(57)【要約】【課題】リターン電流に起因する放射ノイズの増加を抑えつつ、配線幅を細くすることなく配線系全体の特性インピーダンスを極力一定に保つことができるようにする。【解決手段】複数の導電層を有するプリント配線板において、配線層に形成された配線パターン４と、配線パターンの特性インピーダンスが相対的に高い部分に隣接する第１の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層２と、配線パターンの特性インピーダンスが相対的に低い部分５，６に隣接する第２の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層３とを具備し、配線パターンと第２の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層３の間の距離を、配線パターンと第１の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層２の間の距離よりも大きく設定した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導電層を有するプリント配線板において、
配線層に形成された配線パターンと、
該配線パターンの特性インピーダンスが相対的に高い部分に隣接する第１の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層と、
前記配線パターンの特性インピーダンスが相対的に低い部分に隣接する第２の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層とを具備し、
前記配線パターンと前記第２の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層の間の距離を、前記配線パターンと前記第１の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層の間の距離よりも大きく設定したことを特徴とするプリント配線板。
【請求項２】
前記第１の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層と、前記第２の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層との間をビアホールで電気的に接続したことを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
【請求項３】
前記第１の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層と、前記第２の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層との間を内蔵コンデンサで電気的に接続したことを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
【請求項４】
前記第２の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層の幅を変化させることにより、前記配線パターン内の特性インピーダンスを調節することを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板に関し、特に特性インピーダンス調整が必要となる高速な信号を使用する多層のプリント配線板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板上の配線パターンのような信号経路では、配線パターンの分岐点やＩＣの端子やコネクタなどの実装部品との接続部分において、特性インピーダンスが変化し、特性インピーダンスの不連続が生じるため、その不連続点において、配線パターンを流れる信号の反射や減衰が生じる。この現象は特に高周波信号で顕著になるため、高周波信号が流れるプリント配線板では、各部分の特性インピーダンスを調節し、系全体において特性インピーダンスを極力一定にすることが重要となる。
【０００３】
複数の層からなる積層プリント配線板上の特性インピーダンスを決める主な要素としては、配線パターンの断面形状、配線パターン層に隣接する層である電源プレーン又はＧＮＤ（グラウンド）プレーンの形状、配線パターン層と電源プレーン又はＧＮＤプレーンの間の距離、配線パターン層とその配線パターン層に隣接する電源プレーン又はＧＮＤプレーンとの間の絶縁体の誘電率等が一般的に知られている。
【０００４】
実際にプリント配線板上の配線パターンの特性インピーダンスを調節するために使用される手法としては、例えば、特開平９−３６５０４号公報（特許文献１）や特開平１１−３１７５７２号公報（特許文献２）などに開示されているように、配線幅を変化させる方法や、隣接層の電源プレーン又はＧＮＤプレーンに穴を開ける方法が知られている。
【０００５】
ここで、図１３は、従来の配線幅を異ならせる例を示した図である。図１３において、配線パターン４は配線パターン５及び配線パターン６に分岐し、配線パターン５及び配線パターン６は配線パターン４に対して特性インピーダンスの整合をとるために配線幅が狭く設定されている。
【０００６】
また、図１４は、従来の電源プレーン又はＧＮＤプレーンに穴をあける例を示した図である。図１４において、配線パターン４は配線パターン５及び配線パターン６に分岐し、配線パターン５及び配線パターン６では、配線パターン４に対しての特性インピーダンスの整合をとるために電源／ＧＮＤプレーン９に穴１０が開けられている。
【０００７】
一方、高速な信号が流れるプリント配線板では、リターン電流の確保が重要な課題となる。リターン電流とは、配線パターンを流れる信号の向きに対して、対応する電源プレーン又はＧＮＤプレーン層で主に信号配線パターンに近い部分を逆方向に流れる電流のことで、この電流の流れを妨げる要素がある場合は、放射ノイズが多くなるという問題が発生する。
【０００８】
また、より高速な信号を扱う場合は、表皮効果や誘電損失等に起因する信号の減衰も問題となる。この信号の減衰を緩和するためには、配線幅を広く保つことが対策の１つとなる。
【特許文献１】特開平９−３６５０４号公報
【特許文献２】特開平１１−３１７５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の配線パターンの特性インピーダンスを変える手法では以下のような問題点があった。
【００１０】
まず、配線パターンの幅を変化させる方法では、配線パターンの幅を広くする部分が必要となるため、配線密度が低下するという問題がある。更に、より高周波信号を通す場合は、特性インピーダンスを高くしたい部分では必ず配線幅を細くしなければならないため、高周波の直流抵抗が高くなるという問題もある。
【００１１】
特許文献１の様な配線パターン層の直下の電源プレーン又はＧＮＤプレーンに穴をあける方法では、電源プレーン又はＧＮＤプレーンを通る信号のリターンパス（リターン電流の経路）が確保できず、放射ノイズが増加するという問題がある。
【００１２】
また、特許文献２の様に、リターンパスを確保するために、信号配線パターン層の直下の電源プレーン又はＧＮＤプレーンには穴をあけずに周辺部に穴をあける手法もあるが、この方法では配線パターンの特性インピーダンスに最も大きな影響を与える近傍の電源プレーン又はＧＮＤプレーンの導体が残ってしまうために特性インピーダンスを十分に高くすることができない。
【００１３】
また、単純に配線パターン層と電源プレーン又はＧＮＤプレーンとの間の絶縁厚を変化させるだけの方法では、電源プレーン又はＧＮＤプレーンのリターンパス（リターン電流の経路）がうまく確保できず、放射ノイズの増加が問題となるため、高速信号では使用されない。
【００１４】
したがって、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、リターン電流に起因する放射ノイズの増加を抑えつつ、配線幅を細くすることなく配線系全体の特性インピーダンスを極力一定に保つことができるようにすることである。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、プリント配線板の設計自由度の向上を実現することである。
【００１６】
また、本発明のさらに他の目的は、配線層の配線パターンを一定に保つことを可能とし、設計自由度の向上や高密度実装の要求にも対応できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わるプリント配線板は、複数の導電層を有するプリント配線板において、配線層に形成された配線パターンと、該配線パターンの特性インピーダンスが相対的に高い部分に隣接する第１の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層と、前記配線パターンの特性インピーダンスが相対的に低い部分に隣接する第２の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層とを具備し、前記配線パターンと前記第２の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層の間の距離を、前記配線パターンと前記第１の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層の間の距離よりも大きく設定したことを特徴とする。
【００１８】
また、この発明に係わるプリント配線板において、前記第１の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層と、前記第２の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層との間をビアホールで電気的に接続したことを特徴とする。
【００１９】
また、この発明に係わるプリント配線板において、前記第１の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層と、前記第２の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層との間を内蔵コンデンサで電気的に接続したことを特徴とする。
【００２０】
また、この発明に係わるプリント配線板において、前記第２の電源プレーン層又はグラウンドプレーン層の幅を変化させることにより、前記配線パターン内のインピーダンスを調節することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、リターン電流に起因する放射ノイズの増加を抑えつつ、配線幅を細くすることなく配線系全体の特性インピーダンスを極力一定に保つことが可能となる。
【００２２】
また、プリント配線板の設計自由度の向上を実現することが可能となる。
【００２３】
また、配線層の配線パターンを一定に保つことを可能とし、設計自由度の向上や高密度実装の要求にも対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
以下の実施形態では、何らかの理由で配線パターンに特性インピーダンスが低い部分が生じた場合に、その特性インピーダンスが低い配線パターンの特性インピーダンスを高くし、配線パターンの他の部分の特性インピーダンスと合わせる方法について説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるプリント配線板の一部を抜き出して示した斜視図である。
【００２７】
図１は、プリント配線板を平面方向に長方形に切断したものであり、実際上は各配線パターンとプレーン層は、切断面より先にも広がっている。また、図２は図１を上面から見た平面図であり、図３は図２の側面図である。
【００２８】
図１乃至図３において、分岐点４ａを有する配線パターン４は分岐点４ａで配線パターン５と配線パターン６に分岐する。このように配線パターンが分岐すると、分岐後の配線パターン５と６が抵抗を並列接続したような状態となるため、配線パターン５と６の特性インピーダンスが低下する。配線パターンの系全体で特性インピーダンスをなるべく一定に保つためには、低下した配線パターン５，６の特性インピーダンスを高める必要がある。
【００２９】
そのため、本実施形態では、配線パターン４の特性インピーダンスを決定する電源プレーン層又はＧＮＤ（グラウンド）プレーン層２と、分岐後の配線パターン５，６の特性インピーダンスを決定する電源プレーン層又はＧＮＤプレーン層３を異なる層に配置する。より具体的には、分岐後の配線パターン５，６に隣接する電源／ＧＮＤプレーン層３は、分岐前の配線パターン４に隣接する電源／ＧＮＤプレーン層２よりも配線パターンから離れて配置される。このようにすれば、分岐して低くなった配線パターン５，６の特性インピーダンスを高めて、分岐前の配線パターン４の特性インピーダンスに近づけることが出来る。
【００３０】
なお、配線パターン４，５，６に隣接するプレーンは、電源プレーンでもＧＮＤプレーンでも良いので、本発明の実施形態では、このどちらかという意味で電源／ＧＮＤプレーン層という表現を用いる。電源／ＧＮＤプレーン層２と電源／ＧＮＤプレーン層３は、分岐点４ａの直下でリターン電流確保用のビアホール１で互いに接続されている。なお、ビアホール１の代わりに内蔵コンデンサで電源／ＧＮＤプレーン層２と電源／ＧＮＤプレーン層３を接続してもよい。
【００３１】
なお、本実施形態では、分岐前の配線パターン４と分岐後の配線パターン５，６の配線幅は同じとしているが、それぞれが全く別な大きさであっても構わない。その場合は、分岐後の配線パターン５，６の特性インピーダンスの低下の程度に応じて、配線パターン５，６と電源／ＧＮＤパターン３の間の距離を調節して、特性インピーダンスを増加させる程度を調節すればよい。
【００３２】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係わるプリント配線板の一部を抜き出して示した斜視図である。
【００３３】
図４は、プリント配線板を平面方向に長方形に切断したものであり、実際上は各配線パターンとプレーン層は、切断面より先にも広がっている。また、図５は図４を上面から見た平面図であり、図６は図５の側面図である。
【００３４】
図４において、配線パターン７は第１の実施形態とは異なり、分岐点を有しておらず、その配線幅も一定である。この場合通常は配線パターン７の特性インピーダンスは一定であり変化しないはずである。しかしながら、本実施形態では、図５及び図６に示すように、配線パターン７はその端部においてコネクタ２０に接続されている。このような場合、配線パターン７の特性インピーダンスはコネクタ２０の周辺部７ｂで低くなる。配線パターンの系全体で特性インピーダンスをなるべく一定に保つためには、低下した配線パターン７のコネクタ周辺部７ｂの特性インピーダンスを高める必要がある。
【００３５】
そのため、本実施形態では、配線パターン７のコネクタから離れた配線パターン部分７ａの特性インピーダンスを決定する電源／ＧＮＤプレーン層２と、コネクタ周辺部７ｂの特性インピーダンスを決定する電源／ＧＮＤプレーン層３を異なる層に配置する。より具体的には、コネクタ周辺部７ｂに隣接する電源／ＧＮＤプレーン層３は、配線パターン部分７ａに隣接する電源／ＧＮＤプレーン層２よりも配線パターンから離れて配置される。このようにすれば、低くなったコネクタ周辺部７ｂの特性インピーダンスを高めて、配線パターン部分７ａの特性インピーダンスに近づけることが出来る。
【００３６】
なお、電源／ＧＮＤプレーン層２と電源／ＧＮＤプレーン層３は、配線パターン７の特性インピーダンスが変化する部分の直下でリターン電流確保用のビアホール１で互いに接続されている。なお、ビアホール１の代わりに内蔵コンデンサで電源／ＧＮＤプレーン層２と電源／ＧＮＤプレーン層３を接続してもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、コネクタ２０が原因で配線パターン７の特性インピーダンスが低下する場合について説明したが、検査用のパッドやその他の理由で配線パターンの特性インピーダンスが低くなる場合にも、上記の配線パターンと電源／ＧＮＤプレーン層間の距離を変化させる手法を用いることにより特性インピーダンスを一定にすることが可能である。
【００３８】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係わるプリント配線板の一部を抜き出して示した平面図である。
【００３９】
この第３の実施形態は、第２の実施形態と同様に、配線パターン７の配線幅が変化しない場合でも、既に述べたようなコネクタ、検査用のパッド等の存在又はその他の理由により配線パターン７の特性インピーダンスが変化した場合に、特性インピーダンスが低下した部分の特性インピーダンスを高める他の手法を示すものである。
【００４０】
本実施形態では、まず、第２の実施形態と同様に、特性インピーダンスが低くなった配線パターン部分７ｃに隣接する電源／ＧＮＤプレーン層３を、配線パターン部分７ａに隣接する電源／ＧＮＤプレーン層２よりも配線パターンから離す。これにより、特性インピーダンスが低くなった配線パターン部分７ｃの特性インピーダンスを高めて、配線パターン部分７ａの特性インピーダンスに近づけることが出来る。その上で、さらに電源／ＧＮＤプレーン層３の幅を細くする。これにより、特性インピーダンスが低くなった配線パターン部分７ｃの特性インピーダンスをさらに高めて、配線パターン部分７ａの特性インピーダンスにより近づけることが出来る。
【００４１】
なお、電源／ＧＮＤプレーン層２と電源／ＧＮＤプレーン層３は、配線パターン７の特性インピーダンスが変化する部分の直下でリターン電流確保用のビアホール１で互いに接続されている。また、ビアホール１の代わりに内蔵コンデンサで電源／ＧＮＤプレーン層２と電源／ＧＮＤプレーン層３を接続してもよい。
【００４２】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係わるプリント配線板の一部を抜き出して示した平面図であり、図９は図８の側面図である。
【００４３】
この第４の実施形態は、第２の実施形態と同様に、配線パターン７の配線幅が変化しない場合でも、既に述べたようなコネクタ、検査用のパッド等の存在又はその他の理由により配線パターン７の特性インピーダンスが段階的に変化した場合に、特性インピーダンスが段階的に低下した部分の特性インピーダンスを高める手法を示すものである。
【００４４】
図８においては、コネクタ、検査用のパッド等の存在又はその他の理由により配線パターン７の特性インピーダンスが配線パターン部分７ａ、７ｄ、７ｅの順に次第に低下しているものとする。この場合には、図１０に示すように、配線パターン部分７ａに隣接する電源／ＧＮＤプレーン層２、配線パターン部分７ｄに隣接する電源／ＧＮＤプレーン層３、配線パターン部分７ｅに隣接する電源／ＧＮＤプレーン層８の順に、配線パターン７からの距離を次第に大きくしていく。
【００４５】
これにより、特性インピーダンスが低くなった配線パターン部分７ｄの特性インピーダンスを高めるとともに、配線パターン部分７ｅの特性インピーダンスをさらに高めて、配線パターン部分７ａの特性インピーダンスに近づけることが出来る。
【００４６】
なお、電源／ＧＮＤプレーン層２と電源／ＧＮＤプレーン層３、及び電源／ＧＮＤプレーン層３と電源／ＧＮＤプレーン層８は、配線パターン７の特性インピーダンスが変化する部分の直下でリターン電流確保用のビアホール１で互いに接続されている。また、ビアホール１の代わりに内蔵コンデンサで電源／ＧＮＤプレーン層同士を接続してもよい。
【００４７】
（第５の実施形態）
図１０は、本発明の第５の実施形態に係わるプリント配線板の一部を抜き出して示した斜視図であり、図１１は図１０を上面から見た平面図である。
【００４８】
本実施形態は、第１の実施形態と略同様であるが、配線パターン５に隣接する電源／ＧＮＤプレーン層３ａの幅と、配線パターン６に隣接する電源／ＧＮＤプレーン層３ｂの幅を電源／ＧＮＤプレーン層２の幅と異ならせている。
【００４９】
このようにすることで、特性インピーダンスが低下した配線パターン５，６の特性インピーダンスを高める程度を調節することが可能となり、特性インピーダンスの調節自由度を高めることが出来る。
【００５０】
図１２は、第１乃至第５の実施形態の効果を示す図である。
【００５１】
配線パターンの配線幅を変更せず、且つ配線パターンと電源／ＧＮＤプレーン層間の距離を変化させない場合は、特性インピーダンスは一定であるが、従来のようにＧＮＤプレーン層に穴を開けることで若干高めることが可能である。更に第１乃至第５の実施形態のように配線パターンと電源／ＧＮＤプレーン層の間隔を変化させたり、電源／ＧＮＤプレーン層の幅を調整することで特性インピーダンスをより高めることが可能となる。
【００５２】
以上のように上記の実施形態によれば、配線パターンと電源／ＧＮＤプレーン層の間の距離を変更することで、変更しない構造よりも配線パターンの特性インピーダンスを大きく変化させることができる。また、配線パターンに部分的に幅の広い部分を形成しなくても特性インピーダンスを調節することができるので、配線層の配線密度も高く保つことができる。また、より高周波の場合は配線幅を広く取る自由度も向上する。更に配線パターン直下の高さの異なる電源／ＧＮＤプレーン層間をビアホールで電気的に接続することで、リターンパスを確保することも可能となる。
【００５３】
また、配線パターン直下の高さの異なる電源／ＧＮＤプレーン層間を内蔵コンデンサで接続することにより、異なる層の電源／ＧＮＤプレーン層は同電位である必要がなくなるため、電源とＧＮＤといった別電位の構成をとることが可能となる。
【００５４】
また、距離を変更した電源／ＧＮＤプレーン層の幅を変更することで、特性インピーダンスを更に大きく調節することが可能となる。
【００５５】
また、配線パターンの幅を最小配線幅に設定しておくことで、配線層の配線密度は特性インピーダンスを気にすることなく最小配線幅で決定される限界まで高めることができ、高密度実装の要求に応えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わるプリント配線板の一部を抜き出して示した斜視図である。
【図２】図１を上面から見た平面図である。
【図３】図２の側面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係わるプリント配線板の一部を抜き出して示した斜視図である。
【図５】図４を上面から見た平面図である。
【図６】図５の側面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係わるプリント配線板の一部を抜き出して示した平面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係わるプリント配線板の一部を抜き出して示した平面図である。
【図９】図８の側面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係わるプリント配線板の一部を抜き出して示した斜視図である。
【図１１】図１０を上面から見た平面図である。
【図１２】第１乃至第５の実施形態の効果を示す図である。
【図１３】従来例を示す図である。
【図１４】従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  ビア
２  電源／ＧＮＤプレーン層
３  電源／ＧＮＤプレーン層
４  分岐前の配線パターン
５  分岐後の配線パターン
６  分岐後の配線パターン
７  配線パターン
８  電源／ＧＮＤプレーン層
９  電源／ＧＮＤプレーン層
１０  穴
【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】
2006173400.tif 000011
【図１０】
2006173400.tif 000012
【図１１】
2006173400.tif 000013
【図１２】
2006173400.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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