JP7007057B2 - プリント配線板及、プリント回路板及び電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリント回路板のEMC対策に関するものである。

プリント回路板のEMC対策の技術としては、プリント回路板のプリント配線板に、素子を実装した第１のグランドパターンと、金属製のネジを介して筐体に接続される、第１のグランドパターンを囲う形状の第２のグランドパターンとを、所定の間隔をあけて設けると共に、第１のグランドパターンと第２のグランドパターンとを一つのチョークコイルを介して連結することにより、第１のグランドパターンを筐体に接地しつつ、第１のグランドパターンと筐体との間のノイズの伝達をチョークコイルによって抑制する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。

特開２０１５-２１３１１８号公報

上述した技術によれば、第１のグランドパターンの一点のみが一つのチョークコイルを介して筐体と接続することとなるため、両者の結合の度合いが弱い箇所が発生し、第１のグランドパターンの電位の安定性を全体に渡って充分に保つことができない場合がある。

そこで、本発明は、プリント回路板のEMC対策を、グランドパターンの全体に渡る電位の安定性を保ちつつ行うことを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、電子部品が実装されるプリント配線板を、当該プリント配線板の周縁の領域である周縁領域の内側の領域を内部領域として、当該内部領域は、前記電子部品を実装する領域を含み、当該プリント配線板は、前記周縁領域に当該プリント配線板の固定用の孔を有するものとし、当該プリント配線板の前記電子部品を実装する、外部に露出した層である第１露出層、または、当該第１露出層と反対側の外部に露出した層である第２露出層と前記第１露出層の双方を対象層として、当該対象層に、パターンの不在により形成された絶縁領域である第１のスリットを有する第１のグランドパターンを設けたものである。ここで、前記第１のグランドパターンは、当該プリント配線板の縁から前記内部領域内まで、前記第１のスリットが設けられていない部分を通って連続しており、前記第１のスリットは、前記孔の周辺の、当該孔と前記内部領域との間の位置に、当該孔から前記内部領域内までの前記第１のグランドパターンによる直線状の導電経路が、当該第１のスリットが無い場合に比べ減少し、かつ、当該孔から前記内部領域内までの前記第１のグランドパターンの連続を断たないように設けられている。

ここで、このようなプリント配線板において前記第１のスリットは、前記孔から電子部品を実装する領域までの前記第１のグランドパターンによる直線状の導電経路が無くなるように設けられているものとしてもよい。

また、このようなプリント配線板を、当該プリント配線板のシャーシへの固定用の前記孔を複数有するものとした場合には、当該複数の孔の各々、もしくは、前記複数の孔のうちの一部の孔を除く孔の各々にそれぞれ対応する複数の前記第１のスリットを設けるようにしてもよい。また、この場合には、各第１のスリットは、各第１のスリットと隣接する第１のスリット間を結ぶ線で囲まれる領域の外周の長さの５０％から８０％が前記複数の第１のスリットの長さの合計となるように設けることが好ましい。

また、以上のプリント配線板が、外部に露出していない層である内層を有するものとする場合には、当該内層を、パターンの不在により形成された絶縁領域である第２のスリットが設けられた第２のグランドパターンを有するものとしてもよい。また、この場合には、当該第２のグランドパターンは、前記内部領域から前記周縁領域に跨がるグランドパターンに、前記内部領域を当該プリント配線板と外部とのグランドの接続部の周辺を除き取り囲む、パターンの不在により形成された絶縁領域を前記第２のスリットとして設けた形状を有するものとしてもよい。

また、併せて、本発明は、以上のプリント配線板と、当該プリント配線板に実装された前記電子部品を有するプリント回路板を提供する。
また、本発明は、このようなプリント回路板と、当該プリント回路板の前記プリント配線板が、前記孔に通した導電性の固着具によって固定されたシャーシとを備えた電子装置を提供する。

以上のようなプリント配線板やプリント回路板によれば、プリント回路板を前記プリント配線板を前記孔に通した、金属製のネジなどの導電性の固着具でシャーシに固定した状態において、グランドパターンと固着具を介したシャーシとの接続によってグランドパターンの全体に渡る電位の安定性を保ちつつ、第１のスリットや第２のスリットによって、シャーシや固着具と、内部領域内に搭載された電子部品等との間のノイズ等の伝達を抑制して、EMC性能を向上することができる。

以上のように、本発明によれば、プリント回路板のEMC対策を、グランドパターンの全体に渡る電位の安定性を保ちつつ行うことができる。

本発明の実施形態に係るプリント回路板を示す図である。 本発明の実施形態に係るプリント回路板の各層のパターンを示す図である。 本発明の実施形態に係るプリント回路板のスリットの配置を示す図である。 本発明の実施形態に係るプリント回路板の各層のパターンの他の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るプリント回路板の各層のパターンの他の例を示す図である。

以下、本発明に係るプリント回路板の実施形態について説明する。
図１ａに、本実施形態に係るプリント回路板（PCB; Printed Circuit Board）を示す。
ここで、図１ａ１はプリント回路板１の上面(トップ）を、図１ａ２はプリント回路板１の下面(ボトム）を表している。
図示するように、プリント回路板１は、プリント配線板１１（PWB; Printed Wired Board１１）に、ＩＣなどの各種の電子部品１２やコネクタ１３を実装した装置であり、プリント配線板１１の周縁部には、プリント回路板１をシャーシにネジ止めするための複数の孔１４が設けられている。

そして、プリント回路板１は、図１ｂに示すように、孔１４に通したネジ２１で、シャーシ２２にネジ止めされたネジスペーサ２３にネジ止めされて、シャーシ２２に対して固定される。ここで、ネジ２１、ネジスペーサ２３、シャーシ２２は金属製であり、プリント回路板１のグランドは、ネジ２１、ネジスペーサ２３を介して、シャーシ２２と導電する。

次に、プリント回路板１のプリント配線板１１は、図１ｃに示すように、絶縁体１０１を間に挟んで積層された第１層から第４層までの４つパターン層１０２を備えた４層の多層基板であり、プリント回路板１には、パターン層１０２間を接続するビアホールやスルーホール１０３が設けられている。

次に、プリント回路板１の各パターン層１０２に形成されるパターンについて説明する。
まず、プリント回路板１の上面(トップ）となる第１層は、図２ａに示すように、その上面に電子部品１２が搭載される層であり、この第１層には、グランドパターン３１に囲まれた形態で、電源パターン３２や、信号配線パターン３３が形成されている。

ここで、第１層のパターンは、電子部品１２の搭載領域や信号配線パターン３３が、ネジ止め用の複数の孔１４の内側に設定した図１ａ１に示す内部領域１５内に収まるように形成している。

また、第１層の、ネジ止め用の孔１４が設けられている箇所を含む第１層の周縁部は、グランドのベタパターンとなっている。また、ネジ止め用の孔１４は、内周壁が導電体で覆われたスルーホール１０３となっている。

そして、第１層には、パターンの欠落により設けた細長い絶縁領域であるスリット３４が、ネジ止め用の孔１４の各々に対して形成されている。
ここで、ネジ止め用の孔１４に対して形成するスリット３４は、その孔１４と内部領域１５の間に設けられ、各スリット３４とスリット３４の間は、周縁部のグランドパターン３１と内部領域１５の内のグランドパターン３１とを連結するグランドパターン３１となっている。

ここで、第１層において、各孔１４に対して設けたスリット３４は、できるだけ、図３ａに示すように、任意の電子部品１２の任意の位置から、その孔１４に引いた直線を遮るように設ける。すなわち、できるだけ、孔１４から、電子部品１２までのグランドパターン３１による直線の導電経路が無くなるように設ける。

または、第１層におけるスリット３４は、各スリット３４と隣接するスリット３４間を結ぶ線で囲まれる領域３４１の外周の長さの５０％から８０％がスリット３４の長さの合計となるように設ける。ただし、この場合にも、孔１４から、電子部品１２までの直線の導電経路ができるだけ無くなるように各スリット３４を設ける。

図２に戻り、図２ｂに示すように、第２層は、コネクタ１３の搭載箇所と、内部領域１５の周囲をぐるりと囲むように設けたスリット３４を除き、全面にグランドパターン３１が設けられたプレーン層であり、第２層のグランドパターン３１の電位が、プリント回路板１のグランド電位のベースとなる。

また、図２ｃに示すように、第３層は、グランドパターン３１に囲まれた形態で、電源パターン３２が形成されている。
ここで、第３層の、孔１４が設けられている箇所を含む第３層の周縁部はグランドのベタパターンとしている。また、第３層には、コネクタ１３の搭載箇所を除き、内部領域１５の周囲をぐるりと囲むようにスリット３４が設けられている。

そして、図２ｄに示すように、第４層(ボトム）は、グランドパターン３１に囲まれた形態で、信号配線パターン３３が形成されている。
ここで、第４層の、ネジ止め用の孔１４が設けられている箇所を含む第３層の周縁部はグランドのベタパターンとしている。また、第４層のパターンは、信号配線パターン３３が、内部領域１５内に収まるように形成している。

また、第４層には、ネジ止め用の孔１４の各々に対してスリット３４が、第１層のスリット３４と同様に形成されており、各スリット３４とスリット３４の間は、周縁部のグランドパターン３１と内部領域１５の内のグランドパターン３１とを連結するグランドパターン３１となっている。
さて、このようなプリント回路板１において、各層のグランドパターン３１はスルーホール/ビアホールを介して相互に接続していると共に、直接、または、スルーホール/ビアホールや他層のグランドパターン３１を介してコネクタ１３のグランド端子と接続している。また、各層の電源パターン３２は、スルーホール/ビアホーを介して相互に接続していると共に、直接、または、スルーホール/ビアホールや他層の電源パターン３２を介してコネクタ１３の電源端子と接続している。

また、プリント回路板１を図１ｂに示すようにシャーシ２２にネジ止めにより固定した状態において、第１層の周縁部の孔１４の周辺のグランドパターン３１は、図３ｂに示すように、ネジ２１、ネジスペーサ２３を介してシャーシ２２と導電し、第４層の周縁部の孔１４の周辺のグランドパターン３１は、ネジスペーサ２３を介してシャーシ２２と導電する
また、第２層、第３層の周縁部の孔１４の周辺のグランドパターン３１も、スルーホール１０３である孔１４の内壁を覆う導電体にネジ２１が接するようにした場合には、孔１４の内壁を覆う導電体、ネジ２１、ネジスペーサ２３を介してシャーシ２２と導電する。

このようなプリント回路板１によれば、静電や他装置からの近接照射により、シャーシ２２からネジ２１、ネジスペーサ２３を介して、電子基板の電子部品１２にノイズが伝達されることを各層のスリット３４により抑制して、EMS性能を向上することができる。

また、このようなプリント回路板１によれば、各層のスリット３４により、電流の流れをスリット３４の内側に閉じ込めて、コモンモードノイズなどのノイズが、プリント回路板１から、ネジ２１、ネジスペーサ２３、シャーシ２２に飛び出していくことを抑制して、EMI性能を向上することができる。

また、内部領域１５の周囲に分散して設けられた、第１層の各スリット３４間の比較的広いグランドパターン３１と周縁部のグランドパターン３１や、第４層の各スリット３４間の比較的広いグランドパターン３１と周縁部のグランドパターン３１を介して、各層のグランドパターン３１は、ネジ２１やネジスペーサ２３を介してシャーシ２２に接続しているので、グランドパターン３１の全体に渡る電位の安定性を保つことができる。

ところで、以上の実施形態において、プリント回路板１の第１層、第２層において、ネジ止め用の孔１４の各々に対して設けるスリット３４の形状は、孔１４から内部領域１５の内側までのグランドパターン３１の連続を断たずに、孔１４から電子部品１２までの直線の導電経路を減少させる形状であれば任意の形状としてよい。

すなわち、たとえば、図４ａ、ｂに示すように、スリット３４の形状は、孔１４の、当該孔１４から内部領域１５に向かう方向側を覆う円弧状の形状とするなどしてよい。
また、以上の実施形態では、第１層、第４層において、全てのネジ止め用の孔１４に対してスリット３４を設けたが、近くに電子部品１２が無い孔１４や、近くにノイズ源となる電子部品１２やノイズ耐性の弱い電子部品１２が無い孔１４については、当該孔１４に対するスリット３４を設けないようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、プリント回路板１の第２層、第３層のスリット３４を、コネクタ１３の搭載箇所を除き、内部領域１５の周囲をぐるりと囲むように設けたが、これは、図５ａ、ｂ、ｃ、ｄに示すように、第２層、第３層においても、ネジ止め用の孔１４の各々に対してスリット３４を、第１層のスリット３４と同様に設けるようにしてもよい。

なお、プリント回路板１が、２層のプリント回路板１である場合には、電子部品１２が実装される層のパターンは、以上に示した第１層のパターンと同様とし、他の層のパターンは以上に示した第４層のパターンと同様とする。

１…プリント回路板、１１…プリント配線板、１２…電子部品、１３…コネクタ、１４…孔、１５…内部領域、２１…ネジ、２２…シャーシ、２３…ネジスペーサ、３１…グランドパターン、３２…電源パターン、３３…信号配線パターン、３４…スリット、１０１…絶縁体、１０２…パターン層、１０３…スルーホール。

Claims (5)

1. 電子部品が実装されるプリント配線板であって、
   当該プリント配線板の周縁の領域である周縁領域の内側の領域を内部領域として、当該内部領域は、前記電子部品を実装する領域を含み、
   当該プリント配線板は、前記周縁領域に当該プリント配線板の固定用の孔を有し、
   当該プリント配線板の前記電子部品を実装する、外部に露出した層である第１露出層、または、当該第１露出層と反対側の外部に露出した層である第２露出層と前記第１露出層の双方を対象層として、
   当該対象層は、パターンの不在により形成された絶縁領域である第１のスリットを有する第１のグランドパターンを有し、
   前記第１のグランドパターンは、当該プリント配線板の縁から前記内部領域内まで、前記第１のスリットが設けられていない部分を通って連続しており、
   前記第１のスリットは、前記孔の周辺の、当該孔と前記内部領域との間の位置に、当該孔から前記内部領域内までの前記第１のグランドパターンによる直線状の導電経路が、当該第１のスリットが無い場合に比べ減少し、かつ、当該孔から前記内部領域内までの前記第１のグランドパターンの連続を断たないように設けられており、
   かつ、
   当該プリント配線板は、外部に露出していない層である内層を有し、
   当該内層は、パターンの不在により形成された絶縁領域である第２のスリットが設けられた第２のグランドパターンを有し、
   前記周縁領域は、グランド端子を含む端子群を備えたコネクタが実装される領域であるコネクタ実装領域を含み、
   当該第２のグランドパターンは、前記内部領域から前記周縁領域に跨がるグランドパターンに、前記内部領域を、前記コネクタ実装領域の周辺を除き取り囲む、パターンの不在により形成された絶縁領域を前記第２のスリットとして設けた形状を有することを特徴とするプリント配線板。
2. 請求項１記載のプリント配線板であって、
   前記第１のスリットは、前記孔から電子部品を実装する領域までの前記第１のグランドパターンによる直線状の導電経路が無くなるように設けられていることを特徴とするプリント配線板。
3. 請求項１記載のプリント配線板であって、
   当該プリント配線板は、当該プリント配線板のシャーシへの固定用の前記孔を複数有すると共に、当該複数の孔の各々、もしくは、前記複数の孔のうちの一部の孔を除く孔の各々にそれぞれ対応する複数の前記第１のスリットを有し、
   各第１のスリットは、各第１のスリットと隣接する第１のスリット間を結ぶ線で囲まれる領域の外周の長さの５０％から８０％が前記複数の第１のスリットの長さの合計となるように設けられていることを特徴とするプリント配線板。
4. 請求項１、２または３記載のプリント配線板と、
   当該プリント配線板に実装された前記電子部品と前記コネクタとを有することを特徴とするプリント回路板。
5. 請求項４記載のプリント回路板と、
   当該プリント回路板の前記プリント配線板が、前記孔に通した導電性の固着具によって固定されたシャーシとを有することを特徴とする電子装置。

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