JP2007173665A - プリント基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】確実に電源ノイズを低減することができるプリント基板を提供する。
【解決手段】島状の電源用導電層24と電源用の導電層25とは導電片37で接続される。同様に、島状のグラウンド用導電層とグラウンド用の導電層とは導電片で接続される。電子回路部品には島状の電源用導電層24および島状のグラウンド用導電層から電流が供給される。導電片にはコンデンサが接続される。電源ノイズは必ず導電片を通過する。その結果、導電片を行き交う電源ノイズは確実にコンデンサに流れ込む。こうして電源ノイズは十分に抑制される。プリント基板から電源ノイズに基づく電波の放射は抑制される。
【選択図】図4

Description

本発明は、電源用の導電層およびグラウンド用の導電層を備えるプリント基板に関する。
電源用の導電層およびグラウンド用の導電層を備えるプリント基板は広く知られる。プリント基板の表面にはLSI(大規模集積回路)チップが実装される。LSIチップは電源用の導電層およびグラウンド用の導電層に接続される。電源用の導電層およびグラウンド用の導電層にはチップコンデンサいわゆるパスコンが接続される。パスコンは電源ノイズを減衰させる。
特開平6−244562号公報 特開平11−233951号公報
例えば特許文献1や特許文献2には、分離された電源用の導電層やグラウンド用の導電層が開示される。これら導電層にビアを介してパスコンは接続される。こういった場合、電源ノイズは導電層全域に広がってしまう。その結果、電源ノイズの低減は十分に確保されることができない。電源ノイズに基づきプリント基板から電波が放射してしまう。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、確実に電源ノイズを低減することができるプリント基板を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、第1絶縁層と、第1絶縁層の表面に形成される電源用の第1導電層と、電子回路部品の投影像で象られ、第1絶縁層の表面で第1導電層から隔てられる島状の電源用第2導電層と、第1および第2導電層を相互に接続する第1導電片と、第2絶縁層と、第2絶縁層の表面に形成されるグラウンド用の第3導電層と、電子回路部品の投影像で象られ、第2絶縁層の表面で第3導電層から隔てられる島状のグラウンド用第4導電層と、第3および第4導電層を相互に接続する第2導電片と、第1および第2導電片に接続されるコンデンサとを備えることを特徴とするプリント基板が提供される。
こういったプリント基板では、電源用の第1導電層から電源用第2導電層に電流が供給される。電源用第2導電層の電流はプリント基板上の電子回路部品に流れ込む。電子回路部品は供給される電流に基づき動作する。電子回路部品の動作電流はグラウンド用第4導電層に逃される。電流はグラウンド用第4導電層からグラウンド用の第3導電層に流れ込む。この第3導電層から電流はプリント基板の外部に逃される。
このとき、第1導電層から第2導電層に向かう電流の流路は導電片で狭められる。同時に、第4導電層から第3導電層に向かう電流の流路は導電片で狭められる。したがって、電流内のノイズすなわち電源ノイズは必ず導電片を通過する。その結果、導電片を行き交う電源ノイズは確実にコンデンサに流れ込む。こうして電源ノイズは十分に抑制される。プリント基板から電源ノイズに基づく電波の放射は抑制される。こういったプリント基板では、第2導電片の輪郭は少なくとも部分的に第1導電片の投影像で象られることが望まれる。
第1導電片は電子回路部品のクロック端子に最も近い位置で第2導電層に接続されればよい。同様に、第2導電片は電子回路部品のクロック端子に最も近い位置で第4導電層に接続されればよい。クロック信号の戻り電流は最短の経路で流通することができる。こうしてクロック信号では波形の乱れは抑制される。ノイズの発生は極力低減されることができる。プリント基板からクロック信号に基づく電波の放射は低減されることができる。
第1導電層は、第1絶縁層の表面で相互に隔てられる複数の島状導電層に分割されてもよい。こうして島状導電層には個別に電流が供給されることができる。島状導電層から個別に電子回路部品に電流は供給されることができる。異なる動作電圧の電流が電子回路部品に供給されることができる。
プリント基板では、第1および第2導電層並びに第1導電片の組み合わせと、第3および第4導電層並びに第2導電片の組み合わせとは交互に複数対で配置されてもよい。こういった積層構造によれば、隣接する電源用第2導電層およびグラウンド用第4導電層の間で層間容量は高められることができる。その結果、静電容量は増大する。静電容量の増大に応じて電源ノイズの減衰は増強されることができる。
第3導電層は第2導電層の投影像に少なくとも部分的に重なってもよい。こういった重なりに応じて層同士の間には小容量の静電結合が確立されることができる。こういった結合はギガヘルツ(GHz)単位の信号で波形の乱れを抑制することができる。
以上のようなプリント基板は、第3絶縁層と、第3絶縁層の表面に形成される電源用の第5導電層と、電子回路部品の投影像で象られ、第3絶縁層の表面で第5導電層から隔てられる島状の電源用第6導電層と、第5および第6導電層を相互に接続する第3導電片とをさらに備えてもよい。この種のプリント基板では、島状の電源用第2導電層および島状の電源用第6導電層から電子回路部品に向けて個別に電流は供給されることができる。異なる動作電圧の電流が電子回路部品に供給されることができる。
その他、プリント基板は、第3絶縁層と、第3絶縁層の表面に形成されるグラウンド用の第5導電層と、前記電子回路部品の投影像で象られ、第3絶縁層の表面で第5導電層から隔てられるグラウンド用第6導電層と、第5および第6導電層を相互に接続する第3導電片と、第4および第6導電層の間に配置される第2導電層の周囲で第4および第6導電層を相互に接続する複数のビアとをさらに備えてもよい。ビアは島状の電源用第2導電層のシールドとして機能する。その結果、第2導電層から電波の放射は著しく抑制されることができる。
以上のように本発明によれば、確実に電源ノイズを低減することができるプリント基板は提供される。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
図1は本発明の一実施形態に係るプリント基板ユニット11を概略的に示す。プリント基板ユニット11はプリント基板12を備える。プリント基板12の表面には例えば1以上のLSIチップ13a、13b…が実装される。個々のLSIチップ13a、13bには電源ピン14およびグラウンドピン15並びに複数本の信号ピン16が接続される。
プリント基板12の表面には配線パターン17が形成される。配線パターン17は例えば銅といった導電材料から構成される。配線パターン17には個々の信号ピン16が半田付けされる。
図2に示されるように、配線パターン17は表層の第1絶縁層18の表面に受け止められる。第1絶縁層18は第2絶縁層19の表面に受け止められる。第2絶縁層19の表面には島状のグラウンド層21、21が形成される。後述されるように、島状のグラウンド層21は個々のLSIチップ13a、13bの投影像で象られる。
第2絶縁層19の表面で島状のグラウンド層21、21の周囲にはグラウンド用の導電層22が形成される。グラウンド用の導電層22は島状のグラウンド層21から第2絶縁層19の表面で隔てられる。ここでは、島状のグラウンド層21、21同士は第2絶縁層19の表面で相互に隔てられる。
第2絶縁層19は第3絶縁層23の表面に受け止められる。第3絶縁層23の表面には島状の電源層24、24が形成される。後述されるように、島状の電源層24は個々のLSIチップ13a、13bの投影像で象られる。
第3絶縁層23の表面で島状の電源層24、24の周囲には電源用の導電層25が形成される。電源用の導電層25は島状の電源層24から第3絶縁層23の表面で隔てられる。ここでは、島状の電源層24、24同士は第3絶縁層23の表面で相互に隔てられる。
第3絶縁層23は第4絶縁層26の表面に受け止められる。第4絶縁層26の表面には例えば配線パターン27が形成される。こういった配線パターン27は例えば前述の配線パターン17に電気的に接続されてもよい。こういった接続にあたってプリント基板12内にはビア(図示されず)が形成されればよい。ビアは第1〜第3絶縁層18、19、23を貫通すればよい。配線パターン27は例えば銅といった導電材料から構成されればよい。
島状のグラウンド層21、21にはビア28が接続される。ビア28はグラウンド層21の表面から立ち上がる。ビア28は第1絶縁層18を貫通する。ビア28の上端はLSIチップ13a、13bのグラウンドピン15に接続される。こうしてグラウンド層21とLSIチップ13a、13bとの間で電気的導通は確立される。
同様に、島状の電源層24、24にはビア29が接続される。ビア29は電源層24の表面から立ち上がる。ビア29は第1および第2絶縁層18、19並びに島状のグラウンド層21を貫通する。このとき、島状のグラウンド層21には貫通孔が形成される。ビア29は貫通孔に受け入れられる。こうしてビア29とグラウンド層21との電気的導通は回避される。
第4絶縁層26の裏面には個々のLSIチップ13a、13bごとにチップコンデンサ31が実装される。このチップコンデンサ31は島状のグラウンド層21および島状の電源層24に接続される。接続にあたってプリント基板12内にはビア32、33が確立される。一方のビア32はビア29に接続される。ビア32は第3および第4絶縁層23、26を貫通する。貫通にあたってビア32と配線パターン27との接触は回避される。他方のビア33はグラウンド層21に接続される。接続にあたってビア33は第2〜第4絶縁層19、23、26を貫通する。貫通にあたってビア33と配線パターン27および電源層24との接触は回避される。すなわち、島状の電源層24には貫通孔が区画される。貫通孔はビア33を受け入れる。こういったチップコンデンサ31の働きでLSIチップ13a、13bに出入りする信号では波形の乱れは抑制されることができる。チップコンデンサ31の容量はLSIチップ13a、13bの動作周波数に応じて設定される。ここでは、例えばマイクロファラッド単位の容量のチップコンデンサが用いられる。
図3に示されるように、グラウンド層21、21の輪郭はLSIチップ13a、13bの投影像で象られる。投影像には、LSIチップ13a、13bの半導体本体だけでなく電源ピン14やグラウンドピン15といった電極端子が含まれる。ただし、これらグラウンド層21は、隣接するLSIチップの投影像に重ならない限り、LSIチップ13a、13bの投影像よりも広い範囲に広がってもよい。グラウンド層21には貫通孔34が区画される。この貫通孔34は電源ピン15の投影像に基づき配置される。貫通孔34に前述のビア29は受け入れられる。
第2絶縁層19の表面でグラウンド層21と導電層22との間には導電片35が配置される。導電片35はグラウンド層21と導電層22との間で電気的導通を確立する。導電片35では、通過する電流で著しく電気抵抗が高まらない程度に電流の流通路は狭められる。こうしてグラウンド層21は導電片35のみで周囲の導電層22に接続される。導電片35はLSIチップ13a、13bのクロックピン16aに最も近い位置でグラウンド層21に接続される。クロックピン16aはLSIチップ13a、13b内のクロックドライバに接続される。
図4に示されるように、電源層24、24の輪郭は同様にLSIチップ13a、13bの投影像で象られる。投影像には、LSIチップ13a、13bの半導体本体だけでなく電源ピン14やグラウンドピン15といった電極端子が含まれる。ただし、これら電源層24は、隣接するLSIチップの投影像に重ならない限り、LSIチップ13a、13bの投影像よりも広い範囲に広がってもよい。電源層24の輪郭は対応するグラウンド層21の投影像で規定されることが望まれる。電源層24には貫通孔36が区画される。この貫通孔36に前述のビア33は受け入れられる。
第3絶縁層23の表面で電源層24と導電層25との間には導電片37が配置される。導電片37は電源層24と導電層25との間で電気的導通を確立する。導電片37では、通過する電流で著しく電気抵抗が高まらない程度に電流の流通路は狭められる。こうして電源層24は導電片37のみで周囲の導電層25に接続される。導電片37はLSIチップ13a、13bのクロックピン16aに最も近い位置で電源層24に接続される。導電片37の輪郭は導電片35の投影像に象られる。導電片35、37同士は絶縁層を挟んで相互に向き合わせられる。
図5に示されるように、第4絶縁層26の裏面には個々のLSIチップ13a、13bごとにチップコンデンサ38が実装される。このチップコンデンサ38は導電片35、37に接続される。接続にあたってプリント基板12内にはビア39、41が確立される。一方のビア39は導電片35に接続される。ビア39は第2〜第4絶縁層19、23、26を貫通する。他方のビア41は導電片37に接続される。ビア41は第3および第4絶縁層23、26を貫通する。ビア39は導電片37およびビア41からずれて配置される。したがって、ビア39とビア41および導電片37との接触は回避される。
プリント基板ユニット11では電源用の導電層25から導電層24に動作電圧の電流が供給される。導電層24の電流はビア29からLSIチップ13a、13bの電源ピン14に流れ込む。LSIチップ13a、13bは供給される電流に基づき動作する。
LSIチップ13a、13bの動作電流はグラウンドピン15からグラウンド層21に逃される。電流はグラウンド層21からグラウンド用の導電層22に流れ込む。この導電層22から電流はプリント基板の外部に逃される。
このとき、導電層25から導電層22に向かう電流の流路は導電片35、37で狭められる。したがって、電流内のノイズすなわち電源ノイズは必ず導電片35、37を通過する。その結果、導電片35、37を行き交う電源ノイズは確実にチップコンデンサ38に流れ込む。こうして電源ノイズは十分に抑制される。プリント基板ユニット11から電源ノイズに基づく電波の放射は抑制される。ここでは、チップコンデンサ38には例えばピコファラッド単位の容量のコンデンサが用いられればよい。
しかも、プリント基板ユニット11では導電片35、37はLSIチップ13a、13bのクロックピン16aに最も近い位置でグラウンド層21および電源層24に接続される。したがって、クロック信号の戻り電流は最短の経路で流通することができる。こうしてクロック信号では波形の乱れは抑制される。ノイズの発生は極力低減されることができる。プリント基板ユニット11からクロック信号に基づく電波の放射は低減されることができる。
この種のプリント基板ユニット11では、例えば図6に示されるように、複数の電源層24、24…に跨って1個のLSIチップ42が配置されてもよい。ここでは、LSIチップ42に2種類の動作電圧が供給される。すなわち、個々の電源層24、24には個別に電源ピン14a、14bが接続される。電源層24、24ごとに異なる動作電圧の電流が供給される。こういった電流の供給にあたって電源層24、24には個別に電源用の導電層25a、25bが接続されればよい。前述と同様に、電源層24および導電層25aの間や電源層24および導電層25bの間には導電片37、37が形成されればよい。グラウンドピン15は共通のグラウンド層21に接続されればよい。導電片35、37にはチップコンデンサ38が接続されればよい。
こういった場合には、例えば図7に示されるように、1個のLSIチップ42に対して動作電圧ごとに電源層24a、24b…が配置されてもよい。こういった電源層24a、24bの実現にあたって、第3絶縁層23の表面には、前述と同様に、島状の電源層24aおよび電源用の導電層25aが確立される。同様に、第4絶縁層26の表面には島状の電源層24bおよび電源用の導電層25bが確立される。その他、第4絶縁層26は絶縁層の積層体上に受け止められてもよい。積層体では動作電圧の種類に応じて個々の絶縁層の表面に電源層24および電源用の導電層25が形成されればよい。電源ピン14aはビア29で電源層24aに接続される。電源ピン14bはビア29で電源層24bに接続される。電源ピン14aのビア32と電源層24bとの間で電気的導通は回避される。同時に、電源ピン14bのビア29と電源層24aとの間で電気的導通は回避される。前述と同様に、電源層24aおよび導電層25aの間や電源層24bおよび導電層25bの間には導電片37が形成されればよい。グラウンドピン15は共通のグラウンド層21に接続されればよい。個々の導電片37、37ごとにそれぞれチップコンデンサ38、38が接続されればよい。
プリント基板ユニット11では、例えば図8に示されるように、島状のグラウンド層21、21…および電源層24、24…が交互に複数対にわたって積層されてもよい。こういった積層構造によれば、グラウンド層21および電源層24の間で層間容量が高められる。その結果、静電容量は増大する。静電容量の増大に応じて電源ノイズの減衰は増強されることができる。チップコンデンサ38は1つのグラウンド層21と1つの電源層24との間に接続されればよい。
その他、こういったプリント基板ユニット11では、例えば図9に示されるように、隣り合う層同士の間でグラウンド層21と導電層25の投影像とが部分的に重なり合ってもよい。こういった重なりに基づき層同士の間には小容量の静電結合が確立されることができる。こういった結合はギガヘルツ(GHz)単位の信号で波形の乱れを抑制することができる。グラウンド層21は周囲の導電層22から完全に分離してもよく、同様に、電源層24は周囲の導電層25から完全に分離してもよい。チップコンデンサ38は1つのグラウンド層21と1つの電源層24との間に接続されればよい。
加えて、こういったプリント基板ユニット11では、例えば図10に示されるように、島状の電源層24の周囲で島状のグラウンド層21a、21b同士がビア43、43…で相互に接続されてもよい。ここでは、第2絶縁層19の表面にグラウンド層21aが形成される。グラウンド層21aの周囲にはグラウンド用の導電層22が形成される。グラウンド層21aは完全に導電層22から分離される。第3絶縁層23の表面に電源層24は形成される。電源層24の周囲には、前述と同様に電源用の導電層25が形成される。電源層24および導電層25は導電片37で相互に接続される。第3絶縁層23を受け止める第4絶縁層の表面にはグラウンド層21bが形成される。グラウンド層21bの周囲には、前述と同様に、グラウンド用の導電層22が形成される。グラウンド層21bおよび導電層22は導電片35で相互に接続される。ビア43は電源層24のシールドとして機能する。その結果、電源層24から電波の放射は著しく抑制されることができる。ビア29は第1および第2絶縁層18、19並びに第1グラウンド層21aを貫通する。ビア29とグラウンド層21aとの間で電気的導通は回避される。LSIチップ13aのグラウンドピン15はビア28でグラウンド層21aに接続されればよい。前述のビア33はグラウンド層21bに接続されればよい。
なお、前述のプリント基板ユニット11ではLSIチップ13a、13b、42の実装にあたって電源ピン14およびグラウンドピン15並びに信号ピン16に代えて球形の接続端子が用いられてもよい。
(付記1) 第1絶縁層と、第1絶縁層の表面に形成される電源用の第1導電層と、電子回路部品の投影像で象られ、第1絶縁層の表面で第1導電層から隔てられる島状の電源用第2導電層と、第1および第2導電層を相互に接続する第1導電片と、第2絶縁層と、第2絶縁層の表面に形成されるグラウンド用の第3導電層と、電子回路部品の投影像で象られ、第2絶縁層の表面で第3導電層から隔てられる島状のグラウンド用第4導電層と、第3および第4導電層を相互に接続する第2導電片と、第1および第2導電片に接続されるコンデンサとを備えることを特徴とするプリント基板。
(付記2) 付記1に記載のプリント基板において、前記第2導電片の輪郭は少なくとも部分的に前記第1導電片の投影像で象られることを特徴とするプリント基板。
(付記3) 付記1に記載のプリント基板において、前記第1導電片は電子回路部品のクロック端子に最も近い位置で前記第2導電層に接続されることを特徴とするプリント基板。
(付記4) 付記1に記載のプリント基板において、前記第2導電片は電子回路部品のクロック端子に最も近い位置で前記第4導電層に接続されることを特徴とするプリント基板。
(付記5) 付記1に記載のプリント基板において、前記第1導電層は、前記第1絶縁層の表面で相互に隔てられる複数の島状導電層に分割されることを特徴とするプリント基板。
(付記6) 付記1に記載のプリント基板において、第1および第2導電層並びに第1導電片の組み合わせと、第3および第4導電層並びに第2導電片の組み合わせとは交互に複数対で配置されることを特徴とするプリント基板。
(付記7) 付記1に記載のプリント基板において、前記第3導電層は前記第2導電層の投影像に少なくとも部分的に重なることを特徴とするプリント基板。
(付記8) 付記1に記載のプリント基板において、第3絶縁層と、第3絶縁層の表面に形成される電源用の第5導電層と、電子回路部品の投影像で象られ、第3絶縁層の表面で第5導電層から隔てられる島状の電源用第6導電層と、第5および第6導電層を相互に接続する第3導電片とをさらに備えることを特徴とするプリント基板。
(付記9) 付記1に記載のプリント基板において、第3絶縁層と、第3絶縁層の表面に形成されるグラウンド用の第5導電層と、前記電子回路部品の投影像で象られ、第3絶縁層の表面で第5導電層から隔てられるグラウンド用第6導電層と、第5および第6導電層を相互に接続する第3導電片と、第4および第6導電層の間に配置される前記第2導電層の周囲で第4および第6導電層を相互に接続する複数のビアとをさらに備えることを特徴とするプリント基板。
本発明の一実施形態に係るプリント基板ユニットの外観を部分的に示す斜視図である。 プリント基板ユニットでプリント基板の構造を概略的に示す拡大部分垂直断面図である。 絶縁層の表面に形成される島状のグラウンド層およびグラウンド用の導電層を概略的に示す拡大平面図である。 絶縁層の表面に形成される島状の電源層および電源用の導電層を概略的に示す拡大平面図である。 島状のグラウンド層および島状の電源層の間で接続関係を概略的に示す拡大部分垂直断面図である。 一変形例に係るプリント基板を概略的に示す拡大平面図である。 他の変形例に係るプリント基板の構造を概略的に示す拡大部分垂直断面図である。 さらに他の変形例に係るプリント基板の構造を概略的に示す拡大部分垂直断面図である。 さらに他の変形例に係るプリント基板の構造を概略的に示す拡大部分垂直断面図である。 さらに他の変形例に係るプリント基板の構造を概念的に示す拡大部分斜視図である。
符号の説明
12 プリント基板、13a(13b) 電子回路部品(LSIチップ)、16a クロック端子、21 島状のグラウンド用第4導電層、21a(21b) 島状のグラウンド用第4導電層、22 グラウンド用の第3導電層、24 島状の電源用第2導電層、24a 島状の電源用第2導電層、24b 島状の電源用第6導電層、25 電源用の第1導電層、25a 電源用の第1導電層、25b 電源用の第5導電層、35 第2導電片、37 第1導電片、38 コンデンサ、42 電子回路部品(LSIチップ)、43 ビア。

Claims (5)

  1. 第1絶縁層と、第1絶縁層の表面に形成される電源用の第1導電層と、電子回路部品の投影像で象られ、第1絶縁層の表面で第1導電層から隔てられる島状の電源用第2導電層と、第1および第2導電層を相互に接続する第1導電片と、第2絶縁層と、第2絶縁層の表面に形成されるグラウンド用の第3導電層と、電子回路部品の投影像で象られ、第2絶縁層の表面で第3導電層から隔てられる島状のグラウンド用第4導電層と、第3および第4導電層を相互に接続する第2導電片と、第1および第2導電片に接続されるコンデンサとを備えることを特徴とするプリント基板。
  2. 請求項1に記載のプリント基板において、前記第1導電片は電子回路部品のクロック端子に最も近い位置で前記第2導電層に接続されることを特徴とするプリント基板。
  3. 請求項1に記載のプリント基板において、前記第2導電片は電子回路部品のクロック端子に最も近い位置で前記第4導電層に接続されることを特徴とするプリント基板。
  4. 請求項1に記載のプリント基板において、第1および第2導電層並びに第1導電片の組み合わせと、第3および第4導電層並びに第2導電片の組み合わせとは交互に複数対で配置されることを特徴とするプリント基板。
  5. 請求項1に記載のプリント基板において、第3絶縁層と、第3絶縁層の表面に形成される電源用の第5導電層と、電子回路部品の投影像で象られ、第3絶縁層の表面で第5導電層から隔てられる島状の電源用第6導電層と、第5および第6導電層を相互に接続する第3導電片とをさらに備えることを特徴とするプリント基板。
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