JP2018170403A - プリント配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電源ビアを配置した場合に、電源インピーダンスの増加を抑制する。
【解決手段】複数の電源ビアを配置する場合に、電源供給元回路５０から電源供給先回路６０に向かう方向と直交する方向に配置する。これにより、各電源ビア２０に電流が略均等に流れ、その結果、一部の電源ビアへの電流集中を防ぎ、電源インピーダンスの増加が抑制される。これは、流れる電流が減少する位置の手前までの距離（限界距離）の範囲内に各電源ビア２０が配置されているためである。すなわち、直交方向の端部に配置された電源ビア２０も、電源供給元回路５０の端部からの距離が限界距離以内に位置するため、直交方向の端部に配置された電源ビア２０を含め均等に電流が流れ、その結果電源インピーダンスの増加が抑制される。そして、電源インピーダンスの増加が抑制されることで、より少ない数量の電源ビアで所望の電源インピーダンスを満たすことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリント配線基板に係り、例えば、コア層の両面側に配線用の各層が配置されたプリント基板に関する。

電子機器の普及に伴い、回路を構成する電子部品同士を接続する配線や、各電子部品に信号を伝送する配線や、電力を供給する配線が配設されたプリント配線基板が広く使用されている。
このプリント配線基板では、プリント配線基板上に配置する他の回路配線との干渉を避けるために、配線層を多層化することで配線層を変更している。異なる層に形成された配線を電気的に接続する場合には、ビア接続が使用されている。
電源供給元回路から電源供給先回路に電力を供給するための配線を他の配線層に変更する場合も同様で、層変更箇所の近傍において、電源供給先回路の消費電力に適した数量の電源ビアが形成される。
例えば、特許文献１では、第４の内層に電源配線を形成し、表面層から電源配線を接続する複数本の電源ビアが形成されている。

図４は、従来のプリント配線基板における、電源ビアの配置状態を表した説明図である。
図４（ａ）は第１配線層の平面図で、電源供給元回路１５０と、電源供給元回路１５０からの電流が流れる電源配線１２１が形成されている。
一方、図４（ｂ）は第５配線層の平面図で、第５配線層に電源配線１２５が形成されている。
そして、電源配線１２１から電源配線１２５まで貫通する電源ビア１２０が、電源供給先回路（図示しない）の消費電力に応じた数だけ形成されている。
これにより、電源供給元回路１５０からの電流Ｉは、第１配線層の電源配線１２１から各電源ビア１２０、第５配線層の電源配線１２５を経由して、同様に複数配設された電源ビア１２０（図示しない）から電源供給先回路に供給される。

しかし、図４に示すように複数の電源ビア１２０を、電源供給元回路１５０から電源供給先回路方向（水平方向）に並べて配置している。このため、電源供給元回路１５０から離れた側の領域Ｂに比べ、近い側の領域Ａ内の電源ビア１２０に電流が集中してしまっていた。
各電源ビア１２０に均等に電流が流れず、一部の電源ビア１２０に電流Ｉが集中することで、電源インピーダンスが増加してしまっていた。
単純に電源ビア１２０の数量を増やしたとしても、電源供給元回路１５０から更に離れた位置に配置することになるため、ビア数を増加しても電源インピーダンス低下の効果は低く、逆に、電源配線の面積が増加してしまう。

特開２０１３−４８３０号公報

本発明は、電源供給用に複数の電源ビアを配置した場合に、電源インピーダンスの増加を抑制することを目的とする。

（１）請求項１に記載の発明では、絶縁層を挟んで形成された第１配線層から第ｎ配線層と、前記第１配線層から第ｎ配線層における各配線層の間に配置された絶縁材と、前記第１配線層に形成された、電源供給元回路が接続される第１電源配線と、前記第１配線層に形成された、電源供給先回路が接続される第２電源配線と、前記第２配線層から第ｎ配線層のうちのいずれかの配線層に形成され、前記第１電源配線の投影領域と前記第２電源配線の投影領域を含み、両投影領域を接続する第３電源配線と、前記第１電源配線と前記第３電源配線とを電気的に接続する複数の第１電源ビアと、前記第２電源配線と前記第３電源配線とを電気的に接続する複数の第２電源ビアと、を備え、前記複数の第１電源ビアは、前記電源供給元回路から前記電源供給先回路に向かう方向よりも、直交方向に長い領域に配置されている、ことを特徴とするプリント配線基板を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記第３電源配線の前記電源供給元回路側の端部と、前記第１電源配線は、前記直交方向に長く形成され、前記複数の第１電源ビアが配置される領域を含んでいる、ことを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記複数の第２電源ビアは、前記電源供給元回路から前記電源供給先回路に向かう方向よりも、直交方向に長い領域に配置されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリント配線基板を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記第３電源配線の前記電源供給先回路側の端部と、前記第２電源配線は、前記直交方向に長く形成され、前記複数の第２電源ビアが配置される領域を含んでいる、ことを特徴とする請求項３に記載のプリント配線基板を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、前記第３電源配線は、前記第１電源ビアが配置される第１端部領域と、前記電源供給先回路への供給電力に対応する幅の中間領域と、前記第２電源ビアが配置される第２端部領域とを備え、前記中間領域の両端側は、それぞれ前記第１端部領域、前記第２端部領域に向かって拡幅する第１接続領域、第２接続領域で接続されている、ことを特徴とする請求項４に記載のプリント配線基板を提供する。

本発明によれば、複数の第１電源ビアは、電源供給元回路から電源供給先回路に向かう方向よりも、直交方向に長い領域に配置されているので、電源インピーダンスの増加を抑制することができる。

本実施形態において配置される各回路の状態を表したプリント配線基板全体の平面図である。 本実施形態のプリント配線基板における電源ビアの配置状態を表した断面図である。 本実施形態のプリント配線基板における、電源ビアの配置状態を表した説明図である。 従来のプリント配線基板における、電源ビアの配置状態を表した説明図である。

以下、本発明のプリント配線基板における好適な実施の形態について、図１から図３を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
本実施形態では、複数の電源ビアを配置する場合に、電源供給元回路５０から電源供給先回路６０に向かう方向と直交する方向に配置する。これにより、各電源ビア２０に電流が略均等に流れ、その結果、一部の電源ビアへの電流集中を防ぎ、電源インピーダンスの増加が抑制される。
これは、流れる電流が減少する位置の手前までの距離（限界距離）の範囲内に各電源ビア２０が配置されているためである。すなわち、直交方向の端部に配置された電源ビア２０も、電源供給元回路５０の端部からの距離が限界距離以内に位置するため、直交方向の端部に配置された電源ビア２０を含め均等に電流が流れ、その結果電源インピーダンスの増加が抑制される。
そして、電源インピーダンスの増加が抑制されることで、より少ない数量（最低限）の電源ビアで所望の電源インピーダンスを満たすことができる。

（２）実施形態の詳細
図１は本実施形態において配置される各回路の状態を表したプリント配線基板１全体の平面図である。
図１はプリント配線基板の１例であり、プリント配線基板が使用される各種電子機器を構成する、ＤＲＡＭ、Ｆｌａｓｈメモリなどの他、ＵＳＢ等の外部接続端子などの各種素子が配置されている。プリント配線基板には、後述する配線層（図示しない）が絶縁体を介して複数層配設され、各配線層に形成された配線によって各素子間が接続されている。
またプリント配線基板１には、電源供給元回路５０と、電源供給先回路６０が配置されている。
本実施形態では、電源供給元回路５０から電源供給先回路６０に電力を供給するための電源ビアとＧＮＤビアの配置に特徴がある。そのため、以下の説明では、図１において電源供給元回路５０と電源供給先回路６０を含む、点線領域Ｐを中心に説明する。

図２は、本実施形態のプリント配線基板１における電源ビア２０の配置状態を表した断面図である。
図２に示すように、プリント配線基板１の最上層である第１配線層１１には電源供給元回路５０と電源供給先回路６０が配設されている。そして、第１配線層１１には、電源供給元回路５０に接続された電源配線２１（第１電源配線）と、電源供給先回路６０に接続された電源配線２２（第２電源配線）が形成されている。
本実施形態のプリント配線基板１は、絶縁材であるコア層１０を挟んでその一方の面側に第１配線層１１〜第３配線層１３が形成され、他方の面側に第４配線層１４〜第６配線層１６が形成されている。すなわち、本実施形態では第ｍ配線層として第３配線層１３が形成され、第ｎ配線層として第６配線層１６が形成されている。

コア層１０は、プリント配線基板１内でコア材を使用している層であり、本実施形態ではガラス・エポキシ樹脂（ＦＲ−４）が使用されているが、グリーンシート（セラミック基板）等の各種公知の材料を使用することができる。
本実施形態のコア層の一方の面には第３配線層が形成され、他方の面には第４配線層が形成されている。

第１配線層１１から第３配線層１３の各層間、及び、第４配線層１４から第６配線層１６の各層間には、絶縁材が配設されている。絶縁材としては、多層基板かビルドアップ基板かにより、プリプレグという接着シートを使用する等の各製造方法に応じた絶縁材が使用される。
第１配線層１１〜第６配線層１６には各素子を接続するための配線が形成されている。配線は銅箔で形成されている。

また、図２に示すように、第５配線層１５には、他の配線との干渉を避けるための電源配線２５（第３電源配線）が形成されている。電源配線２５は、電源供給元回路５０が接続される電源ビア２０（第１電源ビア）と、電源供給先回路６０が接続される電源ビア２０（第２電源ビア）とを第５配線層１５で接続している。
これにより、電源供給元回路５０と電源供給先回路６０とが、両側の電源ビア２０と電源配線２５を介して接続され、図中に矢印で示すように電流Ｉが流れる。
なお、本実施形態では、電源配線２５を第５配線層に形成する場合について説明するが、第１配線層１１以外の他の配線層に形成するようにしてもよい。

図３は、本実施形態におけるプリント配線基板１における、電源ビアの配置状態を表した説明図である。図３（ａ）は第１配線層１１の電源供給元回路５０と電源配線２１の平面図、（ｂ）は第５配線層１５に配置される電源配線２５の平面図である。
なお、図３では、電源供給元回路５０側について表しているが、電源供給先回路６０も同様に形成される。

図３（ａ）に示すように、本実施形態では、電源供給元回路５０に接続される電源配線２１の形状を、電源供給元回路５０から電源供給先回路６０に向かう方向と直交する方向（以下直交方向という）に長くなるように形成している。
電源配線２１には、電源供給元回路５０と面した領域Ａ（図４（ａ）に示す従来と同じ領域）に、電源ビア２０が形成されると共に、その直交方向両側の領域Ｃに同数の電源ビア２０が形成される。この領域Ｃの電源ビア２０は、図４（ａ）に示した、電流Ｉの流れが悪くなる従来の領域Ｂに形成した電源ビアを、領域Ａに対して直交する方向の両側に半数ずつ移動したものである。

第５配線層１５に形成した電源配線２５は、図３（ｂ）に示すように、電源配線２５ａ（第１端部領域）と、電源供給先回路６０側に延設される電源配線２５ｃ（中間領域）と、電源配線２５ａと電源配線２５ｃとを接続する台形形状の電源配線２５ｂ（第１接続領域）から構成されている。
電源配線２５ｃは、配線の配置位置を第５配線層に変更して電源供給元回路５０からの電流Ｉを電源供給先回路６０に供給するためのものであり、その幅は、従来と同様に電源供給先回路６０に供給する電力に応じた幅に形成される。
なお、上述したように図示していないが、電源供給先回路６０側にも、第１配線層１１の電源配線２２の投影領域に形成された電源配線（第２端部領域）と、この電源配線と電源配線２５ｃとを接続する台形形状の電源配線（第２接続領域）とが形成されている。

電源配線２５ａは、電源配線２１の投影領域に、電源配線２１と同一形状に形成され、それぞれ領域Ａ、領域Ｃの各電源ビア２０で接続されている。
この両領域Ｃに配置した電源ビア２０は、いずれも電源供給元回路５０の角部（電源配線２１に接続される端面の両端部）からの距離が従来の領域Ｂ内の電源ビアまでの距離よりも短くなる（限界距離以内）ことで、領域Ａの電源ビア２０への電流の集中が抑制される。

そして、電源ビア２０を流れる電流は、第５配線層１５の電源配線２５ａから、電源配線２５ｂ、電源配線２５ｃを通り、電源供給先回路６０に形成された図示しない電源配線と電源ビア２０及び電源配線２２を通り電源供給先回路６０に供給される。
この際、電源配線２５ａと電源配線２５ｃを直接接続せずに、台形形状の電源配線２５ｂにより接続しているので、電源インピーダンスの増加が抑制されている。
なお、本実施形態では、電源配線２５ａと電源配線２５ｃとを、電源配線２５ｂを介して接続する場合について説明したが、電源配線２５ａと電源配線２５ｃとを直接接続するようにしてもよい。この場合、電源配線２５ａと電源配線２５ｃの幅は同一であっても、異なる幅であってもよい。以上の関係は電源供給先回路６０側においても同様であり、電源配線２２の投影領域に形成された電源配線２５ｄ（図示しない）と、電源配線２５ｃとを直接接続するようにしてもよく、この場合の両電源配線２５ｃ、２５ｄは同一幅、異なる幅のいずれでもよい。

以上説明したように、図３で説明した実施形態では、図４に示した従来との比較で同数の電源ビアを設ける場合について説明したが、本実施形態では、領域Ａ内の電源ビア２０への電源集中が抑制されるので、より少ない数の電源ビア２０で所望の電源インピーダンスを満たすことができる。
そのため図３の両領域Ｃに形成する電源ビア２０を減らしても、電源供給先回路６０への電力の要求を満たすことができる場合には、例えば、電源供給元回路５０から最も離れた領域Ｃ内の電源ビアを省略することができる。具体的には、図３（ａ）において図面上側の領域Ｃにおける右上の電源ビア２０と、下側の領域Ｃにおける右下の電源ビア２０を省略することができる。

１ プリント配線基板
１１〜１６ 第１配線層〜第６配線層
２０ 電源ビア
２１、２２ 電源配線
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 電源配線
５０ 電源供給元回路
６０ 電源供給先回路

Claims (5)

1. 第１配線層から第ｎ配線層と、
   前記第１配線層から第ｎ配線層における各配線層の間に配置された絶縁材と、
   前記第１配線層に形成された、電源供給元回路が接続される第１電源配線と、
   前記第１配線層に形成された、電源供給先回路が接続される第２電源配線と、
   前記第２配線層から第ｎ配線層のうちのいずれかの配線層に形成され、前記第１電源配線の投影領域と前記第２電源配線の投影領域を含み、両投影領域を接続する第３電源配線と、
   前記第１電源配線と前記第３電源配線とを電気的に接続する複数の第１電源ビアと、
   前記第２電源配線と前記第３電源配線とを電気的に接続する複数の第２電源ビアと、を備え、
   前記複数の第１電源ビアは、前記電源供給元回路から前記電源供給先回路に向かう方向よりも、直交方向に長い領域に配置されている、
   ことを特徴とするプリント配線基板。
2. 前記第３電源配線の前記電源供給元回路側の端部と、前記第１電源配線は、前記直交方向に長く形成され、前記複数の第１電源ビアが配置される領域を含んでいる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
3. 前記複数の第２電源ビアは、前記電源供給元回路から前記電源供給先回路に向かう方向よりも、直交方向に長い領域に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリント配線基板。
4. 前記第３電源配線の前記電源供給先回路側の端部と、前記第２電源配線は、前記直交方向に長く形成され、前記複数の第２電源ビアが配置される領域を含んでいる、
   ことを特徴とする請求項３に記載のプリント配線基板。
5. 前記第３電源配線は、前記第１電源ビアが配置される第１端部領域と、前記電源供給先回路への供給電力に対応する幅の中間領域と、前記第２電源ビアが配置される第２端部領域とを備え、
   前記中間領域の両端側は、それぞれ前記第１端部領域、前記第２端部領域に向かって拡幅する第１接続領域、第２接続領域で接続されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載のプリント配線基板。

Images