JP6399969B2 - プリント基板 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に搭載されるプリント基板に関し、特にプリント基板に伝搬する外来電磁ノイズを低減するための構造に関する。

近年の電子機器の小型化、高密度実装化に伴い、電子機器に搭載されるプリント基板上の配線及びＩＣ部品等の回路部品の間隔が狭くなっている。このため、コネクタ、スイッチ等の外部インターフェースが実装されたプリント基板では、外部インターフェースから侵入した静電気等の外来電磁ノイズがプリント基板へ伝搬し易くなっている。電磁ノイズは、プリント基板上の回路部品の誤動作を誘発するため、電磁ノイズの伝搬を抑制するプリント基板の構造が求められる。

プリント基板への電磁ノイズの伝搬を抑制する先行技術として、例えば特許文献１には、外部インターフェースを搭載する領域に設けられたフレームグラウンド配線と、回路部品を搭載する領域に設けられた信号グラウンド配線とを分離するスリットを設け、このスリット部に沿って延在する導電体を配置することが記載されている。

また、特許文献２には、絶縁層を介して配置された一対のフラット導体を備えたフラット回路体において、一対のフラット導体は共にフラット回路体の面に沿ってウェーブ状に蛇行しており、且つ、互いが交差する２点間に、一方のフラット導体と他方のフラット導体で囲まれる領域を形成することが記載されている。

特開２０１０−５０２９８号公報 特許３０４７５７２号公報

特許文献１に提示されたプリント基板では、フレームグラウンド配線に搭載された外部インターフェースに、数ｋＨｚ以上の高周波成分を含む外来電磁ノイズ、例えば静電気ノイズが印加された場合、電磁ノイズの大部分はフレームグラウンド配線を伝搬し、アースや機器の筐体等の安定した電位に伝搬する。しかしながら、電磁ノイズの一部は、信号配線やＩＣ部品等の回路部品が実装された領域に空間結合し、プリント基板上の回路部品の誤動作を誘発するという問題点があった。

また、特許文献２に提示されたフラット回路体では、二つのフラット導体に逆方向の電流が流れた場合、隣接する二つの領域でそれぞれのフラット導体の面と交差する方向において逆向きの磁束が発生し、それらが互いに打ち消し合うため、外部に磁束を形成しない。しかしながら、二つのフラット導体に同方向に電流が流れた場合には、外部に磁束が形成され、磁束の一部は信号配線やＩＣ部品等の回路部品が実装された領域に空間結合し、プリント基板上の回路部品の誤動作を誘発するという問題点があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、プリント基板に伝搬する外来電磁ノイズを低減し、プリント基板上の回路部品の誤動作を抑制することを目的とする。

本発明に係るプリント基板は、外部インターフェースが搭載される第一領域と、信号配線によって外部インターフェースと接続された回路部品が搭載される第二領域を有するプリント基板であって、第一領域には、絶縁体を介して配置された第一のフレームグラウンド配線と第二のフレームグラウンド配線が、基板面と直交する方向から見て互いに対称に蛇行し所定間隔で重なるように設けられ、第一のフレームグラウンド配線は、一方の端部が外部インターフェースと直接接続されると共に他方の端部がアースと直接接続され、第二のフレームグラウンド配線は、少なくとも１個の容量結合を含み、一方の端部が外部インターフェースと接続されると共に他方の端部がアースと接続されるものである。

本発明に係るプリント基板によれば、第一領域の外部インターフェースに外来電磁ノイズが印加されると、第一のフレームグラウンド配線を伝搬する電磁ノイズと第二のフレームグラウンド配線を伝搬する電磁ノイズに位相差が生じ、さらに第一のフレームグラウンド配線と第二のフレームグラウンド配線が互いに重なり合うように蛇行していることにより、第一のフレームグラウンド配線を伝搬する電磁ノイズと第二のフレームグラウンド配線を伝搬する電磁ノイズにおいて生じた位相差分が打ち消されるため、第二領域への電磁ノイズの空間結合が低減され、回路部品の誤動作を抑制することが可能である。

本発明の実施の形態１に係るプリント基板を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るプリント基板を示す上面図である。 本発明の実施の形態１に係るプリント基板を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態１に係るプリント基板と従来のプリント基板のノイズ伝搬量を比較する図である。 従来のプリント基板を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るプリント基板を示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係る別のプリント基板を示す上面図である。 本発明の実施の形態３に係るさらに別のプリント基板を示す上面図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係るプリント基板について、図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本実施の形態１に係るプリント基板の構成を概略的に示す斜視図及び上面図である。なお、各図において、同一または相当部分には、同一符号を付している。

本実施の形態１に係るプリント基板１は、図１に示すように、第一の導体層７と第二の導体層８を積層した多層プリント基板である。なお、本実施の形態１では、積層は二層であるが、これ以上であっても良い。第一の導体層７と第二の導体層８の間には、誘電体層等を有しているが、図１では省略している。

プリント基板１は、図２に示すように、第一領域１０、スリット部１１、及び第二領域１２を含んで構成される。第一領域１０には、例えばコネクタ、スイッチ等の外部インターフェース２が搭載され、第一のフレームグラウンド配線３と第二のフレームグラウンド配線４が絶縁体（図示省略）を介して設けられている。

第一のフレームグラウンド配線３と第二のフレームグラウンド配線４は、プリント基板１の基板面と直交する方向から見て互いに対称に蛇行しており、所定間隔で重なるように設けられている。本実施の形態１では、図２に示すように、第一のフレームグラウンド配線３と第二のフレームグラウンド配線４が重なる所定間隔は一定である。

図１及び図２に示す例では、第一のフレームグラウンド配線３と第二のフレームグラウンド配線４は、いずれも直角に方向転換しながら逆方向に蛇行している。これにより、蛇行の幅と同じ長さ分だけ両者が重なり合っている。ただし、第一のフレームグラウンド配線３と第二のフレームグラウンド配線４のパターン形状はこれに限定されるものではなく、各々の一部が重なり合っていれば良い。

第一のフレームグラウンド配線３は、一方の端部が外部インターフェース２と電気的に直接接続されると共に、他方の端部がアース９と電気的に直接接続される。また、第二のフレームグラウンド配線４は、少なくとも１個の容量結合、例えばチップコンデンサを含み、一方の端部が外部インターフェース２と電気的に接続されると共に他方の端部がアース９と電気的に接続される。すなわち、第二のフレームグラウンド配線４は、外部インターフェース２及びアース９と交流的に接続されている。

本実施の形態１では、第二のフレームグラウンド配線４は２個の容量結合５、６を含み、一方の端部が容量結合５を介して外部インターフェース２と電気的に接続され、他方の端部が容量結合６を介してアース９と電気的に接続されている。なお、第一のフレームグラウンド配線３及び第二のフレームグラウンド配線４は、いずれもアース９に接続されているが、電位が安定した機器筐体等に接続しても良い。

第二領域１２の第一の導体層７と第二の導体層８には、信号配線、電源配線、及び信号グラウンド配線等が形成され、ＩＣ部品等の回路部品が実装される（いずれも図示省略）。第一領域１０と第二領域１２の間には、スリット部１１が設けられている。第一領域１０に設けられた第一のフレームグラウンド配線３及び第二のフレームグラウンド配線４と、第二領域１２に設けられた信号グランド配線とは、スリット部１１により分離されている。

図３は、本実施の形態１に係るプリント基板１の一部を示す断面図である。第一領域１０において、第一のフレームグラウンド配線３と第二のフレームグラウンド配線４は、絶縁体を介して上下方向に配列されている。

本実施の形態１に係るプリント基板１において、外部インターフェース２から侵入する外来電磁ノイズの伝搬を抑制する作用について説明する。外部インターフェース２に数ｋＨｚ以上の高周波成分を含む電磁ノイズ、例えば静電気ノイズが印加されると、電磁ノイズの一部は、第一のフレームグラウンド配線３を介してアース９へ伝搬する。また、電磁ノイズの一部は、容量結合５を介して第二のフレームグラウンド配線４へ伝搬し、さらに容量結合６を介してアース９へ伝搬する。

この時、２つの容量結合５、６により、第一のフレームグラウンド配線３に流れる電磁ノイズと第二のフレームグラウンド配線４に流れる電磁ノイズに位相差が生じる。さらに、第一のフレームグラウンド配線３と第二のフレームグラウンド配線４は互いの一部が重なり合うように蛇行していることにより、第一のフレームグラウンド配線３を伝搬する電磁ノイズと第二のフレームグラウンド配線４を伝搬する電磁ノイズにおいて生じた位相差分が打ち消され、第二領域１２の信号グランド配線あるいは電源配線への電磁ノイズの空間結合を低減することができる。

実施の形態１に係るプリント基板１と従来のプリント基板のノイズ伝搬量を比較した解析結果を図４に示す。図４において、縦軸は第二領域１２へのノイズ伝搬量、横軸は電磁ノイズの周波数（対数）を示し、比較例として従来のプリント基板のノイズ伝搬量（図中、白丸で示す）を基準としている。なお、図４の解析に比較例として用いた従来のプリント基板を図５に示す。従来のプリント基板１００は、第一領域にフレームグラウンド配線１３のみを設けた構成とする。

図４のグラフから、本実施の形態１に係るプリント基板１は、従来のプリント基板１００と比較して、第二領域１２へのノイズ伝搬量が一部周波数を除いて低いことが明らかである。静電気等の外来電磁ノイズは周波数が低いほどノイズ量が大きく、第二領域１２に実装された回路部品の誤動作を引き起こし易い。これに対し、本実施の形態１に係るプリント基板１は、特にノイズ量が大きい低周波数の電磁ノイズに対して伝搬量を抑制する効果が得られている。

以上のように、本実施の形態１に係るプリント基板１によれば、第一領域１０の外部インターフェース２に外来電磁ノイズが印加されると、第一のフレームグラウンド配線３を流れる電磁ノイズと第二のフレームグラウンド配線４を流れる電磁ノイズに位相差が生じ、さらに、第一のフレームグラウンド配線３と第二のフレームグラウンド配線４が互いに重なり合うように蛇行していることにより生じた位相差分が打ち消されるため、第二領域１２への電磁ノイズの空間結合が低減され、回路部品の誤動作を抑制することが可能である。

実施の形態２．
図６〜図９は、本発明の実施の形態２に係るプリント基板を示す上面図である。本実施の形態２に係るプリント基板１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、上記実施の形態１に係るプリント基板１を一部変更したものであり、基本的な構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略し、変更点のみ説明する。

図６に示すプリント基板１Ａは、第二のフレームグラウンド配線４に３つ目の容量結合１４が配置され、合計３個の容量結合５、６、１４を有している。一方、図７に示すプリント基板１Ｂは、第二のフレームグラウンド配線４に１個の容量結合５のみを配置している。このように容量結合の数を増減することにより、第二領域１２へ伝搬する外来電磁ノイズの周波数や伝搬量を細かく調整することができる。

また、図８に示すプリント基板１Ｃは、第一のフレームグラウンド配線３ａ及び第二のフレームグラウンド配線４ａの蛇行の間隔が一定ではない。このため、第一のフレームグラウンド配線３ａと第二のフレームグラウンド配線４ａが重なる所定間隔が一定でない。このように蛇行の間隔を変化させることにより、第二領域１２へのノイズ伝搬量が増える周波数領域のノイズ伝搬量を抑制することができる。

本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、第二領域１２へ伝搬する外来電磁ノイズの周波数や伝搬量を調整することが可能である。従って、第二領域１２に実装されている回路部品に応じて、該回路部品が誤動作を起こし易い周波数の電磁ノイズを特に抑制することができる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本発明は、電子機器に搭載されるプリント基板として利用することができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１００ プリント基板、２ 外部インターフェース、
３、３ａ 第一のフレームグラウンド配線、４、４ａ 第二のフレームグラウンド配線、５、６、１４ 容量結合、７ 第一の導体層、８ 第二の導体層、９ アース、
１０ 第一領域、１１ スリット部、１２ 第二領域、１３ フレームグラウンド配線

Claims (5)

1. 外部インターフェースが搭載される第一領域と、信号配線によって前記外部インターフェースと接続された回路部品が搭載される第二領域を有するプリント基板であって、
   前記第一領域には、絶縁体を介して配置された第一のフレームグラウンド配線と第二のフレームグラウンド配線が、基板面と直交する方向から見て互いに対称に蛇行し所定間隔で重なるように設けられ、
   前記第一のフレームグラウンド配線は、一方の端部が前記外部インターフェースと直接接続されると共に他方の端部がアースと直接接続され、
   前記第二のフレームグラウンド配線は、少なくとも１個の容量結合を含み、一方の端部が前記外部インターフェースと接続されると共に他方の端部がアースと接続されることを特徴とするプリント基板。
2. 前記第二のフレームグラウンド配線は、一方の端部が前記容量結合を介して前記外部インターフェースと接続され、他方の端部が別の前記容量結合を介してアースと接続されることを特徴とする請求項１記載のプリント基板。
3. 前記第一のフレームグラウンド配線と前記第二のフレームグラウンド配線が重なる前記所定間隔は、一定でないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリント基板。
4. 前記容量結合は、チップコンデンサであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプリント基板。
5. 前記第一領域と前記第二領域の間にスリット部が設けられ、第一のフレームグラウンド配線及び第二のフレームグラウンド配線と、前記第二領域に設けられた信号グランド配線とは、前記スリット部により分離されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプリント基板。