JP4280141B2 - Multilayer printed wiring board - Google Patents
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Description
本発明は、内層にコンデンサを備えた多層プリント配線板、特に基板の内層材料を利用してコンデンサ(機能)を内蔵せしめた多層プリント配線板に関する。 The present invention relates to a multilayer printed wiring board having a capacitor in an inner layer, and more particularly to a multilayer printed wiring board in which a capacitor (function) is built using an inner layer material of a substrate.
これまで、プリント配線板における電源層とグラウンド層(接地層)との間で生じるノイズを減少させる為に、プリント配線板の表面にコンデンサを実装する方法が用いられてきた。 Until now, in order to reduce the noise generated between the power supply layer and the ground layer (grounding layer) in the printed wiring board, a method of mounting a capacitor on the surface of the printed wiring board has been used.
ある場合には、電子デバイスと表面配線によって直接接続されるようにコンデンサを配置し、また他の場合には、選択した電子デバイスの近くにコンデンサを配置し、スルーホールによって電源層とグラウンド層に接続することによって、上述したノイズ成分を減衰させる事はよく知られている。 In some cases, the capacitor is placed so that it is directly connected to the electronic device by surface wiring, and in other cases, the capacitor is placed close to the selected electronic device, and the power and ground layers are connected by through holes. It is well known that the noise component described above is attenuated by connection.
しかし一方では、コンデンサと電子デバイスとを接続する配線や、コンデンサと電源層及びグラウンド層とを接続するスルーホール等によって、インダクタンスが生じ、ノイズ抑制の効果が減少する事もよく知られている。 However, on the other hand, it is well known that inductance is generated due to wiring connecting a capacitor and an electronic device, a through hole connecting a capacitor, a power supply layer, and a ground layer, and the effect of noise suppression is reduced.
また、コンデンサは、容量性だけではなく誘電性も有している為、コンデンサ自体が電子デバイスの信号信頼性に影響を与えるという傾向もある。 Further, since the capacitor has not only a capacitive property but also a dielectric property, the capacitor itself tends to affect the signal reliability of the electronic device.
更に、電子デバイスは、プリント配線板においてノイズを発生させる主要因となっている事から、当該プリント配線板上に、電子デバイスを適切に配列するだけではなく、異なる速度や周波数で動作している電子デバイスの特性に対応して、当該コンデンサに、高速と低速の両方の動作におけるノイズ抑制の機能を持たせる必要がある。 Furthermore, since electronic devices are a major factor in generating noise in a printed wiring board, not only are electronic devices properly arranged on the printed wiring board, but they are also operating at different speeds and frequencies. Corresponding to the characteristics of the electronic device, the capacitor needs to have a function of suppressing noise in both high-speed and low-speed operations.
そして、これらの問題を解決する為、プリント配線板の設計や電子デバイスの配列の方法が検討されているが、上記のようにプリント配線板の表層にコンデンサを実装するのは、信号信頼性に当初望んでいなかった影響を与えるだけでなく、プリント配線板を複雑にしたり、製造コストを増加させたりするものであった。 In order to solve these problems, printed wiring board design and electronic device arrangement methods have been studied. However, mounting a capacitor on the surface of the printed wiring board as described above is important for signal reliability. Not only did it have an undesirable effect, but it also complicates the printed wiring board and increases manufacturing costs.
そこで、多層プリント配線板に、誘電体の表裏に形成される電極をそれぞれ電源層とグラウンド層とする容量成分を有したコンデンサ積層体を内蔵することによって、上記不具合を解消する方法が提案された(例えば、特許文献1参照)。 In view of this, a method has been proposed for solving the above-mentioned problems by incorporating a capacitor laminate having a capacitance component in which the electrodes formed on the front and back sides of the dielectric are respectively provided on the multilayer printed wiring board as a power supply layer and a ground layer. (For example, refer to Patent Document 1).
すなわち、多層プリント配線板の表層に実装される個々の電子デバイス毎に、当該コンデンサ積層体の局部的な面積を割り当てることにより、電源層とグラウンド層との間で生じるノイズを減少させるとともに、当該多層プリント配線板の実装されているコンデンサの50%程度を、不要にするというものである。 That is, by allocating a local area of the capacitor laminate for each individual electronic device mounted on the surface layer of the multilayer printed wiring board, noise generated between the power supply layer and the ground layer is reduced, and About 50% of the capacitors on which the multilayer printed wiring board is mounted are made unnecessary.
しかし、上記のように、面積が限定されたコンデンサを、各電子デバイスに割り当てる場合には、誘電率が200程度の誘電材料を用い、厚さがわずかに12.7μm程度の非常に薄い誘電体が必要となる。 However, as described above, when a capacitor having a limited area is assigned to each electronic device, a dielectric material having a dielectric constant of about 200 is used, and a very thin dielectric having a thickness of only about 12.7 μm is used. Is required.
現在、上記のように誘電率が200程度であるような誘電材料は入手できない。また仮に、入手できたとしても、上記のように厚さが12.7μmである誘電体を含むコンデンサ積層体を安定して製造する事は不可能である。 Currently, dielectric materials having a dielectric constant of about 200 as described above are not available. Even if it is available, it is impossible to stably manufacture a capacitor laminate including a dielectric having a thickness of 12.7 μm as described above.
そこで、「借りキャパシタンス」という概念によって、上記不具合を解消する方法が提案された(例えば、特許文献2参照)。 Then, the method of eliminating the said malfunction by the concept of "borrowing capacitance" was proposed (for example, refer patent document 2).
ここで、当該「借りキャパシタンス」の概念について、図4を用いて簡単に説明する。尚、説明の便宜上、コンデンサ積層体、及び当該コンデンサ積層体とデバイスとを接続するスルーホール以外の配線パターン、及びソルダーレジスト等に関しては省略することとした。 Here, the concept of the “borrowed capacitance” will be briefly described with reference to FIG. For convenience of explanation, the capacitor laminate, the wiring pattern other than the through-hole connecting the capacitor laminate and the device, the solder resist, and the like are omitted.
図4(a)は、従来のコンデンサ積層体4aが内蔵された多層プリント配線板Paの概略断面説明図で、誘電体1と、当該誘電体1の表裏に積層された電源層2及びグラウンド層3とからなるコンデンサ積層体4aと、当該コンデンサ積層体4aの表裏に積層された層間絶縁層6と、当該層間絶縁層6上の図示しない配線パターン上に実装された電子デバイス7a及び7bと、当該電子デバイス7a、7bとコンデンサ積層体4a及び図示しない配線パターンとを接続するスルーホール8とを有する構成となっている。
FIG. 4A is a schematic cross-sectional explanatory view of a multilayer printed wiring board Pa in which a conventional
図4(c)は、当該積層コンデンサ4aと電子デバイス7a、7bとを接続した状態の等価回路を示したものであるが、このように、複数の電子デバイス7a、7bを同じコンデンサ積層体4aの異なる位置に接続し(即ち、複数の電子デバイスが同じコンデンサを共有しているということである)、当該電子デバイス7a、7bの動作の時間的差異を利用することによって、当該デバイス間でキャパシタンスを借りるということを「借りキャパシタンス」の概念としている。
FIG. 4C shows an equivalent circuit in a state where the
このように、「借りキャパシタンス」の概念を取り入れることにより、コンデンサ積層体のキャパシタンスを、多層プリント配線板の外層に実装されている全ての電子デバイスに必要とされるトータルキャパシタンスよりも小さく設定することができるため、誘電体1として、一般に使用される厚さの誘電体(例えば、誘電率が4程度のFR−4等)が使用可能となり、上記不具合を解消できるというものである。 In this way, by adopting the concept of “borrowed capacitance”, the capacitance of the capacitor stack is set to be smaller than the total capacitance required for all electronic devices mounted on the outer layer of the multilayer printed wiring board. Therefore, a dielectric having a thickness generally used (for example, FR-4 having a dielectric constant of about 4) can be used as the dielectric 1, and the above problem can be solved.
しかし、上記「借りキャパシタンス」の概念においては、複数の電子デバイスが、同一のコンデンサ積層体の同一導体面を共有しているため、当該電子デバイス同士が近接して配置された場合、電子デバイスの動作時に、近接する他の電子デバイスの電源及びグラウンドの電位に(微小な)変動が生じ、この電源及びグラウンドの電位変動の影響を受けてしまうというものであった。 However, in the above concept of “borrowed capacitance”, since a plurality of electronic devices share the same conductor surface of the same capacitor laminate, when the electronic devices are arranged close to each other, During operation, a (minute) fluctuation occurs in the power supply and ground potentials of other electronic devices in the vicinity, which are affected by the fluctuations in the power supply and ground potentials.
例えば、図4(c)を用いて説明すると、電子デバイス7aが最初に動作を開始し、次いで、電子デバイス7bが動作を開始するという設定にした場合、電子デバイス7aで瞬時に大きな電圧が吸い取られると、その反動により電子デバイス7bの動作時の電源電圧変動が大きくなり、その結果、グラウンド電位が安定し難くなるというものである。
For example, referring to FIG. 4C, when the
この原理を図4(b)に示した電源層2の要部拡大平面図を用いて簡単に説明すると、電子デバイス7aの電源ラインとの接続点を点A、電子デバイス7bの電源ラインとの接続点を点Bとした場合、点Aから発生した電源電圧変動9が、直線的、つまり最短距離で点Bに伝達されるため、電子デバイス7bの動作に与える影響が大きくなってしまうからである。
本発明は上記不具合を解消すべくなされたもので、その目的とするところは、「借りキャパシタンス」の概念に基づくコンデンサ積層体を内蔵した場合においても、電子デバイスのグラウンド電位変動を抑制することができる、多層プリント配線板を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and the object of the present invention is to suppress fluctuations in the ground potential of an electronic device even when a capacitor laminate based on the concept of “borrowed capacitance” is incorporated. An object of the present invention is to provide a multilayer printed wiring board that can be used.
上記目的を達成すべく請求項1に係る本発明は、誘電体の表裏に積層された電源層及びグラウンド層からなるコンデンサ積層体を内蔵すると共に、当該電源層及びグラウンド層に接続する複数の電子デバイス及び/又は機能を備えた多層プリント配線板であって、前記電源層及び/又はグラウンド層における電子デバイス及び/又は機能の接続点間に、当該電源層及び/又はグラウンド層を完全には分離しないスリットが形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 incorporates a capacitor laminate composed of a power supply layer and a ground layer laminated on the front and back of a dielectric, and a plurality of electrons connected to the power supply layer and the ground layer. A multilayer printed wiring board having devices and / or functions, wherein the power supply layer and / or ground layer is completely separated between connection points of electronic devices and / or functions in the power supply layer and / or ground layer. The slit which is not formed is formed.
これにより、ある点で発生した電位変動が、隣接するある点に及ぼす影響を抑制することができる。 Thereby, the influence which the electric potential fluctuation | variation generate | occur | produced at a certain point has on an adjacent certain point can be suppressed.
また、請求項2に係る本発明は、当該スリットが、接続される電子デバイス又は機能の個数に合せて形成されていることを特徴とする。
The present invention according to
これにより、更に効率良く電源電圧変動によるグラウンドの電位変動を抑制することができる。 As a result, ground potential fluctuation due to power supply voltage fluctuation can be suppressed more efficiently.
また、請求項3に係る本発明は、当該スリットが、接続する電子デバイス又は機能の個数に合せて面付けにより形成したスリットと、当該面付け間を更に分離するスリットにより形成されていることを特徴とする。
Moreover, the present invention according to
これにより、電子デバイス又は機能が多数の場合等、即ち、導体層を細かく分離する必要性がある場合に、導体層を効率良く分離することができる。 Thereby, when there are a large number of electronic devices or functions, that is, when there is a need to finely separate the conductor layers, the conductor layers can be efficiently separated.
また、請求項4に係る本発明は、当該スリットを備えたコア基板を中心に、その上下に絶縁層と導体層とが交互に積層されていることを特徴とする。
The present invention according to
これにより、当該多層プリント配線板を薄くできる。 Thereby, the multilayer printed wiring board can be thinned.
コンデンサ積層体を内蔵した多層プリント配線板を、本発明の構成とすることにより、実装させる電子デバイスの動作に影響を及ぼすグラウンド電位変動を有効かつ容易に抑制することができる。 By adopting the configuration of the present invention for a multilayer printed wiring board having a built-in capacitor laminate, ground potential fluctuations that affect the operation of the electronic device to be mounted can be effectively and easily suppressed.
本発明の第一の実施の形態を、図1を用いて説明する。尚、上記従来技術の説明と同様、コンデンサ積層体、及び当該コンデンサ積層体とデバイスとを接続するスルーホール以外の配線パターン、及びソルダーレジスト等に関しては省略することとした。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As in the description of the above prior art, the capacitor laminate, the wiring pattern other than the through-hole connecting the capacitor laminate and the device, the solder resist, and the like are omitted.
図1(a)は、本発明のコンデンサ積層体4が内蔵された多層プリント配線板Pの概略断面説明図で、誘電体1と、当該誘電体1の表裏に積層された電源層2及びグラウンド層3とからなるコンデンサ積層体4と、当該コンデンサ積層体4の表裏に積層された層間絶縁層6と、当該層間絶縁層6上の図示しない配線パターン上に実装された電子デバイス7a及び7bと、当該電子デバイス7a、7bとコンデンサ積層体4及び図示しない配線パターンとを接続するスルーホール8とを有し、当該電源層2には、当該電源層2が完全に分離されない程度のスリット5が形成された構成となっている。
FIG. 1A is a schematic cross-sectional explanatory view of a multilayer printed wiring board P in which a
図1(c)は、当該積層コンデンサ4と電子デバイス7a、7bとを接続した状態の等価回路を示したものであるが、このように、電源層2にスリット5を設けたことにより、電源電圧変動による影響を抑制することができる。
FIG. 1C shows an equivalent circuit in a state in which the
上記原理を図1(b)を用いて簡単に説明する。 The above principle will be briefly described with reference to FIG.
図1(b)は、電源層2の要部平面拡大図であり、点Aは電子デバイス7aの電源ラインとの接続点を示し、点Bは電子デバイス7bの電源ラインとの接続点を示している。電子デバイス7a、7bの動作順位を上記従来例と同様とした場合、電子デバイス7aが動作を開始すると、瞬時に大きな電圧が吸い取られ、その反動で電子デバイス7bの動作時に電源電圧変動が発生するが、接続点A、B間に、当該電源層2が完全に分離しない程度のスリット5を設けているため、従来、点A、B間を直線的に伝わっていた電源電圧変動9が、当該スリット5を回避するように伝わるので、電子デバイス7b側への伝達時間が長くなる。その結果、電子デバイス7bに対する電源電圧変動の影響を小さくでき、グラウンド電位の変動を抑制することが可能となる。
FIG. 1B is an enlarged plan view of a main part of the
続いて、第二の実施の形態を図2を用いて説明する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
図2(a)は、スリット5を、電源層2とグラウンド層3の双方に設けたもので、それ以外は図1の形態と同様である。尚、図2(b)は、スリット5を設けた電源層2、及びグラウンド層3の要部拡大平面図を示し、図2(c)は、図2(a)の積層コンデンサ4と電子デバイス7a、7bとを接続した状態の等価回路を示したものである。
FIG. 2A shows the
第二の実施の形態の作用を簡単に説明すると、電源層2とグラウンド層3の双方にスリット5を設けているため、グラウンドの電圧変動も、第一の実施の形態の電源電圧変動9と同様に、スリット5を回避するように伝わるので、第一の実施の形態よりも更に、グラウンド電位の安定化を図ることができる。
The operation of the second embodiment will be briefly described. Since the
上記実施の形態においては、電源層2、及びグラウンド層3に設けたスリット5は直線状の1本のみで、当該電源層及びグラウンド層を、仮想的に2分割した例を示したが、当該スリット5の本数及び形態はこの限りでなく、図3(a)の如き+状や、図3(b)の如き+の連続状にしてもよく、また、図3(c)のように、図3(a)、(b)に示したスリット5を複数形成し、その間を更に分割する直線状のスリットセパレータ5aを設けるようにすれば、更に電源層2及びグラウンド層3を細かく分割するのに有効である。
In the above embodiment, the
また、本発明の実施の形態においては、内蔵されるコンデンサ積層体を1層備えた4層の多層プリント配線板を用いて説明したが、もちろんこれ以上の層数としても本発明は有効に作用する。 Further, in the embodiment of the present invention, the description has been given using the four-layer multilayer printed wiring board having one built-in capacitor laminate, but of course, the present invention works effectively even with a larger number of layers. To do.
1:誘電体
2:電源層
3:グラウンド層
4、4a:コンデンサ積層体
5:スリット
5a:スリットセパレータ
6:層間絶縁層
7a、7b:電子デバイス
8:スルーホール
9:電源電圧変動
P、Pa:多層プリント配線板
1: Dielectric 2: Power layer 3:
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