JP2018074008A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板の回路パターンを利用したバイパスコンデンサを備える電子装置において、回路パターンなどの配置の自由度を制限することなく、不要輻射ノイズの発生を抑制する。【解決手段】導電パターンが形成された絶縁体２０６、２１６、２２６で構成される回路基板１０５と、２つの導電性支持体（カバー２０１ａ、ベース２０１ｂ）で構成される筐体１０１と、を備えた電子装置１００において、回路基板は、絶縁体の一方の面に形成されたグランドパターン２０７、２０９と、絶縁体の他方の面に形成された電源パターン２２０とによって、絶縁体を厚さ方向に挟むようにして構成されるバイパスコンデンサを有する。２つの導電性支持体の少なくともその一方は、バイパスコンデンサが構成された位置に対応するグランドパターンの表面と当接するように配されて、当接する位置において回路基板をその厚さ方向に挟持して筐体内に回路基板を固定する。【選択図】図２

Description

本発明は、電子装置に関するものであり、特に、回路パターンを利用して形成されるバイパスコンデンサを実装した回路基板を備える電子装置に関する。

一般に、回路基板に実装された電子回路では、例えば電源ラインに重畳したノイズを除去すべく、該電源ラインとグランドラインとの間にバイパスコンデンサが挿入される。これにより、電源ラインに重畳したノイズは、高周波インピーダンスの低い該バイパスコンデンサを介してグランドラインへと逃がされ、該電源ラインから除去される。

このような目的で使用されるバイパスコンデンサとしては、例えば、回路基板の回路パターンを構成する２つの導電パターンにより、該回路基板を構成する絶縁体層を厚さ方向から挟み込むことにより構成されたコンデンサを利用する手法が公知である（例えば、特許文献１）。このような手法によれば、所望の位置に導電パターンを配置することによりバイパスコンデンサが形成でき、個別部品としてのコンデンサの実装が不要となるため、回路基板において使用される部品点数が削減できるというメリットがある。

しかしながら、このようなバイパスコンデンサを利用する場合には、以下のような問題が生じ得る。バイパスコンデンサを構成する２つの導電パターンの各々は、回路基板を構成する絶縁体層の厚さ方向において各々重なるように配置されることが必須となるため、場合によっては、回路基板上の当該重なる位置にまで各導電パターンを引き回して配置する必要が生じる。このため、導電パターンの引き回しの態様によっては、例えば、導電パターンから放出される輻射ノイズが増大し、近隣の信号線などに該輻射ノイズを重畳させるおそれがある。また、該導電パターンの一方が、例えば電源パターンのような場合、当該引き回しによってその配線長が増加すると、配線抵抗が増加し、電力損失や発熱量が増大するといった問題も生じ得る。

このような問題を避けるためには、例えばバイパスコンデンサを構成する２つの導電パターンの少なくとも一方を、いわゆるベタパターン（大面積の平面パターン）とする方法が考えられる。このような手法によれば、導電パターンが低インピーダンス化し、輻射ノイズの発生が抑制できるが、一定の効果を得るためには、回路基板内に大面積のベタパターンの領域を確保する必要がある。このため、回路基板を構成する回路パターンうち、当該ベタパターンが占める面積比率が高くなり、他の回路パターンや電気部品の配置の自由度が部分的に制限されることとなる。

特開平７−１４２８７１号公報

このような背景から、回路基板の回路パターンを利用したバイパスコンデンサを備える電子装置において、回路パターンや電気部品の配置の自由度が制限されることなく、該回路パターンからの不要輻射ノイズの発生が抑制できる電子装置の実現が望まれている。

本発明の一の態様は、導電パターンが形成された絶縁体で構成される回路基板と、２つの導電性支持体で構成される筐体と、を備えた電子装置である。前記回路基板は、前記絶縁体の一方の面に形成されたグランドパターンと、前記絶縁体の他方の面に形成された導電パターンとによって、該絶縁体を厚さ方向に挟むようにして構成されるバイパスコンデンサを有し、前記２つの導電性支持体の少なくともその一方は、前記バイパスコンデンサが形成された位置に対応する前記グランドパターンの表面と当接するように配されて、該当接する位置において前記回路基板をその厚さ方向に挟持して該筐体内に前記回路基板を固定する。
本発明の他の態様によると、前記バイパスコンデンサを構成する前記導電パターンは、電源の電源電位に電気的に接続される配線パターンの一部である。
本発明の他の態様によると、前記配線パターンは、前記電源の電力を供給する電力供給パターンと、前記バイパスコンデンサを構成する前記導電パターンとが、所定の位置で接続されて構成される。
本発明の他の態様によると、前記バイパスコンデンサを構成する前記導電パターンは、前記電源の電力を供給しない。
本発明の他の態様によると、前記回路基板は、複数の導電パターンが形成された絶縁体層を複数積層した多層基板であり、前記バイパスコンデンサを構成する前記絶縁体は、少なくとも１層の前記絶縁体層で構成される。
本発明の他の態様によると、前記回路基板は、前記バイパスコンデンサを構成する前記絶縁体層とは異なる他の絶縁体層に形成された他のグランドパターンを備え、前記バイパスコンデンサを構成する前記導電パターンと、前記他のグランドパターンとによって、該他の絶縁体層を厚さ方向に挟むようにして構成される他のバイパスコンデンサを更に有する。

本発明の実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電子装置に搭載された回路基板の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子装置１００の構成を示す図である。本実施形態に係る電子装置１００は、例えば車両に搭載される電子制御装置（ＥＣＵ、Electronic Control Unit）であるが、本発明の電子装置の構成は、これに限らず、広く一般の電子装置に適用することができる。

図１は、電子装置１００の上面図である。本電子装置１００は、筐体１０１と、当該筐体１０１内に収容された回路基板１０５（図示点線）と、回路基板１０５に搭載されたコネクタ１０２と、を有する。

図２は、図１に示す本電子装置１００のＳ−Ｓ断面矢視図である。筐体１０１は、カバー２０１ａとベース２０１ｂとの２つの支持体から構成されており、カバー２０１ａとベース２０１ｂとは、４つのネジ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄにより互いに固定されて内部空洞を形成し、当該内部空洞に回路基板１０５を収容する。なお、本実施形態では、前記筐体１０１を構成するカバー２０１ａ及びベース２０１ｂは、例えば金属等の導電性材料（例えば、アルミニウム）により構成される。

次に、筐体１０１内に収容される上記回路基板１０５の構成について説明する。該回路基板１０５は、矩形状の平板であり、例えば、所定の誘電率を有する絶縁体層２０６、２１６、２２６が積層された多層基板（例えば多層プリント配線基板）で構成される。ここで、図２における絶縁体層２０６の図示上面を回路基板１０５のオモテ面、絶縁体層２２６の図示下面を回路基板１０５のウラ面と称する。回路基板１０５のオモテ面及びまたはウラ面には、電子回路を構成する電気部品（不図示）が搭載されており、当該電子回路は、回路基板１０５に搭載されたコネクタ１０２を介して外部装置（例えば、外部の電源装置など）と電気的に接続されて、電源などからの電力供給や他装置（不図示）との間の情報伝送が行われる。

図２において、回路基板１０５のオモテ面及びウラ面、すなわち、絶縁体層２０６の図示上面及び絶縁体層２２６の図示下面には、回路基板１０５の図示右側端部及び左側端部に沿うように形成されたグランドパターン２０７、２０８、２０９、２１０が形成されている。グランドパターン２０７、２０８、２０９、２１０の各々は、回路基板１０５に実装された電子回路のグランドを構成する。さらに、回路基板１０５は、絶縁体層２０６と絶縁体層２１６との間に、当該電子回路に電力を供給する電源の電源電位に接続される電源パターン２２０を有している。

なお、本実施形態では、グランドパターン２０７、２０８、２０９、２１０、及び、電源パターン２２０は、金属膜（例えば、アルミニウム膜など）などを加工することによって形成される導電パターンにより構成される。また、回路基板１０５を構成する各絶縁体層２０６、２１６、２２６のオモテ面、ウラ面、及び、各絶縁体層の層間には、グランドパターン２０７、２０８、２０９、２１０及び前記電源パターン２２０以外にも種々の導電パターンなども形成され得るが、図を簡略化して理解を容易にするため、図２においてはこれらの図示を省略している。

回路基板１０５は、そのオモテ面及びウラ面に形成されたグランドパターン２０７、２０８、２０９、２１０の各々がカバー２０１ａ及びベース２０１ｂの各々の内面の一部と各々当接するようにして、筐体１０１内に収容される（図２）。さらに、カバー２０１ａとベース２０１ｂとを固定する上記ネジ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ（図１）が各々締結されることにより、当該カバー２０１ａとベース２０１ｂとが、オモテ面側及びウラ面側における当該グランドパターン２０７、２０８、２０９、２１０との当接領域において該回路基板１０５を厚さ方向（図２の図示上下方向）に加圧して挟持し、筐体１０１の内部に回路基板１０５が固定される。これにより、回路基板１０５上に構成された電子回路のグランドラインである上記グランドパターン２０７、２０８、２０９、２１０の各々が、筐体１０１と電気的に接続されると共に、当該筐体１０１を介して、例えば電子装置１００外部に設けられた電源のグランドに接続されることとなる。

ここで、図２に示すように、本実施形態の電子装置１００では、電源パターン２２０の一部と、上記グランドパターン２０７、２０９の一部とが、回路基板１０５の厚さ方向（図示上下方向）においてオーバーラップするように配置されている。これにより、回路基板１０５の図示左側の外周部近傍には、オモテ面側のグランドパターン２０７と電源パターン２２０とにより、絶縁体層２０６を挟んで構成される第１のバイパスコンデンサと、ウラ面側のグランドパターン２０９と電源パターン２２０とにより、絶縁体層２１６、２２６を挟んで構成される第２のバイパスコンデンサが形成されることとなる。この結果、電源パターン２２０に重畳した、例えば電源ノイズは、２つ前記バイパスコンデンサを介して、グランドパターン２０７、２０９の各々に逃がされることとなる。

さらに、本実施形態の電子装置１００では、特に、当該第１のコンデンサ及び第２のコンデンサが形成されている位置におけるグランドパターン２０７、２０９の各々の表面において、筐体１０１を構成する導電性の支持体（カバー２０１ａ及びベース２０１ｂ）と当接して挟持されている。このため、グランドパターン２０７、２０９の各々に逃がされた上記電源ノイズは、金属等の導電性材料（例えば、アルミニウム）で構成された低インピーダンスの筐体１０１（カバー２０１ａ及びベース２０１ｂ）に即座に逃がされることなる。

このように、本実施形態の電子装置１００では、グランドパターン２０７、２０９に逃がされた上記電源ノイズは、該グランドパターン２０７、２０９の長さ方向（すなわち、回路基板１０５の外周方向）に移動することがなく、グランドパターン２０７、２０９を構成する導電パターンの厚み方向への移動のみで低インピーダンスの筐体１０１に即座に逃がされることとなるため、前記グランドパターン２０７、２０９が、信号線などの他の配線を構成する導電パターンにノイズを放出するノイズ源となる恐れがない。

次に、上記第１、２のバイパスコンデンサにおいて、グランドパターン２０７、２０９と対向する導電パターンとなる電源パターン２２０の構成について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る電子装置１００に搭載される回路基板１０５を示す斜視図である。なお、図３においては、図を簡易化して理解を容易にするため、回路基板１０５を構成する絶縁体層２０６と絶縁体層２１６の間に形成された電源パターン２２０のみを示し、回路基板１０５の電子回路を構成する他の導電パターンについては、図示を省略している。また、導電パターン３１０と導電パターン２２０との異なる導電体層間を接続するビアを一点鎖線により模式的に示している。

絶縁体層２１６に形成された電源パターン２２０は、絶縁体層２０６のオモテ面に形成された導電パターン３１０と、絶縁体層２０６に形成されたビアを通じて接続されており、当該導電パターン３１０を介して電源からの電力が供給される。なお、導電パターン３１０は、電子装置１００の外部の電源などとプラグ１０２を介して接続されて、該回路基板１０５に電力を供給する電源ラインの一部を構成している。

電源パターン２２０は、絶縁体層２１６、２２６に実装された電源回路（不図示）などへの電力の供給を担う電力供給パターン３２０ａと、前記第１、２のバイパスコンデンサの一方の電極を構成する導電パターン３２０ｂとで構成されている。当該電力供給パターン３２０ａと導電パターン３２０ｂとは、接続部３２０ｃにおいて接続されて当該導電パターン２２０を構成している。なお、本実施形態では、前記電力供給パターン３２０ａ及び導電パターン３２０ｂは、１つの連続した導電パターンとして形成されたものを使用したが、これに限らず、各々別工程で形成した導電パターンを利用することもできる。

ここで、導電パターン３２０ｂは、その一端が接続部３２０ｃにおいて上記電力供給パターン３２０ａと接続されているものの、その他端は、何れの導電パターンとも接続されておらず、上記グランドパターン２０７、２０９の一部と絶縁体層２０６、２１６、２２６を介して対向する位置に配されている。このため、導電パターン３２０ｂは、外部の電源の電位とは略同電位ではあるが、該電源の電力を供給する構成とはなっていない。

このような構成で電源パターン２２０が形成されることにより、電源から供給される電流の経路となる電力供給パターン３２０ａは引き回すことなしに、当該電力供給パターン３２０ａから分岐させた前記導電パターン３２０ｂのみを、上記第１、２のバイパスコンデンサの一方の電極を構成する導電パターンとすることにより、該電源パターン２２０からの不要輻射ノイズの放出を最小限に抑制することができ、また、電源パターン２２０における電力損失も効果的に低減することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る電子装置１００は、導電パターンが形成された絶縁体で構成される回路基板１０５と、２つの導電性支持体２０１ａ、２０１ｂで構成される筐体１０１と、を備えた電子装置であって、前記回路基板１０５は、前記絶縁体２０６、２２６の一方の面に形成されたグランドパターン２０７、２０９と、前記絶縁体の他方の面に形成された導電パターン２２０とによって、該絶縁体を厚さ方向に挟むようにして構成されるバイパスコンデンサを有し、前記２つの導電性支持体２０１ａ、２０１ｂの少なくともその一方は、前記バイパスコンデンサが構成された位置に対応する前記グランドパターンの表面と当接するように配されて、該当接する位置において前記回路基板をその厚さ方向に挟持して該筐体内に前記回路基板を固定する。これにより、導電パターン２２０からグランドパターン２０７、２０９に逃がされたノイズは、グランドパターン２０７、２０９の長さ方向（すなわち、回路基板１０５の外周方向）に移動することなく、２つの該導電性支持体（２０１ａ、２０１ｂ）に瞬時に逃がされて、回路基板１０５の外部に除去されるため、他の導電パターンへのノイズの放出を確実に防止することができる。

なお、本実施形態では、電源パターン２２０に重畳した電源ノイズを除去するようにバイパスコンデンサを構成したが、これに限らず、例えば、信号線を構成する導電パターンに重畳したノイズを除去する場合についても同様に本発明を適用することができる。この場合、例えば、当該信号線を構成する導電パターンと、上記グランドパターン２０７、２０９とで絶縁体層２０６、２１６、２２６を挟むことによって、バイパスコンデンサを形成することができる。

また、本実施形態では、バイパスコンデンサを構成する導電パターンのうち、グランドパターン２０７、２０９に対向する導電パターンを、１つの導電パターン（電源パターン２２０の導電パターン３２０ｂ）のみで構成したが、これに限らず、複数の導電パターンを用いて、複数のバイパスコンデンサを構成することができる。なお、複数の導電パターンを用いる場合には、当該複数の導電パターンを絶縁体層２１６に配置して、各々の導電パターンが、電源パターン２２０の上記接続部３２０ｃから分岐するように構成することができる。

また、上記のように、回路基板１０５に複数のバイパスコンデンサを形成した場合には、例えば、上記複数の導電パターンの各々の幅などに応じて、複数のバイパスコンデンサの各々の静電容量を調節することができる。そして、複数の周波数成分を含むノイズが、例えば電源パターン２２０などに重畳しているような場合には、該周波数成分の各々に対応して所望のインピーダンスが得られるように各バイパスコンデンサの静電容量を調節すれば、当該静電容量に対応した異なる周波数成分のノイズをグランドパターン２０７、２０９に確実に逃がすことができる。

また、バイパスコンデンサの静電容量の調節する場合には、導電パターンの幅を調節することに限らず、例えば、当該バイパスコンデンサを構成する絶縁体層の層数や誘電率を所望の層数及び誘電率とすることで、バイパスコンデンサの静電容量を調節することもできる。

さらに、本実施形態では、回路基板１０５のオモテ面側及びウラ面側の各々に、グランドパターン２０７、２０９を設けたが、これに限らず、例えば、回路基板１０５のオモテ面側またはウラ面側の該回路基板１０５の周辺の何れか一箇所に当該グランドパターンが形成されていれば、上述したようなバイパスコンデンサを構成することができる。

また、本実施形態では、回路基板１０５として多層基板を用いるものとしたが、これに限らず、例えば、単層のプリント基板を用いるものとし、当該単層のプリント基板のオモテ面、ウラ面、及びまたは、該プリント基板の内部に、上述したようなグランドパターン及び導電パターンを形成し、バイパスコンデンサを構成してもよい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。

１００・・・電子装置、１０１・・・筐体、２０１ａ・・・カバー、２０１ｂ・・・ベース、１０２・・・コネクタ、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ・・・ネジ、１０５・・・回路基板、２０７、２０８、２０９、２１０・・・グランドパターン、２２０・・・電源パターン、２０６、２１６、２２６・・・絶縁体層、３２０ａ・・・電力供給パターン、３２０ｂ・・・導電パターン、３２０ｃ・・・接続部。

Claims (6)

1. 導電パターンが形成された絶縁体で構成される回路基板と、２つの導電性支持体で構成される筐体と、を備えた電子装置であって、
   前記回路基板は、前記絶縁体の一方の面に形成されたグランドパターンと、前記絶縁体の他方の面に形成された導電パターンとによって、該絶縁体を厚さ方向に挟むようにして構成されるバイパスコンデンサを有し、
   前記２つの導電性支持体の少なくともその一方は、前記バイパスコンデンサが形成された位置に対応する前記グランドパターンの表面と当接するように配されて、該当接する位置において前記回路基板をその厚さ方向に挟持して該筐体内に前記回路基板を固定する、
   電子装置。
2. 請求項１に記載された電子装置において、
   前記バイパスコンデンサを構成する前記導電パターンは、電源の電源電位に電気的に接続される配線パターンの一部である、
   電子装置。
3. 請求項２に記載された電子装置において、
   前記配線パターンは、前記電源の電力を供給する電力供給パターンと、前記バイパスコンデンサを構成する前記導電パターンとが、所定の位置で接続されて構成される、
   電子装置。
4. 請求項２または３に記載された電子装置において、
   前記バイパスコンデンサを構成する前記導電パターンは、前記電源の電力を供給しない、
   電子装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載された電子装置において、
   前記回路基板は、複数の導電パターンが形成された絶縁体層を複数積層した多層基板であり、前記バイパスコンデンサを構成する前記絶縁体は、少なくとも１層の前記絶縁体層で構成される、
   電子装置。
6. 請求項５に記載された電子装置において、
   前記回路基板は、前記バイパスコンデンサを構成する前記絶縁体層とは異なる他の絶縁体層に形成された他のグランドパターンを備え、
   前記バイパスコンデンサを構成する前記導電パターンと、前記他のグランドパターンとによって、該他の絶縁体層を厚さ方向に挟むようにして構成される他のバイパスコンデンサを更に有する、
   電子装置。

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