＣを用いて達成することができる。規準電位層と給電電圧層１０’，１０”の間に接続された、損失のある個別回路コンポーネント１８は、２極性構成素子のように、導電層に構成素子インダクタンスと端子インダクタンスとを形成する、回避し得ない全インダクタンスを有する。結合キャパシタンスＣが、空洞共振の共振周波数での全寄生インダクタンスと共に直列共振するように選定されると、インダクタンスの不所望な作用を除去することができ、その結果、最適な減衰を達成することができる。有利には、各空洞共振に対して、別個の独立した、損失のある回路コンポーネントが使用されるので、結合コンデンサＣのキャパシタンスを、このように最適化することができる。実際に構成する際には、個別の、損失のある回路コンポーネント１８は、相応にディメンショニングされたキャパシタンスの、損失のあるコンデンサＣから構成することができる。

図３には、相応に最適化された負荷を有する１６０ｘ１００ｍｍ２の大きさのテスト用プリント配線板の入力インピーダンス｜Ｚ _Ｅ｜の算出された周波数特性が示されている。曲線１４は、損失のある個別回路コンポーネントなしの場合の周波数特性を示す。別のグラフ曲線１５は、第１の空洞共振の減衰用の損失のある構成素子ありの場合の周波数特性を示す。更に別のグラフ曲線１６は、第２の空洞共振の減衰用の損失のある個別の構成素子がある場合の周波数特性を示す。そして、更にまた別のグラフ曲線１７は、第１及び第２の空洞共振の減衰用の損失のある個別の２つの構成素子がある場合の周波数特性を示す。

図３には、上述のテスト用プリント配線板での第１の２つの空洞共振を減衰するための、計算機により最適化された損失のある個別回路コンポーネント１８の作用について示されている。数値により算出された、損失のある構成素子なしの場合、損失のある構成素子がプリント配線板のエッジ１１にある場合、損失のある構成素子が下側のプリント配線板１２にある場合、及び、これら両方の損失のある構成素子がある場合の｜Ｚ _Ｅ｜の周波数特性が示されている。

任意に仮定した構成素子インダクタンス０．５ｎＨでは、第１の負荷を最適化することにより、１５ｐＦのキャパシタンス及び１．５Ωの抵抗となる。第２の負荷では、５０ｐＦ及び２．０Ωの値となる。そうすることによって、空洞共振が明らかに低下される。例えば、｜Ｚ _Ｅ｜＝９８Ωの最大値での第１の空洞共振は、値２．７Ωに減衰される。３１．２ｄＢに相応する、このような同じ関係により、それに相応して、この周波数領域内のクロック又は信号電流により引き起こされるノイズ電圧も低下される。更に、図３から分かるように、個別に最適化された別個の、損失のある回路コンポーネント１８乃至構成素子を組み合わせても妨害とはならず、即ち、不利な影響を相互に与えない。多数の電子装置にとって典型的な、選択されたプリント配線板寸法では、損失のある個別の２つの回路コンポーネント１８だけを用いると、インピーダンスの小さな周波数領域を達成することができ、実際の要求に応じることができる。
空洞共振の減衰の有効性については、プリント配線板１０の電圧給電層及び規準電位層１０’，１０”間の高周波インピーダンス測定を用いて直接証明することができる。更に、電圧給電システムで、空洞共振周波数にてノイズ電圧が低減されたことを用いて証明可能である。

本発明について、前述の有利な実施例を用いて説明したけれども、実施例は限定ではなく、多数のやり方で変更可能である。

本発明は、多層積層の構成素子支持板装置、即ち、殊に、プリント配線板又はμハイブリッドで構成される全ての電子装置に装置構成することができ、各々全面の電圧給電及び規準電位層乃至レイヤーを有しており、その際、電圧給電及び／又は規準電位層は、プリント配線板の部分面も有することができる。本発明は、クロック及び信号周波数が、発生した空洞共振の周波数領域内でノイズ成分を有する回路で有意義である。

プリント配線板自体を変更する必要性はなく、単に、損失のある個別の回路コンポーネント１８を装着すればよいので、本発明は、原理的に、事後に組み込むこともできる。負荷として作用する、損失のあるコンデンサは、価格的に有利に使うことができるので、損失のある個別回路コンポーネント１８乃至負荷を、標準抵抗Ｒと標準コンデンサＣとの直列回路として構成してもよい。

コスト上有利な変形実施例として、適切に配設された唯一の個別の、損失のある回路コンポーネント１８を装着し、この回路コンポーネントを用いて、第１の３つの空洞共振を減衰させ、多数のプリント配線板を用いるのに実際上十分である程度にすることができる。従って、相応して３つの空洞共振の場合には、図１及び図３のように個別に最適化されて別個に配設された負荷を用いた場合と同じ程度には減衰できないけれども、第１の３つの空洞共振の減衰は、常にほぼ２０ｄＢとなり、その結果、プリント配線板の電磁的な影響をかなりの程度改善することができる。

従って、コスト上有利な構成素子に付加的に僅かなコストをかけて、構成素子支持板装置乃至プリント配線板の製造には大して関わらずに既存のコンセプトに容易に統合することができるようになる。

本発明の実施例の説明用の構成素子−支持板装置の平面略図 本発明の実施例の説明用の構成素子−支持板装置の横断面部分拡大略図 本発明の実施例の機能説明用の周波数経過特性略図 それ以外の構成素子−支持板装置の周波数経過特性略図

符号の説明

１０ 多層積層支持板装置、例えば、プリント配線板
１０’ 導電装置、例えば、規準電位面
１０” 導電装置、例えば、電圧給電面
１１ 支持板装置の電圧給電層と規準電位層との間の損失のある個別の回路コンポーネントの接続端子領域
１２ 支持板装置の電圧給電層と規準電位層との間の損失のある個別の回路コンポーネントの接続端子領域
１３ 支持板装置の電圧給電層と規準電位層との間の損失のある個別の回路コンポーネントの接続端子領域
１４ 損失のある個別構成素子なしの周波数特性
１５ （第１の空洞共振の減衰用の）損失のある個別構成素子ありの周波数特性
１６ （第２の空洞共振の減衰用の）損失のある個別構成素子ありの周波数特性
１７ （第１及び第２の空洞共振の減衰用の）損失のある個別構成素子ありの周波数特性
１８ 損失のある回路コンポーネント、例えば、オーミック抵抗と直列接続されたコンデンサ
１９ 電気絶縁、例えば、エポキシ樹脂
Ｒ オーミック抵抗
Ｃ コンデンサ
ａ，ｂ 側面の長さ

Claims (11)

1. 多層積層支持板装置（１０）内の空洞共振の減衰用装置において、
   支持板装置（１０）の規準電位層の形成用の第１の導電性装置（１０’）と、
   前記支持板装置（１０）の電圧給電層の形成用の前記第１の導電性装置（１０’）から電気的に絶縁された第２の導電性装置（１０’’）と、
   前記第１の導電性装置（１０’）と、前記第２の導電性装置（１０’’）との間に接続されていて、前記支持板装置（１０）の少なくとも１つの空洞共振に依存してディメンショニングされている、損失のある少なくとも１つの個別回路構成素子（１８）
   を有することを特徴とする装置。
2. 損失のある個別回路構成素子（１８）は、所定のオーミック構成素子及び所定の容量性構成素子を有している請求項１記載の装置。
3. 損失のある各個別回路構成素子（１８）は、オーミック損失のある結合コンデンサ、又は、結合コンデンサとオーミック抵抗との直列回路から構成されている請求項１又は２記載の装置。
4. 少なくとも１つの、損失のある各個別回路構成素子（１８）が、支持板装置（１０）の所定の領域（１１，１２，１３）内に設けられている請求項1から3迄の何れか1記載の装置。
5. 支持板装置（１０）の空洞共振に対してその都度、各々の空洞共振に依存して個別にディメンショニングされた、損失のある個別の回路構成素子が各々、支持板装置（１０）の所定領域（１１，１２，１３）内に設けられている請求項４記載の装置。
6. 少なくとも１つの、損失のある個別の回路構成素子（１８）が、空洞共振の電界強度の最大領域内に設けられている請求項４又は５記載の装置。
7. 矩形支持板装置（１０）に、損失のある個別回路構成素子（１８）が、有利には第１の空洞共振の減衰のために、短い各側面（ｂ）の一方のエッジ領域（１１）内に設けられている請求項５又は６記載の装置。
8. 矩形支持板装置（１０）に、損失のある個別回路構成素子（１８）が、有利には第２の空洞共振の減衰のために、長い各側面（ａ）の一方のエッジ領域（１２）内に設けられている請求項６又は７記載の装置。
9. 矩形支持板装置（１０）に、損失のある個別回路構成素子（１８）が、有利には第３の空洞共振の減衰のために、コーナー領域（１３）内に設けられている請求項６から８迄の何れか1記載の装置。
10. 支持板装置（１０）は、各電気構成素子の装置構成用の多層積層プリント配線板又は多層積層μハイブリッドである請求項１から９迄の何れか1記載の装置。
11. 多層積層支持板装置（１０）内の空洞共振の減衰方法において、
    支持板装置（１０）の第１の導電性装置（１０’）によって、規準電位層を形成するステップ；
    前記支持板装置（１０）の前記第１の導電性装置（１０’）から電気的に絶縁された第２の導電性装置（１０’’）によって、電圧給電層を形成するステップ；
    前記第１の導電性装置（１０’）と、前記第２の導電性装置（１０’’）との間の、損失のある少なくとも１つの個別回路構成素子（１８）を接続するステップ；
    前記支持板装置（１０）の少なくとも１つの空洞共振に依存して、損失のある少なくとも１つの個別回路構成素子（１８）をディメンショニングするステップ
    を有することを特徴とする方法。

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