JP3956665B2 - 多層プリント配線板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に用いられる多層プリント配線板に関し、特に複数種の電源を供給するために同一層に複数の電源プレーンが形成された多層プリント配線板における電磁妨害低減技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
４層からなる多層プリント配線板（以下、４層基板）においては、一般に、信号配線のために４層のうち２層が用いられ、残りの２層は電源配線とグランド配線に用いられる。また、電源配線とグランド配線は低インピーダンス化を図るためなどから、多くは線状の配線ではなく、可能な限り１つの広い面となるように設計されている。そのため、電源配線を電源プレーン、グランド配線をグランドプレーンと呼ぶことも多い。
また、プリント配線板上に取り付けられたＬＳＩ（大規模集積回路）を動作させるためには、ＬＳＩに直流電源を供給しなければならないが、ＬＳＩによってはその供給すべき直流電源電圧が異なる場合がある。このような場合には、その電源電圧の種類毎に、電源配線（電源プレーン）を分離して形成することが必要となる。また、外部電源と内部電源（内蔵バッテリ）など、異なる電源供給源とする場合にもこのような電源配線の分離が行われる。図４は、複数種の電源電圧を供給する従来の４層のプリント配線板の透視平面図である。
【０００３】
図４において、第１層（最上層）は信号配線層であって、信号配線５、配線６ａ〜６ｄが形成されている。その下の第２層は、電源配線層であって、第１電源プレーン２ａと第２電源プレーン２ｂとが分離されて、かつ第１電源プレーン２ａが第２電源プレーン２ｂを囲むように形成されている。第３層は、グランド配線層であり、ほぼ全面にグランドプレーン１が形成されている。第４層（最下層）は信号配線層であるが、その信号配線の図示は省略されている。そして、最上層の信号配線層上には、ＬＳＩ３ａ〜３ｃ、デカップリングコンデンサ４ａ〜４ｃが搭載されている。信号配線５は、ＬＳＩ３ａの信号端子とＬＳＩ３ｃの信号端子との間を接続する配線である。配線６ａは、ＬＳＩ３ａ、３ｃの電源端子とランド７ａとの間を接続する配線である。ランド７ａは、スルーホール（図示なし）を介して第１電源プレーン２ａに接続されている。配線６ｂは、ＬＳＩ３ａ、３ｃの接地端子とランド７ｂとの間を接続する配線である。ランド７ｂは、第１電源プレーン２ａに開設されたクリアランスホールを通過するスルーホール（図示なし）を介してグランドプレーン１に接続されている。このような配線接続により、ＬＳＩ３ａ、３ｃには、例えば５Ｖの電源電圧が給電される。
配線６ｃは、ＬＳＩ３ｂの電源端子とランド７ｃとの間を接続する配線である。ランド７ｃは、スルーホール（図示なし）を介して第２電源プレーン２ｂに接続されている。配線６ｄは、ＬＳＩ３ｂの接地端子とランド７ｄとの間を接続する配線である。ランド７ｄは、第２電源プレーン２ｂに開設されたクリアランスホールを通過するスルーホール（図示なし）を介してグランドプレーン１に接続されている。このような配線接続により、ＬＳＩ３ｂには、例えば３．３Ｖの電源電圧が給電される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示した従来例のように、分断された電源プレーンを信号配線５が跨ぐ場合、信号配線５を流れる信号電流Isigに対応して流れる帰路電流Iretの経路も分断されることになる。電源プレーンが分断された領域では、第１電源プレーン２ａ−第２電源プレーン２ｂ間に形成される浮遊容量とデカップリングコンデンサ４ａ〜４ｃにより帰路電流Iretの経路が形成される。その結果、帰路電流Iretはグランドプレーンにも流れ、また図示されているように電源プレーン内を大きく広がって流れることになる。そのため、平板状の第１電源プレーン２ａ、第２電源プレーン２ｂが平面アンテナとして振る舞うことになる。さらに、ループアンテナとして機能する信号配線と帰路電流の経路とによって形成される電流経路の面積が増大するため、電磁放射が増大する。そのため、CISPR（国際無線障害特別委員会）規格やVCCI（情報処理装置等電波障害自主規制協議会）規格などのEMI（電磁妨害）規格の適合に支障をきたすことがあった。
【０００５】
帰路電流Iretの一部が、図４に示されるように、デカップリングコンデンサ４ｂを流れ、この電流がグランドプレーンを介してデカップリングコンデンサ４ａ、４ｃに流入するため、デカップリングコンデンサ４ａ〜４ｃのインピーダンスに起因する逆起電力により、第１電源プレーン２ａ、第２電源プレーン２ｂの電源電圧に高周波ノイズが重畳することになる。その結果、その電源プレーンから電源の供給を受けるＬＳＩの動作が不安定となったり誤動作が誘発されたりする可能性が高くなる。
【０００６】
また、異なる電圧を供給するために形成された電源プレーンの不連続点を跨ぐ信号配線がある場合には、帰路電流の経路を確保するために、電源プレーンの不連続点をバイパスコンデンサで接続する技術が、特開平１１−２６１２３８号公報により開示されている。この従来技術を図５に示す。図５において、図４の部分と同等のものについては、同一の参照番号が付されているので、重複する説明は省略するが、この従来例においては、信号配線５の電源プレーン不連続個所を横断する位置の近傍にバイパスコンデンサ１０が搭載される。これにより、信号電流Isigに対する帰路電流Iretの経路は、第１、第２電源プレーン２ａ、２ｂおよびバイパスコンデンサ１０を通って形成されることになり、これらの電流の電流経路によって形成されるループアンテナの面積は縮小される。
しかし、この従来技術では信号配線が電源プレーンを横断する都度、バイパスコンデンサが必要となるため部品点数の増加を招く。また、一般にコンデンサは特性のばらつきが大きい上に例えば図６に示されるような周波数特性を有するため、所望の効果が得られなくなる可能性がある。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、信号配線が電源プレーンの不連続点を横断するものにおいて、コンデンサなどの部品を使用することなく、帰路電流の電源プレーンでの広がりを抑えることができるようにして、電磁放射を低減できるようにするとともに耐ノイズ特性を向上させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１の電源を供給する第１の電源プレーンが形成され、第１の電源とは異種の第２の電源を供給する第２の電源プレーンが前記第１の電源プレーンに挟まれて形成されている電源プレーン層と、前記電源プレーン層に隣接した、信号配線が形成された配線層とを有する多層プリント配線板において、第１の電源プレーン間が、第２の電源プレーンを分断する第１の電源プレーン配線によって接続されており、かつ、前記第１の電源プレーン配線に沿って前記配線層には信号配線が敷設されていることを特徴とする多層プリント配線板、が提供される。
そして、好ましくは、前記第１の電源プレーン配線によって分断された前記第２の電源プレーン間を接続する接続手段が設けられる。
【０００８】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１の電源を供給する第１の電源プレーンが形成され、第１の電源とは異種の第２の電源を供給する第２の電源プレーンが前記第１の電源プレーンに挟まれて形成されている電源プレーン層と、前記電源プレーン層に隣接した、信号配線が形成された配線層とを有する多層プリント配線板において、二つの第２の電源プレーン間が第２の電源プレーン配線によって接続され、第１の電源プレーンの２個所から前記第２の電源プレーン配線に向かって前記第２の電源プレーン配線と直交する第１の電源プレーン配線が延びており、二つの第１の電源プレーン配線を接続する接続手段が形成されており、かつ、前記第１の電源プレーン配線に沿って前記配線層には信号配線が敷設されていることを特徴とする多層プリント配線板、が提供される。
そして、好ましくは、前記接続手段が、前記電源プレーン層と前記配線層との間を接続するスルーホールと、前記配線層上に設置されたジャンパー線とを有している。
また、一層好ましくは、前記第１の電源プレーン配線に沿って前記配線層に敷設されている信号配線は、時間的に連続した信号を伝達するものに限定される。
【０００９】
［作用］
本発明においては、電源プレーンの不連続点を跨ぐ信号配線については、その信号配線に沿って電源プレーン間を接続する電源プレーン配線を設ける。これにより、帰路電流の連続した経路が信号配線の直近に確保されることになり、帰路電流が信号配線の直近経路に集中的に流れるようになる。その結果、電源プレーンを平面アンテナとみなす場合の励振が抑えられ、電源プレーンからの電磁放射を増大させない効果が得られる。
また、本発明によれば、帰路電流の経路が最短距離で得られることとなり、信号電流とその帰路電流が流れる経路面積（ループ面積）を小さくでき、結果的に空中に放射される電磁放射を低減させることができる。
その理由は、微小ループアンテナからの電磁放射を表した（１）式により、回路に流れる電流Ｉが同じであれば、その流れる回路の面積Ａ（ループ面積）に比例して電磁放射Ｅφが大きくなるからである。つまり、このループ面積を小さくすることで、相対的に電磁放射を小さくできることになる。
Ｅφ＝１２０π２ＡＩsinθ／λ２ｒ ・・・（１）
ここに、θはループアンテナと観測点がなす水平仰角（度）、Ｉは微小ループアンテナに流れる電流（A）、λは波長（m）、ｒはアンテナと観測点の離隔距離を示す。
【００１０】
また、信号配線の帰路電流の経路を直近に確保することで帰路電流の分散が避けられ、その結果、帰路電流のＬＳＩのデカップリングコンデンサへの流入が抑制され、デカップリングコンデンサのインピーダンスによって、ＬＳＩの誤動作要因となるＬＳＩの電源端子の電位を上昇させることを防止でき、ＬＳＩの耐ノイズ信頼性を向上させることができる。
【００１１】
さらに、本発明は、信号配線の帰路電流経路を単なる配線により形成するものであって、これを確保するためにバイパスコンデンサを用いるものではないため、バイパスコンデンサのもつ周波数特性に影響されることがなくなり、広い周波数範囲において安定した効果が期待できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
先述したEMI規格では、時間的に不連続の信号よりも、時間的に連続した信号による放射ノイズがより大きく測定するものである。このことから、信号配線のうち特にクロック配線や頻繁にデータのやりとりを行う配線だけを抽出し、これらの抽出した信号配線に沿って、電源プレーンやグランドプレーンが分断されないようにすることが望ましい。
そのために、これらの抽出した信号配線を他の配線に優先して配線し、その際に、これらの抽出した信号配線を電源プレーンやグランドプレーンに投影した範囲においては、電源プレーンやグランドプレーンが分断されないようにする。
この場合の投影した範囲とは、長さ方向では抽出された信号配線と同等以上とし、幅方向では、幅方向の互いの中心を合わせた上で、単線の場合には抽出された信号配線の幅の５倍程度以上とし、複数本の配線の場合には、それぞれの配線に対して５倍程度以上の幅を確保する範囲をいう。
また、やむを得ず分断する場合には、層間を接続するスルーホールを通じて、抽出した信号配線と同じ層で、抽出した信号配線の直近に電源配線やグランド配線を置き、抽出した信号配線の帰路電流の経路を形成する。この場合の直近とは、抽出された信号配線と、形成した帰路電流経路の間に他の配線を配置することなく、隣接した配線エリアに配線することをいい、つまりは、配線可能な最短距離での配置をいう。
【００１３】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、４層基板に係る本発明の第１の実施例を示す透視平面図である。図１において、第１層（最上層）は信号配線層であって、信号配線５、配線６ａ〜６ｄ、ランド７ａ〜７ｅが形成されている。その下の第２層は、電源配線層であって、第１電源プレーン２ａと第２電源プレーン２ｂとが分離されて、かつ第１電源プレーン２ａが第２電源プレーン２ｂを囲むように形成されている。そして、信号配線５の下層には第１電源プレーン２ａ間を接続する帰路電源パターン２ｃが形成され、第２電源プレーン２ｂはこの帰路電源パターン２ｃにより二つに分断されている。第３層は、グランド配線層であり、ほぼ全面にグランドプレーン１が形成されている。第４層（最下層）は信号配線層であるが、その信号配線の図示は省略されている。そして、最上層の信号配線層上には、ＬＳＩ３ａ〜３ｃ、デカップリングコンデンサ４ａ〜４ｃが搭載されている。信号配線５は、ＬＳＩ３ａの信号端子とＬＳＩ３ｃの信号端子との間を接続する配線である。配線６ａは、ＬＳＩ３ａ、３ｃの電源端子とランド７ａとの間を接続する配線である。ランド７ａは、スルーホール（図示なし）を介して第１電源プレーン２ａに接続されている。配線６ｂは、ＬＳＩ３ａ、３ｃの接地端子とランド７ｂとの間を接続する配線である。ランド７ｂは、第１電源プレーン２ａに開設されたクリアランスホールを通過するスルーホール（図示なし）を介してグランドプレーン１に接続されている。このような配線接続により、ＬＳＩ３ａ、３ｃには、例えば５Ｖの電源電圧が給電される。
【００１４】
配線６ｃは、ＬＳＩ３ｂの電源端子とランド７ｃとの間を接続する配線である。ランド７ｃは、スルーホール（図示なし）を介して第２電源プレーン２ｂに接続されている。配線６ｄは、ＬＳＩ３ｂの接地端子とランド７ｄとの間を接続する配線である。ランド７ｄは、第２電源プレーン２ｂに開設されたクリアランスホールを通過するスルーホール（図示なし）を介してグランドプレーン１に接続されている。このような配線接続により、ＬＳＩ３ｂには、例えば３．３Ｖの電源電圧が給電される。
ここで、二つに分断された第２電源プレーン２ｂが同一の電源供給系で本来一体的に形成されるべき電源プレーンである場合には、ジャンパー線を用いて両電源プレーン間が接続される。図２（ａ）は、図１のＡ‐Ａ線での断面図である。図１、図２（ａ）に示されるように、二つのランド７ｅは、スルーホール９ａを介してそれぞれ別々の第２電源プレーン２ｂに接続されている。そして、ランド７ｅ間は、ジャンパー線８ａにより接続される。
【００１５】
しかし、第２層で二つに分断された第２電源プレーン２ｂが本来、接続されていなくてもよい場合、つまり、異なる直流電圧を給電する場合、或いは異なる電源供給系となる場合には、これら２つのプレーンを接続する必要はなく、接続のために設けられたスルーホール９ａ、ランド７ｅ、ジャンパー線８ａ等は不要になる。
分断された二つの第２電源プレーン２ｂを接続する際にジャンパー線を用いることなく接続するようにしてもよい。すなわち、図２（ｂ）に示されるように、第３層のグランドプレーン１内に配線６ｅを形成し、配線６ｅと第２電源プレーン２ｂとの間をスルーホール９ｂにより接続するようにしてもよい。あるいは、図２（ｃ）に示されるように、第４層に配線６ｆを形成し、配線６ｆと第２電源プレーン２ｂとの間をスルーホール９ｃにより接続するようにしてもよい。
【００１６】
次に、図１に示した本実施例の動作について説明する。まず、ＬＳＩ３ａ−ＬＳＩ３ｃ間において第１層の信号配線５により信号の授受が行われことにより、信号配線５に信号電流Isigが流れる。この信号電流Isigに対応する帰路電流Iretが信号配線５の直下の第２層に設けられた帰路電源パターン２ｃに集中的に流れる。帰路電流Iretが信号電流Isigの直下を集中的に流れることにより、帰路電源パターン２ｃは平面アンテナとしての機能は低下する。また、信号配線５と帰路電源パターン２ｃとによって形成されるル−プアンテナのル−プ面積が最小限に抑えられるため、このル−プアンテナの電磁放射を低減させることができる。さらに、帰路電流がデカップリングコンデンサ４ａ〜４ｃに流入することがなくなるので、デカップリングコンデンサ４ａ〜４ｃに流れる電流によって電源プレーンの電位が変動することが防止され、ノイズ耐性が向上する。
【００１７】
図３は、４層基板に係る本発明の第２の実施例を示す透視平面図である（但し、最下層の第４層のパターンの図示は省略されている）。図１に示した第１の実施例と同等の部分には同一の参照番号が付せられているので、重複する説明は省略する。本実施例においては、二つの第２電源プレーン２ｂが、電源接続パターン２ｅにより接続され一体化されている。そして、この電源接続パターン２ｅにより帰路電源パターン２ｄは途中で分断されている。この分断された帰路電源パターン２ｄ間は、１−２層間スルーホール（図示なし）、第１層に形成されたランド７ｆ、ジャンパー線８ｂを介して接続されている。その断面図は図２（ａ）と同様である。また、分断された帰路電源パターン２ｄ間の接続方式は、図２（ｂ）ないし図２（ｃ）に示したものであってもよい。
第２の実施例では、帰路電源パターンは連続して形成されてはいないが、ジャンパー線８ｂにより分断された帰路電源パターン２ｄが接続されたことにより、帰路電流Iretが最短経路に近いルートを通って流れるため、図１に示した第１の実施例と同様の効果を期待することができる。
【００１８】
以上好ましい実施例について説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、実施例では４層基板について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、信号配線に隣接する電源プレーンでは、信号配線に沿って電源プレーンの不連続点が形成されないようにしたものであるので、以下の効果を享受することができる。
▲１▼ 帰路電流が信号電流の直近を集中的に流れることにより、帰路電流の分散が避けられ、結果的に、電源プレーンを平面アンテナとみなす場合の励振が抑えられ、電源プレーンからの電磁放射を増大させない効果が得られる。
▲２▼ 信号電流経路と帰路電流経路とによって形成されるループの面積を小さくでき、この回路をループアンテナとしてみたときの電磁放射を小さくすることができる。
▲３▼ 帰路電流の分散が避けられることにより、帰路電流がＬＳＩのデカップリングコンデンサに流入することによって起こるＬＳＩの電源端子の電位変動を防止でき、ＬＳＩの耐ノイズ信頼性を向上させることができる。
▲４▼ バイパスコンデンサにより帰路電流経路を確保する方式を用いることなく、単なる配線により帰路電流経路を形成するものであるため、バイパスコンデンサ周波数特性の影響を受けることがなくなり、広い周波数帯域において安定した効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例を示す透視平面図。
【図２】 図１のＡ−Ａ線の断面図とその変更例を示す断面図。
【図３】 本発明の第２の実施例を示す透視平面図。
【図４】 従来例の透視平面図（その１）。
【図５】 従来例の透視平面図（その２）。
【図６】 コンデンサの周波数特性。
【符号の説明】
１ グランドプレーン
２ａ 第１電源プレーン
２ｂ 第２電源プレーン
２ｃ、２ｄ 帰路電源パターン
２ｅ 電源接続パターン
３ａ〜３ｃ ＬＳＩ
４ａ〜４ｃ デカップリングコンデンサ
５ 信号配線
６ａ〜６ｆ 配線
７ａ〜７ｆ ランド
８ａ、８ｂ ジャンパー線
９ａ〜９ｃ スルーホール
１０ バイパスコンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に用いられる多層プリント配線板に関し、特に複数種の電源を供給するために同一層に複数の電源プレーンが形成された多層プリント配線板における電磁妨害低減技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
４層からなる多層プリント配線板（以下、４層基板）においては、一般に、信号配線のために４層のうち２層が用いられ、残りの２層は電源配線とグランド配線に用いられる。また、電源配線とグランド配線は低インピーダンス化を図るためなどから、多くは線状の配線ではなく、可能な限り１つの広い面となるように設計されている。そのため、電源配線を電源プレーン、グランド配線をグランドプレーンと呼ぶことも多い。
また、プリント配線板上に取り付けられたＬＳＩ（大規模集積回路）を動作させるためには、ＬＳＩに直流電源を供給しなければならないが、ＬＳＩによってはその供給すべき直流電源電圧が異なる場合がある。このような場合には、その電源電圧の種類毎に、電源配線（電源プレーン）を分離して形成することが必要となる。また、外部電源と内部電源（内蔵バッテリ）など、異なる電源供給源とする場合にもこのような電源配線の分離が行われる。図４は、複数種の電源電圧を供給する従来の４層のプリント配線板の透視平面図である。
【０００３】
図４において、第１層（最上層）は信号配線層であって、信号配線５、配線６ａ〜６ｄが形成されている。その下の第２層は、電源配線層であって、第１電源プレーン２ａと第２電源プレーン２ｂとが分離されて、かつ第１電源プレーン２ａが第２電源プレーン２ｂを囲むように形成されている。第３層は、グランド配線層であり、ほぼ全面にグランドプレーン１が形成されている。第４層（最下層）は信号配線層であるが、その信号配線の図示は省略されている。そして、最上層の信号配線層上には、ＬＳＩ３ａ〜３ｃ、デカップリングコンデンサ４ａ〜４ｃが搭載されている。信号配線５は、ＬＳＩ３ａの信号端子とＬＳＩ３ｃの信号端子との間を接続する配線である。配線６ａは、ＬＳＩ３ａ、３ｃの電源端子とランド７ａとの間を接続する配線である。ランド７ａは、スルーホール（図示なし）を介して第１電源プレーン２ａに接続されている。配線６ｂは、ＬＳＩ３ａ、３ｃの接地端子とランド７ｂとの間を接続する配線である。ランド７ｂは、第１電源プレーン２ａに開設されたクリアランスホールを通過するスルーホール（図示なし）を介してグランドプレーン１に接続されている。このような配線接続により、ＬＳＩ３ａ、３ｃには、例えば５Ｖの電源電圧が給電される。
配線６ｃは、ＬＳＩ３ｂの電源端子とランド７ｃとの間を接続する配線である。ランド７ｃは、スルーホール（図示なし）を介して第２電源プレーン２ｂに接続されている。配線６ｄは、ＬＳＩ３ｂの接地端子とランド７ｄとの間を接続する配線である。ランド７ｄは、第２電源プレーン２ｂに開設されたクリアランスホールを通過するスルーホール（図示なし）を介してグランドプレーン１に接続されている。このような配線接続により、ＬＳＩ３ｂには、例えば３．３Ｖの電源電圧が給電される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示した従来例のように、分断された電源プレーンを信号配線５が跨ぐ場合、信号配線５を流れる信号電流Isigに対応して流れる帰路電流Iretの経路も分断されることになる。電源プレーンが分断された領域では、第１電源プレーン２ａ−第２電源プレーン２ｂ間に形成される浮遊容量とデカップリングコンデンサ４ａ〜４ｃにより帰路電流Iretの経路が形成される。その結果、帰路電流Iretはグランドプレーンにも流れ、また図示されているように電源プレーン内を大きく広がって流れることになる。そのため、平板状の第１電源プレーン２ａ、第２電源プレーン２ｂが平面アンテナとして振る舞うことになる。さらに、ループアンテナとして機能する信号配線と帰路電流の経路とによって形成される電流経路の面積が増大するため、電磁放射が増大する。そのため、CISPR（国際無線障害特別委員会）規格やVCCI（情報処理装置等電波障害自主規制協議会）規格などのEMI（電磁妨害）規格の適合に支障をきたすことがあった。
【０００５】
帰路電流Iretの一部が、図４に示されるように、デカップリングコンデンサ４ｂを流れ、この電流がグランドプレーンを介してデカップリングコンデンサ４ａ、４ｃに流入するため、デカップリングコンデンサ４ａ〜４ｃのインピーダンスに起因する逆起電力により、第１電源プレーン２ａ、第２電源プレーン２ｂの電源電圧に高周波ノイズが重畳することになる。その結果、その電源プレーンから電源の供給を受けるＬＳＩの動作が不安定となったり誤動作が誘発されたりする可能性が高くなる。
【０００６】
また、異なる電圧を供給するために形成された電源プレーンの不連続点を跨ぐ信号配線がある場合には、帰路電流の経路を確保するために、電源プレーンの不連続点をバイパスコンデンサで接続する技術が、特開平１１−２６１２３８号公報により開示されている。この従来技術を図５に示す。図５において、図４の部分と同等のものについては、同一の参照番号が付されているので、重複する説明は省略するが、この従来例においては、信号配線５の電源プレーン不連続個所を横断する位置の近傍にバイパスコンデンサ１０が搭載される。これにより、信号電流Isigに対する帰路電流Iretの経路は、第１、第２電源プレーン２ａ、２ｂおよびバイパスコンデンサ１０を通って形成されることになり、これらの電流の電流経路によって形成されるループアンテナの面積は縮小される。
しかし、この従来技術では信号配線が電源プレーンを横断する都度、バイパスコンデンサが必要となるため部品点数の増加を招く。また、一般にコンデンサは特性のばらつきが大きい上に例えば図６に示されるような周波数特性を有するため、所望の効果が得られなくなる可能性がある。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、信号配線が電源プレーンの不連続点を横断するものにおいて、コンデンサなどの部品を使用することなく、帰路電流の電源プレーンでの広がりを抑えることができるようにして、電磁放射を低減できるようにするとともに耐ノイズ特性を向上させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１の電源を供給する第１の電源プレーンが形成され、第１の電源とは異種の第２の電源を供給する第２の電源プレーンが前記第１の電源プレーンに挟まれて形成されている電源プレーン層と、前記電源プレーン層に隣接した、信号配線が形成された配線層とを有する多層プリント配線板において、第１の電源プレーン間が、第２の電源プレーンを分断する第１の電源プレーン配線によって接続されており、かつ、前記第１の電源プレーン配線に沿って前記配線層には信号配線が敷設されていることを特徴とする多層プリント配線板、が提供される。
そして、好ましくは、前記第１の電源プレーン配線によって分断された前記第２の電源プレーン間を接続する接続手段が設けられる。
【０００８】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１の電源を供給する第１の電源プレーンが形成され、第１の電源とは異種の第２の電源を供給する第２の電源プレーンが前記第１の電源プレーンに挟まれて形成されている電源プレーン層と、前記電源プレーン層に隣接した、信号配線が形成された配線層とを有する多層プリント配線板において、二つの第２の電源プレーン間が第２の電源プレーン配線によって接続され、第１の電源プレーンの２個所から前記第２の電源プレーン配線に向かって前記第２の電源プレーン配線と直交する第１の電源プレーン配線が延びており、二つの第１の電源プレーン配線を接続する接続手段が形成されており、かつ、前記第１の電源プレーン配線に沿って前記配線層には信号配線が敷設されていることを特徴とする多層プリント配線板、が提供される。
そして、好ましくは、前記接続手段が、前記電源プレーン層と前記配線層との間を接続するスルーホールと、前記配線層上に設置されたジャンパー線とを有している。
また、一層好ましくは、前記第１の電源プレーン配線に沿って前記配線層に敷設されている信号配線は、時間的に連続した信号を伝達するものに限定される。
【０００９】
［作用］
本発明においては、電源プレーンの不連続点を跨ぐ信号配線については、その信号配線に沿って電源プレーン間を接続する電源プレーン配線を設ける。これにより、帰路電流の連続した経路が信号配線の直近に確保されることになり、帰路電流が信号配線の直近経路に集中的に流れるようになる。その結果、電源プレーンを平面アンテナとみなす場合の励振が抑えられ、電源プレーンからの電磁放射を増大させない効果が得られる。
また、本発明によれば、帰路電流の経路が最短距離で得られることとなり、信号電流とその帰路電流が流れる経路面積（ループ面積）を小さくでき、結果的に空中に放射される電磁放射を低減させることができる。
その理由は、微小ループアンテナからの電磁放射を表した（１）式により、回路に流れる電流Ｉが同じであれば、その流れる回路の面積Ａ（ループ面積）に比例して電磁放射Ｅφが大きくなるからである。つまり、このループ面積を小さくすることで、相対的に電磁放射を小さくできることになる。
Ｅφ＝１２０π２ＡＩsinθ／λ２ｒ ・・・（１）
ここに、θはループアンテナと観測点がなす水平仰角（度）、Ｉは微小ループアンテナに流れる電流（A）、λは波長（m）、ｒはアンテナと観測点の離隔距離を示す。
【００１０】
また、信号配線の帰路電流の経路を直近に確保することで帰路電流の分散が避けられ、その結果、帰路電流のＬＳＩのデカップリングコンデンサへの流入が抑制され、デカップリングコンデンサのインピーダンスによって、ＬＳＩの誤動作要因となるＬＳＩの電源端子の電位を上昇させることを防止でき、ＬＳＩの耐ノイズ信頼性を向上させることができる。
【００１１】
さらに、本発明は、信号配線の帰路電流経路を単なる配線により形成するものであって、これを確保するためにバイパスコンデンサを用いるものではないため、バイパスコンデンサのもつ周波数特性に影響されることがなくなり、広い周波数範囲において安定した効果が期待できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
先述したEMI規格では、時間的に不連続の信号よりも、時間的に連続した信号による放射ノイズがより大きく測定するものである。このことから、信号配線のうち特にクロック配線や頻繁にデータのやりとりを行う配線だけを抽出し、これらの抽出した信号配線に沿って、電源プレーンやグランドプレーンが分断されないようにすることが望ましい。
そのために、これらの抽出した信号配線を他の配線に優先して配線し、その際に、これらの抽出した信号配線を電源プレーンやグランドプレーンに投影した範囲においては、電源プレーンやグランドプレーンが分断されないようにする。
この場合の投影した範囲とは、長さ方向では抽出された信号配線と同等以上とし、幅方向では、幅方向の互いの中心を合わせた上で、単線の場合には抽出された信号配線の幅の５倍程度以上とし、複数本の配線の場合には、それぞれの配線に対して５倍程度以上の幅を確保する範囲をいう。
また、やむを得ず分断する場合には、層間を接続するスルーホールを通じて、抽出した信号配線と同じ層で、抽出した信号配線の直近に電源配線やグランド配線を置き、抽出した信号配線の帰路電流の経路を形成する。この場合の直近とは、抽出された信号配線と、形成した帰路電流経路の間に他の配線を配置することなく、隣接した配線エリアに配線することをいい、つまりは、配線可能な最短距離での配置をいう。
【００１３】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、４層基板に係る本発明の第１の実施例を示す透視平面図である。図１において、第１層（最上層）は信号配線層であって、信号配線５、配線６ａ〜６ｄ、ランド７ａ〜７ｅが形成されている。その下の第２層は、電源配線層であって、第１電源プレーン２ａと第２電源プレーン２ｂとが分離されて、かつ第１電源プレーン２ａが第２電源プレーン２ｂを囲むように形成されている。そして、信号配線５の下層には第１電源プレーン２ａ間を接続する帰路電源パターン２ｃが形成され、第２電源プレーン２ｂはこの帰路電源パターン２ｃにより二つに分断されている。第３層は、グランド配線層であり、ほぼ全面にグランドプレーン１が形成されている。第４層（最下層）は信号配線層であるが、その信号配線の図示は省略されている。そして、最上層の信号配線層上には、ＬＳＩ３ａ〜３ｃ、デカップリングコンデンサ４ａ〜４ｃが搭載されている。信号配線５は、ＬＳＩ３ａの信号端子とＬＳＩ３ｃの信号端子との間を接続する配線である。配線６ａは、ＬＳＩ３ａ、３ｃの電源端子とランド７ａとの間を接続する配線である。ランド７ａは、スルーホール（図示なし）を介して第１電源プレーン２ａに接続されている。配線６ｂは、ＬＳＩ３ａ、３ｃの接地端子とランド７ｂとの間を接続する配線である。ランド７ｂは、第１電源プレーン２ａに開設されたクリアランスホールを通過するスルーホール（図示なし）を介してグランドプレーン１に接続されている。このような配線接続により、ＬＳＩ３ａ、３ｃには、例えば５Ｖの電源電圧が給電される。
【００１４】
配線６ｃは、ＬＳＩ３ｂの電源端子とランド７ｃとの間を接続する配線である。ランド７ｃは、スルーホール（図示なし）を介して第２電源プレーン２ｂに接続されている。配線６ｄは、ＬＳＩ３ｂの接地端子とランド７ｄとの間を接続する配線である。ランド７ｄは、第２電源プレーン２ｂに開設されたクリアランスホールを通過するスルーホール（図示なし）を介してグランドプレーン１に接続されている。このような配線接続により、ＬＳＩ３ｂには、例えば３．３Ｖの電源電圧が給電される。
ここで、二つに分断された第２電源プレーン２ｂが同一の電源供給系で本来一体的に形成されるべき電源プレーンである場合には、ジャンパー線を用いて両電源プレーン間が接続される。図２（ａ）は、図１のＡ‐Ａ線での断面図である。図１、図２（ａ）に示されるように、二つのランド７ｅは、スルーホール９ａを介してそれぞれ別々の第２電源プレーン２ｂに接続されている。そして、ランド７ｅ間は、ジャンパー線８ａにより接続される。
【００１５】
しかし、第２層で二つに分断された第２電源プレーン２ｂが本来、接続されていなくてもよい場合、つまり、異なる直流電圧を給電する場合、或いは異なる電源供給系となる場合には、これら２つのプレーンを接続する必要はなく、接続のために設けられたスルーホール９ａ、ランド７ｅ、ジャンパー線８ａ等は不要になる。
分断された二つの第２電源プレーン２ｂを接続する際にジャンパー線を用いることなく接続するようにしてもよい。すなわち、図２（ｂ）に示されるように、第３層のグランドプレーン１内に配線６ｅを形成し、配線６ｅと第２電源プレーン２ｂとの間をスルーホール９ｂにより接続するようにしてもよい。あるいは、図２（ｃ）に示されるように、第４層に配線６ｆを形成し、配線６ｆと第２電源プレーン２ｂとの間をスルーホール９ｃにより接続するようにしてもよい。
【００１６】
次に、図１に示した本実施例の動作について説明する。まず、ＬＳＩ３ａ−ＬＳＩ３ｃ間において第１層の信号配線５により信号の授受が行われことにより、信号配線５に信号電流Isigが流れる。この信号電流Isigに対応する帰路電流Iretが信号配線５の直下の第２層に設けられた帰路電源パターン２ｃに集中的に流れる。帰路電流Iretが信号電流Isigの直下を集中的に流れることにより、帰路電源パターン２ｃは平面アンテナとしての機能は低下する。また、信号配線５と帰路電源パターン２ｃとによって形成されるル−プアンテナのル−プ面積が最小限に抑えられるため、このル−プアンテナの電磁放射を低減させることができる。さらに、帰路電流がデカップリングコンデンサ４ａ〜４ｃに流入することがなくなるので、デカップリングコンデンサ４ａ〜４ｃに流れる電流によって電源プレーンの電位が変動することが防止され、ノイズ耐性が向上する。
【００１７】
図３は、４層基板に係る本発明の第２の実施例を示す透視平面図である（但し、最下層の第４層のパターンの図示は省略されている）。図１に示した第１の実施例と同等の部分には同一の参照番号が付せられているので、重複する説明は省略する。本実施例においては、二つの第２電源プレーン２ｂが、電源接続パターン２ｅにより接続され一体化されている。そして、この電源接続パターン２ｅにより帰路電源パターン２ｄは途中で分断されている。この分断された帰路電源パターン２ｄ間は、１−２層間スルーホール（図示なし）、第１層に形成されたランド７ｆ、ジャンパー線８ｂを介して接続されている。その断面図は図２（ａ）と同様である。また、分断された帰路電源パターン２ｄ間の接続方式は、図２（ｂ）ないし図２（ｃ）に示したものであってもよい。
第２の実施例では、帰路電源パターンは連続して形成されてはいないが、ジャンパー線８ｂにより分断された帰路電源パターン２ｄが接続されたことにより、帰路電流Iretが最短経路に近いルートを通って流れるため、図１に示した第１の実施例と同様の効果を期待することができる。
【００１８】
以上好ましい実施例について説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、実施例では４層基板について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、信号配線に隣接する電源プレーンでは、信号配線に沿って電源プレーンの不連続点が形成されないようにしたものであるので、以下の効果を享受することができる。
▲１▼ 帰路電流が信号電流の直近を集中的に流れることにより、帰路電流の分散が避けられ、結果的に、電源プレーンを平面アンテナとみなす場合の励振が抑えられ、電源プレーンからの電磁放射を増大させない効果が得られる。
▲２▼ 信号電流経路と帰路電流経路とによって形成されるループの面積を小さくでき、この回路をループアンテナとしてみたときの電磁放射を小さくすることができる。
▲３▼ 帰路電流の分散が避けられることにより、帰路電流がＬＳＩのデカップリングコンデンサに流入することによって起こるＬＳＩの電源端子の電位変動を防止でき、ＬＳＩの耐ノイズ信頼性を向上させることができる。
▲４▼ バイパスコンデンサにより帰路電流経路を確保する方式を用いることなく、単なる配線により帰路電流経路を形成するものであるため、バイパスコンデンサ周波数特性の影響を受けることがなくなり、広い周波数帯域において安定した効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例を示す透視平面図。
【図２】 図１のＡ−Ａ線の断面図とその変更例を示す断面図。
【図３】 本発明の第２の実施例を示す透視平面図。
【図４】 従来例の透視平面図（その１）。
【図５】 従来例の透視平面図（その２）。
【図６】 コンデンサの周波数特性。
【符号の説明】
１ グランドプレーン
２ａ 第１電源プレーン
２ｂ 第２電源プレーン
２ｃ、２ｄ 帰路電源パターン
２ｅ 電源接続パターン
３ａ〜３ｃ ＬＳＩ
４ａ〜４ｃ デカップリングコンデンサ
５ 信号配線
６ａ〜６ｆ 配線
７ａ〜７ｆ ランド
８ａ、８ｂ ジャンパー線
９ａ〜９ｃ スルーホール
１０ バイパスコンデンサ
Claims (9)
- 第１の電源を供給する第１の電源プレーンが形成され、第１の電源とは異種の第２の電源を供給する第２の電源プレーンが前記第１の電源プレーンに挟まれて形成されている電源プレーン層と、前記電源プレーン層に隣接した、配線が形成された配線層とを有する多層プリント配線板において、第１の電源プレーン間が、第２の電源プレーンを分断する第１の電源プレーン配線によって接続されており、かつ、前記第１の電源プレーン配線に沿って前記配線層には信号配線が敷設されていることを特徴とする多層プリント配線板。
- 前記第１の電源プレーン配線によって分断された前記第２の電源プレーン間を接続する接続手段が形成されていることを特徴とする請求項１記載の多層プリント配線板。
- 第１の電源を供給する第１の電源プレーンが形成され、第１の電源とは異種の第２の電源を供給する第２の電源プレーンが前記第１の電源プレーンに挟まれて形成されている電源プレーン層と、前記電源プレーン層に隣接した、配線が形成された配線層とを有する多層プリント配線板において、二つの第２の電源プレーン間が第２の電源プレーン配線によって接続され、第１の電源プレーンの２個所から前記第２の電源プレーン配線に向かって前記第２の電源プレーン配線と直交する第１の電源プレーン配線が延びており、二つの第１の電源プレーン配線を接続する接続手段が形成されており、かつ、前記第１の電源プレーン配線に沿って前記配線層には信号配線が敷設されていることを特徴とする多層プリント配線板。
- 前記接続手段が、前記電源プレーン層と前記配線層との間を接続するスルーホールと、前記配線層上に設置されたジャンパー線とを有していることを特徴とする請求項２または３記載の多層プリント配線板。
- 前記電源プレーン層の前記配線層側と反対側に隣接してグランドプレーンが形成されたグランドプレーン層が設けられ、前記グランドプレーン層の前記電源プレーン層側と反対側に隣接して配線が形成された第２の配線層が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多層プリント配線板。
- 前記電源プレーン層の前記配線層側と反対側に隣接してグランドプレーンが形成されたグランドプレーン層が設けられ、前記グランドプレーン層の前記電源プレーン層側と反対側に隣接して配線が形成された第２の配線層が設けられており、前記接続手段が、前記電源プレーン層と前記グランドプレーン層または前記第２の配線層との間を接続するスルーホールと、前記グランドプレーン層または前記第２の配線層に形成された配線とを有していることを特徴とすることを特徴とする請求項２または３に記載の多層プリント配線板。
- 前記信号配線は、時間的に連続した信号を伝達することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の多層プリント配線板。
- 前記第１の電源プレーン配線は、前記第１の電源プレーン配線に沿って前記配線層に敷設されている信号配線の中心にその中心が合わせられており、かつ、その幅が該信号配線の幅の５倍以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多層プリント配線板。
- 前記第１の電源プレーン配線上には、複数の信号配線が形成されており、かつ、前記第１の電源プレーン配線は該第１の電源プレーン配線上の各信号配線の幅の和の５倍以上の幅を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多層プリント配線板。
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