JPH09191184A - プリント回路基板 - Google Patents

プリント回路基板

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JPH09191184A
JPH09191184A JP8002045A JP204596A JPH09191184A JP H09191184 A JPH09191184 A JP H09191184A JP 8002045 A JP8002045 A JP 8002045A JP 204596 A JP204596 A JP 204596A JP H09191184 A JPH09191184 A JP H09191184A
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JP
Japan
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power supply
electronic circuit
bypass capacitor
hole
circuit board
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JP8002045A
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English (en)
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Satoshi Muraoka
諭 村岡
Hideo Yamamura
英穂 山村
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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    • 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
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0296Conductive pattern lay-out details not covered by sub groups H05K1/02 - H05K1/0295
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    • HELECTRICITY
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    • H05K3/429Plated through-holes specially for multilayer circuits, e.g. having connections to inner circuit layers

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

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源配線のインピーダンスが小さいプリント回
路基板を提供し、電源ノイズを低減して、電子回路装置
の高速化、高集積化を実現する。 【解決手段】プリント回路基板において、バイパスコン
デンサ接続ランド2と内層電源配線層6を接続するスル
ーホール4を隣接配置することにより、スルーホール4
のインダクタンス間の磁気的結合を強くし、バイパスコ
ンデンサ1の配線インダクタンスを低減することによ
り、電子回路装置の電源ノイズを低減して、電子回路装
置の高速化、高集積化を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプリント回路基板に
関する。
【0002】
【従来の技術】電子回路装置は年々、動作速度が高速化
し、また多くの処理機能を有するために高集積化してお
り、より高速、高集積な電子回路装置を実現するための
研究、開発が活発に行なわれている。電子回路装置の高
速化が実現すると、従来は非常に時間を要した処理が短
時間で処理できたり、不可能と考えられていた処理が可
能になるなどの便利さが生じる。また、電子回路装置の
高集積化が実現すると、従来は複数の電子回路装置を用
いて実現した処理を1台の電子回路装置で実現できるな
どの便利さが生じる。このように、高速化と高集積化は
ともに、処理のコストを低減し、世の中の機能やサービ
スの向上に貢献する。また、このような優れた装置を製
造すべく、産業界はよりいっそう活性化する。
【0003】電子回路装置の動作速度はその構成要素で
ある個々の電子回路の動作周波数で決まるので、電子回
路装置の高速化を実現するためには、個々の電子回路の
動作周波数を上げることが要求される。また、電子回路
装置の集積度は電子回路装置を構成する電子回路のゲー
ト数で決まる。電子回路のゲート数を増やすと、電子回
路の消費電流が増加する。従って、電子回路装置の高集
積化を実現するためには、電子回路の消費電流を大きく
することが要求される。このように、電子回路装置の高
速化と高集積化を実現するためには、電子回路の動作周
波数を上げ、消費電流を大きくすることが要求されてい
る。
【0004】さて、電子回路装置にはバイパスコンデン
サが広く用いられている。これは、バイパスコンデンサ
が電源ノイズを対策し、電子回路の安定動作の確保に有
効だからである。
【0005】電子回路が動作すると、電子回路の消費電
流が変動する。この消費電流が電源配線に流れて、電源
配線に電位差が生じる。この電位差が電源ノイズであ
る。この電源ノイズが過大であると、電源電圧が個々の
電子回路の許容範囲を逸脱し、電子回路に誤動作が生じ
る。電源ノイズΔVは、電子回路の消費電流をΔI、電
源配線のインピーダンスをZとおくと、次式で表され
る。
【0006】
【数1】 ΔV=Z・ΔI …(数1) 従って、ある電子回路の消費電流がΔIであると、電源
配線のインピーダンスZを小さくすれば、電源ノイズΔ
Vを小さくすることができる。
【0007】高密度実装技術ハンドブック(サイエンス
フォーラム)によれば、電源配線のインピーダンスを小
さくする効果的な方法として、バイパスコンデンサを用
いる方法が知られている。
【0008】バイパスコンデンサを用いた電源ノイズ対
策について、動作周波数f=50MHz(メガヘル
ツ)、消費電流ΔI=500mA、電源ノイズ許容値Δ
Vmax=1V(ボルト)の電子回路を例にとって説明
する。
【0009】バイパスコンデンサを使用しない場合、電
源配線のインピーダンスの主要因は、電源装置から電子
回路装置に至る電源配線のインダクタンスである。例え
ば、電源配線長を10cm、電源配線のインダクタンス
L=約10nHとすると、電源配線のインピーダンスZ
≒j2πfL=j3142mΩである。従って、電源ノ
イズΔV=Z・ΔI=1571mVになる。この例で
は、電源ノイズΔVは電源ノイズの許容値ΔVmax=
1Vを逸脱しているので、電子回路は誤動作する。
【0010】ここで、電子回路の近くにバイパスコンデ
ンサCp=100nFを搭載すると、電源配線のインピ
ーダンスの主要因はバイパスコンデンサの容量になり、
電源配線のインピーダンスZ≒−j/(2πfCp)=
−j32mΩである。従って、電源ノイズΔV=Z・Δ
I=16mVになる。この例では、電源ノイズΔVは電
源ノイズの許容値ΔVmax=1Vより十分小さいの
で、電子回路は誤動作することなく正常に動作する。
【0011】このように、バイパスコンデンサは、電源
配線のインピーダンスを小さくし、電源ノイズを低減す
るのに有効であり、広く用いられている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところが、電子回路装
置を高速化し高集積化すると、電源ノイズが過大とな
り、誤動作する場合がある。特に高速化すると、バイパ
スコンデンサ配線のインダクタンスが、電源配線のイン
ピーダンスの主要因となり、電源配線のインピーダンス
が増大し、電源ノイズが過大となり、電子回路の誤動作
が発生し、その電子回路装置は使用不能になる。電子回
路装置を高速化した場合を例にとって説明する。
【0013】例えば、動作周波数を50MHz(メガヘ
ルツ)から120MHzに上げた場合、動作周波数f=
120MHz、消費電流ΔI=500mA、電源ノイズ
許容値ΔVmax=1Vの電子回路と、バイパスコンデ
ンサCp=100nFを、従来技術によるプリント回路
基板に搭載した場合の電源ノイズΔVを求める。
【0014】従来技術によるプリント回路基板のバイパ
スコンデンサ周辺の構造を図2に示す。この構造は、ト
ランジスタ技術(CQ出版社)に掲載された一般的な構
造である。バイパスコンデンサ1は、バイパスコンデン
サ接続ランド2,3、マイクロストリップライン11,
12、スルーホール4,5を介して、内層電源配線層
6,7に接続されている。この接続経路のインダクタン
スが、バイパスコンデンサ配線のインダクタンスであ
る。この例では、バイパスコンデンサ配線のインダクタ
ンスLp=2.32nHであった。
【0015】従って、プリント回路基板に搭載した電子
回路装置の電源配線のインピーダンスZは、バイパスコ
ンデンサCpによるインピーダンスZc=−j/(2π
fCp)=−j13mΩと、バイパスコンデンサ配線イ
ンダクタンスLpによるインピーダンスZL=j2πf
Lp=j1749mΩの和で表せる。いま、バイパスコ
ンデンサCpによるインピーダンスZcは、バイパスコ
ンデンサ配線インダクタンスLpによるインピーダンス
ZLより十分小さいので、電源配線のインピーダンスZ
の主要因は、バイパスコンデンサ配線インダクタンスL
pによるインピーダンスZLなので、電源配線のインピ
ーダンスZ≒ZL=j1749mΩなので、電源ノイズ
ΔV=Z・ΔI=875mVになる。
【0016】このように、高速な電子回路装置では、電
源配線のインピーダンスの主要因は、バイパスコンデン
サ配線インダクタンスになる。この例では、電源ノイズ
ΔVは電源ノイズの許容値ΔVmax=1Vとほぼ等し
いので、電子回路は許容範囲の上限で動作している。動
作周波数がより高いと、または、高集積化して消費電流
がより大きいと、電源ノイズが過大となり電子回路装置
は誤動作する。
【0017】このように、電子回路装置を高速化、高集
積化すると、電源ノイズが過大となり誤動作することが
ある。
【0018】本発明の目的は、バイパスコンデンサ配線
インダクタンスが低いプリント回路基板を提供し、電子
回路装置の高速化、高集積化を実現することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明では、プリント回
路基板において、バイパスコンデンサ接続ランドと内層
電源配線層を接続するスルーホールを隣接配置し、バイ
パスコンデンサ配線インダクタンスを低減し、電源配線
のインピーダンスが小さいプリント回路基板を提供し、
電源ノイズを低減し、電子回路装置の高速化、高集積化
を実現する。
【0020】本発明の技術では、バイパスコンデンサ接
続ランドと内層電源配線層を接続するスルーホールを隣
接配置することにより、スルーホールのインダクタンス
間の磁気的結合を強くして、バイパスコンデンサ配線イ
ンダクタンスが低いプリント回路基板を提供する。その
結果、電源配線のインピーダンスが低いプリント回路基
板を提供できる。
【0021】その結果、電子回路装置の電源ノイズを低
減し、電子回路装置の高速化、高集積化を実現する。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明になる技術を実施例
を用いて詳細に説明する。
【0023】従来例と同じ電子回路、すなわち、動作周
波数f=120MHz、消費電流ΔI=500mA、電
源ノイズ許容値ΔVmax=1Vの電子回路と、バイパ
スコンデンサCp=100nFを、本発明になる技術に
よるプリント回路基板に搭載した場合の電源ノイズΔV
を求めた。
【0024】本発明の実施例1のプリント回路基板のバ
イパスコンデンサ周辺の構造を図1に示す。バイパスコ
ンデンサ1は、バイパスコンデンサ接続ランド2,3、
スルーホール4,5を介して、内層電源配線層6,7に
接続されている。
【0025】本構造ではスルーホール4とスルーホール
5を隣接配置した。スルーホールを隣接配置すると、ス
ルーホール間の磁気的結合が強くなる。スルーホール4
とスルーホール5には互いに逆方向の電流が流れるの
で、スルーホール4とスルーホール5で構成する往復経
路のインダクタンスは小さくなる。本構造では、スルー
ホール4とスルーホール5の中心間隔を、スルーホール
外径の3倍以下にすると、スルーホール4とスルーホー
ル5で構成する往復経路のインダクタンスは、従来技術
によるプリント回路基板の約半分以下と小さくなり、イ
ンダクタンス低減に効果的であった。この例では、バイ
パスコンデンサ配線のインダクタンスLp=0.33n
Hであった。
【0026】従って、電源配線のインピーダンスZ=j
2πfLp=249mΩなので、電源ノイズΔV=Z・
ΔI=125mVになる。よって、電源ノイズΔVは電
源ノイズの許容値ΔVmax=1Vより十分小さくな
り、電子回路は誤動作することなく安定して動作する。
【0027】いま、電源ノイズΔVを、従来例と同じ8
75mVまで許容し、電子回路の消費電流ΔI=500
mAとすると、電子回路の動作周波数f=211MHz
まで上げることができた。
【0028】一方、電源ノイズΔVを、従来例と同じ8
75mVまで許容し、電子回路の動作周波数f=120
とすると、電子回路の消費電流ΔI=3517mAまで
大きくすることができた。
【0029】本発明の実施例2のプリント回路基板のバ
イパスコンデンサ周辺の構造を図3に示す。バイパスコ
ンデンサ1は、バイパスコンデンサ接続ランド2,3、
スルーホール4,5,13,14を介して、内層電源配
線層6,7に接続されている。
【0030】本構造ではスルーホールを隣接配置したの
に加えて、スルーホールを複数設置した。スルーホール
を複数設置すると、インダクタンスの並列回路となり、
スルーホールで構成する往復経路のインダクタンスはさ
らに小さくなる。この例では、バイパスコンデンサ配線
のインダクタンスLp=0.17nHであった。
【0031】従って、電源配線のインピーダンスZ=j
2πfLp=128mΩなので、電源ノイズΔV=Z・
ΔI=64mVになる。よって、電源ノイズΔVは電源
ノイズの許容値ΔVmax=1Vより十分小さくなり、
電子回路は誤動作することなく安定して動作する。
【0032】いま、電源ノイズΔVを、従来例と同じ8
75mVまで許容し、電子回路の消費電流ΔI=500
mAとすると、電子回路の動作周波数f=410MHz
まで上げることができた。
【0033】また、電源ノイズΔVを、従来例と同じ8
75mVまで許容し、電子回路の動作周波数f=120
とすると、電子回路の消費電流は、ΔI=6826mA
まで大きくすることができた。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、プリント回路基板のバ
イパスコンデンサ配線インダクタンスは2.32nHか
ら0.17nHになり、従来のプリント基板に比べ、最
大で14分の1に低減する。
【0035】これにより、電子回路装置の動作周波数は
120MHzから410MHzになり、従来のプリント
基板に比べ、最大で3.4倍に高速化する効果があっ
た。
【0036】また、消費電流は500mAから6826
mAになり、従来のプリント基板に比べ、最大で14.
1倍に高集積化する。
【0037】よって、本発明になる技術により、電子回
路装置を最大で4.7倍に高速化し、あるいは、最大で
14.1倍に高集積化する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1のプリント回路基板のバイパ
スコンデンサ周辺の説明図。
【図2】従来技術によるプリント回路基板のバイパスコ
ンデンサ周辺の構造の説明図。
【図3】本発明の実施例2のプリント回路基板のバイパ
スコンデンサ周辺の説明図。
【符号の説明】
1…バイパスコンデンサ、 2…バイパスコンデンサ接続ランド、 3…バイパスコンデンサ接続ランド、 4…スルーホール、 5…スルーホール、 6…内層電源配線層、 7…内層電源配線層、 8,9,10…絶縁体層。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プリント回路基板において、電源側のバイ
    パスコンデンサ接続ランドと電源側の内層電源配線層を
    電源側のスルーホールで接続し、グラウンド側のバイパ
    スコンデンサ接続ランドとグラウンド側の内層電源配線
    層をグラウンド側のスルーホールで接続し、前記電源側
    のスルーホールと前記グラウンド側のスルーホールの中
    心間隔を、前記電源側のスルーホールまたは前記グラウ
    ンド側のスルーホールの外径の3倍以下とすることを特
    徴とするプリント回路基板。
  2. 【請求項2】請求項1において、一つの前記電源側のバ
    イパスコンデンサ接続ランドに接続する前記電源側のス
    ルーホール、または、一つの前記グラウンド側のバイパ
    スコンデンサ接続ランドに接続する前記グラウンド側の
    スルーホールを複数具備するプリント回路基板。
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Cited By (5)

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