(57)【要約】  一つ又はそれ以上の差動信号対のために改良されたシグナルインテグリティを備えるプリント回路板は、一つ又はそれ以上の導電部を備える。一実施例において、信号トレースと相互接続する差動対のためのビア構造は、ビア構造及び導電ブリッジの周りのアンチパッド領域によって導電部から絶縁される。変更例において、ビア構造の周りのアンチパッド領域は、ビア構造間のブリッジを含む。アンチパッド領域は、限定されない例として、一部が欠けた長方形状又は改良された長方形状の開口を含んでもよい。ブリッジは、限定されない例として、導電部に対する差動対のインピーダンス調整を可能にするために導電部の一部を含み得る。【選択図】  図２【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動対回路の第１の部分として構成されるプリント回路板における第１ビア構造と、
差動対回路の第２の部分として構成されるプリント回路板における第２ビア構造と、
第１ビア構造を囲み、プリント回路板の導電部から第１ビア構造を絶縁する第１アンチパッド領域と、
第２ビア構造を囲み、第１ビア構造及び導電部から第２ビア構造を絶縁する第２アンチパッド領域と、
導電部における導電ブリッジであって、第１ビア構造及び第２ビア構造を離間させるブリッジと
を含む、プリント回路板。
【請求項２】
第１ビア構造及び導電部間の離間距離は、第１ビア構造及びブリッジ間の離間距離より大きい請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項３】
第１アンチパッド領域は、導電部における一部が欠けた円形状の開口を含む、請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項４】
第１アンチパッド領域は、導電部における長方形状の開口を含む、請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項５】
第１アンチパッド領域は、導電部における改良された長方形状の開口を含む、請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項６】
改良された長方形状の開口は、丸い角を含む、請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項７】
改良された長方形状の開口は、ミトラ状の角を含む、請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項８】
導電ブリッジの幅は、およそ０．００２５４ミリメートルから０．１２７ミリメートルの範囲内にある請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項９】
導電ブリッジは、銅を含み、導電ブリッジの重量は、７．０８７４グラムから１１３．３９８グラムまでの範囲である請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項１０】
ビア構造及び導電ブリッジ間の距離は、およそ０．００２５４ミリメートル（0.1 mils）から０．２５４ミリメートル（10 mils ）の範囲内にある請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項１１】
電源層と、
電源層内に形成される一対のアンチパッドと、
一対のアンチパッドのそれぞれ内部に形成されるビア構造と、
導電部内に形成され、一対のアンチパッドを離間させるブリッジと
を含む、差動対のための導電部構造。
【請求項１２】
一対のビア・パッドが相補型差動対に電気的に接続される請求項１１に記載の差動対のための導電部構造。
【請求項１３】
前記相補型差動対のぞれぞれは、誘導体によって離間される一対の導電ビア構造を含む、請求項１２に記載の差動対のための導電部構造。
【請求項１４】
アンチパッドは、絶縁材から形成される請求項１１に記載の差動対のための導電部構造。
【請求項１５】
アンチパッドの少なくとも一つは、電源層の一部分を除去することにより形成される請求項１１に記載の差動対のための導電部構造。
【請求項１６】
ブリッジは、導電性を有する請求項１１に記載の差動対のための導電部構造。
【請求項１７】
電源層を形成することと、
電源層内に一対のアンチパッドを形成することと、
一対のアンチパッドのそれぞれ内部にビア構造を形成し、それら一対のビア構造が差動対に電気的に接続されることと、
電源層内にブリッジを形成し、一対のアンチパッドを離間させることと
を含む、差動対のためにシグナルインテグリティを改良する方法。
【請求項１８】
アンチパッドは、絶縁材を含む、請求項１７に記載の差動対のためにシグナルインテグリティを改良する方法。
【請求項１９】
電源層の一部として導電ブリッジを形成することをさらに含む、請求項１７に記載の差動対のためにシグナルインテグリティを改良する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここで明らかにされる具体例は、電子回路装置を構成するために、電子部品を支持して相互接続する電子プリント回路板に関する。より詳細には、ここで明らかにされる具体例は、差動信号対が供給されるプリント回路板に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の電子製品（コンピューター、電気通信装置及びネットワークシステムを含む）は、高まり続けるデータ伝送速度で作動するように設計されている。プリント回路板、バックプレーン、ミッドプレーン、プリント配線板、フレキシブル回路（板）、リジッドフレキシブル回路（板）、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）、インターポーザ等（ここでは、まとめて「ＰＣＢ」と呼ぶ）は、従来、単に受動的な相互接続として考えられていたが、次第に、ＰＣＢは、ＰＣＢによって伝送される信号の整合性（シグナルインテグリティ）や忠実性において潜在的に悪影響を持つことが認められるようになった。
【０００３】
ＰＣＢにおけるシグナルインテグリティを改善する一つの方法は、差動信号対の使用を含む。通常、差動信号対の二導体は、ＰＣＢにおいて互いに近接して作動するように設計されるため、差動対に接続された電気的ノイズの原因は、比較的簡単に最小化又は除去される「通常モードノイズ」として表れる。差動対を定義する導体間の離間距離は、差動対の特性インピーダンスに影響する。
【０００４】
ビア構造（via structure ）は、通常、Ｚ軸方向（即ち、ＰＣＢのＸ−Ｙ平面に対して直角方向）における導体層間の導電路を形成する。それらは、その後、部分的又は全体的に、（通常は金属といった）導電材で充填又は被覆される。これらのビア構造は、ＰＣＢの設計技術者にとって周知であるように、ブラインド（ビア）、ベリード（ビア）、スルーホールであってもよく、そして、導体層上のパッドを含んだり、含まなくてもよい。
【０００５】
ＰＣＢの導体層間を差動信号対が伝送するために用いられるＰＣＢビア構造は、ＰＣＢの特性インピーダンスを測定できないほどの低レベルまで減らすことができる。ビア構造の中で、パッド（もし存在するのであれば）及びアンチパッドの大きさや形状は、ビア構造を介して伝送される場合、差動対の特性インピーダンスに影響する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先行技術の一つの制限は、パッド（もし存在するのであれば）及びアンチパッドの形状が主に円形であり、そして、ＰＣＢの設計上の問題によって制限された大きさである点で、差動対に対するインピーダンス制御の不足である。これは、上記したように、測定できないほどの低いインピーダンスになり得る。
【０００７】
米国特許６，６０７，４０２は、差動対を含む二つのビア構造が提供するアンチパッド領域が、一つの大きなアンチパッド領域を形成するように、導体層間の差動対を伝送するために用いられる二つのビア構造間の導電材を除去することによって、一組のＰＣＢビアを介して伝送される時に、差動対の特性インピーダンスを増加させるための構成を説明している。
【０００８】
先行技術の一つの制限例は、差動対に対するインピーダンス調整の手段の不足である。これは、差動対上の信号で最適インピーダンスに調整することが不足するため、システム効率の低下をもたらす。
【０００９】
先行技術のこれらの制限や他の制限は、当業者が、以下の説明を読み、描画した図を研究することで明確になるだろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ある実施例においては、一つ又はそれ以上の差動信号対のために改良されたシグナルインテグリティを備えるプリント回路板（ＰＣＢ）は、一つ又はそれ以上の導電部を備える。ある実施例においては、二つ又はそれ以上の信号トレース層を相互接続する差動対のためのビアは、ビア構造の周りの非導電領域として定義される「アンチパッド」によって導電部から絶縁される。ある実施例においては、ビアのためのアンチパッド領域は、ビア構造間の導電「ブリッジ」を含んでもよい。
【００１１】
ある実施例は、制限されない例として、差動対回路の第１の部分として構成される第１ビア構造と、差動対回路の第２の部分として構成される第２ビア構造と、アンチパッドとして、第１ビア構造を囲み、プリント回路板の同層上で導電部から第１ビア構造を絶縁させる第１アンチパッド領域と、第１アンチパッド領域と形状及び作用が似ており、第２ビア構造を囲む第２アンチパッド領域と、第１及び第２ビア構造と結合されるアンチパッド領域間に配置される導電ブリッジとを含む。導電ブリッジの端部は、ビア構造及びアンチパッドの全体を囲む導電部と接続されてもよい。
【００１２】
ブリッジがもたらす効果は、導電部に対する差動対のインピーダンスを調整することができることであり、その結果、改良されたシグナルインテグリティ及び電子回路装置の向上された性能をもたらす。
【００１３】
これらの実施例や他の実施例やブリッジの効果やここで明らかにされる他の構成は、当業者が、以下の説明を読み、描画した図を研究することで明確になるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
いくつかの具体例は、図面について説明されており、そこで、同様の構成要素は、同様の符号が付される。具体例は、発明を説明することを目的としており、発明を制限するものではない。
【００１５】
図１は、限定されない具体例において、多層ＰＣＢ１００の具体例の断面図である。ＰＣＢ１００は、複数の導体層１１０を離間させる複数の絶縁層１０５を含む。差動信号対は、第１層上の一対の信号トレース１１０ａと、第２層上の一対の信号トレース１１０ｂとを含む。差動対は、（例えば信号トレース１１０ａ，１１０ｂによって伝送される）正の進め信号と、（例えば信号トレース１１０ａ’，１１０ｂ’によって伝送される）負の進め信号とを含む。なお、これらの信号が反対にすることができるのは、言うまでも無い。さらに、隣接した層に存在するように示されているが、信号トレース１１０ａ，１１０ｂのうち一つ又は両方がＰＣＢ１００の他の層上に形成されてもよいことは、言うまでも無い。
【００１６】
「導電部」は、銅のような導電材からできているＰＣＢの層板又は層の一部又は全部を意味する。「ビア構造」は、ＰＣＢの二つ又はそれ以上の層間に延設されるビア・ホール内に形成されるビア・バレル（barrel）を含むことを意味するが、ビア・バレルに限定されない。ビア構造は、任意に、ビア・パッド等を含み得る。「ビア・バレル」は、ビア・ホール内の導電材であって、殆どが中空の円筒状であるが、中空でない円筒、部分的な円筒、細長い形状や他の形状のような他の形状とすることができる。「ビア・パッド」は、一般的に、ビア・バレルと電気的な接続を有する導電材又は部分的に導電材からできている。「ビア・アンチパッド」は、ビア・パッドを囲む又は部分的に囲む非導電部である。アンチパッドは、絶縁材を含んでもよく、単にビアの周りに形成される開口にすることもできる。
【００１７】
「導電部」は、また、グラウンド層の一部又は全部、或いは電源層を意味する。導電部は、層全部又は層の一部を覆ってもよい。したがって、導電部は、例えば、少なくとも約１ｃｍ2 であったり、時々数百ｃｍ平方であったり、品質が優れる導電トレースと比較して大きいといったように、一般的にかなり大きい。つまり、導電部の面積は、ビア付近における導電トレースの面積より大きい。
【００１８】
導電ビア構造１２０は、差動対の一方の信号トレース１１０ａを、対応する一方の信号トレース１１０ｂに接続させる。導電ビア構造１２１は、差動対の他方の信号トレース１１０ａ’を、対応する他方の信号トレース１１０ｂ’に接続させる。第１アンチパッド部１３０は、ＰＣＢ１００の導電部１１０ｃからビア構造１２０を絶縁するように構成される。第２アンチパッド部１３１は、導電部１１０ｃからビア構造１２１を絶縁するように構成される。通常ビア構造を囲む導電部１１０ｃのブリッジ１３２は、望ましくは、第１アンチパッド部１３０及び第２アンチパッド部１３１を離間させる。
【００１９】
図２は、図１の導電部１１０ｃの一部を図示し、本発明にかかる一実施例におけるアンチパッド部１３０，１３１及びブリッジ１３２の具体例のさらに詳細を示す。本実施例において、ビア構造１２０及びビア構造１２１は、それぞれアンチパッド部１３０，１３１によって囲われている。これは、ビア構造１２０及びビア構造１２１を導電部１１０ｃから絶縁させている。
【００２０】
ある実施例において、ビア構造１２０は、半径Ｒ１の導電ビア構造を含み、同様に、ビア構造１２１は、半径Ｒ１の導電ビア構造を含む。ビア構造１２０，１２１の中心は、例えば、距離Ｄ１によって離間される。アンチパッド部１３０，１３１は、例えば、半径Ｒ２と半径Ｒ３との円形又は楕円形を含み、互いに距離Ｄ２によって離間する中心を含む。なお、他の構成は、それぞれの実施例を含む。
【００２１】
限定されない例として、コネクタやビア１２０，１２１に接続するための他の部品によって、Ｒ２は、Ｒ３と等しかったり、Ｒ３より大きかったり、小さくしてもよい。しかしながら、Ｒ２及びＲ３は、Ｒ１より大きい。Ｄ１は、Ｄ２と等しかったり、Ｄ２より小さくてもよい。実施例においては、Ｄ３は、Ｒ２及びＲ３より小さい。
【００２２】
本実施例において、アンチパッド部１３０，１３１は、一部が欠けた円形に形成される非導電部、もしくは、導電部１１０ｃにエッチングされた開口であって、ブリッジ１３２の中心で左右対称で、且つビア１２０，１２１のためのパッドにおける中心間の線で上下対称である。ＰＣＢでつくられる電子装置の付随的な作用効果として、対称が差動信号に対して均衡なインピーダンス（抵抗）になるのは、言うまでも無い。
【００２３】
Ｄ１＝Ｄ２の実施例において、アンチパッド領域１３０，１３１は、ビア構造１２０，１２１及び導電部１１０ｃ間の距離がビア構造１２０，１２１及びブリッジ１３２間の距離より大きくなる。ある実施例において、ビア構造１２０，１２１及び導電部１１０ｃ間の距離が０．２０３２ミリメートル（0.008 inches）であり、ビア構造１２０，１２１及びブリッジ１３２間の距離が０．１３９７ミリメートル（0.0055 inches ）である。この実施例において、ブリッジ１３２は、幅が０．１２７ミリメートル（0.005 inches）であって、導電部１１０ｃの中にアンチパッドをエッチングするという周知の方法で形成される。
【００２４】
図３は、図１の導電部１１０ｃの一部を図示し、他の実施例におけるアンチパッド部１３０，１３１及びブリッジ１３２のさらに詳細を示す。かかる実施例において、アンチパッド部１３０，１３１は、長方形状又は改良された長方形状を含む。なお、他の形状は、さらなる実施例を含む。ビア構造１２０から導電部１１０ｃまでの距離Ｄ４は、ビア構造１２０から導電部１１０ｃの距離Ｄ５より大きかったり、Ｄ５と等しかったり、又はＤ５より小さくてもよい。この実施例において、Ｄ３は、Ｄ４及びＤ５より小さい。この実施例において、アンチパッド部１３０，１３１は、ブリッジ１３２の中心で左右対称であり、ビア１２０，１２１のパッド間の線で上下対称である。さらに、対称が差動信号に対して均衡なインピーダンスとなり有効であるのは、言うまでも無い。ある実施例において、Ｄ３は、Ｄ４及びＤ５より小さい。
【００２５】
ある実施例において、アンチパッド部１３０，１３１は、丸い角で改良された長方形状を含む。ある実施例において、アンチパッド部１３０，１３１は、角が４５度（例えばミトラ状や斜角）で改良された長方形状を含む。これらの実施例の改良された長方形状が、例えば、アンチパッド部１３０，１３１を形成するために導電部１１０ｃのエッチングの信頼性向上により、ＰＣＢの製法（製造）を改良できることは、言うまでも無い。さらに、提案される幾何学形状は、限定されない例としてであり、いろいろな閉塞又は開口する幾何学的形状であり、多角形、曲線、及びさまざまな変更例を含む合成形状も含む。
【００２６】
ある実施例において、ブリッジ１３２は、互いに離間して絶縁されているにも関わらず、ビア１２０，１２１のパッドを物理的に互いに接近させ得る導電材（例えば銅）の最小の線幅である。限定されないブリッジの実施例として、幅は、約０．００２５４ミリメートル（0.1 mils）から約０．１２７ミリメートル（5 mils）までの範囲にしてもよい。さらなる限定されないブリッジの実施例として、幅は、約０．０５０８ミリメートル（2 mils）から約０．１０１６ミリメートル（4 mils）までの範囲にしてもよい。限定されないさらなる具体例として、例えば、０．１０１６ミリメートル（4 mils）である。他の限定されない実施例として、ブリッジ幅は、０．００２５４ミリメートル（0.1 mils）より小さく、又は０．１２７ミリメートル（5 mils）より大きくしてもよい。
【００２７】
Ｄ１からＤ５のための適切な値の決定は、一般的に利用可能な３Ｄの数値モデリングやＦＥＭ、ＦＤＴＤ、ＴＬＭ、ＭＯＭがベースとして含むシミュレーションツールを用いることで行うことができる。これらのモデリングやシミュレーションツールの使用に熟練した者は、基準モデリング技術を利用して、これらの寸法を決定できる。
【００２８】
さらに限定されない例として説明する具体例において、差動対のビア構造１２０，１２１間のブリッジ１３２は、導電部１１０ｃと同じ導電材である導電材（例えば５６．６９９グラム（2 oz. ）の銅）を含む。他の実施例において、ブリッジ１３２は、７．０８７４グラム（1/4 ounce ）から１１３．３９８グラム（4 ounces）までの範囲である銅重量の範囲を含む。他の実施例において、銅以外の他の材質を用いることもでき、そして、銅や他の材質における他の重量を用いることもできる。
【００２９】
さまざまな実施例が特徴のある用語や部品を用いて説明されているが、そのような説明は、単に説明することを目的としている。使用された単語は、制限するというより説明するための単語である。特許請求の範囲に述べられる本発明の本質や範囲を逸脱することなく、当業者によって、各種変更や変形ができると理解すべきである。さらに、さまざまな他の実施例の構成は全体的又は部分的に採用し得ると理解すべきである。したがって、特許請求の範囲は、制限や禁反言されずに、発明の本質や範囲により解釈されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、一実施例における多層ＰＣＢの断面図を図示する。
【図２】図２は、図１の導電部の一部を図示して、アンチパッド部及び導電ブリッジのさらに詳細を示す。
【図３】図３は、図１の導電部１１０ｃの一部を図示して、変更例におけるアンチパッド部１３０，１３１及び導電ブリッジ１３２のさらに詳細を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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