JP2007088102A - プリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 導電体から発生した磁界がプリント基板の外へ放出されるのを阻止して、ノイズの放射を防止することを課題とする。
【解決手段】 プリント基板１０の端面１０Ａよりも、電源プレーン３４の端面３４Ａを内側に位置させ、電源プレーン３４の周囲にガードアース３８を設けて、電源プレーン３４をガードアース３８で包囲する。これにより、電源プレーン３４の端部から発生した磁界は、電源プレーン３４の端部外側に設けられたガードアース３８に収束される。つまり、プリント基板１０内で発生した磁界を、ガードアース３８でシールドしてプリント基板１０の内側に閉じ込めて、外側に放出されるのを防止することで、プリント基板１０からノイズが放射されない。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子機器に用いられ、電源層及びグランド層を有するプリント基板に関する。

電子部品が実装されるプリント基板において、電源ラインに接続される電源層が、グランドラインに接続されるグランド層や、信号パターンが形成された信号層などと絶縁材を介在して積層されているものがある（特許文献１参照）。

特許文献１のプリント基板は、断面構造において電源層がプリント基板の端面近傍に設けられている。このため、電源層とグランド層の端面が同一端面上にあり、電源層から発生する磁界がプリント基板の外側に放出され、ノイズとして放射される。
特開２００１−５３４４９号公報

本発明は、電源層から発生した磁界がプリント基板の外へ放出されるのを阻止して、ノイズの放射を防止することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、グランドに接続されるグランド層と、電源に接続される電源層と、前記電源層の端部外側に所定のクリアランスを置いて配置され、アースされるアース部材と、を有することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、電源に接続される電源層の端部外側には、所定のクリアランスを置いてアースされるアース部材が設けられている。

これにより、電源層の端部から発生した磁界は、アース部材に収束される。つまり、プリント基板内で発生した磁界を、アース部材でシールドしてプリント基板の内側に閉じ込める。これにより、磁界が外側に放出されるのが防止され、プリント基板端部からノイズが放射されない。

請求項２に記載の本発明は、前記アース部材は、スルーホールで前記グランド層に導通されていることを特徴としている。

請求項２の発明によれば、スルーホールによってアース部材はグランド層に導通されている。これにより、アース部材のグランドが強化される（安定する）ので、電源層の端部から発生した磁界は、アース部材によってシールドされてプリント基板の内側に閉じ込められて、プリント基板の外側に放出されることがない。

請求項３に記載の本発明は、前記スルーホールは、一定間隔で複数設けられていることを特徴としている。

請求項３の発明によれば、一定間隔でスルーホールを設けることで、アース部材のグランドがより強化され、シールド効果が向上する。

請求項４に記載の本発明は、前記アース部材は、前記電源層と同一層に設けられていることを特徴としている。

請求項４の発明によれば、電源層と同一層にアース部材を設けることで、電源層の端部の上下面から上下方向に向かって発生する磁界や、電源層の端部を形成する端面から垂直方向に向かって発生する磁界が、アース部材に収束されやすくなる。

請求項５に記載の本発明は、前記アース部材は、前記電源層の上下層の少なくともいずれか一方に設けられていることを特徴としている。

請求項５の発明によれば、アース部材を電源層と同一層に設けることができない場合には、電源層の上下層の少なくともいずれか一方に設ければ、電源層の端部から発生する磁界は、そのアース部材に収束される。

請求項６に記載の本発明は、前記アース部材は、所定以上の大きさの磁界が発生する位置で、前記電源層の上下層にも設けられていることを特徴としている。

請求項６の発明によれば、電源層の上下層にもアース部材を設ければ、シールド性能が高くなるため、所定以上の大きさの磁界が発生する位置では、電源層の上下層にもアース部材を設けて、電源層等から発生する磁界をプリント基板の外側に放出されないようにする。

請求項７に記載の本発明は、前記アース部材は、所定以上の大きさの磁界が発生する位置で、平面視したときの幅を大きくしていることを特徴としている。

請求項７の発明によれば、所定以上の大きさの磁界が発生する位置では、平面視したときのアース部材の幅を、他の部分よりも大きくする。これにより、シールド領域が大きくなってシールド性能が向上するため、電源層等から発生した磁界をプリント基板の内側に閉じ込めることができる。

請求項８に記載の本発明は、前記アース部材は、前記電源層の全周に渡って設けられていることを特徴としている。

請求項８の発明によれば、電源層の全域に渡ってアース部材を設けることで、電源層から発生する磁界は全域に渡ってシールドされるので、磁界がプリント基板の外側に放出されることを防止する効果が高くなる。

請求項９に記載の本発明は、前記アース部材は、所定以上の大きさの磁界が発生する位置にのみ設けられていることを特徴としている。

請求項９の発明によれば、所定以上の大きさの磁界が発生する位置にのみアース部材を設けることで、電子部品が実装可能とされる面積が広くなる。

本発明は上記構成としたので、導電体から発生した磁界がプリント基板の外へ放出されるのを阻止して、ノイズの放射を防止できる。

ここで、本発明の第１の実施形態に係るプリント基板１０について説明する。

図１（Ａ）には、プリント基板１０の概略断面図が示されている。プリント基板１０は、部品が実装される第１信号配線層１２、グランド層１４、第２信号配線層１６、第３信号配線層１８、電源層２０、第４信号配線層２２が、絶縁材２４を介して積層された多層構造の６層基板となっている。

第１信号配線層１２、第２信号配線層１６、第３信号配線層１８及び第４信号配線層２２には、第１信号パターン２６、第２信号パターン３０、第３信号パターン３２及び第４信号パターン３６がそれぞれ形成されている。また、グランド層１４にはグランドラインに接続されるグランドプレーン２８が形成されている。

図１（Ｂ）には、電源層２０の正面図が示されている。電源層２０は、電源ラインに接続される電源プレーン３４を有している。電源プレーン３４は、各端面がプリント基板１０の端面から約４ｍｍ内側に位置するようにして設けられている。つまり、プリント基板１０の端面と電源プレーン３４の間には、約４ｍｍの幅で隙間が形成されている。

電源プレーン３４の周囲、つまり、プリント基板１０の端面と電源プレーン３４の間の隙間には、ガードアース３８が設けられている。ガードアース３８は、プリント基板１０の端面及び電源プレーン３４との間にそれぞれ１ｍｍの隙間を形成して設けられた、幅３ｍｍの銅箔からなるアースパターンであり、ガードアース３８によって電源プレーン３４が取り囲まれた状態とされている。これにより、図２に示すように、電源プレーン３４の端部から発生した磁界は、ガードアース３８に収束されて、プリント基板１０の内側に閉じ込められる。

図１に示すように、プリント基板１０の端部には、複数のスルーホール４０が所定の間隔Ｎ（本実施形態では、１０ｍｍ＜Ｎ＜３０ｍｍとした）でプリント基板１０を貫通するようにして形成されている。スルーホール４０の内壁には導通部材がめっきされており、スルーホール４０によってグランドプレーン２８とガードアース３８が導通されている。

これにより、図３に示すように、プリント基板１０の端部に沿って、プリント基板１０内に発生した磁界をシールドする壁が形成され、図２に示すように、電源プレーン３４の端部から発生した磁界は、プリント基板１０の内側でシールドされて（閉じ込められて）、プリント基板１０の外側へ放出されないようになっている。なお、図２では、スルーホール４０を省略している。

次に、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。

図９に示すように、電源ラインに接続された電源プレーン１０２の端面が、プリント基板１００の端面とほぼ同じ位置にあるとき、電源プレーン１０２から発生する磁界がプリント基板１００の外側に放出され、放射ノイズを発生させてしまう。

そこで、図２に示すように、プリント基板１０の端面１０Ａよりも、電源プレーン３４の端面３４Ａを内側に位置させ、電源プレーン３４の周囲にガードアース３８を設けて、電源プレーン３４をガードアース３８で包囲する。

これにより、電源プレーン３４の端部から発生した磁界は、電源プレーン３４の端部外側に設けられたガードアース３８に収束される。つまり、プリント基板１０内で発生した磁界を、ガードアース３８でシールドしてプリント基板１０の内側に閉じ込めて、外側に放出されるのを防止することで、プリント基板１０からノイズが放射されない。

また、プリント基板１０に所定の間隔でスルーホール４０を形成して、ガードアース３８とグランドプレーン２８を導通させることで、ガードアース３８のグランドが強化され（安定し）、シールド効果が向上する。したがって、電源プレーン３４の端部から発生した磁界は、ガードアース３８に収束されやすくなるので、磁界をプリント基板１０の内側に閉じ込める効果が高くなる。

なお、本実施形態では、電源プレーン３４をプリント基板１０の端面から約４ｍｍ内側に位置させる構成とし、電源プレーン３４とプリント基板１０の端面の間に、約４ｍｍの幅の隙間を設ける構成としたが、必ずしもこの隙間の幅を４ｍｍとする必要はない。プリント基板１０に実装される部品の位置関係等により、隙間を形成するのが困難なところでは（電源プレーン３４を、プリント基板１０の端面ぎりぎりまで設ける必要があるとき等）隙間の幅を小さくしてもよい。

また、スルーホール４０の間隔Ｎを１０ｍｍ以下としたとき、プリント基板１０がスルーホール４０が設けられた部分の強度が低下し、品質に問題が発生する。さらに、スルーホール４０の間隔Ｎを３０ｍｍ以上としたとき、ガードアース３８のグランド強化にならないので、スルーホール４０の間隔Ｎは、１０ｍｍ＜Ｎ＜３０ｍｍとするのが望ましい。

また、本実施形態では、６層構造のプリント基板１０を例にとって説明したが、本発明は６層構造のプリント基板１０のみに適用されるものではなく、例えば、４層構造や６層構造等の多層プリント基板にも適用できる。更には、ビルドアップ構造基板等においては、より効果的なシールド構造が実現でいる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るプリント基板５０について説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分についての説明は割愛する。

図４に示すように、第１の実施形態のプリント基板１０の構成に加えて、第３信号配線層１８及び第４信号配線層２２の端部にも、ガードアース３８と同じようにして周囲に沿ってガードアース５２、５４をそれぞれ配置する。つまり、電源プレーン３４と同一平面上にガードアース３８を配置すると共に、電源プレーン３４の上下方向に位置する第３信号配線層１８と第４信号配線層２２にも、ガードアース５２、５４を配置して、電源プレーン３４の端部を、ガードアース５２、５４によって上下方向で挟み込んだ状態とする。

これにより、電源プレーン３４の端部から発生した磁界は、プリント基板５０の厚み方向に広い領域でシールドされて、プリント基板５０の内側に閉じ込められる。したがって、プリント基板５０からノイズが放射される恐れがない。また、電源プレーン３４の端面３４Ａから垂直方向に発生した磁界は、電源プレーン３４と同一層（電源層２０）に設けられたガードアース３８に収束されるので、磁界をプリント基板５０の内側に閉じ込める効果が高くなる。

なお、本実施形態では、電源層２０の上下方向の第３信号配線層１８と第４信号配線層２２にガードアース５２、５４を設ける構成としたが、電源層２０の上下方向の少なくとも一方の層にガードアースを設けることで、第１の実施形態のプリント基板１０のように、電源層２０にのみガードアース３８を設けた場合と比較して、電源プレーン３４から発生する磁界のシールド性能が高まる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分についての説明は割愛する。

プリント基板６０の面積が小さい場合や、図５に示すように、プリント基板６０の端部近傍に電子部品６２が実装されていて、電源層２０の端部にガードアースを設けるスペースがない場合には、図５及び図６に示すように、第４信号配線層２２の端部にガードアース７４を設ける。なお、図６では、電源層２０と第４信号配線層２２のみを示している。つまり、電源層２０にガードアース７２を設けるスペースがないときは、電源層２０の端部位置に対応させて、第４信号配線層２２にガードアース７４を設ける。これにより、プリント基板７０を平面視したときに、ガードアース７２及びガードアース７４によって、電源プレーン３４が包囲された状態になる。したがって、電源プレーン３４の端部から発生した磁界は、プリント基板７０の内側に閉じ込められるので、プリント基板７０からノイズが放射されない。

なお、本実施形態では、第４信号配線層２２の端部にのみガードアース７４を設ける構成で説明したが、第４信号配線層２２の端部にガードアース７４を設けると同時に、第３信号配線層１８の端部にもガードアースを設けてもよいことはもちろんである。また、第４信号配線層２２の端部にガードアース７４を設けるスペースがない場合には、第３信号配線層１８の端部にのみガードアースを設ける構成としてもよい。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分についての説明は割愛する。

図７には、プリント基板８０を上から見た図が示されている。図の模様（ドット）を付けた部分は、電源層８１に設けられたガードアース８２である。

図７（Ａ）に示すように、電源プレーン８４を包囲するようにして（一部に切欠有り）、電源層２０にほぼ同じ幅でガードアース８２を設ける。そして、近磁界アナライザー等の測定装置によって、プリント基板８０から発生するノイズを測定する。そして、ノイズが発生している部分の近傍のガードアース８２の幅を、図７（Ｂ）に示すように、他の部分よりも広くする。

つまり、大きな磁界が発生する部分には、ガードアース８２の幅を広くすることで、ガードアース８２によるシールド性能を向上させて、電源プレーン８４の端部から発生する磁界を、プリント基板８０の内側に閉じ込める。これにより、大きな磁界が発生しても、プリント基板８０の内側に閉じ込めて外側に放出されないようにするので、プリント基板８０からノイズが放射されるのが防止される。

なお、電源層８１に広い幅のガードアースを設けるスペースがない場合には、図８に示すように、第４信号配線層２２の大きな磁界が発生する部分に対応する位置に、電源層２０に設けたガードアース３８の幅よりも広いガードアース９２を設けてもよい。これにより、大きな磁界が発生しても、２つのガードアース３８、９２によって磁界は収束されると共に、幅の広いガードアース９２によって、広い範囲で磁界が収束されるので、磁界はプリント基板９０の内側に閉じ込められて、プリント基板９０からノイズが放射されることがない。

また、近磁界アナライザー等の測定装置でプリント基板から発生するノイズを測定して、ノイズが発生する部分にのみ、ガードアースを設けてもよい。つまり、ノイズが発生していない部分にはガードアースを設けない。これにより、電子部品が実装される実装面積を広くすることができる。

本発明の第１の実施形態に係るプリント基板を示す図であって、（Ａ）は側面断面図であり、（Ｂ）は電源層の平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るプリント基板の側面断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るプリント基板を構成する層を分解した状態を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るプリント基板の側面断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るプリント基板の側面断面図である。 本発明の他の形態のプリント基板の電源層と第４信号配線層を示す分解斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係るプリント基板の電源層を示す正面図である。 本発明の他の形態のプリント基板の側面断面図である。 従来のプリント基板の側面断面図である。

符号の説明

１０ プリント基板
２８ グランドプレーン（グランド層）
３４ 電源プレーン（電源層）
３８ ガードアース（アース部材）
５０ プリント基板
５２ ガードアース（アース部材）
６０ プリント基板
７０ プリント基板
７２ ガードアース（アース部材）
７４ ガードアース（アース部材）
８０ プリント基板
８２ ガードアース（アース部材）
９０ プリント基板
９２ ガードアース（アース部材）

Claims (9)

1. グランドに接続されるグランド層と、
   電源に接続される電源層と、
   前記電源層の端部外側に所定のクリアランスを置いて配置され、アースされるアース部材と、
   を有することを特徴とするプリント基板。
2. 前記アース部材は、スルーホールで前記グランド層に導通されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記スルーホールは、一定間隔で複数設けられていることを特徴とする請求項２に記載のプリント基板。
4. 前記アース部材は、前記電源層と同一層に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプリント基板。
5. 前記アース部材は、前記電源層の上下層の少なくともいずれか一方に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプリント基板。
6. 前記アース部材は、所定以上の大きさの磁界が発生する位置で、前記電源層の上下層にも設けられていることを特徴とする請求項４に記載のプリント基板。
7. 前記アース部材は、所定以上の大きさの磁界が発生する位置で、平面視したときの幅を大きくしていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のプリント基板。
8. 前記アース部材は、前記電源層の全周に渡って設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のプリント基板。
9. 前記アース部材は、所定以上の大きさの磁界が発生する位置にのみ設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のプリント基板。

Images