JP2000307203A - 電子部品実装用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源とグランドの導体層間でコンデンサを形
成する構成で、高周波電流が重畳して発生する輻射ノイ
ズのレベルを低減する。 【解決手段】 多層プリント基板１１は、４層の導電層
１２ａ〜１２ｄを絶縁層１３ａ〜１３ｃを介して積層さ
れている。内部の電源導体層１２ｂは、外周縁部から後
退寸法ｄだけ後退した位置に形成されている。これによ
り、電源導体層１２ｂに高周波電流成分が重畳したとき
に、外周縁部に流れることで発生する輻射ノイズのレベ
ルを低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導体層として少な
くとも電源ラインに接続される電源導体層と、グランド
ラインに接続されるグランド導体層とを備え、これらが
絶縁層を介して対向した状態に形成された電子部品実装
用基板に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来、この種の電子部
品実装用基板として、例えば電源ラインやグランドライ
ン，信号ラインなどを多層プリント基板を用いて構成す
るものがある。この場合、電源ラインに接続される電源
導体層とグランドラインに接続されるグランド導体層と
を対向する状態に形成することで、両者間でコンデンサ
を形成し、電子部品としてのコンデンサを別途に設ける
ことなく形成するようにした技術がある。

【０００３】図６は、このような多層プリント基板１の
断面構造を示すもので、３つの薄い絶縁層２ａ〜２ｃ
と、それらを介した状態で設けられた４つの導電層３ａ
〜３ｄを有する多層プリント基板である。内部の２つの
導電層３ｂ，３ｃは、それぞれ、電源ラインに接続され
る電源導電層およびグランドラインに接続されるグラン
ド導電層として用いられる。また、表裏に露出した導電
層３ａ，３ｄは、信号ラインに接続される信号導電層と
して用いられる。

【０００４】そして、この多層プリント基板１上に種々
の電子回路部品を搭載して所望の回路を形成するため
に、４つの導電層３ａ〜３ｄを適宜のパターン形状に形
成し、必要に応じて導電層間を導通させることにより回
路を形成する。基板１に高周波回路を形成する場合に
は、導電層３ｂ，３ｃ間で形成されるコンデンサが比較
的大きい容量となるので、両者の間に別途に接続するコ
ンデンサを不要とする構成を得ることができる。

【０００５】しかしながら、このような構成の多層プリ
ント基板１を用いる場合には、次のような不具合があ
る。それは、搭載する電子部品により高周波回路を構成
する場合に、電源ラインである電源導体層３ｂに高周波
電流成分が重畳される場合がある。一方、このような構
成の多層プリント基板１では、図示のように、基板１の
外周端面部において、導電層３ｂ，３ｃが露出している
ので、この部分で電源ラインに重畳された高周波電流が
漏れて流れるため、これが輻射ノイズ（図中矢印で表
示）となって放出されてしまうことになる。したがっ
て、このような輻射ノイズが外部に漏れるのを防止する
ためには、多層プリント基板１を外部で遮蔽するなどの
構成を設ける必要がある。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、電源ラインに重畳される高周波電流の
成分が基板端部から漏れることに起因して発生する輻射
ノイズの放出を極力低減して遮蔽のための構成を別途に
設ける必要のない電子部品実装用基板を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、多層プリント基板などの電子部品実装用基板で、導
電層として少なくとも電源ラインに接続される電源導体
層と、グランドラインに接続されるグランド導体層とを
備え、それらが絶縁層を介して対向した状態に形成され
たもので、電源導体層を、外周縁部がグランド導体層が
形成される領域に対して所定の後退寸法だけ内側に後退
した位置となるように形成しているので、電源導体層の
外周端部からグランド導体層の外周端部にかけて流れる
高周波電流がある場合に、基板の外側に大きく流れ込む
ことがなくなり、これによって、輻射ノイズの発生を極
力低減することができるようになる。

【０００８】請求項２の発明によれば、電源導体層を、
グランド導体層に対する後退寸法が、前記電源ラインに
重畳される高周波信号に起因して発生する輻射ノイズを
所定レベル以下とする寸法、すなわち、必要とされる輻
射ノイズの抑制量を考慮して設定したので、基板外部に
漏れ出る輻射ノイズの発生を抑制することができ、しか
も、電源導体層とグランド導体層との対向面積部分で必
要なコンデンサとしての機能を実現することができるよ
うになる。

【０００９】請求項３の発明によれば、電源導体層の外
周部に所定間隔を存して包囲するようにガード導体層を
形成し、このガード導体層をグランド導体層と電気的に
接続したので、電源導体層とグランド導体層との間で流
れる高周波電流成分が外部に漏れるのをより少なくする
ことができ、これによって輻射ノイズの発生を極力低減
することができるようになる。

【００１０】請求項４の発明によれば、電源導体層およ
びグランド導体層の少なくとも一方と絶縁層を介して信
号ラインに接続される信号導体層を設ける構成としてい
るので、電源導体層とグランド導体層との間で輻射ノイ
ズの発生を抑制し、かつ形成するコンデンサの容量成分
を大きくする構成としながら、信号ラインに接続される
信号導体層との間で多層配線パターンを用いた回路構成
を形成することができるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態について図１ないし図４を参照しなが
ら説明する。図１は、本発明にかかる多層プリント基板
１１の構成を示すもので、銅の薄膜からなる４層の導体
層１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが、ガラスエポキシ
製の薄膜からなる３層の絶縁層１３ａ，１３Ｂ，１３ｄ
でそれぞれ分離された状態に積層した構成である。ここ
で、各導体層１２ａ〜１２ｄは、それぞれが０．２ｍｍ
程度間隔を存した状態となるように絶縁層１３ａ〜１３
ｃの厚さが調整されている。

【００１２】そして、表面側および裏面側にそれぞれ露
出するように配設された導体層１２ａ，１２ｄは信号ラ
インに接続されるもので信号導体層として形成されてい
る。内部側に配設された導体層１２ｂ，１２ｃのうち
の、導体層１２ｂは電源ラインに接続される電源導体層
として使用され、導体層１２ｃはグランドラインに接続
されるグランド導体層として使用される。また、表面に
露出した導体層１２ａ，１２ｄは、それぞれ信号導体層
として用いられる。

【００１３】そして、これにより、導体層１２ｂと導体
層１２ｃとが絶縁層１３ｂを介して対向する状態に形成
されていることから、これがコンデンサとなり、電源ラ
インとグランドラインとの間に大容量のコンデンサが接
続された構成となる。これによって、回路構成における
電源インピーダンスを低下させて電源ラインに重畳する
高周波ノイズを低減するようにすることができ、別途に
コンデンサを設けることなくこのような機能を達成する
ことができるものである。

【００１４】電源導体層である導体層１２ｂは、外周縁
部から所定の後退寸法ｄだけ後退した位置まで形成され
ており、他の導体層１２ａ，１２ｃ，１２ｄは外周縁部
まで形成されている。これは、後述するように、導体層
１２ｂを電源ラインに接続して回路を構成した場合に、
その導体層１２ｂに高周波信号が重畳されてもそれがグ
ランド導体層としての導体層１２ｃと対向する部分の外
周部分で輻射ノイズとなって放射するのを抑制するよう
にするためである。

【００１５】なお、導体層１２ｂを後退させる寸法ｄ
は、後述する実験結果で述べるように、使用する高周波
回路で取り扱う高周波信号の周波数で輻射ノイズの発生
を抑制するのに必要となる寸法である。そして、この寸
法ｄの値は、実装する回路の周波数，導体層１２ｂ，１
２ｃの対向面積，絶縁層１３ｂの材質（比誘電率）や板
厚などの種々の条件に応じて、実験結果に基づいて適切
な関係で導かれた値に設定される。また、この実施形態
においては、外周縁部から等しく後退寸法ｄだけ後退さ
せるようにしているが、必要な後退寸法ｄ以上であれば
適宜の寸法に設定することができる。

【００１６】上記構成の多層プリント基板１１において
は、例えば、表面側あるいは裏面側に電子回路部品を搭
載して高周波回路を形成した場合に、電源導体層１２ｂ
とグランド導体層１２ｃとの間で大容量のコンデンサが
形成されることにより、電源インピーダンスを低下させ
ることができる。

【００１７】そして、この場合に、コンデンサを形成し
ている電源導体層１２ｂは、基板１１の外周縁部から所
定の後退寸法ｄだけ内側の位置までとなっているので、
図示のように、グランド導体層１２ｃとの間に流れる高
周波電流成分が電源導体層１２ｂから外側に出る量Ｓが
抑制され、ほとんどグランド導体層１２ｃが終端する外
周縁部の内側に位置するようになる。この結果、基板１
１の外部を経由する高周波電流成分が低減され、輻射ノ
イズの発生を極力低減することができるようになるので
ある。

【００１８】次に、上記した本実施形態における原理を
実証するデータについて、図２ないし４を参照して、発
明者が実施した実験結果に基づいて説明する。図２は、
実験に用いたプリント基板１４を示しており、この実験
においては、プリント基板１４を、板厚ｔが約１ｍｍの
絶縁層（ガラスエポキシ製）１５をベースとし、この絶
縁層１５を挟んで表裏の各面に導体層１６ａ，１６ｂを
形成した構成としている。プリント基板１４は、外形寸
法が例えば縦寸法Ａ＝９６ｍｍ、横寸法Ｂ＝１６０ｍｍ
である。電源導体層としての導体層１６ａは、このプリ
ント基板１４の外形寸法よりも後退寸法ｄ（ｍｍ）だけ
後退した位置まで形成されており、外形寸法は、縦寸法
ａ＝９６−２×ｄ（ｍｍ）、横寸法ｂ＝１６０−２×ｄ
（ｍｍ）である。

【００１９】また、電源導体層１６ａの内部領域には、
実験回路１７を配設するために、矩形状（例えば、縦寸
法Ｃ１＝２０ｍｍ，横寸法Ｃ２＝８０ｍｍ）に導体層１
６ａを除去して回路形成領域が設けられた状態とされて
いる。この回路形成領域内には、実験用の電子回路部品
として、水晶振動子１８，インバータ回路１９，コンデ
ンサ２０ａ，２０ｂ，抵抗２１および配線部２２ａ，２
２ｂを用いた実験回路１７が配設されている。

【００２０】これは、図３に示しているように、電源ラ
インに接続される電源導体層１６ａとグランドラインに
接続されるグランド導体層１６ｂとの間に形成された簡
単な発振回路で、水晶振動子（発振周波数２０ＭＨｚ）
１８は電源ライン（電源電圧５Ｖ）から給電され、その
振動出力は配線部２２ａ，インバータ回路（ＡＳＯ４）
１９，配線部２２ｂから抵抗（抵抗値５０Ω）２１を介
してグランドラインに終端される。水晶振動子１８およ
びインバータ回路１９の電源ラインに接続される端子は
それぞれコンデンサ（０．１μＦ）２０ａ，２０ｂを介
してグランドラインに接続されている。

【００２１】上述の構成で、コンデンサ２０ａ、２０ｂ
により吸収されずに、水晶振動子１８の高周波電流が電
源ラインに重畳すると、これが電源導体層１６ａとグラ
ンド導体層１６ｂとの間で高周波電流として流れる際に
外部に輻射ノイズとなって放出されることになる。発明
者は、この輻射ノイズとして放出される度合いを、前述
の後退寸法ｄをパラメータとして測定した。なお、輻射
ノイズのレベル測定は小型電波暗室内で実施している。

【００２２】図４は、上述の条件における輻射ノイズの
発生レベル（ｄＢ・μＶ／ｍ）の測定結果を、横軸に電
源導体層１６ａの外周縁部からの後退寸法ｄを取った場
合の結果として示している。測定した後退寸法ｄは、０
ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，３５ｍｍの４種類を実施
し、各測定においては、測定周波数を３０ＭＨｚから１
０００ＭＨｚの範囲まで掃引してノイズレベルを測定
し、ノイズレベルのピークが見られた周波数（１６０Ｍ
Ｈｚ，１８０ＭＨｚ，２４０ＭＨｚ，２６０ＭＨｚ，２
８０ＭＨｚ，３００ＭＨｚ，３２０ＭＨｚ，３６０ＭＨ
ｚ）でのノイズレベル差を各後退寸法ｄ毎に観察してい
る。

【００２３】この結果から、この条件においては、発振
周波数にかかわらず、後退寸法ｄが２０ｍｍまでの場合
に比べて、３０ｍｍ以上に設定した場合では大きく改善
されていることがわかり、これにより、実用上において
は２５ｍｍ程度以上後退寸法ｄを取ることで改善効果を
比較的大きくすることができることがわかる。

【００２４】なお、上述の構成においては、電源導体層
１６ａとグランド導体層１６ｂとにより形成されるコン
デンサの容量は次のようになる。すなわち、後退寸法ｄ
の関数として求められるコンデンサの容量Ｃ（ｄ）は、
電極面積と対向距離および絶縁層１５の比誘電率εｒか
ら決まるので、次式（１）のようになる。ここで、電源
導体層１６ａの面積Ｓは、式（２）のようになるから、
真空の誘電率をεｏとすると、 Ｃ（ｄ）＝εｒ×εｏ×Ｓ／ｄ …（１） Ｓ＝ａ×ｂ−Ｃ１×Ｃ２ …（２） ＝（Ａ−２×ｄ）×（Ｂ−２×ｄ）−Ｃ１×Ｃ２ となる。

【００２５】いま、後退寸法ｄが０ｍｍの場合を考える
と、絶縁層１５はガラスエポキシの場合にその比誘電率
εｒは４．６であるから、このときのコンデンサ容量Ｃ
（０）は、 Ｃ（０）＝４．６×４π×１０^−７×０．０１３７６／（１×１０^−３） ＝７９．５４（μＦ） …（３） となる。これから、実験回路１７で用いたコンデンサ２
０ａ，２０ｂは、上述のように０．１μＦ程度であるか
ら、電源導体層１６ａとグランド導体層１６ｂとにより
形成されるコンデンサの容量Ｃ（ｄ）に比べて非常に小
さいので、回路構成的には省略することが可能となる性
質のものである。そして、後退寸法ｄが大きくなるにし
たがって、コンデンサ容量Ｃは、式（３）で得られた容
量値（７９．５４μＦ）よりも小さい値に変化していく
が、上述のコンデンサ２０ａ、２０ｂに対する容量値は
大きい。

【００２６】したがって、後退寸法ｄの値を２５ｍｍ程
度以上として設定することで、コンデンサ容量Ｃを十分
に確保して電源インピーダンスの低下を図る構成としな
がら輻射ノイズの発生レベルを１０ｄＢμＶ／ｍ程度低
減した構成とすることができた。これに基づいて、前述
の実施形態における多層プリント基板１１の後退寸法ｄ
を設定することで同様の効果を得ることができる。

【００２７】このような本実施形態によれば、多層プリ
ント基板１１を、導体層１２ｂと１２ｃおよび絶縁層１
３ｂにより、電源インピーダンスの低減を図るためのコ
ンデンサを設ける構成としながら、導体層１２ｂを外周
縁部から後退寸法ｄだけ後退させた位置までの形状に形
成する構成としているので、輻射ノイズの発生レベルを
抑制することができ、これによって、多層プリント基板
１１に電子回路部品を実装して高周波回路を形成した場
合に、外部に別途に輻射ノイズを遮蔽するための構成を
設ける必要がなくなる。

【００２８】（第２の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態を示すもので、以下、第１の実施形態と異な
る部分について説明する。すなわち、この実施形態にお
ける多層プリント基板２３は、第１の実施形態の構成に
加えて、電源導体層１２ｂの外周縁部にこれを取り囲む
ようにガード導体層２４を設け、外周部でグランド導体
層１２ｃと接続する構成としている。

【００２９】前述同様にして、電源導体層１２ｂは、基
板２３の外周縁部から後退寸法ｄだけ後退した位置まで
形成されており、その外周に設けるガード導体層２４と
は、後退寸法ｄよりも小さい間隔寸法ｇだけ隔てて対向
するように配置形成されている。

【００３０】このような構成とすることにより、第１の
実施形態で述べた電源ラインに重畳される高周波電流の
成分は、電源導体層１２ｂの外側に広がっても、間隔寸
法ｇを隔てて外周部に位置されるガード導体層２４がグ
ランド導体層１２ｃと導通しているので、輻射ノイズの
発生を極力抑制する構成とすることができるようにな
る。

【００３１】なお、上述の構成において、ガード導体層
２４は、基板２３の外周縁部でグランド導体層１２ｃと
接続する構成としているが、外周縁部から内側において
絶縁層１２ａ内に導体を貫通するように配設して導通を
図る構成としても良い。また、導体層２４は、基板２３
の外周縁部まで形成する構成としているが、所定幅寸法
の環状の導体層としてグランド導体層１２ｃと導通する
構成としても良い。

【００３２】本発明は、上記実施形態にのみ限定される
ものではなく、次のように変形また拡張できる。上記各
実施形態では、４層の導体層１２ａ〜１２ｄを設ける構
成の多層プリント基板１１，２３の場合について説明し
たが、電源導体層とグランド導体層とが絶縁層を介して
対向する構成を含んだものであれば、他の導体層は設け
ない構成としても良いし、１層以上の複数層を設ける構
成としても良い。基板の絶縁層をガラスエポキシ製のも
のを用いる場合について説明したが、セラミックなどを
用いた絶縁層を形成する基板にも適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す平面図および断
面図

【図２】実験に用いたプリント基板の図１相当図

【図３】実験回路の電気的構成図

【図４】後退寸法に対する輻射ノイズレベルの測定結果
を示す図

【図５】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図

【図６】従来例を示す基板の断面図

【符号の説明】

１１は多層プリント基板（電子部品実装基板）、１２
ａ，１２ｄは信号導体層、１２ｂは電源導体層、１２ｃ
はグランド導体層、１３ａ〜１３ｃは絶縁層、１４はプ
リント基板（電子部品実装基板）、１５は絶縁層、１６
ａは電源導体層、１６ｂはグランド導体層、１７は実験
回路、１８は水晶振動子、１９はインバータ回路、２０
ａ，２０ｂはコンデンサ、２１は抵抗、２３は多層プリ
ント基板（電子部品実装基板）、２４はガード導電層で
ある。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体層として少なくとも電源ラインに接
   続される電源導体層と、グランドラインに接続されるグ
   ランド導体層とを備え、これらが絶縁層を介して対向し
   た状態に配置形成された電子部品実装用基板において、 前記電源導体層は、外周縁部が前記グランド導体層が形
   成される領域に対して所定の後退寸法だけ内側に後退し
   た位置となるように形成されていることを特徴とする電
   子部品実装用基板。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子部品実装用基板に
   おいて、 前記電源導体層は、前記グランド導体層に対する後退寸
   法が、前記電源ラインに重畳される高周波信号に起因し
   て発生する輻射ノイズが所定レベル以下となる寸法に設
   定されていることを特徴とする電子部品実装用基板。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の電子部品実装
   用基板において、 前記電源導体層の外周部に所定間隔を存して包囲するよ
   うに設けられ前記グランド導体層と電気的に接続された
   ガード導体層を設けたことを特徴とする電子部品実装用
   基板。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の電
   子部品実装用基板において、 前記電源導体層およびグランド導体層の少なくとも一方
   と絶縁層を介して信号ラインに接続される信号導体層が
   形成されていることを特徴とする電子部品実装用基板。