专利名称：印刷电路板的制作方法
技术领域：
本发明涉及在其中半导体元件(例如LSI)被安装在印刷布线板 上的印刷电路板。
背景技术：
由于近来进一步增大了LSI(大规模集成)的集成度和处理速度， 因此由LSI电源电位或地电位的变化而引起的问题已经增加。为了操 作LSI电路，需要用于施加高电位的电源和用于施加^f氐电位的地。
图13A和13B是示出了在CMOS的反相器电路、它的信号输出和 电源电位及地电位的变化之间的关系的图。当如图13A所示配置的 CMOS反相器的输出从低电平切换到高电平时，NMOS 805侧关断而 PMOS 804侧导通。因此，产生充电电流807^f吏得积累在电源802中的 电荷经过PMOS 804并且积累在负载806中。在从低电平到高电平的该 切换发生的瞬间，从电源导体释放电荷并且因此出现尖峰噪声使得电 源电位即刻降低。
另外，当CMOS反相器的输出从高电平切换到低电平时，产生放 电电流808，从而PMOS 804侧关断而NMOS 805侧导通，并且积累在 负载806中的电荷通过NMOS 805流到地803中。在从高电平到低电平 的该切换发生的瞬间，电荷从负载806流到地803中，结果是地电位即 刻增大并且由此产生所谓的尖峰噪声。
因此，在时钟输出809的时间中，尖峰噪声出现在电源电位波形 810中并且也出现在地电位波形811中，这些噪声的方向交替地彼此相 反。该电路由电源电位与地电位之间的差来操作。因此，电路接收到 的电位差受具有半时钟周期性的尖峰噪声812的影响。电位上的这样 的变化导致例如LSI的误操作或者信号的输出定时上的变化。如在日本专利申请公开No. 2006-261470中所公开的，近来的LSI 通常已经被设计为将电容性组件(例如旁路电容器)布置在电源与地 之间。如图14A所示，为防止上述问题而布置的电容器814导致地电位 的下降，其跟随(follow)在切换时导致的电源802电位的下降。这引 起电源电位波形815的变化并且地电位波形816的变化与其一致，如图 14B所示。因此，在电源与地之间的电位差817被极大地减少。
然而，布置在印刷布线板上的旁路电容器仅仅减少了由电源与地 之间的差别而引起的噪声。它实际上难以确保理想的地，并且由此不 可能抑制共模噪声，在所述共模噪声中即使在使用旁路电容器时电源 与地的电位也以相同的相位变化。
类似于差模噪声，共模噪声以电源导体和地导体作为天线被发射 到空间中，并且增大辐射噪声变成增大的辐射噪声。
作为用于减少共模噪声的方法，已经提出了一种技术，在其中铁 氧体芯附接于印刷布线板并且将共模噪声转换为热。然而，为了在所 要求的频带内获得该效果，铁氧体芯需要具有某种程度的电容。另夕卜， 因为铁氧体芯为烧结体，所以难以制造小的铁氧体芯。另外，需要将 铁氧体芯布置在多个要抑制噪声的区域中。因此，就成本而言这也不 是有效的方法。
在US 2006/0125570中提出了一种用于减少两个导体中产生的共 模噪声的技术。根据该文献，构造中心抽头端接(center tap termination),使得在差分信号传输中两个信号导体由串联连接在信 号导体与地之间的两个电容器连接，并且这两个电容器的接合点由电 阻器连接。
然而，这一技术被设计为减少与差分信号有关的共模噪声，而不 能对付由直流电路的电源和地引起的共模噪声。具体地说，在如图13A 所示的直流电路的情况下，共模噪声沿相同的方向在电源布线和地布 线中流动。因此，如图14A所示的中心抽头终端不适用。具体地说， 因为共模噪声出现在电源和地之间，通过电阻器连接的地未被包括在 电路内。众所周知，即使具有微小电流，出现在电源和地之间的这样的共
模噪声也可能导致相当大的辐射噪声。因此，由于更高速的LSI，近 来减少由出现在电源和地之间的共模噪声所引起的辐射噪声已经变 得很重要。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种印刷电路板，其被设计为通过便 宜的配置来减少由出现在安装于印刷布线板上的半导体集成电路的 电源和地之间的共模噪声所引起的辐射噪声。
该印刷电路板被配置为使得具有电源端子和地端子的半导体集 成电路被安装在印刷布线板上，该印刷布线板具有分别连接到该半导 体集成电路的电源端子和地端子的电源图案和地图案。该印刷布线板 包括连接到电源图案的电源平面，连接到地图案的地平面，既不连 接到电源图案也不连接到地图案的平面导体，以及分别通过电容器连 接到电源图案和地图案的导体图案。该平面导体和该导体图案通过滤 波器连接。该平面导体具有叠放(superpose)在该半导体集成电路的 电源端子和地端子中的至少一个上的区域。
从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将 变得显而易见。 .
图l是根据第一实施例的印刷电路板的示意图。 图2是根据第一实施例的印刷电路板的主体的平面图。 图3是根据第一实施例的印刷电路板的另一种形式的示意图。 图4是根据第二实施例的印刷电路板的示意图。 图5是根据第二实施例的印刷电路板的另一种形式的示意图。 图6是根据第三实施例的印刷电路板的透视图。 图7是表示根据第三实施例的印刷电路板的辐射噪声减少效果的 曲线图。图8是根据第四实施例的印刷电路板的示意图。
图9是根据第四实施例的印刷电路板的主体的平面图。
图10是;f艮据第四实施例的印刷电路板的另 一种形式的示意图。
图ll是根据第五实施例的印刷电路板的示意图。
图12是根据第五实施例的印刷电路板的另一种形式的示意图。
图13A是示出了传统反相器电路的配置的图。
图13B是与传统反相器电路有关的曲线图。
图14A是示出了传统反相器电路的配置的图。
图14B是与传统反相器电路有关的曲线图。
具体实施例方式
参考附图，在下文中将描述用于实现本发明的最佳方式。第一实施例
图l是根据第一实施例的印刷电路板的示意图。图2是图1所示的 印刷电路板的主体的平面图，并且详细示出了半导体集成电路102的 电源端子104和地端子105被安装于其上的部分。
印刷电路板101包括已封装的半导体集成电路102和多层印刷布 线板103。 QFP(四方扁平封装)中的半导体集成电路102具有上述的 电源端子104、地端子105和多个信号端子106。印刷布线板103是由FR4 制成的多层(双层)板。第一层103A具有地平面107。第二层103B具 有提供基准电位的电源平面108。第三层103C具有并不直接连接到电 源平面108和地平面107的平面导体109。根据第一实施例的印刷布线 板103由第一层103A、第二层103B和第三层103C形成。然而，本发明 不限于此并且多层印刷布线板可以具有四层或更多层。
电源端子104和地端子105分别连接到形成于第 一层103A上的电 源图案110和地图案111。电源图案110通过通路112连接到电源平面 108。地图案111连接到地平面107。电源图案110通过电容器113连接 到导体图案114。地图案111也通过电容器115连接到导体图案114。导 体图案114通过滤波器116 (例如电阻器或者磁珠电感器)连接到通路117。通路117连接到平面导体109。还在第一层103A上形成连接到信 号端子106的信号图案118。
在图l所示的印刷电路板IOI中，在电源和地之间的共模噪声顺序 地经过电容器113和115、导体图案114、滤波器116和通路117之后流 到平面导体109中。在该情况下，假定形成在印刷布线板103的第三层 103C上的平面导体109用作关于共模噪声的基准。结果，关于共模噪 声的阻抗减少，并且噪声流到平面导体109中。
为了使用平面导体109作为基准平面，在从垂直方向透视地观察 印刷电路板101时，优选平面导体109与电源端子104和地端子105中的 至少一个重叠。更优选的是平面导体109直接位于半导体集成电路102 下方并且大于半导体集成电路103的外部形状。如果确保低阻抗，平 面导体109可以具有用于通路的网(mesh)或者孔。
如上所述共模噪声流到平面导体109中从而防止共模噪声流到其 它电路板或者电缆中，因此减少了辐射噪声的出现。另外，串联连接 的电容器113和115对于差模噪声是有效的。另外，彼此平行地布置电 容器113和115还减小了每个电容器的自感，并且进一步减少高频噪 声。
已经流到平面导体109中的共模噪声促使平面导体109中的叠力口。 这可能不会引起主要问题，因为平面导体109不连接到任何其它电路。 然而，平面导体109的物理形状可能引起谐振。如果发生谐振，则根 据电路的工作频率可能在特定的频率处产生阻抗的极点(pole)，从 而使辐射噪声恶化。在这方面，提出了用于释放平面导体109中的叠 加噪声的方法，如图3所示。
图3示出了已经添加第二滤波器119的图1所示的印刷电路板。将 第二滤波器119安装在第一层103A上，使得其一端通过通路120连接到 平面导体109且其另一端连接到第一层103A上的地平面。可以由第二 滤波器119将由流入平面导体109中的共模噪声所引起的谐振产生的 能量转换为热，从而防止共模噪声被叠加在平面导体109中。因此， 可以抑制辐射噪声。 —电阻器或者磁珠电感器适合用作第二滤波器119。如果指定了要 抑制的噪声的频率，则可以布置根据该频率的电容器。第二滤波器119 的另一端连接到第一层103A上的地平面。然而，本发明不限于此，而 是该另一端可以连接到印刷电路板101的任何部分，只要该部分用作 独立于平面导体的地。第二滤波器112的另一端可以连接到电源平面 而不是地。
在既不使用电容器113和115也不使用滤波器116的传统印刷电路 板的情况下，共模噪声经由电源图案1 IO和地图案111流到地平面107 和电源平面108中。通常，认为共模噪声的回流(即，电流)流经大 地。因此，在使用大地作为其基准的共模电路中，由电源平面108和 地平面107组成的信号导体的阻抗非常高。因此，在将地平面107和电 源平面108用作天线的情况下，可能出现辐射噪声。另外，在将连接 到印刷电路板的电缆作为天线的情况下，可能出现辐射噪声。
图6是根据第三实施例的印刷电路板的透视图。图7是表示第三实 施例中的辐射噪声减少效果的曲线图。
印刷电路板301包括半导体集成电路302、第一印刷布线板303和 第二印刷布线板304。半导体集成电路302通过接合线(bonding wire) 305与第一印刷布线板303电和物理连接，并且由树脂模306覆盖。第 一印刷布线板303和第二印刷布线寺反304通过电源焊J求319和地焊球 321连接。
半导体电路302的电源和第一印刷布线板303的电源图案309通过 电源接合线307连接。半导体集成电路302的地和第一印刷布线板303 的地图案310通过地接合线308连接。电源图案309和第 一导体图案311 通过电容器312连接。地图案310和第一导体图案311通过电容器313连 接。第一导体图案311和第二导体图案314通过电容器(即，片状电容 器)315连接在一起。第二导体图案314通过通路316连接到第一印刷 布线板303的平面导体317。
平面导体317没有建立与第一印刷布线板303的地图案310和电源 图案309的直流连续性。电源图案309通过通路318建立与电源焊球319 的连续性，并且由此连接到第二印刷布线板304的电源导体。地图案 310通过通路320建立与地焊球321的连续性，并且由此连接到第二印 刷布线板304的地导体。
由半导体集成电路302的电源和地产生的共模噪声通过接合线 307和308流到第 一印刷布线板303的电源图案309和地图案310中。共 模噪声通过电容器312和313、第一导体图案311、电容器315、第二图 案导体314和通路316进一步流到平面导体317中。这使得流入第二印刷布线板304中的共模噪声相对减少，由此抑制由用作天线的第二印 刷布线板304所引起的辐射噪声的产生。
在该情况下，电容器312和313也用来抑制在电源和地之间产生的 差模噪声，从而电容器312和313的电容优选地大于或等于0.1jiF。该 第三实施例使用电容器315代替分别在第 一和第二实施例中使用的滤 波器116和216。电容器通常具有如图5所示的自谐振频率。选择电容 器405使得要抑制的辐射的峰值频率基本上等于自谐振频率，使得选 择性地减少特定频率的噪声成为可能。
当如上电容器被用作滤波器时，要被吸收到平面导体中的共模噪 声可以通过使用电容器的自谐振频率来选择。
图8是根据第四实施例的印刷电路板的示意图。图9是图8所示的 印刷电路板的主体的平面图，并且详细示出了其上安装有图8所示的 半导体集成电路402的电源端子404和地端子405的部分。
印刷电路板401包括半导体集成电路402和多层印刷布线板403。 QFP(四方扁平封装)中的半导体集成电路402具有电源端子404、地 端子405和多个信号端子406。印刷布线板403是由FR4制成的多层板。 第 一层403A具有信号图案418和地平面407。第二层403B具有提供基准 电位的电源平面408。第三层403C具有地导体以及并不直接连接到,电 源平面408和地平面407的平面导体409 。
电源端子404连4妄到印刷布线板403上的电源图案410 ，并且地端 子405连接到印刷布线板403上的地图案411。电源图案410通过通路 412连接到电源平面408。地图案411连接到地平面407。电源图案410 通过电容器413连接到导体图案414。地图案411通过电容器415连接到 导体图案414。导体图案414通过通路417连接到平面导体409。
在第四实施例中，平面导体409通过电容器413连接到电源图案 410,并且还通过电容器415连接到地图案411。也就是说，通路417、 电容器413和电容器415直接连接，而没有图1所示的滤波器116、图4 中的片状电阻器216或者图6中的电容器315。已经流入平面导体409中的共模噪声堆积于其上。然而，平面导 体409独立于其它电路而布置，并因此防止了辐射噪声的产生。利用 这样的简单形式，第四实施例使得流入可以用作天线的印刷布线板 403的电源平面408和地平面407中的共模噪声相对减少，并且因此抑 制辐射噪声的产生。
堆积在平面导体409中的共模噪声不$I起主要问题，因为平面导 体409不连接到任何其它电路。然而，平面导体409的物理形状可能引 起谐振。如果发生谐振，则阻抗在特定频率处导致极点并且因此根据 电路的工作频率使辐射噪声恶化。为了解决该问题，图10示出了用于 释方丈平面导体409中的叠加噪声的方法。
图10示出了已经添加有第二滤波器319的如图8所示的印刷电路 板。将第二滤波器419安装在第一层403A上，使得其一端通过通路420 连接到平面导体409并且其另 一端连接到第 一层403A的地平面。可以 由第二滤波器419将由流入平面导体409中的共模噪声所引起的谐振 产生的能量转换为热，从而防止共模噪声被叠加在平面导体409中。 因此，可以抑制辐射噪声。
电阻器或者磁珠电感器适合用作第二滤波器119。如果指定了要 抑制的噪声的频率，则可以布置对应于该频率的电容器。第二滤波器 419的另一端连接到第一层403A的地平面。然而，本发明不限于此， 而是该另 一端可以连接到印刷电路板IOI的任何部分，只要该部分用 作独立于平面导体的地。第二滤波器419的另 平面导体409直接位于半导体集成电路402 下方并且大于半导体集成电路403的外部形状。如果确保低阻抗，平 面导体409可以具有用于通路的网或者孔。 l第五实施例
图ll是根据第五实施例的印刷电路板的主体的透视图。印刷电路板601包括已封装的半导体集成电路602和多层印刷布 线板603。包含于QFP (四方扁平封装)中的半导体集成电路602具有 电源端子604和地端子605。印刷布线板603是由FR4制成的多层板。第 一层603A具有地平面607。第二层603B具有提供基准电位的电源平面 608。第三层603C具有并不直接连接到电源平面608和地平面607的平 面导体609。
电源端子604连接到印刷电路板603上的电源图案610。地端子605 连接到印刷电路板603上的地图案611。电源图案610通过通路612连接 到电源平面608。布置在电源图案610附近的是连接电源和地的电容器 613。
在从垂直方向透视地观察印刷电路板601的情况下，优选安置平
至少一个重叠。更优选的是平面导体609直接位于半导体集成电路602 下方并且大于半导体集成电路603的外部形状。如果确保低阻抗，则 平面导体609可以具有用于通路的网或者孔。
因为大地表面作为共模噪声的返回路径，所以该共模噪声的回路 非常大。换句话说，流入大地表面中的共模噪声的回流的消除效果 (canceling effect)低，从而成为导致辐射噪声的重要因素。然而， 布置平面导体609提供了共模噪声的返回路径，该回路与流入大地表 面中的共模噪声的回路相比明显较小。这被认为有效减少了辐射噪 声。因此，在没有电容器或者滤波器的情况下，可以抑制由电源和地 导体产生的共模噪声引起的辐射噪声。
因为平面导体609作为流入电源图案6IO和地图案611中的共模噪 声的返回路径，所以与通过大地表面的回路路径相比可以缩短共模噪 声的回路路径。因此，可以减少辐射噪声。
将平面导体609布置为与半导体集成电路602的外部形状重叠，使 得增大流入平面导体609中的共模噪声回到半导体集成电路602 (这是 共模噪声的来源)所需的电容耦合成为可能。结果，平面导体609的 共模噪声阻抗减少，并且流入平面导体609中的共模噪声增大。这相对减少了流入电源平面和地平面中的共模噪声，因此抑制了辐射噪声 的出现。
堆积在平面导体409中的共模噪声不S1起主要问题，因为平面导 体109不连接到任何其它电路。然而，平面导体409的物理形状可能引 起谐振。如果发生谐振，可能在特定频率处出现阻抗的极点，并且因 此根据电路的工作频率使辐射噪声恶化。为了解决该问题，图10示出 了用于释放平面导体409中的叠加噪声的方法。
图12示出了已经添加有第二滤波器419的如图11所示的印刷电路 板。将第二滤波器419安装在第一层403A上，使得其一端通过通路420 连接到平面导体409并且其另一端连接到第一层403A的地平面。可以 由第二滤波器419将由流入平面导体409中的共模噪声所引起的谐振 产生的能量转换为热，从而防止共模噪声被堆积在平面导体409中。 因此，可以抑制辐射噪声。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发 明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽 的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。
本申请要求2007年6月19日提交的日本专利申请No. 2007-160907 和2008年4月30日提交的日本专利申请No. 2008-118808的优先权，上 述两个申请的全部内容通过参考被合并于此。
权利要求
1、一种印刷电路板(101)，包含半导体集成电路(102)，其具有电源端子(104)和地端子(105)；以及印刷布线板(103)，其表面上安装有所述半导体集成电路(102)，所述印刷布线板(103)在所述表面上具有连接到所述电源端子(104)的电源图案(110)、连接到所述地端子(105)的地图案(111)以及导体图案(114)，其中所述印刷布线板(103)包括既不连接到所述电源图案(110)也不连接到所述地图案(111)的平面导体(109)；所述电源图案(110)通过电容器(113)连接到所述导体图案(114)，所述地图案(111)通过电容器(115)连接到所述导体图案(114)，并且所述导体图案(114)通过第一滤波器(116)连接到所述平面导体(109)。
2、根据权利要求l的印刷电路板，其中所述印刷布线板是多层板，且其中当从垂直方向透视地观察所述印刷电路寺反时，所述平面导体被 设置为与所述电源端子和所述地端子中的至少一个重叠。
3、根据权利要求1的印刷电路板，其中所述印刷布线板是多层板， 所述平面导体被形成在不同于所述印刷布线板的所述表面的层上，并 且其中所述平面导体直接位于所述半导体集成电路下方并且大于所 述半导体集成电路的外部形状。
4、根据权利要求l的印刷电路板，其中第一滤波器是片状电阻器 (216)。
5、 根据权利要求l的印刷电路板，其中第一滤波器是片状电容器 (309) a
6、 根据权利要求l的印刷电路板，其中所述印刷布线板是多层板 并且包括地层、电源层和所述平面导体形成于其中的布线层，并且其 中所述平面导体通过第二滤波器连接到所述地层和所述电源层中的 一个。
7、 一种印刷电路板(401),包含半导体集成电路(402 ),其具有电源端子(404 )和地端子(405 );以及多层印刷布线板(403)，其表面上安装有所述半导体集成电路 (402 )，所述多层印刷布线板(403 )具有地层、电源层和平面导体 形成于其中的布线层，并且在所述表面上具有连接到所述电源端子 (404)的电源图案(410)和连接到所述地端子(405)的地图案(411)， 其中所述电源图案(410)通过电容器(413)连接到所述平面导 体(409)，并且所述地图案(411)通过电容器(415)连接到所述 平面导体(409)。
8、 根据权利要求7的印刷电路板，其中所述平面导体通过第二滤 波器(419)连接到所述地层和所述电源层中的一个。
9、 一种印刷电路板(601)，包含半导体集成电路(602 )，其具有电源端子(604 )和地端子(605 );以及多层印刷布线板(603)，其表面上安装有所述半导体集成电路 (602 )，所述多层印刷布线板具有地层、电源层和平面导体形成于 其中的布线层，并且在所述表面上具有连接到所述电源端子(604) 的电源图案(610)和连接到地端子(605)的地图案(611)，其中所述电源图案(610 )和所述地图案(611)通过电容器连接, 所述电源图案(610)连接到所述电源层，并且所述地图案连接到所 述地层。
10、 根据权利要求7的印刷电路板，其中所述平面导体通过第二 滤波器(619)连接到所述地层和所述电源层中的一个。
11、 一种印刷电路板(101)，包含半导体集成电路(102)，其具有电源端子(104)和地端子(105);以及电源图案(110)，其连接到所述电源端子(104)， 地图案(111)，其连接到所述地端子(105)， 导体图案(114)，平面导体(109)，其既不连接到所述电源图案(110)也不连接 到所述地图案(111);其中所述电源图案(110)通过电容器(113)连接到所述导体图 案(114)，所述地图案(111)通过电容器(115)连接到所述导体 图案(114)，并且所述导体图案(114)通过第一滤波器(116)连 接到所述平面导体(109)。
全文摘要
半导体集成电路的电源端子和地端子通过电容器连接到导体图案。该导体图案通过滤波器连接到平面导体，该平面导体既不连接到地平面也不连接到电源平面。因此，致使在电源和地之间引起的共模噪声流到平面导体中。这减少了流入相对作为天线的印刷布线板的地和电源中的共模噪声。
文档编号H05K1/02GK101617570SQ20088000567
公开日2009年12月30日 申请日期2008年6月4日 优先权日2007年6月19日
发明者林靖二 申请人:佳能株式会社