CN110249524A - 噪声滤波器 - Google Patents

Abstract

副配线图案(21)从主配线图案(20)的第1分支部(20a)分支，在第2分支部(20b)处与主配线图案(20)连接。电阻元件(12)和3端子型电容元件(13)串联连接于从第1分支部(20a)至第2分支部(20b)的主配线图案(20)。副配线图案(21)的路径长度形成得比主配线图案(20)中的从第1分支部(20a)至第2分支部(20b)为止的路径长度大。

Description

噪声滤波器

技术领域

本发明涉及噪声滤波器，该噪声滤波器除去由于由印刷基板的寄生成分引起的反共振而泄露的高频电磁噪声。

背景技术

在印刷基板能够安装半导体集成元件等各种电路元件。另外，大多在印刷基板安装有旁路电容器而作为将在该印刷基板产生的高频电磁噪声除去的噪声滤波器。例如，为了降低印刷基板的电源噪声，要求降低电源阻抗。为此，在印刷基板之上的电源端子和电路元件之间安装由旁路电容器构成的噪声滤波器。

近年来，采用3端子电容器作为该旁路电容器的例子正在增加。3端子电容器被认为与以往使用的2端子电容器相比噪声抑制性能高，该3端子电容器是将连接电路元件和供电用电源电路的在印刷基板形成的电源图案分割而安装的，即是贯穿安装的。

但是，在贯穿安装了3端子电容器的情况下产生以下2个课题。

第一个课题是由于3端子电容器及用于安装的配线及通路孔的寄生电感、在印刷基板形成的电源图案和接地图案间的寄生电容，而以特定的频率引起LC并联共振(反共振)。在产生反共振的频域，由于在寄生电感和寄生电容之间反复进行噪声电流的充放电，因此旁路电容器不起作用而丧失噪声降低效果。因此，为了改善噪声滤波器的性能，要求降低产生该反共振的频域的噪声电流。

第二个课题是，关于3端子电容器的贯穿安装，在由于基板的变形等导致应力施加于3端子电容器而产生了裂缝时，不能对电路元件供电。因此，产品的耐久性降低。

关于第一个课题即降低噪声电流，例如像专利文献1所示那样，具有如下结构，即，将包含串联连接的电容器和电阻的CR缓冲电路设置于电路元件的电源端子和接地端子之间。通过在经由电容器的电流的旁路路径插入电阻，从而该电阻消耗噪声电流，能够改善产生反共振的频域的噪声滤波器的性能。

另外，关于第二个课题即产品的耐久性的降低，存在不将连接电路元件和供电用电源电路的在印刷基板形成的电源图案分割的安装(非贯穿安装)。

专利文献1：日本专利第5558645号公报

发明内容

但是，在上述专利文献1所记载的技术中存在如下问题，即，在产生反共振的频域，通过电阻消耗噪声电流，能够改善产生反共振的频域的噪声滤波器的性能，但在其它频域，由于插入在电流的旁路路径中的电阻的电阻值、和电阻及其连接配线的寄生电感，导致噪声滤波器的性能劣化。特别地，为了发挥使用了3端子电容器的噪声滤波器的性能，必须降低插入在旁路路径的寄生电感。关于该点，想到以下对策，即，为了以磁性的方式抵消该配线的寄生电感，以使在电阻和电容器流动的电流反向的方式配置部件。但是，在这样的方法中，不能完全抵消电感，不能降低电阻值。

另外，关于第二个课题的解决方案即非贯穿安装，由于不将连接电路元件和供电用电源电路的电源图案分割，因此存在噪声在不通过3端子电容器的状态下从电路元件向供电点流出的路径。因此，存在噪声滤波器的性能在电感占主导地位的高频区域劣化这样的问题。

本发明就是为了解决上述的问题而提出的，其目的在于提供能够在降低产生反共振的频域的噪声电流的同时，防止其它频域的性能劣化，并且使耐久性提高的噪声滤波器。

本发明涉及的噪声滤波器具备：主电流路径部，其设置于电源元件和电路元件之间；副电流路径部，其从主电流路径部的一端的第1分支点分支，在主电流路径部的另一端的第2分支点处与主电流路径部连接；3端子型电容元件，其具有一对电极端子以及在一对电极端子间设置的接地端子，一对电极端子串联连接于从第1分支点至第2分支点为止的路径，接地端子与接地导体连接；以及电阻元件，其具有一对电极端子，电阻元件的一对电极端子串联连接于从第1分支点至第2分支点为止的路径，副电流路径部的路径长度比主电流路径部中的从第1分支点至第2分支点为止的路径长度大。

发明的效果

就本发明涉及的噪声滤波器而言，副电流路径部的路径长度比主电流路径中的从第1分支点至第2分支点为止的路径长度大。由此，能够在降低产生反共振的频域的噪声电流的同时，防止其它频域的性能劣化，并且使耐久性提高。

附图说明

图1是印刷基板的层构造的说明图，该印刷基板实现本发明的实施方式1的噪声滤波器。

图2是表示本发明的实施方式1的噪声滤波器的结构图。

图3是表示本发明的实施方式1的噪声滤波器的噪声电流的电流路径的说明图。

图4是印刷基板的层构造的说明图，该印刷基板实现本发明的实施方式2的噪声滤波器。

图5是表示本发明的实施方式2的噪声滤波器的结构的斜视图。

具体实施方式

下面，为了对本发明更详细地说明，按照附图对用于实施本发明的方式进行说明。

实施方式1.

图1是印刷基板1的层构造的说明图，该印刷基板1实现本实施方式涉及的噪声滤波器。图示的印刷基板1具有在绝缘层3的厚度方向Z层叠了第1配线层2的层构造。该印刷基板1为单面基板。第1配线层2分布于与厚度方向Z正交的X-Y平面之上。另外，在该印刷基板1的表面安装有电路元件即LSI或IC等电子部件10、电源元件11、电阻元件12及3端子型电容元件13。绝缘层3例如由环氧树脂或聚酰亚胺树脂等电绝缘性的树脂材料构成。

图2是实施方式1的噪声滤波器100的结构图。图示的噪声滤波器100具备：主配线图案20；副配线图案21，其从主配线图案20的一端侧的第1分支部20a分支，在主配线图案20的另一端侧的第2分支部20b处与主配线图案20连接；接地导体22；电阻元件12；以及3端子型电容元件13。主配线图案20、副配线图案21及接地导体22作为第1配线层2的结构要素组，形成于绝缘层3的表层。另外，第1配线层2由铜箔等导电体构成。

主配线图案20和副配线图案21是将电子部件10和电源元件11之间连接的电源供给用导体图案。包含电阻元件12、3端子型电容元件13和主配线图案的一部分20c在内的主配线图案20的路径构成主电流路径部，副配线图案21构成副电流路径部。主配线图案20的一端侧与电子部件10的电源端子电连接，主配线图案20的另一端侧与电源元件11的正极电连接。副配线图案21构成为从主配线图案20的第1分支部20a分支，在主配线图案20的第2分支部20b处再次连接。

此外，在本实施方式中，将电源元件11安装于印刷基板1，但并不限于此。也可以替代电源元件11而采用外部的电源元件。

另外，电阻元件12在长度方向即主配线图案20方向的两端具有电极端子。3端子型电容元件13在长度方向的两端具有电极端子，该两端的电极之间导通，在两端的电极之间具有接地端子。上述电阻元件12及3端子型电容元件13以配置于第1配线层2的方式安装于印刷基板1的表面。电阻元件12和3端子型电容元件13经由从第1分支部20a至第2分支部20b之间的主配线图案的一部分20c串联连接。从第1分支部20a观察，连接的顺序为电阻元件12、3端子型电容元件13的顺序。电阻元件12的两个电极端子中的一者连接于主配线图案20的第1分支部20a侧，另一者连接于主配线图案的一部分20c侧。另外，3端子型电容元件13的两端的电极端子中的一者连接于主配线图案的一部分20c侧，另一者连接于第2分支部20b侧。3端子型电容元件13的接地端子连接于接地导体22。该接地导体22电接地。

此外，在本实施方式中，作为电阻元件12而使用了表面安装型的芯片电阻，但并不限于此。也可以替代芯片电阻而使用引线端子型的电阻。同样地，作为3端子型电容元件13而使用了层叠型的芯片电容器，但并不限于此。也可以替代芯片电容器而使用电解电容器或薄膜电容器。对于后述的实施方式2中使用的电阻元件12及3端子型电容元件13也是同样的。

上述噪声滤波器100在由电子部件10产生了高频电磁噪声时作为噪声滤波器起作用，能够经由3端子型电容元件13使输入至主配线图案20的噪声电流流向接地导体22。此外，噪声滤波器100还具有通过除去噪声电流而使电源电压稳定化的功能。

如图2所示，电阻元件12和3端子型电容元件13串联连接于主电流路径即主配线图案20，副电流路径即副配线图案21的路径长度形成得比该主配线图案20中的从第1分支部20a至第2分支部20b之间的路径长度长。由此，能够与频率对应地分离噪声电流。

图3是用于对实施方式1的噪声降低效果的原理进行说明的噪声滤波器100的俯视图。

如果噪声电流从主电流路径即主配线图案20的一端流入，则噪声电流依赖于频率而分离至主配线图案20和副配线图案21的电流路径。这是因为由副配线图案21构成的副电流路径比主配线图案20的从第1分支部20a至第2分支部20b之间的主电流路径长。从第1分支部20a至第2分支部20b之间的主电流路径的阻抗由依赖于电流路径长度的电感和电阻元件12的电阻值之和决定。由电感产生的阻抗与频率成正比，但电阻元件12的电阻值与频率无关，是大致恒定的。另外，由副配线图案21产生的副电流路径的阻抗同样地由依赖于电流路径的长度的电感决定。

因此，在小于或等于产生反共振的频率的情况下电阻元件12的影响大，副电流路径的阻抗比从第1分支部20a至第2分支部20b之间的主电流路径的阻抗低。因此，如图3中的虚线所示，噪声电流的小于或等于产生反共振的频率的成分I_nA流过副电流路径而到达主电流路径的第2分支部20b，经由3端子型电容元件13而使电流旁路流动。

另一方面，在大于或等于产生反共振的频率的情况下，依赖于电流路径长度的电感的影响大，由副配线图案21构成的副电流路径的阻抗比从第1分支部20a至第2分支部20b之间的主电流路径的阻抗高。因此，如图中的实线所示，噪声电流的大于或等于产生反共振的频率的成分I_nB经由电阻元件12和3端子型电容元件13而旁路流动。

如上所述，根据实施方式1，电阻元件12和3端子型电容元件13串联连接于主配线图案20的第1分支部20a和第2分支部20b之间，副电流路径即副配线图案21的路径长度形成得比主电流路径的从第1分支部20a至第2分支部20b为止的路径长度长，由此能够通过电阻元件12仅消耗噪声电流的产生反共振的频域的成分I_nB。因此，能够实现具有以下效果的噪声滤波器及印刷基板，即，可以改善产生反共振的频域的噪声滤波器的性能，并且在其它频域防止噪声滤波器的性能劣化。

另外，即使在串联地安装于主电流路径的3端子型电容元件13的电源端子间成为绝缘状态的情况下，也能够通过由副配线图案21构成的副电流路径从电源元件11向电子部件10供电。另一方面，在电源端子间不是绝缘状态的情况下，如上所述，噪声电流的高频成分经由连接于主路径的电阻元件12和3端子型电容元件13而旁路流动。因此，能够抑制在不通过3端子型电容元件13的状态下从电路元件向供电点流出的噪声电流的高频成分。

因此，能够提供在改善产生反共振的频域的噪声滤波器的性能的同时，在其它频域防止噪声滤波器的性能劣化，并且提高产品的耐久性而不使性能劣化的噪声滤波器。

此外，由于本实施方式的印刷基板1为单面印刷安装基板，因此第1配线层2构成为双面印刷安装基板的外层，但并不限于此。例如，第1配线层2也可以在包含大于或等于3层配线层的多层印刷基板构成为内层。这里，外层是指印刷基板的多个配线层中的配置于最外侧的配线层，内层是指印刷基板的多个配线层中的配置于内部的配线层。

另外，主配线图案20形成为线状，但并不限于该形状。并且，副配线图案21形成为曲折状，但并不限于该形状。

如以上说明所述，根据实施方式1的噪声滤波器，具备：主电流路径部，其设置于电源元件和电路元件之间；副电流路径部，其从主电流路径部的一端的第1分支点分支，在主电流路径部的另一端的第2分支点处与主电流路径部连接；3端子型电容元件，其具有一对电极端子以及在一对电极端子间设置的接地端子，一对电极端子串联连接于从第1分支点至第2分支点为止的路径，接地端子与接地导体连接；以及电阻元件，其具有一对电极端子，一对电极端子串联连接于从第1分支点至第2分支点为止的路径，副电流路径部的路径长度比主电流路径部中的从第1分支点至第2分支点为止的路径长度大，因此能够在降低产生反共振的频域的噪声电流的同时，防止其它频域的性能劣化，并且使耐久性提高。

另外，根据实施方式1的噪声滤波器，由于主电流路径部、副电流路径部、3端子型电容元件、接地导体及电阻元件安装于印刷基板的同一配线层，主电流路径部作为主配线图案形成于配线层，且副电流路径部作为副配线图案形成于配线层，并且3端子型电容元件及电阻元件串联连接于主配线图案，因此能够得到可以在降低产生反共振的频域的噪声电流的同时，防止其它频域的性能劣化，并且使耐久性提高的印刷基板的噪声滤波器。

实施方式2.

实施方式2的噪声滤波器是在将本发明的噪声滤波器扩展为多层基板的情况下，通过多层来实现滤波器构造，使安装面积降低。

图4是印刷基板1a的层构造的说明图，该印刷基板1a实现实施方式2的噪声滤波器。图示的印刷基板1a是具有下述的层构造的3层印刷基板，即，第1配线层2a和第2配线层4a隔着绝缘层3a在厚度方向Z上层叠，并且第2配线层4a和第3配线层6a隔着绝缘层5a在厚度方向Z上层叠。第1配线层2a、第2配线层4a及第3配线层6a各自分布于与厚度方向Z正交的X-Y平面上。另外，在该印刷基板1a的表面的第1配线层2a安装有LSI或IC等电子部件10、电源元件11、电阻元件12及3端子型电容元件13。绝缘层3a例如由环氧树脂或聚酰亚胺树脂等电绝缘性的树脂材料构成。另外，虽然在图4中没有示出，但形成有被称为通路孔或通孔的层间连接孔(参照后述的图5)，该层间连接孔在厚度方向Z上将绝缘层3a及绝缘层5a贯穿，将第1配线层2a与第2配线层4a、或第1配线层2a与第3配线层6a之间电连接。

图5是表示实施方式2的噪声滤波器100a的结构的斜视图。图示的噪声滤波器100a具备主配线图案30、副配线图案31、接地连接配线32、电阻元件12及3端子型电容元件13。

主配线图案30及接地连接配线32作为第1配线层2a的结构要素组而形成于绝缘层3a的表层。另外，副配线图案31作为第3配线层6a的结构要素组而形成于绝缘层5a的表层。另外，第1配线层2a及第3配线层6a由铜箔等导电体构成。另外，噪声滤波器100a具备电接地的接地导体33而作为第2配线层4a的结构要素。接地导体33由铜箔等导电性材料构成，形成为片状。并且，噪声滤波器100a具备：第1层间连接孔34及第2层间连接孔35，它们在厚度方向Z上将绝缘层3a及绝缘层5a贯穿；以及第3层间连接孔36及第4层间连接孔37，它们在厚度方向Z上将绝缘层3a贯穿。在上述第1层间连接孔34、第2层间连接孔35、第3层间连接孔36及第4层间连接孔37的内部各自形成有导电性膏或金属镀层等连接导体。即，在第1层间连接孔34及第2层间连接孔35中形成有图案连接导体，在第2层间连接孔35及第3层间连接孔36中形成有接地连接导体。因此，在第1配线层2a处，主配线图案30中的一端侧的第1分支部30a和第1层间连接孔34中的图案连接导体电连接，主配线图案30中的另一端侧的第2分支部30b和第2层间连接孔35中的图案连接导体电连接。另外，接地连接配线32与第3层间连接孔36、第4层间连接孔37中的接地连接导体电连接。

在第2配线层4a处，接地导体33与第3层间连接孔36、第4层间连接孔37中的接地连接导体电连接。另外，在第2配线层4a的第1层间连接孔34的周边形成有第1间隙38，在第2层间连接孔35的周边形成有第2间隙39。因此，第1层间连接孔34及第2层间连接孔35与接地导体33电绝缘。在第3配线层6a处，副配线图案31的一个端部与第1层间连接孔34电连接，副配线图案31的另一端部与第2层间连接孔35电连接。主配线图案30的第1分支部30a侧与电子部件10的电源端子电连接，主配线图案30的第2分支部30b侧与电源元件11的正极电连接。

此外，在本实施方式中，将电源元件11安装于印刷基板1，但并不限于此。也可以替代电源元件11而采用外部的电源元件。

另外，如图5所示，噪声滤波器100a具备电阻元件12和3端子型电容元件13。上述电阻元件12和3端子型电容元件13以配置于第1配线层2a的方式安装于印刷基板1a的表面。电阻元件12和3端子型电容元件13在主配线图案30的第1分支部30a至第2分支部30b之间，经由主配线图案的一部分30c而串联连接。从第1分支部30a观察，连接的顺序为电阻元件12、3端子型电容元件13的顺序。电阻元件12的一个电极端子连接于主配线图案30的第1分支部30a侧，另一个电极端子连接于主配线图案的一部分30c。3端子型电容元件13的一个电极端子连接于主配线图案的一部分30c，另一个电极端子连接于第2分支部30b，接地端子连接于接地连接配线32。

噪声滤波器100a在由电子部件10产生了高频电磁噪声时作为噪声滤波器起作用，能够经由3端子型电容元件13使输入至主配线图案30的噪声电流流向接地导体33。此外，噪声滤波器100a还具有通过除去噪声电流而使电源电压稳定化的功能。

如图5所示，在主配线图案30的第1分支部30a和第2分支部30b之间，电阻元件12和3端子型电容元件13串联连接，副配线图案31和第1层间连接孔34及第2层间连接孔35中的图案连接导体的副电流路径的路径长度形成得比第1分支部30a和第2分支部30b之间的主电流路径的路径长度长。由此，在本实施方式中，也能够通过与上述实施方式1同样的原理实现噪声降低效果。另外，在实施方式2中，由于副电流路径包含第1层间连接孔34及第2层间连接孔35中的图案连接导体，因此能够以面积比实施方式1小的印刷基板1a实现噪声滤波器。

此外，由于本实施方式的印刷基板1a为3层印刷安装基板，因此第1配线层2a构成为双面印刷安装基板的外层，但并不限于此。例如，第1配线层2a也可以在包含大于或等于4层配线层的多层印刷基板构成为内层。这里，外层是指印刷基板的多个配线层中的配置于最外侧的配线层，内层是指印刷基板的多个配线层中的配置于内部的配线层。

另外，上述主配线图案30、副配线图案31及接地连接配线32各自形成为线状，但并不限于此。并且，副电流路径使用在厚度方向Z上贯穿绝缘层3a的第1层间连接孔34以及第2层间连接孔35这2个连接孔，但并不限于该数量。同样地，第3层间连接孔36和第4层间连接孔37这2个层间连接孔连接于接地连接配线32，但并不限于该数量。

另外，接地导体33设置于第2配线层4a，但也可以与实施方式1同样地设置于第1配线层2a。

并且，第1层间连接孔34、第2层间连接孔35、第3层间连接孔36及第4层间连接孔37具有圆柱形状，但并不限于此。也可以替代该圆柱形状而采用多棱柱形状。

如以上说明所述，根据实施方式2的噪声滤波器，由于主电流路径部、3端子型电容元件、接地导体及电阻元件安装于具有多个配线层的印刷基板的第1配线层，主电流路径部作为主配线图案形成于第1配线层，并且副电流路径部由形成于与第1配线层不同的配线层的副配线图案、连接主配线图案和副配线图案的图案连接导体形成，并且3端子型电容元件及电阻元件串联连接于主配线图案，因此在实施方式1的效果的基础上还能够减少印刷基板的安装面积。

另外，根据实施方式2的噪声滤波器，主电流路径部、3端子型电容元件及电阻元件安装于具有大于或等于3层配线层的印刷基板的第1配线层，主电流路径部作为主配线图案形成于第1配线层，并且副电流路径部由形成于第3配线层的副配线图案、以及连接主配线图案和副配线图案的图案连接导体形成，并且接地导体形成于第2配线层，接地导体和接地端子通过接地连接导体连接，3端子型电容元件及电阻元件串联连接于主配线图案，因此能够进一步减少安装面积。

以上，参照附图对本发明涉及的各种实施方式进行了说明，但上述实施方式是本发明的例示，也能够采用上述实施方式以外的各种方式。例如，上述各实施方式的噪声滤波器100、100a不限于1个，也可以安装多个。另外，能够将级联多个上述实施方式的噪声滤波器100、100a而构成的滤波器阵列安装于一个印刷基板。另外，噪声滤波器100、100a哪一个是输入输出都可以。

另外，上述实施方式1、2的噪声滤波器100、100a的基本结构不仅能够应用于印刷基板，也能够应用于半导体集成电路等层构造的电路。

此外，在本发明的范围内，能够进行实施方式1、2的自由组合、各实施方式的任意的结构要素的变形、或各实施方式的任意的结构要素的省略。

工业实用性

如上所述，本发明涉及的噪声滤波器涉及除去由于由印刷基板的寄生成分引起的反共振而泄露的高频电磁噪声的结构，适合使用于安装各种电路元件的印刷基板。

标号的说明

1、1a印刷基板，2、2a第1配线层，3、3a、5a绝缘层，4a第2配线层，6a第3配线层，10电子部件，11电源元件，12电阻元件，13 3端子型电容元件，20、30主配线图案，20a、30a第1分支部，20b、30b第2分支部，21、31副配线图案，22、33接地导体，32接地连接配线，34第1层间连接孔，35第2层间连接孔，36第3层间连接孔，37第4层间连接孔，38第1间隙，39第2间隙，100、100a噪声滤波器。

Claims (4)

1.一种噪声滤波器，其特征在于，具备：

主电流路径部，其设置于电源元件和电路元件之间；

副电流路径部，其从所述主电流路径部的一端的第1分支点分支，在所述主电流路径部的另一端的第2分支点处与该主电流路径部连接；

3端子型电容元件，其具有一对电极端子以及在所述一对电极端子间设置的接地端子，所述一对电极端子串联连接于从所述第1分支点至所述第2分支点为止的路径，所述接地端子与接地导体连接；以及

电阻元件，其具有一对电极端子，该电阻元件的所述一对电极端子串联连接于从所述第1分支点至所述第2分支点为止的路径，

所述副电流路径部的路径长度比所述主电流路径部中的从所述第1分支点至所述第2分支点为止的路径长度大。

2.根据权利要求1所述的噪声滤波器，其特征在于，

所述主电流路径部、所述副电流路径部、所述3端子型电容元件、所述接地导体及所述电阻元件安装于印刷基板的同一配线层，

所述主电流路径部作为主配线图案而形成于所述配线层，而且所述副电流路径部作为副配线图案而形成于所述配线层，并且，

所述3端子型电容元件及所述电阻元件串联连接于所述主配线图案。

3.根据权利要求1所述的噪声滤波器，其特征在于，

所述主电流路径部、所述3端子型电容元件、所述接地导体及所述电阻元件安装于具有多个配线层的印刷基板的第1配线层，

所述主电流路径部作为主配线图案形成于所述第1配线层，并且所述副电流路径部由形成于与所述第1配线层不同的配线层的副配线图案、以及连接所述主配线图案和所述副配线图案的图案连接导体形成，并且，

所述3端子型电容元件及所述电阻元件串联连接于所述主配线图案。

4.根据权利要求1所述的噪声滤波器，其特征在于，

所述主电流路径部、所述3端子型电容元件及所述电阻元件安装于具有大于或等于3层配线层的印刷基板的第1配线层，

所述主电流路径部作为主配线图案形成于所述第1配线层，并且所述副电流路径部由形成于第3配线层的副配线图案、以及连接所述主配线图案和所述副配线图案的图案连接导体形成，而且所述接地导体形成于第2配线层，该接地导体和所述接地端子由接地连接导体连接，

所述3端子型电容元件及所述电阻元件串联连接于所述主配线图案。