(57)【要約】【課題】測定器による高速信号の観測を可能とする伝送線路、方法、装置を提供すること。【解決手段】基板表面の信号配線（１０１）の延在方向に対して少なくとも一側の、前記信号配線（１０１）と離間した位置に、観測パッド（１０５）を備え、信号配線（１０１）と観測パッド（１０５）を前記信号配線の幅よりも細いパッド接続用細配線（１０７）で接続する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面の信号配線の延在方向に対して少なくとも一側に前記信号配線と離間して配設される観測パッドと、
前記基板表面において前記信号配線と前記観測パッドとを接続する、線幅の細いパッド接続用細配線と、
を備えた、ことを特徴とする観測パッド付伝送線路。
【請求項２】
基板表面において、前記信号配線の延在方向に対してその両側に前記信号配線と離間してグランド導体を備え、
前記観測パッド及び前記パッド接続用細配線の周囲は、前記グランド導体と間隙がとられている、ことを特徴とする請求項１記載の伝送線路。
【請求項３】
基板裏面において、前記観測パッドと前記パッド接続用細配線の直下に対応する領域のグランド導体がくりぬかれている、ことを特徴とする請求項２記載の伝送線路。
【請求項４】
基板内層において、前記観測パッドと前記パッド接続用細配線の直下の領域のグランド導体がくりぬかれている、ことを特徴とする請求項２又は３記載の伝送線路。
【請求項５】
基板表面の信号配線の延在方向に対して少なくとも一側に前記信号配線と離間して配設される観測パッドと、
前記基板表面において前記信号配線と前記観測パッドとを接続する、線幅の細いパッド接続用細配線と、
前記信号配線の延在方向に対してその両側に前記信号配線と離間して配設されるグランド導体と、
を備え、
基板表面において、前記観測パッド及び前記パッド接続用細配線の周囲の前記グランド導体にはくりぬきが設けられ、
基板裏面及び基板内層において、基板表面の前記グランド導体にはくりぬきに対応して、前記観測パッドと前記パッド接続用細配線の直下に対応する領域のグランド導体がくりぬかれている、ことを特徴とする伝送線路。
【請求項６】
前記信号配線はコプレナ型配線構造をなす、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の伝送線路。
【請求項７】
前記信号配線はマイクロストリップ型配線構造をなす、請求項１記載の伝送線路。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の伝送線路を備えた情報通信装置。
【請求項９】
基板表面の信号配線の延在方向に対して少なくとも一側の、前記信号配線と離間した位置に観測パッドを設け、
基板裏面において、前記信号配線と前記観測パッドとを線幅の細いパッド接続用細配線で接続し、
前記観測パッドに測定器をあてることで、前記信号配線の信号波形を観測する、ことを特徴とする信号観測方法。
【請求項１０】
基板表面において、前記信号配線の延在方向に対してその両側に前記信号配線と離間して配設されるグランド導体の、前記観測パッド及び前記パッド接続用細配線の周囲には、間隙がとられている、ことを特徴とする請求項９記載の信号観測方法。
【請求項１１】
基板裏面において、前記観測パッドと前記パッド接続用細配線の直下に対応する領域のグランド導体がくりぬかれている、ことを特徴とする請求項９又は１０記載の信号観測方法。
【請求項１２】
基板内層において、前記観測パッドと前記パッド接続用細配線の直下の領域のグランド導体がくりぬかれている、ことを特徴とする請求項記９乃至１１のいずれか１項に載の信号観測方法。
【請求項１３】
基板表面の信号配線の延在方向に対して少なくとも一側の、前記信号配線と離間した位置に、観測パッドを設け、
前記基板表面において前記信号配線と前記観測パッドとを線幅の細いパッド接続用細配線で接続し、
基板表面において、前記信号配線の延在方向に対してその両側に前記信号配線と離間して配設されるグランド導体の、前記観測パッド及び前記パッド接続用細配線の周囲にはくりぬきが設けられ、
基板裏面及び基板内層において、基板表面の前記グランド導体にはくりぬきに対応して、前記観測パッドと前記パッド接続用細配線の直下に対応する領域のグランド導体がくりぬかれ
前記観測パッドに測定器をあてることで、前記信号配線の信号波形を観測する、ことを特徴とする信号観測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送線路に関し、特に、パッドによる測定に好適な伝送線路と観測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信装置や情報装置の処理能力は向上し、装置間を接続する信号も既に１０Ｇｂｐｓ（ギガビット／秒）に達している。図４に、光モジュールとそれを駆動する半導体（ＬＳＩ）の接続の典型例を示す。図４（Ａ）は、プリント基板１を上側からみた図であり、図４（Ｂ）は、側方からみた図である。光ファイバ５に接続された光モジュール（電気／光変換回路）３はケージ８に収容され、プリント基板１上の配線６のコネクタ端子７と接続され、半導体２に接続される。
【０００３】
ＸＦＰやＳＦＰ＋など近年の光伝送の伝送速度は１０Ｇｂｐｓ（ギガビット／秒）にも達している。これに伴い、光伝送を駆動する半導体からの信号もプリント基板の配線を１０Ｇｂｐｓの伝送速度で伝送させる必要が生じている。
【０００４】
プリント基板１上に１０Ｇｂｐｓを通過させるため、図４（Ｂ）のように、半導体２の端子（半田ボール）１０から表面層の配線６（コプレナ構造やマイクロストリップ構造）を伝って光モジュール用コネクタへ３と接続されており、スルーホール（ビア）等で発生する反射の影響をなくし、信号劣化を発生させない工夫がされている。
【０００５】
１０Ｇｂｐｓもの電気信号を観測するためには、従来、例えば受信用デバイスを外し、同軸コネクタ等で測定器（オシロスコープ）に接続する手法が用いられる。そして、この手法以外に、信号を観測する手法はなかった。製品開発においては、実使用状態でのデバッグ、波形観測が望まれている。
【０００６】
しかしながら、図４の配線の接続形態では、デバッグや評価において、１０Ｇｂｐｓ信号が通っているのか、オシロスコープで確認することは困難である。一般に表面層の配線６は「レジスト」と呼ばれる絶縁体で保護され、半導体２の端子はＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）で構成されており、また、プリント基板１にスルーホールを開けないため、導体部がなく、さらに、光モジュール３もケージ８に囲まれており、オシロスコープのプローブを当てる場所がない、という問題に直面している。
【０００７】
プリント基板における波形観測、プロービング方法について、各種技術が開示されているが、高速信号の観測という課題は解決されていない。
【０００８】
特許文献１（特開２００６−３３３２９０号公報）には、誘電体多層基板を間に挟んで表面の主線路と、背面の接地板を備えたストリップ線路のモニタ回路が、主線路直下の内層に主線路と平行に設けた電磁結合部と、電磁結合部と異なる方向に延展した導波部を有する内層パターンを備え、導波部の端部と基板表面の表面パターンをスルーホールで接続することにより、主線路との電磁結合により内層パターンに抽出したモニタ信号を基板表面に取り出すことで、動作中の高周波回路特性に別段の影響を与えることなく、高周波信号を確実・安定に伝送させることを可能としたモニタ回路が開示されている。特許文献１においては、容量性結合による電磁気的エネルギーを抽出することが主であるため、低周波信号を取り出すことができず、また表面層へはビアを用いて取り出していることから、ビアでの高周波信号の劣化は免れない。また、特性の開示も１．２Ｇｂｐｓまでであり、１０Ｇｂｐｓ超の信号には耐えられる保証はない。
【０００９】
また特許文献２（特開２００１−３４３４２２号公報）には、ＢＧＡ型ＩＣパッケージとプリント基板との間に配置される検査用フィルムが、パッケージの半田ボール（はんだ球）に接続可能な複数の接続パッドと、パッケージの輪郭の外側においてそれぞれの接続パッドに対応して配置された測定用パッドと、各接続パッドを対応する測定用パッドに接続する接続導体とを備えた構成が開示されている。高速信号において、スタブ（分岐）は信号劣化の主要因であり、高速信号配線に分岐配線が発生する。従って、１０Ｇｂｐｓでは使えない。
【００１０】
特許文献３（特開２０００−１１３９５３号公報）には、半導体装置の測定用ソケット半導体パッケージにソケットをかぶせ、端子に観測するための導体を接触させる構成が開示されている。この特許文献３においても、信号配線にスタブが発生する。
【００１１】
特許文献４（特開平１１−３３７６１９号公報）には、測定用アダプタＩＣパッケージに測定用アダプタを接続して波形観測する構成が開示されている。この場合、アダプタを接続することでアダプタ自身が分岐となり、高速伝送では使えない。
【００１２】
特許文献５（特開平７−１０６７５９号公報）には、信号線の線幅を変化させ、該変化に応じてインピーダンスを変える構成が開示されている。
【００１３】
特許文献６（特開２００５−１９７３２号公報）には、信号用電極パッドに対向する接地導体又は電源導体に開口を形成し、開口の信号用電極パッドの信号伝送方向と直交する方向の辺と平行な辺の長さＬが、信号用電極パッドの信号伝送方向と直交する方向の辺と同じであるか、またはこの辺よりもその辺方向両側にそれぞれ信号用電極パッドの信号伝送方向と直交する方向の辺の長さの０．５倍ずつ長くし、信号用電極パッドの特性インピーダンスを５０Ω±１０％の範囲に確実に制御する構成が開示されている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−３３３２９０号公報
【特許文献２】特開２００１−３４３４２２号公報
【特許文献３】特開２０００−１１３９５３号公報
【特許文献４】特開平１１−３３７６１９号公報
【特許文献５】特開平７−１０６７５９号公報
【特許文献６】特開２００５−１９７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記したように、図４の構成においては、オシロスコープのプローブを当てる場所がない。また、上記各特許文献においても、１０Ｇｂｐｓ超の高速信号の観測という課題は解決されていない。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、測定器による高速信号の観測を可能とする伝送線路、方法、装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願で開示される発明は前記課題の少なくとも１つを解決するため、概略以下の構成とされる。
【００１８】
本発明によれば、基板表面の信号配線の延在方向に対して少なくとも一側の、前記信号配線と離間した位置に、観測パッドを備え、前記基板表面において前記信号配線の幅よりも細く、前記信号配線を前記観測パッドとを接続するパッド接続用細配線を備えた観測パッド付伝送線路が提供される。本発明において、基板表面において、前記信号配線の延在方向に対してその両側にグランド導体を備え、前記信号配線と観測パッドの周囲の前記グランド導体にくりぬきを備える。
【００１９】
本発明によれば、基板表面の信号配線の延在方向に対して少なくとも一側の、前記信号配線と離間した位置に観測パッドを設け、
前記基板表面において前記信号配線を前記観測パッドと前記信号配線の幅よりも細いパッド接続用細配線で接続し、
前記観測パッドに測定器をあてることで、前記信号配線の信号波形を観測する、信号測定方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、伝送線路において測定器による高速信号の観測を可能としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明においては、基板表面のストリップ線路の両側にＧＮＤ導体を備えたコプレナ構造の配線に対し、観測用パッドを設けるため、信号配線と、信号配線の延在方向に対して一側に設けられた観測パッドとの間を線幅の細い配線で接続し、観測パッドと細い配線の直下にあるＧＮＤ層（基準電位）をくりぬく。観測パッドと細い配線の特性インピーダンスを高め、信号配線の特性に極力影響を与えない。
【００２２】
本発明においては、デバイスを実装した状態でオシロスコープ等の測定器のプローブを当てるための観測パッドを備えたことにより、実使用状態での高速信号の波形観測を可能としており、より高品質な製品開発に貢献し得る。そして、本発明においては、プリント基板上の例えば１０Ｇｂｐｓを超える高速信号配線において、信号波形を観測するための観測パッドを設けても、信号波形にほとんど影響することなく、デバッグ時の波形観測においても、伝送波形を忠実に抽出可能とした波形観測用パッド付き高速伝送線路が提供される。以下実施例に即して説明する。
【実施例】
【００２３】
図１は、本発明の一実施例の観測パッド付き伝送線路を示す図であり、プリント基板の外観を斜め上方からみた図として示されている。図１において、１０１は差動で信号を伝送する信号配線、１０２、１０３はそれぞれ上層部と下層部側の基準電位を与えるＧＮＤ（グランド）導体（単に「ＧＮＤ」ともいう）、１０４はスルーホール、１０５は観測パッド、１０６はＧＮＤくりぬき（ＧＮＤ導体がくりぬかれ絶縁体が露出した部分）である。伝送線路は、基板表面のストリップ線路の信号配線１０１の両側にＧＮＤ導体１０２を備えたコプレナ型の差動伝送線路である。上層部（基板表面）のＧＮＤ導体１０２と下層部（基板裏面）のＧＮＤ導体１０３とはスルーホール１０４を介して電気的に接続されている。
【００２４】
図２は、図１における、観測パッド１０５の部分領域を拡大して示した部分拡大図である。
【００２５】
コプレナ型伝送線路では、２本の信号配線１０１（差動）の間をＧＮＤ導体（ＧＮＤ層）で囲み、ＧＮＤと信号配線１０１との配線間隙１０８（図１参照）と上層と下層との間隙（絶縁間隙）で特性インピーダンスを確保している。
【００２６】
ＸＦＰやＳＦＰ＋の信号配線は、シングルエンドで５０Ω、ディファレンシャル（差動）で１００Ωが規定されている。図１においても、これら間隙により、５０Ωと１００Ωは確保されている。このインピーダンス設計自体は公知であるため、設計方法の説明は省略する。また、上層部のＧＮＤ１０２と下層部のＧＮＤ１０３を接続するスルーホール１０４は特に限定されない。
【００２７】
本実施例において、観測パッド１０５は、伝送線路を構成する信号配線１０１に、細い配線（「パッド接続用細配線」という）１０７を用いて接続されている。
【００２８】
本実施例において、パッド接続用細配線１０７は、製造技術が許す限り、また、製造コストが許す限り細い配線とする。
【００２９】
観測パッド１０５とパッド接続用細配線１０７の周囲は、基準電位を与えるＧＮＤ導体１０２との間隙をとり、下層部のＧＮＤ導体１０３も観測パッド１０５とパッド接続用細配線１０７の直下をくりぬくようにあけている。これにより、信号配線５０Ωに対して十分大きな特性インピーダンスのパッド接続用細配線と観測パッドが構成できる。
【００３０】
図３（Ｂ）は、本実施例のプリント基板（コプレナ型伝送線路）の断面構成を示す図であリ、図３（Ａ）（図１と同一）のＸ−Ｘ’線に沿った断面を模式的に示す図である。図３に示すように、本実施例のプリント基板において、誘電体（絶縁体）１００は、多層の誘電体層からなり、表面に、信号配線１０１（差動）、ＧＮＤ導体１０２、観測パッド１０５等を備え、裏面にＧＮＤ導体１０３を備え、ＧＮＤ層（裏面）、信号層、ＧＮＤ層、信号層、ＧＮＤ層、信号配線の両側がＧＮＤ層で囲まれた信号層（表面）の多層（５層の誘電体層）構造とされる。基板内の各層、及び裏面のＧＮＤ導体１０２、１０３は、基板表面のＧＮＤくりぬき１０６の直下の領域がくりぬかれている。また各層のＧＮＤ導体はスルーホール１０４で接続されている。
【００３１】
比較例１、２として、図５に、理想的な伝送線路（観測パッドを持たない）を示し、図６に、観測パッドを持つが、本発明が適用されない伝送線路を示す。図５、図６において、図１の参照符号と同一の要素には、同一の参照符号が付されている。また、図６において、観測パッド１０５’と信号配線１０１は、線幅の細い接続用の配線で接続されていない。
【００３２】
図７は、それぞれの伝送線路の挿入損失を示した特性グラフである。横軸は、周波数（ＧＨｚ）、縦軸は挿入損失Ｓｄｄ２１（入力差動挿入損失）（ｄＢ）である。図７において、１点鎖線は、比較例１（図５の観測用パッドを持たない構造）から２０Ｇｂｐｓまで減衰が小さく最も良い特性である。波形観測の必要がなければ、図５の配線構造を選択すべきである。
【００３３】
図７の破線は、特性を考慮していない観測パッドを持つ比較例２（図６参照）の特性である。１０Ｇｂｐｓを超えると、減衰量が増え１７ＧＨｚ付近で最大ピークを持っている。
【００３４】
図７の実線は、本実施例の観測パッド付き伝送線路の構造（図１参照）の特性である。１５ＧＨｚ付近までは理想的な伝送線路構造と同じ特性を持つことがわかる。
【００３５】
図８乃至図１２は、それぞれの伝送線路に、１０Ｇｂｐｓのアイパターンを伝送したときの伝送波形を図に示している。図８乃至図１２において、横軸は時間（単位ｐｓ）、縦軸は振幅（Ｖ）である。
【００３６】
図８は、図５の比較例１の理想的な伝送線路の応答波形、図９は、図６の比較例２の伝送線路の応答波形、図１０は、図６において、パッド上に高インピーダンスプローブを接続したときのパッドでの観測波形を示す図である。
【００３７】
図１１は、本発明の伝送線路（図１）の応答波形、図１２は、図１の観測パッド１０５上に、高インピーダンスプローブを接続したときの観測パッド１０５での観測波形を示している。
【００３８】
なお、図８、図９、図１１の応答波形は、半導体や光モジュール内で観測されるべき波形（図４で示した通り、物理的にプローブを接触させることができない波形）である。
【００３９】
図１０、図１２は、プローブのインピーダンスにより分圧され、振幅が小さくなっているが、それぞれの波形を、オシロスコープ等に取り込み、プローブのインピーダンスに応じた倍率を補正することで、図９や図１１をそれぞれ再現することができる。
【００４０】
図８、図９、図１１のアイパターン波形において、図９の波形は、理想波形（図８）に比べて、立ち上がり、立ち下がりが鈍っている。
【００４１】
本実施例による観測波形である図１２の波形は、図１１と同様に急峻であることが確認できる。
【００４２】
本発明の動作原理について説明する。伝送線路において、反射雑音の原因はインピーダンス不整合である。線路に観測パッドのような導体が接続されると、特性インピーダンスが低下する。
【００４３】
そこで、本実施例においては、図２に示したように、観測パッド１０５と線路を構成する配線１０１との間をパッド接続用細配線１０７で接続する。配線の特性インピーダンスは、配線が細いほど高くなるからである。
【００４４】
更に、本実施例においては、パッド接続用細配線１０７と観測パッド１０５の特性インピーダンスを高くするため、基準電位となるＧＮＤ導体パターンをくりぬくことで、これを実現している。特性インピーダンスは、基準電位（ＧＮＤ）から離れるほど高くなるという特性を利用している。
【００４５】
本実施例においては、これら２つの作用効果により、伝送線路からみた観測パッド１０５とパッド接続用細配線１０７が高インピーダンスになり、１５ＧＨｚ以下で伝送特性に影響しない線路を構成することができる。
【００４６】
一般にｆ［Ｈｚ］のクロック成分をもつ矩形波は、次式（１）のように、フーリエ変換でき、３倍高調波成分までカバーする帯域を持っていると、ほぼ元の波形は再現されることが知られている。
【００４７】
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【００４８】
すなわち、１０Ｇｂｐｓ信号においては、最大周波数５ＧＨｚの３倍の通過帯域（１５ＧＨｚ）を持つ伝送線路であれば、安定した信号品質を保つことができる。
【００４９】
本実施例では、１０Ｇｂｐｓを想定し、最大周波数成分５ＧＨｚの３倍である１５ＧＨｚの通過帯域を持つ観測パッド付き伝送線路を構成し、高速信号伝送の安定性と、信号のデバッグ・評価等での波形観測を可能としている。
【００５０】
上記実施例においては、コプレナ構造の伝送線路の例を示したが、配線の周囲にＧＮＤパターンがないマイクロストリップ構造（ＧＮＤ層の上の絶縁基板の表面に表面と側面が露出している導体を備えた構造）の伝送線路に対しても、同様の効果が期待できる。マイクロストリップ構造の伝送線路において、観測パッドとストリップ線路との間をパッド接続用細配線で接続し、基板裏面の基準電位となるＧＮＤ層のパターンをくりぬく。
【００５１】
本発明によれば、図４のプリント基板１の配線等に用いて好適とされる。
【００５２】
なお、上記の各特許文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図４】光モジュールとそれを駆動する半導体（ＬＳＩ）の接続の典型例を示す図である。
【図５】比較例１（理想伝送線路）の構成を示す図である。
【図６】比較例２の構成を示す図である。
【図７】本発明と比較例１、２の挿入損失特性を示す図である。
【図８】比較例１の応答波形を示す図である。
【図９】比較例２の応答波形を示す図である。
【図１０】比較例２のパッドに高インピーダンスプローブを接続したときのパッドでの観測波形を示す図である。
【図１１】本実施例の伝送線路の応答波形を示す図である。
【図１２】本実施例の観測パッドに高インピーダンスプローブを接続したときのパッドでの観測波形を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  プリント基板
２  半導体
３  光モジュール
４  光モジュール用コネクタ
５  光ファイバ
６  配線
７  コネクタ端子
８  ケージ
９  パッド
１０  半田ボール
１００  絶縁体（誘電体）
１０１  信号配線
１０２  ＧＮＤ層（ＧＮＤ導体）
１０３  ＧＮＤ層（ＧＮＤ導体）
１０４  スルーホール
１０５  観測パッド
１０６  ＧＮＤくりぬき
１０７  パッド接続用細配線
１０８  配線間隙（ギャップ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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