(57)【要約】【課題】交差配線部や平行配線部を有する信号配線の電気特性を低下させることなく信号配線層を多層化することが可能な実用性に秀れた多層プリント配線板の設計方法の提供。【解決手段】信号配線が夫々設けられる複数の信号配線層と、この信号配線層と対向する１つの電圧リファレンス層若しくはこの複数の信号配線層を挟むように設けられる２つの電圧リファレンス層とが夫々絶縁体を介して積層された多層プリント配線板の設計方法であって、特性インピーダンスが所望の値に設定された前記信号配線のうち、他の前記信号配線層の信号配線と平面視において交差する交差配線部を有する信号配線の特性インピーダンスを、この交差配線部の数及びこの交差配線部同士の間隔を調整することで制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号配線が夫々設けられる複数の信号配線層と、この信号配線層と対向する１つの電圧リファレンス層若しくはこの複数の信号配線層を挟むように設けられる２つの電圧リファレンス層とが夫々絶縁体を介して積層された多層プリント配線板の設計方法であって、特性インピーダンスが所望の値に設定された前記信号配線のうち、他の前記信号配線層の信号配線と平面視において交差する交差配線部を有する信号配線の特性インピーダンスを、この交差配線部の数及びこの交差配線部同士の間隔を調整することで制御することを特徴とする多層プリント配線板の設計方法。
【請求項２】
信号配線が夫々設けられる複数の信号配線層と、この信号配線層と対向する１つの電圧リファレンス層若しくはこの複数の信号配線層を挟むように設けられる２つの電圧リファレンス層とが夫々絶縁体を介して積層された多層プリント配線板の設計方法であって、少なくとも前記信号配線の幅及び厚さ、前記信号配線層から前記電圧リファレンス層までの距離並びに前記絶縁体の比誘電率を調整することで特性インピーダンスが所望の値に設定された前記信号配線のうち、他の前記信号配線層の信号配線と平面視において交差する交差配線部を有する信号配線の特性インピーダンスを、この交差配線部の数及びこの交差配線部同士の間隔を調整することで制御して前記交差配線部に起因する伝送損失の増加を抑制することを特徴とする多層プリント配線板の設計方法。
【請求項３】
前記信号配線のうち、前記交差配線部が周期的に繰り返し配置される信号配線の特性インピーダンスを、この交差配線部の数、交差配線部同士の間隔、周期配置の繰り返しピッチ及びこの周期配置の繰り返し数を調整することで制御して特定周波数での伝送損失の増加を抑制することを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の多層プリント配線板の設計方法。
【請求項４】
前記信号配線のうち、他の前記信号配線層の信号配線と平面視において重なり合うか、接触するか若しくは近接する平行配線部を有する信号配線のクロストークノイズを、平面視における前記平行配線部同士の信号配線間隔及び平行配線部の長さを調整することで制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層プリント配線板の設計方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層プリント配線板の設計方法を用いて設計されたことを特徴とする多層プリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板、特に信号配線層、グラウンド層、電源層を複数有する多層プリント配線板の設計方法及び多層プリント配線板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品の多ピン化により、プリント配線板でも配線の収容性を向上するために高密度化と高多層化が求められている。また、高密度化・高多層化に際しては伝送波形の歪みを抑制するために信号配線の特性インピーダンスコントロールが行われるのが一般的である（特許文献１参照）。
【０００３】
この特性インピーダンスコントロールを行うには、１つの対象信号配線層に対して１つ若しくは２つの電圧リファレンス層を設ける必要があるため、一般に特性インピーダンスコントロールを行うプリント配線板には複数の各信号配線層に応じて夫々リファレンス層としての電源若しくはグラウンドのベタ層が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２０６５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の通り、特性インピーダンスコントロールを行う信号配線層の増加に伴い電圧リファレンス層も同時に増やす必要があることから、一般に板厚の制約があるプリント配線板では追加できる信号配線層数に制限がある。
【０００６】
また、電圧リファレンス層間に複数の信号配線層を積層した場合、各信号配線層の信号配線同士が平面視において交差する交差配線部や平面視において重なる平行配線部が相互に影響し合う為、この交差配線部や平行配線部を有する信号配線の電気特性を確保する必要がある。
【０００７】
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、交差配線部や平行配線部を有する信号配線の電気特性を低下させることなく信号配線層を多層化することが可能な実用性に秀れた多層プリント配線板の設計方法及び多層プリント配線板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の要旨を説明する。
【０００９】
信号配線が夫々設けられる複数の信号配線層と、この信号配線層と対向する１つの電圧リファレンス層若しくはこの複数の信号配線層を挟むように設けられる２つの電圧リファレンス層とが夫々絶縁体を介して積層された多層プリント配線板の設計方法であって、特性インピーダンスが所望の値に設定された前記信号配線のうち、他の前記信号配線層の信号配線と平面視において交差する交差配線部を有する信号配線の特性インピーダンスを、この交差配線部の数及びこの交差配線部同士の間隔を調整することで制御することを特徴とする多層プリント配線板の設計方法に係るものである。
【００１０】
また、信号配線が夫々設けられる複数の信号配線層と、この信号配線層と対向する１つの電圧リファレンス層若しくはこの複数の信号配線層を挟むように設けられる２つの電圧リファレンス層とが夫々絶縁体を介して積層された多層プリント配線板の設計方法であって、少なくとも前記信号配線の幅及び厚さ、前記信号配線層から前記電圧リファレンス層までの距離並びに前記絶縁体の比誘電率を調整することで特性インピーダンスが所望の値に設定された前記信号配線のうち、他の前記信号配線層の信号配線と平面視において交差する交差配線部を有する信号配線の特性インピーダンスを、この交差配線部の数及びこの交差配線部同士の間隔を調整することで制御して前記交差配線部に起因する伝送損失の増加を抑制することを特徴とする多層プリント配線板の設計方法に係るものである。
【００１１】
また、前記信号配線のうち、前記交差配線部が周期的に繰り返し配置される信号配線の特性インピーダンスを、この交差配線部の数、交差配線部同士の間隔、周期配置の繰り返しピッチ及びこの周期配置の繰り返し数を調整することで制御して特定周波数での伝送損失の増加を抑制することを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の多層プリント配線板の設計方法に係るものである。
【００１２】
また、前記信号配線のうち、他の前記信号配線層の信号配線と平面視において重なり合うか、接触するか若しくは近接する平行配線部を有する信号配線のクロストークノイズを、平面視における前記平行配線部同士の信号配線間隔及び平行配線部の長さを調整することで制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層プリント配線板の設計方法に係るものである。
【００１３】
また、請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層プリント配線板の設計方法を用いて設計されたことを特徴とする多層プリント配線板に係るものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は上述のようにするから、交差配線部や平行配線部を有する信号配線の電気特性を低下させることなく信号配線層を多層化することが可能な実用性に秀れた多層プリント配線板の設計方法及び多層プリント配線板となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施例の説明断面図である。
【図２】本実施例の概略説明斜視図である。
【図３】信号配線の交差による特性インピーダンスの変化を比較したグラフである。
【図４】信号配線の交差による伝送損失の変化を比較したグラフである。
【図５】信号配線の周期的繰り返し配置を説明する概略説明図である。
【図６】信号配線の周期的繰り返し配置による伝送損失の変化を比較したグラフである。
【図７】クロストークと平面視における信号配線間隔との関係を示すグラフである。
【図８】クロストークと平行配線長との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００１７】
積層される複数の信号配線層の各信号配線の特性インピーダンスを設計する際、例えば信号配線の幅及び厚さ、信号配線層から電圧リファレンス層までの距離並びに絶縁体の比誘電率だけでなく、信号配線同士の交差配線部の数及びその間隔を調整することで交差配線部を有する信号配線の特性インピーダンスの変化（低下）を制御し、この交差配線部に起因する伝送損失の増加を抑制する。
【００１８】
従って、各信号配線層の信号配線同士の間隔が狭い、例えば信号配線層と電圧リファレンス層との距離に比し、複数の信号配線層同士の距離が十分小さく設定された多層プリント配線板において、各信号配線の影響を可及的に排除して交差配線部における特性インピーダンスの変化及び伝送損失の増加を最小に抑え、設計通りの所定の電気特性を確保することが可能となる。
【００１９】
また、例えば、交差配線部が周期的に繰り返し配置される信号配線の特性インピーダンスを、この交差配線部の数、交差配線部同士の間隔、周期配置の繰り返しピッチ及びこの周期配置の繰り返し数を調整することで特定周波数での伝送損失の増加を抑制した場合には、特定の信号周波数で生じる伝送損失の増大を阻止することが可能となり、一層良好な電気特性を確保することが可能となる。
【００２０】
また、例えば、信号配線のうち、他の信号配線層の信号配線と平面視において重なり合うか、接触するか若しくは近接する平行配線部を有する信号配線のクロストークノイズを、平面視における前記平行配線部同士の信号配線間隔及び平行配線部の長さを調整することで補正した場合には、クロストークノイズを所定の範囲内に抑えることが可能となり、一層良好な電気特性を確保することが可能となる。
【実施例】
【００２１】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２２】
本実施例は、電圧リファレンス層及び信号配線層（信号配線）が銅箔等の適宜な導体で形成され、絶縁体としてガラスクロス等の基材にエポキシ樹脂等の樹脂を含浸させて成る繊維強化樹脂などが採用される多層プリント配線板に本発明を適用したものである。
【００２３】
具体的には図１，２において、001，002は電圧リファレンス層（ベタ層）、003，004，005は信号配線層、006，007，008は信号配線層に設けられる信号配線、009は絶縁体である。尚、信号配線層の信号配線以外の部分は上下の絶縁体（樹脂）により満たされた絶縁部である。また、図２においては003〜005，008及び009は省略している。
【００２４】
また、信号配線層の特性インピーダンスコントロールは、信号配線層に含まれる信号配線（006〜008）夫々について、信号配線の幅及び厚さ、絶縁体の比誘電率並びに電圧リファレンス層（電源若しくはグラウンドいずれか一方のベタ層または双方のベタ層）から信号配線層までの距離を適宜設定調整して行う。
【００２５】
具体的には、１つの電圧リファレンス層により２つ以上の信号配線層のインピーダンスコントロールを行えるように構成し、従来に比して信号配線層の増加量に比し電圧リファレンス層の増加量を少なくし、基板厚を変えることなく追加できる信号配線層を増加させている。
【００２６】
本実施例においては、各部の寸法は、電圧リファレンス層の厚さは１０〜３５μｍ程度、各信号配線層（信号配線）の厚さは１０〜３５μｍ程度、電圧リファレンス層と信号配線層との距離（電圧リファレンス層と信号配線層との間の絶縁層の厚さ）は６０〜４００μｍ程度、信号配線層同士の距離は２０〜４００μｍ程度、信号配線の幅は８０〜２５０μｍ程度に設定する。本実施例においては、電圧リファレンス層の厚さは３５μｍ程度、各信号配線層（信号配線）の厚さは３０μｍ程度、信号配線の幅は１００〜１４０μｍ程度、電圧リファレンス層と信号配線層との距離が８０μｍ程度、信号配線層同士の距離は７０μｍ程度に設定している。
【００２７】
尚、本実施例は上述のように複数の前記信号配線層を挟むように設けられる２つの電圧リファレンス層を設けた構成としているが、例えば信号配線層と対向する１つの電圧リファレンス層を設けた構成としても良い。
【００２８】
更に、本実施例においては、上述のインピーダンスコントロールだけでなく、信号配線同士の配線状態による影響を考慮し、更に以下のようにして各信号配線の特性インピーダンス等を制御している。
【００２９】
具体的には、電圧リファレンス層に挟むように積層された複数の信号配線層に含まれる信号配線のうち、異なる信号配線層に含まれる信号配線同士が平面視において交差する場合、これらの信号配線の特性インピーダンスが低下し、また、特性インピーダンスの低下による伝送損失の増加が生じる為、使用する信号周波数に合わせて特性インピーダンスの許容誤差と伝送損失の増加の許容範囲を満足するように交差回数（交差配線部Ａの数）と交差間隔（交差配線部同士の間隔）を適宜調整する。また、信号配線同士が周期的に繰り返し交差する場合（周期的に設けられる同様の配線パターンにより夫々交差配線部が形成される場合）、ある特定の信号周波数において伝送損失が増大するため、使用する信号周波数に応じて交差回数（交差配線部の数）、交差間隔（交差配線部同士の間隔）、繰り返しピッチ及び繰り返し数を適宜調整する。
【００３０】
また、異なる信号配線層に含まれる信号配線同士が平行に配線される場合（平面視において重なり合うか、接触するか若しくは僅かな隙間（信号配線の幅の２倍未満、例えば０〜５００μｍ程度）を介して近接する平行配線部を有する場合）、クロストークノイズが発生するため、このクロストークノイズの許容範囲を満足するように配線間隔（平面視における信号配線同士の間隔）と平行配線長（平行配線部の長さ）を適宜調整する。
【００３１】
具体的には、使用する信号周波数が１ＧＨｚ未満の場合、信号配線006と信号配線007が図２のように９０度で交差する場合は、交差間隔を１ｍｍより広い間隔に設定するか、または交差間隔が０．２ｍｍ〜１ｍｍの時は信号配線全体での交差回数を１５回以内に制限することにより、信号配線006，007の特性インピーダンス５０Ωに対して許容誤差を５％以内とすることが可能であり、また、信号配線全体で交差回数を３０回以内とすることにより伝送損失の増加を交差しない場合と比較し１％以内とすることが可能である（信号配線007，008についても同様）。また、信号配線006と信号配線008が９０度で交差する場合は、交差間隔を０．２ｍｍ以上とすることにより、信号配線006，008の特性インピーダンス５０Ωに対して許容誤差を５％以内とすることが可能であり、信号配線全体で交差回数を４０回以内とすることにより伝送損失の増加を交差しない場合と比較し１％以内とすることが可能である。
【００３２】
図３は、信号配線006の特性インピーダンスを、単独の場合と信号配線007が９０度で１５回交差した場合とで比較した一例を図示したものである。
【００３３】
図４は、信号配線006の伝送損失を、単独の場合と信号配線007が９０度で３０回交差した場合とで比較した一例を図示したものである。
【００３４】
また、信号配線006に信号配線008が、例えば図５のように交差間隔Ｓ１で複数回集中して９０度で交差しており、その複数集中交差パターンが繰り返しピッチＳ２で周期的に繰り返し配置される場合、各複数集中交差パターンにおける交差数を４回以内（交差配線部の数を４つ以内）、または複数集中交差パターンにおける交差間隔（交差配線部同士の間隔）Ｓ１を１ｍｍ以上、または周期配置の繰り返しピッチＳ２を２０ｍｍ以下、または周期配置の繰り返し数を５回以内とすることにより、信号周波数１ＧＨｚ未満において伝送損失の増大を回避できる。即ち、上記条件を全て外れると特定周波数で伝送損失が増大してしまうが、いずれか１つ上記条件を満たせばこのような伝送損失の増大は生じない。
【００３５】
図６は周期的繰り返し交差によって特定の信号周波数で伝送損失が増大した例を示すものである。
【００３６】
また、図１において、信号配線006と信号配線007とが平行に配線される場合（上記平行配線部がある場合）、当該平行部分同士の平面視における配線間隔を０．１５ｍｍ以上、平行配線長（平行配線部の長さ）を１５０ｍｍ以内とすることにより、信号配線006と信号配線007間のクロストークノイズを５％以内に抑えることが可能である（信号配線007，008においても同様）。また、信号配線006と信号配線008が平行に配線される場合、平行部分同士の平面視における配線間隔を０．１ｍｍ以上、平行配線長を２５０ｍｍ以内とすることにより、信号配線006と信号配線008間のクロストークノイズを５％以内に抑えることが可能である。
【００３７】
図７、図８は図１において、信号配線006と信号配線007とが平行に配線される場合のクロストークノイズと平面視における配線間隔、平行配線長との関係の一例をそれぞれ図示したものである。
【００３８】
本実施例は上述のように構成したから、電圧リファレンス層を共有化して１つの電圧リファレンス層により複数の信号配線層のインピーダンスコントロールが可能となり、プリント配線板の更なる高密度化・多層化を図るに際し、従来に比して信号配線層の増加量に比し電圧リファレンス層の増加量を少なくでき、基板厚を変えることなく追加できる信号配線層数を増加させることが可能となる。
【００３９】
更に、積層される複数の信号配線層の各信号配線の特性インピーダンスを設計する際、信号配線の幅及び厚さ、信号配線層から電圧リファレンス層までの距離並びに絶縁体の比誘電率だけでなく、信号配線同士の交差配線部の数及びその間隔を調整することで交差配線部を有する信号配線の特性インピーダンスの変化（低下）を補正し、この交差配線部に起因する伝送損失の増加を抑制するから、各信号配線の影響を可及的に排除して交差配線部による特性インピーダンスの変化及び伝送損失の増加を最小に抑え、設計通りの所定の電気特性を確保することが可能となる。
【００４０】
また、交差配線部が周期的に繰り返し配置される信号配線の特性インピーダンスを、この交差配線部の数、交差配線部同士の間隔、周期配置の繰り返しピッチ及びこの周期配置の繰り返し数を調整することで補正するから、特定の信号周波数で生じる伝送損失の増大を阻止することが可能となり、一層良好な電気特性を確保することが可能となる。
【００４１】
また、信号配線のうち、他の信号配線層の信号配線と平面視において重なり合うか、接触するか若しくは近接する平行配線部を有する信号配線のクロストークノイズを、平面視における前記平行配線部同士の信号配線間隔及び平行配線部の長さを調整することで補正するから、クロストークノイズを所定の範囲内に抑えることが可能となり、一層良好な電気特性を確保することが可能となる。
【００４２】
よって、本実施例は、交差配線部や平行配線部を有する信号配線の電気特性を低下させることなく信号配線層を多層化することが可能な実用性に秀れたものとなる。
【００４３】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。例えば、リファレンス層に対向させる信号配線層数は限定されず、２つ以上の任意の層数で対応可能である。また、異なる信号配線層に含まれる信号配線の交差回数、交差間隔、繰り返しピッチ、繰り返し回数、平行配線間隔、平行配線長は必要とされる電気特性により適宜設定可能である。また、絶縁体としてガラスクロス等の繊維の含まない樹脂やセラミック等の絶縁材を採用しても良い。
【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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