JP2007242745A - プリント回路基板、ｃａｄプログラム、電磁界シミュレータ、回路シミュレータ、自動車、半導体装置、ならびにユーザガイド - Google Patents

Abstract

【課題】マイコンなどの能動回路を搭載するプリント回路基板で発生し、ＥＭＩの原因となるコモンモード電流を抑制することが可能な技術を提供する。
【解決手段】能動回路へ電力を供給するための電源パターンとＧＮＤパターンとを有するプリント回路基板において、能動回路が駆動することで発生する高周波電流のうち、電源パターン１１７とＧＮＤパターン１１４を流れる高周波電流に対し、その位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタ１０７が実装されている。特に、電源パターン１１７とＧＮＤパターン１１４を流れる高周波電流の位相差が、１８０度±５度の範囲内である。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリント回路基板及び半導体装置、並びに本手法によるマイコン低ノイズ実装法を説明するユーザガイドの技術に関し、特に、マイコンなどの能動回路を搭載する電子機器において、その電子機器からの不要電磁放射（ＥＭＩ）を抑制する実装技術に適用して有効な技術に関するものである。

近年、ＬＳＩやメモリなどのデジタルデバイスの高速化や高密度実装化に伴い、これらを搭載した電子機器からの不要電磁放射による他の電子機器への障害（ＥＭＩ）が問題となっている。このＥＭＩにより、他の電子回路に電波受信妨害や誤動作などを引き起こすばかりか、自らの回路にも悪影響を及ぼす。このため、デジタルデバイスの低ＥＭＩ実装法の開発が重要となっている。

電子機器からのＥＭＩの主因として、ＬＳＩなどのデジタルデバイス内部回路の高速スイッチング動作で発生する高周波電流が考えられる。この高周波電流によりＬＳＩが実装されるＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：プリント回路基板）の電源−グランド層が励振されて共振を起こすことや、ＰＣＢへ伝播した高周波電流がさらに、外部からの電力供給や信号送受信の目的で取り付けられたハーネスへと伝播し、このハーネスがアンテナとして作用することで不要電磁放射が発生すると考える。特に、自動車機器で問題となるラジオノイズ周波数帯域（〜２００ＭＨｚ）では、ハーネスの電源線およびグランド線を同じ位相で流れる高周波電流（コモンモード電流）がＥＭＩの主因となる。このため、ハーネスが取り付けられた電子機器において、このコモンモード電流の発生をいかに抑えるかが重要となる。

マイコンなどのデジタルデバイスが実装された電子機器におけるコモンモード電流の発生要因は、主に以下の２つがあると考える。１つは、ＬＳＩからの高速な信号出力配線や発振回路などの電位変動が激しい部分と他の配線との電気的な結合により発生する成分がある（電位変動駆動タイプ）。他方は、プリント回路基板の電源パターン／グランド（ＧＮＤ）パターンなど、高周波電流が多く流れる部分における配線インピーダンスのアンバランスによる不用意な反射などによる成分があると考える（電流駆動タイプ）。前者の電位変動駆動タイプは、電流スペクトルにおいてマイコン動作周波数や信号駆動周波数の偶数倍に強いピークを持つ。一方で後者は、電流スペクトルにおいてマイコン動作周波数の奇数倍に強いピークを持つ。

従来、電子機器においてＥＭＩを直接励振するコモンモード電流を抑制する方法として、このコモンモード電流を引き起こす要因となる高周波電流がＬＳＩからプリント回路基板上の配線へ拡散するのを防止する方法が用いられている。例えば、特許文献１〜４などがある。
特開２００１−１１９１１０号公報 特開２００１−２６７７０２号公報 特開２００３−２９７９６３号公報 特開２００３−２２３９９７号公報

ところで、前記特許文献１では、マイコン内部で発生した高周波電流の外部への拡散を防止するために、電源パターンにパターンによるインダクタを形成し、低周波数通過型フィルタの効果を高めている。また、前記特許文献２〜４では、マイコンの出来るだけ近傍に、高周波電流バイパス用のキャパシタを実装している。しかし、これら特許文献の技術では、高周波電流の経路となる電源パターン／ＧＮＤパターンに依然としてインピーダンスのアンバランスが存在するため、ＥＭＩの直接要因であるコモンモード電流の発生を抑制できないという課題がある。

そこで、本発明の目的は、マイコンなどの能動回路を搭載するプリント回路基板で発生し、ＥＭＩの原因となるコモンモード電流を抑制することが可能な技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

（１）能動回路が実装され、能動回路へ電力を供給するための電源パターンとグランドパターンとを有するプリント回路基板であって、能動回路が駆動することで発生する高周波電流のうち、電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流に対し、その位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタが実装されている。

（２）前記プリント回路基板において、電源パターンおよびグランドパターンのパターン形状により、電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差を互いに逆向きとし、この位置にキャパシタが実装されている。

（３）前記プリント回路基板において、プリント回路基板を構成する導体層の総数が２層以上である。

（４）前記プリント回路基板において、電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなるようにするために、プリント回路基板上に寄生容量の値を補正するためのパターンを有する。または、寄生容量の値を補正するためのパターンに代わり、寄生インダクタンスの値を補正するためのパターン、寄生容量および寄生インダクタンスの値を補正するためのパターンを有する。あるいは、プリント回路基板上に寄生インダクタンスの値を補正する素子を実装したり、プリント回路基板上に寄生インダクタンスの値を補正する素子を実装するためのパターンを有する。

（５）前記プリント回路基板において、系統の異なる複数の電力供給用のパターンを有する場合に、その１つの電力供給用パターンの電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタが実装されている。または、その１つに代わり、そのいくつか、あるいは、そのすべての電力供給用パターンの電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタが実装されている。

（６）前記プリント回路基板において、電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差が、１８０度±５度の範囲内である。

（７）プリント回路基板を設計するＣＡＤプログラムであって、このＣＡＤプログラムをコンピュータからなるＣＡＤツール上で実行して、前記プリント回路基板を設計する際に、電力供給用の電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差を画面に表示する。

（８）プリント回路基板のパターンレイアウトをもとに解析を行う電磁界シミュレータや回路シミュレータであって、前記プリント回路基板を設計する際に、電力供給用の電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差を画面に表示する。

（９）プリント回路基板を実装した電子機器を搭載する自動車であって、前記プリント回路基板を電子機器に実装した。

（１０）前記プリント回路基板において、このプリント回路基板を設計する際に、外部からの影響を除くために、金属製の箱の中でマイコンが動作しているときのプリント回路基板上の電源／グラウンドラインの電位変動を測定し、その「和」と「差」を見ることで電源／グラウンドラインを流れる高周波電流の位相差が１８０度逆向きになるように設計したものである。

（１１）能動回路が実装され、能動回路へ電力を供給するための電源パターンとグランドパターンとを有する半導体装置であって、能動回路が駆動することで発生する高周波電流のうち、電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流に対し、その位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタが実装されている。

（１２）能動回路が実装され、能動回路へ電力を供給するための電源パターンとグランドパターンとを有するプリント回路基板または半導体装置で、能動回路が駆動することで発生する高周波電流のうち、電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流に対し、その位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタを実装する手法が説明されているユーザガイドに適用する。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

本発明によれば、マイコンなどの能動回路を搭載するプリント回路基板で発生し、ＥＭＩの原因となるコモンモード電流を抑制することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（第１の実施の形態）
まず、図１〜図５により、本発明の第１の実施の形態を説明する。図１〜図３は、プリント回路基板にマイコンなどの能動回路を搭載した電子機器を示す断面図とプリント回路基板の導体第１層および導体第２層を示す要部平面図であり、図４および図５は、高周波電流の周波数に対する位相差とコモンモード電流の解析評価結果を示す図である。

本実施の形態の電子機器は、図１に示すように、マイコンなどの能動回路をプリント回路基板に搭載した電子機器であり、プリント回路基板１００と、このプリント回路基板１００に実装されるマイコンパッケージ１０１から構成され、マイコンパッケージ１０１がこのマイコンパッケージ１０１のリードフレーム１０２を介してプリント回路基板１００に電気的に接続されて実装される。

プリント回路基板１００は、２層からなり、導体第１層１０３と、導体第２層１０４と、導体第１層１０３と導体第２層１０４との間に介在される絶縁層１０５から構成され、導体第１層１０３と導体第２層１０４との間はビア１０６を通じて電気的に接続されている。また、プリント回路基板１００の導体第２層１０４の表面には、ノイズ電流拡散防止用のキャパシタ１０７が実装されている。

このように、本実施の形態の電子機器は、２層からなるプリント回路基板１００の導体第１層１０３の上にマイコンパッケージ１０１が実装され、このマイコンパッケージ１０１は、キャパシタ１０７が実装された導体第２層１０４へビア１０６を通じて電気的に接続される。

図２に、このプリント回路基板１００における導体第１層１０３のパターンレイアウトを示す。電源パターン１０９は、マイコンパッケージ１０１へ電力を供給するメインの電源パターンである。この電源パターン１０９と対になるのがＧＮＤパターン１１１である。電源パターン１０８は、リセットやプログラム起動などのマイコンパッケージ１０１の動作モードを切り替える端子へ電圧を供給するための電源である。また、電源パターン１１０は、マイコンパッケージ１０１に内蔵されるアナログ回路へ電力を供給するためのパターンであり、ＧＮＤパターン１１２も同様にアナログ回路用のパターンである。

図３に、プリント回路基板１００の導体第２層１０４のパターンレイアウトを示す。ＧＮＤパターン１１３は、発振回路安定化用のパターンである。導体第１層１０３の電源パターンおよびＧＮＤパターンとはビア１０６を通じて電気的に接続される。電源パターン１１７は、マイコンパッケージ１０１へ電力を供給するメインの電源パターンであり、これと対になるのがＧＮＤパターン１１４である。この電源パターン１１７とＧＮＤパターン１１４との間にキャパシタ１０７が実装されている。また、ＧＮＤパターン１１６は、マイコンパッケージ１０１に内蔵されるアナログ回路向けのＧＮＤパターンであり、電圧安定化のためにキャパシタ１１９が実装されている。

このように、プリント回路基板１００には、系統の異なる複数の電力供給用のパターンを有し、その１つ、あるいはそのいくつか、あるいはそのすべての電力供給用パターンの電源パターンとＧＮＤパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタが実装されている（図１では１つのキャパシタ１０７の例を図示）。

このプリント回路基板１００において、マイコン（マイコンパッケージ１０１）の動作時に、その内部で発生する高周波電流は電源パターン１０９および１１７、ＧＮＤパターン１１１および１１４を伝播していく。これに対し、電磁界シミュレータなどを用いて、キャパシタ１０７の実装位置において、電源パターン１１７とＧＮＤパターン１１４を流れる高周波電流の位相差が互いに１８０度逆向きになるようにプリント回路基板１００のパターンレイアウトのパターン形状を調整する。

図２および図３では、マイコンパッケージ１０１の電源ピン／ＧＮＤピンのピン数や配置を考慮して、プリント回路基板１００上におけるＧＮＤパターンの面積よりも電源パターンの面積が大きくなっている。このプリント回路基板１００に対し、プリント回路基板１００に取り付けられたハーネスを流れるコモンモード電流の位相差と、その絶対量を解析により求めたものが図４および図５である。

図４は、ハーネスの電源ライン（電源パターンに接続）とＧＮＤライン（ＧＮＤパターンに接続）を流れる高周波電流の位相差を求めたものであり、グラフの両線の差が無くなる程、電源ラインとＧＮＤラインを流れる高周波電流の位相差が１８０度逆向きに近づく。本評価結果では、３００ＭＨｚまでの周波数帯域で、電源ラインとＧＮＤラインの位相差における１８０度逆向きからの差は５度以内であることがわかる。

図５は、ハーネスにおけるコモンモード電流量について、本実施の形態と従来の形態とを比較したものである。これにより、３００ＭＨｚまでの周波数帯域において、本実施の形態は従来の形態に比べてコモンモード電流発生量が約２０ｄＢ低いことがわかる。

以上により、本実施の形態によれば、ハーネスにおける高周波電流の経路となる電源パターン／ＧＮＤパターンにインピーダンスのアンバランスが存在しないため、ＥＭＩの直接要因であるコモンモード電流の発生を抑制することができる。

次に、プリント回路基板の電源／ＧＮＤラインを流れる高周波電流の位相差を実際に測定した例を、図２１〜図２３を用いて説明する。

図２１に、電源／ＧＮＤラインを流れる高周波電流の位相差評価のための測定の様子を示す。本測定は、外部からの影響を除くために、金属製の箱８００の中にプリント回路基板８０１を入れ、マイコンが動作しているときのプリント回路基板上の電源／ＧＮＤラインの電位変動を測定するものである。プリント回路基板８０１は、ハーネス８０２に接続され、その先にあるバッテリ８０３により電力が供給される。また、電源／ＧＮＤラインの電位変動は、プローブ８０４および８０５でそれぞれ測定される。電位変動量は、高周波電流量と比例関係にあるため、プリント回路基板８０１の電源／ＧＮＤラインでそれぞれの電位変動を測定し、その「和」と「差」を見ることで、電源／ＧＮＤラインを流れる高周波電流の位相差が評価できる。すなわち、電源／ＧＮＤラインにおける電位変動の「差」が大きく、かつ「和」が小さいほど、各ラインを流れる高周波電流の位相差が１８０度逆向きに近づくことになる。

実際に、プリント回路基板上のハーネス接続点付近での電源／ＧＮＤラインの電位変動測定結果を図２２に示す。また、各電位変動の測定結果の「和」及び「差」をとったものを図２３に示す。図２３より、本測定で評価したプリント回路基板では、３００ＭＨｚ以下の周波数帯域において、電源／ＧＮＤラインにおける電位変動の「差」が大きく、「和」が小さいことがわかる。従って、本評価に用いたプリント回路基板は、電源／ＧＮＤラインを流れる高周波電流の位相差が１８０度逆向きに近いことがわかる。このように、本実施の形態のプリント回路基板の設計方法の要所である「電源配線とＧＮＤ配線を流れる高周波電流の位相差が互いに１８０度逆向きとする」ことの実現度についても、ここで述べた評価方法で確認することができる。

（第２の実施の形態）
次に、図６〜図８により、本発明の第２の実施の形態を説明する。図６〜図８は、プリント回路基板の導体第１層および導体第２層を示す要部平面図と補正パターンを示す拡大図である。

図６および図７に示すように、導体第１層および補正パターン２０１を除く導体第２層のパターンレイアウトは、パターン形状が異なる以外は、前記第１の実施の形態と同様のパターンとなっているので説明を省略する。

第２の実施の形態においては、前記第１の実施の形態と同様の電子機器に適用され、特に、図８に示すように、補正パターン２０１の一部をカットして寄生容量の値を変更することでパターンインピーダンスを補正し、キャパシタ１０７の実装位置において電源パターン１１７とＧＮＤパターン１１４を流れる高周波電流の位相差が互いに１８０度逆向きになるように調整する。これにより、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態の場合と同様に、ハーネスを流れるコモンモード電流の発生を抑制することが可能となる。

（第３の実施の形態）
次に、図９および図１０により、本発明の第３の実施の形態を説明する。図９および図１０は、プリント回路基板の導体第２層を示す要部平面図と補正パターンを示す拡大図である。なお、導体第１層は、前記第２の実施の形態（図６）と同じであるので省略する。

図９に示すように、補正パターン３０１を除く導体第２層のパターンレイアウトは、パターン形状が異なる以外は、前記第２の実施の形態と同様のパターンとなっているので説明を省略する。

第３の実施の形態においては、前記第１の実施の形態と同様の電子機器に適用され、特に、図１０に示すように、補正パターン３０１の一部をカットして寄生インダクタンスの値を変更することでパターンインピーダンスを補正し、キャパシタ１０７の実装位置において電源パターン１１７とＧＮＤパターン１１４を流れる高周波電流の位相差が互いに１８０度逆向きになるように調整する。これにより、本実施の形態においても、前記第２の実施の形態の場合と同様に、ハーネスを流れるコモンモード電流の発生を抑制することが可能となる。

（第４の実施の形態）
次に、図１１により、本発明の第４の実施の形態を説明する。図１１は、プリント回路基板の導体第２層を示す要部平面図である。なお、導体第１層は、前記第２の実施の形態（図６）と同じであるので省略する。

図１１に示すように、電源パターン４０２を除く導体第２層のパターンレイアウトは、パターン形状が異なる以外は、前記第２の実施の形態と同様のパターンとなっているので説明を省略する。

第４の実施の形態においては、前記第１の実施の形態と同様の電子機器に適用され、特に、図１１に示すように、電源パターン４０２の途中にインダクタ素子４０１を実装することでパターンインピーダンスを補正し、キャパシタ１０７の実装位置において電源パターン４０２とＧＮＤパターン１１４を流れる高周波電流の位相差が互いに１８０度逆向きになるように調整する。これにより、本実施の形態においても、前記第２の実施の形態の場合と同様に、ハーネスを流れるコモンモード電流の発生を抑制することが可能となる。

（第５の実施の形態）
次に、図１２および図１３により、本発明の第５の実施の形態を説明する。図１２および図１３は、プリント回路基板の導体第２層を示す要部平面図と素子実装部を示す拡大図である。なお、導体第１層は、前記第２の実施の形態（図６）と同じであるので省略する。

図１２に示すように、電源パターン５０２を除く導体第２層のパターンレイアウトは、パターン形状が異なる以外は、前記第２の実施の形態と同様のパターンとなっているので説明を省略する。

第５の実施の形態においては、前記第１の実施の形態と同様の電子機器に適用され、特に、図１３に示すように、電源パターン５０２の途中におけるインピーダンス素子実装パターン５０１へフェライトシートなどのインピーダンス素子５０３を実装することでパターンインピーダンスを補正し、キャパシタ１０７の実装位置において電源パターン５０２とＧＮＤパターン１１４を流れる高周波電流の位相差が互いに１８０度逆向きになるように調整する。これにより、本実施の形態においても、前記第２の実施の形態の場合と同様に、ハーネスを流れるコモンモード電流の発生を抑制することが可能となる。

（第６の実施の形態）
次に、図１４〜図１９により、本発明の第６の実施の形態を説明する。図１４〜図１９は、プリント回路基板にマイコンなどの能動回路を搭載した電子機器を示す断面図とプリント回路基板の導体第１層〜第４層を示す要部平面図と補正パターンを示す平面図である。

本実施の形態の電子機器は、前記第１〜第５の実施の形態とパッケージの構造やプリント回路基板の構造が異なり、図１４〜図１８に示すように、プリント回路基板６００と、このプリント回路基板６００に実装されるマイコンパッケージ６０１から構成され、マイコンパッケージ６０１がこのマイコンパッケージ６０１のはんだボール６０２を介してプリント回路基板６００に電気的に接続されて実装される。

プリント回路基板６００は、４層からなり、導体第１層（電源）６０３と、導体第１層（ＧＮＤ）６０４と、導体第２層６０６と、導体第３層６０７と、導体第４層６０８と、各導体層の間に介在される絶縁層６０５から構成され、各導体層の間はビア６１０を通じて電気的に接続されている。また、プリント回路基板６００の導体第４層６０８の表面には、ノイズ電流拡散防止用のキャパシタ６０９が実装されている。

このように、本実施の形態の電子機器は、マイコンパッケージ６０１ははんだボール６０２を介してプリント回路基板６００の導体第１層６０３の電源パッド６１１および導体第１層６０４のＧＮＤパッド６１２へ接続される。さらに、これら電源パッド６１１およびＧＮＤパッド６１２は、ビア６１０により導体第２層６０６の電源パターン６１３および導体第３層６０７のＧＮＤパターン（プレーン）６１５へと接続される。このとき、電源パターン６１３には、ＧＮＤのビアを通すためのスルーホール６１４があり、同様にＧＮＤパターン６１５には電源のビアを通すためのスルーホール６１４がある。さらに、電源パターン６１３はビア６１０を介して導体第４層６０８の電源パターン６１７へ接続される。ＧＮＤパターン６１５も同様に、ビア６１０を介して導体第４層６０８のＧＮＤパターン６１６へ接続される。

このとき、図１９に示すように、補正パターン６１８の一部をカットすることで寄生容量の値を変更し、キャパシタ６０９の実装位置において電源パターン６１７とＧＮＤパターン６１６を流れる電流の位相が互いに１８０度逆向きになるよう調整してある。これにより、本実施の形態においても、パッケージの構造やプリント回路基板の構造が異なるものの、前記第１〜第５の実施の形態の場合と同様に、ハーネスを流れるコモンモード電流の発生を抑制することが可能となる。

（第７の実施の形態）
次に、図２０により、本発明の第７の実施の形態を説明する。図２０は、プリント回路基板の導体第４層を示す要部平面図である。なお、導体第１層〜第３層は、前記第６の実施の形態（図１５〜図１７）と同じであるので省略する。

図２０に示すように、電源パターン７０１を除く導体第４層のパターンレイアウトは、パターン形状が異なる以外は、前記第６の実施の形態と同様のパターンとなっているので説明を省略する。

第７の実施の形態においては、前記第６の実施の形態と同様の電子機器に適用され、特に、図２０に示すように、電源パターン７０１にインダクタ素子７０２を実装してパターンインピーダンスを変更し、キャパシタ６０９の実装位置において電源パターン７０１とＧＮＤパターン６１６を流れる電流の位相が互いに１８０度逆向きになるよう調整してある。これにより、本実施の形態においても、前記第７の実施の形態の場合と同様に、ハーネスを流れるコモンモード電流の発生を抑制することが可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

たとえば、前記各実施の形態においては、プリント回路基板にマイコンなどの能動回路を搭載した電子機器に適用した場合を例に説明したが、これらの各実施の形態を組み合わせて適用したり、単にマイコンなどの能動回路を実装したプリント回路基板単体や、他の能動回路を実装したプリント回路基板およびこのプリント回路基板を搭載した電子機器などにも広く適用することができる。特に、これらのプリント回路基板、電子機器は、ラジオノイズ周波数帯域が問題となる自動車などに良好に適用可能である。

また、本発明は、プリント回路基板を設計するＣＡＤプログラム、プリント回路基板のパターンレイアウトをもとに解析を行う電磁界シミュレータや回路シミュレータなどにも適用可能である。

たとえば、ＣＡＤプログラムに適用する場合には、このプログラムをコンピュータなどからなるＣＡＤツールで実行して、プリント回路基板を設計する際に、電力供給用の電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差を画面に表示することができる。

また、電磁界シミュレータや回路シミュレータに適用する場合にも、プリント回路基板を設計する際に、電力供給用の電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差を画面に表示することができる。

さらに、本発明は、前記プリント回路基板への手法を同様に適用し、能動回路が駆動することで発生する高周波電流のうち、電源パターンとＧＮＤパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタが実装されている半導体装置や、本手法によるマイコン低ノイズ実装法を説明するユーザガイドなどにも用いることができる。

本発明は、マイコンなどの能動回路を搭載する電子機器において、その電子機器からのＥＭＩを抑制するプリント回路基板、このプリント回路基板を設計するＣＡＤプログラム、プリント回路基板のパターンレイアウトをもとに解析を行う電磁界シミュレータや回路シミュレータ、プリント回路基板を実装した電子機器を搭載する自動車、半導体装置、本手法によるマイコン低ノイズ実装法を説明するユーザガイドなどに利用可能である。

本発明の第１の実施の形態において、プリント回路基板にマイコンなどの能動回路を搭載した電子機器を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態において、プリント回路基板の導体第１層を示す要部平面図である。 本発明の第１の実施の形態において、プリント回路基板の導体第２層を示す要部平面図である。 本発明の第１の実施の形態において、高周波電流の周波数に対する位相差の解析評価結果を示す図である。 本発明の第１の実施の形態において、高周波電流の周波数に対するコモンモード電流の解析評価結果を示す図である。 本発明の第２の実施の形態において、プリント回路基板の導体第１層を示す要部平面図である。 本発明の第２の実施の形態において、プリント回路基板の導体第２層を示す要部平面図である。 本発明の第２の実施の形態において、プリント回路基板の補正パターンを示す拡大図である。 本発明の第３の実施の形態において、プリント回路基板の導体第２層を示す要部平面図である。 本発明の第３の実施の形態において、プリント回路基板の補正パターンを示す拡大図である。 本発明の第４の実施の形態において、プリント回路基板の導体第２層を示す要部平面図である。 本発明の第５の実施の形態において、プリント回路基板の導体第２層を示す要部平面図である。 本発明の第５の実施の形態において、プリント回路基板の素子実装部を示す拡大図である。 本発明の第６の実施の形態において、プリント回路基板にマイコンなどの能動回路を搭載した電子機器を示す断面図である。 本発明の第６の実施の形態において、プリント回路基板の導体第１層を示す要部平面図である。 本発明の第６の実施の形態において、プリント回路基板の導体第２層を示す要部平面図である。 本発明の第６の実施の形態において、プリント回路基板の導体第３層を示す要部平面図である。 本発明の第６の実施の形態において、プリント回路基板の導体第４層を示す要部平面図である。 本発明の第６の実施の形態において、プリント回路基板の補正パターンを示す平面図である。 本発明の第７の実施の形態において、プリント回路基板の導体第４層を示す要部平面図である。 本発明の第１の実施の形態において、電源／ＧＮＤラインを流れる高周波電流の位相差評価のための測定の様子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態において、プリント回路基板上のハーネス接続点付近での電源／ＧＮＤラインの電位変動測定結果（ａ）（ｂ）を示す図である。 本発明の第１の実施の形態において、電源／ＧＮＤラインにおける電位変動測定結果の「和」（ａ）と「差」（ｂ）の評価結果を示す図である。

符号の説明

１００…プリント回路基板、１０１…マイコンパッケージ、１０２…リードフレーム、１０３…導体第１層、１０４…導体第２層、１０５…絶縁層、１０６…ビア、１０７…キャパシタ、１０８…電源パターン、１０９…電源パターン、１１０…電源パターン、１１１…ＧＮＤパターン、１１２…ＧＮＤパターン、１１３…ＧＮＤパターン、１１４…ＧＮＤパターン、１１６…ＧＮＤパターン、１１７…電源パターン、１１９…キャパシタ、２０１…補正パターン、３０１…補正パターン、４０１…インダクタ素子、４０２…電源パターン、５０１…インピーダンス素子実装パターン、５０２…電源パターン、５０３…インピーダンス素子、６００…プリント回路基板、６０１…マイコンパッケージ、６０２…はんだボール、６０３…導体第１層（電源）、６０４…導体第１層（ＧＮＤ）、６０５…絶縁層、６０６…導体第２層、６０７…導体第３層、６０８…導体第４層、６０９…キャパシタ、６１０…ビア、６１１…電源パッド、６１２…ＧＮＤパッド、６１３…電源パターン、６１４…スルーホール、６１５…ＧＮＤパターン、６１６…ＧＮＤパターン、６１７…電源パターン、６１８…補正パターン、７０１…電源パターン、７０２…インダクタ素子、８００…箱、８０１…プリント回路基板、８０２…ハーネス、８０３…バッテリ、８０４，８０５…プローブ。

Claims (19)

1. 能動回路が実装され、前記能動回路へ電力を供給するための電源パターンとグランドパターンとを有するプリント回路基板であって、
   前記能動回路が駆動することで発生する高周波電流のうち、前記電源パターンと前記グランドパターンを流れる高周波電流に対し、その位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタが実装されていることを特徴とするプリント回路基板。
2. 請求項１に記載のプリント回路基板において、
   前記電源パターンおよび前記グランドパターンのパターン形状により、前記電源パターンと前記グランドパターンを流れる高周波電流の位相差を互いに逆向きとし、この位置に前記キャパシタが実装されていることを特徴とするプリント回路基板。
3. 請求項１または２に記載のプリント回路基板において、
   前記プリント回路基板を構成する導体層の総数が２層以上であることを特徴とするプリント回路基板。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント回路基板において、
   前記電源パターンと前記グランドパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなるようにするために、前記プリント回路基板上に寄生容量の値を補正するためのパターンを有することを特徴とするプリント回路基板。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント回路基板において、
   前記電源パターンと前記グランドパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなるようにするために、前記プリント回路基板上に寄生インダクタンスの値を補正するためのパターンを有することを特徴とするプリント回路基板。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント回路基板において、
   前記電源パターンと前記グランドパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなるようにするために、前記プリント回路基板上に寄生容量および寄生インダクタンスの値を補正するためのパターンを有することを特徴とするプリント回路基板。
7. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント回路基板において、
   前記電源パターンと前記グランドパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなるようにするために、前記プリント回路基板上に寄生インダクタンスの値を補正する素子を実装することを特徴とするプリント回路基板。
8. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント回路基板において、
   前記電源パターンと前記グランドパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなるようにするために、前記プリント回路基板上に寄生インダクタンスの値を補正する素子を実装するためのパターンを有することを特徴とするプリント回路基板。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のプリント回路基板において、
   系統の異なる複数の電力供給用のパターンを有する場合に、その１つの電力供給用パターンの電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタが実装されていることを特徴とするプリント回路基板。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のプリント回路基板において、
    系統の異なる複数の電力供給用のパターンを有する場合に、そのいくつかの電力供給用パターンの電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタが実装されていることを特徴とするプリント回路基板。
11. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のプリント回路基板において、
    系統の異なる複数の電力供給用のパターンを有する場合に、そのすべての電力供給用パターンの電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタが実装されていることを特徴とするプリント回路基板。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のプリント回路基板において、
    前記電源パターンと前記グランドパターンを流れる高周波電流の位相差が、１８０度±５度の範囲内であることを特徴とするプリント回路基板。
13. プリント回路基板を設計するＣＡＤプログラムであって、
    前記ＣＡＤプログラムをコンピュータからなるＣＡＤツール上で実行して、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載のプリント回路基板を設計する際に、電力供給用の電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差を画面に表示することを特徴とするＣＡＤプログラム。
14. プリント回路基板のパターンレイアウトをもとに解析を行う電磁界シミュレータであって、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載のプリント回路基板を設計する際に、電力供給用の電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差を画面に表示することを特徴とする電磁界シミュレータ。
15. プリント回路基板のパターンレイアウトをもとに解析を行う回路シミュレータであって、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載のプリント回路基板を設計する際に、電力供給用の電源パターンとグランドパターンを流れる高周波電流の位相差を画面に表示することを特徴とする回路シミュレータ。
16. プリント回路基板を実装した電子機器を搭載する自動車であって、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載のプリント回路基板を前記電子機器に実装したことを特徴とする自動車。
17. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のプリント回路基板において、
    前記プリント回路基板を設計する際に、外部からの影響を除くために、金属製の箱の中でマイコンが動作しているときの前記プリント回路基板上の電源／グラウンドラインの電位変動を測定し、その「和」と「差」を見ることで前記電源／グラウンドラインを流れる高周波電流の位相差が１８０度逆向きになるように設計したものであることを特徴とするプリント回路基板。
18. 能動回路が実装され、前記能動回路へ電力を供給するための電源パターンとグランドパターンとを有する半導体装置であって、
    前記能動回路が駆動することで発生する高周波電流のうち、前記電源パターンと前記グランドパターンを流れる高周波電流に対し、その位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタが実装されていることを特徴とする半導体装置。
19. 能動回路が実装され、前記能動回路へ電力を供給するための電源パターンとグランドパターンとを有するプリント回路基板または半導体装置で、前記能動回路が駆動することで発生する高周波電流のうち、前記電源パターンと前記グランドパターンを流れる高周波電流に対し、その位相差が互いに逆向きとなる位置にキャパシタを実装する手法が説明されていることを特徴とするユーザガイド。

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