JPH08250891A

JPH08250891A - ノイズ対策部品及びその実装方法

Info

Publication number: JPH08250891A
Application number: JP5576195A
Authority: JP
Inventors: Tomio Yamashita; 富夫山下
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】多層化はもとより、部品位置変更および基本
的な経路変更は行わず、部分的に多層板のマイクロスト
リップ効果の構成、接地領域間のインピーダンスを下げ
ることにより発生ノイズを低減、および動作の信頼性を
向上させることのできるノイズ対策部品およびその実装
方法を提供すること。【構成】接地層２５０および電源層２６０を有する配
線基板の信号線２４０上に、配線群２４０を覆うのに十
分な大きさを有し、かつ接地された板状の導体と絶縁物
からなるノイズ対策部品ＭＧＰ２３０が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、印刷配線基板のクロス
トーク等によるノイズによる誤動作を削減する印刷基板
のノイズ対策部品及び該ノイズ対策部品の実装方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の印刷配線基板（以下、ＰＷＢと称
す）の配線設計方式、特にＣＡＤ利用によるＰＷＢの配
線設計方式のうち、ネット・リスト入力による自動配線
方式または、管面入力方式による対話形のいずれにおい
ても、配線の設計については高密度実装を第１優先条件
として行われていた。

【０００３】以下に、従来の一般的なＰＷＢにおける配
線設計方法について述べる。

【０００４】図８は、従来のＰＷＢにおける基本配線例
を示す図である。

【０００５】図８に示すように、素子〔Ａ〕８１０の信
号線群を素子〔Ｂ〕８２０の端子群に接続する場合は、
まず、ＰＷＢ上の素子〔Ａ〕８１０と素子〔Ｂ〕８２０
を囲む一定配線領域群を設定し、その領域群内の素子
〔Ａ〕８１０の端子から素子〔Ｂ〕８２０の端子までの
最短接続経路を、公知である最短矩形法等により自動探
索、又は管面対話形においては経路指示入力して、配線
経路を決定することにより、第１番目の素子間配線Ｄ１
の設計が行われる。

【０００６】次に、設計された第１番目の素子間配線Ｄ
１に沿うように、第２番目の素子間配線Ｄ２の設計が行
われる。

【０００７】その後、上記設計を繰返し行うことによ
り、設計された配線に沿うように順次隣接する経路から
第ｎ番目の素子間配線Ｄｎまでの設計が行われる。

【０００８】また、信号線の配線後の空き領域は、電源
および接地領域とし、高品位に配線されたように見え
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような方法で配線の設計を行うと、図８に示すよう
に、例えばデータ線Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎや、図示
しないアドレス線Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎ等のよう
に、群毎に配線が集合する信号線においては、１つの配
線群におけるそれぞれの配線が端子から端子まで平行し
て配置されるため、美観上は良いが、近接配線となり、
特に片面配線基板や両面配線基板においては、クロスト
ークが発生しやすく、発生ノイズおよび誤動作の起因と
なる問題点があった。

【００１０】例えば図８において、第１番目の素子間配
線Ｄ１および第２番目の素子間配線Ｄ２は隣接して配線
されるため、それらの隣接線結合容量Ｃ_mは長さＬに比
例し、容量結合による概略クロストーク電圧Ｖ_nは、隣
接結合容量Ｃ_mと、第１の素子間配線Ｄ１または第２の
素子間配線Ｄ２の対接地容量Ｃ₀とを用いて次式で表さ
れる。

【００１１】Ｖ_n＝Ｋ₁×Ｖ_s＝Ｃ_m／（Ｃ₀＋Ｃ_m）×Ｖ_s （１）（Ｖ_s：誘導源電圧，Ｋ₁：定数）さらに、接地線（グランド）については、一定幅以上の
自動配線は限界があるため、自動配線化は不可能であ
る。そのため、接地領域間に信号線や電源の配線領域が
存在することで接地領域間の接続インピーダンスが高く
なってしまう場合、信号線配線が優先的に選択されるこ
とになり、接地領域間のインピーダンスを低下させるこ
とは不可能で、好ましい接続が得られなかったため、上
述同様に発生ノイズや誤動作等の問題を発生した。

【００１２】また、１部両面基板の配線領域の対面に接
地領域を設けマイクロストリップの部分化も考えられる
が、対面の領域を確保することが容易でない場合が多
く、実施が困難である。

【００１３】図９は、一般的なマイクロストリップ構造
を示す図であり、（ａ）は遮断形構造を示す図、（ｂ）
は両面基板で片面が接地面の場合の構造を示す図であ
る。

【００１４】配線路のインダクダンスについては、片面
基板または両面基板で対面接地層がない場合（マイクロ
ストリップを構成しない場合）においては、長さＬに比
例するが、マイクロストリップを構成する場合において
は、長さＬに比例して対接地容量Ｃ₀の増加があるた
め、概略クロストーク電圧Ｖ_nは長さＬに比例して増加
せずに逆に減ることになる。

【００１５】また、電流の伝達特性を表すインダクタン
スとキャパシタンスの比率による特性インピーダンスの
値は、マイクロストリップを構成する場合、長さＬに関
わらず一定となる。

【００１６】隣接導体間または導体と接地層との公知の
概容量Ｃの計算式は下式で表される。

【００１７】Ｃ＝ｋ×ｅｒ×Ｓ／Ｄ［ｐＦ／ｃｍ］（２）（ｋ:定数，ｅｒ:電極間材質の誘電率，Ｓ:導体面積［c
m²］，Ｄ:距離［cm］）上述したように、導体との接地容量が極端に少なく無視
できる場合、即ち片面基板または両面基板で対面接地層
がない場合（マイクロストリップを構成しない場合）に
おいては、隣接線長Ｌに比例して隣接線結合容量Ｃ_mの
みが増加するため、式（１）によりクロストーク電圧Ｖ
_nが増加し次段の素子の入力スレショルド電圧Ｅsを越
え、誤動作を発生させる問題が生じることになる。

【００１８】また、上述したクロストークの発生を避け
るため、一定長以上の平行配線に対しては、管面操作に
おいてはＣＡＤ操作者により人為的に、また、ネット・
リスト入力においてはＣＡＤプログラムにより自動的に
経路変更を行う方法がある。図１０は、一定長以上の平
行配線に対して経路変更を行った後の配線例を示す図で
ある。

【００１９】しかし、上述したように近接配線によるク
ロストークの発生を防ぐために一定長以上の平行配線に
対して経路変更を行うと、図１０に示すように、素子
〔Ａ〕９１０の端子から素子〔Ｂ〕９２０の端子に接続
される信号線は、それぞれが近接配線とならないように
離れて配置されるため、経路の迂回による抵抗分および
インダクタンス即ちインピーダンスの増加につながり、
信号波形の鈍りを増大させる虞れがある。

【００２０】また、経路変更に伴って部品の位置を変更
しなければならない場合があり、その場合、筺体との関
係により設定された部品の位置を、改めて設計しなおさ
なければならないという問題点がある。

【００２１】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、多層化はも
とより、部品位置変更および基本的な経路変更は行わ
ず、部分的に多層板のマイクロストリップ効果の構成、
接地領域間のインピーダンスを下げることにより発生ノ
イズを低減、および動作の信頼性を向上させることので
きるノイズ対策部品およびその実装方法を提供すること
を目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、片面または両面に電子部品同士を接続する配
線群を有する配線基板に設けられた、該配線群による発
生ノイズまたは外来ノイズ及び誤動作を低減するための
ノイズ対策部品であって、前記配線群を覆うのに十分な
大きさを有し、かつ接地された板状の導体からなること
を特徴とする。

【００２３】また、前記配線群と前記板状の導体との間
には絶縁物が設けられていることを特徴とする。

【００２４】また、前記板状の導体は、前記配線群のう
ちの接地用配線と接続されたことを特徴とする。

【００２５】また、前記板状の導体の外形は、２．５４
ｍｍ基準を単位に作製されていることを特徴とする。

【００２６】また、前記板状の導体の外形は、２．５ｍ
ｍ基準を単位に作製されていることを特徴とする。

【００２７】また、上述したノイズ対策部品の実装方法
であって、前記配線群のそれぞれに対応する対接地容量
と隣接結合容量から、一定のノイズレベルに達している
配線群を抽出し、前記抽出された配線群を被覆し、かつ
接地可能なサイズの前記ノイズ対策部品を選択し、前記
選択されたノイズ対策部品により前記配線基板上の該当
する配線群を覆うことを特徴とする。

【００２８】

【作用】上記のとおりに構成された本発明では、高密度
実装を第１優先条件に考えて印刷基板の配線設計を試み
た場合、片面基板においては配線が近接配線となっても
当該近接配線群の領域を接地された板状の導体で覆うこ
とにより、マイクロストリップ構造ひいてはグランドプ
レーン効果が得られる。その結果、クロストークの発生
が低減され、しかも近接配線に代えて迂回させるような
経路変更に伴うインピーダンスの増加や他部品の配置変
更を余儀なくされることが無い。

【００２９】また、両面基板の配線設計においてマイク
ロストリップ構造を採用できないような、例えば近接し
た配線群の対向面に十分な接地領域を設けることができ
ず他の配線群や電子部品を配置しなければならない場合
でも、近接配線群の領域を接地された板状の導体で覆う
ことにより、マイクロストリップ構造ひいてはグランド
プレーン効果が得られる。

【００３０】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。

【００３１】（第１の実施例）図１は、本発明のノイズ
対策部品の第１の実施例が使用される片面配線基板上の
配線図を示し、図２は、図１に示す配線を採用した場合
の素子間の配線模式図である。

【００３２】また、図３は、本実施例における集積回路
素子および誘電体と導体より構成される部品の形状を示
す図であり、（ａ）は集積回路素子の形状を示す図、
（ｂ）および（ｃ）は誘電体と導体より構成される部品
の形状を示す図、（ｄ）は誘電体と導体より構成される
部品の概略構成図である。

【００３３】まず、図３（ｄ）に示すような、導体１６
０（金属板）の接続部１３１を除いた部分の片面に誘電
体（絶縁体）を貼り付けた板状の部品を、図３（ｂ）に
示すような凸状あるいは図３（ｃ）に示すような扇状に
加工して、ノイズ対策部品（以下、Ｍｉｎｉ−Ｇｒａｎ
ｄＰｌａｎｅ：ＭＧＰと称す）として作製する。本実
施例においては導体１６０として銅板を、絶縁体１８０
としてポリエステルを使用した。また、このＭＧＰのサ
イズは、図３（ａ）に示すような集積回路素子１１０を
実装する場合、２．５４ｍｍ基準＝１／１０インチ基準
を単位として作製し、また、集積回路を搭載しない場合
は２．５ｍｍ＝ＪＩＳ基準幅の基板設計に対応した設計
格子ルールで数種類を用意する。

【００３４】次に、一般的なＰＷＢにおける配線設計方
法により基板上の各素子間の配線を設計し、その後、配
置された各素子間配線の対接地容量Ｃ₀と隣接する各素
子間配線どうし隣接結合容量Ｃ_mとから式（１）を用い
て、該素子間配線のクロストーク電圧Ｖ_nが規定電圧に
達しているかどうかを算出し、規定電圧に達している配
線間および配線間群領域を抽出する。

【００３５】そして、検出された領域を被覆し、かつ接
地可能なサイズのものを用意されたＭＧＰの中から選択
する。そこで、検出された領域が大きすぎる場合は、用
意される最大サイズのＭＧＰに合わせて領域を分割す
る。

【００３６】次に、分割された領域の表面または裏面に
ＭＧＰの接地端子半田用ランドを設ける。また、信号線
に沿って配線される接地電位のガードパターン等もＭＧ
Ｐの接地端子として利用可能である。

【００３７】その後、図１に示すように、該当する領域
にＭＧＰを接地被覆して実装することにより、その領域
をマイクロストリップ構造として生成でき、図２に示す
ように全体としてローパス・フィルタをも構成する。な
お、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３はＭＧＰと信号線間の浮遊容量で
Ｌ１、Ｌ２は信号線のインダクタンスを示す。

【００３８】マイクロストリップ構成においては、公知
のように素子間配線と接地レベルのＭＧＰとの容量〔Ｃ
₀＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３〕を生成させることにより、式
（１）に示すクロストーク電圧〔Ｖ_n〕を降下させるこ
とができる。また、インダクタンスを下げ、結果として
クロストーク電圧Ｖ_nを降下させることができる。

【００３９】この場合、隣接線結合容量Ｃ_mは導体面の
厚さｔと隣接長Ｌ₁に比例し、隣接線間の幅Ｗ₂に反比例
し、また、対接地容量Ｃ₀は導体面の幅Ｗ₁と長さＬ₂に
比例し、基板厚ｈに反比例する。

【００４０】本実施例においては、導体面の厚さが１８
μｍ、導体面の幅が０．１５ｍｍ、隣接線間の幅が０．
１５ｍｍ、また、ＭＧＰのマイラ厚が０．２ｍｍのもの
を使用した。そのため、配線間面と接地層との接地容量
Ｃ₀が、導体面の幅０．１５ｍｍとマイラ厚０．２ｍｍ
により構成されたマイクロストリップ構造の分、新たに
増加し、そのときの面積要件における隣接線結合容量Ｃ
_mに対する対接地容量Ｃ₀の増加の比率は、導体面の幅Ｗ
₁：導体面の厚さｔ＝１５０：１８で、８．３倍とな
り、また、容量反比例分の距離要件における増加の比率
は、隣接線間の幅Ｗ₂：基板厚ｈ＝０．１５：０．２と
なり、０．７５倍となる。その結果、隣接線結合容量Ｃ
_mに対する対接地容量Ｃ₀の増加の比率は８．３倍×０．
７５倍＝約６．２倍となり、式（１）によりクロストー
ク電圧Ｖ_nは１／７．２倍となる。

【００４１】例えば、ここでクロストーク電圧Ｖ_nを従
来の半分にするには、式（１）において隣接線結合容量
Ｃ_mと対接地容量Ｃ₀の値を等しくすれば良いため、上述
した隣接線結合容量Ｃ_mに対する対接地容量Ｃ₀の増加の
比率を１倍とすれば良く、ＭＧＰは導体全長の１／６の
長さで良いこととなる。

【００４２】図４は、多層板にＭＧＰを実装した状態を
示す図である。

【００４３】接地領域間のインピーダンスが高い場合、
ＭＧＰを図４に示すように実装することにより、上述イ
ンピーダンスを容易に下げることができる。

【００４４】また、ＭＧＰの実装は、ＭＧＰの導体と配
線群との距離ｈが少なくなることにより配線群上の方が
マイクロスリトップ効果を奏するが、裏面（対面）でも
良い。

【００４５】（第２の実施例）第１の実施例において
は、片面および両面基板について説明したが、図４に示
すように多層板においてＭＧＰ２３０を実装しても、図
９（ａ）に示した遮断形マイクロストリップを構成する
こととなり、接地領域の接続インピーダンスの低減と、
飛来ノイズに対する信頼性向上を図ることができる。

【００４６】（第３の実施例）図５は、配線に絶縁層
（レジスト）を塗布した場合におけるＭＧＰの実装例を
示す図である。

【００４７】配線基板の導体保護用のレジストがエポキ
シ系などの十分硬度がある場合、図５に示すようにＭＧ
Ｐの絶縁体（誘電体）部分を省略して単に銅箔のみの構
造でも良い。

【００４８】（第４の実施例）図６は、リード部品用の
ＭＧＰの実装図である。

【００４９】上記実施例においては、面実装型部品を使
用したが、図６に示すように半田用のリード部を曲げる
ことにより、リード部品対応設計基板にもＭＧＰ５３０
を実装することもできる。

【００５０】（第５の実施例）図７は、表面実装用とリ
ード部品用のＭＧＰで信号配線群を挟み、遮断形のマイ
クロストリップを構成した状態の図である。

【００５１】図７に示すように、ＭＧＰ６３０およびＭ
ＧＰ６３５を裏面、配線面両面から１つの信号線群を被
覆するように実装したり、または対面が接地層である配
線群上部に被覆するように実装したりすれば、上述同様
に、遮蔽型のマイクロストリップを構成することがで
き、外部からの飛来ノイズに対する信頼性の向上を図る
ことができる。

【００５２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので以下に記載するような効果を奏する。

【００５３】請求項１および請求項６に記載のものにお
いては、配線群を覆うのに十分な大きさを有し、かつ接
地された板状の導体を有するノイズ対策部品を、基板上
の必要な箇所に実装する構成としたため、基板上の配線
との間にマイクロストリップ効果あるいはグランドプレ
ーン効果が発生する。これにより、プリント板の層を増
加させたり、部品位置変更および基本的な経路変更を行
ったりすることなく隣接配線からのクロストーク等によ
るノイズを低減させることができる。

【００５４】請求項２に記載のものにおいては、配線群
と板状の導体との間に絶縁物を設けたため、外部からの
衝撃により板状の導体と配線群が接することによる誤動
作を避けることができる。

【００５５】請求項３に記載のものにおいては、板状の
導体により接地領域間の接続を行う構成としたため、接
地領域間に信号線群が存在する場合でも信号配線群を跨
いで接地領域間の配線が可能となる。それにより、接地
領域間のインピーダンスの増加を防ぐことができる。

【００５６】請求項４および請求項５に記載のものにお
いては、ノイズ対策部品の形状を実装部品あるいは配線
に合わせた形状としたため、ノイズ対策を行っても自動
実装等が可能で、コストを低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のノイズ対策部品の第１の実施例が使用
される片面配線基板上の配線図である。

【図２】図１に示す配線を採用した場合の素子間の配線
模式図である。

【図３】本発明の一実施例における集積回路素子および
誘電体と導体より構成される部品の形状を示す図であ
り、（ａ）は集積回路素子の形状を示す図、（ｂ）およ
び（ｃ）は誘電体と導体より構成される部品の形状を示
す図、（ｄ）は誘電体と導体より構成される部品の概略
構成図である。

【図４】多層板にＭＧＰを実装した状態を示す図であ
る。

【図５】配線に絶縁層（レジスト）を塗布した場合にお
けるＭＧＰの実装例を示す図である。

【図６】リード部品用のＭＧＰの実装図である。

【図７】表面実装用とリード部品用のＭＧＰで信号配線
群を挟み、遮断形のマイクロストリップを構成した状態
の図である。

【図８】従来のＰＷＢにおける基本配線例を示す図であ
る。

【図９】一般的なマイクロストリップ構造を示す図であ
り、（ａ）は遮断形構造を示す図、（ｂ）は両面基板で
片面が接地面の場合の構造を示す図である。

【図１０】一定長以上の平行配線に対して経路変更を行
った後の配線例を示す図である。

【符号の説明】

１０素子〔Ａ〕２０素子〔Ｂ〕３０，１３０，１３５，２３０，４３０，５３０，６３
０，６３５ＭＧＰ１１０ＩＣ１３１接続部１６０，３６０，３６５，４６０，５６０，６６０
導体１８０絶縁体２４０，２４５，３４０，３４５信号線２５０，４５０接地層２６０電源層３７０，３７５，４７０基材Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ＭＧＰと信号線間の浮遊容量Ｌ１，Ｌ２信号線のインダクタンス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片面または両面に電子部品同士を接続す
る配線群を有する配線基板に設けられた、該配線群によ
る発生ノイズまたは外来ノイズ及び誤動作を低減するた
めのノイズ対策部品であって、前記配線群を覆うのに十分な大きさを有し、かつ接地さ
れた板状の導体からなることを特徴とするノイズ対策部
品。
【請求項２】請求項１に記載のノイズ対策部品におい
て、前記配線群と前記板状の導体との間には絶縁物が設けら
れていることを特徴とするノイズ対策部品。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のノイズ
対策部品において、前記板状の導体は、前記配線群のうちの接地用配線と接
続されたことを特徴とするノイズ対策部品。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
記載のノイズ対策部品において、前記板状の導体の外形は、２．５４ｍｍ基準を単位に作
製されていることを特徴とするノイズ対策部品。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
記載のノイズ対策部品において、前記板状の導体の外形は、２．５ｍｍ基準を単位に作製
されていることを特徴とするノイズ対策部品。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
記載のノイズ対策部品の実装方法であって、前記配線群のそれぞれに対応する対接地容量と隣接結合
容量から、一定のノイズレベルに達している配線群を抽
出し、前記抽出された配線群を被覆し、かつ接地可能なサイズ
の前記ノイズ対策部品を選択し、前記選択されたノイズ対策部品により前記配線基板上の
該当する配線群を覆うことを特徴とするノイズ対策部品
の実装方法。