JP6884616B2 - 印刷配線板 - Google Patents

Description

本開示は、電磁バンドギャップ構造を有する印刷配線板に関する。

多層印刷配線板の電源層−グラウンド層で生じる平行平板共振抑制または高周波ノイズ伝搬抑制には、ノイズ抑制部品またはノイズ伝搬抑制を有する多層印刷配線板が考えられる。多層印刷配線板における電源系ノイズの低減には、通常、コンデンサが用いられる。一方、ノイズ伝搬抑制には、電源層−グラウンド層に対して電磁バンドギャップ（Electromagnetic band gap:ＥＢＧ）構造体が利用される。このようなＥＢＧ構造体を利用した印刷配線板は、例えば特許文献１〜５に開示されている。

特開２０１０−１０１８３号公報 特開２０１３−５８５８５号公報 特開２０１３−１８３０８２号公報 特開２０１３−２５５２５９号公報 特開２０１４−２７５５９号公報

本開示の印刷配線板は、電源層とグラウンド層とを含み、電源層の一部に形成される電源層パターンが、隣接するＥＢＧ単位セル間を接続する直流給電路であるブランチと、このブランチに沿って設けられたスリットを介して対向するように設けられた電源層電極とを含み、ブランチと電源層電極とが、スリットを跨ぐように形成された導電部材を介して接続されており、電源層電極に対向するよう層間を設けて配置される容量結合素子とブランチとがビアを介して接続されるＥＢＧ単位セルが、周期的に配置された構造を有する。

本開示の一実施形態に係る印刷配線板を示す説明図である。 （ａ）は図１に示す印刷配線板に設けられたＥＢＧ構造の一実施形態を示す説明図であり、（ｂ）はＥＢＧ構造に含まれる電源層パターンを示す説明図であり、（ｃ）はＥＢＧ構造に含まれる容量結合素子を示す説明図である。 図２（ａ）に示すＥＢＧ構造を構成しているＥＢＧ単位セルに含まれる共振回路部分の等価回路である。 （ａ）は図１に示す印刷配線板に設けられたＥＢＧ構造の他の実施形態を示す説明図であり、（ｂ）はＥＢＧ構造に含まれる電源層の表層パターンを示す説明図であり、（ｃ）はＥＢＧ構造に含まれる電源層の内層パターンを示す説明図であり、（ｄ）はＥＢＧ構造に含まれる電源層とは異なる内層の容量結合素子を示す説明図である。 （ａ）は図１に示す印刷配線板に設けられたＥＢＧ構造のさらに他の実施形態を示す説明図であり、（ｂ）は長孔の拡大説明図である。 （ａ）は図５（ａ）に示すＥＢＧ構造に形成された長孔、第１のパッドおよび第２のパッドの説明図であり、（ｂ）はブランチの説明図であり、（ｃ）は電源層電極の説明図であり、（ｄ）は容量結合素子の説明図である。 （ａ）は図４（ａ）に示すＥＢＧ構造で使用されている容量結合素子の変形例を示す説明図であり、（ｂ）は図４（ａ）に示すＥＢＧ構造で使用されている電源層パターンの変形例を示す説明図である。

一般に使用されているコンデンサでは、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）の影響によって、数百ＭＨｚ以上でノイズ抑制の効果を期待できない。１ＧＨｚ以上の周波数でのノイズ伝搬抑制については、ＥＢＧ構造を基板に設けることが有効とされている。しかし、実用化にはＥＢＧ構造の小型化が不可欠であり、小型化が容易なオープンスタブを使用したＥＢＧ構造が報告されている。このＥＢＧ構造では、電源層−グラウンド層間にビアを形成する必要があり、コスト面で不利となる。一方、電源層−グラウンド層間にビアが形成されていないＥＢＧ構造は、一般的に小型化しにくいという問題がある。

本開示の印刷配線板に設けられているＥＢＧ構造は、電源層−グラウンド層間にビアが形成されていなくても、容量結合素子が電源層に付加されて、電源電極が多層構造を有することによって、より小型化を実現することができる。さらに、本開示の印刷配線板は、製造後に容量結合素子を実測し、その設計値と仕上がり値に違いが生じた場合、所望のカットオフ周波数へ容易に調整することができる。以下、本開示の印刷配線板について詳細に説明する。

本開示の一実施形態に係る印刷配線板１は、図１に示すように、電源層２とグラウンド層３とを含み、この電源層２は、その一部にＥＢＧ構造４を有している。電源層２とグラウンド層３の間は絶縁層５が設けられている。電源層２およびグラウンド層３は、例えば銅などの導電性材料を含むベタパターンで形成されている。電源層２の厚さは特に限定されず、例えば１８〜７０μｍ程度である。グラウンド層３の厚さも特に限定されず、例えば１８〜７０μｍ程度である。

電源層２とグラウンド層３との間、電源層２の上面、およびグラウンド層３の下面には、絶縁層５が形成されている。絶縁層５は絶縁性を有する素材で形成されていれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの有機樹脂などが挙げられる。これらの有機樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。

絶縁性を有する素材として有機樹脂を使用する場合、有機樹脂に補強材を配合して使用してもよい。補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性布材が挙げられる。補強材は２種以上を併用してもよい。さらに、絶縁性を有する素材には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機充填材が含まれていてもよい。

図１に示す印刷配線板１は、電源層２の一部にＥＢＧ構造４を有している。ＥＢＧ構造４の一実施形態を、図２（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。図２（ａ）は、図１に示す印刷配線板１に設けられたＥＢＧ構造４の一部分を示す。図２（ａ）に示すように、ＥＢＧ構造４は、複数のＥＢＧ単位セル４１で形成されている。ＥＢＧ単位セル４１は、ブランチ４５に沿う方向およびブランチ４５に沿う方向と直交する方向に複数形成されている。図２（ａ）は、図１に示すＥＢＧ構造４のうち、ブランチ４５に沿った方向に３つ並べて配置したＥＢＧ単位セル４１を抜き出して示している。

図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＥＢＧ単位セル４１は、電源層パターン４２の下方に層間を設けて容量結合素子４３が配置された構造を有している。このＥＢＧ単位セル４１は、設計段階で印刷配線板１内に設置される。そのため、ノイズ抑制部品と異なり印刷配線板作製後の実装コストが不要となる。ＥＢＧ単位セル４１の形状は特に限定されない。例えば、配置した際に省スペースとなる点で、ＥＢＧ単位セル４１の形状は略矩形状を有している。

図２（ｂ）に示すように、電源層パターン４２は、ブランチ４５と、ブランチ４５に沿って設けられたスリット４６を介して対向するように設けられた電源層電極４７とを含んでいる。ブランチ４５は、電源供給に必要な直流電流を流すためのものであり、ＥＢＧ単位セル４１内に配置されている。ブランチ４５が配置される場所は、ＥＢＧ単位セル４１内であれば特に限定されず、例えば、ＥＢＧ単位セル４１の端部に配置されている。ブランチ４５は、例えば、隣接するＥＢＧ単位セル４１間を、電源給電に必要な直流電流を流せる範囲で細く形成されている。ブランチ４５は、容量結合素子４３と重ならないように配置されると、よりインダクタンスを大きくすることができる。

ブランチ４５と電源層電極４７とは、スリット４６を跨ぐように形成された導電部材４８を介して接続されている。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、導電部材４８は、スリット４６を跨ぐように形成されていれば、特に限定されない。導電部材４８は、例えば、ブランチ４５および電源層電極４７のそれぞれにおいて、スリット４６と対向する領域近傍（接続領域４５ａ、４７ａ）を接続するように形成されている。導電部材４８は、スリット４６を跨ぐように実装可能な部材であれば限定されない、導電部材４８としては、例えば０Ω抵抗器、はんだなどが挙げられる。

図２（ｃ）に示すように、容量結合素子４３は、電源層パターン４２（ブランチ４５）に形成されたビア４４ａに接続されるビア４４ｂを少なくとも１つ有する。ＥＢＧ構造４では、容量結合素子４３は電源層電極４７の下方から重ねるように配置されている。この容量結合素子４３は、例えば銅などの導電性材料で形成されている。容量結合素子４３は、電源層パターン４２と同じ導電性材料で形成されていてもよい。容量結合素子４３と電源層電極４７とは平行平板コンデンサを形成し、容量結合（結合容量Ｃｓ）を実現する。

ＥＢＧ構造４において、ブランチ４５と容量結合素子４３とは、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ビア４４（４４ａ、４４ｂ）を介して接続されている。ビア４４（４４ａ、４４ｂ）は、例えば銅などの導電性材料で形成されている。電源層電極４７と容量結合素子４３との層間厚は特に限定されず、例えば２５μｍ以下であり、十分な結合容量Ｃｓを有するようにするために５〜２０μｍ程度であってもよく、１２μｍ程度であってもよい。さらに、電源層電極４７の接続領域４７ａは、容量結合素子４３と重なるのがよい。

ＥＢＧ構造４では、電源層２（電源層パターン４２）とグラウンド層３との間にビアが形成されていない。容量結合素子４３が電源層２（電源層パターン４２）に付加されて、電源電極が多層構造（２層構造）を有している。その結果、ＥＢＧ構造４は従来のＥＢＧ構造よりも小型化される。

さらに、ＥＢＧ構造４では、ブランチ４５と電源層電極４７とは導電部材４８で接続されている。このような導電部材４８は、印刷配線板の製造後に、接続位置を調整して形成することができる。そのため、ＥＢＧ構造４を有する印刷配線板では、印刷配線板の製造後に、容量結合素子４３を実測し、その設計値と仕上がり値に違いが生じた場合、所望のカットオフ周波数への調整が容易である。

図３は、図２（ａ）に示すＥＢＧ単位セル４１に含まれる並列共振回路部分の等価回路である。このとき、（１−Ｎ）＊Ｌｂはブランチ４５のインダクタンス成分を示す。Ｎは０以上１以下で、ブランチ４５から電源層電極４７までの距離を表す変数である。また、Ｃｓは、電源層パターン４２がスリット４６で分割された電源層電極４７と容量結合素子４３の結合容量を示す。図２（ａ）では、電源層パターン４２は、ブランチ４５とスリット４６を隔てて導電部材４８で接続した電源層電極４７を設けているため、ブランチ４５から電源層電極４７までのインダクタンス成分はＮ＊Ｌｂである。接続位置によって、Ｎは異なる値を採る。

次に、図４（ａ）〜（ｄ）に基づいて、他の実施形態に係るＥＢＧ構造４’を説明する。上述の一実施形態に係るＥＢＧ構造４と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

ＥＢＧ構造４’では、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、電源層パターンは、ブランチ４５と、ブランチ４５に沿って設けられたスリット４６を介して対向するように設けられたパッド群４９とを含む表層パターン（図４（ｂ））、および表層パターンと異なる層であり、電源層電極４７を含む内層パターン（図４（ｃ））を含む。パッド群４９に含まれる複数のパッド４９ａと電源層電極４７とは、パッド接続ビア４９ｂを介して接続されている。

上述のＥＢＧ構造４は、単層構造の電源層パターン４２を有している。そのため、上述のＥＢＧ構造４は、電源層パターンおよび容量結合素子の２層構造を有している。一方、ＥＢＧ構造４’では、電源層パターンが表層パターンと内層パターンとの２層構造を有している。そのため、ＥＢＧ構造４’は表層パターン、内層パターンおよび容量結合素子の３層構造を有している。

表層パターンに含まれるパッド群４９は、複数のパッド４９ａから形成されている。パッド４９ａは、例えば銅などの導電性材料で形成されている。少なくとも１つのパッド４９ａは、スリット４６を跨ぐように形成された導電部材４８を介して、ブランチ４５と接続されている。導電部材４８については、上述のとおりであり、詳細な説明は省略する。

パッド４９ａにはパッド接続ビア４９ｂが形成されている。パッド接続ビア４９ｂは、例えば銅などの導電性材料で形成されている。このパッド接続ビア４９ｂによって、表層パターンは、表層パターンの下方に配置されている電源層電極４７を含む内層パターンと電気的に接続されている。

ＥＢＧ構造４’において、ブランチ４５と容量結合素子４３とは、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、ビア４４（４４ａ、４４ｂ）を介して接続されている。容量結合素子４３は、内層パターンの直下に配置されている。ビア４４（４４ａ、４４ｂ）については上述のとおりであり、詳細な説明は省略する。

表層パターンと内層パターンとの厚さ方向の距離は任意である。内層パターンおよび容量結合素子４３の各層の層間厚は特に限定されず、例えば２５μｍ以下であり、十分な結合容量Ｃｓを有するようにするために５〜２０μｍ程度であってもよく、１２μｍ程度であってもよい。

ＥＢＧ構造４’では、電源層２（電源層パターン）とグラウンド層３との間にビアが形成されていない。しかし、ブランチ４５と電源層電極４７とを同一層ではなく、異なる層に形成することによって、電源電極が、電源層パターン（表層パターンおよび内層パターン）と容量結合素子４３とを含む多層構造（３層構造）を有することになる。したがって、部品実装の影響で面積を確保しにくい表層ではなく、面積を確保しやすい内層に電源層パターンを形成できる。

さらに、ＥＢＧ構造４’では、ブランチ４５とパッド４９ａとが、導電部材４８で接続される。そのため、ＥＢＧ構造４’を有する印刷配線板では、印刷配線板の製造後に、パッド群４９内の適切な位置のパッド４９ａを選択して導電部材４８を接続することができる。その結果、ＥＢＧ構造４’を有する印刷配線板では、印刷配線板の製造後に、容量結合素子４３を実測し、その設計値と仕上がり値に違いが生じた場合、所望のカットオフ周波数への調整が容易である。

次に、図５および図６に基づいて、さらに他の実施形態に係るＥＢＧ構造４’’を説明する。上述の一実施形態に係るＥＢＧ構造４と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

ＥＢＧ構造４’’では、図５（ａ）に示すように、スリット４６として長孔４６１が形成されている。この長孔４６１は、図５（ｂ）に示すように、長手側内壁面に導体が被着されており（導体被着領域４６１ａ）、長孔４６１の両端部内壁面には導体が被着されていない（非導体領域４６１ｂ）。長孔４６１は、例えば下記の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のような方法で形成される。
（ｉ）長孔を形成した後、長孔の両端部内壁面をレジストでマスキングし、めっき処理を施す。
（ｉｉ）長孔を形成した後、長孔の内壁面全面にめっき処理を施し、長孔の両端部内壁面に被着しているめっきを機械的に除去する。
（ｉｉｉ）長孔を形成した後、長孔の内壁面全面にめっき処理を施し、長孔の両端部内壁面以外（長手側内壁面）をレジストでマスキングし、長孔の両端部内壁面に被着しているめっきをエッチングなど化学的に除去する。

図５（ａ）および図６（ａ）に示すように、ブランチ４５は内層に形成され、長孔４６１の長手側内壁面に被着された導体（導体被着領域４６１ａ）を介して表層に形成された第１のパッド４５ｂと電気的に接続している。電源層電極４７も内層に形成され、長孔４６１の長手側内壁面に被着された導体（導体被着領域４６１ａ）を介して表層に形成された第２のパッド４７ｂと電気的に接続している。第１のパッド４５ｂおよび第２のパッド４７ｂは、例えば銅などの導電性材料で形成されている。

図５（ａ）および図６（ａ）に示すように、表層に形成された第１のパッド４５ｂと表層に形成された第２のパッド４７ｂとは、長孔４６１を跨ぐように形成された導電部材４８を介して接続されている。すなわち、導電部材４８を介してブランチ４５と電源層電極４７とが電気的に接続されている。導電部材４８については、上述のとおりであり、詳細な説明は省略する。

ＥＢＧ構造４’’において、ブランチ４５と容量結合素子４３とは、図５（ａ）、図６（ｂ）および（ｄ）に示すように、ビア４４（４４ａ、４４ｂ）を介して接続されている。容量結合素子４３は、電源層電極４７の直下に配置されている。ビア４４（４４ａ、４４ｂ）については上述のとおりであり、詳細な説明は省略する。

ブランチ４５と電源層電極４７とは（図６（ｂ）および（ｃ））、同一平面上（同一層）に形成されていてもよく、異なる平面上に形成されていてもよい。ブランチ４５と電源層電極４７とが異なる平面上に形成されていても、ブランチ４５と電源層電極４７とは、表層に形成された第１のパッド４５ｂ、表層に形成された第２のパッド４７ｂ、導電部材４８、および導体被着領域４６１ａを介して電気的に接続される。

ＥＢＧ構造４’’では、表層に形成された第１のパッド４５ｂと表層に形成された第２のパッド４７ｂとが、導電部材４８で接続される。そのため、ＥＢＧ構造４’’を有する印刷配線板では、印刷配線板の製造後に、第１のパッド４５ｂと第２のパッド４７ｂとの接続位置を調節して導電部材４８を接続することができる。その結果、ＥＢＧ構造４’’を有する印刷配線板では、印刷配線板の製造後に、容量結合素子４３を実測し、その設計値と仕上がり値に違いが生じた場合、所望のカットオフ周波数への調整が容易である。さらに、ＥＢＧ構造４’’は、ブランチ４５を内層に形成しているため、外部ノイズの影響を受けにくい。

以上、本開示の印刷配線板を説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図４（ａ）〜（ｄ）に示すＥＢＧ構造４’は、表層パターン、内層パターンおよび容量結合素子４３がこの順に積層された構造を有している。しかし、このような構造に限定されず、ＥＢＧ構造４’の変形例としては、例えば、表層パターン、図７（ａ）に示す容量結合素子４３および図７（ｂ）に示す内層パターンがこの順に積層された構造を有していてもよい。

この場合、パッド接続ビア４９ｂは、容量結合素子４３を貫通しないように、容量結合素子４３の外部に形成され、表層パターンと内層パターンに含まれる電源層電極４７とを電気的に接続している。ブランチ４５と容量結合素子４３とを電気的に接続するビア４４（４４ｂ）は、ブランチ４５を含む表層パターンと、表層パターンの直下に配置されている容量結合素子４３とを、電気的に接続すればよい。そのため、図７（ｂ）に示す内層パターンには、ビア４４（４４ｂ）が形成されていない。この場合の各層の層間厚は上述のとおりであり、詳細な説明は省略する。

例えば、ＥＢＧ構造４’’において、ブランチ４５と電源層電極４７とが異なる平面上に形成されている場合、ブランチ４５と電源層電極４７との間に容量結合素子４３が形成されていてもよい。

１ 印刷配線板
２ 電源層
３ グラウンド層
４、４’、４’’ ＥＢＧ構造
４１ ＥＢＧ単位セル
４２ 電源層パターン
４３ 容量結合素子
４４、４４ａ、４４ｂ ビア
４５ ブランチ
４５ａ 接続領域
４５ｂ 第１パッド
４６ スリット
４６１ 長孔
４６１ａ 導体被着領域
４６１ｂ 非導体領域
４７ 電源層電極
４７ａ 接続領域
４７ｂ 第２パッド
４８ 導電部材
４９ パッド群
４９ａ パッド
４９ｂ パッド接続ビア
５ 絶縁層

Claims (5)

1. 電源層とグラウンド層とを含み、
   電源層の一部に形成される電源層パターンが、隣接するＥＢＧ単位セル間を接続する直流給電路であるブランチと、このブランチに沿って設けられたスリットを介して対向するように設けられた電源層電極とを含み、
   ブランチと電源層電極とが、スリットを跨ぐように形成された導電部材を介して接続されており、
   前記スリットが長孔で形成され、長孔の長手側内壁面に導体が被着されており、該導体と前記ブランチとを電気的に接続する第１のパッドが表層に設けられており、該導体と前記電源層電極とを電気的に接続する第２のパッドが表層に設けられており、第１のパッドと第２のパッドとが、前記導電部材を介して接続されており、
   電源層電極に対向するよう層間を設けて配置される容量結合素子とブランチとがビアを介して接続されるＥＢＧ単位セルが、周期的に配置された構造を有することを特徴とする印刷配線板。
2. 電源層とグラウンド層とを含み、
   電源層の一部に形成される電源層パターンが、隣接するＥＢＧ単位セル間を接続する直流給電路であるブランチと、このブランチに沿って設けられたスリットを介して対向するように設けられたパッド群とを含む表層パターン、および表層パターンと異なる層であり、電源層電極を含む内層パターンを含み、
   パッド群に含まれる複数のパッドと電源層電極とが、パッド接続ビアを介して接続されており、
   ブランチとパッド群に含まれるパッドの少なくとも１つとが、スリットを跨ぐように形成された導電部材を介して接続されており、
   電源層電極に対向するよう層間を設けて配置される容量結合素子とブランチとがビアを介して接続されるＥＢＧ単位セルが、周期的に配置された構造を有することを特徴とする印刷配線板。
3. 前記導電部材が、０Ω抵抗器またははんだである請求項１または２に記載の印刷配線板。
4. 前記ブランチがＥＢＧ単位セルの端部に配置される請求項１〜３のいずれかに記載の印刷配線板。
5. 前記電源層電極と前記容量結合素子との層間の厚さが２５μｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の印刷配線板。
   

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