(57)【要約】【課題】複数のべたプレーン層、及び、信号ビアホールを有する多層プリント基板において、べたプレーン層の平行平板共振による信号ビアホールの透過損失が改善された多層プリント基板を提供する。【解決手段】複数のべたプレーン層、及び、信号ビアホールを有する多層プリント基板において、上記複数のべたプレーン層を高周波的に接続するリターンパス接続部位が上記信号ビアホールの近傍に設けられていることを特徴とする多層プリント基板である。【選択図】図１
2006013010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のべたプレーン層、及び、信号ビアホールを有する多層プリント基板において、上記複数のべたプレーン層を高周波的に接続するリターンパス接続部位が上記信号ビアホールの近傍に設けられていることを特徴とする多層プリント基板。
【請求項２】
請求項１に記載の多層プリント基板において、前記多層プリント基板には、前記複数のべたプレーン層を高周波的に接続する補助用ビアホールが少なくとも１つ設けられており、前記信号ビアホールにおける伝送信号の透過損失を発生させたくない周波数の下限をｆ（Ｈｚ）、真空中の光速をＣ0（ｍ／ｓ）、前記多層プリント基板の基材の比誘電率をεr、及び、ｎを自然数とするとき、上記補助用ビアホールのうちの少なくとも１つが前記リターンパス接続部位に対し、下記式より算出されたＬ（ｍ）の間隔で設けられていることを特徴とする多層プリント基板。
【数１】
2006013010.tif 000009
【請求項３】
請求項１に記載の多層プリント基板において、前記多層プリント基板には、前記複数のべたプレーン層を高周波的に接続する複数の補助用ビアホールが設けられており、前記信号ビアホールにおける伝送信号の透過損失を発生させたくない周波数の下限をｆ（Ｈｚ）、真空中の光速をＣ0（ｍ／ｓ）、前記多層プリント基板の基材の比誘電率をεr、及び、ｎを自然数とするとき、前記複数の補助用スルーホールのうち、少なくとも２つが、下記式より算出されたＬ１（ｍ）の間隔で配置されていることを特徴とする多層プリント基板。
【数２】
2006013010.tif 000010
【請求項４】
請求項１に記載の多層プリント基板において、前記信号ビアホールにおける伝送信号の透過損失を発生させたくない周波数の下限をｆ（Ｈｚ）、真空中の光速をＣ0（ｍ／ｓ）、前記多層プリント基板の基材の比誘電率をεr、及び、ｎを自然数とするとき、前記リターンパス接続部位は前記多層プリン基板の板端に対し、下記式より算出された位置Ｌ２（ｍ）の間隔で配置されていることを特徴とする多層プリント基板。
【数３】
2006013010.tif 000011
【請求項５】
請求項１に記載の多層プリント基板において、前記多層板には、前記複数のべたプレーン層を高周波的に接続する補助用ビアホールが少なくとも１つ設けられ、前記信号ビアホールにおける伝送信号の透過損失を発生させたくない周波数の下限をｆ（Ｈｚ）、真空中の光速をＣ0（ｍ／ｓ）、前記多層プリント基板の基材の比誘電率をεr、及び、ｎを自然数とするとき、前記補助用ビアホールのうち少なくとも１つが、前記多層プリン基板の板端に対し、下記式より算出された位置Ｌ３（ｍ）の間隔で配置されていることを特徴とする多層プリント基板。
【数４】
2006013010.tif 000012
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のべたプレーン層、及び、信号ビアホールを有する多層プリント基板において、べたプレーン層の平行平板共振による信号ビアホールにおける伝送信号の透過損失が改善された多層プリント基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
内層に複数のべたプレーン層を有し、表層に信号線路が形成され、信号線路が信号ビアホールで接続されている構造をもつ多層プリント基板において、高周波信号が信号線路を流れる際に、信号ビアホールにおいて、ある特定周波数で著しい透過特性の悪化が生じることが知られている。
【０００３】
この現象について図面を参照して説明する。なお、以下の図面に示される形状は、実際の寸法、及び、形状とは必ずしも比例関係にない。
【０００４】
図３、及び、図４を参照すると、これらは上記の現象を検証するために作成したテスト基板１００の構成を示す図であって、図３は平面図、図４は底面図である。なお、テスト基板１００の正面図、背面図、左側面図、及び、右側面は、図３、及び、図４から容易に類推できるので省略する。
【０００５】
このテスト基板１００の寸法は、長手方向×短手方向×厚み方向＝２５０ｍｍ×１２ｍｍ×１．６ｍｍで、内層に２つのべたプレーン層（図示せず）を有するとともに、平面側、及び、底面側の表層に信号線路１０４、１０６が設けられている。また、信号線路１０４、１０６は信号ビアホール１０８で接続されている。また、テスト基板１００は、平面側、及び、底面側ともに、表層がソルダーレジスト層（図示せず）で被覆されている。
【０００６】
信号線路１０４、１０６の両端には、テスト用高周波信号を印加するためのＳＭＡコネクタ１１０が設けられている。ＳＭＡコネクタ１１０の主軸は信号線路１０４及び１０６に、シールド線部は２つのべたプレーン層１０２に接続されている。
【０００７】
このＳＭＡコネクタ１１０に同軸ケーブル（図示せず）を接続し、同軸ケーブルをネットワークアナライザー（図示せず）に接続して、テスト基板１００のＳパラメータのＳ21、及び、Ｓ11を測定した。
【０００８】
Ｓパラメータの測定結果を図５に示す。ここで、Ｓ21、及び、Ｓ11は、それぞれ、テスト基板１００におけるテスト用高周波信号の透過特性、及び、反射特性を示す。図５からわかるように、Ｓ21は、特定周波数において周期的に極小値を示し、また、Ｓ11は特定周波数において極大値を示している。特定周波数は、図１０６に矢印で示している。
【０００９】
図５において、Ｓ21、及び、Ｓ11ともにほぼ同一の周波数で特性が悪化しているということは、テスト基板１００は、この周波数において、信号ビアホール１０８における信号の透過特性が極めて悪く、信号ビアホール１０８による信号の反射量が極めて増大しているということである。
【００１０】
この信号ビアホール１０８における信号透過の悪化は、信号線路１０４、１０６に高周波信号を流すと、べたプレーン層１０２において、信号線路１０４、１０６を流れる高周波信号の信号の流れる方向とは逆方向にリターン電流が流れ、このリターン電流がＳＭＡコネクタ１１０のべたプレーン層１０２との接続部から、もう一つのべたプレーン層１０
２の接続部に向かって流れるため、この接続部間において、リターン電流がべたプレーン層１０２の共振を励起させているものと解せられる。
【００１１】
ここで、誘電体における共振周波数は、一般に下記式で表される。共振周波数をｆ（Ｈｚ）、真空中における光速をＣ0、誘電体の比誘電率をεr、誘電体の長手×短手×厚みの寸法を、Ｌ１×Ｌ２×Ｌ３、ｎ、ｍ、ｐを自然数とするとき、
【００１２】
【数５】
2006013010.tif 000003
【００１３】
上式にＣ0≒３.０×１０8（ｍ／ｓ）、εr＝４.０、Ｌ１＝０.２５０ｍ、Ｌ２＝０.０
１２ｍ、Ｌ３＝０.００１６ｍ、π＝３.１４を代入すると、
【００１４】
【数６】
2006013010.tif 000004
となる。
【００１５】
ここで、テスト基板１００において、平面方向の短手方向の基本共振周波数は、上式において、ｎ＝ｐ＝０、ｍ＝１とおくと、
ｆ＝２.３９×１０7×√（６．８５）×１０2≒６．２６ＧＨｚ
である。
【００１６】
また、テスト基板１００において、厚み方向の基本共振周波数は、上式において、ｎ＝ｍ＝０、ｐ＝１とおくと、
ｆ＝２.３９×１０7×√（３．８６）×１０3≒４７．０ＧＭＨｚ
である。
【００１７】
このテスト基板１００においては、実際に使用される高周波信号の周波数、具体的には３０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚを対象としているので、上式よりわかるように、この周波数の範囲では、テスト基板１００のの短手方向、及び、厚み方向の共振は励起されないので、式１０では、ｍ＝ｐ＝０とみなすことができる。よって、テスト基板１００においては、下記式が適用される。
【００１８】
ｆ＝２．３９×１０7×√（１．５８）×１０×ｎ≒３００×１０6×ｎ
従って、上式より、テスト基板１００における長手方向の共振周波数は、３００ＭＨｚの自然数倍である。
【００１９】
図５に示す測定結果をさらに詳細に検討すると、、このテスト基板１００は、３００ＭＨｚの奇数倍、すなわち、３００ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、１５００ＭＨｚ、・・、の近傍でＳ21が極小値、Ｓ11が極大値を示している。つまり、３００ＭＨｚを基本周波数として、この基本周波数の奇数倍で信号ビアホール１０８における透過損失が発生している。
【００２０】
これは、次のように解せられる。ｎが奇数の場合は、平行平板共振に伴う発生する電磁波の電界において、信号ビアホール１０８の位置において、電圧分布は最大値を示す。一方、ｎ＝２、４、・・、というようにｎが偶数の場合は、信号ビアホール１０８の近傍における電圧分布は０なので、ｎが偶数においては、信号ビアホール１０８は平行平板共振による影響を受けないものと解される。
【００２１】
次に、一般的な多層プリント基板にこの透過損失の現象が発生した際の問題点を述べる。この現象は、伝送される信号が高周波信号、特に３０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの高周波信号が流れる際に問題となる。すなわち、多層プリント基板において、高周波信号としてデジタル信号を流す際においては、デジタル信号の信号の並びによっては、信号の損失が大きくなると、符号の伝送誤りの原因となるからである。
【００２２】
例えば、「１１００１１００」という並びの１２００Ｍｂｐｓデジタル信号は、３００ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、・・、で電力量のピークとなる。例えば、この「１１００１１００」という並びの信号をこのテスト基板１００に流すと、３００ＭＨｚで透過損失が著しく大きいため、信号の損失が大きく、符号の伝送誤りが起こる可能性が大きくなる。実際の多層プリント基板においては、いろいろな並びのデジタル信号が伝送される。また、内層に複数のべたプレーン層を有すると、そのべたプレーン層に固有の共振周波数があり、べたプレーン層にその共振周波数の整数倍となるリターン電流が流れると、べたプレーン同士に平行平板共振が励起され、信号ビアの透過特性が悪化するため、伝送される信号の損失が起こり、伝送品質を悪化させることとなる。
【００２３】
上述の通り、多層プリント基板におけるべたプレーン層の平行平板共振は、信号の伝送に対して悪い影響を与えるので、抑制される必要がある。べたプレーン層における平行平板共振を抑制する手段としては、特許文献１〜４がある。
【特許文献１】特開平０６−２０３１０２号公報
【特許文献２】特開２００１−２４４５８２号公報
【特許文献３】特開２００１−２７４５５８号公報
【特許文献４】特開２００４−１３４５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上記の特許文献１〜４に記載の技術は、いずれも平行平板共振による不要な電磁波の輻射を抑制することを目的としている。しかし、その構成が複雑であり、容易に実施できるものではない。
【００２５】
そこで、本発明においては、平行平板共振の発生を抑制するのではなく、実際の多層プリント基板において流される信号の周波数帯、具体的には３０〜１０００ＭＨｚよりも、平行平板共振の発生する周波数を高い周波数帯にシフトさせることで、平行平板共振による電磁波が輻射されても、多層プリント基板における信号伝送においては、実際上は影響の少ないこととすることを目的とし、これをきわめて簡単な構成で実現したものである。
【００２６】
ゆえに、本発明が解決しようとする課題は、複数のべたプレーン層、及び、信号ビアホールを有する多層プリント基板において、べたプレーン層の平行平板共振による信号ビアホールの透過損失が改善された多層プリント基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、複数のべたプレーン層、及び、信号ビアホールを有する多層プリント基板において、上記複数のべたプレーン層を高周波的に接続するリターンパス接続部位が上記信号ビアホールの近傍に設けられていることを特徴とする多層プリント基板である。
【００２８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の多層プリント基板において、前記多層プリント基板には、前記複数のべたプレーン層を高周波的に接続する補助用ビアホールが少なくとも１つ設けられており、前記信号ビアホールにおける伝送信号の透過損失を発生させたくない周波数の下限をｆ（Ｈｚ）、真空中の光速をＣ0（ｍ／ｓ）、前記多層プリント基板の基材の比誘電率をεr、及び、ｎを自然数とするとき、上記補助用ビアホールのうちの少なくとも１つが前記リターンパス接続部位に対し、下記式より算出されたＬ（ｍ）の間隔で設けられていることを特徴とする多層プリント基板。
【００２９】
【数７】
2006013010.tif 000005
【００３０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の多層プリント基板において、前記多層プリント基板には、前記複数のべたプレーン層を高周波的に接続する複数の補助用ビアホールが設けられており、前記信号ビアホールにおける伝送信号の透過損失を発生させたくない周波数の下限をｆ（Ｈｚ）、真空中の光速をＣ0（ｍ／ｓ）、前記多層プリント基板の基材の比誘電率をεr、及び、ｎを自然数とするとき、前記複数の補助用スルーホールのうち、少なくとも２つが、下記式より算出されたＬ１（ｍ）の間隔で配置されていることを特徴とする多層プリント基板である。
【００３１】
【数８】
2006013010.tif 000006
【００３２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の多層プリント基板において、前記信号ビアホールにおける伝送信号の透過損失を発生させたくない周波数の下限をｆ（Ｈｚ）、真空中の光速をＣ0（ｍ／ｓ）、前記多層プリント基板の基材の比誘電率をεr、及び、ｎを自然数とするとき、前記リターンパス接続部位は前記多層プリン基板の板端に対し、下記式より算出された位置Ｌ２（ｍ）の間隔で配置されていることを特徴とする多層プリント基板である。
【００３３】
【数９】
2006013010.tif 000007
【００３４】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の多層プリント基板において、前記多層板には、前記複数のべたプレーン層を高周波的に接続する補助用ビアホールが少なくとも１つ設けられ、前記信号ビアホールにおける伝送信号の透過損失を発生させたくない周波数の下限をｆ（Ｈｚ）、真空中の光速をＣ0（ｍ／ｓ）、前記多層プリント基板の基材の比誘電率をεr、及び、ｎを自然数とするとき、前記補助用ビアホールのうち少なくとも１つが、前記多層プリン基板の板端に対し、下記式より算出された位置Ｌ３（ｍ）の間隔で配置されていることを特徴とする多層プリント基板である。
【００３５】
【数１０】
2006013010.tif 000008
【００３６】
ここで、上記の「高周波的に接続する」とは、次のことをいう。
（１）複数のべたプレーン層がすべてグウラウンド層、または、すべて同電位の電源層の場合は、複数のべたプレーン層をスルーホールで直接接続することである。
（２）複数のべたプレーン層がグラウンド層、及び、電源層の場合は、それぞれのべたプレーン層をコンデンサを介して接続するか、または、スルーホールがグラウンド層、及び、電源層のいずれかに接続されており、このスルーホールが、接続されていないべたプレーン層とクリアランスホールを介して、容量性結合している状態のことである。
（３）複数のべたプレーン層が電位の異なる電源層である場合は、それぞれのべたプレーン層をコンデンサを介して接続することである。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、信号ビアホールの近傍に、複数のべたプレーン層を高周波的に接続するリターンパス接続部を設けることにより、信号ビアホールにおける伝送信号の透過損失を改善させることができるとともに、さらに、複数のべたプレーン層を高周波的に接続する補助用ビアホールを設けることにより、補助用スルーホールが無い状態に比べ、べたプレーン層における平行平板共振を励起させる周波数を高い周波数帯にシフトさせることができる。すると、信号ビアホールにおける伝送信号の透過特性に影響を及ぼす周波数帯では平行平板共振が励起されないので、信号ビアホールにおける伝送信号の透過損失をより改善させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。なお、以下の図面に示す形状は、実際の形状、及び、寸法とは比例関係にない。
【００３９】
図１は、本発明にかかる第２テスト基板３００の平面図である。この第２テスト基板３００は、基本的構成はテスト基板１００と同一であり、テスト基板１００の信号ビアホール１０８に対して、短手方向に２つのスルーホール３０２を設けた構成としている。このスルーホール３０２のそれぞれの中心と、信号用ビアホール１０８の中心とは３ｍｍの間隔としている。また、スルーホール３０２は、内層の２つのべたプレーン層の両方に接続されている。
【００４０】
この第２テスト基板３００におけるＳパラメータの測定結果を図２に示す。この測定結果からわかるように、Ｓ21におけるディップが小さくなっており、信号ビアホール１０８における透過特性が改善されていることがわかる。また、Ｓ11の極大値も、テスト基板１００に比べれば小さくなっており、問題の無いレベルまで改善されている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第２テスト基板の平面図。
【図２】第２テスト基板のＳパラメータ測定結果を示す図。
【図３】テスト基板の平面図。
【図４】テスト基板の底面図。
【図５】テスト基板のＳパラメータ測定結果を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１００  テスト基板
１０４  信号線路
１０６  信号線路
１０８  信号ビアホール
１１０  ＳＭＡコネクタ
３００  第２テスト基板
３０２  スルーホール
【図１】
2006013010.tif 000013
【図２】
2006013010.tif 000014
【図３】
2006013010.tif 000015
【図４】
2006013010.tif 000016
【図５】
2006013010.tif 000017