JP2016031965A - プリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板の電源側に漏洩する電磁ノイズを減少させる。
【解決手段】この発明に係るプリント基板は、回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層とグラウンド面が形成された導体層を含む４層以上の導体層が積層され、電源ラインを変形させて同一方向に周回させた２つのリアクトルが直列に形成され、２つのリアクトルの間から引き出された配線にコンデンサの一端が接続され、コンデンサの他端がグラウンド面に接続されたプリント基板であって、２つのリアクトルが形成された導体層とコンデンサが実装された導体層の間に、グランド面が形成された導体層が配置されたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ノイズフィルタを実装したプリント基板に関するものである。

プリント基板では、実装される回路素子（ＬＳＩやＩＣ）をスイッチング動作させることで、発生した電磁ノイズが電源パターンに漏洩する。そこで、ノイズフィルタが実装される。例えば、図１１は、従来のノイズフィルタを実装したプリント基板の構成を示す図である。ノイズフィルタとしてコンデンサを実装したプリント基板の構成を示している。コンデンサは、電源パターンに並列に実装されて、電磁ノイズをグラウンドパターンにバイパスし、電源側に漏洩する電磁ノイズを減少させる。

しかし、コンデンサ自身にはインダクタンス成分を含んでいる。また、コンデンサを電源パターンとグラウンドに接続するために引き出し線を用いる必要があり、その引き出し線にもインダクタンス成分を含んでいる。よって、電磁ノイズに高周波成分を含むと、インダクタンス成分のためにバイパス性能が劣化し、外部電源側に漏洩する電磁ノイズが増加してしまう。

そのために、コンデンサ自身のインダクタンス成分を減少させる方法が開示されている（例えば特許文献１を参照）。図１２は、従来のノイズフィルタのコンデンサの構成を示した図である。図１２では、コンデンサを複数並列して、各コンデンサの配置を工夫することで、電源側に漏洩する高周波帯域の電磁ノイズを低減している。

一方、コンデンサ自身のインダクタンス成分、コンデンサを電源パターンとグラウンドに接続するための引き出し線のインダクタンス成分を低減させる方法が開示されている（例えば特許文献２を参照）。図１３は、従来のノイズフィルタの構成を示した図である。図１３では、直流フィルタ１０５を介して給電されるインバータ１０６を備えた電気車駆動制御装置において、直流フィルタ１０５は、磁気結合を有する２個のリアクトル１５１ａ、１５１ｂを直列接続して、有効にインダクタンスを確保し小型化を図るとともに、近接設置を可能にしている。出力端子に第１のコンデンサ１５２ａを、２つのリアクトルの直列接続にその相互インダクタンス値に略等しいインダクタンス値を有する第３のリアクトル１５３と第２のコンデンサ１５２ｂの直列接続体を接続して磁気結合による負の等価インダクタンスを打ち消し、磁気結合の影響を抑制して、２段フィルタ特性を有効に発揮させ、高周波成分の大幅な減衰を図っている。

ここで、特許文献２は、電気車駆動制御装置について開示されたものであるが、プリント基板にも適用可能である。つまり、インバータ１０６をＬＳＩやＩＣなどの回路素子に、また第１のコンデンサをコンデンサに置き換えて、プリント配線板上にリアクトル１５１ａおよび１５１ｂを形成したプリント基板が想定される。

また、プリント基板上でコンデンサを実装すれば、必ずコンデンサ自身のインダクタンス成分だけでなく、引き出し線やビアのインダクタンスが存在する。よって、第３のリアクトルを用いずに、リアクトル１５１ａおよび１５１ｂの磁気結合による負の等価インダクタンスで、コンデンサ自身のインダクタンス成分、引き出し線のインダクタンス成分を打ち消し、コンデンサ自身、引き出し線のインダクタンス成分の影響をなくし、コンデンサのバイパス効果を十分に発揮して、外部電源側に漏洩する電磁ノイズを低減できる。

特開２００５−３０３１９３号公報 特開２００２−３１５１０１号公報

このように、特許文献２に示された方法をプリント配線板に適用する場合には、リアクトル１５１ａおよび１５１ｂの磁気結合による負の等価インダクタンス値を、コンデンサ自身のインダクタンス成分、引き出し線やビアのインダクタンス成分の合計値と等しく設計することで、コンデンサのバイパス効果を十分に発揮させ、電源側に漏洩する電磁ノイズを低減していた。しかし、ＬＳＩやＩＣのスイッチング動作による電磁ノイズが電源パターンに漏洩しないように、コンデンサとリアクトルを用いた場合に、リアクトルから発生する磁束がコンデンサに鎖交し、コンデンサ内の寄生インダクタンスとの間に相互インダクタンスが生じる。この相互インダクタンスの影響により、リアクトル１５１ａおよび１５１ｂの磁気結合による負の等価インダクタンス値を、コンデンサ自身のインダクタンス成分と引き出し線のインダクタンス成分の合計値と等しく設計しても、コンデンサ自身、引き出し線のインダクタンス成分を打ち消すことが難しいという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、電源パターンに並列に設けられたコンデンサ内の寄生インダクタンスに、２つのリアクトルから発生する磁束が鎖交しないようにして、２つのリアクトルの磁気結合による負の等価インダクタンス値を、コンデンサ自身のインダクタンス成分、引き出し線のインダクタンス成分の合計値に合わせて打ち消したプリント基板を提供することを目的としている。

この発明に係るプリント基板は、回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層とグラウンド面が形成された導体層を含む４層以上の導体層が積層され、電源ラインを変形させて同一方向に周回させた２つのリアクトルが直列に形成され、２つのリアクトルの間から引き出された配線にコンデンサの一端が接続され、コンデンサの他端がグラウンド面に接続されたプリント基板であって、２つのリアクトルが形成された導体層とコンデンサが実装された導体層の間に、グランド面が形成された導体層が配置されたことを特徴とするものである。

この発明のプリント基板によれば、電源パターンに並列に設けられたコンデンサ内の寄生インダクタンスに、２つのリアクトルから発生する磁束が鎖交しないようにして、２つのリアクトルの磁気結合による負の等価インダクタンス値を、コンデンサ自身のインダクタンス成分、引き出し線のインダクタンス成分の合計値に合わせて打ち消したプリント基板を提供することができる。

この発明の実施の形態１に係るノイズフィルタを実装したプリント基板の各層の平面図である。 この発明の実施の形態１に係るノイズフィルタを実装したプリント基板の各層間の接続図である。 この発明の実施の形態１に係るノイズフィルタの等価回路である。 この発明の実施の形態２に係るノイズフィルタを実装したプリント基板の各層の平面図である。 この発明の実施の形態２に係るノイズフィルタを実装したプリント基板の各層間の接続図である。 貫通コンデンサの構造の一例（その１）を示す図である。 この発明の実施の形態２係わるノイズフィルタに貫通コンデンサを適用した場合の接続を示す図である。 貫通コンデンサの構造の一例（その２）を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るノイズフィルタを実装したプリント基板の各層の平面図である。 この発明の実施の形態３に係るノイズフィルタを実装したプリント基板の各層間の接続図である。 従来のノイズフィルタを実装したプリント基板の構成を示す図である。 従来のノイズフィルタのコンデンサの構成を示した図である。 従来のノイズフィルタの構成を示した図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係わるノイズフィルタについて説明する。

図１は、この発明の実施の形態１に係るノイズフィルタを実装したプリント基板の各層の平面図である。この図１では、ノイズフィルタを４層のプリント基板に実装した場合について、各層の平面図を示している。また、図２は、この発明の実施の形態１に係るノイズフィルタを実装したプリント基板の各層間の接続図である。この図２では、図１のようにノイズフィルタを４層基板に実装した場合について、接続図を示している。図１、図２を用いて、この発明の実施の形態１に係わるノイズフィルタについて説明する。

この発明の実施の形態１に係るノイズフィルタは、２つのリアクトル１０２〜１１１、コンデンサ４から構成される。プリント基板の第１層目に、ＩＣやＬＳＩなどの回路素子１、回路素子側の電源ライン１０１、回路素子側のリアクトル１０２〜１０６、電源側の電源ライン１１２、コネクタ２が配置されている。プリント基板の第２層目に、電源側のリアクトル１０７〜１１１が配置されている。プリント基板の第３層目は、グラウンド面５である。プリント基板の第４層目には、コンデンサ４が配置されている。このように、この発明の実施の形態１では、２つのリアクトル１０２〜１１１は、回路素子側のリアクトル１０２〜１０６、電源側のリアクトル１０７〜１１１が異なる導体層に配置されている。また、各層にはビア２０１〜２０５が設けられて、異なる導体層間の接続に用いられる。ここで、第１層から第４層まですべての層に対応するビアの位置を示したが、黒い点で示した層間が電気的に接続され、白い丸で示した層には電気的に接続されないものとする。

回路素子側の電源ライン１０１の一端が回路素子１の電源端子（図示せず）に接続されている。回路素子側の電源ライン１０１の他端が回路素子側のリアクトルを形成する電源ライン１０２に接続されている。電源ライン１０２〜１０６を周回させることにより、回路素子側のリアクトルが形成される。回路素子側のリアクトル１０２〜１０６の他端は、ビア２０１を介して、電源側のリアクトルを形成する電源ライン１０７に接続される。電源ライン１０７〜１１１を周回させることにより、電源側のリアクトルが形成される。電源側のリアクトル１０７〜１１１は、回路素子側のリアクトル１０２〜１０６と同一の向きに周回させ、電源側のリアクトルと回路素子側のリアクトルから発生する磁束が同一方向になるようにする。

ここで、回路素子側のリアクトル１０２〜１０６のターン数（巻き数）は、２ターン以上であってもよい。電源側のリアクトル１０７〜１１１のターン数は、回路素子側のリアクトル１０２〜１０６のターン数と同一にすることが好ましい。また、回路素子側のリアクトル１０２〜１０６と電源側のリアクトル１０７〜１１１は、基板厚さ方向にできるだけ重なるようにすることが好ましく、それぞれのリアクトルの導体によって囲まれる面積もできるだけ同じになるようにすることが好ましい。

なお、図１、図２では、リアクトルを形成する導体である電源ラインを四角形状に折り曲げて変形させてリアクトルを形成したが、四角形状に限らず、多角形状、円周状、楕円形状に変形させて形成しても構わない。

回路素子１のグラウンド端子（図示せず）は、グラウンドライン３０１、ビア２０４を介して、グラウンド面５に接続される。外部電源３のマイナス端子は、コネクタ２、グラウンドライン３０２、ビア２０５を介して、グラウンド面５に接続される。

回路素子側のリアクトルと電源側のリアクトルを接続しているビア２０１は、第４層に配置されたコンデンサ４の一端に接続される。コンデンサ４の他端は、ビア２０３を介して、第３層のグラウンド面５と接続される。コンデンサ４と、２つのリアクトル（回路素子側のリアクトル１０２〜１０６および電源側のリアクトル１０７〜１１１）の間にグラウンド面５が挿入されていれば、リアクトルを挿入している層が第１層や第２層でなく、グラウンド面が挿入されている層が第３層でなく、コンデンサの挿入されている層が第４層でなくてもよい。

次に、動作原理について説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係るノイズフィルタの等価回路である。回路素子側のリアクトル１０２〜１０６に相当するリアクトル４０１の自己インダクタンスＬ１、電源側のリアクトル１０７〜１１１に相当するリアクトル４０２の自己インダクタンスＬ２、相互インダクタンスをＭとすると、回路素子側のリアクトルの等価インダクタンスはＬ１＋Ｍ、電源側のリアクトルの等価インダクタンスはＬ２＋Ｍとなる。回路素子側のリアクトル１０２〜１０６と電源側のリアクトル１０７〜１１１の分岐点からグラウンド面５に至るバイパス回路には、−Ｍのインダクタンスを持つリアクトル４０３が等価的に表れる。よって、―Ｍとなるインダクタンス４０３には、インダクタンスがＬ３となるビア２０１の配線インダクタンス４０４、インダクタンスがＬ４となるビア２０３の配線インダクタンス４０７、コンデンサにおいて、容量がＣとなるキャパシタンス４０５とインダクタンスがＥＳＬとなる残留インダクタンス４０６が直列に接続していることになる。

このとき、２つのリアクトル（回路素子側のリアクトル１０２〜１０６および電源側のリアクトル１０７〜１１１）と、コンデンサ４の間にはグラウンド面５が配置されるため、２つのリアクトル１０２〜１１１から発生する磁束がグラウンド面５で遮蔽されて、コンデンサ４に鎖交することがなく、相互インダクタンスＭｃ（図示せず）が発生しにくくすることができる。一方、ビア２０１の配線インダクタンスＬ３、ビア２０３の配線インダクタンスＬ４は、その長さやビア径がわかれば、近似式などで計算可能となる。また、コンデンサの特性を測定すると、残留インダクタンスが算出可能である。そのため、―Ｍのインダクタンスと、ビア２０１の配線インダクタンスＬ３、ビア２０３の配線インダクタンスＬ４，コンデンサの残留インダクタンスＥＳＬのインピーダンスが打ち消すように、―Ｍの相互インダクタンスを設計すると、バイパス回路のインピーダンスはコンデンサの容量Ｃのみのインピーダンスと等価になる。つまり、バイパス経路がインダクタンス成分を含まないことになるため、周波数が高くなってもバイパス性能が低下することを防ぐことができる。

なお、相互インダクタンスＭｃは、グラウンド面などで遮蔽されない場合には、―Ｍの相互インダクタンス、ビア２０１の配線インダクタンスＬ３、ビア２０３の配線インダクタンスＬ４、コンデンサの容量Ｃ、残留インダクタンスＥＳＬに直列に接続されることになる。また、回路素子側のリアクトル１０２〜１０６と電源側のリアクトル１０７〜１１１の発生する磁束が複雑にコンデンサ４の残留インダクタンスＥＳＬに鎖交するので、Ｍｃを算出することが困難になる。よって、ここではグラウンド面で遮蔽して、相互インダクタンスＭｃを低減することで、バイパス回路のインピーダンス設計を容易にして、インダクタンス成分を低減させることができる。

ここで、磁性体（図示せず）を、回路素子側のリアクトル１０２〜１０６と電源側のリアクトル１０７〜１１１の周辺に配置することにより、―Ｍの相互インダクタンスを得るための回路素子側のリアクトル１０２〜１０６と電源側のリアクトル１０７〜１１１の大きさを小型化できる。

また、２つのリアクトル（回路素子側のリアクトル１０２〜１０６と電源側のリアクトル１０７〜１１１）とグラウンド面５の間に、磁性体を挿入することにより、２つのリアクトルの発生する磁束が磁性体を通り、グラウンド面５に鎖交しにくくなる。その結果、グラウンド面にうず電流が流れにくくなり、うず電流による反作用磁束が小さくなり、―Ｍの相互インダクタンスを得るための回路素子側のリアクトル１０２〜１０６と電源側のリアクトル１０７〜１１１の大きさを小型化できる。

磁性体としては、数ＭＨｚ以上で透磁率の高いフェライト材が適している。

なお、この実施の形態１では４層のプリント基板に実装した場合について説明したが、４層以上の導体層からなるプリント基板であれば適用できる。

このように、この実施の形態１では、回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層とグラウンド面が形成された導体層を含む４層以上の導体層が積層され、電源ラインを変形させて同一方向に周回させた２つのリアクトルが直列に形成され、２つのリアクトルの間から引き出された配線にコンデンサの一端が接続され、コンデンサの他端がグラウンド面に接続されたプリント基板であって、２つのリアクトルが形成された導体層とコンデンサが実装された導体層の間に、グランド面が形成された導体層が配置されたプリント基板について説明した。そして、回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層とグラウンド面が形成された導体層との間に少なくとも１つの中間導体層が配置され、回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層および少なくとも１つの中間導体層からなる複数の導体層のうち、２つの導体層の一方に２つのリアクトルの一方が形成され、２つの導体層の他方に２つのリアクトルの他方が形成されたものについて説明した。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、電源パターンに並列に設けられたコンデンサ内の寄生インダクタンスに、２つの導体層に１つずつ形成された２つのリアクトルから発生する磁束が鎖交しないようにコンデンサをグラウンド面で遮蔽したので、２つのリアクトルの磁気結合による負の等価インダクタンス値を、コンデンサ自身のインダクタンス成分、引き出し線のインダクタンス成分の合計値に合わせて打ち消したプリント基板を提供することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係わるノイズフィルタについて説明する。

図４は、この発明の実施の形態２に係るノイズフィルタを実装したプリント基板の各層の平面図である。この図４では、ノイズフィルタを２層のプリント基板に実装した場合について、各層の平面図を示している。また、図５は、この発明の実施の形態２に係るノイズフィルタを実装したプリント基板の各層間の接続図である。この図５では、図４のようにノイズフィルタを２層基板に実装した場合について、接続図を示している。図４、図５を用いて、この発明の実施の形態２に係わるノイズフィルタについて説明する。

この発明の実施の形態２に係るノイズフィルタは、２つのリアクトル１１０２〜１１１０、コンデンサ１４から構成される。プリント基板の第１層目は、ＩＣやＬＳＩなどの回路素子１１、回路素子側の電源ライン１１０１、回路素子側のリアクトル１１０２〜１１０５、電源側のリアクトル１１０６〜１１１０、コンデンサ１４、電源側の電源ライン１１１１、１１１２、コネクタ１２が配置されている。プリント基板の第２層目は、グラウンド面１５と、電源ライン１１１１が配置されている。このように、この発明の実施の形態１では、２つのリアクトル１０２〜１１１は、回路素子側のリアクトル１１０２〜１１０５、電源側のリアクトル１１０６〜１１１０が同一の導体層に配置されている。また、各層にはビア１２０１〜１２０５が設けられて、異なる導体層間の接続に用いられる。ここで、第１層、第２層に対応するビアの位置を示したが、黒い点で示した層間が電気的に接続され、白い丸で示した層には電気的に接続されないものとする。

回路素子側の電源ライン１１０１の一端が回路素子１１の電源端子（図示せず）に接続されている。回路素子側の電源ライン１１０１の他端が回路素子側のリアクトルを形成する電源パターン１１０２に接続されている。電源ライン１１０２〜１１０５を周回させることにより、回路素子側のリアクトルが形成される。回路素子側のリアクトル１１０２〜１１０５のターン数は、２ターン以上であってもよい。回路素子側のリアクトルを形成する電源ライン１１０５の端部は、電源側のリアクトルを形成する電源ライン１１０６〜１１１０、およびコンデンサ１４に接続される。コンデンサ１４の他端は、ビア１２０２を介してグラウンド面１５に接続される。

なお、コンデンサ１４は、回路素子側のリアクトル１１０２〜１１０５の外側に配置する。電源側のリアクトル１１０６〜１１１０は、回路素子側のリアクトル１１０２〜１１０５の内側に配置する。電源側のリアクトル１１０６〜１１１０は、回路素子側のリアクトル１１０２〜１１０５と同一の向きに周回させ、電源側のリアクトル１１０６〜１１１０と回路素子側のリアクトル１１０２〜１１０５から発生する磁束が同一方向になるようにする。

電源側のリアクトル１１０６〜１１１０のターン数は、回路素子側のリアクトル１１０２〜１１０５のターン数と同一にすることが好ましい。

なお、図４、図５では、リアクトルを形成する導体である電源ラインを四角形状に折り曲げて変形させてリアクトルを形成したが、四角形状に限らず、多角形状、円周状、楕円形状に変形させて形成しても構わない。

電源側のリアクトル１１０６〜１１１０は、ビア１２０１を介して、電源側の電源ライン１１１１に接続される。電源側の電源ライン１１１１は、ビア１２０３を介して電源側の電源ライン１１１２に接続される。電源側の電源ライン１１１２はコネクタ１２を介して、外部電源１３に接続される。

回路素子１１のグラウンド端子（図示せず）はグラウンドライン１３０１、ビア１２０４を介して、グラウンド面１５に接続される。外部電源１３のマイナス端子は、コネクタ１２、グラウンドライン１３０２、ビア１２０５を介して、グラウンド面５に接続される。

次に、動作原理について説明する。ここでは、実施の形態１と同様となる動作原理の説明は省略し、異なる点について説明する。コンデンサ１４は、２つのリアクトル１１０２〜１１０５、１１０６〜１１１０の外側に配置しているので、コンデンサをリアクトルの内側に配置するより、リアクトルから発生する磁束の影響を受けにくくなっている。つまり、２つのリアクトル１１０２〜１１０５、１１０６〜１１１０から発生する磁束が、コンデンサ１４内部の残留インダクタンスに鎖交しにくくなり、相互インダクタンスＭｃが発生しにくくなる。そのため、―Ｍのインダクタンスと、ビア１２０１の配線インダクタンス、ビア１２０２の配線インダクタンスのインピーダンスが打ち消すように、―Ｍの相互インダクタンスを設計すると、バイパス回路のインピーダンスはコンデンサの容量Ｃのみのインピーダンスと等価になる。つまり、バイパス経路がインダクタンス成分を含まないことになるため、周波数が高くなってもバイパス性能が低下することを防ぐことができる。

なお、相互インダクタンスＭｃは、磁束の影響を受ける場合には、―Ｍの相互インダクタンス、ビア１２０１の配線インダクタンス、ビア１２０２の配線インダクタンス、コンデンサの容量Ｃ、残留インダクタンスＥＳＬに直列に接続されることになる。ビア１２０１の配線インダクタンスと、ビア１２０２の配線インダクタンスは、ビアの長さと直径などの形状でほぼ決まるので、近似式などで算出することが可能である。一方、回路素子側のリアクトル１１０２〜１１０５と電源側のリアクトル１１０６〜１１１０の発生する磁束がコンデンサ１４の残留インダクタンスＥＳＬに複雑に鎖交するので、非常にＭｃを算出することが困難になる。よって、ここでは磁束の影響を受けないようにして、相互インダクタンスＭｃを低減しているので、バイパス回路のインダクタンス成分を低減するのに有効である。

ここで、磁性体（図示せず）を、回路素子側のリアクトル１１０２〜１１０５と電源側のリアクトル１１０６〜１１１０の周辺に配置することにより、―Ｍの相互インダクタンスを得るための回路素子側のリアクトル１１０２〜１１０５と電源側のリアクトル１１０６〜１１１０の大きさを小型化できる。

磁性体としては、数ＭＨｚ以上で透磁率の高いフェライト材が適している。

なお、この実施の形態２では２層のプリント基板に実装した場合について説明したが、２層以上の導体層からなるプリント基板であれば適用できる。

図５において、電源側の電源ライン１１１１があると、グラウンド面１５に空間スリットが生じてしまう。そこで、ビア１２０１、電源側の電源ライン１１１１、ビア１２０３を用いずに、電源側のリアクトル１１１０から、０Ω抵抗を用いて、直接電源側の電源ライン１１１２に接続しても構わない。なお、０Ω抵抗は回路素子側のリアクトル１１０５、電源側のリアクトル１１０９に電気的に接触せずに、またぐように配置されなければいけない。

このように、この実施の形態２では、回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層とグラウンド面が形成された導体層を含む２層以上の導体層が積層され、電源ラインを変形させて同一方向に周回させた２つのリアクトルが直列に形成され、２つのリアクトルの間から引き出された配線にコンデンサの一端が接続され、コンデンサの他端がグラウンド面に接続されたプリント基板であって、２つのリアクトルの外側にコンデンサが配置されたプリント基板について説明した。そして、２つのリアクトルの一方の断面積を小さくして、プリント基板の同一面に２つのリアクトルを形成したものについて説明した。

ここで、この発明の実施の形態２に係わるノイズフィルタのコンデンサに貫通コンデンサを用いた変形例について説明する。図６は、貫通コンデンサの構造の一例（その１）を示す図である。この貫通コンデンサ３０００は、グラウンド電極３００２が両側面の中央にそれぞれ１つあり、電源電極３００１がコンデンサの両端にあるコンデンサである。

図７は、この発明の実施の形態２に係わるノイズフィルタに貫通コンデンサを適用した場合の接続を示す図である。図５で実装していたコンデンサ１４の代わりに、図７では、電源側のリアクトル１１０６のラインを２つに分断して、ギャップをあけて、そのギャップに貫通コンデンサ３０００を挿入し、貫通コンデンサ３０００の両端の電源電極３００１を、分断した電源側のリアクトル１１０６の両端に接続する。さらに、貫通コンデンサのグラウンド電極３００２から配線を引き出してとビア１２０６、１２０７を介してグラウンド面１５に接続する。

このような貫通コンデンサ３０００は、コンデンサ自身の残留インダクタンスが小さいので、―Ｍの相互インダクタンスが小さくて済み、その結果、２つのリアクトル１１０２〜１１０５、１１０６〜１１１０を小さくできる。また、貫通コンデンサ３０００はリアクトル上に形成されるので、プリント基板上にコンデンサの設置スペースを特別に設ける必要がなく、本発明のノイズフィルタを小型化できて、プリント基板上に他配線や他部品の設置スペースを広くすることが可能になる。

ここで、２つのリアクトル１１０２〜１１０５、１１０６〜１１１０を小さくしても、−Ｍの相互インダクタンスが、ビア１２０６の配線インダクタンス、ビア１２０７の配線インダクタンスおよび残留インダクタンスＥＳＬのインダクタンス合計値より、大きくなってしまう場合がある。このような場合には、図６に示した両側面のグラウンド電極をＧＮＤ面に接続する構造の貫通コンデンサでは対応しきれないことになる。図８は、貫通コンデンサの構造の一例（その２）を示す図である。この貫通コンデンサ３０００は、グラウンド電極３００２が一方の側面の中央に１つあり、電源電極３００１がコンデンサの両端にあるコンデンサである。図８に示した構造の貫通コンデンサ３０００を適用し、ビア１２０６、またはビア１２０７のいずれか一方をＧＮＤ面に接続してビアの配線インダクタンスが大きくすることで、ビアの配線インダクタンスおよび残留インダクタンスＥＳＬのインダクタンス合計値よりも、−Ｍの相互インダクタンスを小さくするようにしてもよい。なお、図６に示したグラウンド電極が両側面にある貫通コンデンサの一方の側面のグラウンド電極３００２をＧＮＤ面に接続し、他方を開放にして実装しても構わない。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、電源パターンに並列に設けられたコンデンサ内の寄生インダクタンスに、同一の導体層に形成された２つのリアクトルから発生する磁束が鎖交しないように２つのリアクトルの外部にコンデンサを配置したので、２つのリアクトルの磁気結合による負の等価インダクタンス値を、コンデンサ自身のインダクタンス成分、引き出し線のインダクタンス成分の合計値に合わせて打ち消したプリント基板を提供することができる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係わるノイズフィルタについて説明する。

図９は、この発明の実施の形態３に係るノイズフィルタを実装したプリント基板の各層の平面図である。この図９では、ノイズフィルタを４層のプリント基板に実装した場合について、各層の平面図を示している。また、図１０は、この発明の実施の形態３に係るノイズフィルタを実装したプリント基板の各層間の接続図である。この図１０では、図９のようにノイズフィルタを４層基板に実装した場合について、接続図を示している。図９、図１０を用いて、この発明の実施の形態３に係わるノイズフィルタについて説明する。

この発明の実施の形態３に係るノイズフィルタは、２つのリアクトル２１０２〜２１０５、コンデンサ２４から構成される。プリント基板の第１層目に、ＩＣやＬＳＩなどの回路素子２１、回路素子側の電源ライン２１０１、回路素子側のリアクトルを形成する電源ラインの一部２１０２、回路素子側のリアクトルと電源側のリアクトルを接続する電源ライン２１０４、電源側のリアクトルを形成する電源ラインの一部２１０７、コネクタ２２が実装されている。プリント基板の第２層目には、回路素子側の電源ライン２１０３、電源側の電源ライン２１０６が実装されている。プリント基板の第３層目はグラウンド面２５である。プリント基板の第４層目はコンデンサ２４が実装されている。このように、この発明の実施の形態３では、２つのリアクトル２１０２〜２１０５は、回路素子側のリアクトル２１０２〜２１０３、電源側のリアクトル２１０４〜２１０５が異なる導体層である第１層と第２層にわたってそれぞれ配置されている。また、各層にはビア２２０１〜２０８が設けられて、異なる導体層間の接続に用いられる。ここで、第１層から第４層まですべての層に対応するビアの位置を示したが、黒い点で示した層間が電気的に接続され、白い丸で示した層には電気的に接続されないものとする。

回路素子側の電源ライン２１０１の一端が回路素子２１の電源端子（図示せず）に接続されている。回路素子側の電源ライン２１０１の他端が、回路素子側のリアクトルを形成するビア２２０１に接続されている。回路素子側のリアクトルは、ビア２２０１、２２０２、電源ライン２１０２、２１０３で形成されている。回路素子側のリアクトルは、電源ライン２１０４に接続されている。電源ライン２１０４は、電源側のリアクトルを形成するビア２２０４に接続されている。電源側のビア２２０４、２２０５、電源ライン２１０５、２１０６で形成されている。電源側のリアクトルは、電源側の電源ライン２１０７に接続されている。電源側の電源ライン２１０７は、コネクタ２２を介して、外部電源２３に接続される。また、電源側のリアクトルは、回路素子側のリアクトルと同一の向きに周回させる。

回路素子側のリアクトルと電源側のリアクトルのターン数は、それぞれ１ターンの例を示したが、２ターン以上でも良い。また、電源側のリアクトルを形成する電源ラインで囲まれる面積と、回路素子側のリアクトルを形成する電源ラインで囲まれる面積は同一にして、それぞれの磁束の発生量を同じにすることが望ましい。

回路素子２１のグラウンド端子（図示せず）は、グラウンドライン２３０１、ビア２２０６を介して、グラウンド面２５に接続される。外部電源２３のマイナス端子は、コネクタ２２、グラウンドライン２３０２、ビア２２０５を介して、グラウンド面２５に接続される。

次に、動作原理について説明する。図９、図１０に示したように、回路素子側のリアクトルと電源側のリアクトルをプリント回路基板の第１層目と第２層目に形成すると、それぞれのリアクトルから発生する磁束の大部分は、プリント回路基板の第１層目と第２層目に流れる。よって、プリント基板の第４層に配置したコンデンサ２４には、磁束が鎖交しにくくなる。また、回路素子側のリアクトルと電源側のリアクトルから発生する磁束をプリント基板の第３層に配置したグラウンド面２５で遮蔽可能である。つまり、２つのリアクトルから発生する磁束が、コンデンサ２４内部の残留インダクタンスに鎖交しにくくなり、相互インダクタンスＭｃが発生しにくくなる。そのため、―Ｍのインダクタンスと、ビア２２０３の配線インダクタンス、ビア２２０８の配線インダクタンスのインピーダンスが打ち消すように、―Ｍの相互インダクタンスを設計すると、バイパス回路のインピーダンスはコンデンサの容量Ｃのみのインピーダンスとに近くなる。また、２つのリアクトル（回路素子側のリアクトルと電源側のリアクトル）とコンデンサ２４の間にはグラウンド面２５があり、グラウンド面２５においても発生磁束を遮蔽できる。

なお、相互インダクタンスＭｃは、グラウンド面などで遮蔽されない場合には、―Ｍの相互インダクタンス、ビア２２０３の配線インダクタンス、ビア２２０８の配線インダクタンス、コンデンサの容量Ｃ、残留インダクタンスＥＳＬに直列に接続されることになる。また、回路素子側のリアクトルと電源側のリアクトルの発生する磁束がコンデンサ２４の残留インダクタンスＥＳＬに複雑に鎖交するので、Ｍｃを算出することが困難になる。よって、ここではグラウンド面で遮蔽して、相互インダクタンスＭｃを低減しているので、バイパス回路のインダクタンス成分を低減するのに有効である。

ここで、磁性体（図示せず）を、回路素子側のリアクトル１０２〜１０６と電源側のリアクトル１０７〜１１１の周辺に配置することにより、―Ｍの相互インダクタンスを得るための回路素子側のリアクトル２１０２〜２１０３と電源側のリアクトル２１０４〜２１０５の大きさを小型化できる。

また、２つのリアクトル（回路素子側のリアクトル２１０２〜２１０３と電源側のリアクトル２１０４〜２１０５）とグラウンド面５の間に、磁性体を挿入することにより、２つのリアクトルの発生する磁束が磁性体を通り、グラウンド面５に鎖交しにくくなり、その結果、グラウンド面にうず電流が流れにくくなり、うず電流による反作用磁束が小さくなり、―Ｍの相互インダクタンスを得るための回路素子側のリアクトル２１０２〜２１０３と電源側のリアクトル２１０４〜２１０５の大きさを小型化できる。

磁性体としては、数ＭＨｚ以上で透磁率の高いフェライト材が適している。

なお、この実施の形態３では４層のプリント基板に実装した場合について説明したが、４層以上の導体層からなるプリント基板であれば適用できる。

なお、この発明の実施の形態３では、回路素子側のリアクトル、電源側のリアクトルを異なる導体層である第１層と第２層にわたってそれぞれ配置したが、回路素子の電源端子と接続された電源ラインを配置した導体層とグラウンド面を配した導体層の間に２層以上の導体層があれば、例えば２つのリアクトルを第２層と第３層にわたってそれぞれ配置してもよく、また例えば一方のリアクトルは第１層と第２層、他方のリアクトルは第１層と第３層にわたって配置してもよい。さらに、例えば一方のリアクトルは第１層と第３層、他方のリアクトルは第２層と第４層にわたって配置、また例えば一方のリアクトルは第１層と第２層、他方のリアクトルは第３層と第４層にわたって配置してもよい。

このように、この実施の形態３では、回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層とグラウンド面が形成された導体層を含む４層以上の導体層が積層され、電源ラインを変形させて同一方向に周回させた２つのリアクトルが直列に形成され、２つのリアクトルの間から引き出された配線にコンデンサの一端が接続され、コンデンサの他端がグラウンド面に接続されたプリント基板であって、２つのリアクトルが形成された導体層とコンデンサが実装された導体層の間に、グランド面が形成された導体層が配置されたプリント基板について説明した。そして、回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層とグラウンド面が形成された導体層との間に少なくとも１つの中間導体層が配置され、回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層および少なくとも１つの中間導体層からなる複数の導体層のうち、２つの導体層にわたって２つのリアクトルがそれぞれ形成されたものについて説明した。

以上のように、この発明の実施の形態３によれば、電源パターンに並列に設けられたコンデンサ内の寄生インダクタンスに、２つの導体層にわたって形成された２つのリアクトルから発生する磁束が鎖交しないようにコンデンサを２つのリアクトルの外部に配置するとともにグラウンド面で遮蔽したので、２つのリアクトルの磁気結合による負の等価インダクタンス値を、コンデンサ自身のインダクタンス成分、引き出し線のインダクタンス成分の合計値に合わせて打ち消したプリント基板を提供することができる。

なお、この発明の実施の形態３では、４層以上のプリント基板に実装した場合について説明したが、磁束の方向が基板の層方向と垂直になって、コンデンサに鎖交しにくくなるため、第３層のＧＮＤ面と第４層のコンデンサ実装面を設けずに２層基板として、ＧＮＤ面をライン化して、コンデンサとともに第２層に配置することも可能である。

以上、この発明のプリント基板によれば、電源パターンに並列に設けられたコンデンサ内の寄生インダクタンスに、２つのリアクトルから発生する磁束が鎖交しないようにコンデンサを配置して、２つのリアクトルの磁気結合による負の等価インダクタンス値を、コンデンサ自身のインダクタンス成分、引き出し線のインダクタンス成分の合計値に合わせて打ち消したプリント基板を提供することができるという効果を奏する。

なお、ノイズフィルタに貫通コンデンサを適用した例について、この発明の実施の形態２において説明したが、実施の形態１および実施の形態３においても同様に貫通コンデンサを適用することができる。また、貫通コンデンサのグラウンド端子が２つある図６およびグラウンド端子が１つしかない図８の構成のいずれも適用することが可能である。

１ 回路素子、２ コネクタ、３ 外部電源、４ コンデンサ、５ グラウンド面、１１ 回路素子、１２ コネクタ、１３ 外部電源、１４ コンデンサ、１５ グラウンド面、２１ 回路素子、２２ コネクタ、２３ 外部電源、２４ コンデンサ、２５ グラウンド面、１０１ 回路素子側の電源ライン、１０２〜１０６ 回路素子側のリアクトルを形成する電源ライン、１０７〜１１１ 電源側のリアクトルを形成する電源ライン、１１２ 電源側の電源ライン、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５ ビア、３０１、３０２ グラウンドライン、１１０１ 回路素子側の電源ライン、１１０２〜１１０６ 回路素子側のリアクトルを形成する電源ライン、１１０７〜１１１０ 電源側のリアクトルを形成する電源ライン、１１１１〜１１１２ 電源側の電源ライン、１２０１、１２０２、１２０３、１２０４、１２０５ ビア、１３０１、１３０２ グラウンドライン、２１０１ 回路素子側の電源ライン、２１０２〜２１０３ 回路素子側のリアクトルを形成する電源ライン、２１０４ 回路側のリアクトルと電源側のリアクトルを接続する電源ライン、２１０５〜２１０６ 電源側のリアクトルを形成する電源ライン、２１０７ 電源側の電源ライン、２２０１、２２０２、２２０３、２２０４、２２０５、２２０６、２２０７、２２０８ ビア、２３０１、２３０２ グラウンドライン。

Claims (10)

1. 回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層とグラウンド面が形成された導体層を含む４層以上の導体層が積層され、前記電源ラインを変形させて同一方向に周回させた２つのリアクトルが直列に形成され、前記２つのリアクトルの間から引き出された配線にコンデンサの一端が接続され、前記コンデンサの他端が前記グラウンド面に接続されたプリント基板であって、前記２つのリアクトルが形成された導体層と前記コンデンサが実装された導体層の間に、前記グランド面が形成された導体層が配置されたことを特徴とするプリント基板。
2. 前記回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層と前記グラウンド面が形成された導体層との間に少なくとも１つの中間導体層が配置され、
   前記回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層および前記少なくとも１つの中間導体層からなる複数の導体層のうち、２つの導体層の一方に前記２つのリアクトルの一方が形成され、前記２つの導体層の他方に前記２つのリアクトルの他方が形成されたことを特徴とする請求項１記載のプリント基板。
3. 前記回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層と前記グラウンド面が形成された導体層との間に少なくとも１つの中間導体層が配置され、
   前記回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層および前記少なくとも１つの中間導体層からなる複数の導体層のうち、２つの導体層にわたって前記２つのリアクトルがそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項１記載のプリント基板。
4. 前記中間導体層が２つ以上配置され、
   前記回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層および前記２つ以上の中間導体層からなる複数の導体層のうち、２つの導体層にわたって形成される前記２つのリアクトルが少なくとも１つの異なる導体層上に形成されたことを特徴とする請求項３記載のプリント基板。
5. 回路素子の電源端子に接続された電源ラインが配置された導体層とグラウンド面が形成された導体層を含む２層以上の導体層が積層され、前記電源ラインを変形させて同一方向に周回させた２つのリアクトルが直列に形成され、前記２つのリアクトルの間から引き出された配線にコンデンサの一端が接続され、前記コンデンサの他端が前記グラウンド面に接続されたプリント基板であって、前記２つのリアクトルの外側にコンデンサが配置されたことを特徴とするプリント基板。
6. 前記２つのリアクトルの一方の断面積を小さくして、前記プリント基板の同一面に前記２つのリアクトルが形成されたことを特徴とする請求項５記載のプリント基板。
7. 前記２つのリアクトルの間に貫通コンデンサが配置され、前記貫通コンデンサの両端の電源電極に前記２つのリアクトルのうち１つずつが接続され、前記貫通コンデンサのグラウンド電極から引き出された配線が前記グラウンド面に接続されたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のプリント基板。
8. 前記２つのリアクトルが周回している周辺に磁性体が配置され、前記２つのリアクトルから発生する磁束を前記磁性体に鎖交させたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のプリント基板。
9. 前記２つのリアクトルと前記グラウンド面の間に磁性体が配置されたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のプリント基板。
10. 前記磁性体がフェライトであることを特徴とする請求項８または請求項９記載のプリント基板。

Images