JP2004014800A

JP2004014800A - 多層配線基板

Info

Publication number: JP2004014800A
Application number: JP2002166086A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Uematsu; 植松　吉晃; Naoki Nakagawa; 中川　直紀
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】信号導体の配線途中にスルーホール８，９のような容量性負荷が接続された場合、信号導体４，５等の導体幅Ｗを細くすれば、インピーダンス不整合に起因する信号反射を抑制することができる。しかし、導体幅Ｗを細くすると、信号導体４，５等の断面積が減少するため、信号損失が増加するなどの課題があった。
【解決手段】一対の信号導体にスルーホール１８，１９が接続される場合、スルーホール１８，１９を中心とするインピーダンス低下領域では、一対の信号導体間の間隙を広げて差動インピーダンスを高めるようにする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、データの差動伝送を行う一対の信号導体が形成されている多層配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は従来の多層配線基板の配線構造とインピーダンスを示す説明図であり、図１０は図９の多層配線基板のＣ−Ｃ’断面図である。図において、１は絶縁体、２は絶縁体１の上層に形成されたグランド導体、３は絶縁体１の下層に形成されたグランド導体、４，５は絶縁体１の内部に形成され、データの差動伝送を行う一対の信号導体、６，７は絶縁体１の内部に形成され、データの差動伝送を行う一対の信号導体、８は信号導体４と信号導体６を接続するスルーホール、９は信号導体５と信号導体７を接続するスルーホールである。
【０００３】
次に動作について説明する。
図９の多層配線基板は、外部ノイズに強い伝送方式を実現するため、一対の信号導体４，５及び信号導体６，７がデータの差動伝送を実施する。
即ち、信号導体４，６に供給するデータの位相と信号導体５，７に供給するデータの位相とを常に逆相にすることにより、信号導体４，６と信号導体５，７とを電磁界的に結合させて２本１組でデータの伝送を行うようにする。
【０００４】
なお、データの高速伝送を実現するに際して、絶縁体１の厚さＨ、信号導体４〜７の導体幅Ｗ、信号導体４，５間の間隙Ｓ等を適切に選択すれば、インピーダンスと差動間の結合を制御して、効率的なデータ伝送を実現することができるが、信号導体の配線途中にスルーホール８，９のような容量性負荷が接続されている場合、スルーホール８，９を中心とする領域が距離Ｄに亘って差動インピーダンスＺ_Ｌが√（Ｌ／Ｃ）から√（Ｌ／（Ｃ＋ΔＣ））に低下する。
ここで、Ｃは信号導体が有する単位長さ当りのキャパシタンス、Ｌは信号導体が有する単位長さ当りのインダクタンス、ΔＣはスルーホールのキャパシタンスである。
【０００５】
このように、スルーホール８，９を中心とする領域が距離Ｄに亘って差動インピーダンスが低下すると、インピーダンス不整合に起因する信号反射が発生して、信号劣化を招く事態が生じる。
インピーダンス低下を抑制する方法としては、導体幅Ｗを細くすることにより、インピーダンスを高くする方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多層配線基板は以上のように構成されているので、信号導体の配線途中にスルーホール８，９のような容量性負荷が接続された場合、信号導体４，５等の導体幅Ｗを細くすれば、インピーダンス不整合に起因する信号反射を抑制することができる。しかし、導体幅Ｗを細くすると、信号導体４，５等の断面積が減少するため、信号損失が増加するなどの課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、信号導体の導体幅を細くすることなく、インピーダンス不整合に起因する信号反射を抑制することができる多層配線基板を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る多層配線基板は、一対の信号導体に容量性負荷が接続される場合、容量性負荷を中心とするインピーダンス低下領域では、一対の信号導体間の間隙を広げて差動インピーダンスを高めるようにしたものである。
【０００９】
この発明に係る多層配線基板は、インピーダンス低下領域以外の領域の一対の信号導体間の間隙が一対の信号導体の導体幅と一致する場合、インピーダンス低下領域では、一対の信号導体間の間隙を一対の信号導体の導体幅より広げるようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る多層配線基板は、インピーダンス低下領域以外の領域では、一対の信号導体間の間隙をグランド導体と信号導体間の距離以下に設定し、かつ、信号導体の導体幅以下に設定するようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る多層配線基板は、インピーダンス低下領域における一対の信号導体間の間隙に空気領域を設けるようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る多層配線基板は、絶縁体と異なる誘電率を有する絶縁物質を空気領域に埋め込むようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る多層配線基板は、導電性材料を空気領域に埋め込むようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による多層配線基板の配線構造とインピーダンスを示す説明図、図２は図１の多層配線基板のＡ−Ａ’断面図、図３は図１の多層配線基板のＢ−Ｂ’断面図である。図において、１１は絶縁体、１２は絶縁体１１の上層に形成されたグランド導体、１３は絶縁体１１の下層に形成されたグランド導体、１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂは絶縁体１１の内部に形成された信号導体であり、信号導体１４ａ，１５ａ間の間隙Ｓ１に比べて、信号導体１４ｂ，１５ｂ間の間隙Ｓ２が広げられている。１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂは絶縁体１１の内部に形成された信号導体であり、信号導体１６ａ，１７ａ間の間隙Ｓ１に比べて、信号導体１６ｂ，１７ｂ間の間隙Ｓ２が広げられている。１８は信号導体１４ｂと信号導体１６ｂを接続するスルーホール、１９は信号導体１５ｂと信号導体１７ｂを接続するスルーホールである。
【００１５】
次に動作について説明する。
図１の多層配線基板は、外部ノイズに強い伝送方式を実現するため、一対の信号導体１４ａ，１５ａ等がデータの差動伝送を実施する。
即ち、信号導体１４ａに供給するデータの位相と信号導体１５ａに供給するデータの位相とを常に逆相にすることにより、信号導体１４ａと信号導体１５ａとを電磁界的に結合させて２本１組でデータの伝送を行うようにする。
【００１６】
ただし、信号導体の配線途中にスルーホール１８，１９やパッドのような容量性負荷が接続されている場合、上述したように、スルーホール１８，１９を中心とする領域が距離Ｄに亘って差動インピーダンスが低下する。
そこで、この実施の形態１では、スルーホール１８，１９を中心とする領域のインピーダンスを高めるため、一対の信号導体１４ａ，１５ａ間の間隙Ｓ１と比べて一対の信号導体１４ｂ，１５ｂ間の間隙Ｓ２を広げるようにする。同様に、一対の信号導体１６ａ，１７ａ間の間隙Ｓ１と比べて一対の信号導体１６ｂ，１７ｂ間の間隙Ｓ２を広げるようにする。
【００１７】
具体的には、一対の信号導体１４ａ，１５ａ間の間隙Ｓ１が信号導体１４ａ，１５ａの導体幅Ｗと一致する場合、スルーホール１８，１９を中心とするインピーダンス低下領域では、一対の信号導体１４ｂ，１５ｂ間の間隙Ｓ２を信号導体１４ｂ，１５ｂの導体幅Ｗより広げるように設定して（間隙Ｓ２の設定方法は後述する）、他の領域の差動インピーダンスと等しくなるように補償する。例えば、一対の信号導体１４ｂ，１５ｂ間の間隙Ｓ２を信号導体１４ｂ，１５ｂの導体幅Ｗの２倍以上に設定して、他の領域の差動インピーダンスと等しくなるように補償する。同様に、一対の信号導体１６ｂ，１７ｂ間の間隙Ｓ２を信号導体１６ｂ，１７ｂの導体幅Ｗの２倍以上に設定する。なお、この場合、信号導体１４ｂ，１５ｂ間、及び信号導体１６ｂ，１７ｂ間の電磁界的な結合は、２０％以上低下する。
【００１８】
一方、他の領域では、電磁界的な結合を高めるため、一対の信号導体１４ａ，１５ａ間の間隙Ｓ１をグランド導体１２，１３と信号導体１４ａ，１５ａ間の距離Ｆ以下に設定し、かつ、信号導体１４ａ，１５ａの導体幅Ｗ以下に設定する（間隙Ｓ１の設定方法は後述する）。同様に、一対の信号導体１６ａ，１７ａ間の間隙Ｓ１をグランド導体１２，１３と信号導体１６ａ，１７ａ間の距離Ｆ以下に設定し、かつ、信号導体１６ａ，１７ａの導体幅Ｗ以下に設定する。
なお、グランド導体１２と信号導体１４ａ間の距離と、グランド導体１３と信号導体１５ａ間の距離とが異なる場合、短い方の距離より狭くなるように、一対の信号導体１４ａ，１５ａ間の間隙Ｓ１を設定する。同様に、一対の信号導体１６ａ，１７ａ間の間隙Ｓ１を設定する。
【００１９】
なお、スルーホール１８，１９を中心とする領域の差動インピーダンスＺと、他の領域の差動インピーダンスＺ１と等しくするため、下記の関係を満足するように、一対の信号導体１４ａ，１５ａ間の間隙Ｓ１と、一対の信号導体１４ｂ，１５ｂ間の間隙Ｓ２とを設定する。
Ｚ＝Ｚ１＝Ｚ２
Ｚ１＝√（Ｌ１／Ｃ１）
Ｚ２＝√（Ｌ２／（Ｃ２＋ΔＣ））
Ｚ＝３０π（Ｈ−ｔ）／｛√ε_ｒ（Ｗ＋ＨＣ_ｆＡ／２π）｝
Ａ＝１＋｛ｌｏｇ_ｅ（１＋ｔａｎｈθ）｝／ｌｏｇ_ｅ２
Ｃ_ｆ＝２ｌｏｇ_ｅ｛（２Ｈ−ｔ）／（Ｈ−ｔ）｝−ｔ［ｌｏｇ_ｅ｛ｔ（２Ｈ−ｔ）／（Ｈ−ｔ）^２｝］／Ｈ
・差動インピーダンスＺ１の場合
θ＝πＳ１／２Ｈ
Ｃ_ｆ＝Ｃ１
・差動インピーダンスＺ２の場合
θ＝πＳ２／２Ｈ
Ｃ_ｆ＝Ｃ２＋ΔＣ
【００２０】
ここで、Ｃ１は信号導体１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａが有する単位長さ当りのキャパシタンス、Ｌ１は信号導体１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａが有する単位長さ当りのインダクタンス、Ｃ２は信号導体１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂが有する単位長さ当りのキャパシタンス、Ｌ２は信号導体１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂが有する単位長さ当りのインダクタンス、ΔＣはスルーホール１８，１９のキャパシタンスである。
また、Ｈは絶縁体１１の厚さ、ｔは信号導体１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａの厚さ、ε_ｒは絶縁体１１の比誘電率である。
【００２１】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、一対の信号導体に容量性負荷が接続される場合、容量性負荷を中心とするインピーダンス低下領域では、一対の信号導体間の間隙を広げて差動インピーダンスを高めるように構成したので、信号導体の導体幅を細くすることなく、インピーダンス不整合に起因する信号反射を抑制することができる効果を奏する。
【００２２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、特に言及していないが、図４に示すように、信号導体１４ｂ，１６ｂと信号導体１５ｂ，１７ｂ間の間隙に空気領域２０を設けるようにしてもよい。
即ち、ルータ加工等により穴を空けて空気領域２０を設けることにより、インピーダンス低下領域における一対の信号導体間の電磁界的な結合を更に弱めるようにする。
これにより、インピーダンス低下領域における差動インピーダンスを更に高めることができるため、インピーダンス低下の補償範囲を広げることができる。
【００２３】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、空気領域２０を設けるものについて示したが、図５に示すように、絶縁体１１と異なる誘電率を有する絶縁体（絶縁物質）を空気領域２０に埋め込むようにしてもよい。
これにより、一対の信号導体間の電磁界的な結合量を変更して、差動インピーダンスを調整することができる。
なお、絶縁体１１より低い誘電率を有する絶縁体を空気領域２０に埋め込めば、差動インピーダンスを高めることができ、絶縁体１１より高い誘電率を有する絶縁体を空気領域２０に埋め込めば、差動インピーダンスを下げることができる。よって、空気領域２０に埋め込む絶縁体の誘電率を適宜選定すれば、差動インピーダンスを微調整することができる。
【００２４】
実施の形態４．
上記実施の形態２では、空気領域２０を設けるものについて示したが、図６に示すように、導電性材料を空気領域２０に埋め込むようにしてもよい。
これにより、一対の信号導体間の電磁界的な結合量を変更して、差動インピーダンスを調整することができる。
なお、導電性材料を空気領域２０に埋め込むと、一対の信号導体間の電磁界的な結合量が増加して、差動インピーダンスが低下するが、例えば、空気領域２０を設けたことにより、差動インピーダンスが高くなり過ぎたような場合には、導電性材料を空気領域２０に埋め込むことによって各領域間の差動インピーダンスが等しくなるように補償することができる。
【００２５】
実施の形態５．
上記実施の形態１では、絶縁体１１の上層と下層の双方にグランド導体１２，１３が形成されているものについて示したが、絶縁体１１の上層又は下層にグランド導体が形成されていてもよい。
図７及び図８は絶縁体１１の上層にグランド導体１２が形成されている例を示している。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、一対の信号導体に容量性負荷が接続される場合、容量性負荷を中心とするインピーダンス低下領域では、一対の信号導体間の間隙を広げて差動インピーダンスを高めるように構成したので、信号導体の導体幅を細くすることなく、インピーダンス不整合に起因する信号反射を抑制することができる効果がある。
【００２７】
この発明によれば、インピーダンス低下領域以外の領域の一対の信号導体間の間隙が一対の信号導体の導体幅と一致する場合、インピーダンス低下領域では、一対の信号導体間の間隙を一対の信号導体の導体幅より広げるように構成したので、差動インピーダンスを高めることができる効果がある。
【００２８】
この発明によれば、インピーダンス低下領域以外の領域では、一対の信号導体間の間隙をグランド導体と信号導体間の距離以下に設定し、かつ、信号導体の導体幅以下に設定するように構成したので、一対の信号導体間の電磁界的な結合を高めることができる効果がある。
【００２９】
この発明によれば、インピーダンス低下領域における一対の信号導体間の間隙に空気領域を設けるように構成したので、インピーダンス低下の補償範囲を広げることができる効果がある。
【００３０】
この発明によれば、絶縁体と異なる誘電率を有する絶縁物質を空気領域に埋め込むように構成したので、一対の信号導体間の電磁界的な結合量を変更して、差動インピーダンスを調整することができる効果がある。
【００３１】
この発明によれば、導電性材料を空気領域に埋め込むように構成したので、一対の信号導体間の電磁界的な結合量を変更して、差動インピーダンスを調整することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による多層配線基板の配線構造とインピーダンスを示す説明図である。
【図２】図１の多層配線基板のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】図１の多層配線基板のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２による多層配線基板の配線構造を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態３による多層配線基板の配線構造を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態４による多層配線基板の配線構造を示す説明図である。
【図７】図１の多層配線基板のＡ−Ａ’断面図である。
【図８】図１の多層配線基板のＢ−Ｂ’断面図である。
【図９】従来の多層配線基板の配線構造とインピーダンスを示す説明図である。
【図１０】図９の多層配線基板のＣ−Ｃ’断面図である。
【符号の説明】
１１　絶縁体、１２　グランド導体、１３　グランド導体、１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ　信号導体、１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ　信号導体、１８
スルーホール、１９　スルーホール、２０　空気領域。

Claims

少なくとも絶縁体の上層又は下層に形成されたグランド導体と、上記絶縁体の内部に形成され、データの差動伝送を行う一対の信号導体とを備えた多層配線基板において、上記一対の信号導体に容量性負荷が接続される場合、上記容量性負荷を中心とするインピーダンス低下領域では、上記一対の信号導体間の間隙を広げて差動インピーダンスを高めることを特徴とする多層配線基板。
インピーダンス低下領域以外の領域の一対の信号導体間の間隙が上記一対の信号導体の導体幅と一致する場合、上記インピーダンス低下領域では、上記一対の信号導体間の間隙を上記一対の信号導体の導体幅より広げることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
インピーダンス低下領域以外の領域では、一対の信号導体間の間隙をグランド導体と上記信号導体間の距離以下に設定し、かつ、上記信号導体の導体幅以下に設定することを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
インピーダンス低下領域における一対の信号導体間の間隙に空気領域を設けることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の多層配線基板。
絶縁体と異なる誘電率を有する絶縁物質を空気領域に埋め込むことを特徴とする請求項４記載の多層配線基板。
導電性材料を空気領域に埋め込むことを特徴とする請求項４記載の多層配線基板。