JPH10270855A - 多層プリント基板とその製造方法 - Google Patents

多層プリント基板とその製造方法

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JPH10270855A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＩＣ／ＬＳＩの近傍に配置されたデカップリ
ングコンデンサを介してプリント基板の電源層に流れ込
むＩＣ／ＬＳＩ動作に伴う高周波電源電流を、設計者が
コントロールできるようにする。 【解決手段】 電源層７と接続されたヴィアホール１１
またはスルーホール１２にインダクターを形成すること
で、電源層に接続しているヴィアホール１１やスルーホ
ール１２がインダクターとして働き、高周波インピーダ
ンスを高くし、高周波電源電流をコントロールする。か
つ、ＩＣ／ＬＳＩのスイッチング動作に伴う交流電圧変
動はデカップリングコンデンサの適正使用で非常に小さ
くできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多層プリント基板に
係り、特にトランジスタ、集積回路（ＩＣ）、大規模集
積回路（ＬＳＩ）などのような回路素子が搭載された多
層プリント基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩなどのよう
な回路素子が搭載された多層プリント基板は電磁ノイズ
を発生するため、そのプリント基板が電子機器自身に、
あるいは他の電子機器に誤動作を引き起こす問題がある
ことはよく知られている。
【０００３】特に大きなウェートを占めるのは、コモン
モードと言われる、回路の寄生容量や寄生相互インダク
タンスによって流れる電流（廻り込み電流）や電源供給
線に流れ込む高周波電流等による放射であり、その発生
機構が複雑なため、発生源に近い所での有効な対策方法
がなく、現状ではプリント板としてのノイズ対策とし
て、プリント板の上下両面に電磁ノイズを吸収するため
の磁性塗膜やシールド層を形成する方法（特開平６−２
４４５８１号公報、特開平６−２４４５８２号公報
等）、プリント板の内層に電磁ノイズ吸収層を設ける方
法（特開平２−８７５９３号公報）等が考えられている
が、電磁ノイズの発生をコントロールできていない以
上、その効果にも限界がある。
【０００４】電源層とグランド層と信号層が絶縁材を介
在して積層された多層プリント基板においては、図７
（ａ）に示すようにプリント基板の電源層による電源供
給線２２とグランド層によるグランド線２３との間に接
続された、高周波電源電流発生源であるＩＣ／ＬＳＩ３
の近傍にデカップリングコンデンサ４を並列に接続する
ことがよく行われている。これは、ＩＣ／ＬＳＩ３のス
イッチング動作に伴って、電源供給線２２に流れる高周
波電源電流をＩＣ／ＬＳＩ３近傍でデカップリングコン
デンサ４を介してバイパスさせると共に、ＩＣ／ＬＳＩ
３のスイッチング動作に伴うＩＣ／ＬＳＩ３の電源端子
部の電圧変動を抑制しようとしていた。
【０００５】一方、従来の多層プリント基板の電源供給
線２２となる電源層は、全面導電膜の層で構成された、
いわゆる全面平板の電源層である。これにより、電流の
流れる面を最大にして電源供給線の抵抗値を小さくし、
直流電源電圧変動を抑圧する効果を得ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
の多層プリント基板では、ＩＣ／ＬＳＩの動作に伴い電
源層に流れ込む高周波電源電流を設計者がコントロール
出来ないという問題がある。
【０００７】すなわち、全面平板の場合、電源層のイン
ピーダンスが小さいことから、ＩＣ／ＬＳＩの高周波電
源電流は、一つのＩＣ／ＬＳＩの近傍に配置したデカッ
プリングコンデンサだけでなく、その他のＩＣ／ＬＳＩ
の近傍に配置したデカップリングコンデンサにも流れ込
むことにより、多層プリント基板全体では、高周波電源
電流の分布は非常に複雑であり、解析が困難であった。
このため、ＩＣ／ＬＳＩ毎に配置するデカップリングコ
ンデンサ容量値を決定することが出来なかった。
【０００８】また、電源層に流れ込んだ高周波電源電流
は、電源層自身が全面平板となっているため、その経路
が複雑であり、場合によっては、大きなループを形成
し、電磁放射やイミュニティ劣化の要因になるという問
題がある。
【０００９】例えば、図７（ｂ）に示すように、高周波
電源電流の異なるＩＣ／ＬＳＩ３ｃ（電流大）、３ｄ
（電流中）、３ｅ（電流小）がそれぞれ電源供給線２２
およびグランド線２３に並列に接続されており、また、
それぞれのＩＣ／ＬＳＩの高周波電源電流量に応じて、
ＩＣ／ＬＳＩ３ｃの近傍には、容量の大きいデカップリ
ングコンデンサ４ｄ（インピーダンスＺは小）、ＩＣ／
ＬＳＩ３ｄの近傍には、容量が中程度のデカップリング
コンデンサ４ｅ（インピーダンスＺは中）、ＩＣ／ＬＳ
Ｉ３ｅの近傍には、容量の小さいデカップリングコンデ
ンサ４ｆ（インピーダンスＺは大）が配置されている。
例えば、ＩＣ／ＬＳＩ３ｅの近傍に配置したデカップリ
ングコンデンサ４ｆのインピーダンスが大きいため、Ｉ
Ｃ／ＬＳＩ３ｅからの全ての高周波電源電流が、デカッ
プリングコンデンサ４ｆでグランド線１７にバイパスさ
れず、ＩＣ／ＬＳＩ３ｃまたは３ｄに流れ込んでしま
い、電流ループ面積が大きくなり、結果として、放射電
磁ノイズが増大し、イミュニティが劣化する問題が起こ
り得る。また、ＩＣ／ＬＳＩの高周波電源電流が近傍の
デカップリングコンデンサでバイパスされない場合、高
周波電源電流の他経路への流れ込みにより、経路のイン
ピーダンスが大きくなり、その結果、交流電圧変動も大
きくなり、ＩＣ／ＬＳＩ自身の安定動作にも影響するこ
とすらあり得る。
【００１０】以上述べたとおり、従来は電磁ノイズの発
生をコントロールできていなかったために電磁波を完全
に遮蔽することができず、そのため、電子機器全体を金
属筐体に収納することによって電磁波を遮蔽する方法が
通常用いられていた。しかし、金属筐体には電子機器の
操作部その他を設ける必要上、開口部を設けなければな
らないために、完全に電磁ノイズの外部への漏れを防止
することは困難である。
【００１１】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
電磁ノイズ発生を大幅に低減し得る多層プリント基板を
提供することを目的とする。
【００１２】また、本発明の他の目的は、放射の原因と
なる電源層に廻り込むＩＣ／ＬＳＩの高周波電源電流を
コントロールできる多層プリント基板を提供することに
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、電源層とグランド層と信号層がそれぞれ絶
縁材を介在して積層された多層プリント基板において、
電源層と接続されたヴィアホールまたはスルーホールに
インダクターを形成したものである。具体的には、前記
インダクターが、前記ヴィアホールまたはスルーホール
の壁面に螺旋状に設けられた導電体材料よりなること、
あるいは前記ヴィアホールまたはスルーホール中に螺旋
状の切り込みを有すること、前記ヴィアホールまたはス
ルーホールにチップインダクターもしくは磁性体が埋め
こまれてインダクターを形成すること、等を特徴とす
る。これによって、電源層に接続しているビアホールや
スルーホールがインダクターとして働き、高周波インピ
ーダンスを上げる構成としている。電源層は絶縁材を介
在して、グランド層に上下両側から挟まれている構成と
することがノイズのシールド効果が期待できるために好
ましく、またこのようなグランド層はスルーホールやヴ
ィアホール以外の切り抜きや独立配線を含まない全面平
板のほうが、信号線のリターンパス、すなわち信号の帰
路電流のルートを最短に確保する意味で望ましい。さら
に前記電源層には配線化したインピーダンス付加回路が
形成されていることで電磁ノイズ発生を大幅に低減する
ことができる。
【００１４】なお、図６に示すような、インダクターを
回路（ＩＣ）と電源層の間に形成する方法が既に提案さ
れている。この構造ではインダクター１５を基板表面に
取り付けこれをビアホール１３またはスルーホール１４
を介して接続されている。
【００１５】しかしこの方法では電源層７と回路（Ｉ
Ｃ）３の電源端子の距離が長くなり発生ノイズをほかの
信号ラインへ放射することになり、電源層への回り込み
は防止できるが、別の問題を生じてしまう結果となる。
さらに、回路（ＩＣ）の電源端子あたり一つのチップイ
ンダクターを基板表面に形成すると基板表面にも基板中
にも物理的にスペースがなくなり、表面のチップインダ
クターと回路（ＩＣ）を接続するヴィアホールやスルホ
ールも基板に形成できなくなり実現が不可能である。特
に高周波・高速デバイスでは一つの回路（ＩＣ）あたり
の電源端子は数十から数百になるものもありそれぞれの
電源端子に対応する個別のチップインダクターを基板表
面にインダクターを形成することは現実的に困難であ
る。
【００１６】しかし、本発明によればこのような問題を
生じることなく、電源層への回り込みを効果的に防止す
ることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態を示
したものであり、また図２は多層プリント基板全体の断
面図を表したもので、上から下方向に順番に信号層５、
グランド層６、信号層５、信号層５、グランド層６、電
源層７、グランド層６及び信号層５が、絶縁材８を介在
して積層された８層プリント基板を示したものである。
この図においては、電源層はグランド層によって両側か
ら挟まれた構造となっており、このグランド層はスルー
ホール及びヴィアホール以外の項及び配線を含まない全
面平板であることが、信号線のリターンパス、すなわち
信号の帰路電流のルートを最短に確保する意味で望まし
い。
【００１８】図１に示した回路（ＩＣ）３と、電源層７
とは図１に示すように導線９を介しプリント板上の最上
層の信号層５に形成した電源パット１０を経て、インダ
クター２４の形成されているヴィアホール１１またはス
ルーホール１２に接続されている。このように回路と電
源層を接続するヴィアホールまたはスルーホールにイン
ダクターを形成することによって回路への直流抵抗の増
加を伴わず、高周波のインピーダンスを大きくすること
が可能となり回路から発生する高周波ノイズを電源層へ
回り込むことを防止することができる。
【００１９】なお、電源層７は図３に示したような銅箔
パターンにより、幹配線１と枝配線２とで形成すること
ができる。ここで幹配線は、主に、直流電圧降下を十分
低く抑えつつプリント基板全体に直流を分配する目的を
有しており、枝配線２はＩＣまたは他の能動素子によっ
て構成される独立とみなされる回路間を高周波的に分離
するという目的を有しており、主に高周波インピーダン
スを高くする目的を有している。つまり、この枝配線２
は単純に２点間を結ぶ直線上に線路パターンよりも経路
長を長くすることでインダクタンスを大きくすることが
できるので、インピーダンス付加回路として作用するこ
とが可能となる。
【００２０】従って、前述のようなヴィアホールもしく
はスルーホール中に設けたれたインダクターと、電源層
中に設けられたインピーダンス付加回路とを両方形成す
ることで回路から発生する高周波ノイズの回り込みを非
常に効果的に防止することができ、また電流の流れる経
路を設計者が特定でき、高周波電源電流の発生源である
ＩＣ／ＬＳＩ毎に最適デカップリングコンデンサを決定
できるという特徴がある。
【００２１】（実施例１）図４（ａ）〜（ｄ）には電源
層と回路（ＩＣ）を接続するスルーホールまたはヴィア
ホールにインダクターを形成したものの実施例を示す。
【００２２】図４（ａ）は電源層７と回路（ＩＣ）３
を、導線９、及び信号層５に形成したパット１０を介し
て、内壁に導体を螺旋状に形成したスルーホール１６ま
たはヴィアホール１７で接続し、インダクターとして機
能する様にしたもので、スルーホール１６またはヴィア
ホール１７の内部の空間は有機絶縁材料で充填してもよ
いが、フェライトなどの磁性材料を充填することによっ
てインダクターとしての性能を高めることもできる。
【００２３】スルーホール１６またはヴィアホール１７
の内壁に導体を螺旋状に形成するには、内壁全面に無電
解メッキにより導体を形成した後、穴の内壁に雌ねじを
切り込むのに使われるタップと同様の治具を用いて、内
壁から螺旋状に導体を削り取る。これにより、残った導
体部分も螺旋状となる。
【００２４】（実施例２）図４（ｂ）は電源層７と回路
（ＩＣ）３を接続するスルーホールまたはヴィアホール
にチップインダクター１８を挿入し電気的に電源層と回
路（ＩＣ）を接続したものである。チップインダクター
は巻き線型、厚膜型、薄膜型などいろいろな種類のもの
があり、それぞれ各種インダクタンス特性を有するが、
要求されるインダクタンス特性に応じたチップインダク
ターであれば、どの種類のものでも構わない。
【００２５】（実施例３）図４（ｃ）は電源層と回路
（ＩＣ）を接続するスルーホールまたはヴィアホールの
中にコイル１９を挿入したもので、これによってインダ
クタンス特性を高めたものである。同様な構成として
は、非導電性の磁性体材料でスルーホールまたはヴィア
ホールを埋め込んだ後、タップ等で螺旋状に切り込みを
入れた後、その切り込み中に導電材料を注入する方法も
ある。また、磁性材料が導電体材料を兼ねる場合には切
り込みを形成するのみでよい。
【００２６】（実施例４）図４（ｄ）は電源層と回路
（ＩＣ）を接続するヴィアホールを信号層の部分で複数
個用いてインダクター２０を形成した例である。即ち上
下の信号層内に設けられた複数の短い電源配線をヴィア
ホールで接続して、上下の信号層間を行き来する部分を
作る。この部分は横方向にコイル状の配線を形成したこ
ととなり、インダクターとして機能することが可能とな
る。
【００２７】（第２の実施形態）第１の実施形態によっ
て示したような多層プリント基板上に、図５に示すよう
に、ＩＣ／ＬＳＩ３ａ及び３ｂをそれぞれ電源層７によ
る電源供給線とグランド層６による接地との間に共通接
続するように搭載し、これらのＩＣ／ＬＳＩ３ａ及び３
ｂのそれぞれの近傍に別々にデカップリングコンデンサ
４ａ及び４ｂを配置し、更に、デカップリングコンデン
サ４ｃに共通接続した構成の電源回路を設けた場合は、
電源層７とＩＣ／ＬＳＩの間を接続するスルーホールま
たはヴィアホールにインダクターが形成され、分布イン
ダクタンス２１が確保される。
【００２８】この分布インダクタンス２１はデカップリ
ングコンデンサ４ａ、４ｂ、４ｃと共にフィルタを構成
し、電源供給線に流れ込むＩＣ／ＬＳＩ動作に伴う高周
波電源電流を抑制する効果がある。分布インダクタンス
２１の値は、電源層７とＩＣ／ＬＳＩの間を接続するス
ルーホールまたはヴィアホールにインダクターが形成さ
れた構成のため、インダクターのインダクタンスを調整
することができるため、上記フィルタの定数を調整でき
る。
【００２９】このため、スイッチング動作するＩＣ／Ｌ
ＳＩ３ａ、３ｂの近傍に配置したデカップリングコンデ
ンサ４ａ，４ｂを介して、電源供給線２２に流れ込んで
しまうＩＣ／ＬＳＩ動作に伴う高周波電源電流を従来に
比べて大幅に小さくでき、このため、多層プリント基板
からの電磁放射を抑制することができる。従って、従来
の金属筐体から外部へ漏れる電磁放射を十分抑制でき、
場合によっては金属筐体をも不要にできる。
【００３０】なお、本発明は上記の実施に限定されるも
のではなく、例えばスルーホールまたはヴィアホールに
インダクターを形成したものは図４（ａ）〜（ｄ）に示
した形状のものに限定されるものではないし、プリント
基板の層数や層構成も図２に示した形態に限定されるも
のではない。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電源層と接続されたヴィアホールまたはスルーホールに
チップインダクターを形成する、或は前記電源層と接続
されたヴィアホールまたはスルーホールが螺旋状に形成
されインダクターを構成する、或は前記電源層と接続さ
れたヴィアホールまたはスルーホールに磁性体が埋めこ
まれインダクターを形成することによって、電源層に接
続しているビアホールやスルーホールがインダクターと
して働き、高周波インピーダンスを上げる構成としてい
る。これにより、広い範囲にわたって実装されているデ
カップリングコンデンサに流れ込んでしまうＩＣ／ＬＳ
Ｉ動作に伴う高周波電源電流を従来に比べ小さくでき
る。
【００３２】同時に、ＩＣ／ＬＳＩ毎に最適のデカップ
リングコンデンサ容量を決定することが出来るため、Ｉ
Ｃ／ＬＳＩ電源端子部の交流電圧変動を小さくすること
が容易となり、この結果、ＩＣ／ＬＳＩの動作安定化が
計られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明多層プリント基板の構成の一例を示す図
である。
【図２】本発明の一実施形態の断面図である。
【図３】本発明の要部の一実施形態の平面図（電源層）
である。
【図４】スルーホールまたはヴィアホールにインダクタ
ーを形成したプリント基板の各例を示す図である。
【図５】本発明多層プリント基板上に搭載した電源回路
の一例を示す図である。
【図６】従来のインダクター実装の一例を示す図であ
る。
【図７】従来の課題説明図である。
【符号の説明】
１ 幹配線 ２ 枝配線 ３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ ＩＣ／ＬＳＩまた
は他の能動素子からなる独立と見なされる回路 ４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ デカップリ
ングコンデンサ ５ 信号層 ６ グランド層 ７ 電源層 ８ 絶縁材 ９ 導線 １０ パット １１ インダクターの形成されたヴィアホール １２ インダクターの形成されたスルーホール １３ ヴィアホール １４ スルーホール １５ インダクター １６ 螺旋を形成したスルーホール １７ 螺旋を形成したヴィアホール １８ チップインダクター １９ コイルヴィアホールを複数用いて形成したインダ
クター ２１ 分布インダクタンス ２２ 電源供給線 ２３ グランド線

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電源層とグランド層と信号層がそれぞれ絶
    縁材を介在して積層された多層プリント基板において、
    前記電源層と接続されたヴィアホールまたはスルーホー
    ルにインダクターが形成されていることを特徴とする多
    層プリント基板。
  2. 【請求項２】前記インダクターが、前記ヴィアホールま
    たはスルーホールの壁面に螺旋状に設けられた導電体材
    料よりなることを特徴とする請求項１記載の多層プリン
    ト基板。
  3. 【請求項３】前記ヴィアホールまたはスルーホールに磁
    性体が埋め込まれていることを特徴とする請求項２記載
    の多層プリント基板。
  4. 【請求項４】前記ヴィアホールまたはスルーホール中に
    埋め込まれた導電性材料中に螺旋状の切り込みを有する
    ことを特徴とする請求項１記載の多層プリント基板。
  5. 【請求項５】前記螺旋状の切り込みの中に磁性材料を有
    することを特徴とする請求項４記載の多層プリント基
    板。
  6. 【請求項６】前記ヴィアホールまたはスルーホール中に
    埋め込まれた磁性材料中に螺旋状の切り込みを有し、か
    つ前記螺旋状の切り込みの中に導電性材料を有すること
    を特徴とする請求項１記載の多層プリント基板。
  7. 【請求項７】前記ヴィアホールまたはスルーホール中に
    埋め込まれた磁性材料中に螺旋状の切り込みを有し、か
    つ前記磁性材料は導電性を有することを特徴とする請求
    項１記載の多層プリント基板。
  8. 【請求項８】前記インダクターがチップインダクターで
    あることを特徴とする請求項１記載の多層プリント基
    板。
  9. 【請求項９】前記インダクターが前記ヴィアホールまた
    はスルーホール中に埋め込まれたコイルよりなることを
    特徴とする請求項１記載の多層プリント基板。
  10. 【請求項１０】電源層とグランド層と信号層がそれぞれ
    絶縁材を介在して積層された多層プリント基板におい
    て、前記電源層、グランド層、信号層を複数層積層し、
    前記信号層間を、複数の短い電源配線を用い、前記各電
    源配線をヴィアホールで接続することによって各層に平
    行な、連続したコイル状配線を形成していることを特徴
    とする請求項１記載の多層プリント基板。
  11. 【請求項１１】前記電源層は絶縁材を介在してグランド
    層に両側から挟まれていることを特徴とする請求項１な
    いし８のいずれかに記載の多層プリント基板。
  12. 【請求項１２】前記グランド層は全面平板であり、スル
    ーホールやヴィアホール以外の切り抜きもしくは独立し
    た配線を含まないことを特徴とする請求項９記載の多層
    プリント基板。
  13. 【請求項１３】前記電源層には配線化したインピーダン
    ス付加回路が形成されていることを特徴とする請求項１
    ないし１０のいずれかに記載の多層プリント基板。
  14. 【請求項１４】電源層とグランド層と信号層がそれぞれ
    絶縁材を介在して積層された多層プリント基板におい
    て、前記電源層、グランド層、信号層を積層し、電源層
    と接続されたヴィアホールまたはスルーホール中の壁面
    に螺旋状に導電材料を形成することを特徴とする多層プ
    リント基板の製造方法。
  15. 【請求項１５】前記壁面に螺旋状に導電材料が形成され
    た前記ヴィアホールまたはスルーホール中に磁性体材料
    を充填することを特徴とする請求項１２または１３記載
    の多層プリント基板の製造方法。
  16. 【請求項１６】電源層とグランド層と信号層がそれぞれ
    絶縁材を介在して積層された多層プリント基板におい
    て、前記電源層、グランド層、信号層を積層し、電源層
    と接続されたヴィアホールまたはスルーホール中に導電
    材料を充填した後に、前記ヴィアホールまたはスルーホ
    ール中に螺旋状の切り込みを形成することを特徴とする
    多層プリント基板の製造方法。
  17. 【請求項１７】螺旋状の切り込みを形成した後に、その
    切り込み中に磁性材料を埋め込むことを特徴とする請求
    項１２記載の多層プリント基板の製造方法。
  18. 【請求項１８】電源層とグランド層と信号層がそれぞれ
    絶縁材を介在して積層された多層プリント基板におい
    て、前記電源層、グランド層、信号層を積層し、電源層
    と接続されたヴィアホールまたはスルーホール中に磁性
    材料を充填した後に、前記ヴィアホールまたはスルーホ
    ール中に螺旋状の切り込みを形成し、さらにその切り込
    み中に導電材料を埋め込むことを特徴とする多層プリン
    ト基板の製造方法。
  19. 【請求項１９】電源層とグランド層と信号層がそれぞれ
    絶縁材を介在して積層された多層プリント基板におい
    て、前記電源層、グランド層、信号層を積層し、電源層
    と接続されたヴィアホールまたはスルーホール中に導電
    性を有する磁性材料を充填した後に、前記ヴィアホール
    またはスルーホール中に螺旋状の切り込みを形成するこ
    とを特徴とする多層プリント基板の製造方法。
  20. 【請求項２０】電源層とグランド層と信号層がそれぞれ
    絶縁材を介在して積層された多層プリント基板におい
    て、前記電源層、グランド層、信号層を積層し、電源層
    と接続されたヴィアホールまたはスルーホール中にチッ
    プインダクターを挿入することを特徴とする多層配線プ
    リント基板の製造方法。
  21. 【請求項２１】電源層とグランド層と信号層がそれぞれ
    絶縁材を介在して積層された多層プリント基板におい
    て、前記電源層、グランド層、信号層を積層し、電源層
    と接続されたヴィアホールまたはスルーホール中にコイ
    ルを挿入することを特徴とする多層配線プリント基板の
    製造方法。
  22. 【請求項２２】電源層とグランド層と信号層がそれぞれ
    絶縁材を介在して積層された多層プリント基板におい
    て、前記信号層に複数の短い電源配線を形成する工程
    と、前記電源層、グランド層、信号層を複数層積層する
    工程と、前記信号層の前記電源配線間をヴィアホールを
    用いて接続し、各層に平行なコイル状の連続した配線を
    形成する工程と、からなることを特徴とする多層配線基
    板の製造方法。
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