JP7003340B1 - 回路基板 - Google Patents

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Abstract

回路基板(700A)において、第1コンデンサ(410)は、配線パターン(110)から、配線パターン(110)の幅方向の一方の側方に位置する領域に延び出ている。第2コンデンサ(420)は、配線パターン(110)から、配線パターン(110)の幅方向の他方の側方に位置する領域に延び出ている。半導体デバイス(300)が実装されることで電源端子(320)が配線パターン(110)に電気的に接続され、半導体デバイス(300)、配線パターン(110)、第1コンデンサ(410)、第1層間接続部(510)、グラウンドプレーン(210)、及び第3層間接続部(530)によって第1閉回路が構成される。また、半導体デバイス(300)、配線パターン(110)、第2コンデンサ(420)、第2層間接続部(520)、グラウンドプレーン(210)、及び第3層間接続部(530)によって第2閉回路が構成される。

Description

本開示は、回路基板に関する。
特許文献1に開示されているように、半導体デバイスに電力を供給する配線部と、半導体デバイスに基準電位を与えるグラウンド部と、配線部をグラウンドに短絡するバイパスコンデンサ(bypass capacitor)とを備える回路基板が知られている。
特許文献1は、半導体デバイスで生じた高周波のノイズ電流を低減させる目的で、バイパスコンデンサとして一対のコンデンサを用いたノイズフィルタの構成を提案している。具体的には、特許文献1は、プリント基板表面に主配線パターンと、この主配線パターンから分岐し主配線パターンを挟んで形成された一対の分岐パターンと、それぞれの分岐パターンの一端と対向する一対の接地用配線とを備えており、分岐パターンの一端と接地用配線の一端とに跨ってコンデンサが配置されるノイズフィルタの構成を提案している。
特開2017-017470号公報
特許文献1は、主配線パターンを伝わる伝導ノイズとしてのノイズ電流を低減させることについて開示しているが、空間に放射されるノイズとしての電磁波(以下、放射ノイズと記す。)を低減することについては、開示していない。
しかし、回路基板が閉回路を有する場合には、その閉回路で形成される誘導磁場が放射ノイズの源となる。放射ノイズは、閉回路を貫く向きに空間を伝播し、回路基板の周辺に配置された電子機器の動作に悪影響を及ぼすEMI(Electromagnetic Interference)の原因となる。そこで、放射ノイズの発生を抑える構成が望まれる。
本開示の目的は、放射ノイズの発生が抑えられる回路基板を提供することである。
上記目的を達成するために、本開示に係る回路基板は、
各々導電性を有する第1導電層と第2導電層とが、絶縁性を有する絶縁層を介して積層された構造を備え、基準電位とされるリファレンス端子と、信号の出力を行う非リファレンス端子とを有する半導体デバイスが実装される回路基板であって、
前記第1導電層の構成要素である配線部と、
各々一端が前記配線部に接続された第1コンデンサ及び第2コンデンサと、
前記第2導電層の構成要素であるリファレンス部と、
前記リファレンス部と前記第1コンデンサの他端とを電気的に接続する第1層間接続部と、
前記リファレンス部と前記第2コンデンサの他端とを電気的に接続する第2層間接続部と、
前記半導体デバイスが実装されることで、前記リファレンス部と前記リファレンス端子とを電気的に接続する第3層間接続部と、
を備え、
前記第1コンデンサが、前記配線部から、前記配線部の幅方向の一方の側方に位置する領域に延び出ており、かつ前記第2コンデンサが、前記配線部から、前記配線部の前記幅方向の他方の側方に位置する領域に延び出ており、
前記半導体デバイスが実装されることで前記非リファレンス端子が前記配線部に電気的に接続され、前記半導体デバイス、前記配線部、前記第1コンデンサ、前記第1層間接続部、前記リファレンス部、及び前記第3層間接続部によって第1閉回路が構成され、かつ、前記半導体デバイス、前記配線部、前記第2コンデンサ、前記第2層間接続部、前記リファレンス部、及び前記第3層間接続部によって第2閉回路が構成される。
上記構成によれば、半導体デバイスが回路基板に実装されることで第1閉回路及び第2閉回路が構成され、第1閉回路で形成される誘導磁場(以下、第1誘導磁場と記す。)と、第2閉回路で形成される誘導磁場(以下、第2誘導磁場と記す。)とが、第1導電層に対する面方向で互いに対向する向きとなり、第1誘導磁場と第2誘導磁場とが相殺又は減殺し合う。
また、第1誘導磁場と第2誘導磁場とは、第1コンデンサ及び第2コンデンサが延び出ている方向に沿った第1導電層に対する断面視における回路基板の厚み方向においても、互いに対向する向きとなり、第1誘導磁場と第2誘導磁場とが相殺又は減殺し合う。
また、配線部の幅方向から見た、第1閉回路及び第2閉回路の各々が囲む面積を、第1コンデンサ及び第2コンデンサが配線部の長さ方向に延在する場合よりも狭小化できる。このため、放射ノイズの、配線部の幅方向の強度を従来よりも低減できる。
以上のようにして、放射ノイズの発生が抑えられる。
実施形態1に係る回路基板の主要部を示す断面図 実施形態1に係る回路基板の主要部を示す平面図 実施形態1に係るノイズ電流の経路の一側面を示す概念図 実施形態1に係るノイズ電流の経路の他の側面を示す概念図 実施形態2に係る回路基板の主要部を示す平面図 実施形態3に係る回路基板の主要部を示す平面図 実施形態4に係る回路基板の主要部を示す平面図 実施形態5に係る回路基板の主要部を示す平面図 実施形態6に係る回路基板の主要部を示す平面図 実施形態7に係る回路基板の主要部を示す平面図
以下、図面を参照し、実施形態1-7に係る回路基板について説明する。図中、同一又は対応する部分に同一の符号を付す。なお、以下の実施形態1-7で説明する回路基板は、半導体デバイスが実装された状態で説明している。
[実施形態1]
図1に示すように、本実施形態に係る回路基板700Aは、各々導電性を有する第1導電層100と第2導電層200とが、絶縁性を有する絶縁層600を介して厚さ方向に積層された構造を備える。第1導電層100に、半導体デバイス300、第1コンデンサ410、及び第2コンデンサ420が取り付けられている。
図2に示すように、半導体デバイス300は、基準電位とされるグラウンド端子310と、半導体デバイス300からの信号を出力する電源端子320とを有する。グラウンド端子310は、本開示に係るリファレンス端子の一例である。電源端子320は、本開示に係る非リファレンス端子の一例である。本実施形態では、半導体デバイス300の本体を挟んで、グラウンド端子310と電源端子320とが正面に対向している形態を示している。
第1導電層100は、半導体デバイス300の電源端子320が電気的に接続された配線パターン110と、半導体デバイス300のグラウンド端子310が電気的に接続されたグラウンドパッド140とを有する。配線パターン110は、本開示に係る配線部の一例である。また、第1導電層100は、第1コンデンサ410の一端が配置される第1パッド120と、第2コンデンサ420の一端が配置される第2パッド130とを有する。
本実施形態では、以下の説明の容易化のために、回路基板700Aの厚さ方向に平行なZ軸を有し、かつ第1導電層100に対する平面視において、半導体デバイス300のグラウンド端子310から電源端子320に向かう方向をX軸のプラス方向とする右手系のXYZ直交座標系を定義する。
配線パターン110は、半導体デバイス300の電源端子320が配置される一端部からX軸プラス方向に延在している。つまり、配線パターン110は、第1導電層100に対する平面視において、半導体デバイス300の本体から電源端子320が延出する方向に沿って延在している。
一端部が電源端子320に接続された配線パターン110の他端部は、図示せぬ電源回路に接続されている。その電源回路から配線パターン110を通じて半導体デバイス300に電源電圧が供給される。なお、半導体デバイス300が電源となるデバイスである場合は、電源回路を有さなくともよい。
なお、図2では、第1導電層100の構成要素のうち、半導体デバイス300の、グラウンド端子310及び電源端子320以外の端子と接続されるものについては、図示を省略している。
第1コンデンサ410と第2コンデンサ420の各々は、一端が配線パターン110上に配置された状態で配線パターン110に電気的に接続されている。
なお、本明細書において、コンデンサの“一端”とは、コンデンサを構成する一対の電極の一方に接続された端子を指し、コンデンサの“他端”とは、それら一対の電極の他方に接続された端子を指すものとする。
一端が配線パターン110上に配置された第1コンデンサ410は、配線パターン110から、配線パターン110の幅方向の一方の側方に位置する領域に延び出ている。また、一端が配線パターン110上に配置された第2コンデンサ420は、配線パターン110から、配線パターン110の幅方向の他方の側方に位置する領域に延び出ている。
ここで“配線パターン110の幅方向”とは、第1コンデンサ410の一端及び第2コンデンサ420の一端が接続されている位置における配線パターン110の幅方向、つまり本実施形態ではY軸方向を指す。
具体的には、第1コンデンサ410は、配線パターン110から、配線パターン110のY軸プラス方向の側方に位置する領域に延び出ている。また、第2コンデンサ420は、配線パターン110から、配線パターン110のY軸マイナス方向の側方に位置する領域に延び出ている。
より具体的には、第1コンデンサ410と第2コンデンサ420は、第1導電層100に対する平面視(以下、単に平面視と記す。)において、配線パターン110と直交してY軸方向に延びる第1仮想直線VL1上で、互いの一端を対向させ、かつ互いに反対向きに配線パターン110から延び出ている。
第1コンデンサ410の他端は、第1導電層100の構成要素である第1パッド120上に配置された状態で第1パッド120に電気的に接続されている。また、第2コンデンサ420の他端は、第1導電層100の構成要素である第2パッド130上に配置された状態で第2パッド130に電気的に接続されている。
配線パターン110と第1パッド120との間、及び配線パターン110と第2パッド130との間には、第1導電層100の構成要素は存在しない。つまり、配線パターン110と第1パッド120は、第1コンデンサ410のみで接続され、配線パターン110と第2パッド130は、第2コンデンサ420のみで接続されている。
また、図2中、細い破線で示すように、第2導電層200は、半導体デバイス300に基準電位を与えるグラウンドプレーン210を有する。グラウンドプレーン210は、本開示に係るリファレンス部の一例である。
グラウンドプレーン210は面状に分布している。第1コンデンサ410、第2コンデンサ420、第1パッド120、第2パッド130、グラウンドパッド140、及び半導体デバイス300を第2導電層200に垂直投影した投影領域は、グラウンドプレーン210上に配置される。
また、回路基板700Aは、各々Z軸方向に延在する第1層間接続部510、第2層間接続部520、及び第3層間接続部530を備える。
第1層間接続部510は、グラウンドプレーン210と、第1コンデンサ410の他端が接続された第1パッド120とを電気的に接続する。つまり、第1層間接続部510は、グラウンドプレーン210と第1コンデンサ410の他端とを電気的に接続する。
第2層間接続部520は、グラウンドプレーン210と、第2コンデンサ420の他端が接続された第2パッド130とを電気的に接続する。つまり、第2層間接続部520は、グラウンドプレーン210と第2コンデンサ420の他端とを電気的に接続する。
第3層間接続部530は、グラウンドプレーン210と、グラウンド端子310が接続されるグラウンドパッド140とを電気的に接続する。つまり、第3層間接続部530は、グラウンドプレーン210とグラウンド端子310とを電気的に接続する。
図1にも、第1層間接続部510、第2層間接続部520、及び第3層間接続部530が示されている。第1層間接続部510、第2層間接続部520、及び第3層間接続部530の各々は、第1導電層100と第2導電層200とをつなぐビア穴(via hole)の内面に金属のメッキを施したもので構成される。
第1層間接続部510、第2層間接続部520、及び第3層間接続部530の各々のZ軸マイナス方向の端部は、グラウンドプレーン210の領域内に配置されている。
図2に示すように、第1層間接続部510のZ軸プラス方向の端部は、第1パッド120の領域内に配置されている。第2層間接続部520のZ軸プラス方向の端部は、第2パッド130の領域内に配置されている。第3層間接続部530のZ軸プラス方向の端部は、グラウンドパッド140の領域内に配置されている。
以上説明した回路基板700Aでは、配線パターン110を通じて半導体デバイス300に電源電圧が供給されることで、半導体デバイス300が作動する。そして、半導体デバイス300では、半導体デバイス300の作動に伴い、半導体デバイス300の内部で、高周波電流としてのノイズ電流800が発生する。つまり、半導体デバイス300は、ノイズ電流800の発生源となる能動素子(active element)である。ノイズ電流800の周波数は、100kHz以上、より具体的には1MHz以上である。
半導体デバイス300で生じたノイズ電流800は、電源端子320を通じて配線パターン110に流れ込む。配線パターン110に流れ込んだノイズ電流800の一部は、第1コンデンサ410を流れる第1ノイズ電流810と、第2コンデンサ420を流れる第2ノイズ電流820とに分岐する。
第1ノイズ電流810は、第1コンデンサ410、第1パッド120、及び第1層間接続部510を経由して、グラウンドプレーン210に流れ込む。そして、第1ノイズ電流810は、第3層間接続部530に向かってグラウンドプレーン210を流れる。
図2では、グラウンドプレーン210を流れる第1ノイズ電流810を、太い破線で示す。第1ノイズ電流810は、グラウンドプレーン210の領域内における第1層間接続部510から第3層間接続部530までの、インピーダンスが最小となるような滑らかな曲線状の経路を流れる。
その経路は、第1層間接続部510のグラウンドプレーン210との接続部と、第3層間接続部530のグラウンドプレーン210との接続部とを結ぶ仮想線分よりも、図2で示した配線パターン110の長さ方向に延びる第2仮想直線VL2をグラウンドプレーン210に投影した仮想投影直線に近い位置を通り、かつその仮想投影直線よりも第1層間接続部510のグラウンドプレーン210との接続部側を通る。
そして、第1ノイズ電流810は、以上のようにしてグラウンドプレーン210を流れた後、第3層間接続部530、グラウンドパッド140、及びグラウンド端子310を経由して、半導体デバイス300に帰還する。半導体デバイス300に帰還した第1ノイズ電流810は、半導体デバイス300の内部を、グラウンド端子310から電源端子320に向かって流れる。
図2では、半導体デバイス300の内部を流れる第1ノイズ電流810を、太い一点鎖線で示す。図2では、第1ノイズ電流810が、半導体デバイス300の内部をX軸プラス方向に流れると仮定している。
以上のようにして、半導体デバイス300、配線パターン110、第1コンデンサ410、第1パッド120、第1層間接続部510、グラウンドプレーン210、第3層間接続部530、及びグラウンドパッド140によって、第1ノイズ電流810が流れる第1閉回路が構成される。
一方、第2ノイズ電流820は、第2コンデンサ420、第2パッド130、及び第2層間接続部520を経由して、グラウンドプレーン210に流れ込む。そして、第2ノイズ電流820は、第3層間接続部530に向かってグラウンドプレーン210を流れる。
図2では、グラウンドプレーン210を流れる第2ノイズ電流820を、太い破線で示す。第2ノイズ電流820は、グラウンドプレーン210領域内における第2層間接続部520から第3層間接続部530までの、インピーダンスが最小となるような滑らかな曲線状の経路を流れる。
その経路は、第2層間接続部520のグラウンドプレーン210との接続部と、第3層間接続部530のグラウンドプレーン210との接続部とを結ぶ仮想線分よりも、図2で示した配線パターン110の長さ方向に延びる第2仮想直線VL2をグラウンドプレーン210に投影した仮想投影直線に近い位置を通り、かつその仮想投影直線よりも第2層間接続部520のグラウンドプレーン210との接続部側を通る。
そして、第2ノイズ電流820は、以上のようにしてグラウンドプレーン210を流れた後、第3層間接続部530、グラウンドパッド140、及びグラウンド端子310を経由して、半導体デバイス300に帰還する。半導体デバイス300に帰還した第2ノイズ電流820は、半導体デバイス300の内部を電源端子320に向かって流れる。半導体デバイス300の内部における第2ノイズ電流820の経路は、第1ノイズ電流810の経路と同じである。
以上のようにして、半導体デバイス300、配線パターン110、第2コンデンサ420、第2パッド130、第2層間接続部520、グラウンドプレーン210、第3層間接続部530、及びグラウンドパッド140によって、第2ノイズ電流820が流れる第2閉回路が構成される。
本実施形態に係る回路基板700Aによれば、次の効果が得られる。
既述のように、第1コンデンサ410が、配線パターン110から、配線パターン110のY軸プラス方向の側方に位置する第1パッド120に向かって延び出ている。また、第2コンデンサ420が、配線パターン110から、配線パターン110のY軸マイナス方向の側方に位置する第2パッド130に向かって延び出ている。
このため、平面視において、互いに逆向きに周回する第1ノイズ電流810の経路と第2ノイズ電流820の経路とが構成される。具体的には、平面視において、第1ノイズ電流810が上記第1閉回路を反時計回りに周回するとき、第2ノイズ電流820は上記第2閉回路を時計回りに周回する。
従って、第1ノイズ電流810が上記第1閉回路で形成する第1誘導磁場の、第1導電層100に対する法線方向の成分であるZ軸成分910Zと、第2ノイズ電流820が上記第2閉回路で形成する第2誘導磁場の、上記法線方向の成分であるZ軸成分920Zとが、互いに相殺又は減殺し合う。
具体的には、本実施形態では、第1誘導磁場のZ軸成分910Zの大きさと、第2誘導磁場のZ軸成分920Zの大きさとが一致する。従って、第1誘導磁場のZ軸成分910Zが、第2誘導磁場のZ軸成分920Zによって相殺される。つまり、Z軸方向の放射ノイズの発生を無くすことができる。
本実施形態では、第1誘導磁場のZ軸成分910Zと、第2誘導磁場のZ軸成分920Zとの大きさを一致させるために、特に以下の構成(A)-(D)を採用した。
(A)ノイズ電流800に対する上記第1閉回路のインピーダンスと、上記第2閉回路のインピーダンスとが等しく揃えられた構成。特に、第1コンデンサ410の静電容量と、第2コンデンサ420の静電容量とが等しく揃えられた構成。
(B)第1コンデンサ410、第1層間接続部510、及び第1パッド120と、第2コンデンサ420、第2層間接続部520、及び第2パッド130とが、平面視において、配線パターン110の長さ方向に延びる第2仮想直線VL2を対称軸として、線対称に配置された構成。ここで“配線パターン110の長さ方向”とは、第1コンデンサ410の一端及び第2コンデンサ420の一端が接続されている位置における配線パターン110の長さ方向、つまり本実施形態ではX軸方向を指す。
(C)第3層間接続部530、グラウンド端子310、及び電源端子320が、平面視において、第2仮想直線VL2上に並んだ構成。
(D)グラウンドプレーン210が、第1層間接続部510のグラウンドプレーン210との接続部、第2層間接続部520のグラウンドプレーン210との接続部、及び第3層間接続部530のグラウンドプレーン210との接続部を頂点する三角形の領域が含まれるサイズの面状に分布している構成。
上記構成(A)によって、第1ノイズ電流810と第2ノイズ電流820との大きさを等しく揃えることができる。また、上記構成(B)-(D)によって、第1ノイズ電流810が周回する経路をXY仮想平面に垂直投影したZ軸方向第1投影経路810Zの囲む面積と、第2ノイズ電流820が周回する経路をXY仮想平面に垂直投影したZ軸方向第2投影経路820Zの囲む面積とを等しく揃えることができる。
この結果、第1誘導磁場のZ軸成分910Zと、第2誘導磁場のZ軸成分920Zとの大きさを一致させることができ、両者の相殺によって、Z軸方向の放射ノイズの発生を無くすことができる。
図3を参照し、次に、第1誘導磁場のX軸成分910Xと、第2誘導磁場のX軸成分920Xとについて説明する。図3は、第1ノイズ電流810が周回する経路と、第2ノイズ電流820が周回する経路との、X軸方向に見た側面を示す。なお、図1に示した絶縁層600は、放射ノイズが通過する誘電体であるため、図3では図示を省略した。
既述のように、第1コンデンサ410が、配線パターン110から、配線パターン110のY軸プラス方向の側方に位置する第1パッド120に向かって延び出ている。また、第2コンデンサ420が、配線パターン110から、配線パターン110のY軸マイナス方向の側方に位置する第2パッド130に向かって延び出ている。
このため、X軸方向に見ても、互いに逆向きに周回する第1ノイズ電流810の経路と第2ノイズ電流820の経路とが構成される。従って、第1誘導磁場のX軸成分910Xと、第2誘導磁場のX軸成分920Xとが、互いに相殺又は減殺し合う。
具体的には、上述した構成(B)-(D)を採ったことにより、第1ノイズ電流810が周回する経路をYZ仮想平面に垂直投影したX軸方向第1投影経路810Xの囲む面積と、第2ノイズ電流820が周回する経路をYZ仮想平面に垂直投影したX軸方向第2投影経路820Xの囲む面積とが等しく揃えられる。また、上述した構成(A)によって、第1ノイズ電流810と第2ノイズ電流820との大きさが等しく揃えられる。
この結果、第1誘導磁場のX軸成分910Xと、第2誘導磁場のX軸成分920Xとの大きさを一致させることができ、両者の相殺によって、X軸方向の放射ノイズの発生を無くすことができる。
図4を参照し、次に、第1誘導磁場のY軸成分910Yと、第2誘導磁場のY軸成分920Yとについて説明する。図4は、第1ノイズ電流810が周回する経路と、第2ノイズ電流820が周回する経路との、Y軸方向に見た側面を示す。なお、図4では、図1に示した絶縁層600の図示を省略した。
既述のように、第1コンデンサ410及び第2コンデンサ420が、配線パターン110と交差する向き、具体的には、配線パターン110の幅方向であるY軸方向に延在している。
このため、第1コンデンサ410及び第2コンデンサ420が、配線パターン110の長さ方向であるX軸方向に延在する場合に比べると、第1層間接続部510及び第2層間接続部520を、第3層間接続部530に近づけることができる。つまり、上記第1閉回路及び上記第2閉回路のX軸方向の経路長を、半導体デバイス300のX軸方向の幅に近づけることができる。
しかも、Z軸方向に関し、第1導電層100と第2導電層200との間に介在するのは、図1に示した絶縁層600のみである。第1導電層100と第2導電層200との間には、他の導電層は介在していない。このことは、上記第1閉回路及び上記第2閉回路のZ軸方向の経路長を短縮することに寄与している。
従って、第1ノイズ電流810が周回する経路をXZ仮想平面に垂直投影したY軸方向第1投影経路810Yの囲む面積と、第2ノイズ電流820が周回する経路をXZ仮想平面に垂直投影したY軸方向第2投影経路820Yの囲む面積との各々を狭小化できる。このため、放射ノイズのY軸方向の強度を従来よりも低減できる。
以上説明したように、本実施形態によれば、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向の各方向の放射ノイズの発生が抑えられる。
また、本実施形態によれば、第1コンデンサ410及び第2コンデンサ420が、図2に示すノイズ電流800をグラウンドプレーン210へと流し込むバイパスコンデンサ(bypass capacitor)の役割を果たす。
なお、グラウンドプレーン210が面状に広く分布しているため、ノイズ電流800に対する上記第1閉回路及び上記第2閉回路のインピーダンスが小さく抑えられる。また、第1導電層100と第2導電層200とが図1に示す絶縁層600を介して隣り合うため、両者の間に他の導電層が介在する場合に比べると、上記第1閉回路及び上記第2閉回路の経路長が短縮化される。このことも、ノイズ電流800に対する上記第1閉回路及び上記第2閉回路のインピーダンスを小さく抑えることに寄与する。
従って、図2に示すノイズ電流800の大部分をグラウンドプレーン210へと流し込むことができ、配線パターン110に接続されうる図示せぬ他のデバイス又は電源回路にノイズ電流800が流出しにくい。
また、第1コンデンサ410及び第2コンデンサ420は、半導体デバイス300に電荷を供給することで、半導体デバイス300の動作を安定化させる役割も果たす。
[実施形態2]
図2には、平面視で四角形に形成された半導体デバイス300の本体の一辺と平行な方向にグラウンド端子310と電源端子320とが並ぶ構成を例示した。しかし、グラウンド端子310と電源端子320とが並ぶ方向は特に限定されない。以下、電源端子320の位置が変更された具体例を述べる。
図5に示すように、本実施形態に係る回路基板700Bでは、平面視において、半導体デバイス300の本体の一辺と交差する方向に、グラウンド端子310と電源端子320とが並んでいる。実施形態1では、グラウンド端子310と電源端子320とが、半導体デバイス300の本体を挟んで正面に対向する位置に配置されていたが、本実施形態では、グラウンド端子310と電源端子320とは、半導体デバイス300の本体を挟んで斜めに対向する位置に配置されている。また、配線パターン110は、平面視において、半導体デバイス300の本体から電源端子320が延出する方向と交差する斜め方向に延在している。
但し、電源端子320とグラウンド端子310とが並ぶ方向に配線パターン110が延在し、かつ配線パターン110に直交する第1仮想直線VL1上に、第1コンデンサ410及び第2コンデンサ420が並んでいる点は、実施形態1と同じである。
また、第1コンデンサ410、第1層間接続部510、及び第1パッド120と、第2コンデンサ420、第2層間接続部520、及び第2パッド130とが、平面視において、配線パターン110の長さ方向に延びる第2仮想直線VL2を対称軸として、線対称に配置されている点も実施形態1と同じである。
図5には、回路基板700Bの厚さ方向に平行なZ軸を有し、かつ平面視において、配線パターン110の長さ方向に平行で電源端子320から遠ざかる方向をX軸のプラス方向とする右手系のXYZ直交座標系を付記している。平面視で第3層間接続部530と電源端子320とが並ぶ方向をX軸方向とする点は、実施形態1と同じである。
本実施形態においても、第1コンデンサ410及び第2コンデンサ420が、配線パターン110に直交するY軸方向に延在しているため、実施形態1の場合と同様に、Z軸方向及びX軸方向の放射ノイズを無くすことができ、かつY軸方向の放射ノイズを小さく抑えることができる。他の構成及び効果は、実施形態1と同じである。
[実施形態3]
図2及び図5には、平面視において、グラウンド端子310と電源端子320とが並ぶ方向に配線パターン110が延在している構成を例示した。グラウンド端子310及び電源端子320は、必ずしも配線パターン110の長さ方向に並んでいなくてもよい。以下、本実施形態では、その具体例を述べる。
図6に示すように、本実施形態に係る回路基板700Cでは、平面視において、第3層間接続部530、グラウンド端子310、及び電源端子320を通る第3仮想直線VL3が、配線パターン110の長さ方向に延びる第2仮想直線VL2と交差する。つまり、本実施形態では、グラウンド端子310と電源端子320とは、半導体デバイス300の本体を挟んで斜めに対向する位置に配置されている。そして、配線パターン110は、平面視において、半導体デバイス300の本体から電源端子320が延出する方向に沿って延在している。
図6には、回路基板700Cの厚さ方向に平行なZ軸を有し、かつ平面視において、配線パターン110の長さ方向に平行で電源端子320から遠ざかる方向をX軸のプラス方向とする右手系のXYZ直交座標系を付記している。
本実施形態でも、実施形態1の場合と同様、平面視において、互いに逆向きに周回する第1ノイズ電流810の経路と第2ノイズ電流820の経路とが構成される。
但し、本実施形態では、Z軸方向第1投影経路810Zの囲む面積が、Z軸方向第2投影経路820Zの囲む面積よりも小さい。従って、第1誘導磁場のZ軸成分910Zと、第2誘導磁場のZ軸成分920Zとが完全には相殺しない。
しかし、第1誘導磁場のZ軸成分910Zと、第2誘導磁場のZ軸成分920Zとの向きが逆であるため、第1誘導磁場のZ軸成分910Zによって、第2誘導磁場のZ軸成分920Zが減殺される。このため、Z軸方向の放射ノイズの発生が抑えられる。
また、図示はしないが、第3層間接続部530と電源端子320とが並ぶ第3仮想直線VL3に沿って見た場合でも、互いに逆向きに周回する第1ノイズ電流810と第2ノイズ電流820の経路が構成される。
このため、第3仮想直線VL3に沿う方向においても、第1誘導磁場を第2誘導磁場によって減殺させることができる。従って、第3仮想直線VL3に沿う方向の放射ノイズの発生も抑えられる。
また、第1コンデンサ410及び第2コンデンサ420が、配線パターン110の幅方向であるY軸方向に延在しているため、実施形態1の場合と同様に、上記第1閉回路及び上記第2閉回路のX軸方向の経路長を、半導体デバイス300のX軸方向の幅に近づけることができる。この結果、放射ノイズのY軸方向の強度を従来よりも低減できる。他の構成及び効果は、実施形態1と同じである。
[実施形態4]
Z軸方向の放射ノイズを小さく抑えることができれば、放射ノイズを静電遮蔽するための遮蔽部材を回路基板700CのZ軸方向に配置する必要がなくなる。そこで、Z軸方向の放射ノイズを小さく抑えることが特に望まれる。
上記実施形態3に係る構成においては、Z軸方向の放射ノイズを一層小さく抑えるために、上記第1閉回路のインピーダンスを、上記第2閉回路のインピーダンスよりも小さく抑えてもよい。以下、本実施形態では、その具体例を述べる。
図7に示すように、本実施形態に係る回路基板700Dでは、第1コンデンサ410の一対の極板のサイズが、第2コンデンサ420の一対の極板のサイズよりも小さい。つまり、第1コンデンサ410の等価直列インダクタンス(ESL:Equivalent Series Inductance)が、第2コンデンサ420のESLよりも小さく設定されている。なお、他の構成については、上述の実施形態3と同様である。
そして、上述の構成とすることで、ターゲットとするノイズ電流の周波数帯域に対して、第1コンデンサ410のノイズ電流800に対するインピーダンスが、第2コンデンサ420のノイズ電流800に対するインピーダンスよりも小さくなるように設定している。この結果、上記第1閉回路のノイズ電流800に対するインピーダンスが、上記第2閉回路のノイズ電流800に対するインピーダンスよりも小さい。
このため、第1ノイズ電流810大きさ、具体的には実効値が、第2ノイズ電流820の実効値よりも大きい。従って、Z軸方向第1投影経路810Zの囲む面積がZ軸方向第2投影経路820Zの囲む面積よりも小さいにも関わらず、第1誘導磁場のZ軸成分910Zの大きさが、第2誘導磁場のZ軸成分920Zの大きさに近づけられる。
この結果、第2誘導磁場のZ軸成分920Zの殆どを第1誘導磁場のZ軸成分910Zによって減殺させることができるため、Z軸方向の放射ノイズが一層小さく抑えられる。他の構成及び効果は、実施形態3と同じである。
なお、上述の具体例では、第1コンデンサ410のサイズを、第2コンデンサ420のサイズよりも小さく構成することで、第1コンデンサ410のインピーダンスを、第2コンデンサ420のインピーダンスよりも小さく設定する例を説明した。しかし、ノイズ電流の周波数帯域によっては、第1コンデンサ410のサイズを第2コンデンサ420のサイズよりも大きくなるように構成してもよい。このような構成により、第1コンデンサ410のノイズ電流800に対するインピーダンスが、第2コンデンサ420のノイズ電流800に対するインピーダンスよりも小さくなるように設定することもできる。また、コンデンサのサイズを異ならせることなく、第1コンデンサ410と第2コンデンサ420とのインピーダンスを調整してもよい。例えば、コンデンサを構成する極板の間隔を調整したり、極板の間の誘電体を変更したりすることで、インピーダンスを調整してもよい。
また、上述の具体例では、第2コンデンサ420のESLよりも、第1コンデンサ410のESLを小さく設定して、第1コンデンサ410のノイズ電流800に対するインピーダンスが、第2コンデンサ420のノイズ電流800に対するインピーダンスよりも小さくなるように設定する例を説明した。しかし、本実施形態は、第1閉回路のノイズ電流800に対するインピーダンスが、上記第2閉回路のノイズ電流800に対するインピーダンスよりも小さく設定することで、Z軸方向の放射ノイズを小さく抑えることができればよい。つまり、使用する第1コンデンサ410及び第2コンデンサ420の周波数特性を考慮して、等価直列抵抗(ESR)、キャパシタンスを調整することで、各コンデンサのインピーダンスを調整し、第1閉回路及び第2閉回路のインピーダンスを調整することとしてもよい。
つまり、本実施形態は、インピーダンスの虚部を構成する容量リアクタンスの調整によって、上記第1閉回路のノイズ電流800に対するインピーダンスが、上記第2閉回路のノイズ電流800に対するインピーダンスよりも小さくなるように調整し、Z軸方向の放射ノイズを抑制することができるものである。
[実施形態5]
上記実施形態4では、インピーダンスの虚部を構成する容量リアクタンスの調整によって、上記第1閉回路のインピーダンスを上記第2閉回路のインピーダンスよりも小さく抑えた。インピーダンスの実部を構成する抵抗成分の調整によって、上記第1閉回路のインピーダンスを上記第2閉回路のインピーダンスよりも小さく抑えてもよい。以下、本実施形態では、その具体例を述べる。
図8に示すように、本実施形態に係る回路基板700Eでは、互いに並列に配置される2つの層間接続部511及び512によって、第1層間接続部510が構成されている。このため、第1層間接続部510の抵抗値が、第2層間接続部520の抵抗値よりも小さい。この結果、上記第1閉回路のノイズ電流800に対するインピーダンスが、上記第2閉回路のノイズ電流800に対するインピーダンスよりも小さい。なお、他の構成については、上述の実施形態3及び実施形態4と同様である。
従って、実施形態4の場合と同じ理由で、第2誘導磁場のZ軸成分920Zの殆どを第1誘導磁場のZ軸成分910Zによって減殺させることができ、Z軸方向の放射ノイズが一層小さく抑えられる。他の構成及び効果は、実施形態3と同じである。
なお、本実施形態の上述の具体例では、層間接続部511及び512によって第1層間接続部510を構成することにより、第1層間接続部510の抵抗を第2層間接続部520の抵抗よりも小さく抑えた。しかし、本実施形態では、インピーダンスの実部を構成する抵抗成分の調整によって、上記第1閉回路のインピーダンスを上記第2閉回路のインピーダンスよりも小さく抑えることができるものであればよい。つまり、第1パッド120及び第2パッド130の形状、長さ、幅等を変更することにより、第1パッド120のインピーダンスを、第2パッド130のインピーダンスよりも小さく調整してもよい。これによっても、上記第1閉回路のノイズ電流800に対するインピーダンスが、上記第2閉回路のノイズ電流800に対するインピーダンスよりも小さい構成を実現できる。
[実施形態6]
上記実施形態4及び5では、第1ノイズ電流810の実効値と第2ノイズ電流820の実効値との比の調整によって、第1誘導磁場のZ軸成分910Zの大きさを第2誘導磁場のZ軸成分920Zの大きさに近づけた。
Z軸方向第1投影経路810Zの囲む面積と、Z軸方向第2投影経路820Zの囲む面積との比の調整によって、第1誘導磁場のZ軸成分910Zの大きさを第2誘導磁場のZ軸成分920Zの大きさに近づけてもよい。以下、本実施形態では、その具体例を述べる。
図9に示すように、本実施形態に係る回路基板700Fでは、第1コンデンサ410及び第1層間接続部510と、第2コンデンサ420及び第2層間接続部520とが、第2仮想直線VL2に対して非対称に配置されている。
具体的には、第1パッド120のY軸方向の長さが、第2パッド130のY軸方向の長さよりも長い。つまり、第1パッド120は、平面視において、第1コンデンサ410の延在する方向に沿って第1コンデンサ410の接続する一端から延在している。このため、第1コンデンサ410の一端から第1層間接続部510までのY軸方向の距離が、第2コンデンサ420の一端から第2層間接続部520までのY軸方向の距離よりも長い。
これにより、Z軸方向第1投影経路810Zの囲む面積が、Z軸方向第2投影経路820Zの囲む面積に近づけられる。このため、第1誘導磁場のZ軸成分910Zの大きさが、第2誘導磁場のZ軸成分920Zの大きさに近づけられる。
従って、第2誘導磁場のZ軸成分920Zの殆どを第1誘導磁場のZ軸成分910Zによって減殺させることができるため、Z軸方向の放射ノイズが一層小さく抑えられる。他の構成及び効果は、実施形態3と同じである。
なお、本実施形態の上述の具体例では、第1コンデンサ410及び第1層間接続部510と、第2コンデンサ420及び第2層間接続部520とが、第2仮想直線VL2に対して非対称に配置される構成として、第1パッド120のY軸方向の長さが、第2パッド130のY軸方向の長さよりも長い形態を説明した。しかし、Z軸方向第1投影経路810Zの囲む面積と、Z軸方向第2投影経路820Zの囲む面積との比の調整によって、第1誘導磁場のZ軸成分910Zの大きさを第2誘導磁場のZ軸成分920Zの大きさに近づけることができれば、他の構成を採用してもよい。
一具体例として、図9における第1コンデンサ410を、一端が配線パターン110に電気的に接続され、他端が第1パッド120に電気的に接続される範囲で、Y軸プラス方向にずらして配置し、第2コンデンサ420を、一端が配線パターン110に電気的に接続され、他端が第2パッド130に電気的に接続される範囲で、Y軸プラス方向にずらして配置してもよい。これにより、第1コンデンサ410と第2コンデンサ420とを第2仮想直線VL2に対して非対称に配置できるので、Z軸方向第1投影経路810Zの囲む面積と、Z軸方向第2投影経路820Zの囲む面積との比を調整できる。この結果、第1誘導磁場のZ軸成分910Zの大きさを第2誘導磁場のZ軸成分920Zの大きさに近づけることができる。
また、第1コンデンサ410、第2コンデンサ420の両方又は一方を第1仮想直線VL1に対して回転方向に傾けるように配置することで、第1コンデンサ410と第2コンデンサ420の配置を第2仮想直線VL2に対して非対称に配置される構成として、Z軸方向第1投影経路810Zの囲む面積と、Z軸方向第2投影経路820Zの囲む面積との比の調整し、第1誘導磁場のZ軸成分910Zの大きさを第2誘導磁場のZ軸成分920Zの大きさに近づけてもよい。
[実施形態7]
上記実施形態1-6に係る構成においては、第1コンデンサ410に対して並列に1つ又は複数の別のコンデンサを接続してもよいし、第2コンデンサ420に対して並列に1つ又は複数のさらに別のコンデンサを接続してもよい。以下、本実施形態では、その具体例を述べる。
図10に示すように、本実施形態に係る回路基板700Gは、第1コンデンサ410に並列接続されている第3コンデンサ430と、第2コンデンサ420に並列接続されている第4コンデンサ440とをさらに備える。
第3コンデンサ430は、第1コンデンサ410と同様、配線パターン110からY軸プラス方向に延び出ている。一端が配線パターン110に接続された第3コンデンサ430の他端は、第3パッド150に接続されている。第3パッド150は、第4層間接続部540によって、グラウンドプレーン210に接続されている。
第4コンデンサ440は、第2コンデンサ420と同様、配線パターン110からY軸マイナス方向に延び出ている。一端が配線パターン110に接続された第4コンデンサ440の他端は、第4パッド160に接続されている。第4パッド160は、第5層間接続部550によって、グラウンドプレーン210に接続されている。
第3コンデンサ430、第4層間接続部540、及び第3パッド150と、第4コンデンサ440、第5層間接続部550、及び第4パッド160とは、平面視において第2仮想直線VL2を対称軸として、線対称に配置されている。
第1コンデンサ410及び第3コンデンサ430の全体としての等価直列抵抗(ESR:Equivalent Series Resistance)、等価直列インダクタンス(ESL:Equivalent Series Inductance)は、各々のESR、ESLよりも小さい。このため、ノイズ電流800に対する上記第1閉回路のインピーダンスを一層低下させることができる。
また、第2コンデンサ420及び第4コンデンサ440の全体としてのESR、ESLは、各々のESR、ESLよりも小さい。このため、ノイズ電流800に対する上記第2閉回路のインピーダンスを一層低下させることができる。
以上のように、上記第1閉回路及び上記第2閉回路のインピーダンスを一層低下させることにより、ノイズ電流800を上記第1閉回路及び上記第2閉回路に閉じ込める効果が高められる。
なお、第1コンデンサ410のインピーダンスが極小となる周波数をfa、第3コンデンサ430のインピーダンスが極小となる周波数をfbとしたとき、fa≠fbが満たされるよう第1コンデンサ410及び第3コンデンサ430を選定することが好ましい。これにより、上記第1閉回路が低インピーダンスとなる周波数幅を広げることができる。
同様に、第2コンデンサ420のインピーダンスが極小となる周波数をfc、第4コンデンサ440のインピーダンスが極小となる周波数をfdとしたとき、fc≠fdが満たされるよう第2コンデンサ420及び第4コンデンサ440を選定することが好ましい。これにより、上記第2閉回路が低インピーダンスとなる周波数幅を広げることができる。
以上のようにして、上記第1閉回路及び上記第2閉回路が低インピーダンスとなる周波数幅を広げることにより、様々な周波数成分を含むノイズ電流800を上記第1閉回路及び上記第2閉回路に閉じ込めることができる。
以上、実施形態1-7について説明した。以下に述べる変形も可能である。
図2には、第1コンデンサ410、第1層間接続部510、第1パッド120、第2コンデンサ420、第2層間接続部520、及び第2パッド130が、平面視において第1仮想直線VL1上に並んだ構成を例示したが、これらは必ずしも一直線上に並んでいなくてもよい。
図2には、第1コンデンサ410及び第2コンデンサ420の延在方向を、配線パターン110の幅方向と一致させた構成を例示した。第1コンデンサ410は、配線パターン110から、配線パターン110の幅方向の一方の側方に位置する領域に延び出ていればよく、第1コンデンサ410の延在方向は、配線パターン110の幅方向と一致していなくてもよい。また、第2コンデンサ420は、配線パターン110から、配線パターン110の幅方向の他方の側方に位置する領域に延び出ていればよく、第2コンデンサ420の延在方向は、配線パターン110の幅方向と一致していなくてもよい。
図7には、第1コンデンサ410と第2コンデンサ420との静電容量の比によって、上記第1閉回路のインピーダンスを上記第2閉回路のインピーダンスよりも小さく抑えた構成を例示した。また、図8には、第1層間接続部510と第2層間接続部520との抵抗の比によって、上記第1閉回路のインピーダンスを上記第2閉回路のインピーダンスよりも小さく抑えた構成を例示した。上記第1閉回路における第1コンデンサ410及び第1層間接続部510以外の構成部材のインピーダンスと、上記第2閉回路における第2コンデンサ420及び第2層間接続部520以外の構成部材のインピーダンスとの比によって、上記第1閉回路のインピーダンスを上記第2閉回路のインピーダンスよりも小さく抑えてもよい。
図9には、第1パッド120のY軸方向の長さと、第2パッド130のY軸方向の長さとの比によって、Z軸方向第1投影経路810Zの囲む面積を、Z軸方向第2投影経路820Zの囲む面積に近づけた構成を例示した。上記第1閉回路における第1パッド120以外の部材の寸法と、上記第2閉回路における第2パッド130以外の部材の寸法との比よって、Z軸方向第1投影経路810Zの囲む面積を、Z軸方向第2投影経路820Zの囲む面積に近づけてもよい。
図2に示した半導体デバイス300は、基準電位とされるリファレンス端子と、信号の出力を行う非リファレンス端子とを有するものであれば、特に限定されない。半導体デバイス300として、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、その他のIC(Integrated Circuit)、又はFET(Field Effect Transistor)を用いることができる。また、半導体デバイス300は、発振回路その他の能動回路を内部に含むものであってもよい。また、半導体デバイス300は、例えば、SOP(Small Outline Package)、QFP(Quad Flat Package)、SOT(Small Outline Transistor)、QFN(Quad Flat No-Leads)、BGA(Ball Grid Array)といったタイプのパッケージ(Package)を備えたものであってもよい。
本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされる。上述した実施形態は、本開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。本開示の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、本開示の範囲内とみなされる。
100 第1導電層、110 配線パターン(配線部)、120 第1パッド、130 第2パッド、140 グラウンドパッド、150 第3パッド、160 第4パッド、200 第2導電層、210 グラウンドプレーン(リファレンス部)、300 半導体デバイス、310 グラウンド端子(リファレンス端子)、320 電源端子(非リファレンス端子)、410 第1コンデンサ、420 第2コンデンサ、430 第3コンデンサ、440 第4コンデンサ、510 第1層間接続部、511,512 層間接続部、520 第2層間接続部、530 第3層間接続部、540 第4層間接続部、550 第5層間接続部、600 絶縁層、700A,700B,700C,700D,700E,700F,700G 回路基板、800 ノイズ電流(高周波電流)、810 第1ノイズ電流、810X X軸方向第1投影経路、810Y Y軸方向第1投影経路、810Z Z軸方向第1投影経路(第1投影経路)、820 第2ノイズ電流、820X X軸方向第2投影経路、820Y Y軸方向第2投影経路、820Z Z軸方向第2投影経路(第2投影経路)、910X 第1誘導磁場のX軸成分、910Y 第1誘導磁場のY軸成分、910Z 第1誘導磁場のZ軸成分、920X 第2誘導磁場のX軸成分、920Y 第2誘導磁場のY軸成分、920Z 第2誘導磁場のZ軸成分、VL1 第1仮想直線、VL2 第2仮想直線、VL3 第3仮想直線。

Claims (9)

  1. 各々導電性を有する第1導電層と第2導電層とが、絶縁性を有する絶縁層を介して積層された構造を備え、基準電位とされるリファレンス端子と、信号の出力を行う非リファレンス端子とを有する半導体デバイスが実装される回路基板であって、
    前記第1導電層の構成要素である配線部と、
    各々一端が前記配線部に接続された第1コンデンサ及び第2コンデンサと、
    前記第2導電層の構成要素であるリファレンス部と、
    前記リファレンス部と前記第1コンデンサの他端とを電気的に接続する第1層間接続部と、
    前記リファレンス部と前記第2コンデンサの他端とを電気的に接続する第2層間接続部と、
    前記半導体デバイスが実装されることで、前記リファレンス部と前記リファレンス端子とを電気的に接続する第3層間接続部と、
    を備え、
    前記第1コンデンサが、前記配線部から、前記配線部の幅方向の一方の側方に位置する領域に延び出ており、かつ前記第2コンデンサが、前記配線部から、前記配線部の前記幅方向の他方の側方に位置する領域に延び出ており、
    前記半導体デバイスが実装されることで前記非リファレンス端子が前記配線部に電気的に接続され、前記半導体デバイス、前記配線部、前記第1コンデンサ、前記第1層間接続部、前記リファレンス部、及び前記第3層間接続部によって第1閉回路が構成され、かつ、前記半導体デバイス、前記配線部、前記第2コンデンサ、前記第2層間接続部、前記リファレンス部、及び前記第3層間接続部によって第2閉回路が構成される、
    回路基板。
  2. 前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとが、前記第1導電層に対する平面視において、前記配線部と交差する第1仮想直線上で、互いの前記一端を対向させ、かつ互いに反対向きに前記配線部から延び出ている、
    請求項1に記載の回路基板。
  3. 前記第1コンデンサ及び前記第1層間接続部と、前記第2コンデンサ及び前記第2層間接続部とが、前記平面視において、前記配線部の長さ方向に延びる第2仮想直線を対称軸として、線対称に配置されている、
    請求項2に記載の回路基板。
  4. 前記リファレンス端子と前記非リファレンス端子とが、前記平面視において、前記第2仮想直線上に並んでいる、
    請求項3に記載の回路基板。
  5. 前記半導体デバイスにおいて、周波数100kHz以上の高周波電流が形成され、
    前記第1閉回路における前記高周波電流の経路を前記第1導電層に平行な仮想平面に垂直投影した第1投影経路の囲む面積が、前記第2閉回路における前記高周波電流の経路を前記仮想平面に垂直投影した第2投影経路の囲む面積よりも小さく、
    前記第1閉回路の前記高周波電流に対するインピーダンスが、前記第2閉回路の前記高周波電流に対するインピーダンスよりも小さい、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の回路基板。
  6. 前記第1コンデンサの等価直列インダクタンスが、前記第2コンデンサの等価直列インダクタンスよりも小さい、
    請求項5に記載の回路基板。
  7. 前記第1層間接続部の抵抗値が、前記第2層間接続部の抵抗値よりも小さい、
    請求項5に記載の回路基板。
  8. 前記第1コンデンサに並列接続されている第3コンデンサと、
    前記第2コンデンサに並列接続されている第4コンデンサと、
    をさらに備える、請求項1から7のいずれか1項に記載の回路基板。
  9. 前記第1層間接続部の前記リファレンス部との接続部、前記第2層間接続部の前記リファレンス部との接続部、及び前記第3層間接続部の前記リファレンス部との接続部を頂点とする三角形の領域が含まれるサイズの面状に、前記リファレンス部が分布している、
    請求項1から8のいずれか1項に記載の回路基板。
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