JPH07221461A - 回路実装方式 - Google Patents

回路実装方式

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JPH07221461A
JPH07221461A JP6009102A JP910294A JPH07221461A JP H07221461 A JPH07221461 A JP H07221461A JP 6009102 A JP6009102 A JP 6009102A JP 910294 A JP910294 A JP 910294A JP H07221461 A JPH07221461 A JP H07221461A
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JP
Japan
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layer
printed circuit
circuit board
ground layer
power supply
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JP6009102A
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Takashi Maruyama
隆 丸山
Atsushi Hara
原  敦
Hitoshi Yoshitome
等 吉留
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0213Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0216Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
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    • H05K1/0213Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0216Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference
    • H05K1/0218Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference by printed shielding conductors, ground planes or power plane
    • HELECTRICITY
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    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K1/0296Conductive pattern lay-out details not covered by sub groups H05K1/02 - H05K1/0295
    • H05K1/0298Multilayer circuits
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    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/18Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components

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  • Structure Of Printed Boards (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、情報処理装置などの多層のプ
リント回路基板における低ノイズの回路実装方式を低コ
ストで提供する事にある。 【構成】多層のプリント回路基板に電子部品を実装する
際に、プリント回路基板のグランド層側の面のみに電子
部品及び信号配線を配置する構成、及び電磁シールド材
を使用可能な場合には、電子部品を電磁シールド材で囲
み、プリント回路基板のグランド層を部品搭載面と反対
側の最外面に構成する。 【効果】低価格で高性能かつ比較的薄型で電磁環境適合
性にすぐれた情報処理装置/デジタル装置を提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、情報処理装置などの多
層のプリント回路基板における電磁放射ノイズを低減す
る回路実装方式に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の装置では、特開平3−50798
号公報に記載のように多種の電源を持つ回路で低ノイズ
化を図るためには、多層の電源層を用意していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術はプリント回路基板の層数を増加させるものであ
り、コスト高になる等の問題があった。
【0004】本発明の目的は、低コストで低ノイズの回
路実装方式を提供する事にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、多層のプリ
ント回路基板に電子部品を実装する際に、プリント回路
基板のグランド層側の面のみに電子部品及び信号配線を
配置する手段により達成される。
【0006】電磁シールド材を使用可能な場合には、電
子部品を電磁シールド材で囲み、プリント回路基板のグ
ランド層を部品搭載面と反対側の最外面に構成する手段
により達成される。
【0007】
【作用】放射電磁波のエネルギーは、高周波電流閉路が
作るループの面積が大きくなる程大きくなる。高周波電
流成分の多い信号の電流閉ループの面積を小さくするこ
とが放射電磁波のエネルギー低減の基本手法である。
【0008】放射電磁波のエネルギーが問題となる30
MHz〜1GHzの高周波領域では信号配線を流れる高
周波電流のリターン電流は、多層プリント回路基板の電
源層グランド層どちらかの、インピーダンスの低い連続
したプレーン上を流れる。
【0009】従って、多種の電圧の電源を持つ場合は電
圧種に応じた数の電源層を持つ事が理想的である。しか
し、多層プリント回路基板の層数を増加させると製造コ
ストが高くなるので、1層の電源層にカットラインで領
域分割し複数の電源プレーンを構成する方法が一般的で
ある。
【0010】この様な実装形態においては、プリント回
路基板のグランド層側の面のみに電子部品及び信号配線
を配置する事が、高周波電流成分の多い信号の電流閉ル
ープの面積を小さくする事につながる。この様に、高周
波電流閉ループ面積を最小化する事で放射電磁波エネル
ギーの低減が図られる。
【0011】また、電磁シールド材を使用可能な場合に
は、電子部品と信号配線を電磁シールド材とプリント回
路基板のグランド層で囲む事により全周囲を電磁シール
ド可能となり、放射電磁波エネルギーが低減される。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1から図6を適宜
用いて説明する。図1に本発明の4層基板での一実施例
断面図を示す。図1において1はプリント基板、2はグ
ランド層、3は5V電源層、4は3V電源層、5は部品
面信号配線パタン、6はハンダ面信号配線パタン、10
は部品面側基材、11はハンダ面側基材、12はプリプ
レグ、20はハンダ、100は5V電源IC、101は
5V電源ICピン、200は3V電源IC、201は3
V電源ICピンであり、以降他の図においても同一構成
部分については同一符号を付す。ここでは、簡単のため
電源電圧の種類を2種類、電源電圧を5Vと3Vで説明
するが、本発明は何も5Vと3Vの2種類の電源の場合
に限らず、n種類かつ任意の電源電圧のシステムに適用
可能である。また、電圧は同一で供給条件が異なる(パ
ワーセーブやバックアップ電源の)場合にも応用でき
る。
【0013】図2に本発明の6層基板での一実施例断面
図を示す。図2において図1と異なる符号7は内層部品
面側信号配線パタン、8は内層ハンダ面側信号配線パタ
ン、9はスルーホール、13は中心基材プリント基板で
ある。
【0014】図3に高周波電流ループ説明図す。図3の
50は5V電源、51は3V電源、60は浮遊容量、1
02は5V電源ICドライバ、202は3V電源ICド
ライバである。図3の(a)ループ大の説明図は図1の
グランド層2と5V電源層3、3V電源層4とを入れ替
えた場合に相当し、(b)ループ小の説明図は図1の状
態を表す。浮遊容量60の影響により、5V電源層3、
3V電源層4とグランド層2は低インピーダンスで結合
している。従って、信号配線を流れる高周波電流のリタ
ーン電流は、多層プリント回路基板の電源層グランド層
どちらかの、インピーダンスの低い連続したプレーン上
を流れる事になる。図3のモデルで考えると「(a)ル
ープ大」での高周波ループ面積は「(b)ループ小」で
の高周波ループ面積の2倍となる。ループ面積に放射電
界強度が比例すると考えられるデファレンシャルモード
放射の場合、ループ面積が2倍になると電界強度比は
(20log102=6dB)6dB増加する事になる。
図1に示すような実際の層構成においても、ほぼ面積比
は2倍程度となるため、本発明により6dB程度の放射
ノイズ低減効果が期待できる。図1においては、5V電
源IC100及び3V電源IC200は全てグランド層
2側片面に配置実装されている。片面実装は実装工程の
低減(コスト)及び装置の薄型化には有効であるが、両
面実装方式と比較すると実装密度の低下が免れられな
い。5V電源ICでも他の5V電源ICとのみ接続され
ている5V電源ICは5V電源層3側に配置実装しても
何の問題もない。3V電源ICについても同様の事が言
える。信号配線パタンについては、異なる電源間の信号
パタンは部品面信号配線パタン5とし、同一電源間の信
号パタンはハンダ面信号配線パタン6とする。異なる電
源間の信号パタンでもシステムの動作中に頻繁に切り替
わる信号でなければ、どの層に配線しても問題ない。ま
た、同一電源間の信号パタンでもシステムの動作中に頻
繁に切り替わるハンダ面信号配線パタン6は、5V電源
層3もしくは3V電源層4の領域をはみ出して布線して
はならない。5V電源層3もしくは3V電源層4のプレ
ーンにリターン電流が流れるよう配慮してパターン設計
を行う必要がある。
【0015】図4に5V系信号と3V系信号インタフェ
ース説明図を示す。この図は、図1のプリント基板の上
面図になる。5V電源層3の領域には5Vドライバと5
V信号インタフェースから3V信号インタフェースに変
換する5V3V変換ドライバが実装され5V電源が供給
される。3V電源層4の領域には、3V信号インタフェ
ースの3Vドライバが実装される。((1)5V入力3
V出力ドライバの場合)3Vから5Vへの変換の場合
は、3V電源層4の領域には、3V信号インタフェース
の3Vドライバが実装され、5V電源層3の領域には3
V信号インタフェースから5V信号インタフェースに変
換する3V5V変換ドライバと5Vドライバとが実装さ
れ5V電源が供給される。((2)3V入力5V出力ド
ライバの場合)ICレベルの素子の場合は、この様な形
態で回路の実装が行われる。
【0016】図5に5V/3V信号混在ICインタフェ
ース説明図を示す。LSIやVLSIと呼称される大規
模のICの場合は5Vドライバと3Vドライバが混在し
てシリコンチップ上に実装される。この場合は、3V/
5V両電源が供給されその供給用ICピンのピンアサイ
ンによっては非常に複雑な3V/5V電源プレーンにな
る可能性もある。この場合も、グランド層2側面に配置
実装する事で高周波電流ループ面積の最小化が図られ、
放射ノイズが低減される。
【0017】この様に、異種電源間の信号を持つICと
異種電圧信号インターフェース混在LSIを多層プリン
ト回路基板のグランド層側に配置実装する事で放射ノイ
ズが低減可能である。また、IC/LSI間信号の潜在
的放射ノイズ量に着目し、放射ノイズ量の大きさに応じ
て、例えば、第一のランクとして、特に信号の立上り速
度が早く、立上りと立ち下がりの繰り返し周波数が高い
フリーランのクロック信号群、第二のランクとして、信
号の立上り速度が早く、立上りと立ち下がりの繰り返し
周波数もクロック信号群の次に高いバス制御信号群、第
三のランクとしてバスのデータ/アドレス信号群など、
第四のランクとして割込み要求信号などのその他の信号
群と、ランク分けする。信号パタンの実装設計時には、
この放射ノイズ量ランクに応じ、第一のランクから優先
的に多層プリント回路基板のグランド層側に配線設計を
行っていき、グランド層側にランクの高い信号、反対側
の電源層側にランクの低い信号をレイアウトする事で平
均的な放射ノイズ量の低減を行う。
【0018】本発明の実装方式により、低い放射ノイズ
レベルの多種電源の論理回路基板を低コストで実現でき
る。回路基板からの放射ノイズが減少することにより、
各国法律や業界自主規制値等で制限されるノイズレベル
を満足させるためのノイズ対策が、不要もしくは容易に
なるため製品開発期間が短縮される効果もある。製品の
開発期間短縮による市場投入時期を早められる経済効果
の他にも、簡単なノイズ対策で製品化できれば、ノイズ
対策部品の点数が削減可能となり、製品の原価低減効果
も期待できる。さらに、優先的に高速信号のマイクロス
トリップラインの特性インピーダンスの一定性を確保で
きるので、デジタル回路の高速化に寄与する。装置/製
品レベルで評価すると、低価格で高性能かつ電磁環境適
合性にすぐれた情報処理装置/デジタル装置を提供可能
となる。
【0019】図6はシールドケースを使う場合の層構成
断面図である。図6の300はシールドケースである。
この場合は、今まで説明してきた実施例とは異なり電子
部品の実装面とグランド層面が相対する面となる。グラ
ンド層2をプリント回路基板1の最外層に構成し、その
反対側の面に電子部品を実装してシールドケース300
とグランド層2を高周波領域で低インピーダンスとなる
ように多点で接続して、電子部品(図中5V電源IC1
00、3V電源IC200)の全方位を取り囲み電磁波
をシールドする構造である。
【0020】図6と図1とを単純に比較すると概略図の
ため図6の電流ループは大きくなる印象を与えるかも知
れない。しかし、現在では基板厚さの薄いプリント回路
基板の製造も可能となってきているため、グランド層2
とシールドケース300で囲まれた空間の電磁波ノイズ
量を、この空間内の電子回路が誤動作しない程度のノイ
ズ量になるようにループ面積を縮小化することは可能で
ある。
【0021】従って、図6で示すような構造により、比
較的薄型の情報処理装置を低い放射ノイズレベルで提供
可能である。
【0022】
【発明の効果】本発明の実装方式によれば、低い放射ノ
イズレベルの多種電源の論理回路基板を低コストで実現
できる。回路基板からの放射ノイズが減少することによ
り、各国法律や業界自主規制値等で制限されるノイズレ
ベルを満足させるためのノイズ対策が、不要もしくは容
易になるため製品開発期間が短縮される効果もある。製
品の開発期間短縮による市場投入時期を早められる経済
効果の他にも、簡単なノイズ対策で製品化できれば、ノ
イズ対策部品の点数が削減可能となり、製品の原価低減
効果も期待できる。さらに、優先的に高速信号のマイク
ロストリップラインの特性インピーダンスの一定性を確
保できるので、デジタル回路の高速化に寄与する。装置
/製品レベルで評価すると、低価格で高性能かつ電磁環
境適合性にすぐれた情報処理装置/デジタル装置を提供
可能となる。
【0023】また、シールドケースとグランド層で電磁
シールドを構成する構造の実装方式によれば、比較的薄
型の情報処理装置/デジタル装置を低い放射ノイズレベ
ルで提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の4層基板での一実施例断面図である。
【図2】本発明の6層基板での一実施例断面図である。
【図3】高周波電流ループ説明図である。
【図4】5V系信号と3V系信号インタフェース説明図
である。
【図5】5V/3V信号混在ICインタフェース説明図
である。
【図6】シールドケースを使う場合の層構成断面図であ
る。
【符号の説明】
1…プリント基板、 2…グランド層、 3…5V電源層、 4…3V電源層、 5…部品面信号配線パタン、 6…ハンダ面信号配線パタン、 7…内層部品面側信号配線パタン、 8…内層ハンダ面側信号配線パタン、 9…スルーホール、 10…部品面側基材、 11…ハンダ面側基材、 12…プリプレグ、 13…中心基材、 20…ハンダ、 50…5V電源、 51…3V電源、 60…浮遊容量、 100…5V電源IC、 101…5V電源ICピン、 102…5V電源ICドライバ、 200…3V電源IC、 201…3V電源ICピン、 202…3V電源ICドライバ、 300…シールドケース。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プレーン状のグランド層と、電源層の同一
    平面上に絶縁部分で領域分割された複数の電源プレーン
    と、信号配線層を有する多層のプリント回路基板に電子
    部品を実装する回路実装方式おいて、プリント回路基板
    のグランド層側の面のみに電子部品を配置する事を特徴
    とする回路実装方式。
  2. 【請求項2】プレーン状のグランド層と、電源層の同一
    平面上に絶縁部分で領域分割された複数の電源プレーン
    と、信号配線層を有する多層のプリント回路基板に電子
    部品を実装する回路実装方式おいて、異なる電源プレー
    ンから電源を供給される電子部品間に接続される信号配
    線と、前記信号配線が接続される電子部品をプリント回
    路基板のグランド層側の面のみに配置する事を特徴とす
    る回路実装方式。
  3. 【請求項3】プレーン状のグランド層と、電源層の同一
    平面上に絶縁部分で領域分割された複数の電源プレーン
    と、信号配線層を有する多層のプリント回路基板に電子
    部品を実装する回路実装方式おいて、電子部品と、異な
    る電源プレーンから電源を供給される電子部品間に接続
    される信号配線の高周波電流成分に着目し、該高周波電
    流成分の多い信号配線を優先的に、プリント回路基板の
    グランド層側の面に配置する事を特徴とする回路実装方
    式。
  4. 【請求項4】プレーン状のグランド層と、電源層の同一
    平面上に絶縁部分で領域分割された複数の電源プレーン
    と、信号配線層を有する多層のプリント回路基板に電子
    部品を実装し、該電子部品を電磁シールド材で囲む回路
    実装方式おいて、プリント回路基板のグランド層を部品
    搭載面と反対側の最外面に構成し、プリント回路基板の
    電磁シールド材側のみに電子部品を配置する事を特徴と
    する回路実装方式。
JP6009102A 1994-01-31 1994-01-31 回路実装方式 Pending JPH07221461A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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