(57)【要約】【課題】  本発明はストリップライン伝送線路を覆う誘電体の一部を取り除くことにより高速信号とすべき任意の位置の静電容量を低減させ、ストリップラインの信号品質を向上させる。【解決手段】  グランド層又は電源層であるプレーン層２１、プレーン層２２と、このプレーン層の間に配置された信号層１３と、この信号層１３の周囲を覆い、プレーン層２１とプレーン層２２との間に配置された絶縁層３２、絶縁層３３とからなるストリップラインにおいて、プレーン層２１と信号層１３との間にある絶縁層３２一部の信号ライン（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）に対抗する位置に孔部（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ）を設けたことを特徴とするプリント配線基板１。【選択図】  図１
2006080162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランド層又は電源層である複数のプレーン層と、前記プレーン層との間に配置された信号層と、前記信号層の周囲を覆い前記プレーン層との間に配置された絶縁層とからなるストリップラインにおいて、
少なくとも１つの前記プレーン層と前記信号層との間の前記絶縁層の１部に孔部を設けたことを特徴とするプリント配線基板。
【請求項２】
前記信号層は、複数の信号線を有し、前記孔部は、少なくとも１つの信号線に対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
【請求項３】
前記孔部は、前記信号線と前記プレーン層との間を貫通する形状であることを特徴とする請求項２に記載のプリント配線基板。
【請求項４】
前記孔部は、隣接する複数の信号線が存在する場合、前記複数の信号線を覆う領域に対向する大きさに設けられていることを特徴とする請求項２に記載のプリント配線基板。
【請求項５】
前記絶縁層は、第１の孔部を設けた第１の絶縁層と、この孔部に対向する位置に第２の孔部を設けた第２の絶縁層とを接合することにより１つの孔部を有した絶縁層として構成された請求項１に記載のプリント配線基板。
【請求項６】
前記プレーン層の上に配置された絶縁層、及びこの絶縁層の上に配置された信号層から構成されるマイクロストリップラインを更に有することを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線基板に係り、特に、伝送遅延の改善効果を有するプリント配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等に代表される電子機器の多くは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｓｅｓｓｉｏｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の集積回路がプリント配線基板に搭載され、それらの集積回路がプリント配線基板上に設けられた信号パターンにより接続されて各種の信号処理が行われる。
【０００３】
従来の両面プリント配線基板は、ガラスエポキシ又は紙フェノール等の絶縁基材の一方の面に信号パターンを設け、他方の面にグランドパターンを設けて集積回路等の電子部品を搭載する。この場合、グランドパターンは、通常、銅箔を面状のまま残した通称ベタパターンで構成される。これは、グランドパターンの面積をできるだけ大きくしてインダクタンス成分と抵抗成分を減少させ、安定したグランド電位を得るためである。
【０００４】
一方、近年、複数の絶縁基材層を重ね、各々の絶縁基材層の両面に信号パターン及びグランドパターン等の形成を行って、信号パターン設計の自由度を向上させた多層プリント配線が多く用いられる。しかし、従来の両面プリント配線基板や多層プリント配線基板では、絶縁基材層を介して信号パターンとベタパターンが対面しているため、信号パターンとベタパターンで構成されるコンデンサの静電容量が大きくなり、信号パターンにより伝送される高周波信号の波形がなまり、電子回路の動作に悪影響を与えてしまう場合がある。
【０００５】
この問題に対して、信号パターンとベタパターンとの間の静電容量を低減するため、ベタパターンを避けて信号パターンを配置したり、信号パターンに対応するベタパターンを削除して高周波信号の波形なまりを低減し、電子回路の誤動作を防止していた。
【０００６】
しかしながら、プリント配線基板が縮小化されるに伴い、プリント配線基板には集積回路等が密集して搭載されるため、ベタパターンを避けて信号パターンを配置することが困難になる場合もある。
【０００７】
このような問題に対して、絶縁樹脂内に気泡を形成することにより誘電率を下げて、静電容量を減少させて伝播遅延を改善する提案がなされている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２５２５２３号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
昨今電子部品は動作が高速化され、部品間の伝送もこれに伴い高速化の一途を辿っている。一方、高速伝送に有利なマイクロストリップラインは表、裏の２層しか存在せず、また電子部品が実装される場所もマイクロストリップ層のため、部品実装数が増える事により配線可能領域も減少する。この事からマイクロストリップラインで配線できない高速信号の配線をストリップラインにて実施する必要が生じる。
【０００９】
ところが、ストリップラインはマイクロストリップラインに比べ伝播遅延が大きかったり、波形が鈍る等の信号品質の問題がある。これは、近距離に導体と導体が存在し電位差が発生するとコンデンサが形成され、さらにこの導体間に誘電率の高い絶縁体（以下「誘電体」ともいう。）が存在すると、形成されたコンデンサの静電容量は増大する。導体が一様な誘電体に囲まれたストリップラインは導体が空気と誘電体に挟まれた構造を持つマイクロストリップラインと比較すると静電容量が大きい。そのため、伝送線路の信号が変化する場合、静電容量分の充放電時間が変化速度に影響を及ぼし信号品質を低下させている。
【００１０】
一方、上述の特許文献１のような気泡により誘電体全体に空間を設け配線面全体の静電容量を一様に下げる手法では、配線単体を見た場合に気泡の分布がまばらになり、配線のところどころで静電容量が異なってしまう場合が生ずる。従って、高速信号とすべき配線のみの静電容量を効果的に下げることは難しくなる。
【００１１】
そこで、本発明はストリップライン伝送線路を覆う誘電体の一部を取り除くことにより高速信号とすべき任意の位置の静電容量を低減させ、ストリップラインの信号品質向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のプリント配線基板は、グランド層又は電源層である複数のプレーン層と、前記プレーン層との間に配置された信号層と、前記信号層の周囲を覆い前記プレーン層との間に配置された絶縁層とからなるストリップラインにおいて、少なくとも１つの前記プレーン層と前記信号層との間の前記絶縁層の１部に孔部を設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
ストリップライン伝送線路を覆う誘電体の一部を取り除くことにより静電容量の低減させることができ、ストリップラインの信号品質向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明によるプリント配線基板の第１の実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるプリント配線基板の断面を示した図である。このプリント配線基板１は、例えば、ＰＣ等の電子機器に用いる多層のプリント配線基板である。図１では６層基板として示している。
【００１５】
プリント配線基板１は、上から順に信号層１１、絶縁層３１、グランド層または電源層であるプレーン層２１、絶縁層３２、信号層１３、絶縁層３３、プレーン層２２、絶縁層３４、プレーン層２３、絶縁層３５、信号層１２とから構成されている。ここで、信号層１１、グランド層２１、信号層１３、プレーン層２２、プレーン層２３、信号層１２を配線層とも言う。この配線層は、銅（Ｃｕ）等の導体から構成されており、ここでは上から順に、第１層、第２層、第３層、第４層、第５層、第６層とも言うこととする。従って、プリント配線基板１は第１層〜第６層の６つの配線層からなるプリント配線基板である。
【００１６】
また、絶縁層３１、絶縁層３２、絶縁層３３、絶縁層３４、絶縁層３５は上記各配線層を絶縁するためのものであり、図１に示すように各配線層間に配置される。これら絶縁層は、ガラスエポキシ樹脂等の誘電体である。
【００１７】
プリント配線基板１の全体の厚さは、例えば１．６ｍｍであり、この場合の各層の厚さは、例えば、信号層１１及び信号層１２が０．０２ｍｍ、信号層１３及びプレーン層２１、プレーン層２２、プレーン層２３が０．０４ｍｍ、絶縁層３１、絶縁層３２、絶縁層３３、絶縁層３４、絶縁層３５が０．２８ｍｍである。
【００１８】
また、本実施例では、図１に示すように絶縁層３２に孔部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが設けられている。図１では、孔部３２ａは信号ライン（信号線）１３ａに対向するように設けられている。この孔部は、ドリル加工やレーザ加工等の手法により予め絶縁層３２にを設けておき、その上で信号層１３の上に積層することで実現できる。また、孔部３２ｂ、孔部３２ｃ、孔部３２ｄも同様に信号ライン１３ｂ、信号ライン１３ｃ、信号ライン１３ｄに対向するように設けられている。
【００１９】
このように、信号層１３の信号ラインを覆う誘電体の一部を取り除く理由は、静電容量の低減させるためである。
【００２０】
以下に、絶縁層３２において静電容量を低減させる理由を更に詳細に説明する。プリント配線基板１は、伝送線路（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｌｉｎｅ）の機能を有する。伝送線路とは電磁波をそれに沿って伝搬させるための機構であり、デジタル信号の高速化に伴い、デジタル回路において配線を伝送線路として考える必要性も増加している。
【００２１】
高速デジタル信号は非常に高い周波数を含み、波形歪みを生じやすいが、適切に構成され、正しく終端された伝送線路を用いることで、反射に伴う波形歪みの少ない、信号波形のより忠実な伝送が可能となる。
【００２２】
主な伝送線路には、導波管、同軸線路、ストリップ線路（ストリップライン）、マイクロストリップ線路（マイクロストリップライン）、コプラナー線路、平行線路などがあるが、多層プリント板においては、配線層に隣接する層にグランドプレーンを設けることによって容易にマイクロストリップ線路を構成できることから、この構造の伝送線路が用いられることが多い。必要な場合には、信号層の両側にグランドプレーンを設けることによってストリップラインを構成することもできる。
【００２３】
図２は、ストリップラインを示す図である。図２で示すように、ストリップラインとは、伝送線路である導体を他の導体が囲み、導体間は絶縁体である誘電体が存在する構成を言う。図２では、伝送線路である導体をグランド層Ａとグランド層Ｂの導体が囲み、各導体間は誘電体である絶縁層α、絶縁層βが配置された構成となっている。従って、グランド層Ａと伝送線路間、及びグランド層Ｂと伝送線路間のそれぞれに比誘電率をεｒとしたコンデンサが形成されることとなる。尚、図２を基にして図１におけるストリップラインを考えると、プレーン層２１、絶縁層３２、信号層１３、絶縁層３３、プレーン層２２で構成される信号層１３がストリップラインということになる。
【００２４】
一方、図３は、マイクロストリップラインを示す図である。図３に示すように、マイクロストリップラインとは、伝送線路である導体の一方の側には導体があるものの、他方は導体が無く空気で覆われており、伝送線路と導体との間は絶縁層である誘電体が存在する構成を言う。図３では、伝送線路とグランド層Ｃとの間に誘電体である絶縁層γが配置された構成となっている。従って、グランド層Ｃと伝送線路間に比誘電率をεｒとしたコンデンサが形成されることとなる。尚、図３を基に図１におけるマイクロストリップラインを考えると、信号層１１、絶縁層３１、プレーン層２１で構成される信号層１１及び、プレーン層２３、絶縁層３５、信号層１２で構成される信号層１２がマイクロストリップラインということになる。
【００２５】
ところで、上述したストリップラインである信号層１３は、マイクロストリップラインである信号層１１や信号層１２と異なり、孔部を考慮しないこととすると、周囲が全て絶縁層３２、絶縁層３３等の絶縁層で覆われている。一方、信号層１１や信号層１２は、一方の面が絶縁層３１や絶縁層３５等の絶縁層に覆われているものの他の一方が空気で覆われている。
【００２６】
ここでガラスエポキシ樹脂等の絶縁層の比誘電率は、一般に空気の比誘電率よりも高い。従って、信号層１３等のストリップラインは信号層１１、信号層１２等のマイクロストリップラインよりも静電容量の影響を多く受ける。即ち、孔部を設けていない場合には、信号層１３とプレーン層２１との間の静電容量は、信号層１１とプレーン層２１との間（又は信号層１２とプレーン層２３との間）の静電容量よりも大きい値となる。従って、ストリップラインである信号層１３は、マイクロストリップラインである信号層１１や信号層１２よりも信号遅延の影響を多く受けることになる。
【００２７】
伝送線路の最も重要なパラメータは、その特性インピーダンスである。線路の特性インピーダンスは絶縁の誘電率や線路の物理的な寸法によって決定され、ストリップラインやマイクロストリップラインの特性インピーダンスは導体の幅を変えることによって調整できる。
【００２８】
線路を伝搬する信号が高速になればなるほど、線路の特性インピーダンスを安定に保つことが重要となる。マイクロストリップラインの特性インピーダンスは、他のパターンとの距離、グランドプレーンの端からの距離、パターンの幅の変動などの要因によって変動し得るし、グランドプレーンとの距離（プリント板の基材の厚み）やパターン（銅箔）の厚さの変動や、線路の近傍の他の物体（プリント板に実装されている部品など）が影響することさえあり得る。
【００２９】
信号の伝搬にはその線路の伝搬速度と長さによって決まる時間がかかるため、プロセッサのバスのように高速のパラレル信号を伝送する場合には、信号のタイミングのずれ（スキュー）による問題を避けるために、関連する伝送線路の伝搬時間が同一となるような配慮も必要となる。
【００３０】
このように、ストリップラインの信号品質の向上には静電容量を低減させることが効果的であることが分かる。従って、本発明ではストリップライン伝送線路を覆う誘電体の一部を取り除くことにより静電容量の低減させることで、ストリップラインの信号品質向上を可能としている。
【００３１】
次に、プリント配線基板１の製造方法を説明する。図６は、プリント配線基板１の製造方法を示した図である。ここでは、絶縁層３３、信号層１３、絶縁層３２、プレーン層２１、絶縁層３１、信号層１１を製造する工程を説明する。
【００３２】
まず、図６（ａ）に示すように、絶縁層３３、信号層１３からなる銅張積層板を用意する。
【００３３】
次に、図６（ｂ）に示すように、導体層にスパッタリング薄膜形成法、電解めっき、フォトリソグラフィなどの技術を組み合わせ導体配線パターンを形成する。
【００３４】
次に、図６（ｃ）に示すように、導体配線パターン上に絶縁樹脂よりなる絶縁層３２を形成する。この絶縁層３２は、上述したように、予め所定位置にドリル加工やレーザ加工等により絶縁層を加工して孔部（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ）を設け、所定の接着剤等で導体層に接合する。
【００３５】
次に、図６（ｄ）に示すように、絶縁層３２上に、銅（Ｃｕ）を積層し、スパッタリング薄膜形成法、電解めっき、フォトリソグラフィなどの技術を適宜組み合わせてグランド層（又は電源層）であるプレーン層２１を形成する。
【００３６】
次に、図６（ｅ）に示すように、プレーン層２１上に絶縁樹脂よりなる絶縁層３１を形成する。絶縁樹脂は、感光性あるいは熱硬化性であり、スピンコート法などにより形成し、硬化させる。次に、図６（ｆ）に示すように、絶縁層３１上に銅を積層する。
【００３７】
次に、図６（ｇ）に示すように信号層１１を形成する。形成方法は、スパッタリング薄膜形成法、電解めっき、フォトリソグラフィなどの技術を組み合わせて行う。
【００３８】
尚、図１におけるプレーン層２２、絶縁層３４、プレーン層２３、絶縁層３５、信号層１２も上述と同様の方法で製造される。尚、図６では、６層基板についての製造方法を示したが、更に多層の配線を形成するときは、導体配線パターン上に絶縁樹脂よりなる絶縁層を形成し、絶縁樹脂上に新たに導体配線パターンを繰り返し形成することで実現できる。
【００３９】
このような製造工程を経ることによって図１に示ような孔部（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ）に空気が入ったプリント配線基板１が製造されることとなる。従って、プレーン層２１と信号層１３との間にある絶縁層３２の中でも信号ライン１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの上に設けられた孔部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄがあることで、孔部がない場合と比較してプレーン層２１と信号層１３との間の誘電率が低くなり、信号遅延の影響を受けにくくなる。これは、誘電率εｒの誘電体が取り除かれて２つの導体間（グランド層２１と信号層１３との間）には比誘電率ε０の空気を誘電体としたコンデンサが形成され、誘電率εｒは比誘電率ε０より大きい関係（誘電率εｒ＞比誘電率ε０）があるため、従来のストリップラインと比較して静電容量の低減が可能となるからである。
【００４０】
このように、ストリップライン伝送線路を覆う誘電体の一部を取り除くことにより静電容量の低減させることができ、ストリップラインの信号品質向上が可能となる。
【００４１】
（第１の実施の形態の応用例）
以下に、第１の実施の形態の応用例を示す。図４は、第１の実施の形態の応用例を示した図である。上述したように、ストリップライン伝送線路を覆う誘電体の一部を取り除くことにより静電容量の低減させることができ、ストリップラインの信号品質向上が可能となる。従って、図４に示したように、信号線（信号ライン）が集中して配線されている場合には、その複数の配線の信号品質を向上させるために、複数の信号線に跨るように孔部３２ｅを設けてもよい。
【００４２】
また、図５に示すように、２つの絶縁体において、信号線に対応した位置に互いに対称な孔部を設け、これらを貼り合わせる方法を用いて孔部３２ａを設けても良い。図５では、２つの誘電体材料として孔部３２ａ１，３２ｂ１，３２ｅ１を設けた絶縁層３２１と、孔部３２ａ２，３２ｂ２，３２ｅ２を設けた絶縁層３２２を用意し、この絶縁層３２１と絶縁層３２２を所定の接着剤等で貼り付けて、信号層１３の上に積層することで実現できる。
【００４３】
また、図７に示すように、孔部は、信号層１３とプレーン層２１とを貫通するように設けても良く、更には、信号ラインの全てに対応して設けずに、図７に示すように高速信号に対応して誘電率を低くしたい信号ライン（ここでは、信号ライン１３ａに対応した孔部３２ａのみ）のみに、孔部を設けても良い。このように特定の部分のみに孔部を限定することで、誘電率を低くして信号品質を向上できるばかりでなく、プリント配線基板全体の剛性を保つことも可能となる。
【００４４】
以上説明したような応用例においても、ストリップライン伝送線路を覆う誘電体の一部を取り除くことにより静電容量の低減させることができ、ストリップラインの信号品質向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるプリント配線基板の断面を示した図。
【図２】ストリップラインを示す図。
【図３】マイクロストリップラインを示す図。
【図４】第１の実施の形態の応用例を示した図。
【図５】第１の実施の形態の他の応用例を示した図。
【図６】プリント配線基板１の製造方法を示した図。
【図７】第１の実施の形態の他の応用例を示した図。
【符号の説明】
【００４６】
１  プリント配線基板
１１  信号層
１２  信号層
１３  信号層
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  信号ライン
１４  信号層
２１，２２，２３  プレーン層
３１  絶縁層
３２  絶縁層
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ  孔部
３３  絶縁層
３４  絶縁層
３５  絶縁層
【図１】
2006080162.tif 000003
【図２】
2006080162.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006080162.tif 000007
【図６】
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【図７】
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