JP3530195B2 - 高速の信号を搬送するための回路基板、アセンブリ、およびアセンブリのインピーダンスを増大させる方法 - Google Patents

高速の信号を搬送するための回路基板、アセンブリ、およびアセンブリのインピーダンスを増大させる方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は一般に、可撓性ケーブルおよびプリント回路
基板伝送線に関し、より特定的には、可撓性ケーブルお
よびプリント回路基板内の信号線のインピーダンスを制
御するための装置および方法に関する。
関連技術の説明 本発明は、接地基準平面に近接して多数の導体を有す
るプリント回路基板内の、および平らな可撓性ケーブル
内の、データ伝送線または他の種類の伝送線のインピー
ダンスの制御に関する。
マイクロストリップおよびストリップラインはデジタ
ルコンピユータの高速論理回路を相互接続するのに広く
使用されているが、これは、それらがオートメーション
化された技術によって製造が可能でありかつインピーダ
ンスが制御された信号経路を提供することができるため
である。しかし、マイクロストリップ構造は、相当なレ
ベルの無関係の電磁放射を容認してしまう。ストリップ
ライン構造は、不所望の電磁放射を大いに減ずるよう利
用することが可能であるが、第２の基準または接地層を
付加することにより、信号導体と基準平面との間の容量
性結合が増大する結果となり、したがって、信号導体の
インピーダンスを大いに減じることとなる。所望の高イ
ンピーダンスを維持するためには、従来のストリップラ
イン構造における基準層と信号導体との間の距離は、マ
イクロストリップ構造におけるそれより大きくなければ
ならない。こうして厚みが増すことで、ケーブルが多数
の曲げに耐える能力ははるかに減じられ、または、プリ
ント回路基板で使用される場合には、プリント回路基板
の全体的な厚みが増す。
典型的に、導体は、可撓性ケーブルまたはプリント回
路基板内の平面内に形成される。接地平面または他の基
準電圧平面は、導体平面と平行の平面内に位置付けられ
て、信号導体のインピーダンスを制御し、かつ、デジタ
ルコンピュータで見られる高速データ信号およびクロッ
ク信号のような高周波数信号を搬送する、導体からの電
磁放射の伝達を阻止する。プリント回路基板等において
は、通常は中実の接地平面が使用される。しかし、中実
の接地平面は非常に薄く作られない限り柔軟性に欠け、
したがって、たとえばノートブックコンピユータの可動
性ディスプレイスクリーンとベースとの間の可撓性ケー
ブル内の信号導体等のような、頻繁に曲げられるケーブ
ル内の信号導体を保護するのに、容易に使用することは
できない。さらに、信号導体に隣接して形成される中実
接地平面のキャパシタンスは大きいため、信号導体のイ
ンピーダンスは所望のレベルより低くなるおそれがあ
る。これに対し、もし接地平面がそのキャパシタンスを
減じかつしたがってそのインピーダンスを増大するよう
に信号導体から遠く隔てられる場合には、可撓性ケーブ
ルはその厚さが増し、かつしたがって、柔軟性が低減さ
れ、繰返し曲げられることによって破損するおそれがあ
る。同様に、プリント回路基板もまたその厚みを増し、
したがって、より重くなりかつ構築のコストが増す。
マイクロストリップ設計においては、格子に形成され
る導電性要素を有する基準平面が、インピーダンスを増
しかつ柔軟性を提供するように利用されてきている。し
かし、格子は中実基準平面のように連続的ではないため
に、格子構造の基準平面によって保護された信号導体の
インピーダンスを制御することは極めて難しいことがわ
かっている。これは、信号導体が横切る導電性格子要素
の面積が制御されないこと、かつしたがって、その信号
導体のキャパシタンスをシールドする格子を基準として
制御できないこと、に起因する。したがって、本発明の
目的は、有効なシールドを提供し、かつ、制御可能な特
有のインピーダンスを有する、可撓性ケーブルおよび回
路基板を提供することがである。
マイクロストリップおよびストリップライン構造のイ
ンピーダンスは、従来より、信号導体の幅、信号導体の
１または複数の基準平面からの隔たり、信号導体を取囲
む誘電体、および、これらより程度は低いが、信号導体
の厚さによって決定されてきた。
しかし、ストリップラインおよびマイクロストリップ
におけるインピーダンスを決定するこのような従来技術
による方法は、設計者に非常に多くの制約を課す。たと
えば、最新型ディスクトップおよびサーバシステムにお
ける周辺コンポーネントの相互接続、といった応用にお
いては、プリント回路基板上には非常に高いインピーダ
ンスが要求される。既存の技術を使用してこのような高
インピーダンスを得る方法の１つに、信号導体と基準平
面との間隔を大きくする方法がある。しかし、この方法
は、標準的な厚さではない高価なプリント回路基板を使
用せねばならない。このような非標準的なプリント回路
基板は実装が高くつくばかりではなく、容量が嵩張るた
めに、多くの応用に適さない。したがって、本発明の目
的は、回路基板の厚さを増すことなく、高インピーダン
スを提供する、回路基板を提供することである。
代替的に、マイクロストリップの設計者は、信号導体
の基準平面からの間隔を増しかつ信号導体の幅を減じる
ことによって、信号導体のインピーダンスを増大させる
という方法を選択することも可能である。しかしなが
ら、設計者は、後者の手順を実現する際に２つの制限を
受ける。第１に、信号導体の最小幅は、現在の技術によ
って、およそ４ミル（１ミル＝0.0001インチ）に制限さ
れている。第２に、回路基板の製造コストは、導体の幅
が６ミル以下になると、大いに増大する。
従来の技術によるマイクロストリップ構造に関連する
別の欠点は、順方向および逆方向の両方向のクロストー
クが発生することである。これは、信号の品質を大いに
損ねかねない。クロストークは、１チャネルの信号が別
のチャネルの信号に結合する結果として生じるものであ
る。クロストークは、多数の原因から生じ得るが、その
１つは、ケーブルパラメータの不均衡である。特に、ク
ロストークは、導体のキャパシタンスとインダクタンス
の間の不均衡から生じ得る。この不均衡のために、１導
体の信号と別の導体の信号とのネット結合が生じるので
ある。このような不均衡は一般に、従来の技術によるマ
イクロストリップ構造の場合のように、導体が不均質な
媒体に晒される際に増大する。したがって、本発明の別
の目的は、インピーダンスを増大させながらもクロスト
ークを低減する、回路基板を提供することである。
上述の制限に加えて、従来のマイクロストリップ構造
における表面導体は、高いレベルの電磁放射を発する。
これは、周囲の電子機器回路の可能性を損なう。逆に、
無関係な放射はまた、表面導体の動作に影響を及ぼしか
ねない。従来の技術によるマイクロストリップ構造にお
いては、十分なシールドを提供することは不可能であっ
た。なぜなら、信号導体の表面は、回路基板を包含する
システムのキャビティ内に自由に放射することができた
ためである。このような放射を抑制するには、信号導体
はストリップライン構造を使用して構築する必要があっ
た。しかし、ストリップライン構造の高インピーダンス
導体では、その所望の高インピーダンスを得るために、
基準平面と導体との間の間隔を大幅に増大する必要があ
る。しかしながら、このように厚みを増すことは、薄い
回路基板または標準的な厚さの回路基板が必要とされる
応用において不所望である。したがって、本発明の別の
目的は、インピーダンスを増大させながらも有効なシー
ルドを提供する、回路基板を提供することである。
可撓性ケーブルおよびプリント回路基板の伝送線のた
めのインピーダンスの範囲を増大させかつ制御するため
の従来の技術による取組みにおける制限は、Edward D.S
uskiに発行されかつAST Research,Inc.に譲渡された、
米国特許番号第5,300,899号に提示されたいる。米国特
許番号第5,300899号の内容は、その全体が、ここに引用
により援用される。米国特許番号5,300,899号に記載さ
れた技術は、実質的に同一の第１および第２の導電性シ
ールド格子を利用する。ここで、第２の導電性格子は、
第１の格子を基準として予め定められたずれた位置に位
置付けられ、また、導電性線は、それら格子の間に、格
子を基準として予め定められた位置に位置付かれる。中
実の導電性平面ではなく導電性シールド格子を使用する
ことにより、基準平面の柔軟性をより増すことが可能で
ある。さらに、導電性線と基準格子との間のキャパシタ
ンスは、導電性線と中実の基準平面との間のキャパシタ
ンスよりも小さい。さらに、導電性線を格子を基準とし
て予め定められた位置に位置付け、各々の導電性線を隣
接する導電性線と予め定められた一定の距離だけ隔てて
位置付けることによって、そのキャパシスタンス、かつ
したがってそのインピーダンスを、シールド格子を基準
として確実に制御することが可能となる。
しかしながら、米国特許番号第5,300,899号に記載の
技術によれば、導電性線は格子を基準として予め定めら
れた位置に位置付けられ、また、各導電性線は、隣接す
る導電性線とは予め定められた距離だけ間隔をおかれ
る。これらの条件は、導電性線を位置付ける際に条件を
課し、かつしたがって、経路付けをより困難にする。さ
らに、所与の面積内に経路付けが可能な線の数もまた制
限される。
したがって、当該技術分野においては、ストリップラ
イン設計において何千回もの曲げが可能な柔軟な基準平
面を有しかつ所望のインピーダンスを達成する、可撓性
ケーブルを提供する必要がある。この可撓性ケーブル
は、受入れ可能なシールド能力を提供しながらも、信号
導体を予め定められたように位置付ける必要なく、か
つ、信号の品質を損なうことなく、信号の転送を可能に
するものである。
当該技術分野においてはまた、回路基板の厚さを増し
たり導体の幅または導体の厚さを減じたりすることな
く、また、所望の増大されたインピーダンスを達成する
ために不均質もしくは非標準的な誘電体材料を使用する
ことなく、信号線のインピーダンスが増大された、回路
基板を提供する必要がある。この回路基板は、受入れ可
能なシールド能力を提供しながらも、信号の品質を損な
ったり信号密度を損失することなく、かつ、信号導体を
予め定められた位置に位置付ける必要なく、信号を転送
することを可能にするものである。
発明の概要 本発明は、可撓性ケーブル内の信号導体の、または、
そのような信号導体を複数含むプリント回路基板内の信
号導体の、インピーダンスの範囲を増大させるための装
置および方法に関する。これらケーブルまたは回路基板
はまた、導電性材料を含むパターンを有する格子を含
む。この格子パターンは、信号導体が第１の軸に平行に
配向されるよう構成される。信号導体は、それら信号導
体がどこに位置付けられるかにかかわりなく、導電性材
料の、実質的に一定の面積を覆う。
本発明の１局面は、第１の軸を有する回路基板（また
はケーブル）に関する。この回路基板はさらに、第１の
セル構造を含む第１のパターンを有する第１の格子を含
む。この回路基板はまた、第１の格子に実質的に平行で
ありかつその第１の格子のセル構造を基準として予め定
められたずれた位置に位置合わせされた第２のセル構造
を有する、第２の格子を含む。上記第２の格子は、第２
のセル構造を含む第２のパターンを有する。上記第１お
よび第２のセルは、第１の格子と第２の格子との間に配
置されかつ第１の軸に平行に配向された信号導体が、そ
の信号導体がどこに位置付けられるかにかかわりなく、
実質的に一定のキャパシタンスを有するように構成され
る。好ましい実施例においては、第２のパターンは第１
のパターンと実質的に同じであり、第２のセル構造は第
１のセル構造と実質的に同じである。
特に有利な実施例においては、シールドシステムは、
第１の平面内に第１の導電性格子を含む。この第１の導
電性格子は、第１の軸および第２の軸を有する。第２の
軸は、上記第１の平面内の第１の軸と垂直である。信号
導体は、第１の平面と実質的に平行である第２の平面内
に配置される。この信号導体は、第１および第２の軸の
うち一方と平行に位置付けられる。信号導体は、その信
号導体が第２の平面内でどこに位置付けられるかにかか
わりなく、第１の導電性格子を基準として実質的に一定
のキャパシタンスを有する。好ましい実施例において
は、このシールドシステムはまた、第１の導電性格子に
実質的に平行な第２の導電性格子を含み、上記信号導体
は、第１の導電性格子と第２の導電性格子との間に配置
される。これら第１および第２の導電性格子の面積は、
信号導体に対して一定のキャパシタンスを提供するよ
う、変化される。
本発明の別の局面は、第１の軸を有する導電性材料の
格子を含む、回路基板に関する。この回路基板はまた、
格子から比較的一定の距離に配された信号導体を含む。
この信号導体は、その導体が位置付けられる場所にかか
わりなく、導電性材料の実質的に一定の面積を横切る。
本発明のさらに別の局面は、第１の軸を有する導電性
材料の格子を含む、回路基板に関する。この格子はま
た、第１の軸に垂直な第２の軸を有する。この回路基板
はさらに、第１の軸に平行に位置付けられた信号導体を
含む。この信号導体は、その信号導体が第２の軸に沿っ
てどこに位置付けられるかにかかわりなく、格子に対し
て実質的に一定のキャパシタンスを有する。好ましい実
施例においては、この回路基板はさらに、第１の軸にお
いて第１の格子から予め定められたずれた位置に位置合
せされた、導電性材料の第２の格子を含む。この第２の
格子もまた、第１の格子から第３の軸に沿って予め定め
られたずれた位置に位置付けられる。この第３の軸は、
第１および第２の軸と直交する。導電性信号は、第１お
よび第２の格子の間に配置される。第１の格子の導電性
材料の面積および第２の格子の導電性材料の面積は、第
１の格子と第２の格子とが第３の軸で重なり合う場所で
減じられて、信号導体に実質的に一定のインピーダンス
を提供する。
本発明の別の局面は、回路基板内の信号導体のインピ
ーダンスを増大させる方法に関する。この方法は、信号
導体の一方側上に第１の軸を有する、第１のパターン化
されたシールド格子を位置付けるステップを含む。この
パターン化されたシールド格子は、導電性要素の複数の
交点を含む。この方法はさらに、信号導体を第１の軸と
平行に位置付けるステップを含む。この方法はさらに、
導電性要素を構成するステップおよび交点を構成するス
テップを含み、それにより、信号導体によって形成され
る平均キャパシタンスが信号導体を第２の軸に沿って位
置付ける場所にかかわらず実質的に一定となるようにす
る。好ましい実施例においては、この方法はさらに、第
２のパタン化されたシールド格子を信号導体の反対側に
位置付けるステップを含む。ここで、第２の格子は、第
１の格子とは、第１の軸に沿ってずらされている。この
方法はさらに、キャパシタンスが比較的一定に保たれる
ように、第１の格子を構成するステップおよび第２の格
子を構成するステップを含む。
本発明のさらに別の実施例においては、回路基板は第
１の軸を有する。この回路基板はさらに、第１の信号導
体および第２の信号導体を含む。これら第１および第２
の信号導体は、第１の軸に平行に配向される。この回路
基板はさらに、第１および第２の信号導体とは距離をお
かれた第１の平面内に配された、導電性要素の第１の組
を含む。導電性要素の第２の組は、第１の平面内に、導
電性要素の第１の組と垂直に配置される。導電性要素の
第１の組および導電性要素の第２の組が、セルの繰返さ
れるパターンを形成する。これらセルの各々は、第１お
よび第２の頂部（または角頂部）を有する。第１の頂部
は、第２の頂部と対角線上に対向するように配される。
第１の頂部内には隅肉部が配置され、かつ、第２の頂部
内にも隅肉部が配置される。これにより、信号導体の各
々は、導電性要素および隅肉部の、実質的に一定の面積
を覆うようになる。好ましい実施例においては、セルの
各々は第３および第４の頂部を有する。第３の頂部内に
隅肉部が配置され、かつ、第４の頂部内に隅肉部が配置
される。本発明のまた別の好ましい実施例においては、
上記回路基板はさらに、第１の軸と垂直に配向された第
３の信号導体を含む。
図面の簡単な説明 図１は、先行技術による格子状の基準平面の平面図を
示す。
図２は、信号導体が異なる間隔で配された、先行技術
による格子状の基準平面の平面図を示す。
図3aは、本発明に従ったセル構造の第１の好ましい実
施例を示す。
図3bは、本発明に従ったセル構造の第２の好ましい実
施例を示す。
図４は、本発明に従ったシールドされた可撓性ケーブ
ルの第１の実施例の平面図を示す。
図５は、図４における断面５−５の拡大図を示す。
図６は、図５における線６−６に沿って取られた、本
発明の立位断面図を示す。
図７は、本発明に従った回路基板伝送線の第２の好ま
しい実施例の平面図を示す。
図８は、図７の線８−８に沿って取られた、本発明の
立位断面図を示す。
図９は、本発明に従った回路基板伝送線の第３の好ま
しい実施例の平面図を示す。
図10は、図９の線10−10に沿って取られた、本発明の
平面図の立位断面図を示す。
図11は、信号導体において90゜の回転を行なうため
の、好ましい方法の平面図を示す。
図12は、本発明に従った回路基板伝送線の第４の好ま
しい実施例の平面図を示す。
図13は、図12の線13−13に沿って取られた、本発明の
回路基板の一実施例の立位断面図を示す。
図14は、本発明の回路基板の一実施例の立位断面図を
示す。
好ましい実施例の詳細な説明 図１は、米国特許番号第5,300,899号に記載された、
先行技術による格子状の基準平面システムを示す。中実
の導電性平面ではなく、導電性のシールド格子を使用す
ることにより、柔軟性のより高い基準平面を作ることが
可能である。さらに、以下に記載するように、導電性線
と中実の基準格子との間のキャンパシタンスは、導電性
線と基準平面との間のキャパシタンスよりも小さい。
米国特許番号第5,300,899号に記載された基準格子シ
ステムは、シールド格子18を含み、これはさらに、導電
性要素６、８の組、および、複数の信号導体１、２、４
を含む。これらすべては、以下に記載するように、互い
に予め定められた位置で位置合わせされる。
図１に示すように、シールド格子18は、その各子18を
形成する導電性要素６、８によって形成される、正方形
の繰返すパターンを有する。図示されるように、格子18
の要素６は、要素８と垂直である。
以下に記載するように、信号導体１、２、４のキャパ
シタンスは、信号導体１、２、４が格子18を横切る際
に、隣接するシールド18の導電性領域の影響を受ける。
特に、以下に述べる理由により、それらの正方形は信号
導体１、２、４の主配向を基準として45゜の角度で配向
され、それにより、導電性要素６、８が信号導体１、
２、４に対して網目状となるようにされる。
格子の正方形の各々は、２つの導電性要素６、８の交
点によって形成される、４つの頂部を有する。図１にさ
らに示されるように、信号導体１、２、４は好ましく
は、信号導体１、２、４が格子18の導電性要素によって
規定される正方形の頂部から頂部へと延びるように、位
置付けられる。このように信号導体１、２、４を位置付
けることによって、信号導体１、２、４は、格子18の頂
部を通過し、かつ、各信号導体が格子の導電性材料の同
じ領域を覆うようになる。
信号導体によって覆われる導電性材料の面積のキャパ
シタンスとの関係は、次の式（１）によって示される。
式中： ε０は、自由空間の誘電率、 εｒは、導体と基準平面との間の材料の誘電率、 ｈは、信号導体と基準平面との間の間隔、および ａは、格子の、信号導体で覆われた導電性材料の面
積、である。
したがって、図１に示すように、信号導体１、２、４
の各々は、それらが横切るすべてのセルについて、導電
性材料の実質的に同じ領域を覆う。式（１）を参照し
て、信号導体１、２、４が寸法D1の整数倍によって互い
にずらされており、かつしたがって各々が格子18の導電
性材料の同じ領域を覆う限り、信号導体１、２、４の容
量性結合は実質的に同じである。
式（１）を参照して、信号導体１、２、４のインピー
ダンスは、キャパシタンス、インダクタンス、抵抗およ
びコンダクタンスの関数であり、以下の式（２）とな
る。
式中、Z0は、信号導体に特有のインピーダンスであり、
Ｒは抵抗、Ｇはコンダクタンス、ωはラジアンで示した
周波数（すなわち、２πｆ）、ｊは平方根（−１）、Ｌ
はインダクタンス、および、Ｃは信号導体のキャパシタ
ンスである。
高周波数においては、インピーダンスは主に、キャパ
シタンスおよびインダクタンスによって決定され、式
（２）は下の式（３）に低減される。
したがって、導体の基準平面への容量性結合を減じるこ
とによって、式（３）の分母におけるＣの値は減じら
れ、その特有のインピーダンスは増大する（すなわち、
インピーダンスは導体の単位長さあたりのキャパシタン
スに逆比例する）。このことは、基準平面を導体からよ
り遠くに移動させるのと同じ効果を有し、これにより、
信号導体の特有のインピーダンスが増大する。したがっ
て、中実の基準平面ではなく格子の基準平面を使用する
ことによって信号導体１、２、４のキャパシタンスを減
じることにより、および、その平均キャパシタンスを実
質的に一定に保つことにより、信号導体のインピーダン
スを、ノートブックコンピュータその他のような電子シ
ステムにおける他の回路経路に特有のインピーダンスと
合致するよう十分高いインピーダンスで、正確にかつ一
貫して維持することが可能となる。たとえば、50オーム
の特有のインピーダンスを提供することがしばしば望ま
れるが、これは、高周波数のクロック回路において頻繁
に使用されるインピーダンスである。
しかし、もし信号導体１、２、４が寸法D1の整数倍に
よって互いにずらされているのではなく、信号導体１、
２、４が図２に示したように互いに無秩序に間隔をおか
れて配されている場合には、信号導体１、２、４は格子
２の導電性材料の同じ領域を覆うことはない。したがっ
て、一例として、もし信号導体１、２、４が１単位幅で
ある幅W1を有し、かつ、導電性要素６、８の各々がおよ
そ2.1単位幅である幅W2を有する場合には、信号導体１
は3.5単位面積を覆い、信号導体２は５単位面積を、信
号導体４は６単位面積を覆う。したがって、式（１）を
参照して、格子18に対する信号導体１、２、４の相対的
な容量性結合は、信号導体１、２、４に関して、信号導
体１における3.5から、信号導体２における５、さらに
信号導体４における６までで変化することになる。した
がって、キャパシタンスの最悪の場合の変化量は、信号
導体１から信号導体６まででおよそ71％である。キャパ
シタンスにおける変化量のパーセンテージは、信号導体
１、２、４の幅および導電性要素６、８の幅によって異
なり得る。信号線のインピーダンスは式（３）に示され
るように、キャパシタンスの平方根と逆比例するため
に、信号導体１、２、４のインピーダンスは、インダク
タンスの変化を無視して、信号導体１から信号導体４ま
でで、最大でおよぞ31％変化することになる。したがっ
て、米国特許番号第5,300,899号に記載された発明は中
実でない基準平面を使用して配線インピーダンスを増大
させるものの、この米国特許番号第5,300,899号におい
ては、信号線のために一定のインピーダンスを維持する
ために、比較的一定の信号導体対信号導体の位置合わせ
を必要とする。すなわち、図１に示すように、すべての
信号導体は、格子の交点と位置合わせされる。代替的
に、米国特許番号第5,300,899号に記載されるように、
それら信号導体は交点から予め定められた同様のずらせ
方で位置付けられてもよい。したがって、この方法は、
経路付けの目的のために利用可能な信号平面領域を制限
し、かつしたがって、経路付け密度を低減しかつ経路付
けをより複雑なものにする。
図４および図５は、本発明に従った回路基板10を示
す。図５に示すように、この回路基板は、導電性シール
ド格子20を含み、これが、導電性要素の組および複数の
信号導体60、62、64を含む。
シールド格子20は、導電性要素22、24によって形成さ
れるセル構造の繰返されるパターンを有する。図3aに示
すように、本発明の好ましい実施の形態の一例における
セル構造は、先行技術による格子状の基準平面18におい
て使用される正方形のセルの各々の、４つの頂部のうち
２つの対向する頂部76、78に隅肉部を加えて、導電性要
素22、24の整形された交点75を形成することによって、
形成される。結果として得られるセル構造は、目の形を
しており、第１および第２の角72、74を有する。図５を
参照して、本発明の好ましい実施例においては、導電性
要素22は導電性要素24と垂直である。本発明の好ましい
一実例においては、導電性要素22、24の整形された交点
75は、目の形状の構造をはさんで互いに対向するよう配
置され、かつ、距離Ｄだけ間隔をおかれている。整形さ
れた交点75は、図５に示すように配向される場合、垂直
方向に隣接するセル構造の間に位置付けられる。なお、
図3aおよび図５に示すセルの構成は例示のためのもので
あって、他の多くの好適な構成が用いられてもよい。
好ましくは、格子20はプリント回路基板エッチング技
術によって、プリント回路基板のブランクから銅または
他の導電性材料を除去してそのエッチング後に残った導
電性材料が導電性要素22、24を形成するようにすること
によって、形成される。
第１の角72と第２の角74との間の距離Ｄは、２つの導
電性要素の間に最も大きい開口部を形成する。これをス
ロットサイズと呼ぶ。電気信号をシールドする技術分野
において周知のように、このスロットサイズが信号導体
60、62、64のいずれかにおいて伝播される最も高い信号
周波数の波長の1/2よりも小さい場合に、信号導体60、6
2、64からの電磁エネルギの放射に対して、有効なバリ
ヤが形成される。ただし、一例として100Mhzの周波数を
有するクロック信号等の信号は、周波数の何倍もの高調
波を有するものと理解されたい。シールド格子20の格子
要素の間の許容可能な最大距離を決定する際には、最も
高い信号周波数の高調波が考慮される。好ましい実施例
においては、距離Ｄは信号導体60、62、64を通じて移動
する信号に期待される最も短い波長のサイズの1/20より
も小さくなるように選択され、それにより、十分なシー
ルドが保証される。たとえば、問題となる最高の高調波
が（0.15メートルの波長に対応して）2GHzの周波数を有
する場合には、望まれる最大距離Ｄは0.75cmである。
図６に示すように、信号導体60、62、64は、格子20か
ら実質的に一定距離で格子20に平行に配向され、信号導
体60、62、64は、絶縁体50によって、格子20から電気的
に絶縁される。格子20の底面には、絶縁体56が積層され
る。埋込型マイクロストリップの場合には、信号導体6
0、62、64の上面に絶縁体54が積層される。これらの層
は、当該技術分野において公知の好適に接着剤によっ
て、ともに狭まれかつ適所に保持される。
以下の説明をより完全に理解するために、図面にＸ、
Ｙ、Ｚ座標システムを構築すると便利である。Ｘ軸およ
びＹ軸は、図５に示すように水平平面内に存在する。格
子20は、この水平平面と平行な平面内に存在する。同様
に、信号導体60、62、64は、格子20の平面と平行の平面
内に存在する。信号導体60、62、64の主配向は、図５に
示すように、Ｙ軸と平行である。Ｚ軸は、図６に示すよ
うに、Ｘ軸およびＹ軸と垂直である。
図５にさらに示すように、整形された交点75の第１の
端部と整形された交点75の第２の端部との間の寸法L2
は、Ｙ軸の方向で導電性要素24を横切る寸法L1の２倍で
ある。したがって、信号導体60、62、64は、格子20を含
む導電性材料の実質的に同じ領域を覆う。距離Ａ内で、
信号導体60は３つの交点に匹敵する部分を横断し（信号
導体60は２つの完全な交点と２つの1/2量の交点を横切
る）、信号導体62は６個の導電性要素を横断し、また、
信号導体64は、信号導体60と同じ数の交点および信号導
体64と同じ数の導電性要素の部分の、両方の部分を横断
する。したがって、信号導体をＸ軸のどこに位置付ける
かにかかわらず、信号導体は格子20を含む導電性材料の
実質的に同じ領域を覆うことになる。
以上のように、式（１）に示すように、信号導体のキ
ャパシタンス“C"は、その導体によって覆われる格子の
導電性材料の面積である、面積“a"に比例する。したが
って、キャパシタンス“C"は、“a"が減少するのに比例
して減少する。この発明に従った導電性基準格子を使用
する場合、信号導体を覆いかつそれに平行する導電性材
料の面積は、中実の導電性基準平面を使用するシステム
における信号導体を覆いかつそれと平行な導電性材料の
面積よりも小さい。したがって、本発明の信号導体のキ
ャパシタンスは、従来のシステムにおけるキャパシタン
スよりも低くなる。さらに、導電性格子20に対する信号
導体60、62、64のキャパシタンスがそれら導体が覆う導
電性材料の面積に比例するため、Ｘ軸において信号導体
対信号導体の位置合わせが一定でないか、または、格子
対導体の位置合わせが一定でない場合においても、信号
導体60、62、64は導電性格子20で形成される実質的に同
じ平均キャパシタンスを有する。
信号導体60、62、64のインピーダンスは、式（２）で
規定したように、キャパシタンス、インダクタンス、抵
抗およびコンダクタンスの関数である。信号導体60、6
2、64のインダクタンスのばらつきは顕著ではなく、以
下の説明においては無視されてもよい。式（３）を参照
して、格子20に対する信号導体60、62、64の平均キャパ
シタンスにおけるばらつきが最小となるようにセルを構
成することによって、信号導体60、62、64のインピーダ
ンスは同様に最小に抑えられる。本発明における信号導
体60、62、64のインピーダンスにおけるこのような最小
のばらつきは、先に説明した先行技術において、格子に
対して導体を設定通りに位置付けることなく、簡単な網
目状の格子パターンを使用して達成されるものよりも勝
っている。ここで、第１の導体が横切る面積は、第２
の、平行の導体が横断する面積に対して、最高71％の割
合で変化し得る。この先行技術の実現においては、式
（１）および式（３）から明らかなように、第１の導体
のキャパシタンスは第２の導体のキャパシタンスと比較
して、同様に、最高71％変化し得る。したがって、キャ
パシタンスの逆数の平方根に比例するインピーダンス
は、インダクタンスの変化を無視して、最高31％変化し
得る。
上で論じたように、本発明は、信号導体と基準面との
間の距離を長くするなど、インピーダンスを上昇させ制
御する従来の方法に伴う制限および欠点を克服する。従
来の方法は、回路基板の厚み、重量および費用を増大さ
せるという逆効果を有する。
信号導体のインピーダンスを増加させるための別の従
来の技術では、信号導体の幅または厚みを減じることに
より、信号導体で覆われる基準面の面積を減じ、それに
よって、信号導体と基準面との間の容量性結合を減じ
る。この方策も所望されない結果を有するものであり、
なぜならば、薄い信号導体は、製造が困難であり、限ら
れた電流伝搬能力しか有さないかもしれないからであ
る。
インピーダンスを増大させるさらに別の従来の方策で
は、信号導体と基準面との間に、より低い誘電率の絶縁
体が用いられる。しかしながら、より低い誘電率を有す
る非標準的な絶縁体は、標準的な誘電体よりも非常によ
り多くの費用がかかる。したがって、より低い誘電率の
絶縁体を用いると、回路基板がより高価なものとなる。
本発明は、厚み、重量または費用を増大させることな
く、より高い、制御されたインピーダンスを与えるとい
う利点を有する。
配線インピーダンスを増大させる別の方策として、信
号導体対格子位置合わせを伴う非中実基準面が用いられ
る。しかしながら、この方策は、経路付け目的に利用可
能な信号面面積を制限し、それによって経路付け密度を
減じ、経路付けをより困難なものにするという制限を有
する。
したがって、上記の発明は、マイクロストリップライ
ンの高密度経路付けを支持するプリント回路基板シール
ドシステムを提供し、その一方で、相対的な格子対格子
位置合わせまたは相対的信号導体対信号導***置合わせ
を制御する必要がなく、およびインピーダンスを増大さ
せるための従来の方策に伴う不利益を受けることなく、
制御された一貫性のある高インピーダンスを提供する。
さらに、当該技術分野においては、上述の附随する欠
点を伴う従来の方法の１つに頼ることなく、および導体
対格子位置合わせまたは信号導体対信号導***置合わせ
を必要とすることなく、ストリップライン信号導体に対
する制御された増大されたインピーダンスを伴うプリン
ト回路基板またはケーブルの提供が要求されている。こ
れらの目的は、以下に論じられる本発明の好ましい実施
例によって満足される。
図７は、本発明の、３層が中央揃えされるストリップ
ラインの回路基板構成を示す。回路基板100は、導電性
要素の組を含むシールド格子120と、導電性要素の同様
の組を含むシールド格子140と、複数の信号導体160、16
2、164とを含む。
図７に示されるように、シールド格子120、140の各々
は、セル構造からなる一様な繰返しパターンを有する。
これらセル構造は、導電性要素122、124および142、144
によってそれぞれ形成される。好ましい実施例では、導
電性要素122は導電性要素124に垂直であり、要素142は
要素144に垂直である。本発明の１つの好ましい実施例
では、導電性要素122、124または142、144により形成さ
れるセル構造が目の形を有しかつ第１および第２の角17
2、174を有するように、形状化された交差部175が導電
性要素122、124または142、144の交差部に形成される。
図８に示されるように、信号導体160、160、164は、
格子120、40間に位置決めされ、格子120、140に平行に
配向される。これら信号導体160、162、164は、絶縁体1
50によって上側格子120から電気的に絶縁され、かつ絶
縁体152によって下側格子140から電気的に絶縁される。
上側格子120の上面には絶縁体154が積層され、下側格子
140の底面には絶縁体156が積層される。
以下の記載をより十分に理解するために、図面の図に
対しＸ、Ｙ、Ｚ座標系をここでも確立することが有用で
ある。ＸおよびＹ軸は図７において示されるように水平
面内にある。各角子120、140はこの水平面に平行な面内
にある。同様に、信号導体160、162、164は、２つの格
子120、140のそれぞれの面の間においてそれらの面と平
行な面内にある。信号導体160、162、164の主配向は、
図７に示されるように、Ｙ軸に平行である。Ｚ軸は図８
に示されるようにＸおよびＹ軸に垂直である。
図７および図８に示されるように、一方の格子の交差
部175のくびれが他方の格子の目の形状のセル190の中央
に来るよう、上側格子120と下側格子140とは互いに対し
てずらされる。このずれは上述のくびれが中央に来ない
ようなものであってもよいが、くびれを中央に置くこと
によって、この発明においてインピーダンスが最適に制
御される。特に、下側格子140の上になる、上側格子120
の導電性材料の面積が最小とされ、それによって、２つ
の格子120、140間、および格子120、140と格子120、140
間に置かれる信号導体160、162、164との間のキャパシ
タンスを最小にすることがわかる。したがって、格子交
差部180が全く重ならないよう、および格子導電性要素1
22、142および格子導電性要素124、144の最小限の重な
りのみが存在するよう、格子120、140は好ましくはずら
される。
図７にさらに示されるように、２つの格子120、140の
形状化された交差部175および導電性要素122、124、14
2、144の寸法の選択は、Ｘ軸における信号導体160、16
2、164の位置決めにかかわらずそれら信号導体がすべて
格子120、140に対し実質的に同じ平均キャパシタンスを
有するように行なわれる。これは、導電性要素122、12
4、142、144が交差部175間におけるそれらの中点で最も
狭くなるように導電性要素122、124、142、144をテーパ
することによって達成される。ここで用いられるよう
に、導電性要素122、124、142、144の「中点」という語
は、それぞれの要素の、隣接の交差部からおおよそ等距
離にある部分である。上側格子120と下側格子140とはそ
れらのそれぞれの中点で重なることがわかる。この重な
りによって、この重なりの間を通過する信号導体のイン
ピーダンスは、埋込マイクロストリップ実現例における
信号導体のインピーダンスに比して1/3低減される。イ
ンピーダンスにおけるこの低減の補償は、導電性要素12
2、124、142、144の直径を減じることによって交差部17
5間における導電性要素122、124、142、144の総面積を
約1/3減じてそのインピーダンスを回復させることによ
り行なわれる。したがって、信号導体160、162、164は
格子120、140との関係において実質的に同じキャパシタ
ンスを有する。距離Ａにおいて、信号導体160は３つの
交差部を横断し、信号導体162は導電性要素122、142ま
たは124、144の６つの重なりの間に置かれ、信号導体16
4は３つの交差部175の部分および６つの導電性要素12
2、124、142または144の部分を横断する。したがって、
信号導体がＸ軸において位置付けられる場所にもかかわ
らず、それは格子120、140に関し実質的に同じ容量性結
合を有することになる。
等式（２）に示されるように、信号導体160、162、16
4のインピーダンスは、キャパシタンス、インダクタン
ス、抵抗およびコンダクタンスの関数である。したがっ
て、整合性のある態様でキャパシタンスを信号導体16
0、162、164に減ずることによって、信号導体160、16
2、164のインピーダンスは、ノートブックコンピュータ
等にあるように、電子システムにおける他の回路パスの
特有インピーダンスに一致するよう十分に高く、正確に
かつ整合性をもって維持され得る。したがって、上述の
本発明は、ストリップライン信号導体の高密度経路付け
を支持するプリント回路基板シールドシステムを提供
し、その一方で、相対的信号導体対格子位置合わせを制
御する必要性を伴わず、相対的信号導体対信号導***置
合わせを制御する必要性を伴わず、インピーダンスを増
大させるための従来の方策に伴う不利益を被ることな
く、制御された一貫性のある高インピーダンスを提供す
る。
上に論じられ図７〜図８に示される本発明は、可撓性
の基準面を有する、ストリップライン設計において何千
回もの曲げが可能な、可撓性のある平坦なケーブルまた
は回路基板を提供し、信号の質を劣化させることなく信
号転送を可能にする一方で許容可能なシールド能力を与
えるような所望されるインピーダンスを達成する。この
設計は、ストリップライン導体が格子間に置かれる、対
称の、シフトされた基準面の対に基づく。これは、約５
ミルの薄い可撓性回路が必要であるような適用例では特
に有用である。
さらに、当該技術分野においては、前述の付随の欠点
を伴う従来の方法に依存することなく、制御され増大さ
れるインピーダンスを伴う複数の信号層を有する回路基
板を提供することが要求されている。このような目的
は、以下に論じられる本発明の好ましい実施例によって
満足され得る。
図９は、本発明の、４層の、中央揃えされないストリ
ップラインの実現例の好ましい実施例の平面図である。
図９に示されるように、回路基板200は、第１の導電性
シールド格子220と、第１の複数の信号導体260、262、2
64と、第２の複数の信号導体280、282、284と、第２の
導電性シールド格子240とを含む。
図９に示されるように、シールド格子220、224の各々
は、セル構造からなる繰返しパターンを有する。これら
セル構造は、導電性要素222、224および242、244によっ
てそれぞれ形成される。好ましい実施例では、導電性要
素222は導電性要素224に対し垂直であり、要素242は要
素244に対し垂直である。本発明の１つの好ましい実施
例では、形状化された交差部275は、導電性要素222、22
4の交差部、または導電性要素242、244の交差部に形成
される。導電性要素222、224および242、244により形成
されるこれらセル構造は、目の形状を有しかつ第１およ
び第２の角272、274を有する。
図10に示されるように、信号導体260、262、264は、
第１の信号層270を形成し、格子220、240間に位置決め
され格子220、240と平行に配向される。これら信号導体
260、262、264は上側格子220により接近する。同様に、
信号導体280、282、284は、第２の信号層272を形成し、
格子220、240間に位置決めされ格子220、240に平行に配
向される。信号導体280、282、284は下側格子240により
接近する。信号導体260、262、264は、絶縁体250によっ
て上側格子220から電気的に絶縁され、絶縁体252によっ
て信号導体280、282、284から電気的に絶縁される。信
号導体280、282、284は絶縁体258によって下側格子240
から電気的に絶縁される。上側格子220の頂面には絶縁
体254が積層され、下側格子240の底面には絶縁体256が
積層される。
以下の記載をより十分に理解するために、図面の図に
対しＸ、Ｙ、Ｚ座標系を確立するのがここでも有用であ
る。ＸおよびＹ軸は図９に示されるように水平面内にあ
る。格子220、240の各々はこの水平面に平行な面内にあ
る。下側格子240は、Ｘ−Ｙ面において上側格子220に対
し90゜回転される。信号導体260、262、264は、２つの
格子220、240の間において２つの格子220、240のそれぞ
れの面に平行な面内にある。信号導体260、262、264は
上側格子220により接近して位置決めされる。同様に、
信号導体280、282、284は、２つの格子220、240間にお
いてそれら２つの格子220、240のそれぞれの面に平行な
面内にある。信号導体260、262、264は下側格子240によ
り接近して位置決めされる。図９に示されるように、信
号導体260、262、264の主配向はＹ軸に平行であり、信
号導体280、282、284の主配向はＸ軸に平行である。Ｚ
軸は図10に示されるようにＸ軸およびＹ軸に垂直であ
る。
図９および図10を参照して、２つの格子220、240は、
格子240の交差部275のくびれが格子220の交差部275のく
びれに垂直になるように、互いに対してずらされ回転さ
せられる。格子240の交差部のくびれは、Ｘ軸およびＹ
軸において、格子220の目の形状のセル290の中央に置か
れる。このずれはくびれが中央に来ないようなものであ
ってもよいが、このくびれを中央におくことによって、
この発明においてインピーダンスの最適な制御がもたら
される。特に、下側格子240の導電性材料の上になる、
上側格子220の導電性材料の面積が最小にされ、それに
よって２つの格子220、240間のキャパシタンスが最小に
され、格子220、240と、格子220、240間に置かれる信号
導体260、262、264との間のキャパシタンスを最小にす
る。したがって、格子交差部275が全く重ならないよ
う、および格子導電性要素222、242と格子導電性要素22
4、244との最小限の重なりのみが存在するように、格子
220、224はずらされる。信号導体280、282、284は、２
つの信号層間のクロストークを最小限にするよう、信号
導体260、262、264に垂直に配向される。
等式（１）を参照して、キャパシタンスは信号導体と
基準面との間の分離に反比例する。したがって、当業者
には理解されることであるが、信号面270がＺ軸におい
て下側格子240よりも上側格子220から半分の距離にある
場合、下側格子240に対する信号導体260、262、264の容
量性結合は、より近い上側格子220に対する信号導体26
0、262、264の容量性結合に比して最小である。同様
に、Ｚ軸における下側格子240からの信号面272の距離
が、Ｚ軸における上側格子220からの信号面の距離の半
分である場合、上側格子220に対する信号導体280、28
2、284の容量性結合は、下側格子240に対する信号導体2
80、282、284の容量性結合に比して最小である。したが
って、上述の実施例は、信号層270、272間においてクロ
ストークが低減される、制御された高インピーダンス信
号導体からなる２つの層を提供する。上述の実施例は例
示的なものであり、当業者ならば本発明は３つの以上の
信号層および／または３つ以上の基準面とともに用いら
れてもよいことを理解するであろう。
時として、信号導体260、262、264または280、282、2
84は、たとえば設計レイアウトに一致させるために、ま
たはＹ軸に平行な線に沿っては位置合わせされないポー
ト間の接続をなすため等、さまざまな理由に対して再経
路付けされなければならない。このような場合、信号導
体260、262、264、または280、282、284は、そのような
接続をなすために、再配向されなければならない。図11
に示されるように、方向におけるこのような変更は、信
号導体のインピーダンスの不連続を最小限に保ちながら
であればなされてもよい。方向における90゜変更を達成
するために、信号導体260はまずＹ軸に平行な方向に配
向される。ビア（つまり貫通孔）234は、第１の信号導
体260と第２の信号導体280とを含む回路基板にあけられ
る。第２の導体280は、第１の導体260に対して90゜で配
向され、かつＸ軸に平行に配向される。第１の導体260
は、当該技術において公知であるように半田を充填され
るビア234によって、第２の導体280に電気的に接続され
る。この態様で、不連続を最小に保ちながら信号導体を
再経路付けしてもよい。
さらに、当該技術分野においては、上述の付随の欠点
を伴う従来の方法のうちの１つに依存することなく、お
よび導体対格子位置合わせを必要とすることなく、スト
リップラインおよびマイクロストリップ信号導体の両方
のための制御され増大されたインピーダンスを伴うプリ
ント回路基板またはケーブルであって、信号導体が、第
１の軸、または第１の軸に垂直な第２の軸のいずれかに
平行に配向されてもよいプリント回路基板またはケーブ
ルの提供が要求されている。これらの目的は、以下に論
じられる本発明の好ましい実施例によって満足される。
図12は、本発明のさらなる局面に従う回路基板を示
す。この回路基板は、導電性要素322、324の組と、複数
の信号導体360、362とを含む導電性シールド格子300を
含む。図12に示されるように、このシールド格子は、セ
ル構造からなる繰返しパターンを有する。これらセル構
造は導電性要素322、324によって形成される。図２に示
される信号導体360、362および導電性要素322、324の相
対幅は例示的なものとしてのみ示される。好ましい実施
例では、これらセルは図７に示される３層の好ましい実
施例におけるものと実質的に同じではあるが、ただし、
頂点172、174は、図3bに示されるように、形状化された
交差部375を形成する隅肉部で充填される。図3bおよび
図12に示されるこのセル構造は例示的に示されるもので
あり、他の数多くの好適な構成を用いてもよいことが理
解される。
以下の記載をより十分に理解するために、図面の図に
対してＸ、Ｙ、Ｚ座標系を確立するのが今一度ここでも
有用である。Ｘ軸およびＹ軸は図12に示されるように水
平面内にある。格子320はその水平面に平行な面内にあ
る。同様に、信号導体360、362は、格子320の面に実質
的に平行な面内にある。図12および図13に示されるよう
に、信号導体360の主配向はＹ軸に実質的に平行であ
り、信号導体362の主配向はＸ軸に実質的に平行であ
る。Ｚ軸は図13に示されるようにＸ軸およびＹ軸に垂直
である。
信号導体360、362は絶縁体350によって格子320から電
気的に絶縁される。埋込マイクロストリップの場合、信
号導体360、362の上側面は絶縁体354を積層される。こ
れらの層は、共に挟まれて、当該技術分野において公知
の好適な接着剤で適所に保持される。
図12に示されるように、導電性要素322、324および交
差部375は、信号導体がＸ軸に平行に配向されるかにか
かわらず、または信号導体がＹ軸に平行に配向されるか
にかかわらず、第１の信号導体により横断される面積
の、他の任意の信号導体に対する最大変動が最小限にさ
れるように、形状化される。したがって、当業者には理
解されることであるが、他の任意の信号導体に対し、第
１の信号導体によって横断される面積の変動を最小限に
することによって、他の任意の信号導体に対する第１の
信号導体のインピーダンスにおける変動も同様に最小に
されることになる。
当業者には、本発明の本局面は、３層が中央揃えされ
るストリップラインの実施例のみならず多数の他の構成
においても用いられ得ることが理解されるであろう。
図14は、６層回路基板400内において実施される本発
明の断面図を示す。図14における頂部の３つの層402
は、本発明の上側信号導体360と基準格子320と下側信号
導体480、482、484とを含む。信号導体360は第１の層40
4上にあり、基準格子320は第２の層406上にあり、下側
信号導体480、482、484は第３の層408上にある。下側の
３つの層410は、従来のマイクロストリップ設計の伝送
線および基準面を表わす。これら３つの下側層410の第
１の層412は第１の信号導体414を含む。３つの下側層41
0の第２の層416は中実基準面418を含む。第３の層428は
第２の信号導体422を含む。これらの層404、406、408、
412、416および418は、絶縁体によって互いから電気的
に絶縁され、共に挟まれて、当該技術分野において公知
の好適な接着剤で適所に保持される。
従来のマイクロストリップ伝送線に対する特有インピ
ーダンスと導体−基準面間の距離との関係は以下の等式
で表現される： h:表面導体と基準面との間の分離 w:導体の幅 εr:導体と基準面との間の材料の誘電率 従来の中央に置かれるストリップラインに対する、特
有インピーダンスと、導体−基準面間の分離との間の関
係は、以下の等式によって支配される： ここで、 b:導体と中実基準面との間の分離 t:導体の厚み η0:自由空間の特有インピーダンス（120πオーム） 等式（４）および（５）は、それぞれ、マイクロスト
リップおよびストリップライン設計に対する、特有イン
ピーダンスと、導体−基準面間の分離との間の関係をよ
り正確に表現するものである。
従来、回路基板の伝送線のインピーダンスは導体と基
準面との間に距離を実質的に増加させることによって増
大された。図14ならびに等式（４）および（５）を参照
して、インピーダンスにおけるこの増大は、マイクロス
トリップ層に対してはｈを増大させ、ストリップライン
層に対してはｂを増大させることによって得られる。こ
の結果、したがって、これら層の上の導体はすべてイン
ピーダンスが増大する。50〜65Ωの「普通の」基板イン
ピーダンスが同じ面上において高いインピーダンス層と
してさらに必要とされる場合、導体の幅（ｗ）を増大さ
せることにより、その基板上の他の信号のその支配的な
50および65Ωインピーダンスを維持することが必要とな
るであろう。
残念ながら、この必要な配線幅（ｗ）は、所望される
４または５ミルからそれぞれ27.3および16.4ミルに増大
されることによってこれらインピーダンスを維持しなけ
ればならなくなる。これらの配線幅は、細密ピッチ装置
パッド間には適合せず、したがって、集積回路チップを
回避して経路付けられなければならなくなるであろう。
さらに、他の層から高インピーダンス層上へ経路付けら
れる「普通の」インピーダンスの導体は、それらの幅を
層ごとに調整することによって、それらの全体の長さに
つり合ったインピーダンスを維持する必要があるであろ
う。たとえ、細密ピッチ装置パッド間において経路付け
する試みに伴う問題がなかったとしても、ｈまたはｂの
増大は約2.7倍低い信号密度をもたらす結果となり、な
ぜならば同じ層においてより数少ない信号導体が実施さ
れ得るからである。加えて、中央に置かれるストリップ
ラインの環境では、５ミル配線を用いて92Ωのオーダの
高インピーダンスが必要とされる場合、ストリップライ
ン導体に対する必要なｂの増加は、62ミルの標準回路基
板仕様をはるかに超える基板厚みをもたらすことになる
であろう。
上で論じたように、本発明は、選択された領域におい
て、従来の設計においてよりもはるかに広い範囲のイン
ピーダンスを伴う信号導体の構築を可能にする。これ
は、導体のインピーダンスに多大な影響を有する、従来
のマイクロストリップおよびストリップライン設計では
考慮されなかった新しい変数の導入によって達成され
る。この新しい変数とは、基準面の構築に用いられる銅
の百分率である。従来の基準面は中実である。特有イン
ピーダンスを従来的に増大させるためには、信号導体と
基準面との間の分離が物理的に増大されなければならな
い。
本発明は、信号導体と基準面との間の分離を物理的に
増大させることなくインピーダンスの増大を可能にす
る。したがって、インピーダンスは、回路基板の厚みを
増大させることなく増大され得る。加えて、信号導体の
インピーダンスは、基準面の構築に用いられる銅の百分
率を変更することにより、広い範囲にわたって変動して
もよい。さらに、本発明は、従来のマイクロストリップ
およびストリップライン設計に関連する問題を効果的に
取除くものであり、上で論じたように、信号導体対格子
位置合わせまたは信号導体対信号導***置合わせを必要
としない。
本発明は信号導体と基準面との間の距離を増加させる
という明らかな効果を有する一方、本発明はそれが適用
される領域においてのみこの効果を有し、本発明は基準
面に隣接する２つの信号層に影響するにすぎない。した
がって、回路基板の残りの部分における伝送線の特性は
変わらない。したがって、図14において、層404および4
08それぞれにおける信号導体360および480、482、484は
格子320によって高インピーダンスを呈し、層412および
428それぞれにおける信号導体414および422は、格子320
の存在には影響されず、通常のインピーダンスで動作す
る。
本発明のさらなる利点は、格子320下で経路付けられ
る信号からのクロストークの１つの源つまり順方向クロ
ストークの事実上の除去である。クロストークは、１つ
のチャネルの信号が他のチャネルの信号に結合すること
の影響である。クロストークは多数の源から生じ得、そ
の１つはケーブルパラメータ、特に導体間のキャパシタ
ンスおよびインダクタンスの不均衡である。この不均衡
のため、１つの導体の信号の他の導体の信号へのネット
結合が生じ得る。
一般に、このような不均衡は、従来のマイクロストリ
ップ構築の例にあるように、導体が非均質媒体にさらさ
れた場合に悪化する。これは、当該技術分野において公
知であるように、順方向クロストークが奇数トレース速
度と偶数トレース速度との間の差の結果であるからであ
る。同時媒体では、この奇数トレース速度と偶数トレー
ス速度とは等しく、互いを打ち消し合って、順方向クロ
ストークの除去をもたらす。非均質媒体では、これら２
つの速度は等しくなく、非ゼロ因子をもたらし、順方向
クロストークを生じさせる。マイクロストリップ構成の
ような、高いインピーダンスを可能にする従来の構成で
は、導体は、少なくとも３つの異なる誘電体、典型的に
はFR−４、半田マスクおよび空気と界面をなす。この非
均質環境は偶数トレース速度と奇数トレース速度とを異
ならせる結果となり、この結果順方向クロストークが生
ずる。
本発明では、電気的に長い距離に対し信号を導体を介
して互いに対して平行に送ることが特に必要である場
合、信号は準ストリップラインまたは埋込ストリップラ
イン環境において信号導体480、482、484を介して格子3
20下で経路付けられ得る。「電気的に長い」距離とは、
最大結合が生ずる、λ/4に近似する距離である。層408
上の導体480、482、484はほとんど均質の環境において
経路付けられるため、奇数トレース速度と偶数トレース
速度との間の差は０に近く、したがって順方向クロスト
ークは０に近づく。この結果、本発明はクロストークを
事実上取除く。
上記の利点に加えて、本発明は、上で論じたように、
信号導体対格子位置合わせまたは信号導体対信号導***
置合わせの要件なしに、基準格子下において経路付けら
れる高インピーダンス配線に対する新規なシールドを提
供する。本設計は図14における両方の層404（マイクロ
ストリップまたは埋込マイクロストリップ）および408
（ストリップラインまたは準ストリップライン）上にお
いて高インピーダンス導体の経路付けを可能にするた
め、典型的な６層基板上の層408上の導体を介してのみ
高インピーダンス信号を経路付けることが可能である。
加えて、より高いインピーダンスの導体が所望される場
合には、格子化された基準面を層416上に用いてもよ
い。次いで層412上の導体414が必要なさらなる高インピ
ーダンスを与え、その一方で層416上の格子が必要なシ
ールドを与える。
したがって、この発明により、マイクロストリップお
よびストリップライン設計者は、従来の設計よりもはる
かに広い範囲のインピーダンスから選択を行なうことが
できる。この設計は、標準回路基板の厚みを増大させる
ことなく、信号導体の幅または厚みを減ずることなく、
および非均質または非標準誘電体の使用に依存すること
なく、回路基板のうちの選択された領域に非常に高いイ
ンピーダンスの導体を与える際に特に有用である。さら
に、本発明は、高い信号密度を維持しながら高いインピ
ーダンスを与え、高インピーダンス導体間のクロストー
クを減じながら高いシールドレベルを与える。
ある好ましい実施例に関して本発明を記載してきた
が、当業者にとって明らかな他の実施例も本発明の範囲
内にある。したがって、本発明の範囲は以下の請求の範
囲によってのみ規定されることが意図される。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−202359（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−343820（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−23598（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−102766（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01P 3/08 H05K 3/46

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも２つの信号導体と、 前記信号導体とは絶縁された、互いに交差する複数の長
    手の導電性要素によってパターンを形成するシールド格
    子とを含み、 各前記信号導体と各前記導電要素とは互いに45゜の角度
    をなし、 前記導電性要素が互いに交差する領域に形成された交差
    部の、前記信号導体長手方向に対向する二つの角部には
    隅肉部が設けられ、 前記交差部の前記信号導体長手方向の寸法（L2）は、前
    記導電性要素の前記信号導体長手方向の寸法（L1）の２
    倍に構成されることにより、前記信号導体のそれぞれ
    が、前記信号導体の長手方向のどの区間においても、互
    いに等しい面積だけシールド格子によって実質的に覆わ
    れるように配置された、回路基板。
  2. 【請求項２】前記回路基板は可撓性を有する、請求項１
    に記載の回路基板。
  3. 【請求項３】高速の信号を搬送するためのアセンブリで
    あって、 一方向に延びる長手の信号導体と、 第１のセルパターンを有する、第１の導電性シールド格
    子と、 前記第１の導電性シールド格子と実質的に平行でありか
    つ前記第１の導電性シールド格子を基準として予め定め
    られたずれた位置に位置合わせされた第２の導電性シー
    ルド格子とを含み、 前記第１の導電性シールド格子は少なくとも部分的に前
    記第２の導電性シールド格子によって覆われ、前記第２
    の導電性シールド格子は第２のセルパターンを有し、前
    記信号導体は前記第１の導電性シールド格子と前記第２
    の導電性シールド格子との間に配置され、 前記第１および第２のセルパターンは、互いに交差する
    複数の長手の導電性要素と、該導電性要素同士が互いに
    交差する領域に形成される交差部とからなり、 各前記信号導体と各前記導電要素とは互いに45゜の角度
    をなし、 前記交差部の前記信号導体長手方向に対向する二つの角
    部には隅肉部が設けられ、前記交差部の前記信号導体長
    手方向の寸法（L2）は、前記導電性要素の前記信号導体
    長手方向の寸法（L1）の２倍に構成されることにより、
    前記信号導体が、前記信号導体の長手方向のどの区間に
    おいても、等しい面積だけシールド格子によって実質的
    に覆われるように配置され、前記シールド格子に対して
    一定のキャパシタンスを信号導体に提供するよう構成さ
    れる、アセンブリ。
  4. 【請求項４】前記第２のセルパターンは前記第１のセル
    パターンと実質的に同じである、請求項３に記載のアセ
    ンブリ。
  5. 【請求項５】互いに直交する第１および第２の座標軸を
    含む第１の平面内に配置された第１の導電性格子を含
    み、 前記第１の平面に実質的に平行な第２の平面内に配置さ
    れた信号導体を含み、前記信号導体は前記第１および前
    記第２の座標軸のうち一方と平行に位置付けられ、前記
    第１の導電性格子は互いに交差する複数の長手の導電性
    要素と、該導電性要素同士が互いに交差する領域に形成
    される交差部とからなり、 各前記信号導体と各前記導電要素とは互いに45゜の角度
    をなし、 前記導電性要素が互いに交差する領域に形成された交差
    部の、前記信号導体長手方向に対向する二つの角部には
    隅肉部が設けられ、 前記交差部の前記信号導体長手方向の寸法（L2）は、前
    記導電性要素の前記信号導体長手方向の寸法（L1）の２
    倍に構成されることにより、前記信号導体は、前記信号
    導体の長手方向の同じ長さの区間において、等しい面積
    だけシールド格子によって実質的に覆われ、格子に対し
    て一定のキャパシタンスを信号導体に提供するよう構成
    される、シールドシステム。
  6. 【請求項６】前記第１の導電性格子に実質的に平行な第
    ２の導電性格子をさらに含み、前記信号導体は前記第１
    の導電性格子と前記第２の導電性格子との間に配置さ
    れ、前記第１および前記第２の導電性格子の面積は、前
    記信号導体に対して一定のキャパシタンスを生成するよ
    う構成される、請求項５に記載のシールドシステム。
  7. 【請求項７】第１の座標軸を含む平面内に配置された導
    電性材料のシールド格子と、 前記シールド格子から一定の距離にかつ前記第１の座標
    軸に平行に配置された信号導体とを含み、前記シールド
    格子は、互いに交差する複数の長手の導電性要素と、該
    導電性要素同士が互いに交差する領域に形成される交差
    部とからなり、 各前記信号導体と各前記導電要素とは互いに45゜の角度
    をなし、 前記導電性要素が互いに交差する領域に形成された交差
    部の、前記信号導体長手方向に対向する二つの角部には
    隅肉部が設けられ、 前記交差部の前記信号導体長手方向の寸法（L2）は、前
    記導電性要素の前記信号導体長手方向の寸法（L1）の２
    倍に構成されることにより、前記信号導体は、前記信号
    導体の長手方向の同じ長さの区間において、等しい面積
    だけシールド格子によって実質的に覆われ、前記信号導
    体が前記導電性材料の実質的に一定の面積を横断するよ
    うに構成される、回路基板。
  8. 【請求項８】前記回路基板は可撓性を有する、請求項７
    に記載の回路基板。
  9. 【請求項９】高速の信号を搬送することが可能な回路基
    板であって、 互いに直交する第１および第２の座標軸を含む一平面内
    に配置された導電性材料の第１のシールド格子を含み、
    信号導体が前記第１の座標軸に平行に位置付けられ、前
    記第１のシールド格子は、互いに交差する複数の長手の
    導電性要素と、該導電性要素同士が互いに交差する領域
    に形成される交差部とからなり、 各前記信号導体と各前記導電要素とは互いに45゜の角度
    をなし、 前記導電性要素が互いに交差する領域に形成された交差
    部の、前記信号導体長手方向に対向する二つの角部には
    隅肉部が設けられ、 前記交差部の前記信号導体長手方向の寸法（L2）は、前
    記導電性要素の前記信号導体長手方向の寸法（L1）の２
    倍に構成されることにより、前記信号導体は、前記信号
    導体の長手方向の同じ長さの区間において、等しい面積
    だけ前記第１のシールド格子によって実質的に覆われ、
    前記信号導体に、前記第１のシールド格子に対して一定
    のキャパシタンスを提供する構造を有する、回路基板。
  10. 【請求項１０】前記第１の座標軸で前記第１のシールド
    格子から予め定められたようにずれた位置に位置合わせ
    された導電性材料の第２のシールド格子をさらに含み、
    前記第２のシールド格子は第３の座標軸で前記第１のシ
    ールド格子から予め定められたずれた位置に位置付けら
    れ、前記第３の座標軸は前記第１および前記第２の座標
    軸と直角であり、前記信号導体は前記第１および前記第
    ２のシールド格子の間に配置され、前記第１のシールド
    格子の導電性材料の面積および前記第２のシールド格子
    の前記導電性材料の面積は、前記第１のシールド格子と
    前記第２のシールド格子とが前記第３の座標軸で重なり
    合う場所で減じられて、前記信号導体が前記重なりに近
    接して位置付けられた際に前記信号導体に一定のインピ
    ーダンスを生成する、請求項９に記載の回路基板。
  11. 【請求項１１】信号を搬送するアセンブリ内の信号導体
    のインピーダンスを増大させる方法であって、 （ａ） 信号導体の一方側上に第１の座標軸を有するパ
    ターン化された第１のシールド格子を第１の平面に位置
    付けるステップを含み、前記信号導体は第２の平面に位
    置付けられ、前記第１のシールド格子は導電性要素の複
    数の交差部を含み、さらに、 （ｂ） 前記信号導体を前記第１の座標軸と実質的に平
    行となるように位置付けるステップと、 （ｃ）前記交差部の前記信号導体長手方向の寸法（L2）
    が、前記導電性要素の前記信号導体長手方向の寸法（L
    1）の２倍に構成され、前記信号導体は、前記信号導体
    の長手方向の同じ長さの区間において、等しい面積だけ
    前記第１のシールド格子によって実質的に覆われ前記信
    号導体の前記第２の座標軸に沿った位置付けにかかわら
    ず、前記信号導体で形成される平均キャパシタンスが一
    定に保たれるように構成するステップとを含み、 用いられる各前記信号導体と各前記導電要素とは、互い
    に45゜の角度をなすように交差し、前記導電性要素が互
    いに交差する領域に形成された交差部の、前記信号導体
    長手方向に対向する二つの角部には隅肉部が設けられ
    た、方法。
  12. 【請求項１２】（ｄ） 第３の平面に、前記信号導体の
    反対側上に、パターン化された第２のシールド格子を位
    置付けるステップをさらに含み、前記第２のシールド格
    子は前記第１の座標軸で前記第１のシールド格子からず
    らされ、かつ前記第３の平面は前記第１の平面と実質的
    に平行であり、さらに、 （ｅ） 前記第１のシールド格子および前記第２のシー
    ルド格子を、前記信号導体の前記第２の座標軸に沿った
    位置付けにかかわらず、前記キャパシタンスが一定に保
    たれるように構成するステップをさらに含む、請求項11
    に記載の方法。
  13. 【請求項１３】高周波数信号を搬送するよう構成された
    回路基板であって、 互いに平行に配された第１の信号導体および第２の信号
    導体と、シールド格子とを含み、 前記シールド格子は、 前記第１および第２の信号導体から距離をおいて配置さ
    れた第１の平面内の導電性要素の第１の組と、 前記第１の平面内に導電性要素の前記第１の組と垂直に
    配置された導電性要素の第２の組とを含み、よって、導
    電性要素の前記第１の組と導電性要素の前記第２の組と
    がセルの繰返すパターンを形成し、前記セルの各々は第
    １および第２の頂部を有する交差部を構成し、前記第１
    の頂部は前記第２の頂部と対角線上に対向して配され、 前記第１の頂部および前記第２の頂部の各々はその中に
    配置された導電性隅肉部を有し、 前記第１および第２の信号導体と各前記導電要素とは、
    互いに45゜の角度をなすように交差し、 前記交差部の前記信号導体長手方向の寸法（L2）が、前
    記導電性要素の前記信号導体長手方向の寸法（L1）の２
    倍に構成され、前記信号導体の各々は、前記信号導体の
    長手方向の同じ長さの区間において、等しい面積だけシ
    ールド格子によって実質的に覆われた、回路基板。
  14. 【請求項１４】前記セルの各々は第３および第４の頂部
    を有し、前記第３の頂部および前記第４の頂部の各々は
    その中に配置された導電性隅肉部を有する、請求項13に
    記載の回路基板。
  15. 【請求項１５】前記第１の座標軸に垂直に配向された第
    ３の信号導体をさらに含む、請求項14に記載の回路基
    板。
  16. 【請求項１６】高速の信号を搬送することが可能なアセ
    ンブリであって、 第１の平面に配置されたシールド格子と、 前記第１の平面と平行な第２の平面に配置された信号導
    体とを含み、、 前記シールド格子は、前記信号導体とは絶縁された互い
    に交差する複数の長手の導電性要素によってパターンを
    形成するシールド格子とを含み、 各前記信号導体と各前記導電要素とは互いに45゜の角度
    をなし、 前記導電性要素が互いに交差する領域に形成された交差
    部の、前記信号導体長手方向に対向する二つの角部には
    隅肉部が設けられ、 前記交差部の前記信号導体長手方向の寸法（L2）は、前
    記導電性要素の前記信号導体長手方向の寸法（L1）の２
    倍に構成されることにより、前記信号導体のそれぞれ
    が、前記信号導体の長手方向のどの区間においても、互
    いに等しい面積だけシールド格子によって実質的に覆わ
    れるように配置された、アセンブリ。
  17. 【請求項１７】第２の平面内に位置付けられた信号線に
    制御されたインピーダンスを提供する、第１の平面内の
    シールド格子であって、前記第１の平面は前記第２の平
    面に平行であり、前記シールド格子は、 前記第１の平面内に配置された導電性要素の第１の組
    と、 前記第１の平面内に配置された導電性要素の第２の組と
    を含み、導電性要素の前記第１の組は導電性要素の前記
    第２の組と交差して交差部の繰返すパターンを形成し、 各前記信号導体と各前記導電要素とは互いに45゜の角度
    をなし、 前記交差部の前記信号線長手方向の寸法（L2）が、前記
    導電性要素の前記信号線長手方向の寸法（L1）の２倍に
    構成され、前記信号導体の各々は、前記信号線の長手方
    向の同じ長さの区間において、等しい面積だけシールド
    格子によって実質的に覆われ、前記交差部は、前記セル
    の各々は第１および第２の頂部を有し、前記第１の頂部
    は前記第２の頂部と対角線上に対向して配され、前記第
    １の頂部および前記第２の頂部の各々は、その中に配置
    された導電性隅肉部を有する、シールド格子。
  18. 【請求項１８】高速の信号を搬送することが可能な回路
    基板であって、 信号導体と、 第１の平面内にシールド格子とを含み、前記シールド格
    子は、第１の座標軸の方向に成形された開口部の繰返す
    パターンを形成する導電性材料を含み、前記開口部のパ
    ターンは、互いに交差する複数の長手の導電性要素と、
    該導電性要素同士が互いに交差する領域に形成される交
    差部とからなり、 各前記信号導体と各前記導電要素とは互いに45゜の角度
    をなし、 前記交差部の、前記信号導体長手方向に対向する二つの
    角部には隅肉部が設けられ、 前記交差部の前記信号導体長手方向の寸法（L2）は、前
    記導電性要素の前記信号導体長手方向の寸法（L1）の２
    倍に構成されることにより、前記信号導体は、前記信号
    導体の長手方向の同じ長さの区間において、等しい面積
    だけシールド格子によって実質的に覆われ、前記信号導
    体は前記第１の平面に平行な第２の平面内に前記シール
    ド格子と平行に位置付けられ、かつ、前記信号導体が前
    記第１の座標軸に垂直な第２の座標軸に沿って位置付け
    られた、回路基板。
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