電気部品の電源ピンへのコンデンサ内蔵型給電装置
【課題】電気部品の低駆動電圧化に伴う電源系のノイズマージンの低下、同時スイッチング波形に伴う電源―グランド間のノイズの問題を解決する。
【解決手段】電気部品(１０)へのコンデンサ内蔵型給電装置であって、電力を供給する電源(４４，４７)と、信号線パターンを内装するプリント板(５０)と、電気部品の電極への形状及び位置に対応する形状及び位置に設けられた導電性突起を有しプリント板の外側に設けられた電源バー(４８)と、プリント板の外側に設けられたグランドバー(４９)と、電源バーとグランドバーの間で電気部品に対応する部分に設けられた高誘電体層（５５）とを備え、電源からの電力を電源バー及びグランドバーを介して電気部品の電極に供給するようにした。
【解決手段】電気部品(１０)へのコンデンサ内蔵型給電装置であって、電力を供給する電源(４４，４７)と、信号線パターンを内装するプリント板(５０)と、電気部品の電極への形状及び位置に対応する形状及び位置に設けられた導電性突起を有しプリント板の外側に設けられた電源バー(４８)と、プリント板の外側に設けられたグランドバー(４９)と、電源バーとグランドバーの間で電気部品に対応する部分に設けられた高誘電体層（５５）とを備え、電源からの電力を電源バー及びグランドバーを介して電気部品の電極に供給するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気部品の電源ピンへの給電装置に関し、より詳細にはBGA(Ball Gate Array)等の電気部品の各種電源ピンへの給電を、OBP(On Board Power)等の電源からプリント板に内装されたパターンを経由しないでプリント板の外側に電源バー及びグランドバーを配置してその間に高誘電材層を挟み、その電源バー及びグランドバーを経由して行うようにしたコンデンサ内臓型給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、BGA等に代表される電気部品の低駆動電圧化に伴う電源系のノイズマージンの低下、同時スイッチング波形に伴う電源―グランド間のノイズの問題が大きくなってきている。
【０００３】
図１の（a）は従来の給電装置により給電されるBGAを下から見た平面図である。同図において、１０はBGAであり、その裏側には電源ピン１〜６が行方向と列方向の所定位置にソルダーボールで配列されている。電源ピン１は例えば３．３Ｖの電源電圧Ｖ1が印加される電極である。電源ピン２は例えば３．３Ｖの基準電圧Ｖ2が印加される電極である。電源ピン３は例えば３．３Ｖの補助電源電圧Ｖ3が印加される電極である。電源ピン４は例えば５Ｖの電源電圧Ｖ4が印加される電極である。電源ピン５は例えば５Ｖの基準電圧Ｖ5が印加される電極である。電源ピン６は例えば５Ｖの補助電源電圧Ｖ6が印加される電極である。
【０００４】
図１の（ｂ）は従来の給電装置の一例を示す断面図である。同図において、１２はＢＧＡ１０の下に配置されたプリント板、１３はプリント板１２上に配置されて３．３Ｖの電圧を発生するＯＢＰ（On Board Power)と称せられる電源、１４はプリント板１２上に配置されて５Ｖの電圧を発生するＯＢＰ、１５はプリント板１２に内装された３．３Ｖの電源層を構成する胴箔の電源層、１６はプリント板１２に内装された５Ｖの電源層を構成する胴箔の電源層、１７はＯＢＰ１３の出力電圧３．３Ｖを電源層１５に印加するためにプリント板１２内を貫通しているビア、１８はＯＢＰ１４の出力電圧５Ｖを電源層１６に印加するためにプリント板１２内を貫通しているビア、１９〜２４は電源ピン１〜６に対応してプリント板１２内を貫通しているビアである。ＢＧＡ１０の下部は図１の一点鎖線に沿った断面を示している。３．３Ｖの電源バー１５はビア１９〜２１を介して電源ピン１〜３に接続されており、５Ｖの電源バー１６はビア２２〜２４を介して電源ピン４〜６に接続されている。
【０００５】
基準電圧Ｖ2をＯＢＰ１３内で作成することに替えて、５Ｖの電圧を発生する他のＯＢＰ１４から出力される電圧を分圧回路(プリント板１２上に形成されるが図示は省略）で分圧して３．３Ｖの基準電圧Ｖ2を作成する場合もある。
【０００６】
ＢＧＡ１０には実際には複数種類の電源電圧と信号とが供給される。このため、プリント板１２には図示しない複数の電源層と信号パターンが内装されている。
【０００７】
図２はＢＧＡに内臓されている回路の一例である。同図において、２２はドライバ、２４はレシーバである。
ＢＧＡ内部にはドライバ回路、レシーバ回路が有るがドライバとレシーバの接続はそれぞれ違うＢＧＡ間を接続するものであり、単一のＢＧＡ内部でドライバとレシーバが接続されているものでは無い。図２で考えると２２と２４は違うＢＧＡのドライバ回路とレシーバ回路をプリント板上のパターンで接続した場合を表す。ドライバ２４には３．３Ｖの電源電圧Ｖ1と補助電源電圧Ｖ3が印加され、レシーバ２４には３．３Ｖの電源電圧Ｖ2が印加される。これらの電源電圧はＯＢＰ１３により出力され電源バー１５を経由してそれぞれの電源ピン１〜３に印加される。
【０００８】
図３はＢＧＡに内臓されている回路の他の一例である。同図において、３２はドライバ、３４はレシーバであり、ドライバ３４には５Ｖの電源電圧Ｖ4と補助電源電圧Ｖ6が印加され、レシーバ３４には５Ｖの電源電圧Ｖ5が印加される。これらの電源電圧はＯＢＰ１４により出力され電源バー１５を経由してそれぞれの電源ピン１〜３に印加される。
【０００９】
図２に示した基準電圧Ｖ2は例えば図３に示した回路のドライバ３２の出力電圧がハイレベルかローレベルかを判定する基準として使用される。例えば、ドライバ３２の出力電圧が３．３Ｖより高いときはハイレベル、３．３Ｖ以下のときはローレベルと判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平２−００３９５７号公報
【特許文献２】特公平７−１２０２２７号公報
【特許文献３】特開平６−２２３６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＢＧＡのように複数の電圧電源を必要とする部品の場合、図１に示す様にＶ1，Ｖ2，Ｖ3が同じ電圧であるものの用途が異なることが実際よく起こる。この例では図２のドライバ−レシーバの電源電圧Ｖ1が図３のレシーバの基準電圧Ｖ2と同じ電圧であるような場合である。そして物理的には例えば１ｍｍピッチのＢＧＡを使用した場合、ピン同士の間隔は１ｍｍと狭い領域にあるためお互いに影響を受けやすい構造となっている。
【００１２】
図２の回路においてドライバ２２に電流Ｉが流れるとその電流に応じたノイズがＶn＝ＬdＩ/dtで電源層１５に発生し、その結果電源層１５の電圧が変動して基準電圧Ｖ2が変動する。すると、図３に示した回路のドライバ３２の出力電圧がハイレベルかローレベルかを判定する基準電圧が変動することになる。例えば、基準電圧Ｖ2が３．５Ｖに変動し、ドライバ３２に出力電圧が３．４Ｖであった場合、本来であればドライバ３２の出力はハイレベルであるのに、この基準電圧の変動のためにローレベルと誤判定されてしまい、また、部品によっては部品内部にアナログ系の電源（PLL：Phase-locked loop）を必要とするピンも有り、一般的にアナログ系の電源はノイズに敏感であるためデジタル系の電源とは例え同じ電圧であっても物理的に分ける必要が有る。これも電圧は同じだが用途が異なるため分離した方が良い例の一つである。
【００１３】
また、プリント板内には多数の電源層や信号層が存在しプリント板内の導電層の実装数が多くて寸法が大きくなるという課題、あるいはプリント板の厚さを薄くしようとすると導電層の実装密度が大きくなって製造が困難であるという課題があった。例えば、ＢＧＡ１０が１１５２ピンのＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array）の場合、３．３ＶのＶｃｃａｕｘピン（８ピン）が存在するが、このＶｃｃａｕｘピンは仕様上他の全ての電源（Ｖｃｃ，Ｖｒｅｆ）より先に起動しなければならない。このため、従来はＶｃｃａｕｘ用の電源層とＶｃｃｏ及びＶｒｅｆ用の電源層との２層が必要であった。
【００１４】
本発明の目的は、BGA等に代表される電気部品の低駆動電圧化に伴う電源系のノイズマージンの低下、同時スイッチング波形に伴う電源―グランド間のノイズの問題を解決することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、給電装置内のプリント板に含まれる導電層の実装密度を小さくするかプリント板の厚さを薄くして小型化を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様により提供されるものは、電気部品への給電装置であって、電気部品の電極の形状及び位置に対応した形状及び位置に設けられた導電性突起を有しプリント板の外側に設けられた電源バーと、プリント板の外側に設けられたグランドバーと、電源バーとグランドバーの間で電気部品に対応する部分に設けられた高誘電体層とを備え、電源からの電力を電源バー及びグランドバーを介して電気部品の電極に供給するようにしたことを特徴とするコンデンサ内蔵型給電装置である。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、電気部品は接地用のグランドピンと電源ピンとを備え、電源バーはグランドピンに対応する位置に設けられた穴と、電源ピンに対応する位置に設けられた第１の導電性突起とを備え、グランドバーは穴に嵌合する第２の導電性突起を備え、第１の導電性突起はプリント板内のビアを介して電気部品の電源ピンに接続され、第２の導電性突起はプリント内の他のビアを介して電気部品のグランドピンに接続されるようにしたことを特徴とするコンデンサ内蔵型給電装置が提供される。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、電気部品は接地用のグランドピンと電源ピンとを備え、グランドバーはグランドピンに対応する位置に設けられた第１の導電性突起と、電源ピンに対応する位置に設けられた穴とを備え、電源バーは穴に嵌合する第２の導電性突起を備え、第１の導電性突起はプリント板内のビアを介して電気部品のグランドピンに接続され、第２の導電性突起はプリント内の他のビアを介して電気部品の電源ピンに接続されるようにしたことを特徴とするコンデンサ内蔵型給電装置が提供される。
【００１９】
本発明の第４の態様によれば、電源バーとグランドバーはプリント板と電気部品との間に設けられており、電源バー及びグランドバーはプリント板のビアを介さずに直接電気部品に接続するようにしたことを特徴とするコンデンサ内蔵型給電装置が提供される。
【００２０】
本発明の第５の態様によれば、電源バーは複数の電源バーからなり、グランドバーは複数の電源バーの各々との間に高誘電体層を挟んで設けられている給電装置が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１の態様によれば、プリント板の外側に電源バーとグランドバーとを設け、電源バーとグランドバーの間に高誘電体を設けたので、プリント板の実装密度を向上させるか、プリント板の製造の簡単化が実現できるとともに、電源バーと高誘電体層とグランドバーとでコンデンサが形成されるので、コンデンサ内蔵型給電装置が実現できる。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、プリント板の下側に電源バー、高誘電層、グランドバーがこの順に設けられるので、コンデンサ内臓型給電装置において、電源バー及びグランドバーはプリント板内の電源層の電圧変動の影響を受けることがなく、従って電気部品内の信号の伝送品質を向上させることが出来る。
【００２３】
本発明の第３の態様によれば、プリント板の下側にグランドバー、高誘電層、電源ドバーがこの順に設けられるので、コンデンサ内臓型給電装置において、電源バー及びグランドバーはプリント板内の電源層の電圧変動の影響を受けることがなく、従って電気部品内の信号の伝送品質を向上させることが出来る。
【００２４】
本発明の第４の態様によれば、電源バー及びグランドバーはプリント板のビアを介さずに電気部品に直接接続されるので、ビアを介して接続する場合と比較して高周波ノイズによる影響を低減できる。
【００２５】
本発明の第５の態様によれば、電源が複数存在する場合にもそれら複数の電源に対応する電源バーとグランドバーとの間に高誘電層を設けたので、プリント板の実装密度を更に向上させるか、プリント板の製造の更なる簡単化が実現できるとともに複数の電源に対応するコンデンサ内蔵型給電装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（a）は従来の給電装置により給電されるBGAを下から見た平面図で、（ｂ）は従来の給電装置の一例を示す断面図である。
【図２】ＢＧＡに内臓されている回路の一例である。
【図３】ＢＧＡに内臓されている回路の他の一例である。
【図４】本発明の実施例１によるコンデンサ内蔵型給電装置の基本構成を説明する図である。
【図５】本発明の実施例３によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。
【図６】本発明の実施例４によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。
【図７】本発明の実施例５によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。
【図８】図７の一部を拡大して示した図である。
【図９】従来のＣＯＨ構成の給電装置と、図４に示した本発明の実施例１によるコンデンサ内蔵型給電装置と、図５に示したコンデンサ内蔵型で高周波対策を施した給電装置との周波数特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例６によるコンデンサ内蔵型給電装置の平面図であり、（ａ）はＢＧＡ１０の平面図、（ｂ）は電源Ａ側の電源バーの平面図、（ｃ）はグランド側電源バーの平面図、（ｄ）は電源Ｂ側の電源バーの平面図である。
【図１１】（ａ）は図１０に示した多電源対応電源バーの平面図、（ｂ）は多電源対応電源バーの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面により詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図４の（ａ）〜（d）は本発明の実施例１によるコンデンサ内蔵型給電装置の基本構成を説明する図である。
図４の（ａ）はＢＧＡ１０を裏から見た図１の（ａ）に示した従来図と同じである。同図において、黒丸で示した円４１は接地用のグランドピン、半分を黒で塗りつぶした円４２は電源ピン４２、４３で示す円は信号ピンを表す。これらのピンはソルダーボールでＢＧＡ１０の裏面に構成されている。ＢＧＡ１０の図示右側の４４又は４７はＯＢＰであり、点線で示した４５及び４６はプリント板５０(図４の（ｄ）参照）裏面に形成されて電源バー４８又はグランドバー４９と電気的に接触するための導電性パターンである。
【００２９】
図４の（ｂ）は電源バー４８の平面図である。図示のように、電源バー４８はＢＧＡ１０とほぼ同じ形状の本体部分４８１とバー部分４８２で構成されている。バー部分４８２の幅は本体部分４８１の幅と比較して細く表しているが、必ずしも細くする必要はなく電圧ドロップを低く抑える、コンデンサの容量を大きくする等の理由がある場合は幅を広くしてもよい。本体部分４８１にはＢＧＡ１０のグランドピン４１に対応する位置に設けられた穴４１１と、ＢＧＡ１０の電源ピン４２に対応する位置に設けられた円筒状の導電性突起４２１とを備えている。導電性突起４２１の形状は円筒状に限定されることはない。穴４１１の周囲には電源バー４８と電気的に絶縁されるように絶縁材料、好ましくは高誘電材が塗布されている。
【００３０】
図４の（ｃ）はグランドバー４９の平面図である。図示のように、グランドバー４９もＢＧＡ１０とほぼ同じ形状の本体部分４９１とバー部分４９２で構成されている。バー部分４９２の幅は本体部分４９１の幅と比較して細く表しているが、必ずしも細くする必要はなく電圧ドロップを低く抑える、コンデンサの容量を大きくする等の理由がある場合は幅を広くしてもよい。本体部分４９１にはＢＧＡ１０のグランドピン４１に対応する位置に設けられた導電性突起４１２を備えている。導電性突起４１２の形状は円筒状に限定されることはない。電源バー４８の穴４１１はグランドバー４９の導電性突起４１２よりも若干大きく作られ、電源バー４８とグランドバー４９を重ねると穴４１１に導電性突起４１２がぴったりと嵌合する構成となっている。
【００３１】
図４の（ｄ）は本実施例１によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。図示のように、プリント板５０上の図示右側に配置されたＯＢＰ４７の出力電源ピン５１は、プリント板５０上に形成された導電性パターン５２とプリント板５０を貫通するビア５３及び導電性パターン４５を介して、電源バー４８の導電性突起５４に電気的に接続されている。
プリント板５０上の図示左の上側にはＢＧＡ１０が実装されており、ＢＧＡ１０のグランドピン４１はプリント板５０を貫通するビア４１３及び電源バー４８の穴４１１に嵌合する導電性突起４１２を介してグランドバー４９に接続されている。穴４１１の内周は電気的絶縁材料で形成されているか、又は電源バー４８との間に空隙を設けて電源バー４８から絶縁されている。グランドバー４９の本体部分４９１はバー部分４９２を経由してプリント板５０の下側に形成された導電性突起、ビア、導電性パターンを介してＯＢＰ４７のグランドピンに接続される（図においては電源バー４９の紙面裏側にあるため隠れている）。
【００３２】
ＢＧＡ１０の電源ピン４２は、プリント板５０を貫通する他のビア４２２及び電源バー４８の導電性突起４２１を介して電源バー４８に電気的に接続されている。
【００３３】
電源バー４８の本体部分４８１とグランドバー４９の本体部分４９１との間には本発明により高誘電材層５５が挟みこまれており、本体部分４８１、高誘電材層５５及び本体部分４９１でコンデンサ５６を形成している。これにより、コンデンサ内蔵型給電装置が構成される。このコンデンサ内蔵型給電装置はＣＯＨ（Chip On Hole)構成で０．１μＦのコンデンサを１２５個実装した場合とほぼ同じノイズパーフォーマンスを実現する。コンデンサ内蔵型給電装置とすることにより給電装置内に高周波ノイズ除去用のコンデンサを別途設けなくてもよくなる。
【００３４】
ＢＧＡ１０及びＯＢＰ４４、４７は通常のリフロープロセスでプリント板５０に実装される。電源バー４８及びグランドバー４９も同様に実装可能だが、電源バーやグランドバーの厚みが厚い場合や体積が大きい場合は熱容量が大きくなりリフローの熱で温度が上がりにくい場合も考えられる。その場合は電源バー４８及びグランドバー４９をネジなどでプリント板５０に固定することも可能である。プリント板５０の図示しない信号層や電源層以外の部分は絶縁体である。
【００３５】
図４に示したコンデンサ内蔵型給電装置の基本構成によれば、電源バー及びグランドバーをプリント板５０の外側に設けたので、プリント板５０内の電源層数を低減することが可能になる。また、高誘電材層５５を電源バー４８とグランドバー４９で挟む構成としたことにより給電装置内に大容量のコンデンサを実現することができ、ＣＯＨ構成のような多数のコンデンサを実装する必要がなくなる。
【実施例２】
【００３６】
実施例１ではプリント板５０の下に電源バー４８を配置し、その下に高誘電材層５５を設け、その下にグランドバー４９を配置したが、電源バーとグランドバーの位置関係を逆にしてもよい。即ち、プリント板５０の下にグランドバー４９を配置し、その下に高誘電材層５５を設け、その下に電源バー４８を配置してもよい。この場合は、グランドバー４９のグランドピン４１に対応する位置に第１の導電性突起を儲け、電源ピン４２に対応する位置に穴を設ける。また、電源バー４９にはグランドピン４９に設けられた穴に嵌合する第２の導電性突起を設ける。そして、第１の導電性突起はプリント板内のビアを介して電気部品のグランドピンに接続され、第２の導電性突起はプリント内の他のビアを介して電気部品の電源ピンに接続されるようにすればよい。
【実施例３】
【００３７】
図５は本発明の実施例３によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。本実施例３ではＢＧＡ１０とプリント板７０の間に電源バー７１とグランドバー７２が設けられている。電源バー７１とグランドバー７２は高誘電材層７３で電気的に分離されている。ＢＧＡ１０には電源ピン２のほかにグランド用の電源ピン７４及び信号伝達用の信号ピン７５が設けられている。７６は信号ピン７５をプリント板７０内に内装された信号層（図示省略）に接続するための接続ピン、７７は信号ピン７５を電源バー７１及びグランドバー７２から電気的に絶縁するための絶縁体である。接続ピン７６は円筒形をしており絶縁体７７はそれを取り囲むように中空の円筒でできている。ＢＧＡ１０の信号ピン７５は、電源バー７１、高誘電材層７３及びグランドバー７２を貫通する接続ピン７６を介してビア７８に接続されている。電源バー７１、グランドバー７２及び高誘電材層７３には信号ピン７６を貫通させるための穴が空いている。ビア７８はプリント板７０内の信号層(図示省略）に接続されている。接続ピン７６は、ビア７８とリフローソルダリングにより接続されるか、もしくは電源バー７１及びグランドバー７２自体をネジ固定(図示せず）でプリント板７０に固定することによりプリント板７０に内装されている信号層に接続される。
【００３８】
この構成により、電源バーとグランドバーの間に高誘電材層が挟みこまれてコンデンサ内蔵型給電装置が実現できるとともに、電源バー及びグランドバーはプリント板のビアを介さずにＢＧＡ１０に直接接続されるので、高周波ノイズの低減の効果がある。
【００３９】
一般にプリント板内のビアは高周波領域においては大きなインダクタンスを有し、プリント板が高々２ｍｍ程度の厚さでも大きな問題となる。高周波ノイズ対策として一般にプリント板内の回路にコンデンサを実装するが、本実施例によればＢＧＡ１０の真下にコンデンサを実装したのと同じ状態になり且つ電源バーをプリント板を介さないで直接ＢＧＡ１０に接続する構成であるので、高周波ノイズ対策として極めて有効である。
【実施例４】
【００４０】
図６は本発明の実施例４によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。同図において、図５と同一部分には同一の参照番号を付してここでは説明を省略する。
図５と異なるところは、図６においては、電源バー７１は電源ピン２に接続されるだけではなくプリント板７０を貫通するビア７８１にも接続されていること、及びグランドバー７２がグランド用電源ピン７４に接続されるだけではなくプリント板７０を貫通するビア７８２にも接続されていることである。７７１は電源バー７１に接続されるビア７８１とグランドバー７３とを電気的に絶縁する絶縁体である。
図６には示していないがプリント板７０内には電源層及びグランド層が内装されており、ビア７８１はこの電源層と電気的に接続され、ビア７８２はこのグランド層と電気的に接続される。これにより、電源バー７１とプリント７０板内の電源層が並列接続され、グランドバー７３とプリント板７０内のグランド層とが並列接続されるので、電圧ドロップによる影響を低減できる。
【実施例５】
【００４１】
図７は本発明の実施例４によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。同図において、図５と同一部分には同一の参照番号を付してここでは説明を省略する。
電源バー７１は元々電気伝導率の高い銅などの金属で作られるので、電源バー７１の一部にプレートタイプの放熱フィン８１及びディスクタイプの放熱フィン８２の少なくとも一方を設けることにより放熱構造とすることが出来る。さらに、プレートタイプの放熱フィン８１の一部にスリット８３を設けてディスクタイプの放熱フィン８２の一部をスライドさせるようにすればさらに大きな放熱効果が得られる。
【００４２】
図８は図７で説明したプレートタイプの放熱フィン８１の一部にスリット８３を設けてディスクタイプの放熱フィン８２の一部をスライドさせる例を拡大して示した図である。
【００４３】
図９は従来のＣＯＨ構成の給電装置と、図４に示した本発明の実施例１によるコンデンサ内蔵型給電装置と、図５に示したコンデンサ内蔵型で高周波対策を施した給電装置との周波数特性を示すグラフである。同図において、実線の曲線がＣＯＨ構成の周波数特性、点線の曲線がコンデンサ内蔵型電源バーの周波数特性、一点鎖線の曲線がコンデンサ内蔵型で高周波対策を施した電源バーの周波数特性である。図示のように、１０ＭＨｚ近辺ではＣＯＨ構成の周波数特性に比べて、図４に示したコンデンサ内蔵型電源バーの周波数特性及び図５に示したコンデンサ内蔵型で高周波対策を施した電源バーの周波数特性が１桁程度のノイズを抑えることができる。また、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの高周波においては、図５に示したコンデンサ内蔵型で高周波対策を施した電源バーの周波数特性はＣＯＨ構成の周波数特性及びコンデンサ内蔵型電源バーの周波数特性に比べて１桁程度ノイズを抑えることができる。
【実施例６】
【００４４】
図１０は本発明の実施例５によるコンデンサ内蔵型給電装置の平面図である。同図において、（ａ）はＢＧＡ１０の平面図、（ｂ）は電源Ａ側の電源バーの平面図、（ｃ）はグランド側電源バーの平面図、（ｄ）は電源Ｂ側の電源バーの平面図である。このように、本実施例では１個のＢＧＡに対して２個の電源Ａ１２２及びＢ１２３が接続されている。
【００４５】
図１０の（ａ）に示したＢＧＡ１０は図１に示したものと同じであり、グランドピン１、電源ピン２及び電源ピン３を備えている。
【００４６】
図１０の（ｂ）において、１２４は電源Ａ側１２２に接続される電源バーであり、その本体部分に電源ピン３に対応した円筒状の導電性突起１２５と、グランドピン１に対応した穴１２６と、電源ピン２に対応した穴１２７を備えている。
【００４７】
図１０の（ｃ）において、１２８は電源Ａ側１２２に接続されるグランドバーであり、その本体部分にグランドピン１に対応した円筒状の導電性突起１２９と、電源ピン２に対応した穴１３０を備えている。
図１０の（ｄ）において、１３１は電源Ｂ側１２３に接続される電源バーであり、その本体部分に電源ピン２に対応した円筒状の導電性突起１３２を備えている。
これらの３つの電源バー１２４、１２８及び１３１を重ね合わせることにより多電源対応電源バーが実現できる。
【００４８】
図１１の（ａ）は図１０に示した多電源対応電源バーの平面図、図１１の（ｂ）は図１０の（ａ）を矢印Ａから見た電源対応電源バーの断面図である。
図１１の（ａ）から分かるように、各電源バーのバー部分は横方向にずれるように配置される。
図１１の（ｂ）において、１３２はプリント板であり、１３３は電源バー１２４と電源バー１２８の本体部分の間の高誘電材層であり、１３４は電源バー１２８と電源バー１３１の本体部分の間の高誘電材層である。
図１０及び図１１に示した例では２個の電源の場合を示しているが、電源の数が３個以上になっても同様にプリント板１３２の下側の電源バーにそれと重なる電源バーの穴を追加することにより対応できる。
（付記１）
電気部品への給電装置であって、電力を供給する電源と、信号線パターンを内装するプリント板と、前記電気部品の電極の形状及び位置に対応した形状及び位置に設けられた導電性突起を有し前記プリント板の外側に設けられた電源バーと、前記プリント板の外側に設けられたグランドバーと、前記電源バーと前記グランドバーの間で前記電気部品に対応する部分に設けられた高誘電体層とを備え、前記電源からの電力を前記電源バー及び前記グランドバーを介して前記電気部品の電極に供給するようにしたことを特徴とするコンデンサ内蔵型給電装置。
（付記２）
前記電気部品は接地用のグランドピンと電源ピンとを備え、前記電源バーは前記グランドピンに対応する位置に設けられ、周囲が前記電源バーから絶縁されている穴と、前記電源ピンに対応する位置に設けられた第１の導電性突起とを備え、前記グランドバーは前記穴に嵌合する第２の導電性突起を備え、前記第１の導電性突起は前記プリント板内のビアを介して前記電気部品の前記電源ピンに接続され、前記第２の導電性突起は前記プリント内の他のビアを介して前記電気部品の前記グランドピンに接続されるようにしたことを特徴とする、付記１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
（付記３）
前記電気部品は接地用のグランドピンと電源ピンとを備え、前記グランドバーは前記グランドピンに対応する位置に設けられた第１の導電性突起と、前記電源ピンに対応する位置に設けられ、周囲が前記グランドバーから絶縁されている穴とを備え、前記電源バーは前記穴に嵌合する第２の導電性突起を備え、前記第１の導電性突起は前記プリント板内のビアを介して前記電気部品の前記グランドピンに接続され、前記第２の導電性突起は前記プリント内の他のビアを介して前記電気部品の前記電源ピンに接続されるようにしたことを特徴とする、付記１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
（付記４）
前記電源バーと前記グランドバーは前記プリント板と前記電気部品との間に設けられており、前記電源バー及び前記グランドバーは前記プリント板のビアを介さずに直接前記電気部品に接続するようにしたことを特徴とする、付記１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
（付記５）
前記電源バーは複数の電源バーからなり、前記グランドバーは前記複数の電源バーの各々との間に前記高誘電体層を挟んで設けられている、付記１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
（付記６）
前記電源バーと前記グランドバーは前記プリント板と前記電気部品との間に設けられており、前記電気部品の電源ピンとグランドピンは前記プリント板のビアを介さずに直接前記電源バー及び前記グランドバーに接続をおこない、前記電源バー及びグ前記ランドバーは前記プリント板のビアにも接続することを特徴とする、付記１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上の説明から明らかなように、本発明によればプリント板の外側に電源バーとグランドバーを配置し、電源バーとグランドバーの間に高誘電材層を挟みこんだ構造としたことにより、プリント板に内装する電源層の数を減らすことができ、プリント板の実装密度を向上させるか、プリント板の製造の簡単化が実現できると共にコンデンサ内蔵型の給電装置が実現できる。また、電源バーはプリント板内の電源層の電圧変動の影響を受けることがなく、従って電気部品内の信号の伝送品質を向上させることが出来る。さらに、電源バーはプリント板のビアを介さずに電気部品に直接接続させることにより、ビアを介して接続する場合と比較して高周波ノイズによる影響を低減できる。さらに、電源バーはプリント板内の電源層から絶縁されているので、電源バーはプリント板内の電源層の電圧変動の影響を受けることがなく、従って電気部品内の信号の伝送品質を向上させることが出来る。さらに、電源が複数存在する場合にもそれら複数の電源に対応する電源バーをプリント板の外側に設けたので、プリント板の実装密度を更に向上させるか、プリント板の製造の更なる簡単化が実現できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０ ＢＧＡ
４２，４３ 電源ピン
４３ 電源ピン２に対応する位置に円筒状の導電性突起
４４ ＯＢＰ
４５，４６ 導電性パターン
４７ ＯＢＰ
４８ 電源バー
４８１ 電源バーの本体部分
４８２ 電源バーのバー部分
４９ グランドバー
４９１ グランドバーの本体部分
４９２ グランドバーのバー部分
４１１ 穴
４２１ 導電性突起
４１２ 導電性突起
５０ プリント板
５２ 導電性パターン
５５ 高誘電材層
５７ 出力電源ピン
５８ 導電性パターン
７０ プリント板
７１ 電源バー
７２ グランドバー
７３ 高誘電材層
７４ グランド用電源ピン
７５ 信号ピン
７６ 接続ピン
７７，７７１ 絶縁体
７８，７８１，７８２ ビア
８１ プレートタイプの放熱フィン
８２ ディスクタイプの放熱フィン
８３ スリット
１２４ 電源バー
１２８ グランドバー
１３１ 電源バー
１３２ プリント板
１３３，１３４ 高誘電材層
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気部品の電源ピンへの給電装置に関し、より詳細にはBGA(Ball Gate Array)等の電気部品の各種電源ピンへの給電を、OBP(On Board Power)等の電源からプリント板に内装されたパターンを経由しないでプリント板の外側に電源バー及びグランドバーを配置してその間に高誘電材層を挟み、その電源バー及びグランドバーを経由して行うようにしたコンデンサ内臓型給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、BGA等に代表される電気部品の低駆動電圧化に伴う電源系のノイズマージンの低下、同時スイッチング波形に伴う電源―グランド間のノイズの問題が大きくなってきている。
【０００３】
図１の（a）は従来の給電装置により給電されるBGAを下から見た平面図である。同図において、１０はBGAであり、その裏側には電源ピン１〜６が行方向と列方向の所定位置にソルダーボールで配列されている。電源ピン１は例えば３．３Ｖの電源電圧Ｖ1が印加される電極である。電源ピン２は例えば３．３Ｖの基準電圧Ｖ2が印加される電極である。電源ピン３は例えば３．３Ｖの補助電源電圧Ｖ3が印加される電極である。電源ピン４は例えば５Ｖの電源電圧Ｖ4が印加される電極である。電源ピン５は例えば５Ｖの基準電圧Ｖ5が印加される電極である。電源ピン６は例えば５Ｖの補助電源電圧Ｖ6が印加される電極である。
【０００４】
図１の（ｂ）は従来の給電装置の一例を示す断面図である。同図において、１２はＢＧＡ１０の下に配置されたプリント板、１３はプリント板１２上に配置されて３．３Ｖの電圧を発生するＯＢＰ（On Board Power)と称せられる電源、１４はプリント板１２上に配置されて５Ｖの電圧を発生するＯＢＰ、１５はプリント板１２に内装された３．３Ｖの電源層を構成する胴箔の電源層、１６はプリント板１２に内装された５Ｖの電源層を構成する胴箔の電源層、１７はＯＢＰ１３の出力電圧３．３Ｖを電源層１５に印加するためにプリント板１２内を貫通しているビア、１８はＯＢＰ１４の出力電圧５Ｖを電源層１６に印加するためにプリント板１２内を貫通しているビア、１９〜２４は電源ピン１〜６に対応してプリント板１２内を貫通しているビアである。ＢＧＡ１０の下部は図１の一点鎖線に沿った断面を示している。３．３Ｖの電源バー１５はビア１９〜２１を介して電源ピン１〜３に接続されており、５Ｖの電源バー１６はビア２２〜２４を介して電源ピン４〜６に接続されている。
【０００５】
基準電圧Ｖ2をＯＢＰ１３内で作成することに替えて、５Ｖの電圧を発生する他のＯＢＰ１４から出力される電圧を分圧回路(プリント板１２上に形成されるが図示は省略）で分圧して３．３Ｖの基準電圧Ｖ2を作成する場合もある。
【０００６】
ＢＧＡ１０には実際には複数種類の電源電圧と信号とが供給される。このため、プリント板１２には図示しない複数の電源層と信号パターンが内装されている。
【０００７】
図２はＢＧＡに内臓されている回路の一例である。同図において、２２はドライバ、２４はレシーバである。
ＢＧＡ内部にはドライバ回路、レシーバ回路が有るがドライバとレシーバの接続はそれぞれ違うＢＧＡ間を接続するものであり、単一のＢＧＡ内部でドライバとレシーバが接続されているものでは無い。図２で考えると２２と２４は違うＢＧＡのドライバ回路とレシーバ回路をプリント板上のパターンで接続した場合を表す。ドライバ２４には３．３Ｖの電源電圧Ｖ1と補助電源電圧Ｖ3が印加され、レシーバ２４には３．３Ｖの電源電圧Ｖ2が印加される。これらの電源電圧はＯＢＰ１３により出力され電源バー１５を経由してそれぞれの電源ピン１〜３に印加される。
【０００８】
図３はＢＧＡに内臓されている回路の他の一例である。同図において、３２はドライバ、３４はレシーバであり、ドライバ３４には５Ｖの電源電圧Ｖ4と補助電源電圧Ｖ6が印加され、レシーバ３４には５Ｖの電源電圧Ｖ5が印加される。これらの電源電圧はＯＢＰ１４により出力され電源バー１５を経由してそれぞれの電源ピン１〜３に印加される。
【０００９】
図２に示した基準電圧Ｖ2は例えば図３に示した回路のドライバ３２の出力電圧がハイレベルかローレベルかを判定する基準として使用される。例えば、ドライバ３２の出力電圧が３．３Ｖより高いときはハイレベル、３．３Ｖ以下のときはローレベルと判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平２−００３９５７号公報
【特許文献２】特公平７−１２０２２７号公報
【特許文献３】特開平６−２２３６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＢＧＡのように複数の電圧電源を必要とする部品の場合、図１に示す様にＶ1，Ｖ2，Ｖ3が同じ電圧であるものの用途が異なることが実際よく起こる。この例では図２のドライバ−レシーバの電源電圧Ｖ1が図３のレシーバの基準電圧Ｖ2と同じ電圧であるような場合である。そして物理的には例えば１ｍｍピッチのＢＧＡを使用した場合、ピン同士の間隔は１ｍｍと狭い領域にあるためお互いに影響を受けやすい構造となっている。
【００１２】
図２の回路においてドライバ２２に電流Ｉが流れるとその電流に応じたノイズがＶn＝ＬdＩ/dtで電源層１５に発生し、その結果電源層１５の電圧が変動して基準電圧Ｖ2が変動する。すると、図３に示した回路のドライバ３２の出力電圧がハイレベルかローレベルかを判定する基準電圧が変動することになる。例えば、基準電圧Ｖ2が３．５Ｖに変動し、ドライバ３２に出力電圧が３．４Ｖであった場合、本来であればドライバ３２の出力はハイレベルであるのに、この基準電圧の変動のためにローレベルと誤判定されてしまい、また、部品によっては部品内部にアナログ系の電源（PLL：Phase-locked loop）を必要とするピンも有り、一般的にアナログ系の電源はノイズに敏感であるためデジタル系の電源とは例え同じ電圧であっても物理的に分ける必要が有る。これも電圧は同じだが用途が異なるため分離した方が良い例の一つである。
【００１３】
また、プリント板内には多数の電源層や信号層が存在しプリント板内の導電層の実装数が多くて寸法が大きくなるという課題、あるいはプリント板の厚さを薄くしようとすると導電層の実装密度が大きくなって製造が困難であるという課題があった。例えば、ＢＧＡ１０が１１５２ピンのＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array）の場合、３．３ＶのＶｃｃａｕｘピン（８ピン）が存在するが、このＶｃｃａｕｘピンは仕様上他の全ての電源（Ｖｃｃ，Ｖｒｅｆ）より先に起動しなければならない。このため、従来はＶｃｃａｕｘ用の電源層とＶｃｃｏ及びＶｒｅｆ用の電源層との２層が必要であった。
【００１４】
本発明の目的は、BGA等に代表される電気部品の低駆動電圧化に伴う電源系のノイズマージンの低下、同時スイッチング波形に伴う電源―グランド間のノイズの問題を解決することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、給電装置内のプリント板に含まれる導電層の実装密度を小さくするかプリント板の厚さを薄くして小型化を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様により提供されるものは、電気部品への給電装置であって、電気部品の電極の形状及び位置に対応した形状及び位置に設けられた導電性突起を有しプリント板の外側に設けられた電源バーと、プリント板の外側に設けられたグランドバーと、電源バーとグランドバーの間で電気部品に対応する部分に設けられた高誘電体層とを備え、電源からの電力を電源バー及びグランドバーを介して電気部品の電極に供給するようにしたことを特徴とするコンデンサ内蔵型給電装置である。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、電気部品は接地用のグランドピンと電源ピンとを備え、電源バーはグランドピンに対応する位置に設けられた穴と、電源ピンに対応する位置に設けられた第１の導電性突起とを備え、グランドバーは穴に嵌合する第２の導電性突起を備え、第１の導電性突起はプリント板内のビアを介して電気部品の電源ピンに接続され、第２の導電性突起はプリント内の他のビアを介して電気部品のグランドピンに接続されるようにしたことを特徴とするコンデンサ内蔵型給電装置が提供される。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、電気部品は接地用のグランドピンと電源ピンとを備え、グランドバーはグランドピンに対応する位置に設けられた第１の導電性突起と、電源ピンに対応する位置に設けられた穴とを備え、電源バーは穴に嵌合する第２の導電性突起を備え、第１の導電性突起はプリント板内のビアを介して電気部品のグランドピンに接続され、第２の導電性突起はプリント内の他のビアを介して電気部品の電源ピンに接続されるようにしたことを特徴とするコンデンサ内蔵型給電装置が提供される。
【００１９】
本発明の第４の態様によれば、電源バーとグランドバーはプリント板と電気部品との間に設けられており、電源バー及びグランドバーはプリント板のビアを介さずに直接電気部品に接続するようにしたことを特徴とするコンデンサ内蔵型給電装置が提供される。
【００２０】
本発明の第５の態様によれば、電源バーは複数の電源バーからなり、グランドバーは複数の電源バーの各々との間に高誘電体層を挟んで設けられている給電装置が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１の態様によれば、プリント板の外側に電源バーとグランドバーとを設け、電源バーとグランドバーの間に高誘電体を設けたので、プリント板の実装密度を向上させるか、プリント板の製造の簡単化が実現できるとともに、電源バーと高誘電体層とグランドバーとでコンデンサが形成されるので、コンデンサ内蔵型給電装置が実現できる。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、プリント板の下側に電源バー、高誘電層、グランドバーがこの順に設けられるので、コンデンサ内臓型給電装置において、電源バー及びグランドバーはプリント板内の電源層の電圧変動の影響を受けることがなく、従って電気部品内の信号の伝送品質を向上させることが出来る。
【００２３】
本発明の第３の態様によれば、プリント板の下側にグランドバー、高誘電層、電源ドバーがこの順に設けられるので、コンデンサ内臓型給電装置において、電源バー及びグランドバーはプリント板内の電源層の電圧変動の影響を受けることがなく、従って電気部品内の信号の伝送品質を向上させることが出来る。
【００２４】
本発明の第４の態様によれば、電源バー及びグランドバーはプリント板のビアを介さずに電気部品に直接接続されるので、ビアを介して接続する場合と比較して高周波ノイズによる影響を低減できる。
【００２５】
本発明の第５の態様によれば、電源が複数存在する場合にもそれら複数の電源に対応する電源バーとグランドバーとの間に高誘電層を設けたので、プリント板の実装密度を更に向上させるか、プリント板の製造の更なる簡単化が実現できるとともに複数の電源に対応するコンデンサ内蔵型給電装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（a）は従来の給電装置により給電されるBGAを下から見た平面図で、（ｂ）は従来の給電装置の一例を示す断面図である。
【図２】ＢＧＡに内臓されている回路の一例である。
【図３】ＢＧＡに内臓されている回路の他の一例である。
【図４】本発明の実施例１によるコンデンサ内蔵型給電装置の基本構成を説明する図である。
【図５】本発明の実施例３によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。
【図６】本発明の実施例４によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。
【図７】本発明の実施例５によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。
【図８】図７の一部を拡大して示した図である。
【図９】従来のＣＯＨ構成の給電装置と、図４に示した本発明の実施例１によるコンデンサ内蔵型給電装置と、図５に示したコンデンサ内蔵型で高周波対策を施した給電装置との周波数特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例６によるコンデンサ内蔵型給電装置の平面図であり、（ａ）はＢＧＡ１０の平面図、（ｂ）は電源Ａ側の電源バーの平面図、（ｃ）はグランド側電源バーの平面図、（ｄ）は電源Ｂ側の電源バーの平面図である。
【図１１】（ａ）は図１０に示した多電源対応電源バーの平面図、（ｂ）は多電源対応電源バーの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面により詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図４の（ａ）〜（d）は本発明の実施例１によるコンデンサ内蔵型給電装置の基本構成を説明する図である。
図４の（ａ）はＢＧＡ１０を裏から見た図１の（ａ）に示した従来図と同じである。同図において、黒丸で示した円４１は接地用のグランドピン、半分を黒で塗りつぶした円４２は電源ピン４２、４３で示す円は信号ピンを表す。これらのピンはソルダーボールでＢＧＡ１０の裏面に構成されている。ＢＧＡ１０の図示右側の４４又は４７はＯＢＰであり、点線で示した４５及び４６はプリント板５０(図４の（ｄ）参照）裏面に形成されて電源バー４８又はグランドバー４９と電気的に接触するための導電性パターンである。
【００２９】
図４の（ｂ）は電源バー４８の平面図である。図示のように、電源バー４８はＢＧＡ１０とほぼ同じ形状の本体部分４８１とバー部分４８２で構成されている。バー部分４８２の幅は本体部分４８１の幅と比較して細く表しているが、必ずしも細くする必要はなく電圧ドロップを低く抑える、コンデンサの容量を大きくする等の理由がある場合は幅を広くしてもよい。本体部分４８１にはＢＧＡ１０のグランドピン４１に対応する位置に設けられた穴４１１と、ＢＧＡ１０の電源ピン４２に対応する位置に設けられた円筒状の導電性突起４２１とを備えている。導電性突起４２１の形状は円筒状に限定されることはない。穴４１１の周囲には電源バー４８と電気的に絶縁されるように絶縁材料、好ましくは高誘電材が塗布されている。
【００３０】
図４の（ｃ）はグランドバー４９の平面図である。図示のように、グランドバー４９もＢＧＡ１０とほぼ同じ形状の本体部分４９１とバー部分４９２で構成されている。バー部分４９２の幅は本体部分４９１の幅と比較して細く表しているが、必ずしも細くする必要はなく電圧ドロップを低く抑える、コンデンサの容量を大きくする等の理由がある場合は幅を広くしてもよい。本体部分４９１にはＢＧＡ１０のグランドピン４１に対応する位置に設けられた導電性突起４１２を備えている。導電性突起４１２の形状は円筒状に限定されることはない。電源バー４８の穴４１１はグランドバー４９の導電性突起４１２よりも若干大きく作られ、電源バー４８とグランドバー４９を重ねると穴４１１に導電性突起４１２がぴったりと嵌合する構成となっている。
【００３１】
図４の（ｄ）は本実施例１によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。図示のように、プリント板５０上の図示右側に配置されたＯＢＰ４７の出力電源ピン５１は、プリント板５０上に形成された導電性パターン５２とプリント板５０を貫通するビア５３及び導電性パターン４５を介して、電源バー４８の導電性突起５４に電気的に接続されている。
プリント板５０上の図示左の上側にはＢＧＡ１０が実装されており、ＢＧＡ１０のグランドピン４１はプリント板５０を貫通するビア４１３及び電源バー４８の穴４１１に嵌合する導電性突起４１２を介してグランドバー４９に接続されている。穴４１１の内周は電気的絶縁材料で形成されているか、又は電源バー４８との間に空隙を設けて電源バー４８から絶縁されている。グランドバー４９の本体部分４９１はバー部分４９２を経由してプリント板５０の下側に形成された導電性突起、ビア、導電性パターンを介してＯＢＰ４７のグランドピンに接続される（図においては電源バー４９の紙面裏側にあるため隠れている）。
【００３２】
ＢＧＡ１０の電源ピン４２は、プリント板５０を貫通する他のビア４２２及び電源バー４８の導電性突起４２１を介して電源バー４８に電気的に接続されている。
【００３３】
電源バー４８の本体部分４８１とグランドバー４９の本体部分４９１との間には本発明により高誘電材層５５が挟みこまれており、本体部分４８１、高誘電材層５５及び本体部分４９１でコンデンサ５６を形成している。これにより、コンデンサ内蔵型給電装置が構成される。このコンデンサ内蔵型給電装置はＣＯＨ（Chip On Hole)構成で０．１μＦのコンデンサを１２５個実装した場合とほぼ同じノイズパーフォーマンスを実現する。コンデンサ内蔵型給電装置とすることにより給電装置内に高周波ノイズ除去用のコンデンサを別途設けなくてもよくなる。
【００３４】
ＢＧＡ１０及びＯＢＰ４４、４７は通常のリフロープロセスでプリント板５０に実装される。電源バー４８及びグランドバー４９も同様に実装可能だが、電源バーやグランドバーの厚みが厚い場合や体積が大きい場合は熱容量が大きくなりリフローの熱で温度が上がりにくい場合も考えられる。その場合は電源バー４８及びグランドバー４９をネジなどでプリント板５０に固定することも可能である。プリント板５０の図示しない信号層や電源層以外の部分は絶縁体である。
【００３５】
図４に示したコンデンサ内蔵型給電装置の基本構成によれば、電源バー及びグランドバーをプリント板５０の外側に設けたので、プリント板５０内の電源層数を低減することが可能になる。また、高誘電材層５５を電源バー４８とグランドバー４９で挟む構成としたことにより給電装置内に大容量のコンデンサを実現することができ、ＣＯＨ構成のような多数のコンデンサを実装する必要がなくなる。
【実施例２】
【００３６】
実施例１ではプリント板５０の下に電源バー４８を配置し、その下に高誘電材層５５を設け、その下にグランドバー４９を配置したが、電源バーとグランドバーの位置関係を逆にしてもよい。即ち、プリント板５０の下にグランドバー４９を配置し、その下に高誘電材層５５を設け、その下に電源バー４８を配置してもよい。この場合は、グランドバー４９のグランドピン４１に対応する位置に第１の導電性突起を儲け、電源ピン４２に対応する位置に穴を設ける。また、電源バー４９にはグランドピン４９に設けられた穴に嵌合する第２の導電性突起を設ける。そして、第１の導電性突起はプリント板内のビアを介して電気部品のグランドピンに接続され、第２の導電性突起はプリント内の他のビアを介して電気部品の電源ピンに接続されるようにすればよい。
【実施例３】
【００３７】
図５は本発明の実施例３によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。本実施例３ではＢＧＡ１０とプリント板７０の間に電源バー７１とグランドバー７２が設けられている。電源バー７１とグランドバー７２は高誘電材層７３で電気的に分離されている。ＢＧＡ１０には電源ピン２のほかにグランド用の電源ピン７４及び信号伝達用の信号ピン７５が設けられている。７６は信号ピン７５をプリント板７０内に内装された信号層（図示省略）に接続するための接続ピン、７７は信号ピン７５を電源バー７１及びグランドバー７２から電気的に絶縁するための絶縁体である。接続ピン７６は円筒形をしており絶縁体７７はそれを取り囲むように中空の円筒でできている。ＢＧＡ１０の信号ピン７５は、電源バー７１、高誘電材層７３及びグランドバー７２を貫通する接続ピン７６を介してビア７８に接続されている。電源バー７１、グランドバー７２及び高誘電材層７３には信号ピン７６を貫通させるための穴が空いている。ビア７８はプリント板７０内の信号層(図示省略）に接続されている。接続ピン７６は、ビア７８とリフローソルダリングにより接続されるか、もしくは電源バー７１及びグランドバー７２自体をネジ固定(図示せず）でプリント板７０に固定することによりプリント板７０に内装されている信号層に接続される。
【００３８】
この構成により、電源バーとグランドバーの間に高誘電材層が挟みこまれてコンデンサ内蔵型給電装置が実現できるとともに、電源バー及びグランドバーはプリント板のビアを介さずにＢＧＡ１０に直接接続されるので、高周波ノイズの低減の効果がある。
【００３９】
一般にプリント板内のビアは高周波領域においては大きなインダクタンスを有し、プリント板が高々２ｍｍ程度の厚さでも大きな問題となる。高周波ノイズ対策として一般にプリント板内の回路にコンデンサを実装するが、本実施例によればＢＧＡ１０の真下にコンデンサを実装したのと同じ状態になり且つ電源バーをプリント板を介さないで直接ＢＧＡ１０に接続する構成であるので、高周波ノイズ対策として極めて有効である。
【実施例４】
【００４０】
図６は本発明の実施例４によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。同図において、図５と同一部分には同一の参照番号を付してここでは説明を省略する。
図５と異なるところは、図６においては、電源バー７１は電源ピン２に接続されるだけではなくプリント板７０を貫通するビア７８１にも接続されていること、及びグランドバー７２がグランド用電源ピン７４に接続されるだけではなくプリント板７０を貫通するビア７８２にも接続されていることである。７７１は電源バー７１に接続されるビア７８１とグランドバー７３とを電気的に絶縁する絶縁体である。
図６には示していないがプリント板７０内には電源層及びグランド層が内装されており、ビア７８１はこの電源層と電気的に接続され、ビア７８２はこのグランド層と電気的に接続される。これにより、電源バー７１とプリント７０板内の電源層が並列接続され、グランドバー７３とプリント板７０内のグランド層とが並列接続されるので、電圧ドロップによる影響を低減できる。
【実施例５】
【００４１】
図７は本発明の実施例４によるコンデンサ内蔵型給電装置の断面図である。同図において、図５と同一部分には同一の参照番号を付してここでは説明を省略する。
電源バー７１は元々電気伝導率の高い銅などの金属で作られるので、電源バー７１の一部にプレートタイプの放熱フィン８１及びディスクタイプの放熱フィン８２の少なくとも一方を設けることにより放熱構造とすることが出来る。さらに、プレートタイプの放熱フィン８１の一部にスリット８３を設けてディスクタイプの放熱フィン８２の一部をスライドさせるようにすればさらに大きな放熱効果が得られる。
【００４２】
図８は図７で説明したプレートタイプの放熱フィン８１の一部にスリット８３を設けてディスクタイプの放熱フィン８２の一部をスライドさせる例を拡大して示した図である。
【００４３】
図９は従来のＣＯＨ構成の給電装置と、図４に示した本発明の実施例１によるコンデンサ内蔵型給電装置と、図５に示したコンデンサ内蔵型で高周波対策を施した給電装置との周波数特性を示すグラフである。同図において、実線の曲線がＣＯＨ構成の周波数特性、点線の曲線がコンデンサ内蔵型電源バーの周波数特性、一点鎖線の曲線がコンデンサ内蔵型で高周波対策を施した電源バーの周波数特性である。図示のように、１０ＭＨｚ近辺ではＣＯＨ構成の周波数特性に比べて、図４に示したコンデンサ内蔵型電源バーの周波数特性及び図５に示したコンデンサ内蔵型で高周波対策を施した電源バーの周波数特性が１桁程度のノイズを抑えることができる。また、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの高周波においては、図５に示したコンデンサ内蔵型で高周波対策を施した電源バーの周波数特性はＣＯＨ構成の周波数特性及びコンデンサ内蔵型電源バーの周波数特性に比べて１桁程度ノイズを抑えることができる。
【実施例６】
【００４４】
図１０は本発明の実施例５によるコンデンサ内蔵型給電装置の平面図である。同図において、（ａ）はＢＧＡ１０の平面図、（ｂ）は電源Ａ側の電源バーの平面図、（ｃ）はグランド側電源バーの平面図、（ｄ）は電源Ｂ側の電源バーの平面図である。このように、本実施例では１個のＢＧＡに対して２個の電源Ａ１２２及びＢ１２３が接続されている。
【００４５】
図１０の（ａ）に示したＢＧＡ１０は図１に示したものと同じであり、グランドピン１、電源ピン２及び電源ピン３を備えている。
【００４６】
図１０の（ｂ）において、１２４は電源Ａ側１２２に接続される電源バーであり、その本体部分に電源ピン３に対応した円筒状の導電性突起１２５と、グランドピン１に対応した穴１２６と、電源ピン２に対応した穴１２７を備えている。
【００４７】
図１０の（ｃ）において、１２８は電源Ａ側１２２に接続されるグランドバーであり、その本体部分にグランドピン１に対応した円筒状の導電性突起１２９と、電源ピン２に対応した穴１３０を備えている。
図１０の（ｄ）において、１３１は電源Ｂ側１２３に接続される電源バーであり、その本体部分に電源ピン２に対応した円筒状の導電性突起１３２を備えている。
これらの３つの電源バー１２４、１２８及び１３１を重ね合わせることにより多電源対応電源バーが実現できる。
【００４８】
図１１の（ａ）は図１０に示した多電源対応電源バーの平面図、図１１の（ｂ）は図１０の（ａ）を矢印Ａから見た電源対応電源バーの断面図である。
図１１の（ａ）から分かるように、各電源バーのバー部分は横方向にずれるように配置される。
図１１の（ｂ）において、１３２はプリント板であり、１３３は電源バー１２４と電源バー１２８の本体部分の間の高誘電材層であり、１３４は電源バー１２８と電源バー１３１の本体部分の間の高誘電材層である。
図１０及び図１１に示した例では２個の電源の場合を示しているが、電源の数が３個以上になっても同様にプリント板１３２の下側の電源バーにそれと重なる電源バーの穴を追加することにより対応できる。
（付記１）
電気部品への給電装置であって、電力を供給する電源と、信号線パターンを内装するプリント板と、前記電気部品の電極の形状及び位置に対応した形状及び位置に設けられた導電性突起を有し前記プリント板の外側に設けられた電源バーと、前記プリント板の外側に設けられたグランドバーと、前記電源バーと前記グランドバーの間で前記電気部品に対応する部分に設けられた高誘電体層とを備え、前記電源からの電力を前記電源バー及び前記グランドバーを介して前記電気部品の電極に供給するようにしたことを特徴とするコンデンサ内蔵型給電装置。
（付記２）
前記電気部品は接地用のグランドピンと電源ピンとを備え、前記電源バーは前記グランドピンに対応する位置に設けられ、周囲が前記電源バーから絶縁されている穴と、前記電源ピンに対応する位置に設けられた第１の導電性突起とを備え、前記グランドバーは前記穴に嵌合する第２の導電性突起を備え、前記第１の導電性突起は前記プリント板内のビアを介して前記電気部品の前記電源ピンに接続され、前記第２の導電性突起は前記プリント内の他のビアを介して前記電気部品の前記グランドピンに接続されるようにしたことを特徴とする、付記１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
（付記３）
前記電気部品は接地用のグランドピンと電源ピンとを備え、前記グランドバーは前記グランドピンに対応する位置に設けられた第１の導電性突起と、前記電源ピンに対応する位置に設けられ、周囲が前記グランドバーから絶縁されている穴とを備え、前記電源バーは前記穴に嵌合する第２の導電性突起を備え、前記第１の導電性突起は前記プリント板内のビアを介して前記電気部品の前記グランドピンに接続され、前記第２の導電性突起は前記プリント内の他のビアを介して前記電気部品の前記電源ピンに接続されるようにしたことを特徴とする、付記１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
（付記４）
前記電源バーと前記グランドバーは前記プリント板と前記電気部品との間に設けられており、前記電源バー及び前記グランドバーは前記プリント板のビアを介さずに直接前記電気部品に接続するようにしたことを特徴とする、付記１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
（付記５）
前記電源バーは複数の電源バーからなり、前記グランドバーは前記複数の電源バーの各々との間に前記高誘電体層を挟んで設けられている、付記１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
（付記６）
前記電源バーと前記グランドバーは前記プリント板と前記電気部品との間に設けられており、前記電気部品の電源ピンとグランドピンは前記プリント板のビアを介さずに直接前記電源バー及び前記グランドバーに接続をおこない、前記電源バー及びグ前記ランドバーは前記プリント板のビアにも接続することを特徴とする、付記１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上の説明から明らかなように、本発明によればプリント板の外側に電源バーとグランドバーを配置し、電源バーとグランドバーの間に高誘電材層を挟みこんだ構造としたことにより、プリント板に内装する電源層の数を減らすことができ、プリント板の実装密度を向上させるか、プリント板の製造の簡単化が実現できると共にコンデンサ内蔵型の給電装置が実現できる。また、電源バーはプリント板内の電源層の電圧変動の影響を受けることがなく、従って電気部品内の信号の伝送品質を向上させることが出来る。さらに、電源バーはプリント板のビアを介さずに電気部品に直接接続させることにより、ビアを介して接続する場合と比較して高周波ノイズによる影響を低減できる。さらに、電源バーはプリント板内の電源層から絶縁されているので、電源バーはプリント板内の電源層の電圧変動の影響を受けることがなく、従って電気部品内の信号の伝送品質を向上させることが出来る。さらに、電源が複数存在する場合にもそれら複数の電源に対応する電源バーをプリント板の外側に設けたので、プリント板の実装密度を更に向上させるか、プリント板の製造の更なる簡単化が実現できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０ ＢＧＡ
４２，４３ 電源ピン
４３ 電源ピン２に対応する位置に円筒状の導電性突起
４４ ＯＢＰ
４５，４６ 導電性パターン
４７ ＯＢＰ
４８ 電源バー
４８１ 電源バーの本体部分
４８２ 電源バーのバー部分
４９ グランドバー
４９１ グランドバーの本体部分
４９２ グランドバーのバー部分
４１１ 穴
４２１ 導電性突起
４１２ 導電性突起
５０ プリント板
５２ 導電性パターン
５５ 高誘電材層
５７ 出力電源ピン
５８ 導電性パターン
７０ プリント板
７１ 電源バー
７２ グランドバー
７３ 高誘電材層
７４ グランド用電源ピン
７５ 信号ピン
７６ 接続ピン
７７，７７１ 絶縁体
７８，７８１，７８２ ビア
８１ プレートタイプの放熱フィン
８２ ディスクタイプの放熱フィン
８３ スリット
１２４ 電源バー
１２８ グランドバー
１３１ 電源バー
１３２ プリント板
１３３，１３４ 高誘電材層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気部品への給電装置であって、電力を供給する電源と、信号線パターンを内装するプリント板と、前記電気部品の電極の形状及び位置に対応した形状及び位置に設けられた導電性突起を有し前記プリント板の外側に設けられた電源バーと、前記プリント板の外側に設けられたグランドバーと、前記電源バーと前記グランドバーの間で前記電気部品に対応する部分に設けられた高誘電体層とを備え、前記電源からの電力を前記電源バー及び前記グランドバーを介して前記電気部品の電極に供給するようにしたことを特徴とするコンデンサ内蔵型給電装置。
【請求項２】
前記電気部品は接地用のグランドピンと電源ピンとを備え、前記電源バーは前記グランドピンに対応する位置に設けられ、周囲が前記電源バーから絶縁されている穴と、前記電源ピンに対応する位置に設けられた第１の導電性突起とを備え、前記グランドバーは前記穴に嵌合する第２の導電性突起を備え、前記第１の導電性突起は前記プリント板内のビアを介して前記電気部品の前記電源ピンに接続され、前記第２の導電性突起は前記プリント内の他のビアを介して前記電気部品の前記グランドピンに接続されるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
【請求項３】
前記電気部品は接地用のグランドピンと電源ピンとを備え、前記グランドバーは前記グランドピンに対応する位置に設けられた第１の導電性突起と、前記電源ピンに対応する位置に設けられ、周囲が前記グランドバーから絶縁されている穴とを備え、前記電源バーは前記穴に嵌合する第２の導電性突起を備え、前記第１の導電性突起は前記プリント板内のビアを介して前記電気部品の前記グランドピンに接続され、前記第２の導電性突起は前記プリント内の他のビアを介して前記電気部品の前記電源ピンに接続されるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
【請求項４】
前記電源バーと前記グランドバーは前記プリント板と前記電気部品との間に設けられており、前記電源バー及び前記グランドバーは前記プリント板のビアを介さずに直接前記電気部品に接続するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
【請求項５】
前記電源バーは複数の電源バーからなり、前記グランドバーは前記複数の電源バーの各々との間に前記高誘電体層を挟んで設けられている、前記請求項１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
【請求項１】
電気部品への給電装置であって、電力を供給する電源と、信号線パターンを内装するプリント板と、前記電気部品の電極の形状及び位置に対応した形状及び位置に設けられた導電性突起を有し前記プリント板の外側に設けられた電源バーと、前記プリント板の外側に設けられたグランドバーと、前記電源バーと前記グランドバーの間で前記電気部品に対応する部分に設けられた高誘電体層とを備え、前記電源からの電力を前記電源バー及び前記グランドバーを介して前記電気部品の電極に供給するようにしたことを特徴とするコンデンサ内蔵型給電装置。
【請求項２】
前記電気部品は接地用のグランドピンと電源ピンとを備え、前記電源バーは前記グランドピンに対応する位置に設けられ、周囲が前記電源バーから絶縁されている穴と、前記電源ピンに対応する位置に設けられた第１の導電性突起とを備え、前記グランドバーは前記穴に嵌合する第２の導電性突起を備え、前記第１の導電性突起は前記プリント板内のビアを介して前記電気部品の前記電源ピンに接続され、前記第２の導電性突起は前記プリント内の他のビアを介して前記電気部品の前記グランドピンに接続されるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
【請求項３】
前記電気部品は接地用のグランドピンと電源ピンとを備え、前記グランドバーは前記グランドピンに対応する位置に設けられた第１の導電性突起と、前記電源ピンに対応する位置に設けられ、周囲が前記グランドバーから絶縁されている穴とを備え、前記電源バーは前記穴に嵌合する第２の導電性突起を備え、前記第１の導電性突起は前記プリント板内のビアを介して前記電気部品の前記グランドピンに接続され、前記第２の導電性突起は前記プリント内の他のビアを介して前記電気部品の前記電源ピンに接続されるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
【請求項４】
前記電源バーと前記グランドバーは前記プリント板と前記電気部品との間に設けられており、前記電源バー及び前記グランドバーは前記プリント板のビアを介さずに直接前記電気部品に接続するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
【請求項５】
前記電源バーは複数の電源バーからなり、前記グランドバーは前記複数の電源バーの各々との間に前記高誘電体層を挟んで設けられている、前記請求項１に記載のコンデンサ内蔵型給電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−４５９３（Ｐ２０１２−４５９３Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８９２２１（Ｐ２０１１−１８９２２１）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【分割の表示】特願２００５−２８６８６７（Ｐ２００５−２８６８６７）の分割
【原出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【分割の表示】特願２００５−２８６８６７（Ｐ２００５−２８６８６７）の分割
【原出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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