JP2008211100A - 多層プリント基板装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多層プリント回路基板、詳しくは大電流電気回路でのパワー半導体のスイッチングによるノイズ妨害を低減でき、且つ小型化に寄与する多層プリント回路基板を提供する。
【解決手段】小電流が流れる電気回路信号パターンを膜着した小電流回路用プリント基板と大電流が流れる大電流電気回路パターンを膜着した大電流回路用プリント基板との間に、コモン電位パターンが膜着されたコモン電位プリント基板を介在させることにより、小電流回路用プリント基板に対する大電流回路用プリント基板でのノイズによる影響を低減する。また、複数の基板間を連通する連通孔内面に導電膜を形成し、該複数の基板夫々に設けた配線パターンを電気的に連絡するスルーホールを具えた上記した多層プリント基板装置において、前記小電流電気回路信号パターンの幅方向に両側に前記コモン電位パターンと電気的接続させたスルーホールを位置させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、多層プリント回路基板、詳しくは大電流電気回路でのパワー半導体のスイッチングによるノイズ妨害を低減できる多層プリント回路基板に関する。

近年、携帯電話やデジタルカメラに代表されるポータブルデジタル機器の普及により、ノイズ対策の必要性が急速に高まっている。これらの機器は、高機能化に伴うＩＣ（集積回路）の処理スピードを向上し、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）の高精細化・撮像素子の高画素化によりノイズレベルが今後も高まる方向にあり、輻射ノイズ抑制や内部干渉防止のため、より高周波領域でのノイズ対策が求められてきている。
ポータブル機器のノイズ源として問題になるものの一つに、ＤＣ−ＤＣコンバータからのスイッチングノイズが挙げられる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、各機能を司るＩＣやＬＣＤパネルや撮像素子など、駆動電圧がそれぞれ違うものに対し、入力電源を作るため、バッテリー電圧をそれぞれの駆動電圧に変換するために必要となっている。
ＤＣ−ＤＣコンバータは、内部スイッチをＯＮ／ＯＦＦして低い直流電圧をインバーターによって一度交流に変換し、変圧器で適当な交流電圧とし、さらに整流器と平滑回路によって再度高い直流電圧に変換することにより、高効率な電圧変換を実現しているが、ＤＣ−ＤＣコンバータでは、スイッチング方式で電源を生成しているため、そのスイッチング素子がノイズ発生源となっている。

また、近年、量産コストの兼ね合いから、従来からある小電流電気回路信号をプリント基板化することが一般的となっており、技術の進歩により、基板に膜着する数百μｍの厚膜基板も製造可能となっている。また、上記したインバーターのように、小電流電気回路信号と大電流電気回路をプリント基板上で混在して構成することが求められている。

しかし、小電流電気回路信号と電力を供給する大電流電気回路が混在するプリント基板は、前述したスイッチングノイズによる影響を考慮して構成しなければならない。
ここで、図４に従来の大電流電気回路と小電流電気回路信号が混在するプリント基板を説明する。図４に示すように、従来の構成では、大電流電気回路パターン５４と小電流電気回路信号パターン５２がプリント基板５１上で並行配線されている。

また、ノイズ妨害を低減する方法として、特許文献１の方法が開示されている。この方法は、高速クロック信号の流れるクロックラインからの高周波ノイズ妨害を低減できる多層プリント基板の構成を行う発明である。特許文献１によれば、ノイズの発生源となるクロックラインの上下左右の４方向をグランド（接地電位）で立体的に囲んで多層プリント基板を構成している。
この構成により、クロックラインに隣接する信号線や周囲の部品が、クロックラインによって発生されるノイズの影響を受けにくく、また不要幅射を低減できることが記載されている。

特開平１１−２６１２３７号公報

しかしながら、大電流電気回路パターンと小電流電気回路信号パターンをプリント基板上で構成する場合、図４に示すように、大電流電気回路パターン５４と小電流電気回路信号パターン５２との距離を離さなければならず、プリント基板５１の実装面積が大きくなるという問題点が挙げられる。
一方、特許文献１に記載される発明のノイズ源を上下左右の４方向をグランド（接地電位）で立体的に囲むことは、基板の小型化に有効であると思われる。しかし、特許文献１に記載される発明はノイズ源が高周波ノイズであり、高周波ノイズを低減する構成方法が開示されているのみで、ノイズ源が前述したスイッチングノイズや電界によるノイズについては提案されていない。

従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、多層プリント回路基板、詳しくは大電流電気回路でのパワー半導体のスイッチングによるノイズ妨害を低減でき、且つ小型化に寄与する多層プリント回路基板を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、片面若しくは両面に配線パターンを膜着（印刷も含む）し、電装部品が実装可能なプリント基板を多層配列させてなる多層プリント基板装置において、小電流が流れる電気回路信号パターンを膜着した小電流回路用プリント基板と、大電流が流れる大電流電気回路パターンを膜着した大電流回路用プリント基板とを混在させて多層配列させるとともに、前記小電流回路用プリント基板と大電流回路用プリント基板との間に、コモン電位パターンが膜着されたコモン電位プリント基板を介在させたことを特徴とする。
このように、小電流回路用プリント基板と大電流回路用プリント基板との間に、コモン電位パターンが膜着されたコモン電位プリント基板を介在させることにより、小電流回路用プリント基板に対する大電流回路用プリント基板でのノイズによる影響を低減することができ、基板の小型化に寄与する。

また、前記小電流回路用プリント基板の上下両側に、前記コモン電位プリント基板を介在させたことを特徴とする。
さらにまた、前記コモン電位パターンは接地されているか、直流のベース電位が印加させていることを特徴とする。
これにより、コモン電位パターンが膜着されたコモン電位プリント基板は、ゼロ電位となり、コモン電位プリント基板で挟み込まれた空間は外側にある電界の影響を受けなくなる。即ち、コモン電位プリント基板で挟み込まれることで、静電シールド効果が得られ、直下に大電流電気回路パターンが存在してもノイズの影響を低減することができる。

また、前記コモン電位パターンはその投影面が小電流電気回路層面の投影面積よりも大きい投影面積を有することを特徴とする。
これにより、小電流電気回路層面全体へのシールド効果が期待でき、大電流電気回路パターンとの並行配線が可能となり、基板の小型化に寄与する。

またかかる発明によれば、前記複数の基板間を連通する連通孔内面に導電膜を形成し、該複数の基板夫々に設けた配線パターンを電気的に連絡するスルーホールを具えた上記した多層プリント基板装置において、前記小電流電気回路信号パターンの幅方向に両側に前記コモン電位パターンと電気的接続させたスルーホールを位置させたことを特徴とする。
また、前記コモン電位パターンと電気接続され、層間方向に延設されたスルーホールを複数有し、前記スルーホールが前記小電流電気回路信号パターンの周囲に形成されることを特徴とする。
このように、前記複数の基板間を連通する連通孔内面に導電膜を形成し、該複数の基板夫々に設けた配線パターンを電気的に連絡するスルーホールを形成することで、小電流が流れる電気回路信号パターンは、上下左右の４方向をコモン電位パターンで周囲を覆われることになり、シールド効果をさらに高めることができる。

またかかる発明によれば、夫々のプリント基板に膜着された大電流電気回路パターンと小電流電気回路信号パターンは、その延在する長手方向と投影面上で交叉して配置されるとともに、前記大電流電気回路パターンがその投影面上の交叉部で空隙を備えて間欠的に設けられ、前記空隙間をブリッジ部で架設して電気的に接続されてなることを特徴とする。
このように、大電流電気回路パターンと小電流電気回路信号パターンがその延在する長手方向と投影面上で交叉して配置されても、上記したスルーホールを設けることが可能となる。よって、小電流が流れる電気回路信号パターンは、上下左右の４方向をコモン電位パターンで周囲を覆われることになり、シールド効果をさらに高めることができ、基板が小型化できる。
なお、以上述べた各構成は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

以上記載のごとく本発明では、小電流回路用プリント基板と大電流回路用プリント基板との間に、コモン電位パターンが膜着されたコモン電位プリント基板を介在させることにより、小電流回路用プリント基板に対する大電流回路用プリント基板でのノイズによる影響を低減することができる。
また、小電流が流れる電気回路信号パターンを膜着した小電流回路用プリント基板がコモン電位プリント基板で挟み込まれることにより、コモン電位プリント基板で挟まれた空間は静電シールド効果が得られるので、電流が流れることで誘導されるノイズの影響が直下に大電流電気回路パターンが存在しても低減することができる。
さらにまた、前記複数の基板間を連通する連通孔内面に導電膜を形成し、該複数の基板夫々に設けた配線パターンを電気的に連絡するスルーホールを形成することで、小電流が流れる電気回路信号パターンは、上下左右の４方向をコモン電位パターンで周囲を覆われることになるので、シールド効果をさらに高めることができる。
また、大電流電気回路パターンと小電流電気回路信号パターンがその延在する長手方向と投影面上で交叉して配置されても、上記したスルーホールを設けることが可能であるので、同様なシールド効果が得られ、基板が小型化できる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態１における多層プリント基板装置を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）、図２は本発明の実施形態２における多層装置プリント基板を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）、図３は本発明の実施形態３における多層プリント基板装置を示すパターン斜視図（ａ）と断面図（ｂ）、図４は従来の回路基板を示す図である。

なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されず、種々の変形が可能である、例えば以下の実施形態では４層の多層プリント基板装置を例に説明したが、層数は任意である。また、製造方法は例示した方法に限定されない。
また、本実施形態の多層プリント基板装置は、大電流電気回路パターン、小電流電気回路パターン、コモン電位パターンのパターン厚が異なる多層基板とする。
（実施形態１）

まず、図１を用いて、本発明における大電流電気回路パターンと小電流電気回路パターンが混在した多層プリント基板装置の実施形態１について説明する。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ部における断面図である。
本実施形態の多層プリント基板装置では、表面から順に、大電流回路用プリント基板２４、コモン電位プリント基板２３、小電流回路用プリント基板２２、コモン電位プリント基板２３が混在して多層配列している。
ここで、大電流回路用プリント基板２４は大電流が流れる大電流電気回路パターン４を膜着したプリント基板であり、コモン電位プリント基板２３はコモン電位パターン３を膜着したプリント基板であり、小電流回路用プリント基板２２は小電流が流れる小電流電気回路パターン２を膜着したプリント基板である。

ここで、コモン電位パターン３は、その投影面が小電流電気回路パターン２の投影面積よりも大きい投影面積を有する必要がある。そして、図１に示すように小電流回路用プリント基板の上下両側に、コモン電位プリント基板２３を介在させて配置する。なお、コモン電位パターンは接地されているか、直流のベース電位が印加させて構成されている。
また、基板小型化のため、大電流電気回路パターン４と隣接するコモン電位パターン３の投影面は、大電流電気回路パターン４よりも大きい投影面積を有することが好ましい。
（実施形態２）

次に、図２用いて、本発明の実施形態１にスルーホールを設ける場合の実施形態２について説明する。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ部における断面図である。
実施形態２の多層プリント基板装置も上記した実施形態１と同様に、表面から順に、大電流回路用プリント基板２４、コモン電位プリント基板２３、小電流回路用プリント基板２２、コモン電位プリント基板２３が混在して多層配列している。

ここでは実施形態１に加えて、小電流電気回路パターン２の幅方向に両側にコモン電位パターン３と電気的接続させたスルーホール５を位置させる。
このとき、スルーホール５は、コモン電位パターンと電気接続され、層間方向に延設され、小電流電気回路信号パターン２の周囲に複数形成する。
なお、上記したスルーホール５の形状は、上下左右の４方向にシールド１１が形成されるのであれば、コモン電位パターン３と同等の長さを持つ長孔スルーホールでもよいし、円状のスルーホールを小電流電気回路信号パターン２の両側に複数配置してもよい。
（実施形態３）

次に、本発明の実施形態２において、夫々のプリント基板に膜着された大電流電気回路パターンと小電流電気回路信号パターンがその延在する長手方向と投影面上で直交して配置されたときのスルーホールを設ける場合の実施形態３について説明する。
図３（ａ）は多層プリント基板装置を示すパターン斜視図、図３（ｂ）は多層プリント基板装置を示す断面図である。
実施形態３の多層プリント基板装置も上記した実施形態１と同様に、表面から順に、大電流回路用プリント基板２４、コモン電位プリント基板２３、小電流回路用プリント基板２２、コモン電位プリント基板２３が混在して多層配列している。

図３に示すように、夫々のプリント基板に膜着された大電流電気回路パターン４と小電流電気回路信号パターン２は、その延在する長手方向と投影面上で直交して配置される場合、スルーホール５の設置が問題となる。
そこで、大電流電気回路パターン４は、小電流電気回路信号パターン２の投影面上の直交部で空隙を備えて間欠的に設け、更に前記空隙間をブリッジ部１２で架設して電気的に接続する。ブリッジ部１２は、図３に示すようにＬ字型でもよいし、大電流電気回路パターン４が電気的に接続されて架設される形状であればアーチ型でもよい。なお、ブリッジ部１２は、大電流電気回路パターン４よりも厚密であることが好ましい。
このようにして、ブリッジ部１２を設けることにより、実施形態２と同様に上下左右の４方向にシールド１１が形成される。

小電流電気回路信号と大電流電気回路をプリント基板上で混在して構成することができ、かつ基板の小型化に有効であるので、スイッチング素子がノイズ発生源となっているプリント基板を有する装置等に好適に用いられる。

本発明の実施形態１における多層プリント基板装置を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 本発明の実施形態２における多層装置プリント基板を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 本発明の実施形態３における多層プリント基板装置を示すパターン斜視図（ａ）と断面図（ｂ）である。 従来の回路基板を示す図である。

符号の説明

１ プリント基板
２ 小電流電気回路信号パターン
３ コモンパターン
４ 大電流電気回路パターン
５ スルーホール
１２ ブリッジ部

Claims (7)

1. 片面若しくは両面に配線パターンを膜着（印刷も含む）し、電装部品が実装可能なプリント基板を多層配列させてなる多層プリント基板装置において、
   小電流が流れる電気回路信号パターンを膜着した小電流回路用プリント基板と、大電流が流れる大電流電気回路パターンを膜着した大電流回路用プリント基板とを混在させて多層配列させるとともに、前記小電流回路用プリント基板と大電流回路用プリント基板との間に、コモン電位パターンが膜着されたコモン電位プリント基板を介在させたことを特徴とする多層プリント基板装置。
2. 前記小電流回路用プリント基板の上下両側に、前記コモン電位プリント基板を介在させたことを特徴とする請求項１記載の多層プリント基板装置。
3. 前記コモン電位パターンは接地されているか、直流のベース電位が印加させていることを特徴とする請求項１記載の多層プリント基板装置。
4. 前記コモン電位パターンはその投影面が小電流電気回路層面の投影面積よりも大きい投影面積を有することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１記載の多層プリント基板装置。
5. 前記複数の基板間を連通する連通孔内面に導電膜を形成し、該複数の基板夫々に設けた配線パターンを電気的に連絡するスルーホールを具えた請求項１記載の多層プリント基板装置において、
   前記小電流電気回路信号パターンの幅方向に両側に前記コモン電位パターンと電気的接続させたスルーホールを位置させたことを特徴とする多層プリント基板装置。
6. 前記コモン電位パターンと電気接続され、層間方向に延設されたスルーホールを複数有し、前記スルーホールが前記小電流電気回路信号パターンの周囲に形成されることを特徴とする請求項１記載の多層プリント基板装置。
7. 夫々のプリント基板に膜着された大電流電気回路パターンと小電流電気回路信号パターンは、その延在する長手方向と投影面上で交叉して配置されるとともに、前記大電流電気回路パターンがその投影面上の交叉部で空隙を備えて間欠的に設けられ、前記空隙間をブリッジ部で架設して電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１記載の多層プリント基板装置。

Images