電気回路で電流が切り換えられる周波数、またはこの周波数の高調波が、電気回路の固有周波数と一致する場合、電流の望ましくない振動が引き起こされる場合がある。これらの振動は、かなりの振幅に達する場合がある。転流する回路では、このような振動が転流を一時的に打ち消す場合があり、転流する回路の部品の完全性を危うくする過電圧および過電流を発生させる場合さえある。さらに、このような振動する電流により放射される電磁場が、他の電子部品と結合し、電子部品の機能に干渉する場合がある。したがって、高周波で発生する電流の、特に切り換えられる電流の振動を低減することが望ましい場合が多い。多くの回路では、このような低減は、多くの回路が適切に機能するための必要条件である。
振動傾向を低減する回路配置が、独国特許第10159851(A1)号明細書(特許文献1)で公知である。この回路配置は、2つの端子をそれぞれ備える少なくとも2つの半導体部品を含み、一方の半導体部品の一方の端子が、他方の半導体部品の一方の端子に電気的に接続される。2つの半導体部品まで一定の距離だけ離れて、この配置の上方に、高周波でのスイッチング過程中に発生する場合がある振動を減衰させるために、渦電流減衰構造が提供される。渦電流減衰構造は、ループ形状であってもよい。渦電流減衰構造は、半導体部品に電気的に接続されない。しかしながら、高周波での振動が、渦電流減衰構造内に渦電流を発生させる。渦電流減衰構造は、半導体部品間で高周波の振動を減衰させる、渦電流の抵抗損をもたらす抵抗器を備える。好ましくは平坦な減衰構造のシート抵抗器が、誘導される渦電流の抵抗損を引き起こすだけの十分に高い抵抗を有しなければならないが、同じく、渦電流の発生を可能にするほど小さくなければならない。最適な減衰が提供される減衰構造の抵抗は、回路配置の特定の構造、および使用する半導体部品の数に応じて、測定またはシミュレーションにより決定されなければならない。しかしながら、回路配置が装備される異なる半導体部品にこの減衰構造を簡単に適用することは、このやり方では不可能である。
絶縁する基板上に電子部品を備え、電子部品のすぐ近くに磁気材料が配置された回路配置が、独国特許第10162637(C1)号明細書(特許文献2)により公知である。磁気材料は、電気回路配置から直流電気的に分離されているが、電子部品で発生する電磁共振が減衰させられるように電気回路配置に磁気的に結合される。この原理に従って電磁気的な交番磁界を効果的に結合させるためには、たとえば高い磁化率を有する強磁性材料またはフェリ磁性材料のような磁気材料を使用する必要がある。交番する電流および磁化できる物質の間の磁気結合に成功した場合、磁化方向の反転による損失および磁気ヒステリシスによる損失が、方向が恒久的に変化する交番磁界で発生する。これらの損失は、電磁的な交番磁界の発生源から、すなわち、共振回路からもたらされ、したがって、共振回路の振動を減衰させる。独国特許第10162637(C1)号明細書(特許文献2)で公知の回路配置では、磁気材料中の渦電流が抑制されなければならない。
ハウジング、ハウジング内に配置された半導体素子、およびフレームワークを備える半導体モジュールが、独国特許第10123232(A1)号明細書(特許文献3)により公知である。フレームワークは、半導体部品が導電接続される導体トラックを備える。ハウジングの内側には、半導体部品に適用される鋳物コンパウンドが提供される。ハウジングの鋳物コンパウンドおよび/または材料は、電磁的に減衰させる特性を有する減衰材料として提供される。
韓国特許第100771146(B)号明細書(特許文献4)が、高周波のスイッチング振動および電磁干渉を抑制する回路配置を開示している。この回路配置では、電源電位にある導体層およびアース電位にある導体層の間にコンデンサが提供される。コンデンサの誘電材料が高い誘電率を備える。
特開2003−101239号公報(特許文献5)が、いくつかの導体層を備える回路基板内のスイッチング振動を抑制するチップコンデンサを同じく開示している。チップコンデンサは電源導体およびアース導体が互いに向き合う絶縁層の中に一体化される。
米国特許出願公開第2009/0296362(A1)号明細書(特許文献6)が、複数の配線層および配線層の上に実装された電子コンポーネントを有する多層プリント回路基板を開示している。さらに、回路基板は、少なくとも2つの配線層の各々の上の外周に沿って提供された実質的にループ形状の印刷配線セクションで構成された実質的に螺旋形状の経路を含む螺旋EMI制限配線、ならびに隣接する最上部配線層および隣接する最下部配線層の間に配置された各配線層上に提供されたプラグを含む。回路基板の外面にある印刷配線セクションのほぼ中間点に抵抗素子が挿入される。抵抗素子は、EMI制限配線の中に結合したEMIのエネルギーを熱エネルギーに変換する。
米国特許出願公開第2005/0068751(A1)号明細書(特許文献7)が、プロセッサおよび集積回路などのコンポーネントを電気的に接続する信号トレース、たとえば導電経路を備える信号層、ならびに1つまたは複数の電圧面、たとえば電源面および接地面を有するプリント回路基板を開示している。プリント回路基板に関連するインピーダンスを増大させる場合がある、電圧面間の電磁共振を低減するために、信号層上に1つまたは複数の浮動トレースが提供される。浮動トレースは、電圧面に電気的に結合された信号層に沿って経路設定された導電経路である。
独国特許第10333806(A1)号明細書(特許文献8)が、遮蔽されるべき少なくとも1つの電子コンポーネントおよび電子コンポーネントを少なくとも部分的に取り囲む遮蔽物を含むプリント回路基板を開示している。遮蔽物は、平面の蓋、平面の底部、ならびに蓋および底部を接続するウォール要素を備える。
本発明によれば、回路配置が、回路基板に実装された複数の電子部品;第1の導体層内部の電子部品間に広がる少なくとも1つの導体セクション;および第1の導体層に隣接する第2の導体層内部の少なくとも1つの導体セクションに平行に伸びる少なくとも1つのループセクションを備える閉じた導体ループを備える。導体ループは、回路基板の外面に実装された少なくとも1つの電子コンポーネントを介して閉じている。好ましくは、この部品は、いわゆるSMD(Surface Mounted Device、表面実装部品)である。閉じた導体ループは、回路配置の動作中に少なくとも1つの導体セクションを通って流れる電流の振動傾向を低減するように構成される。
2つの隣接する導体層内部の導体セクションおよびループセクションの相対的配置のために、導体ループは、導体セクションを通る電流の振動が、導体ループを通る振動電流を発生させるように、振動傾向のある電流が流れる導体セクションに結合される。この結合は、好ましくは変圧器に似ているが、容量分をさらに有してもよい。導体ループの電気特性は、導体ループを閉じる電子コンポーネントにより決定される。この電子コンポーネントは、特に、導体ループを通って振動する電流を、したがって、導体セクションを通って流れる電流の不要な振動を抵抗損により減衰させる抵抗だけでなく、導体セクションとの結合、したがって減衰が特に効果的な導電ループの固有周波数も決定する。その結果、電子コンポーネントによって、減衰させられるべき振動に導体ループを同調させることができる。本発明による回路配置では、この同調はまた、外面に実装された電子コンポーネントが他の表面実装電子コンポーネントにより容易に置換されてもよいように、後の時点に実行されてもよい。したがって、新しい回路配置は、他の電子部品を備える、たとえば、導体セクションを通って流れる電流を切り換える他の半導体スイッチを備えるような、回路基板のさまざまな組立体に特に容易に適合されることができる。このようないかなる変形形態でも、回路配置を新たに基本設計する必要がない。
最も簡単で好ましい事例では、回路基板の外面に実装される導体ループの電子コンポーネントは、オーミック抵抗器、すなわち、詳細にはいわゆるSMD抵抗器である。オーミック抵抗器の代替として、またはオーミック抵抗器に加えて、導体ループはまた、導体ループの固有の容量またはインダクタンスをそれぞれ変える容量性および/または誘導性のSMDを備えてもよい。
好ましくは、ループセクションが広がる第2の導体層は、回路配置の回路基板の外面の下方に位置し、導体ループは、この第2の導体層内部に、すなわち、少なくとも1つの表面実装電子コンポーネントの2つの端子間で第2の導体層の全長にわたり広がる。
導体セクションが広がる電子部品は、導体ループを閉じる少なくとも1つの電子コンポーネントが実装される同じ外面に実装されてもよい。この場合、これらの電子部品を変更することも同じく容易であり、これらの電子部品を変更することにより、回路基板の基本的なトポロジはもとのまま残る。
第2の導体層から回路基板の外面につながる端子の数は、好ましくはちょうど2つであり、これらの端子は、単一の表面実装電子コンポーネント、または単一の直列接続表面実装電子コンポーネントのために提供される。
本発明の回路配置では、導体セクションおよびループセクションは互いに電気的に絶縁され、詳細には、回路基板の絶縁する層により互いに分離されてもよい。好ましくは、導体セクションおよびループセクションは、2次元で、この絶縁する層を挟んで互いに向き合う。これはとりわけ、導体セクションおよびループセクションがこれらの幅にわたり相互にお互いを覆うことを意味する。
本明細書で使用するとき、回路基板という用語は、いわゆる銅直接接合(Direct Bonded Copper、DBC)基板または絶縁金属(Insulated Metal、ISM)基板での回路配置の導体ループを含む、本発明の回路配置を実現するための選択肢を対象にする。この場合、第2の導体層内部に広がるすべてのループセクションが、基板の後側の金属コーティングにより、または基板内部の金属層の部品により形成されてもよく;基板を含む、本発明による回路配置は、他の回路基板に実装されてもよい。
第2の導体層内の導体ループのループセクションのエリア内の導電金属層の厚さは、通常の回路基板の導体トラックの通常の厚さ、ならびにDBC基板およびISM基板の通常の金属層の通常の厚さの範囲内、すなわち、典型的には0.035mm〜0.3mmの範囲内であってもよいが、一方、ループセクションの幅は、典型的には数ミリメートルの範囲内であってもよい。第1の導体層内部の少なくとも1つの導体セクションから第2の導体層内部のループセクションの間の距離は、通常の回路基板およびDBC基板またはISM基板の典型的な厚さの範囲内、すなわち、0.1ミリメートルから数ミリメートルの範囲内であってもよい。本発明の回路配置の電子部品に応じて、導体ループにより覆われるエリアは、典型的には数cm2〜何cm2かの範囲内であってもよい。
回路配置の動作中に振動傾向のある電流が、反平行の向きの少なくとも2つの導体セクションを通って、すなわち、2つのセクションのうち一方を一方の方向に通って、かつ2つのセクションのうち他方を逆方向に通って流れる場合、導体ループと導体セクションの最大結合を実現するために、導体ループは、導体セクションの一方と平行にそれぞれ伸びる反平行の向きの2つのループセクションを備えることが有利であることが分かる。
本発明による回路配置の一実施形態では、導体セクション、および導体ループのうちの平行なループセクションは、共通の電磁遮蔽物により少なくとも部分的に遮蔽される。一方では、この遮蔽物は、導体セクションおよび導体ループを通る電流の振動により発生させられた電磁放射が他の部品の中に結合するのを防ぐ。他方では、遮蔽物は、導体セクションを通って流れる、減衰させられるべき電流の振動に関して、導体ループと導体セクションの結合を増大させることができる。
電磁遮蔽物は、詳細には、回路基板の他の導体層内部に反磁性金属材料からなる平坦なセクションを備えてもよいが、基板の導体層に垂直に伸びる反磁性材料からなるセクションをさらに備えてもよい。反磁性金属材料は、それぞれの回路基板の通常の導体が作られる材料、すなわち、詳細には銅であってもよい。
本発明の回路配置の少なくとも1つの導体セクションはまた、導体ループの一部であってもよい。詳細には、本発明の回路配置の少なくとも1つの導体セクションは、電流の振動が発生することにより、転流に望ましくない反作用がもたらされる場合がある転流する回路の一部であってもよい。
次に、図面をより詳細に参照すると、図1および図2は、外面3の下方に2つの絶縁された導体層を備える回路基板2で実現される回路配置1を示す。2つの第1の導体セクション4および5が、下側の導体層内部に広がる。導体ループ13の2つのループセクション6および7が、上側の導体層内部に広がり、それぞれ導体セクション4および5の一方と平行である。横断セクション8がループセクション6および7の一方の端部でループセクション6および7を接続する。ループセクション6および7の他方の端部に、回路基板2の外面3に実装される電子コンポーネント11のために端子9および10が提供される。回路配置1の本実施形態では、電子コンポーネント11は抵抗器である。この抵抗器11によって、それ以外はループセクション6および7ならびに横断セクション8から作られた導体ループ13が閉じられる。導体セクション4および5に対して導体ループ13を配置したために、電流が導体セクション4および5を通って流れ、かつ回路配置1(図示せず)の電子部品間で、高周波で振動するとき、電流が導体ループ13で同じく発生させられ、かつ同じ周波数で振動するように、導体ループ13は導体セクション4および5に結合される。このことが図4に示されており、図4では、導体セクション4および5を通る瞬時電流の流れの方向、および結果として生じる磁場14および15が、方向記号により示されている。さらに、結果として生じる、導体セクション6および7ならびに抵抗器11を通って流れる電流の方向12もまた示されている。電流の流れる方向12に流れる電流は、抵抗器11により減衰させられ、したがって、導体セクション4および5を通って流れる電流も同じく減衰させられる。
表面実装抵抗器11の接続を示していない、図3による回路配置1の実施形態では、一方では導体セクション4および5、ならびに他方ではループセクション6および7の平行配置が、反磁性材料、詳細には銅の2次元セクション17〜20からなる遮蔽物16により囲まれている。この遮蔽物16は、導体セクション4および5を通る、振動する電流のために、電磁放射の漏洩を防ぎ、または低減し、同時に、導体ループ13と導体セクション4および5の結合を増大させる。結合は、詳細には、平行なループセクション6および7と共に導体セクション4および5が、これらのセクションの全長にわたり、すなわち、図示するセクション17〜20に対応する4つの側面すべてで、かつこれらのセクションの共通の平行なコースに沿って、遮蔽物16により完全に囲まれた場合に増大する。しかしながら、たとえば、セクション4〜7の共通の平行なコースの一部だけにわたる、または3つ以下の側面で、詳細には回路基板2の他の導体層内部に広がるセクション17および19に対応する側面だけで、セクション4〜7を部分的にしか取り囲まないことも同じく可能である。さらに、2つのセクション対4および6ならびに5および7のために、別個の遮蔽物が提供されてもよい。
回路配置1では、回路基板2の表面3に実装され、導体ループ13を閉じる電子コンポーネント11は、容易に置換される。これは、回路基板2の基本トポロジを補正することなく、導体セクション4および5を通る、振動する電流に関して、導体ループ13の減衰特性を変えて、最適化するために、電子コンポーネント11が交換されてもよいことを意味する。たとえば、電子コンポーネント11は、回路基板2の最上部のまたは最初の金属層にはんだ付けされてもよい。導体ループ13はまた、最初の金属層内部に部分的にまたは完全に広がってもよいが、代わりに、回路基板2内部の下側の金属層または導体層の中に完全にまたは部分的に提供されてもよい。好ましくは、導体セクション4および5の導体層に直接隣接する導体層が選択される。電子コンポーネント11が実装される表面3の観点から、導体セクション4および5の導体層は、ループセクション6および7の導体層の上方または下方にあってもよい。導体ループ13が導体セクション4および5の片側だけに、すなわち、導体セクション4および5の上方または下方にループセクション6および7を備える代わりに、導体セクション4および5の片側に導体セクション6および7をそれぞれ備える2つの導体ループ13が提供されてもよい。さらに、一方の導体ループ13がいくつかの巻線を備えてもよい。この場合、1つの巻線が、導体セクション4および5の片側にループセクション6および7を、導体セクション4および5の他方の側に他の巻線ループセクション6および7を備えてもよい。回路基板2は、銅層が金属被膜層としてセラミック支持物の片側または両側に提供されるDBC(銅直接結合)基板であってもよい。他の銅層がDBC基板の内側に提供されてもよい。
図5〜図7は、回路基板2としてPCB(Printed Circuit Board)基板21が使用される、本発明による回路配置1の一実施形態を示す。基板21は、支持物22、および支持物22に適用された銅層23だけでなく支持物22内部の銅層24も備える。導体セクション4および5は、銅層23から形成される。SMDとして作られた2つの電子部品25および26が、それぞれ導体セクション4および5の両端に導電接続される。たとえば、電子部品25は、部品26としてのダイオードが反平行に接続された半導体スイッチであってもよい。部品25および26は、好ましくは、たとえばいわゆるThinPakのように、表面実装可能なハウジング内に提供されてもよい。銅層24は、代わりに、銅層23に対向する支持物22の側に配置されてもよい。
導体セクション4から部品25を通って導体セクション5に高周波で流れる電流が切り換わるときに、高周波で振動する電流が、ダイオード26を含む転流する回路内に発生させられる場合がある。これらの振動を減衰させるために、コネクタループ13が提供される。コネクタループ13のループセクション6および7ならびに横断セクション8が、この場合、銅層24から形成される。導体ループ13は、支持物22を通って突き出る端子9および10、支持物22に接続された銅層23のエリア27および28、ならびに、SMDとして作られ、かつエリア27および28に接続された抵抗器11を介して形成される。ループセクション7および6は、PCB基板32の上面に位置する導体セクション4および5に平行に広がる。図5〜図7に示す回路配置をまとめて、たとえば回路基板の下側の銅層24を介してより大きな回路基板に実装することができる。
これはまた、DBC基板21が回路基板2の役割を果たす、図8〜図10に示す回路配置1の実施形態にも適用される。この場合、電子部品25および26は、この場合も、半導体スイッチおよび逆並列ダイオードであってもよい。しかしながら、電子部品25および26は、直接、すなわち、パッケージなしに、上方から導体セクション4に実装され、ボンドワイヤ29を介して導体セクション5に接触させられる。これ以外に、DBC基板21の上側の回路配置1の構成が、図5〜図7によるPCB基板32の構造に対応する。DBC基板21の下側で、ループセクション6および7ならびに横断セクション8は、この場合も、銅層24により形成される。この場合、横断セクションは、図に実線で示すよりもさらに広くてもよい。極端な事例では、端子9および10に向かう横断セクション8は、図で、破線で示す境界30で終端し、その結果、電子部品25および26の間で振動する電流により銅層24内に渦電流を追加で発生させることができる。これらの渦電流にはまた、振動する電流を減衰させる効果がある。しかしながら、この極端な事例でさえ、DBC基板21の表面3に実装された抵抗器11を含む導体ループ13全体を通る電流が依然として発生させられる。ループセクション6および7ならびに横断セクション8の大規模な構造のために、銅層24を介してヒートシンク(図示せず)に向けてDBC基板21からの放熱が高められる。
本発明の精神および原理から実質的に逸脱することなく、本発明の好ましい実施形態に多くの変更および修正が行われてもよい。このような修正および変更はすべて、本明細書において、以下の特許請求の範囲により規定されるように、本発明の範囲に含まれることが意図される。