(57)【要約】【課題】ベースクロックが１ＧＨｚ以上の高速動作する回路基板にも適用可能であると共にコモンモード放射等の電磁波放射を抑制することができ、かつ低コストのプリント配線基板を提供する。【解決手段】プリント配線基板１０は、第１の信号配線層１２、第１のグランド層１４、第２のグランド層１６、第２の信号配線層１８が絶縁材２０を介して積層されてなり、第１のスルーホール１００が設けられている。第１の信号配線層１２には第１の信号配線１０２が、第２の信号配線層１８には第２の信号配線１０４が形成され、信号配線１０２と信号配線１０４とは第１のスルーホール１００を介して接続される。導電性の第１のグランド層１４と第２のグランド層１６とは第２のスルーホール１０６を介して接続される。第２のスルーホール１０６は、第１のスルーホール１００と絶縁されると共に第１のスルーホールを覆うように形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の配線を形成するための第１の配線層と第２の配線層との間に、導電性領域を形成する第１の導電層及び第２の導電層がそれぞれ絶縁層を介在して積層されたプリント配線基板において、
前記第１の導電層及び前記第２の導電層と絶縁されると共に、前記第１の配線層の第１の配線と前記第２の配線層の第２の配線とを接続する導電性の第１の層間接続手段と、
前記第１の導電層及び前記第２の導電層の導電性領域に接続されると共に前記第１の層間接続手段と絶縁され、前記第１の層間接続手段を覆う導電性の第２の層間接続手段と、
を設けたことを特徴とするプリント配線基板。
【請求項２】
前記第１の導電層及び前記第２の導電層は、異なる電位の複数の導電性領域を各々備え、前記第２の層間接続手段は、前記第１の導電層及び前記第２の導電層の略同電位の導電性領域を接続することを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板。
【請求項３】
前記複数の導電性領域は、電源領域及びグランド領域を含むことを特徴とする請求項２記載のプリント配線基板。
【請求項４】
前記第１の層間接続手段及び前記第２の層間接続手段に関する特性インピーダンスと前記第１の配線及び前記第２の配線に関する特性インピーダンスが略同一であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のプリント配線基板。
【請求項５】
前記第１の層間接続手段及び前記第２の層間接続手段に関する特性インピーダンスと前記第１の配線及び前記第２の配線に関する特性インピーダンスが略同一となるように、前記第１の層間接続手段の外径及び前記第２の層間接続手段の内径の少なくとも一方が調整されていることを特徴とする請求項４記載のプリント配線基板。
【請求項６】
前記第１の層間接続手段と前記第２の層間接続手段との間に誘電部材をさらに備え、前記第１の層間接続手段及び前記第２の層間接続手段に関する特性インピーダンスと前記配線に関する特性インピーダンスが略同一となるように、前記誘電部材の誘電率が調整されていることを特徴とする請求項４記載のプリント配線基板。
【請求項７】
前記第１の配線及び前記第２の配線は、前記信号伝達用の信号線であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のプリント配線基板。
【請求項８】
前記第１の配線及び前記第２の配線は、電源供給用の電源線であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のプリント配線基板。
【請求項９】
前記第１の配線及び前記第２の配線の一方に能動素子の電源端子が接続されると共に、前記第１の配線及び前記第２の配線の他方にコンデンサの一端が接続され、かつ前記コンデンサの他端が第３の層間接続手段を介して前記第１の導電層及び前記第２の導電層の少なくとも一方に設けられたグランド領域に接続されることを特徴とする請求項８記載のプリント配線基板。
【請求項１０】
前記第１の層間接続手段と前記第２の層間接続手段との間の誘電率が、前記第１の導電層と前記第２の導電層との間の誘電率よりも高いことを特徴とする請求項８又は請求項９記載のプリント配線基板。
【請求項１１】
前記第１の配線は差動信号用の一対の第１の差動信号配線で構成されると共に、前記第２の配線は前記差動信号用の一対の第２の差動信号配線で構成され、前記一対の第１の差動信号配線の一方と前記一対の第２の差動信号配線の一方、前記一対の第１の差動信号配線の他方と前記一対の第２の差動信号配線の他方を各々接続する一対の前記第１の層間接続手段が、前記第２の層間接続手段に覆われていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のプリント配線基板。
【請求項１２】
前記第１の層間接続手段の差動インピーダンスが、前記第１の差動信号配線及び前記第２の差動信号配線の差動インピーダンスと略同一であることを特徴とする請求項１１記載のプリント配線基板。
【請求項１３】
前記一対の第１の層間接続手段の前記第１の導電層及び前記第２の導電層のグランド領域に対するコモンモードインピーダンスが、前記一対の第１の差動信号配線の前記グランド領域に対するコモンモードインピーダンス及び前記一対の第２の差動信号配線の前記グランド領域に対するコモンモードインピーダンスの少なくとも一方と略同一であることを特徴とする請求項１１又は請求項１２記載のプリント配線基板。
【請求項１４】
導電性の配線を形成するための配線層、導電性領域を形成する第１の導電層、及び第２の導電層がそれぞれ絶縁層を介在して積層されたプリント配線基板において、
前記第１の導電層及び前記第２の導電層と絶縁されると共に、前記配線層の配線と接続される導電性の第１の層間接続手段と、
前記第１の導電層及び前記第２の導電層の導電性領域に接続されると共に前記第１の層間接続手段と絶縁され、前記第１の層間接続手段を覆う導電性の第２の層間接続手段と、
を設けたことを特徴とするプリント配線基板。
【請求項１５】
前記第１の層間接続手段及び前記第２の層間接続手段に関する特性インピーダンスが予め定めたインピーダンスに設定されていることを特徴とする請求項１４記載のプリント配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線基板に係り、より詳しくは、パーソナルコンピューターや複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子機器に用いられるプリント配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような電子機器に用いられるプリント配線基板上におけるディジタル信号の伝送には、２値パルスの基本波の周波数に対して通常５倍以上の高調波成分まで十分に伝送できる必要がある。すなわち、ベースクロックが数百ＭＨｚ以上の高速なディジタル信号を伝送するには、ＧＨｚオーダーの高調波成分を考慮しなければならない。
【０００３】
プリント基板上におけるＧＨｚオーダーの信号伝送の阻害要因としては、誘電損失及び表皮効果によるものがあることが知られている。さらに、多層基板において異なる複数の層間を接続するためのビアホールを介して信号が複数の層を通過するときの損失も無視できない。
【０００４】
本発明者らの解析によれば、例えば２つの信号配線層の間に挟まれた電源層、グランド層などの複数の層をビアホールを介して信号が通過するときの減衰が特に著しい。これは以下の理由による。すなわち、プリント配線基板の信号の伝達では、信号配線を流れる信号電流の鏡像電流が、その信号配線層に隣接する電源層、グランド層などの参照面に見かけ上対称的に流れ、実際は信号電流と鏡像電流との間の電気力線の広がりに従って、参照面上にリターン電流が分布して流れる。そして、プリント配線基板の両面に配線された信号配線がビアホールによって複数の参照面を貫通するように接続された場合、リターン電流がこれらの参照面をまたがって流れることができない場合に信号電流が阻害され、減衰するのである。また、リターン電流が参照面を貫通して流れることができない場合、リターン電流が不完全になることにより遠方電磁界がキャンセルされないため、コモンモード放射が生じることが本発明者らの解析により明らかとなっている。なお、２つの参照面の間の結合が小さいほど信号の減衰は大きくなる。すなわち、２つの参照面の間隔が大きいほど信号の損失は大きくなる。
【０００５】
特許文献１には、電源層を主電源面とサブ電源面とに分割することで信号配線に流れる電流のリターン電流路が遮断されることに対して、対向する電源層とグランド層とをコンデンサにより接続し、高周波のリターン電流をグランド層へバイパスさせる技術が開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、同一層に配置された主電源面及びサブ電源面を２個のコンデンサを用いて高周波的に接続することによりリターン電流をバイパスさせるため、コンデンサ自体が持つインダクタンス成分に加えて、コンデンサを電源層とグランド層との間で接続するためのビアホールや該ビアホールと配線を接続するためのパッドが持つインダクタンス成分がリターン電流路に直列に挿入されるため、例えば数ＧＨｚ以上の高周波領域においては十分に低いインダクタンスとすることができない。
【０００７】
発明者らによる特許文献２では、不要電磁波輻射を低減し、かつリターン電流が阻害されるのを防ぐことができるプリント配線基板を提案している。具体的には、信号配線を配線するための信号配線層、導電体によるグランド領域を有すると共に、少なくとも一方に電源配線を有する２つのグランド層を含むプリント配線基板において、２つのグランド層のグランド領域間が複数の導電性の層間接続手段で接続されたものである。
【０００８】
また、非特許文献１には、ＣＰＵ、ブリッジ、ＤＤＲメモリ等を含む領域について部分的に特許文献２に記載されたプリント配線基板と同様の構造、すなわちビアホールで密結合した２つのグランド面をもつ構造が記載されている。
【０００９】
このようなプリント配線基板では、信号伝達用のビアホールの近傍に、２つのグランド層の間を結ぶビアホールを配置するので、一般の多層プリント配線基板で問題となっている電源面とグランド面との間の共振による放射を抑え、低電磁波放射とすることができると同時に、２つのグランド層の間を接続するビアホールによってリターン電流の経路が確保されるため、高速伝送に適している。
【００１０】
しかしながら、詳細は後述するが、このようなプリント配線基板においてもＧＨｚオーダーにおける電磁波放射の抑制及び高速伝送の効果は限定的となる。
【００１１】
従来から問題となっている情報機器等の各種の電子機器から放射される電磁ノイズは、主にプリント配線基板上のクロック信号や、該クロック信号に同期したデジタル信号の信号線に起因するものと考えられており、このためプリント配線基板上の信号線や該信号線に接続されたワイヤーハーネス等に対して、様々な電磁放射防止対策が採られてきた。
【００１２】
例えば、信号出力線にダンピング抵抗又はフィルタを付加して出力信号の立ち上がり及び立ち下がりをなまらせたり、信号線の近傍にグランド電位とされたガードパターンを配置して帰還電流ループを小さくする等の対策が広く一般に行われている。
【００１３】
また、プリント配線基板において観測される電磁波には、信号線上の電流分布から予測されるものとは周波数分布が異なり、しかも信号線の性質とは無関係に特定の周波数で鋭いピークを有するものがある。この電磁波発生の主な要因は、特許文献３にも記載されているように、プリント配線基板の信号線ではなく電源系にあり、対向する電源層及びグランド層において発生する電気的共振にあることが知られている。
【００１４】
これに対して、特許文献３には、プリント配線基板の端部における共振電流の反射率を低下させるため、プリント配線基板の端部に複数の第１のコンデンサを配置すると共に、この第１のコンデンサとプリント配線基板上に実装されたＩＣ等の能動素子との間に流れるループ電流を抑制するための第２のコンデンサを能動素子の電源端子に、又はその近傍の電源層とグランド層との間に接続する技術が開示されている。
【００１５】
しかしながら、特許文献３に記載された技術では、コンデンサ自体及びコンデンサの実装によるインダクタンスがあるため、例えば周波数が約１ＧＨｚを越えるような高周波の共振電流に対しては効果がなく、また、低い周波数帯においても共振電流を完全になくすことはできず、プリント配線基板の端部から放射される電磁波を完全に抑制することができない、という問題があった。
【００１６】
また、特許文献４には、プリント配線基板の配線密度を向上させるために、ビアホールを二重構造にする、すなわち同軸構造にすることにより、ビアホールの径を極力小さくしつつ複数の配線を層間接続する技術が開示されている。具体的には、例えばメカニカル・ドリルにより外側スルーホールを穿設し、これにメッキ層を形成して樹脂充填体を充填し、配線層を形成し、絶縁樹脂層をラミネートし、フォトリソグラフィー技術によりビアホールを形成し、樹脂充填体を熱硬化した後、サイクルパルス法によりレーザパルスを照射して、絶縁樹脂層及び樹脂充填体を貫通させて内側スルーホールを形成する。
【００１７】
しかしながら、特許文献４に記載された技術では、信号配線同士を２重構造化するため、むしろクロストークが増大したり、インピーダンスが不安定化したりするなどの悪影響がでる場合がある、という問題があった。
【００１８】
【特許文献１】
特開平１１−２３３９５１号公報
【特許文献２】
特願平２００１−２８０６３１号
【特許文献３】
特許第３０３６６２９号公報
【特許文献４】
特開２００１−２０３４５８号公報
【非特許文献１】
インテル社、「Ｉｎｔｅｌ  Ｐｅｎｔｉｕｍ（Ｒ）  ４  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  ｉｎ  ４７８−Ｐｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｌ  ８４５  Ｃｈｉｐｓｅｔ  Ｐｌａｔｆｏｒｍ  ｆｏｒ  ＤＤＲ  −  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｇｕｉｄｅ」
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、ＧＨｚオーダーで高速に信号を伝送する場合、ビアホールを介して信号が複数の層を通過するときの損失が無視できない。また、リターン電流が途切れることによるコモンモード放射の影響も大きい。本発明者らは、２つの参照面の距離が９００μｍの場合において、２つのビアホールを往復する信号の減衰を解析した。その結果、周波数が２ＧＨｚの信号成分で２．５ｄＢ減衰することが見込まれることが明らかとなり、ＧＨｚオーダーの伝送では実用にならないことが判った。信号配線層の間に２つのグランド層が挟まれた構造のプリント配線基板では、信号用のビアホールの近傍に複数のグランド層を接続する接続用のビアホールを設け、リターン電流が複数のグランド層を貫通して流れるようにすることである程度改善することができる。しかしながら、信号用のビアホールの近傍、例えば１．５ｍｍの距離に接続用のビアホールを設けた場合でも、ＧＨｚオーダーではリターン電流が回り込まず、改善効果は小さい。
【００２０】
特許文献１に記載されているように、電源層及びグランド層を内層として備えた構造のプリント配線基板では、コンデンサによりリターン電流のバイパスが行われるが、コンデンサ自体及びコンデンサを接続するビアホールのインダクタンスにより、１ＧＨｚ以上の成分はバイパスできない。
【００２１】
また、非特許文献１に記載された４層基板では、配線を低インピーダンス化して高速化するため、コア厚を１．２ｍｍとしている。信号の減衰は、信号が貫通して流れる２つの層の層間距離に依存するため、上記４層基板では、信号が複数の層を貫通して流れることによる信号品質劣化及びコモンモード放射増大の影響はさらに大きいと思われる。
【００２２】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、ベースクロックが１ＧＨｚ以上の高速動作する回路基板にも適用可能であると共にコモンモード放射等の電磁波放射を抑制することができ、かつ低コストのプリント配線基板を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、導電性の配線を形成するための第１の配線層と第２の配線層との間に、導電性領域を形成する第１の導電層及び第２の導電層がそれぞれ絶縁層を介在して積層されたプリント配線基板において、前記第１の導電層及び前記第２の導電層と絶縁されると共に、前記第１の配線層の第１の配線と前記第２の配線層の第２の配線とを接続する導電性の第１の層間接続手段と、前記第１の導電層及び前記第２の導電層の導電性領域に接続されると共に前記第１の層間接続手段と絶縁され、前記第１の層間接続手段を覆う導電性の第２の層間接続手段と、を設けたことを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、第１の層間接続手段によって、第１の配線層の第１の配線と第２の配線層の第２の配線とが電気的に接続される。また、第１の層間接続手段は、第１の導電層及び前記第２の導電層の導電性領域に接続された第２の層間接続手段によってその周囲を覆われている。
【００２５】
そして、第１の層間接続手段は、第１の導電層及び第２の導電層と絶縁されており、第２の層間接続手段は、第１の層間接続手段と絶縁されている。すなわち、第１の層間接続手段と第２の層間接続手段とで同軸構造の伝送路を構成しており、第１の層間接続手段の周囲が第２の層間接続手段によって略同電位となる。
【００２６】
このため、第１の配線層の第１の配線から第１の層間接続手段を介して第２の配線層の第２の配線に信号が伝送される場合や電源が供給される場合等において、従来から問題となっていた複数の層をまたがって信号等が伝達される場合における信号等の伝送特性が劣化したり、電磁波放射が発生するのを抑制することができる。
【００２７】
請求項２記載の発明は、前記第１の導電層及び前記第２の導電層は、異なる電位の複数の導電性領域を各々備え、前記第２の層間接続手段は、前記第１の導電層及び前記第２の導電層の略同電位の導電性領域を接続することを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、第１の導電層及び第２の導電層が、異なる電位の複数の導電性領域を各々備えることができる。例えば請求項３に記載したように、前記複数の導電性領域は、電源領域及びグランド領域を含む構成とすることができる。このように、電源領域やグランド領域を１つの導電層に混在させることができ、設計の自由度を向上させることができる。
【００２９】
請求項４記載の発明は、前記第１の層間接続手段及び前記第２の層間接続手段に関する特性インピーダンスと前記第１の配線及び前記第２の配線に関する特性インピーダンスが略同一であることを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、第１の層間接続手段及び第２の層間接続手段から成る同軸構造の伝送路の特性インピーダンスと第１の配線及び第２の配線に関する特性インピーダンスが略同一であるため、信号の反射等による信号品質の劣化や定在波の発生による電磁波放射の発生等を抑えることができる。
【００３１】
例えば請求項５に記載したように、前記第１の層間接続手段及び前記第２の層間接続手段に関する特性インピーダンスと前記第１の配線及び前記第２の配線に関する特性インピーダンスが略同一となるように、前記第１の層間接続手段の外径及び前記第２の層間接続手段の内径の少なくとも一方が調整されていることにより、各々の特性インピーダンスを略同一にすることができる。
【００３２】
また、請求項６に記載したように、前記第１の層間接続手段と前記第２の層間接続手段との間に誘電部材をさらに備え、前記第１の層間接続手段及び前記第２の層間接続手段に関する特性インピーダンスと前記配線に関する特性インピーダンスが略同一となるように、前記誘電部材の誘電率が調整されていることによっても、各々の特性インピーダンスを略同一にすることができる。
【００３３】
なお、第１の配線及び第２の配線は、例えば請求項７に記載したように、信号伝達用の信号線とすることができる。また、請求項８に記載したように電源供給用の電源線とすることもできる。
【００３４】
請求項９記載の発明は、前記第１の配線及び前記第２の配線の一方に能動素子の電源端子が接続されると共に、前記第１の配線及び前記第２の配線の他方にコンデンサの一端が接続され、かつ前記コンデンサの他端が第３の層間接続手段を介して前記第１の導電層及び前記第２の導電層の少なくとも一方に設けられたグランド領域に接続されることを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、能動素子とデカップリング用のコンデンサが異なる配線層に配置される。すなわち、能動素子の電源端子とコンデンサとが第１の層間接続手段を介して接続される。これにより、コンデンサからの過渡的電流の供給特性を向上させることができる。
【００３６】
請求項１０記載の発明は、前記第１の層間接続手段と前記第２の層間接続手段との間の誘電率が、前記第１の導電層と前記第２の導電層との間の誘電率よりも高いことを特徴とする。
【００３７】
この発明によれば、第１の層間接続手段と第２の層間接続手段との間の誘電率が、第１の導電層と第２の導電層との間の誘電率よりも高いため、第１の層間接続手段と第２の層間接続手段とから成る同軸構造の伝送路自体が静電容量をもつこととなり、過渡的電流の供給特性を向上させることができる。
【００３８】
請求項１１記載の発明は、前記第１の配線は差動信号用の一対の第１の差動信号配線で構成されると共に、前記第２の配線は前記差動信号用の一対の第２の差動信号配線で構成され、前記一対の第１の差動信号配線の一方と前記一対の第２の差動信号配線の一方、前記一対の第１の差動信号配線の他方と前記一対の第２の差動信号配線の他方を各々接続する一対の前記第１の層間接続手段が、前記第２の層間接続手段に覆われていることを特徴とする。
【００３９】
この発明によれば、第２の層間接続手段によって、一対の第１の差動信号用配線及び一対の第２の差動信号用配線と接続される一対の第１の層間接続手段が、第２の層間接続手段によって覆われているため、コモンモードインピーダンスが不連続にならない。このため、コモンモードインピーダンスが不連続になることにより誘起されるコモンモード電流による電磁波放射が増大するのを防ぐことができる。また、リターン電流が途切れることによる差動信号の伝送特性が劣化するのを防ぐことができる。
【００４０】
なお、請求項１２に記載したように、前記第１の層間接続手段の差動インピーダンスが、前記第１の差動信号配線及び前記第２の差動信号配線の差動インピーダンスと略同一であることが好ましい。これにより、差動信号の伝送特性をより向上させることができる。
【００４１】
さらに、請求項１３記載に記載したように、前記一対の第１の層間接続手段の前記第１の導電層及び前記第２の導電層のグランド領域に対するコモンモードインピーダンスが、前記一対の第１の差動信号配線の前記グランド領域に対するコモンモードインピーダンス及び前記一対の第２の差動信号配線の前記グランド領域に対するコモンモードインピーダンスの少なくとも一方と略同一であることが好ましい。これにより、コモンモード電流による電磁波放射の増大をより効果的に防ぐことができる。
【００４２】
請求項１４記載の発明は、導電性の配線を形成するための配線層、導電性領域を形成する第１の導電層、及び第２の導電層がそれぞれ絶縁層を介在して積層されたプリント配線基板において、前記第１の導電層及び前記第２の導電層と絶縁されると共に、前記配線層の配線と接続される導電性の第１の層間接続手段と、前記第１の導電層及び前記第２の導電層に接続されると共に前記第１の層間接続手段と絶縁され、前記第１の層間接続手段を覆う導電性の第２の層間接続手段と、を設けたことを特徴とする。
【００４３】
この発明によれば、第１の層間接続手段は、配線層の配線と電気的に接続される。また、第１の層間接続手段は、第１の導電層及び前記第２の導電層に接続された第２の層間接続手段によってその周囲を覆われている。
【００４４】
そして、第１の層間接続手段は、第１の導電層及び第２の導電層と絶縁されており、第２の層間接続手段は、第１の層間接続手段と絶縁されている。すなわち、第１の層間接続手段と第２の層間接続手段とが同軸構造となっており、第１の層間接続手段の周囲が第２の層間接続手段によって略同電位となる。
【００４５】
このため、例えば能動素子が配線層と反対側の層に搭載され、能動素子の端子が第１の層間接続手段を貫通して配線層の配線と接続されたような場合において、配線層の配線から能動素子の端子に信号が伝送される場合や電源が供給される場合、従来から問題となっていた複数の層をまたがって信号等が伝達される場合における信号等の伝送特性が劣化したり、電磁波放射が発生するのを抑制することができる。
【００４６】
また、配線層の配線の途中に第１の層間接続手段が位置するような構成とした場合、第１の層間接続手段及び第２の層間接続手段のところでインピーダンスが変化するため、信号の特性を変化させるフィルタとして用いることも可能である。
【００４７】
請求項１５記載の発明は、前記第１の層間接続手段及び前記第２の層間接続手段に関する特性インピーダンスが予め定めたインピーダンスに設定されていることを特徴とする。
【００４８】
この発明によれば、第１の層間接続手段及び第２の層間接続手段に関する特性インピーダンスが目的に応じて予め定めたインピーダンスに設定されているので、例えば信号の特性を変化させるフィルタとして用いることが可能となる。
【００４９】
なお、第１の層間接続手段及び第２の層間接続手段に関する特性インピーダンスは、第１の層間接続手段の外径、第２の層間接続手段の内径、第１の層間接続手段と第２の層間接続手段との間の誘電率の少なくとも１つを調整することにより所望の特性インピーダンスに設定することができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
【００５１】
図１（Ａ）には、本実施形態に係るプリント配線基板１０の概略断面図が示されている。図１（Ａ）に示すように、プリント配線基板１０は、第１の信号配線層１２、第１のグランド層１４、第２のグランド層１６、第２の信号配線層１８が絶縁材２０を介して積層された多層構造の４層基板となっている。
【００５２】
図１（Ｂ）には、第１のグランド層１４の平面図が示されている。なお、説明の簡単のため絶縁材２０は省略している。また、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【００５３】
図１（Ａ）に示すように、プリント配線基板１０には、円柱状の導電性の第１のスルーホール１００が設けられている。また、第１の信号配線層１２には、導電性の第１の信号配線１０２が、第２の信号配線層１８には、導電性の第２の信号配線１０４が形成されており、信号配線１０２と信号配線１０４とは第１のスルーホール１００を介して接続（導通）されている。
【００５４】
導電性の第１のグランド層１４と第２のグランド層１６とは、図２にも示したように、円柱状の導電性の第２のスルーホール１０６を介して接続されている。従って、第１のグランド層１４と第２のグランド層１６とは略同電位（グランド電位）となる。
【００５５】
第２のスルーホール１０６は、第１のスルーホール１００と絶縁されていると共に、第１のスルーホールを覆うように形成されている。すなわち、第１のスルーホール１００と第２のスルーホール１０６とは同軸構造となっており、第２のスルーホール１０６内に第１のスルーホール１００が設けられた構造となっている。
【００５６】
図１４、図１５に示した従来におけるプリント配線基板２００のように、第１のグランド層２０２と第２のグランド層２０４とが接続されない場合において、信号配線２０６を流れる信号が第１のスルーホール２０８により第１のグランド層２０２及び第２のグランド層２０４をまたがって信号配線２１０側に流れる場合、リターン電流が途切れる。これにより、特にＧＨｚオーダーでの信号伝送特性が悪化し、第１のグランド層２０２及び第２のグランド層２０４をまたがって信号が流れることで信号が減衰してしまうと共に、リターン電流が途切れることによって誘起されるコモンモード電流による電磁波放射が発生する。
【００５７】
これに対し、本実施形態に係るプリント配線基板１０では、第１のグランド層１４と第２のグランド層１６とが第２のスルーホール１０６で接続されると共に、第２のスルーホール１０６が第１のスルーホール１００を覆うように構成されているため、リターン電流が途切れるのを防ぐことができ、ＧＨｚオーダーの信号でも信号が減衰するのを防ぐことができると共に、コモンモード電流による電磁波放射が発生するのを抑制することができる。
【００５８】
ところで、第１のスルーホール１００の外径ｒ１及び第２のスルーホール１０６の内径ｒ２を変化させることにより、第１のスルーホール１００及び第２のスルーホール１０６から成る同軸構造の伝送路に関する特性インピーダンスＺを制御することができる。特性インピーダンスＺは、次式で表される。
【００５９】
【数１】
2004327690.tif 000003
【００６０】
ここで、μは第１のスルーホール１００と第２のスルーホール１０６との間の絶縁材２０の透磁率、εは第１のスルーホール１００と第２のスルーホール１０６との間の絶縁材２０の誘電率である。
【００６１】
すなわち、透磁率μ、誘電率εが一定である場合、第１のスルーホール１００及び第２のスルーホール１０６に関する特性インピーダンスは、第１のスルーホール１００の外径ｒ１及び第２のスルーホール１０６の内径ｒ２に依存する。
【００６２】
従って、第１のスルーホール１００及び第２のスルーホール１０６に関する特性インピーダンスが、第１の信号配線１０２、第２の信号配線１０４、及びこれらの信号配線に接続されるデバイスの入出力特性等から予め求められる特性インピーダンスと略一致するように、第１のスルーホール１００の外径ｒ１及び第２のスルーホール１０６の内径ｒ２を設定することが好ましい。（１）式から明らかなように、特性インピーダンスＺを上げたい場合には、第１のスルーホール１００の外径ｒ１を小さくするか第２のスルーホール１０６の内径を大きくすればよく、特性インピーダンスＺを下げたい場合には、第１のスルーホール１００の外径ｒ１を大きくするか第２のスルーホール１０６の内径を小さくすればよい。このように、第１のスルーホール１００の外径ｒ１及び第２のスルーホール１０６の内径ｒ２の少なくとも一方を調整して信号伝送路のインピーダンスを整合させることにより、ＧＨｚオーダーの信号でも、信号の反射による信号品質の劣化をより抑えることができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、第１のスルーホール１００が第１のグランド層１４から第２のグランド層１６を通過する領域において、第２のスルーホール１０６が第１のスルーホール１００を完全に覆う構成としているが、第２のスルーホール１０６がメッシュ状、すなわち部分的に開口されていてもよい。この場合、開口部の長さを、第１のスルーホール１００を流れる信号の波長に対して十分小さくする必要がある。
【００６４】
また、本実施形態では、第１のグランド層１４及び第２のグランド層１６は全てグランド電位となるグランド領域で構成されているが、１つの層に電位の異なる複数の領域が形成された構成としてもよい。例えば図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１のグランド層１４が電源領域１４Ａ、グランド領域１４Ｂで構成され、第２のグランド層１６が電源領域１６Ａ及びグランド領域１６Ｂで構成されていてもよい。この場合、第１のグランド層１４の電源領域１４Ａと第２のグランド層１６の電源領域１６Ａとが第２のスルーホール１０６によって接続される。すなわち、第２のスルーホール１０６によって接続される領域が同電位の領域であれば他の領域はどのような電位の領域でもよい。
【００６５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
図４（Ａ）には、本実施形態に係るプリント配線基板１１０の概略断面図が、図４（Ｂ）には第１のグランド層１４の平面図が示されている。なお、図４（Ａ）は、図４（Ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【００６７】
プリント配線基板１１０が、図１に示すプリント配線基板１０と異なる点は、第１のスルーホール１００と第２のスルーホール１０６との間に誘電部材１１２が設けられていることである。それ以外の部分については図１に示したプリント配線基板１０と同様であるので、説明は省略する。
【００６８】
誘電部材１１２としては、例えば一般のガラスエポキシ基板、高速用ガラスセラミック、超高速誘電率材であるガラスクロス基材等を用いることができる。
【００６９】
前述したように、第１のスルーホール１００及び第２のスルーホール１０６に関する特性インピーダンスＺは、上記（１）式によって表され、透磁率μ、第１のスルーホール１００の外径ｒ１、及び第２のスルーホール１０６の内径ｒ２が一定である場合、第１のスルーホール１００及び第２のスルーホール１０６に関する特性インピーダンスは、誘電率εに依存する。
【００７０】
従って、第１のスルーホール１００及び第２のスルーホール１０６に関する特性インピーダンスが、第１の信号配線１０２、第２の信号配線１０４、及びこれらの信号配線に接続されるデバイスの入出力特性等から予め求められる特性インピーダンスと略一致するような誘電率の誘電部材１１２を用いる。例えば、誘電率を低くすることにより、第１のスルーホール１００の外径ｒ１を小さくするか第２のスルーホール１０６の内径を大きくするのと同様に特性インピーダンスＺを上げることができ、誘電率を高くすることにより、第１のスルーホール１００の外径ｒ１を大きくするか第２のスルーホール１０６の内径を小さくするのと同様に特性インピーダンスＺを下げることができる。このように、第１のスルーホール１００と第２のスルーホール１０６との間の誘電部材１１２の誘電率を調整して信号伝送路のインピーダンスを整合させることにより、ＧＨｚオーダーの信号でも、信号の反射による信号品質の劣化をより抑えることができる。
【００７１】
プリント配線基板１０の製造方法としては、例えば前記特許文献４に記載された方法を用いることが可能である。また、この方法に限らず、絶縁材２０を挟む第１のグランド層１４及び第２のグランド層１６を形成した後、ドリル、レーザー等の切削手段で第１の貫通穴を形成し、前記第１の貫通穴にメッキを施して第１のグランド層１４及び第２のグランド層１６を接続する第２のスルーホール１０６を形成し、この第２のスルーホール１０６に誘電部材１１２を充填した後、第１のグランド層に第１のプリプレグ層及び第１の信号配線層１２、第２のグランド層１６に第２のプリプレグ層及び第２の信号配線層１８を積層し、誘電部材１１２が充填された領域に前記切削手段で第２の貫通穴を形成し、前記第２の貫通穴にメッキを施して第１のスルーホール１００を形成し、この第１のスルーホール１００と接続されるように第１の信号配線層１２上に第１の信号配線１０２を、第２の信号配線層１８上に第２の信号配線１０４を形成することによりプリント配線基板１０を作製することができる。
【００７２】
このように、従来の多層プリント配線基板とほとんど変わらないプロセスにより、大きなコストアップを伴うことなくプリント配線基板１０を作製することができる。
【００７３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７４】
図５には、本実施形態に係るプリント配線基板１２０の概略断面図が示されている。
【００７５】
図５に示すように、本実施形態に係るプリント配線基板１２０は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）タイプのＩＣ１２２が第１の信号配線層１２に搭載されている。ＩＣ１２２の電源ピン１２４が接続された電源配線１２６は、第１のスルーホール１００の一方の端部と接続されており、第１のスルーホール１００の他方の端部は、第２の信号配線層１８に形成された電源配線１２８に接続されている。すなわち、ＩＣ１２２は、第２の信号配線層１８に形成された電源配線１２８から第１のスルーホール１００を介して電源が供給される。そして、第１のスルーホール１００は、グランド電位の第２のスルーホール１０６で覆われている。
【００７６】
従って、高速の過渡的電流をＩＣ１２２に安定的に供給することができ、従来問題となっていた、電源が複数の層をまたがって供給される場合の電源供給特性の劣化を抑えることができると共に、電磁波放射を抑えることができる。
【００７７】
また、図６に示すように、電源を第２の信号配線層１８側から供給するのではなく、第１の信号配線層１２に形成された電源配線１２６からＩＣ１２２の電源ピン１２４に供給するようにすると共に、第２の信号配線層１８にデカップリングコンデンサ１３０を設けた構成としてもよい。この場合、デカップリングコンデンサ１３０の一端が第１のスルーホール１００と接続された電源配線１２８と接続され、デカップリングコンデンサ１３０の他端が、第３のスルーホール１３２と接続された電源配線１３４と接続される。第３のスルーホール１３２は、第１のグランド層１４及び第２のグランド層１６と接続され、グランド電位となる。なお、電源配線１２６は、第２の信号配線層１８側に設けられていてもよい。
【００７８】
このように、デカップリングコンデンサ１３０を設けることにより、デカップリングコンデンサ１３０からの過渡的電流の供給特性を向上させることができる。
【００７９】
また、図５、６のプリント配線基板において、図７、８に示したように、図４のプリント配線基板１１０と同様に第１のスルーホール１００と第２のスルーホール１０６との間に誘電部材１１２を設けた構成としてもよい。この誘電部材１１２として高誘電率の誘電部材を用いることにより、第１のスルーホール１００及び第２のスルーホール１０６から成る同軸構造の伝送路が低インピーダンスの高速の過渡的電流の供給路になると共に、前記同軸構造の伝送路自体が高速の過渡的電流の供給源となる静電容量をもつこととなる。これにより、高速の過渡的電流の供給特性を向上させることができると共に、ノイズの発生を低減させることができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、ＢＧＡタイプのＩＣ１２２が第１の信号配線層１２に搭載された場合について説明したが、ＩＣのタイプはＢＧＡタイプに限らず他のタイプ、例えばＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）タイプやＤＩＰ（Ｄｕａｌ  Ｉｎｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）タイプであってもよい。
【００８１】
図９には、第１の信号配線層１２に例えばＤＩＰタイプのＩＣ１３８を搭載したプリント配線基板１４０の概略断面図を示した。この場合、図９に示すように、ＩＣ１３８のピン１４２は、それぞれ第１のスルーホール１００を貫通し、第２の信号配線層１８において信号配線１０４、第１のスルーホール１００と例えば半田１４４によって接合される。この場合も上記と同様に、高速の過渡的電流をＩＣ１３８に安定的に供給することができ、電源供給特性の劣化を抑えることができると共に、電磁波放射を抑えることができる。
【００８２】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施形態では、差動信号ドライバから出力される差動信号を第１の信号配線層１２側から第２の信号配線層１８側へ出力する場合のプリント配線基板の形態について説明する。
【００８３】
図１０には、本実施形態に係るプリント配線基板１５０の一部斜視図を示した。図１０では説明の簡単のため、第１のグランド層１４、第２のグランド層１６、第１の信号配線層１２に搭載された差動信号ドライバ１５２、第１の信号配線層１２に配線された一対の差動信号用配線１５４Ａ、１５４Ｂ、一対の第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂ、第２のスルーホール１０６、第２の信号配線層１８に配線された一対の差動信号用配線１５６Ａ、１５６Ｂのみについて示している。
【００８４】
図１０に示すように、第１の信号配線層１２に配線された一対の差動信号用配線１５４Ａ、１５４Ｂと第２の信号配線層１８に配線された一対の差動信号用配線１５６Ａ、１５６Ｂとは、第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂを介して各々接続されている。そして、第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂは、ともに第２のスルーホール１０６内に設けられている。すなわち、２芯同軸構造となっている。
【００８５】
このように、一対の差動信号が流れる第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂを１つの第２のスルーホール１０６で共に覆う構成としているため、従来問題となっていた、複数の層をまたがって信号が流れる場合の信号品質の劣化を抑えることができる。また、第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂを別々に第２のスルーホールで覆う構成とした場合のように、コモンモードインピーダンスが不連続となり、これにより誘起されるコモンモード電流による電磁波放射が発生するのを抑えることができる。
【００８６】
また、本実施形態においても、前述した上記実施形態と同様に、第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂの外径、第２のスルーホール１０６の内径を調整することにより、第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂと第２のスルーホール１０６からなる２芯同軸構造の伝送路の差動インピーダンスと差動信号用配線１５４Ａ、１５４Ｂの差動インピーダンス、差動信号用配線１５６Ａ、１５６Ｂの差動インピーダンスとを略一致させることができる。これにより、信号品質の劣化をより抑えることができる。なお、第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂの距離が大きいほど差動インピーダンスは小さくなり、第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂの外径が大きいほど差動インピーダンスは小さくなり、第２のスルーホール１０６の内径が小さいほど差動インピーダンスは小さくなる。
【００８７】
また、第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂの外径、第２のスルーホール１０６の内径を調整することにより、差動インピーダンスだけでなく、第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂがグランド領域に対して有するコモンモードインピーダンス、差動信号用配線１５４Ａ、１５４Ｂがグランド領域に対して有するコモンモードインピーダンス、差動信号用配線１５６Ａ、１５６Ｂがグランド領域に対して有するコモンモードインピーダンスを略一致させることができる。これにより、コモンモードインピーダンスの変化が誘起するコモンモード電流による電磁波放射が発生するのをより抑えることができる。なお、差動インピーダンスが一定の場合において、第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂの距離が大きいほどコモンモードインピーダンスは小さくなり、第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂの外径が大きいほどコモンモードインピーダンスは小さくなり、第２のスルーホール１０６の内径が小さいほどコモンモードインピーダンスは小さくなる。
【００８８】
また、第１のスルーホール１００Ａ、１００Ｂと第２のスルーホール１０６との間に誘電部材を設けてもよい。この誘電部材の誘電率を調整することにより、上記と同様に各伝送路における差動インピーダンス及びコモンモードインピーダンスを略一致させることができる。
【００８９】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９０】
本発明は、例えば特許文献２及び非特許文献１に記載されたプリント配線基板にも適用可能であり、本実施形態では、特許文献２に記載されたプリント配線基板に本発明を適用した場合について説明する。
【００９１】
図１１には、前記特許文献２の図１に記載されたプリント配線基板１６０の概略断面図が示されている。図１１（Ａ）に示すように、プリント配線基板１０は、第１の信号配線層１２、第１のグランド層１４、第２のグランド層１６、第２の信号配線層１８が絶縁材２０を介して積層された多層構造の４層基板となっている。
【００９２】
図１１（Ｂ）には、第１のグランド層１４の平面図が示されている。なお、図１１（Ａ）は、図１１（Ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【００９３】
図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１のグランド層１４と第２のグランド層１６とは、多数のビアホール２２により層間接続されている。このビアホール２２は、図１１（Ｂ）に示すように、第１のグランド層１４を含む面全体に亘って略等間隔で設けられている。このように、第１のグランド層１４と第２のグランド層１６とが多数のビアホール２２で接続されることにより、略同電位とすることができる。
【００９４】
また、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１のグランド層１４には、グランドパターン２４及び線状の第１の電源線２６が分離独立して形成されている。第２のグランド層１６には、グランドパターン２８及び線状の第２の電源線３０が分離独立して形成されている。
【００９５】
また、電源線２６及び電源線３０は、基板端部からグランドパターン２４を挟んで内側に形成されている。
【００９６】
第１の電源線２６と第２の電源線３０とは、ビアホール３２により層間接続されている。第１の電源線２６には、例えば第１の信号配線層１２上に実装される直流電圧電源３４のプラス端子がビアホール３５を介して接続される。直流電圧電源３４のマイナス端子は、ビアホール３７を介してグランドパターン２４に接続される。これにより、第１の電源線２６及び第２の電源線３０には、直流電圧電源３４から所定の直流電圧Ｖｃｃが印加される。
【００９７】
また、第１の信号配線層１２には、動作周波数や信号周波数が高周波（例えば数ＧＨｚ）であるＩＣ（例えばデジタルＩＣ）３６、３８、４０，４２が実装されている。ＩＣ３６の電源端子３６Ｖは、接続パターン４４、ビアホール４６を介して第１の電源線２６と接続されており、ＩＣ３６のグランド端子３６Ｇは、ビアホール４８を介して第１のグランド層１４と接続されている。これにより、電源端子３６Ｖに、第１の電源線２６から直流電圧Ｖｃｃが供給され、ＩＣ３６が動作可能となる。
【００９８】
ＩＣ３８の電源端子３８Ｖは、接続パターン５０、ビアホール５２を介して第２の電源線３０と接続されており、ＩＣ３８のグランド端子３８Ｇは、ビアホール５４を介して第１のグランド層１４と接続されている。これにより、電源端子３８Ｖに、第２の電源線３０から直流電圧Ｖｃｃが供給され、ＩＣ３８が動作可能となる。
【００９９】
ＩＣ４０の電源端子４０Ｖは、接続パターン５６、ビアホール５８を介して第１の電源線２６と接続されており、ＩＣ４０のグランド端子４０Ｇは、ビアホール６０を介して第１のグランド層１４と接続されている。これにより、電源端子４０Ｖに、第１の電源線２６から直流電圧Ｖｃｃが供給され、ＩＣ４０が動作可能となる。
【０１００】
ＩＣ４２の電源端子４２Ｖは、接続パターン６２、ビアホール６４を介して第２の電源線３０と接続されており、ＩＣ４２のグランド端子４２Ｇは、ビアホール６６を介して第１のグランド層１４と接続されている。これにより、電源端子４２Ｖに、第２の電源線３０から直流電圧Ｖｃｃが供給され、ＩＣ４２が動作可能となる。
【０１０１】
また、ＩＣ３６の信号端子３６Ｓ１は、第１のスルーホール６８を介して第２の信号配線層１８に形成された線状の信号配線７０の一端と接続されている。信号配線７０の他端は、第１のスルーホール７２を介してＩＣ３８の信号端子３８Ｓ１と接続されている。
【０１０２】
第１のスルーホール６８は、グランドパターン２４及びグランドパターン２８と接続された円柱状の第２のスルーホール６９により覆われている。同様に、第１のスルーホール７２は、グランドパターン２４及びグランドパターン２８と接続された円柱状の第２のスルーホール７３により覆われている。このため、例えばＩＣ３６の信号端子３６Ｓ１から、第１のスルーホール６８、信号配線７０、第１のスルーホール７２を経由してＩＣ３８の信号端子３８Ｓ１に出力される場合のように、複数の層をまたがって信号が流れる場合でも、信号品質が劣化するのを抑えることができると共に、電磁波放射を抑制することができる。
【０１０３】
ＩＣ３６の信号端子３６Ｓ２は、スルーホール７４を介して第２の信号配線層１８に形成された線状の信号配線７６の一端と接続されている。信号配線７６の他端は、スルーホール７８を介してＩＣ３８の信号端子３８Ｓ２と接続されている。これにより、ＩＣ３６とＩＣ３８との間で信号の授受が可能となる。
【０１０４】
さらに、ＩＣ４０の信号端子４０Ｓ１は、信号配線８０によりＩＣ４２の信号端子４２Ｓ１と接続されており、ＩＣ４０の信号端子４０Ｓ２は、信号配線８２によりＩＣ４２の信号端子４２Ｓ２と接続されている。これにより、ＩＣ４０とＩＣ４２との間で信号の授受が可能となる。
【０１０５】
このように、プリント配線基板１０は、第１のグランド層１４及び第２のグランド層１６と対向する電源層が存在せず、第１のグランド層１４に第１の電源線２６が、第２のグランド層１６に第２の電源線３０が形成されているため、電源層とグランド層との間の共振による電磁波放射が生じることがなく、また、内層に電源線を設けているため、信号配線層の実装密度を高めることができる。
【０１０６】
（実施例）
次に、本発明の実施例について説明する。図１２には、第１実施形態で説明したプリント配線基板１０や図１４に示す従来構造のプリント配線基板２００等における信号の減衰量と周波数との関係をＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）法によりシミュレーションした結果を示した。また、図１３（Ａ）には、図１４に示す従来構造のプリント配線基板における遠方電界についてＦＤＴＤ法によりシミュレーションした結果を、図１３（Ｂ）には、第１実施形態で説明したプリント配線基板１０における遠方電界についてＦＤＴＤ法によりシミュレーションした結果をそれぞれ示した。
【０１０７】
プリント配線基板１０におけるシミュレーションの条件として、第１のグランド層１４と第２のグランド層１６との間隔は０．９ｍｍ、第１の信号配線層１２上の第１の信号配線１０２、第２の信号配線層１８の第２の信号配線１０４は幅が０．５ｍｍ、信号配線１０２と第１のグランド層１４との間隔及び信号配線１０４と第２のグランド層１６との間隔は０．３ｍｍのマイクロストリップ線路とした。また、第１のスルーホール１００の外径は０．５ｍｍ、第２のスルーホール１０６の内径は２ｍｍとした。絶縁材２０（誘電体）の誘電率εは全て４．７、配線等の金属部分はすべて完全導体とした。他のプリント配線基板の条件についても略同様である。
【０１０８】
図１２に示す「Ａ」は、図１４に示すプリント配線基板２００のシミュレーション結果である。「Ｂ」は、図１４に示すプリント配線基板２００のスルーホール２０８から１．７５ｍｍ離間した位置にスルーホール２０８と同径のビアホールを第１のグランド層と第２のグランド層１６との間に設けたプリント配線基板のシミュレーション結果である。「Ｃ」は、単一のグランド層が第１の信号配線層と第２の信号配線層との間に挟まれた構造のプリント配線基板のシミュレーション結果である。なお、スルーホールの穴径は２ｍｍ、マイクロストリップ線路、すなわち第１の信号配線層に形成された信号配線及び第２の信号配線層に形成された信号配線の幅は０．５幅、マイクロストリップ線路の高さ、すなわち第１の信号配線層とグランド層との距離、及び第２の信号配線層とグランド層との距離はともに０．３ｍｍである。「Ｄ」は、第１実施形態で説明したプリント配線基板１０で信号配線の特性インピーダンスと第１のスルーホール１００及び第２のスルーホール１０６からなる同軸構造の伝送路の特性インピーダンスとをマッチングさせてない場合のシミュレーション結果である。「Ｅ」は、「Ｄ」の場合において、インピーダンスのマッチングを行った場合のシミュレーション結果である。
【０１０９】
なお、配線及びグランド層の端部はＭｕｒ１次の吸収境界条件としてシミュレーションを行った。
【０１１０】
図１２は、信号が第１の信号配線層から第２の信号配線層へスルーホールを介して流れた場合における信号の減衰量と周波数との関係を示している。
【０１１１】
図１２に示すように、「Ａ」では、信号の周波数が２〜３ＧＨｚで最大約１．４ｄＢ減衰し、信号が往復して２個のスルーホールを通ると減衰は２．８ｄＢにもなり、ＧＨｚオーダーの信号伝送では実用に耐えないといえる。
【０１１２】
「Ｂ」では、「Ａ」に比べて改善されるものの、その効果は０．２ｄＢ程度にすぎない。
【０１１３】
これに対して、本発明に係るプリント配線基板１０のシミュレーション結果である「Ｄ」では、「Ａ」、「Ｂ」と比較して減衰量が減少すると共に、単一のグランド層でリターン電流が途切れることがない構造のプリント配線基板のシミュレーション結果である「Ｃ」と比較して、ほぼ同じ減衰量となっている。さらに、インピーダンスのマッチングを行った結果である「Ｅ」では、減衰量は大幅に減少することが判る。
【０１１４】
発明者らによる解析の結果、「Ａ」で示す従来構造のプリント配線基板における信号の減衰量は、２つのグランド層の間隔に略比例して大きくなることが判っている。すなわち、単一のグランド層では問題とならないが、グランド層が２つの場合は、その間隔によって信号の減衰量が変化するのである。これに対し、「Ｄ」で示す本発明に係るプリント配線基板は、「Ｃ」で示す単一のグランド層を備えたプリント配線基板のシミュレーション結果との比較に示されるとおり、２つのグランド層の間隔によらず良好な信号伝達特性が得られている。
【０１１５】
すなわち、信号配線の低インピーダンス化のために外層である第１の信号配線層と第１のグランド層との間隔や、第２の信号配線層と第２のグランド層との間隔を小さくすると、基板の反りや部品実装時の半田による熱の影響を回避するために、一般のプリント基板では第１のグランド層と第２のグランド層との間隔を大きくしなければならないが、本発明に係るプリント配線基板では信号伝達特性への悪影響がなく、ＧＨｚオーダーの高速伝送に適したものといえる。
【０１１６】
図１３（Ａ）には、図１４に示す従来構造のプリント配線基板２００において、信号が複数の層をまたがって流れる場合における電磁波放射の変化を表すものとして、遠方電界の水平偏波及び垂直偏波をシミュレーションした結果を、図１３（Ｂ）には、第１実施形態で説明したプリント配線基板１０において、上記と同様に遠方電界の水平偏波及び垂直偏波をシミュレーションした結果をそれぞれ示した。両者とも、プリント配線基板を水平に設置し、水平方向から観測する１ＧＨｚの遠方電磁界をシミュレーションした。
【０１１７】
図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、従来構造のプリント配線基板では、水平偏波面の電界強度が、本発明に係るプリント配線基板１０よりも約１１ｄＢ大きいことが判る。これは、複数のグランド層を信号がまたがって流れるときのリターン電流が途切れることによって生じる水平方向のコモンモード電流が電磁波放射にとって支配的であることによる。
【０１１８】
なお、本シミュレーションでは計算を発散させないようにするため、２つのグランド層の端部にはＭｕｒ１次の吸収境界条件を用いており、信号伝達用のビアホールによる電磁界が例えば内層として設けられた電源層とグランド面との間の電磁界とカップリングする実際の場合とでは、本発明に係るプリント配線基板との違いがさらに大きくなる。これは、例えば「多層プリント板におけるビア配線と不要輻射との関連」（電子情報通信学会総合大会、  Ｂ−４−２  ２００２−３）に示されるように、ビアホールを流れる高周波電流により例えば内層として設けられた電源層とグランド層との間の共振が励起されるため、電磁波放射が増大するものである。しかしながら、本発明に係るプリント配線基板では原理的にこのような悪影響は生じない。
【０１１９】
すなわち、本発明によって、複数のグランド層を貫通するスルーホールにより信号品質劣化を抑制し、プリント配線基板上のＧＨｚオーダーの超高速伝送に対応することが可能となる。同時に、コモンモードノイズのさらなる抑制も可能であり、低ＥＭＩにも寄与する。また、本発明は、プリント配線基板自体の構造を一般的なものに対して大きく変更する必要がなく、電磁波放射対策部品を減らすことができ、コストダウンを図ることができる
なお、本シミュレーション結果は、信号の伝達のみならず、電源の高速な過渡的電流の伝達特性にも同様にあてはまるものである。
【０１２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ベースクロックが１ＧＨｚ以上の高速動作する回路基板にも適用可能であると共にコモンモード放射等の電磁波放射を抑制することができ、かつ低コストで構成することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、（Ｂ）に示す第１実施形態に係るプリント配線基板のＡ−Ａ断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の概略平面図である。
【図２】第１実施形態に係るプリント配線基板の第１のグランド層及び第２のグランド層の斜視図である。
【図３】（Ａ）は、（Ｂ）に示す第１実施形態に係るプリント配線基板のＡ−Ａ断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の概略平面図である。
【図４】（Ａ）は、（Ｂ）に示す第２実施形態に係るプリント配線基板ののＡ−Ａ断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の概略平面図である。
【図５】第３実施形態に係るプリント配線基板の断面図である。
【図６】第３実施形態に係るプリント配線基板の断面図である。
【図７】第３実施形態に係るプリント配線基板の断面図である。
【図８】第３実施形態に係るプリント配線基板の断面図である。
【図９】第３実施形態に係るプリント配線基板の断面図である。
【図１０】第４実施形態に係るプリント配線基板の一部の斜視図である。
【図１１】（Ａ）は、（Ｂ）に示す第５実施形態に係るプリント配線基板のＡ−Ａ断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の概略平面図である。
【図１２】各プリント配線基板における信号の減衰量と周波数との関係についてシミュレーションした結果を示す線図である。
【図１３】（Ａ）は従来構造のプリント配線基板における遠方電界についてシミュレーションした結果を示す線図、（Ｂ）は本発明に係るプリント配線基板における遠方電界についてシミュレーションした結果を示す線図である。
【図１４】（Ａ）は、（Ｂ）に示す従来におけるプリント配線基板ののＡ−Ａ断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の概略平面図である。
【図１５】従来におけるプリント配線基板の第１のグランド層及び第２のグランド層の斜視図である。
【符号の説明】
１０  プリント配線基板
１２  第１の信号配線層（第１の配線層）
１４  第１のグランド層（第１の導電層）
１６  第２のグランド層（第２の導電層）
１８  第２の信号配線層（第２の配線層）
２０  絶縁材
１００        第１のスルーホール（第１の層間接続手段）
１０２        第１の信号配線（第１の配線）
１０４        第２の信号配線（第２の配線）
１０６        第２のスルーホール（第２の層間接続手段）
１１２        誘電部材
１３０        デカップリングコンデンサ
１３２        第３のスルーホール
１５２        差動信号ドライバ
１５４Ａ    差動信号用配線
１５６Ａ    差動信号用配線
１６０        プリント配線基板
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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