(57)【要約】【課題】スリットで分割されたべたプレーンを内層に有し、スリットに交差して配置されている差動配線を外層に有する多層プリント配線板において、差動配線の信号減衰量を正確に得ることができるとともに、その信号減衰量を適正とした多層プリント配線板を得る。【解決手段】スリットで分割されたべたプレーンを内層に有し、スリットに交差して配置されている差動配線（以下「スリット交差差動配線」という）を外層に有する多層プリント配線板であって、スリット交差差動配線の信号減衰量αｔｏｔａｌを下記式等により算出し、αｔｏｔａｌが規定の範囲内に収まるよう、スリット交差差動配線が設定されている多層プリント配線板である。2008172036.tif 0000082008172036.tif 000009【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリットで分割されたべたプレーンを内層に有し、上記スリットに交差して配置されている差動配線（以下「スリット交差差動配線」という）を外層に有する多層プリント配線板であって、上記スリット交差差動配線の信号減衰量αｔｏｔａｌを下記（１）〜（３）式により算出し、上記αｔｏｔａｌが規定の範囲内に収まるよう、上記スリット交差差動配線が設定されていることを特徴とする多層プリント配線板。
【数１】
2008172036.tif 000005
【数２】
2008172036.tif 000006
【数３】
2008172036.tif 000007
α:上記多層プリント配線板に対し、上記内層に上記スリットを有せず、かつ、その他の構成を同一とした比較用多層プリント配線板の差動配線（以下「比較用差動配線」という）の信号減衰量
Δα：上記スリット交差差動配線の上記スリットと交差する箇所の信号減衰量
Ｒ：入力部の抵抗もしくは終端抵抗
ｖｏｄｄ：上記比較用差動配線のオッドモード伝送時の伝搬速度
Ｚｄｉｆｆ：上記比較用差動配線の差動インピーダンス
ｖｅｖｅｎ：上記比較用差動配線のイーブンモード伝送時の伝搬速度
Ｚｃｏｍ：上記比較用差動配線のコモンモードインピーダンス
β：位相定数
ｄ：スリット幅
Ｈ１：スリットがない部分の差動配線とべたプレーンの距離
Ｈ１’：スリットがある部分の差動配線とべたプレーンの距離
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スリットで分割されたべたプレーンを内層に有し、スリットに交差して配置されている差動配線を外層に有する多層プリント配線板に関する。詳しくは、差動配線の信号減衰量を正確に得ることができるとともに、その信号減衰量を適正とした多層プリント配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板では、外部からのノイズの影響を受けにくく、高速伝送に向いているといった利点から、差動信号伝送方式が用いられることがある。差動信号伝送方式とは、ひとつの信号に対して、一方が正、他方がその逆極性である負を持ち結合した２本の伝送線路を用い、この２本の伝送線路の電位差にて極性を認識する信号伝送方式である。また、この２本の伝送線路のペアを差動配線という。
【０００３】
一方、多層プリント配線板では、電源供給用、またはグラウンド用の配線は、線状ではなく面状に形成することが多い。このような面状になった配線をべたプレーンといい、一般的には多層プリント配線板の内層に形成されている。
【０００４】
図１は、このべたプレーンの形態の一例を示す図である。詳しくは、一様連続に形成されたべたプレーンを多層プリント配線板の上面から見た図である。このべたプレーン１０は、多層プリント配線板の内層において全面にわたって一様連続のべた状となって形成されているものである。なお、実際の多層プリント配線板では、このべたプレーン１０には、スルーホールとの接続のためのサーマルランドや、スルーホールとべたプレーンの分離のためのクリアランスホールが設けられている。図１のべたプレーン１０では、これらサーマルランド及びクリアランスホールの記載は省略している。
【０００５】
多層プリント配線板において、近年は搭載部品の多種多様化が進み、複数の電源電圧、例えば、＋３．３Ｖ及び＋５Ｖの電源を必要とする部品が混在することがある。この場合、べたプレーンにより電源を供給する際には、各電源電圧に対応したべたプレーンが必要となる。また、べたプレーンからノイズに敏感な配線にノイズが印可されるのを防止するため、ノイズに敏感な配線と、敏感でない配線のＧＮＤとなるべたプレーンを分離する場合がある。
【０００６】
図２は内層に形成された２つのべたプレーンの形態の一例を示す図である。詳しくは、これらべたプレーンは、２つのべたプレーン１１及びべたプレーン１２を多層プリント配線板の上面から見た図である。これらべたプレーン１１及びべたプレーン１２は同一の層に形成されており、例えば、べたプレーン１１は＋３．３Ｖの電源を、べたプレーン１２は＋５Ｖの電源を供給する。なお、図２に示すべたプレーン１１及びべたプレーン１２は、図１に示すべたプレーン１０と同様、実際の多層プリント配線板においては、スルーホールとの接続のためのサーマルランドや、スルーホールとべたプレーンの分離のためのクリアランスホールが設けられているものである。図２では、これらサーマルランド及びクリアランスホールの記載は省略している。
【０００７】
図１に示すベタプレーン１０と、図２に示すべたプレーン１１及びべたプレーン１２の形態とを比較すると、図２に示すべたプレーン１１及びべたプレーン１２は、図１に示すべたプレーン１０が図２に示す溝１３で分割された形態となっている。一般に、同一の層に形成され、かつ、複数の電源電圧を供給するためのべたプレーンは、図２に記載の溝１３で分割された形態で形成されており、このような形態のべたプレーンを分割されたべたプレーンという。そして、上記の溝をスリットと称する場合もあり、図２で示すような形態のべたプレーンを、スリットにより分割されたべたプレーンともいう。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２５３７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、上記に説明した差動配線、及び、スリットにより分割されたべたプレーンを同時に有する多層プリント配線板では、差動配線がスリットに交差して配置されている場合、差動配線を流れる伝送信号が減衰するという現象がある。
【００１０】
この現象をテスト板での検証により説明する。この現象を検証するため、第１テスト板と、比較用の第２テスト板を用意した。これら第１テスト板及び第２テスト板は、外層に差動配線を持つ多層プリント配線板からなる。そして、第１テスト板は、内層にスリットにより分割されたベタプレーンを有し、第２テスト板は、内層にスリットにより分割されていないべたプレーンを有する。それ以外の仕様、すなわち、外観形状、信号配線の形状、及び、層構成については、第１テスト板及び第２テスト板とも共通している。以下の説明は第１テスト板についてするものであるが、特記事項を除き、説明事項は第２テスト板と共通する。
【００１１】
図３は第１テスト板１４の平面図、図４は第１テスト板１４の層構成を模式的に示す図である。なお、図４では、各層の違いを説明するためにハッチングを記しているものであって、第１テスト板の断面を示すものではない。
【００１２】
図４を参照して第１テスト板１４の層構成について説明すると、第１テスト板１４は、図４の上方から下方に向けて、第１ソルダーレジスト層１５、第１信号配線層１６、第１絶縁層１７、第１内層１８、第２絶縁層１９、第２内層２０、第３絶縁層２１、第２信号配線層２２、及び、第２ソルダーレジスト層２３からなる。
【００１３】
この第１テスト板１４は、公知の多層プリント配線板の製造方法により製造したものであり、第１絶縁層１７、第２絶縁層１９、及び、第３絶縁層２１の厚みは、それぞれ、０．１２ｍｍ、１．２０ｍｍ、及び、０．１２ｍｍである。第１信号配線層１６及び第２信号配線層２２の厚みは、ともに０．０４２ｍｍである。第１ソルダーレジスト層１５及び第２ソルダーレジスト層２３の厚みは、ともに０．０２ｍｍである。
【００１４】
図３を参照して第１テスト板１４の信号配線について説明すると、第１テスト板１４は、第１信号配線層１６として２つの並行する伝送線路２４及び伝送線路２５が形成されている。伝送線路２４の両端にはスルーホール２６及びスルーホール２７が、伝送線路２５の両端にはスルーホール２８及びスルーホール２９が設けられている。なお、図３においては、第１ソルダーレジスト層１５は記載していない。実際の第１テスト板１４においては、第１信号配線層１６のさらに上面に第１ソルダーレジスト層１５が形成されている。すなわち、伝送線路２４及び伝送線路２５は、第１ソルダーレジスト層１５により被覆されている。
【００１５】
また、上記の各スルーホール２６、２７、２８及び２９の周囲には、それぞれスルーホールがさらに４つずつ設けられている。すなわち、スルーホール２６の周囲にはスルーホール３０、３１、３２及び３３が、スルーホール２７の周囲にはスルーホール３４、３５、３６及び３７が、スルーホール２８の周囲には、スルーホール３９、４０、４１及び４２が、スルーホール２９の周囲にはスルーホール４３、４４、４５及び４６が設けられている。これらスルーホールは、伝送線路２４及び２５に伝送信号を印加するためのＳＭAコネクタ（図示せず）のピンを挿入するためのスルーホールである。
【００１６】
図５は、第１テスト板１４をＡ−Ａ線で切断した拡大断面図である。図５を参照すると、スルーホール２６は、第１内層１８及び第２内層２０には接続されておらず、また、スルーホール３０及び３２は、第１内層１８と第２内層２０の共に接続されている。
【００１７】
図６は、第１テスト板１４の第１内層におけるべたプレーンの平面図である。第１テスト板１４のベタプレーンは、第１内層１８において形成されており、これはスリット３８で分割されている。このスリット３８の横方向の幅は５ｍｍである。また、図７は、第２テスト板の第1内層におけるべたプレーンの平面図である。図７に示すとおり、第２テスト板のべたプレーンは分割されておらず、一様に形成されている。
【００１８】
第１テスト板１４は、基材として一般ＦＲ−４材を使用し、配線長が３００ｍｍ、配線幅が０．２１ｍｍ、配線間隔が０．５０ｍｍ、差動配線とべたプレーンとの距離０．１２ｍｍ、レジスト厚み０．０２ｍｍ、導体厚み０．０４２ｍｍとしている。また、配線の中央直下のべたプレーンに、幅５ｍｍ、差動配線とスリット直下のべたプレーンとの距離１．３２ｍｍとしている。
【００１９】
上記で説明した第１テスト板１４、及び、第２テスト板に、ＳＭＡコネクタを介し、ネットワークアナライザを接続し、差動配線の減衰性を測定した。図８は、第１テスト板１４及び第２テスト板のそれぞれの差動配線の減衰量を示すグラフである。第１テスト板１４及び第２テスト板とを比べると、第１テスト板は、信号の周波数が高いほど、信号が減衰している。なお、この基板の特性インピーダンスはＺｄｉｆｆ＝１００．８Ω、Ｚｃｏｍ＝２６．７Ωである。  
【００２０】
また、第１テスト板１４及び第２テスト板において、配線幅を０．１１ｍｍ、配線間隔を０．１１ｍｍに変更したものをさらに製作し、これらの差動配線の減衰性を同様にして測定した。結果を図２に示す。図２に示すように、この場合の減衰性は、スリットの有無の影響をほとんど受けていない。この場合は配線間隔が短く、差動配線における伝送線路の結合が強く、べたプレーンにリターン電流がほとんど流れないため、スリットの影響をほとんど受けないものと推測される。しかしながら、この場合は、配線幅が細いため導体損が大きく、結果として減衰量は大きくなっている。なお、この基板の特性インピーダンスはＺｄｉｆｆ＝１００．８Ω、Ｚｃｏｍ＝４３．０Ωである。
【００２１】
また、第１テスト板１４及び第２テスト板において、配線幅を０．１６ｍｍ、配線間隔を０．２０ｍｍとしたものをさらに製作し、これらの減衰性を同様に測定した結果を図１０に示す（Ｚｄｉｆｆ＝１０１．４Ω、Ｚｃｏｍ＝３２．７Ω）。この場合、上記の理由より、結果的には中間にあるＺｃｏｍ＝３２．７Ωの配線の減衰量が一番少なくなっている。
【００２２】
以上の説明の通り、スリットにより分割されたべたプレーンが内層に形成され、外層に上記スリットに交差して配置された差動配線が形成された多層プリント配線板においては、差動配線の減衰量には適正値があることがわかる。このような形態の多層プリント配線板では、スリットと差動配線とが交差していることによる差動配線の減衰量を正確に求め、対策を講じる必要がある。しかし、減衰量を簡便かつ定量的に求める手法は確立されておらず、この適正値を正確に求めるのは困難である。
【００２３】
そこで本発明は、スリットで分割されたべたプレーンを内層に有し、スリットに交差して配置されている差動配線を外層に有する多層プリント配線板において、差動配線の信号減衰量を正確に得ることができるとともに、その信号減衰量を適正とした多層プリント配線板を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題解決のための第１の発明は、スリットで分割されたべたプレーンを内層に有し、このスリットに交差して配置されている差動配線（以下「スリット交差差動配線」という）を外層に有する多層プリント配線板である。詳しくは、スリット交差差動配線の信号減衰量αｔｏｔａｌを下記（１）〜（３）式により算出し、αｔｏｔａｌが規定の範囲内に収まるよう、スリット交差差動配線が設定されている多層プリント配線板である。
【数４】
2008172036.tif 000002
【数５】
2008172036.tif 000003
【数６】
2008172036.tif 000004
α:多層プリント配線板に対し、内層にスリットを有せず、かつ、その他の構成を同一とした比較用多層プリント配線板の差動配線（以下「比較用差動配線」という）の信号減衰量
Δα：スリット交差差動配線のスリットと交差する箇所の信号減衰量
Ｒ：入力部の抵抗もしくは終端抵抗
ｖｏｄｄ：比較用差動配線のオッドモード伝送時の伝搬速度
Ｚｄｉｆｆ：比較用差動配線の差動インピーダンス
ｖｅｖｅｎ：比較用差動配線のイーブンモード伝送時の伝搬速度
Ｚｃｏｍ：比較用差動配線のコモンモードインピーダンス
β：位相定数
ｄ：スリット幅
Ｈ１：スリットがない部分の差動配線とべたプレーンの距離
Ｈ１’：スリットがある部分の差動配線とべたプレーンの距離
【発明の効果】
【００２５】
比較用差動配線の信号減衰量αは、正確な値を入手することができるので、本発明によれば、スリット交差差動配線の信号減衰量αｔｏｔａｌを正確に得ることができる。そして、このαｔｏｔａが規定の範囲に収まるよう、スリット交差差動配線を設定することにより、スリット交差差動配線における信号減衰量を適正とした多層プリント配線板が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明では、差動配線及びべたプレーンのスリットが交差する部分の減衰量Δαを求めるにあたり、まずリファレンス面のべたプレーンにスリットのない差動配線の減衰量α、特性インピーダンスＺｄｉｆｆおよびＺｃｏｍ、伝搬速度ｖｏｄｄおよびｖｅｖｅｎ、プリント配線板の層構成、を得る。これら値はネットワークアナライザ、ＴＤＲ、ＴＤＴなどで、あらかじめ入手しておくことが望ましい。あるいは、シミュレーターや手計算で算出した値を用いることも可能である。
【００２７】
続いて、べたプレーンにスリットのない差動配線の特性インピーダンス、伝搬速度、および電源の出力抵抗もしくは終端抵抗Ｒ、伝搬定数β、スリットの距離ｄ、スリットがない部分の差動配線とべたプレーンの距離をＨ、スリットがある部分の差動配線とべたプレーンの距離をＨ’、を（１）式〜（４）式に代入することで、スリット部の減衰量Δαを求める。そして、あらかじめ入手しておいたリファレンス面のべたプレーンにスリットのない差動配線の減衰量αと、上記減衰量Δαより差動配線全体の減衰量αｔｏｔａｌを求める。
【００２８】
図１１はスリットの有無に対する基板の実測結果と、上記（１）式〜（４）式より求めたスリットの減衰量αｔｏｔａｌｌと、を比較したものである。図１１より上記（１）式および（４）式で定量的に求めた減衰量αｔｏｔａｌは６．７GHzまで実測値とほぼ一致することがわかる。なお、計算に使用した値は下記の通りである。
Ｚｄｉｆｆ’＝８１６．６[Ω]
Ｒ＝５０[Ω]
ｄ＝０．００５[ｍ]
β＝ｆ×３．９７×１０８（ｆは周波数[Ｈｚ]）
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、この計算を組み込んだシミュレーターなどの計算システムにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ベタプレーン
１１  ベタプレーン
１２  べたプレーン
１３  溝
１４  第１テスト板
１５  第１ソルダーレジスト層
１６  第１信号配線層
１７  第１絶縁層
１８  第１内層プレーン層
１９  第２絶縁層
２０  第２内層プレーン層
２１  第３絶縁層
２２  第２信号配線層
２３  第２ソルダーレジスト層
２４  伝送線路
２５  伝送線路
２６  スルーホール
２７  スルーホール
２８  スルーホール
２９  スルーホール
３０  スルーホール
３１  スルーホール
３２  スルーホール
３３  スルーホール
３４  スルーホール
３５  スルーホール
２０  スルーホール
３７  スルーホール
３８  スリット
３９  スルーホール
４０  スルーホール
４１  スルーホール
４２  スルーホール
４３  スルーホール
４４  スルーホール
４５  スルーホール
４６  スルーホール
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】電源電圧が単一の場合のべたプレーンの形態例を示す図。
【図２】内層に形成された２つの電源供給用のベタプレーンの形態例を示す図。
【図３】第１テスト板平面図。
【図４】第１テスト板の層構成を模式的に示す図。
【図５】第１テスト板をＡ−Ａ線で切断した拡大断面図。
【図６】第１テスト板のべたプレーンの平面図。
【図７】第２テスト板のべたプレーンの平面図。
【図８】第１テスト板及び第２テスト板のそれぞれの差動配線の減衰量を示すグラフ。
【図９】スリットの有無に対する基板の実測結果と、（１）〜（４）式より求めたスリットの減衰量αｔｏｔａｌｌと、を比較したグラフ。
【図１】
2008172036.tif 000010
【図２】
2008172036.tif 000011
【図３】
2008172036.tif 000012
【図４】
2008172036.tif 000013
【図５】
2008172036.tif 000014
【図６】
2008172036.tif 000015
【図７】
2008172036.tif 000016
【図８】
2008172036.tif 000017
【図９】
2008172036.tif 000018