JP2010073900A - プリント配線板、このプリント配線板を備えた情報処理装置、及び、プリント配線板におけるｅｍｉ抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＧＮＤプレーンの共振周波数を高周波にシフトさせることにより、ＧＮＤプレーンのＥＭＩが抑制されたプリント配線板、このプリント配線板を備えた情報処理装置、及び、プリント配線板のＥＭＩ抑制方法を提供する。
【解決手段】信号層、グラウンド層、及び電源層が積層されることにより形成されたプリント配線板１０であって、グラウンド層の基板における共振点の位置に、誘電体部品１８が、プリント配線板１０が筐体５に収納される際に、この筐体５に対して接触可能なように設けられた。
【選択図】 図７

Description

本発明は、ＧＮＤプレーンの共振点の位置にＧＮＤパッド、誘電体部品を備えたプリント配線板、このプリント配線板を備えた情報処理装置、及び、プリント配線板におけるＥＭＩ抑制方法に関する。

従来、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の情報処理装置は、多くの電子部品が取り付けられたプリント配線板を搭載している。これらのプリント配線板は、限られたスペースにより多くの配線パターンを配置するために、グラウンド層、電源層、及び信号層等の複数の層が積層された多層化構造に形成されるのが一般的である。しかしながら、プリント配線板を多層化構造で形成することによって放射ノイズ（ＥＭＩ；電磁妨害）が発生してしまうと言う問題も生じていた。

そこで、プリント配線板と筐体との接続方法として、筐体ＧＮＤとプリント配線板ＧＮＤとがＬＣ直列回路で接続されることにより、定在波及びＬＣ共振による放射ノイズを抑制する方法が提案されている（例えば特許文献１）。この方法は、さらに筐体ＧＮＤとプリント配線板ＧＮＤとが複数接続されることにより、定在波の周波数を高周波に変更するものである。
特開平１０−１９０１６６号公報

ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の情報処理装置の小型化が進むのに伴い、プリント配線板の小型化も進められてきたため、従来問題にならなかったグラウンド（ＧＮＤ）プレーンのノイズが重要視されるようになってきた。そこで、プリント配線板において、ＥＭＩをはじめとするノイズの低減方法として、電源プレーンとＧＮＤプレーンの対向面による共振解析を行い、その共振点にバイパスコンデンサを搭載する方法が用いられている。しかしながら、この方法は、ＧＮＤプレーンそのものの共振解析を考慮したものではない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、ＧＮＤプレーンの共振周波数を高周波にシフトさせることにより、ＧＮＤプレーンのＥＭＩが抑制されたプリント配線板、このプリント配線板を備えた情報処理装置、及び、プリント配線板のＥＭＩ抑制方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るプリント配線板は、信号層、グラウンド層、及び電源層が積層されることにより形成されたプリント配線板であって、前記グラウンド層の基板における共振点の位置に、誘電体部品が、プリント配線板が筐体に収納される際に、この筐体に対して接触可能なように設けられたことを特徴とする。

また、本発明に係る情報処理装置は、信号層、グラウンド層、及び電源層が積層されることにより形成されたプリント配線板であって、前記グラウンド層の基板における共振点の位置に、誘電体部品が、プリント配線板が筐体に収納される際に、この筐体に対して接触可能なように設けられたプリント配線板が、筐体内部に、前記誘電体部品がこの筐体に接触するように収納されたことを特徴とする。

また、本発明に係るプリント配線板のＥＭＩ抑制方法は、信号層、グラウンド層、及び電源層が積層されることにより形成されたプリント配線板のＥＭＩ抑制方法であって、前記グラウンド層の基板の共振点を算出する算出ステップと、前記算出ステップにて算出された前記グラウンド層の基板の共振点の位置に、誘電体部品を、プリント配線板が筐体に収納される際に、この筐体に対して接触可能なように設置する第１の設置ステップと、を行うことを特徴とする。

本発明に係るプリント配線板、このプリント配線板を備えた情報処理装置、及び、プリント配線板のＥＭＩ抑制方法によると、筐体に固定するネジをＧＮＤ共振の節としてＧＮＤプレーンの基板のＧＮＤ共振解析を行い、プリント配線板におけるＧＮＤ共振点の位置にＧＮＤパッドを設けて、その上に誘電体部品を搭載して、この誘電体部品と筐体とを接触させることにより新たなＧＮＤ共振点の節を生成して、ＧＮＤプレーンの共振周波数を高周波にシフトさせることで、一般的な基板共振解析の手法をそのまま用いて、ＧＮＤプレーンの共振周波数を高周波側にシフトさせることができ、ＧＮＤプレーンのＥＭＩノイズを低減させることが可能となる。

〔第１実施形態〕
本発明に係る情報処理装置の第１実施形態について、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る情報処理装置１の斜視図である。情報処理装置１は、一般的に用いられているノート型のＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等である。図１に示すように、情報処理装置１は、ユーザが指示を入力する際に押下されるキーを複数備えたキーボード２と、文字や画像等からなる画面を表示するためのディスプレイ３と、音声を出力するためのスピーカ４とが、外部に露出するように筐体５の内部に設けられている。

また、情報処理装置１は、筐体５の内部に集積回路、抵抗器、コンデンサ等の様々な電子部品を備えたプリント配線板１０を収納している。プリント配線板１０は、グラウンド（ＧＮＤ）層、信号層、電源（ＶＣＣ）層等の複数の基板が積層されることにより形成されていて、例えば、図２に示すように、表層１０ａから裏層１０ｂに向かって、信号層１１、電源層１２、信号層１３、信号層１４、ＧＮＤ層１５、信号層１６の６層が順に積層されることにより形成されている。

このようにプリント配線板が多層化構造によって形成されていると、小型化を実現することができるが、一方で、放射ノイズ（ＥＭＩ；電磁妨害）が発生してしまうという問題が生じていた。そのため、ＥＭＩをはじめとするノイズの低減方法として、電源層のプレーン基板（電源プレーン）とＧＮＤ層のプレーン基板（ＧＮＤプレーン）の対向面による共振解析を行って共振点を求め、その共振点にバイパスコンデンサを搭載する方法が用いられてきた。しかしながら、この方法ではＧＮＤ層のプレーン基板そのものの共振解析を考慮できないため、ＧＮＤ層のプレーン基板のノイズの低減を行うことができなかった。

そこで、本発明の情報処理装置１が備えるプリント配線板１０は、図２に示すように、表層１０ａまたは裏層１０ｂ（図２では裏層１０ｂ）にＧＮＤ層１５にのみ電気的に接続されたＧＮＤパッド１７を設けるとともに、このＧＮＤパッド１７に接触するように誘電体部品１８を搭載し、プリント配線板１０が情報処理装置１に収納される際にこの誘電体部品１８を筐体５に接触させることで、ＧＮＤ層１５のプレーン基板におけるノイズを低減させている。

プリント配線板１０をこのように構成する手順を、図３乃至図７に基づいて説明する。図３に、情報処理装置１の筐体５に内蔵されるプリント配線板１０の一例を示す。プリント配線板１０の形状は任意であり、例えば、図３に示すように、全体的に鉤型をなす板状に形成されている。

また、図４に、筐体５の内部に収納されている状態のプリント配線板１０を示す。図４に示すように、プリント配線板１０には、プリント配線板１０を筐体５に対して固定するためのネジ１９が複数設けられている。プリント配線板１０を筐体５に対してネジ１９で電気的に接続させることにより、筐体５の全体がグラウンドとしての機能を担っている。

しかしながら、このようにプリント配線板１０をネジ１９で筐体５に接続した場合には、何らかの事態によりプリント配線板１０のＧＮＤ層１５のプレーン基板が揺さぶられた場合に、プリント配線板１０のネジ１９が電源ゆれの節となって、プリント配線板１０の全体が共振してしまう恐れがある。そして、ひどい場合には、このプリント配線板１０におけるノイズが大きくなり過ぎて、ＥＭＩの基準を満たさなくなってしまうことも考えられる。

そこで、ＧＮＤ層１５のプレーン基板に対して共振解析を行うことによりＧＮＤ層１５のプレーン基板の共振の腹（共振点）を求めて、プリント配線板１０におけるこの共振点の位置に誘電体部品１８を設置する。そして、プリント配線板１０を筐体５に収納する際に、この誘電体部品１８を筐体５に接触させるようにして収納することにより、共振周波数を高周波にシフトさせてノイズを抑制することができる。共振解析の方法は、例えばＧＮＤ層１５のプレーン基板の形状やネジ１９の設置位置等に基づいてシミュレーションを行う方法（例えばネジの位置を共振の節として共振解析する方法）等である。

図５は、ＧＮＤ層１５のプレーン基板に対する共振解析の結果を示す図である。図５において、共振点は×印で示されている。この共振点における共振周波数を高周波にシフトさせるためには、ＧＮＤ層１５のプレーン基板を、この共振点において筐体５と電気的に接続させる必要がある。

図６は、プリント配線板１０に誘電体部品１８を設置した状態を示す図である。図６に示すように、プリント配線板１０の裏層１０ｂにおいて、ＧＮＤ層１５のプレーン基板に対する共振解析により求められた共振点の位置に、ＧＮＤ層１５と電気的に接続されたＧＮＤパッド１７を設けるとともに、このＧＮＤパッド１７に接触するように誘電体部品１８を搭載する。

図７は、このようにして誘電体部品１８が設けられたプリント配線板１０を、筐体５の内部に収納した状態を示す図である。図７に示すように、プリント配線板１０が筐体５の内部に収納されている間、誘電体部品１８は筐体５と接触している。このように、高周波的にＧＮＤ層１５と筐体５との間に誘電体部品１８が配置されることにより、ＧＮＤ層１５のプレーン基板に新たに共振の節が生成されて、ＧＮＤ層１５のプリント基板の共振周波数を高周波にシフトさせることができる。

なお、図８に示すように、プリント配線板１０において、ＧＮＤ層１５のプレーン基板と誘電体部品１８とをバネ等の弾性体２１で接続することにより、設計の自由度を向上させても良い。すなわち、この場合のプリント配線板１０は、弾性体２１を伸ばした状態のときには誘電体部品１８がＧＮＤパッド１７の外部に大きく突出するが、弾性体２１を縮めた状態のときには誘電体部品１８がＧＮＤパッド１７の外部にあまり突出しない、あるいは誘電体部品１８の全体または一部がＧＮＤパッド１７の内部（すなわちプリント配線板１０の内部）に収納されるように構成される。これにより、誘電体部品１８がセラミック等の硬い物質であって、プリント配線板１０から大きく飛び出ている場合であっても、プリント配線板１０を筐体５の内部にコンパクトに収納させることができ、プリント配線板１０または情報処理装置１の設計の自由度が向上する。

本発明に係るプリント配線板１０、このプリント配線板１０を備えた情報処理装置１、及び、プリント配線板１０のＥＭＩ抑制方法によると、プリント配線板１０を筐体５に固定するネジ１９をＧＮＤ共振の節としてＧＮＤ層１５のプレーン基板のＧＮＤ共振解析を行い、プリント配線板１０のＧＮＤ共振点の位置にＧＮＤパッド１７を設けて、このＧＮＤパッド１７に接触するように誘電体部品１８を搭載し、この誘電体部品１８が筐体５に対して接触するようにしてプリント配線板１０を筐体５の内部に収納することにより、新たなＧＮＤ共振点の節を生成して、ＧＮＤ層１５のプレーン基板の共振周波数を高周波にシフトさせることで、一般的な基板共振解析の手法をそのまま用いて、ＧＮＤ層１５のプレーン基板の共振周波数を高周波側にシフトさせることができ、ＧＮＤ層１５のＥＭＩノイズを低減させることが可能となる。

本発明に係るプリント配線板を備えた情報処理装置を示す斜視図。 本発明に係るプリント配線板を示す断面図。 本発明に係るプリント配線板を示す概略図。 本発明に係るプリント配線板が情報処理装置の筐体の内部に収納されているときのプリント配線板の状態を示す概略図。 本発明に係るプリント配線板におけるＧＮＤ層のプレーン基板に対する共振解析結果を示す図。 本発明に係るプリント配線板のＧＮＤ層のプレーン基板の共振点に誘電体部品が設けられた状態を示す概略図。 本発明に係るプリント配線板が情報処理装置の筐体の内部に収納されているときに、ＧＮＤプレーンの共振点の位置に誘電体部品が設けられた状態を示す概略図。 本発明に係るプリント配線板において、ＧＮＤ層と誘電体部品との間に弾性体が設けられた状態を示す概略図

符号の説明

１…情報処理装置，２…キーボード，３…ディスプレイ，４…スピーカ，５…筐体，１０…プリント配線板，１１、１３、１４、１６…信号層，１２…電源（ＶＣＣ）層，１５…グラウンド（ＧＮＤ）層，１７…グラウンド（ＧＮＤ）パッド，１８…誘電体部品，１９…ネジ，２０…共振点，２１…弾性体。

Claims (8)

1. 信号層、グラウンド層、及び電源層が積層されることにより形成されたプリント配線板であって、
   前記グラウンド層の基板における共振点の位置に、誘電体部品が、プリント配線板が筐体に収納される際に、この筐体に対して接触可能なように設けられたことを特徴とするプリント配線板。
2. 前記グラウンド層の基板における共振点の位置にグラウンドパッドが設けられ、
   前記誘電体部品は、前記グラウンドパッドに接触するように設けられたことを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
3. 前記誘電体部品は、前記グラウンド層に対して弾性体で接続されることにより設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載のプリント配線板。
4. 請求項１乃至３のいずれか記載のプリント配線板が、筐体内部に、前記誘電体部品がこの筐体に接触するように収納されたことを特徴とする情報処理装置。
5. 信号層、グラウンド層、及び電源層が積層されることにより形成されたプリント配線板のＥＭＩ抑制方法であって、
   前記グラウンド層の基板の共振点を算出する算出ステップと、
   前記算出ステップにて算出された前記グラウンド層の基板の共振点の位置に、誘電体部品を、プリント配線板が筐体に収納される際に、この筐体に対して接触可能なように設置する第１の設置ステップと、
   を行うことを特徴とするプリント配線板のＥＭＩ抑制方法。
6. 前記第１の設置ステップを行う前に、前記グラウンド層の基板の共振点の位置にグラウンドパッドを設置する第２の設置ステップを行うとともに、
   前記第１の設置ステップにて、誘電体部品を、前記グラウンドパッドに接触するように設置することを特徴とする請求項５記載のプリント配線板のＥＭＩ抑制方法。
7. 前記第１の設置ステップにて、誘電体部品を、前記グラウンド層に対して弾性体で接続させることにより設置することを特徴とする請求項５または６に記載のプリント配線板のＥＭＩ抑制方法。
8. 前記算出ステップにて、前記グラウンド層の基板の形状、及び前記グランド層の基板に固定されているネジの設置位置に基づいて、前記グラウンド層の基板の共振点を算出することを特徴とする請求項５記載のプリント配線板のＥＭＩ抑制方法。

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