JP6946776B2

JP6946776B2 - 回路基板

Info

Publication number: JP6946776B2
Application number: JP2017124666A
Authority: JP
Inventors: 大介藤岡
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2037-06-26
Also published as: US20180376581A1; US10687414B2; JP2019009322A

Description

本発明は、回路基板に関する。

従来、医療用や、車載用や、航空宇宙用に用いられる電子機器は、スマートフォンなどの情報処理機器に比べて電磁環境両立性（ＥＭＣ）の法規制が厳しく設定されている。昨今の信号の高速化により、信号ラインを高速で動作する信号（クロック信号やデータバス信号など）が高周波のノイズ源となり、電子機器の回路基板に接続されているハーネスなどをアンテナの代わりにして、増幅されたノイズが放射されることが知られている。この放射により、ＥＭＣの法規制により定められている製品からの放射ノイズが許容値を超えるため、ＥＭＣ対策が施されている。

基板内部の伝導ノイズが基板のエッジから基板外部に放射されるエッジノイズの遮断を目的に基板に電磁気バンドギャップ構造（ＥＢＧ構造）を適用した発明がある。この電磁気バンドギャップ構造では、多層基板の側面に沿い、互いに異なる平面上に設けられた各導電板の間に各導電板を接続する貫通ビアを形成し、最上位の導電板を基板のグランド層に接続する。この電磁気バンドギャップ構造により、基板のエッジから側面に放射されるＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）ノイズを遮断する（特許文献１参照）。

情報処理機器のＥＭＣ対策の１つに、ハーネスからのノイズの放射を低減させるため、ハーネスの接続用コネクタを取り付ける回路基板の取り付け穴にメッキを施し、メッキにより基板のＧＮＤ（グランド）と内層のＧＮＤとを接続する技術が知られている。しかし、この方法は、メッキが剥がれた場合に、剥がれたメッキにより基板ショートなどの事故が発生する可能性があるため、医療用や、車載用や、航空宇宙用などの電子機器のＥＭＣ対策には適さないという問題がある。また、開示の発明については、基板のエッジから側面に放射されるＥＭＩノイズを遮断する技術のため、ハーネスから出るノイズ放射を低減させるものではないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＥＭＣの法規制が情報処理装置よりも厳しい電子機器において、メッキを使用する技術と同等若しくはそれ以下にハーネスから出るノイズ放射を低減させることが可能な回路基板を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の一実施の形態は、多層構造の基体を有する回路基板であって、前記基体は、信号を伝送するハーネスを接続するコネクタの固定穴と、複数の層に設けられたＧＮＤベタパターンと、前記複数の層に設けられた各ＧＮＤベタパターンを電気的に接続するビアホールと、を有し、前記複数の層のうちの電源層の各厚みがより厚く、前記電源層に接する誘電体層の各厚みが前記電源層に接しない各誘電体層よりも薄い、ことを特徴とする。

本発明によれば、ＥＭＣの法規制が情報処理装置よりも厳しい電子機器において、メッキを使用する技術と同等若しくはそれ以下にハーネスから出るノイズ放射を低減させることが可能になるという効果を奏する。

図１は、本実施の形態に係る回路基板の平面図の一例を示す図である。図２は、図１に示す回路基板のＡ−Ａ線における、取り付け穴周辺部の基体の断面図の一例を示す図である。図３は、電子機器及びハーネスの模式図である。図４は、電子機器の分解を示す模式図である。図５は、変形例１に係る回路基板の断面図の一例を示す図である。図６は、変形例２に係る回路基板の平面図の一例を示す図である。図７は、図６に示す回路基板のＢ−Ｂ線における、取り付け穴周辺部の基体の断面図の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る回路基板の実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
本実施の形態にかかる回路基板は、多層構造のプリント配線基板である。本実施の形態において、複数の層が形成されている積層体の部分を基体と呼ぶ。基体は、ビルドアップ工法により形成したものや、貫通多層板などが使用される。当該回路基板は、信号を伝送するハーネスを接続するためのコネクタを有し、コネクタと回路基板とは基体の取り付け穴（固定穴）でねじ等により締結されている。

本実施の形態において、基体は、各層にＧＮＤ（グランド）ベタパターンを有し、各ＧＮＤベタパターンを電気的に接続するビアホールを更に有する。当該ビアホールは、貫通孔或いは非貫通孔であり、孔の内周面に、各層のＧＮＤベタパターンを電気的に接続するメッキ層を有する。本実施の形態に示す回路基板では、以上のような構成により、コネクタ（具体的にはコネクタの金属カバー）と基体のＧＮＤとの接続インピーダンスを低くして、コネクタへのノイズ電流の流れ込みを防止する。

図１は、本実施の形態に係る回路基板の平面図の一例を示す図である。図２は、図１に示す回路基板のＡ−Ａ線における、取り付け穴周辺部の基体の断面図の一例を示す図である。

図１に示す回路基板１において、基体１０は、コネクタＣ１の取り付け穴１１を有し、基体１０の外周に沿って縁１ａに２列のビアホール１２を有する。

縁１ａは、基体１０における破線ｌの外側の領域を指し、ビアホール１２を配置するために設けている。破線ｌの内側の領域を中央領域１ｂと呼ぶ。中央領域１ｂには、電源回路や信号処理回路などを集積し、取り付け穴１１においてコネクタＣ１を固定する。

ビアホール１２は、基体１０を厚さ方向（図１の紙面の奥行方向）に貫通する貫通構造の孔（貫通孔）であり、隣り合う貫通孔との間隔Ｍが１０ｍｍ以下になるように設ける。ビアホール１２は、例えば、基体１０に高速ドリルにより貫通孔を形成し、それから、貫通孔の内周面にメッキ処理によりメッキ層１３を設ける。メッキ処理の工程は、従来工程であるため、ここでの詳しい説明を省略する。

図２に示すように基体１０は、第１層Ｌ１〜第８層Ｌ８を有し、各層はそれぞれ、誘電体層Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐ７により接着されている。ここでは多層構造の基体として８層構造のものを示しているが、一例であり、基体の層数は適宜変えても良い。

基体１０の中央領域１ｂにおいて、第２層Ｌ２、第４層Ｌ４、第７層Ｌ７がＧＮＤベタパターン層である。第５層Ｌ５が電源ベタパターン層である。第１層Ｌ１、第３層Ｌ３、第６層Ｌ６、第８層Ｌ８が信号パターン層である。何れも導電材料（銅箔等）によりパターンが形成されている。

基体１０の縁１ａには、全層（第１層Ｌ１、第２層Ｌ２、・・・、第８層Ｌ８）に導電材料（銅箔等）のＧＮＤベタパターンＮ１、Ｎ２、・・・、Ｎ８を設けている。ＧＮＤベタパターンＮ１、Ｎ２、・・・、Ｎ８は、コネクタＣ１を配置した領域（配置領域）にも全層（第１層Ｌ１、第２層Ｌ２、・・・、第８層Ｌ８）に設けている。ＧＮＤベタパターンＮ１、Ｎ２、・・・、Ｎ８は、例えば従来のビルドアップ工法により各層の他の回路パターンと共に導電材料（銅箔等）をエッチングするなどして形成する。

ビアホール１２は、各層のＧＮＤベタパターンを貫通する貫通構造を有し、その内周面にメッキ層１３を有する。メッキ層１３は、導電材料のメッキ（例えば銅など）の層であり、全層のＧＮＤベタパターンＮ１、Ｎ２、・・・、Ｎ８を電気的に導通する機能を有する。

図３及び図４は、電子機器とハーネスとの接続形態の一例を示す図である。図３は、電子機器及びハーネスの模式図であり、図４は、電子機器の分解を示す模式図である。

図３に示すように、電子機器１００のコネクタＣ１に対し、信号を伝送するハーネス１０１のプラグを接続する。コネクタＣ１は、図４に示すように、電子機器１００の筐体内部に収容されている回路基板１の基体１０の取り付け穴１１（コネクタＣ１があるため図示されない）に、取り付け器具などを介してねじ等により締結されている。このコネクタＣ１にハーネス１０１の一端のプラグを接続し他方のプラグに別の回路基板（フレキシブルプリント基板等）を接続する。

電子機器１００は、一例として車載用の電子機器（車載カメラ等）とする。車載用の電子機器では、回路基板１の中央領域１ｂに車載用の所定目的のプリント配線が適用されている。なお、医療用や、航空宇宙用などの電子機器１００であれば、回路基板１の中央領域１ｂに、それぞれに対応するプリント配線が適用されている。回路基板１は、車載用や、医療用や、航空宇宙用など、ＥＭＣの法規制が厳しく設定されている電子機器に対しての適用が可能である。

このように各層に設けたＧＮＤベタパターンＮ１、Ｎ２、・・・、Ｎ８をビアホール１２により電気的に接続することにより、コネクタＣ１の取り付け穴１１にメッキを設けない設計においてもコネクタＣ１（具体的にはコネクタＣ１の金属カバー）と基体１０のＧＮＤとの接続インピーダンスが、従来構成のものと同等若しくはそれ以下に低くなり、コネクタＣ１へのノイズ電流の流れ込みを防止することが可能になる。従って、本実施の形態に係る回路基板１を使用した製品（電子機器）からの放射ノイズを許容値以内に抑えて、ＥＭＣの法規制を満たすことが可能になる。

例えば、コネクタＣ１の取り付け穴１１のメッキ層を無くしただけのものでは、１ＧＨｚ以上の周波数、一例として１．６ＧＨｚ帯が悪化し、車載用の電子機器についてＥＭＣ規格を満たさないものとなる。しかし、一例の回路基板１のように、ＧＮＤベタパターンＮ１、Ｎ２、・・・、Ｎ８とビアホール１２とを追加し、ビアホール１２にメッキ層１３を設けることにより、その悪化が改善して、車載用の電子機器についてのＥＭＣ規格を満たすことが可能になる。

（変形例１）
中央領域１ｂの回路面の集積密度を、内層配線の厚みをより厚くして配線幅を狭めることにより高くし、高集積化した中央領域１ｂの空いた領域を縁１ａ若しくはその一部として利用しても良い。

図５は、変形例１に係る回路基板の断面図の一例を示す図である。当該断面図は、図１に示すＡ−Ａ線の取り付け穴周辺部の位置に対応する変形例１の基体の断面図である。

図５に示すように、変形例１に係る回路基板２の基体２０において、電源層である第４層Ｌ４と第５層Ｌ５との各層の厚み（内層配線の厚み）をより厚くする。電源層の厚みをより厚くすることにより、電源層の断面を単位時間当たりに流れる電荷量が増加する。同じ電流を流す場合には、内部配線の配線幅を狭くすることができるため、電源層の配線面積を小さくすることができる。

電源層の配線面積が小さくなることにより、全体の層の面積も縮小することができ、ビアホール１２を設ける場合において、回路基板２の面積を小さく抑えることが可能になる。

（変形例２）
実施の形態では、ビアホール１２と取り付け穴１１との位置が取り付け穴１１がビアホール１２の列の内側（中央領域１ｂ側）になる配置のものについて一例を示した。この配置は、逆つまり取り付け穴１１がビアホール１２の列の外側（縁１ａ側）になる配置であっても良い。

図６及び図７は、変形例２に係る回路基板の説明図である。図６は、変形例２に係る回路基板の平面図の一例を示す図である。図７は、図６に示す回路基板のＢ−Ｂ線における、取り付け穴周辺部の基体の断面図の一例を示す図である。

図６に示すように、変形例２に係る回路基板３の基体３０において、縁１ａの端部に取り付け穴１１を設ける。この場合、コネクタＣ１は図１に示す位置よりも縁１ａの端部寄りに位置するため、コネクタＣ１にハーネス１０１（図４参照）を接続しやすくなる。

ビアホール１２は、コネクタＣ１を迂回するようにコネクタＣ１の外周に沿って設ける。ここでは、中央領域１ｂの一部にビアホール１２を設けた場合のものを一例として示しているが、電子機器が搭載可能であれば、縁１ａを広めにとり、ビアホール１２の迂回部分を縁１ａに収めても良い。

図６に示すような、ビアホール１２を中央領域１ｂの一部に設ける必要がある場合であっても、ビアホール１２又は各層のＧＮＤベタパターンを、ビアホール１２が各層のＧＮＤベタパターンを電気的に接続する位置に設ける。例えば、中央領域１ｂにおいて、図６に示すビアホール１２の位置の全層にＧＮＤベタパターンを設ける。また、図６に示すビアホール１２の位置において何れかの層に信号パターンなどがある場合は、その信号パターンを回避するようにビアホール１２とＧＮＤベタパターンとを設ける。

また、中央領域１ｂにおいて、何れかの層に信号パターンが含まれるなどの理由で、基体３０に貫通孔を設けることができない場合は、該当する層の信号パターンなどを回避するように一部又は全ての層に配置をずらした非貫通孔を設ける。非貫通孔の内面にはメッキ層を設け、上の層のＧＮＤベタパターンと下の層のＧＮＤベタパターンとに電気的に接続する。これにより、全層のＧＮＤベタパターンを各層に設けた非貫通孔のメッキ層により電気的に接続する。

実施の形態及び各変形例では、基体１０、２０、３０に２列のビアホール１２を設けた例を示したが、ビアホール１２の配置のレイアウトや数などは適宜変形しても良い。例えば、取り付け穴１１の配置間隔や深さや内周面の面積や、ビアホール１２の径や配置間隔などに応じて、ビアホール１２の列を３列にしたり、ビアホール１２を取り付け穴１１の近傍の領域のみに配置したり、数などを適宜変えて良い。

ビアホール１２の形状は、円柱形状以外に、適宜変形しても良い。例えば、すり鉢型の形状や多角柱の形状などとしても良い。

１回路基板
１ａ縁
１ｂ中央領域
１０基体
１１取り付け穴
１２ビアホール
１３メッキ層
Ｃ１コネクタ
Ｌ１〜Ｌ８第１層〜第８層
Ｎ１〜Ｎ８ＧＮＤベタパターン
Ｐ１〜Ｐ７誘電体層

特許第５１６４９６５号公報

Claims

多層構造の基体を有する回路基板であって、
前記基体は、
信号を伝送するハーネスを接続するコネクタの固定穴と、
複数の層に設けられたＧＮＤベタパターンと、
前記複数の層に設けられた各ＧＮＤベタパターンを電気的に接続するビアホールと、
を有し、
前記複数の層のうちの電源層の各厚みがより厚く、
前記電源層に接する誘電体層の各厚みが前記電源層に接しない各誘電体層よりも薄い、
ことを特徴とする回路基板。
前記ＧＮＤベタパターンは、前記基体の各層が有する、
請求項１に記載の回路基板。
前記固定穴に固定された前記コネクタの配置領域と該配置領域の近傍とにおいて各層に前記ＧＮＤベタパターンが設けられている、
請求項２に記載の回路基板。
前記ビアホールは、前記コネクタの前記配置領域の前記近傍に設けられている、
請求項３に記載の回路基板。
前記ビアホールは、前記基体の縁に設けられている、
請求項４に記載の回路基板。
前記ビアホールは、２列で設けられている、
請求項５に記載の回路基板。
前記ビアホールは、前記基体の外周に沿って２列で設けられている、
請求項６に記載の回路基板。
前記ビアホールは互いが重ならないように１０ｍｍ以下の間隔で設けられている、
請求項７に記載の回路基板。
前記基体の内層配線は、厚みを厚くすることにより配線幅が狭められている、
請求項１乃至８の内の何れか一項に記載の回路基板。
前記ビアホールは、前記基体を貫通する貫通構造を有する、
請求項１乃至８の内の何れか一項に記載の回路基板。