(57)【要約】【課題】周囲の影響を受けず、劣化のない高品質信号を安定して得ることができる配線基板を提供する。【解決手段】本発明に係る配線基板は、導電部材からなる差動伝送路１１を備えた配線基板１Ａ（１）であって、前記差動伝送路は、前記配線基板の一部又は全部を構成する基材１０内に配されており、かつ、該差動伝送路を構成する２本の配線１２Ａ，１２Ｂ間の電界分布方向が、該２本の配線が対向する面において、その中央部から周縁部へ向く方向にあり、該方向が前記配線基板の板厚方向と一致する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電部材からなる差動伝送路を備えた配線基板であって、
前記差動伝送路は、前記配線基板の一部又は全部を構成する基材内に配されており、かつ、該差動伝送路を構成する２本の配線間の電界分布方向が、該２本の配線が対向する面において、その中央部から周縁部へ向く方向にあり、該方向が前記配線基板の板厚方向と一致する、ことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
対をなす前記配線は、その上端部から前記配線基板の一面（表面）までの距離Ｄ１同士、及び、その下端部から配線基板の他面（裏面）までの距離Ｄ２同士が、同じである、ことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記配線基板が誘電体からなる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記誘電体が液晶ポリマーである、ことを特徴とする請求項３に記載の配線基板。
【請求項５】
前記差動伝送路を構成する２本の配線間の電界分布方向と垂直をなすように、前記配線基板の一方または両方の主面が配され、かつ、該一方または両方の主面にシールド部が配されている、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の配線基板。
【請求項６】
前記シールド部がグランド電位にある、ことを特徴とする請求項５に記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差動伝送路を備えた配線基板に関する。特に、マイクロ波帯およびミリ波帯のアナログ高周波信号、またはデジタル信号を伝送する差動伝送路を備えた配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子情報機器の発達に伴い、電子機器に使用する配線基板には信号の高速化が求められている。高速に信号を伝送する方法として、差動伝送方式が用いられている。差動伝送とは、例えば図１０（ａ）に示すように、基板１００上に配された１対の配線１０１Ａ，１０１Ｂに信号を通すことで、それぞれに逆極性の信号を伝送させ、互いの電位差にて信号を認識する。
【０００３】
差動伝送方式では、信号の電圧振幅の基準は、隣の信号線の電圧となる。このため、シングルエンド伝送方式よりも駆動電圧が低くなるという特徴があり、低消費電力化に貢献している。
また、２本の配線に同様に作用する外来ノイズを完全にキャンセルすることができるという点で、ノイズ耐性にも優れていると考えられる。更に、隣り合う信号が逆相であるため、ノイズ放射が少ないという特徴も有する。
【０００４】
差動伝送方式の配線基板は、図１０に示すように。３つの形態で実現されることが知られている（非特許文献１参照）。図１０（ａ）に示す形態は、マイクロストリップ構造であり、世の中の殆どの差動配線が、この形態を取っている。これに対し、図１０（ｂ）に示すエッジ結合や、図１０（ｃ）に示すブロードサイド結合による形態は、加工精度等の問題から殆ど実現に至っていないのが実情である。
【０００５】
例えばブロードサイド結合において、図１１（ａ）に示すように、複数の基板１００を積層する際に、上下に配された配線１０１Ａ，１０１Ｂが位置ずれを起こし、所望の差動インピーダンスが得られない。或いは図１１（ｂ）に示すように、基板１００を積層する際に接着剤１１０を用いると、一般的には接着剤の誘電正接が大きいため、誘電損失が大きくなる。
【０００６】
また、図１２に示すように、基板１００の上下から信号を取り出す場合、配線１０１Ａと電気的に接続された下部配線１０３Ａと、配線１０１Ｂと電気的に接続された上部配線１０３Ｂとの構造の非対象性に起因して、図中矢印で表される距離の分だけ、下部配線の信号が、上部配線の信号に比べて遅れるため、スキューが生じるという問題があった。
また、上部配線１０３Ｂは上側のＧＮＤ（グランド）１０２と結合し、下部配線１０３Ａは下側のＧＮＤ１０２と結合するため、２つの面の電位差は、差動信号に影響を及ぼす。また２つのＧＮＤ１０２に異なる電源電圧を用いる際は、全ての電源雑音が差動信号に影響を及ぼすという問題があった。
【０００７】
この差動伝送路に関し、特性インピーダンスは、多くの場合１００Ωで用いられる場合が多い。特性インピーダンスは配線幅、配線間距離、ＧＮＤと配線の距離、基板材料の比誘電率等で決定される。そして多くの場合、外来ノイズ対策やノイズ放射対策として、図１０（ｂ）、（ｃ）のように、配線の上下がＧＮＤ１０２でシールドされるケースが多く、実際には、このＧＮＤ１０２の影響を考慮して特性インピーダンスの設計がされるものである。
【０００８】
ここで、図１３は従来の差動信号配線の電界の姿態である。電界は２配線問というよりも、各々の配線とＧＮＤ間に主に発生していることが分かる。このことは従来の差動配線においては配線とＧＮＤが強く結合していることを意味する。即ち、配線とＧＮＤ間には大きなキャパシタンス成分が発生し、これが特性インピーダンスを低下させ、１００Ωという値の実現を非常に難しくしているという実情が存在する。また、ＧＮＤの不安定性等、好ましくない影響（一例としてグランドバウンス等）を信号配線が受けてしまうということを意味する。これは信号品質の劣化という観点から問題である。
【０００９】
これに対する対応策としては、例えば、（１）非特許文献２に記載されているような、ＧＮＤをメッシュ状にするという対策、または、（２）基板の厚みを大きくし、配線とＧＮＤとの結合を弱めるといった方法、が考えられる。
【００１０】
しかしながら、前記（１）の方法では、ＧＮＤをメッシュ状にすることにより、特性インピーダンスの不連続が周期的に生じるという意味で好ましくない。また、ＧＮＤをメッシュ状にすることで、ノイズ特性が破綻するという問題を有している。
また、前記（２）の方法に関しては、基材の厚膜化を招くこととなり、好ましくないという実情もさることながら、入手可能な基材の厚みにも制限があるので解としては現実的ではない。
【００１１】
さらに、差動伝送路として、基板の一主面上に２本の配線が並置されるような、いわゆる結合マイクロストリップ配線が用いられてきたが、２本の配線を並置するために配線占有面積が増大してしまい、小型化の妨げとなるという、構造的な課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Howard Johnsdon, Martin Graham、「高速信号ボードの設計  応用編」、ｐ４２５
【非特許文献２】渡邉ほか、「ＦＰＣの高周波特性の一考察」、フジクラ技報、第１１０号、ｐ１９−２２、２００６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、周囲の影響を受けず、劣化のない高品質信号を安定して得ることができる配線基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１に記載の配線基板は、導電部材からなる差動伝送路を備えた配線基板であって、前記差動伝送路は、前記配線基板の一部又は全部を構成する基材内に配されており、かつ、該差動伝送路を構成する２本の配線間の電界分布方向が、該２本の配線が対向する面において、その中央部から周縁部へ向く方向にあり、該方向が前記配線基板の板厚方向と一致する、ことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の配線基板は、請求項１において、対をなす前記配線は、その上端部から前記配線基板の一面（表面）までの距離Ｄ１同士、及び、その下端部から配線基板の他面（裏面）までの距離Ｄ２同士が、同じである、ことを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の配線基板は、請求項１または２において、前記配線基板が誘電体からなる、ことを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の配線基板は、請求項３において、前記誘電体が液晶ポリマーである、ことを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の配線基板は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記差動伝送路を構成する２本の配線間の電界分布方向と垂直をなすように、前記配線基板の一方または両方の主面が配され、かつ、該一方または両方の主面にシールド部が配されている、ことを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の配線基板は、請求項５において、前記シールド部がグランド電位にある、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の配線基板では、差動伝送路を構成する２本の配線間の電界分布方向が、該２本の配線が対向する面において、その中央部から周縁部へ向く方向にあり、該方向が前記配線基板の板厚方向と一致する。すなわち、２本の配線間に電界が高密度に局在している。本発明の配線基板では、差動伝送路の２配線間の結合方式が、縦型のブロードサイド結合方式となる。これにより２配線間のキャパシタンスが、特性インピーダンスを主に決定づけるパラメータとなる。その結果、本発明の配線基板では、ＧＮＤ等の周囲の影響を受けず、劣化のない高品質信号を安定して得ることができる。また、配線を縦型とすることで、小型な差動伝送路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の配線基板の一構成例を模式的に示す断面図。
【図２】図１に示す配線基板について、電荷分布を示す図。
【図３】本発明の配線基板の他の構成例を模式的に示す断面図。
【図４】本発明の配線基板の他の構成例を模式的に示す断面図。
【図５】本発明の配線基板の他の構成例を模式的に示す断面図。
【図６】図５に示す配線基板について、電荷分布を示す図。
【図７】本発明の配線基板の他の構成例を模式的に示す断面図。
【図８】本発明の配線基板の他の構成例を模式的に示す断面図。
【図９】配線基板の製造方法を模式的に示す断面図。
【図１０】差動伝送方式の配線基板の形態を模式的に示す断面図。
【図１１】従来の差動伝送方式の配線基板の問題を説明するための断面図。
【図１２】従来の差動伝送方式の配線基板の問題を説明するための断面図。
【図１３】従来の配線基板について、電荷分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明に係る配線基板の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の配線基板の一構成例を模式的に示す断面図である。
本実施形態の配線基板１Ａ（１）は、導電部材からなる差動伝送路１１を備える。
差動伝送路１１は、配線基板１の一部又は全部を構成する基材１０内に、平行に配された２本の配線１２Ａ，１２Ｂ（伝送路）から構成される。２本の配線１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ＋極と−極の極性を持ち、１組で伝送路を構成する。
【００１９】
基材１０は、誘電体からなる。誘電体としては、例えば液晶ポリマーが好適に用いられる。
【００２０】
配線１２Ａ，１２Ｂは、抵抗値が低い導電部材からなる。例えばＣｕの電解めっきで形成される。
特に、本実施形態の配線基板１Ａ（１）では、図１に示すように、配線１２Ａ，１２Ｂにおいて、配線高さＨが、配線幅Ｗよりも長い、いわゆる縦長の形状を有している。
【００２１】
そして本実施形態の配線基板１では、差動伝送路１１を構成する２本の配線１２Ａ，１２Ｂに差動信号が伝送されるときに、両配線間の電界分布方向が、該２本の配線１２Ａ，１２Ｂが対向する面において、その中央部から周縁部へ向く方向にあり、該方向が前記配線基板１の板厚方向と一致することを特徴とする。
【００２２】
ここで、従来の差動伝送路を備えた配線基板と、本発明の差動伝送路を備えた配線基板との違いについて、説明する。
図１３は、配線の断面形状が横型である、従来の配線基板について電界分布を示す図であり、図２は、本発明の配線基板１Ａ（１）について電界分布を示す図である。図２における電界分布は、「大（２．４Ｅ＋０６［単位：Ｖ／ｍ＝volt per meter］）→小（２．０Ｅ＋０１）」であり、「黒→白」の濃淡により表示してある。
【００２３】
従来の配線基板１においては、図１３に示すように、配線１２Ａ，１２Ｂの周囲、特に配線１２Ａ，１２ＢとＧＮＤとの間に電界が分布している。電界は２配線１２Ａ，１２Ｂ問というよりも、各々の配線１２Ａ，１２ＢとＧＮＤ間に主に発生している。このことは従来の差動配線１２Ａ，１２Ｂにおいては配線１２Ａ，１２ＢとＧＮＤが強く結合していることを意味し、ＧＮＤの不安定性等、好ましくない影響（一例としてグランドバウンス等）を信号配線１２Ａ，１２Ｂが受けてしまうということを意味する。これは信号品質の劣化という観点から問題である。
【００２４】
これに対し、配線１２Ａ，１２Ｂの断面を縦型とした、本発明の配線基板１Ａ（１）では、図２に示すように、配線１２Ａ，１２Ｂ間に電界が高密度に局在している。なお、３次元電磁界解析ソフトＨＦＳＳ（アンシス社）による特性インピーダンスの計算結果においても、ほぼ１００Ωが実現できている。ここで、図２に示した配線基板１Ａ（１）は、基材１０と基材２０とを重ねて設けた積層板であり、配線１２Ａ、１２Ｂは基材１０に内在するように配されている。基材２０としては基材１０と同じ材料を適用することができる。
【００２５】
このように、本発明の配線基板１では、差動伝送路１１を構成する２本の配線１２Ａ，１２Ｂ間の電界分布方向が、該２本の配線１２Ａ，１２Ｂが対向する面において、その中央部から周縁部へ向く方向にあり、該方向が前記配線基板１の板厚方向と一致する。すなわち、本発明の配線基板１ででは、２本の配線１２Ａ，１２Ｂ間に電界が高密度に局在している。
【００２６】
これにより、本発明の配線基板１では、差動伝送路１１の２配線１２Ａ，１２Ｂ間の結合方式が、縦型のブロードサイド結合方式となる。すなわち、２配線１２Ａ，１２Ｂ間のキャパシタンスが、特性インピーダンスを主に決定づけるパラメータとなる。これは、従来の差動配線１２Ａ，１２Ｂとは全く異なる特性である。
【００２７】
また、配線１２Ａ，１２Ｂを縦型とすることで、横型に配置するよりも小型な差動配線１２Ａ，１２Ｂを実現することができ、一定面積内で差動配線１２Ａ，１２Ｂ本数を規定するとクロストーク特性が圧倒的に有利である。
【００２８】
また、ＧＮＤを必要としないため、コモンモードの発生がなく、不要放射を起こさない。不要放射を起こすとそれがノイズとなり、他のシステムに影響する。最終的にデジタル信号１，０の判定を誤らせる結果となる。データセンター等の大規模情報処理システムでは、これが大きな問題となりうる。
【００２９】
図１に示すように、このような配線基板１Ａ（１）において、配線１２Ａ（＋極）と配線１２Ｂ（−極）の配線高さＨ、配線幅Ｗ、配線間隔Ｓは、所望の特性インピ−ダンスとなるよう設計される。例えば、配線高さＨ：７μｍ、配線幅Ｗ：３〜６μｍ、配線間隔Ｓ：７μｍで、厚み２５μｍの液晶ポリマーなる基材１０内に、Ｃｕからなる配線１２Ａ，１２Ｂを形成すれば、特性インピ−ダンス１００Ωの差動伝送路１１が得られる。
【００３０】
なお、図１に示した配線基板１では、配線１２Ａ，１２Ｂは、その長辺方向の一端が、基材１０表面に露出するように配されていたが、例えば図３に示す配線基板１Ｂ（１）のように、配線１２Ａ，１２Ｂが、基材１０内部に配されたものであってもよい。この場合、対をなす配線１２Ａ，１２Ｂは、その上端部から前記配線基板１の一面（表面）までの距離Ｄ１同士、及び、その下端部から配線基板１の他面（裏面）までの距離Ｄ２同士が、同じである。これにより、対をなす配線１２Ａ，１２Ｂにおいて、各々の上端部と下端部が、配線基板１の一面（表面）や配線基板１の他面（裏面）から受ける影響の度合いを均等なものとなることから、より好ましい。
【００３１】
また、本実施形態の配線基板１では、差動伝送路１１を構成する２本の配線１２Ａ，１２Ｂ間の電界分布方向と垂直をなすように、配線基板１の一方または両方の主面が配され、かつ、一方または両方の主面にシールド部１３が配されていてもよい。
図４に示す配線基板１Ｃ（１）では、ノイズ対策（受信、放射）のため、配線基板１の両方の主面に、シールド部１３が配されている。配線基板１の両方の主面に、シールド部１３を配する場合、配線１２Ａ，１２Ｂは、図３に示したように、基材１０内部に配されたものである必要がある。すなわち、配線１２Ａ，１２Ｂの上端部から前記配線基板１の一面（表面）までの距離Ｄ１が有意の値を有する。
また、配線１２Ａ、１２Ｂが、その長辺方向の一端が、基材１０の表面に露出するような構成とした場合、図５に示す配線基板１Ｄ（１）のように、シールド部１３は、配線１２Ａ，１２Ｂが露出した面とは反対側の面（下面）だけに配されることとなる。
【００３２】
このシールド部１３は、グランド電位（ＧＮＤ）にあってもよい。
本実施形態の配線基板１Ｂ（１）では、配線１２Ａ，１２Ｂの上下にシールド部１３（ＧＮＤ）がある場合であっても、その影響を受けず、劣化のない高品質信号を安定して得ることができる。
即ち、本発明による縦型ブロードサイド式結合配線１２Ａ，１２Ｂによると、２配線１２Ａ，１２Ｂ間の結合こそが特性インピーダンスを決定する要因となり、ノイズ対策のためのＧＮＤを近接させても、その影響を受けず、特性インピーダンス１００Ωの実現には何ら問題ない。
【００３３】
図６はその証明であり、基材１０の下面にシールド部１３（ＧＮＤ）が配された配線基板について、電界分布を示す図である。図６における電界分布は、「大（２．５Ｅ＋０６［単位：Ｖ／ｍ＝volt per meter］）→小（０．０Ｅ＋００）」であり、「黒→白」の濃淡により表示してある。図６に示された配線基板１Ｂ（１）は、基材１０と基材２０とを重ねて設けた積層板であり、配線１２Ａ、１２Ｂは基材１０に内在するように配されている。基材２０としては基材１０と同じ材料を適用することができる。図６に示された配線基板１Ｂ（１）は、縦型ブロードサイド式結合配線１２Ａ，１２Ｂの１８μｍ下方にシールド部１３（ＧＮＤ）をおいた例である。また、電界の姿態を見ても配線１２Ａ，１２ＢとＧＮＤの間に強い電界が発生していない。すなわち、配線１２Ａ，１２ＢとＧＮＤの間に結合がないことが分かる。これは、従来の差動配線１２Ａ，１２Ｂとは全く異なる。
なお、この例で想定している基材厚みは、現在入手できるもので最薄の部類に属する。計算された特性インピーダンスにおいてもＧＮＤがない場合と殆ど変わらない。
【００３４】
また、図７に示すように、基材１０と基材２０により構成された積層板の内部に配線１２Ａ、１２Ｂが配されており、その積層板の両方の主面にシールド部１３α、１３β（１３）が各々配置される構成としてもよい。その際、基材２０としては基材１０と同じ材料を適用することができる。
さらに、図８は、基材１０と基材２０により構成された積層板からなる配線基板にスルーホールＳＨが配され、かつ、スルーホールＳＨの内部（内壁）に導電部１３γ（１３）を設けた一構成例である。このスルーホールＳＨの内部（内壁）に設けた導電部１３γ（１３）は、配線基板を構成する基材１０と基材２０の各主面に配されたシールド部１３α、１３β（１３）同士を電気的に接続する。これにより、各主面に配されたシールド部１３α、１３β（１３）同士を、同レベルにＧＮＤ電位に保つことができる。また、スルーホールＳＨの内部（内壁）に設けた導電部１３γ（１３）は、配線基板の横方向（厚さ（側面）方向）からの電磁ノイズが、差動配線１２Ａ，１２Ｂに影響することを防止する効果も有する。
【００３５】
このような配線基板１の製造方法を、図９に示す。
（１）はじめに、図９（ａ）に示すように、シリコン等の材料を用いて、モールド（型）３０を準備する。このモールド３０は、形成しようとする凹部１４の形状を反転させた形状の凸部２１を有している。
【００３６】
（２）次に、図９（ｂ）に示すように、熱インプリント法により、モールド２０を基材１０に押しあてることで、基材１０の表面に凹部１４を形成する。
【００３７】
（３）次に、図９（ｃ）に示すように、凹部１４の表面を含む基材１０の表面に、金属材料からなるシード層１５（金属層）を形成する。金属材料としては、Ｔｉ、Ｃｒ等が挙げられる。また、シード層１５の形成方法としては、特に限定されるものではなく、例えばスパッタリング法、蒸着法、無電解めっき法、ＤＰＰ（Direct Plating Process）等が挙げられる。
【００３８】
（４）次に、図９（ｄ）に示すように、電解めっきを行い、シード層１５上に導電材料、例えばＣｕからなる導電性膜１２を形成する。このとき、例えば凹部１４を導電性膜１２で充填するとともに、基材１０の表面を導電性膜１２で覆うように形成する。
（５）最後に図９（ｅ）に示すように、基材１０及び導電性膜１２の表面を研磨し平坦化する。
これにより、図１に示したような配線基板１Ａ（１）が得られる。必要に応じて、基材１０の一方又は両方の主面にシールド部１３を形成してもよい。
【００３９】
以上、本発明の配線基板１について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、１つの差動伝送路（１対の配線）が基材に形成されてなる場合を例に挙げて説明したが、基材に複数の差動伝送路（複数対の配線）が形成されていてもよい。
また、上述した実施形態では、配線を形成する際に、凹部に導電材料（例えばＣｕ）を充填した場合を例に挙げて説明したが、凹部がすべて充填されている必要はなく、凹部の側面及び底面のみに、導電材料からなる導電性膜が形成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、差動伝送路を備えた配線基板に広く適用可能である。例えば、本発明の配線基板は、信号分配器、信号合成器などに応用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ（１）  配線基板、１０、２０  基材、１１  差動伝送路、１２Ａ，１２Ｂ  配線（差動配線）、  １３α、１３β（１３）  シールド部、１４  凹部、１５  シード層。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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【図２】
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【図６】
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【図１３】
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