(57)【要約】【課題】製造工程数を増加させることなく作成可能で、クロストークによる信号劣化が少なく高密度配線が可能で良好な高周波伝送特性を有する伝送線路を提供する。【解決手段】信号線（２ａ、３ａ、４ａ）と、該信号線と閉ループの回路を形成するか、もしくはリターン電流の経路となり、信号線よりも配線幅が太いペア配線（２ｂ、３ｂ、４ｂ）とが、誘電体（１）を挟んで対向して設けられた配線対が、複数個互いの信号線同士、もしくはペア配線同士が隣接しないように並設されたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号線と、該信号線と閉ループの回路を形成するか、もしくはリターン電流の経路となり、信号線よりも配線幅が太いペア配線とが、誘電体を挟んで対向して設けられた配線対が、複数個互いの信号線同士、もしくはペア配線同士が隣接しないように並設されたことを特徴とする伝送線路。
【請求項２】
信号線と、該信号線と閉ループの回路を形成するか、もしくはリターン電流の経路となり、信号線よりも配線幅が太いペア配線とが、誘電体中に対向して設けられた配線対が、複数個互いの信号線同士、もしくはペア配線同士が隣接しないように並設されたことを特徴とする伝送線路。
【請求項３】
前記複数個の配線対において、異なる配線対間のペア配線をビアによって電気的に接続したことを特徴とする請求項１又は２項に記載の伝送線路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，駆動周波数が高速な半導体チップや半導体パッケージ、もしくは無線ＬＡＮやBluetooth対応のアナログ高周波素子などから発せられる高周波信号を、クロストークによる信号劣化がなく伝えることが可能な伝送線路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高速な電気信号を伝送する場合には、マイクロストリップラインやストリップラインなどが一般的であった。たとえば、第７図に示すように、誘電体１００中に信号線Ｓが３本平行に配置され、信号線Ｓに対向してグランドプレーンＧが設けられている。しかし、信号の周波数ギガヘルツ帯にまで高速化し、電子デバイスが軽薄短小になってくると、必然的に高密度配線によるクロストークが問題となってきた。そこで、クロストーク低減のために、第８図に示すようなスタックドペアライン構造が考案されている。誘電体１００中に、信号線１０２ａ、１０３ａ、１０４ａと、それに対向してそれぞれの信号線と閉ループ回路を形成するか、もしくはリターン電流が流れる経路となるペア配線１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂが形成されている。ペア配線１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂは、第７図におけるグランドプレーンＧと同じ役割を果たす。このような構成では、信号線に対するリターン電流が、対向するペア配線にしか流れないので、グランドプレーンＧに流れるリターン電流よりも横方向への広がり小さい、すなわち、電磁界の広がりが横方向に小さいので、クロストークが低減される。しかしながら、信号線１０２ａ、１０３ａ、１０４ａとペア配線１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂが完全に対向しておらず、左右に位置ずれしていると、特性インピーダンスが不安定となり、クロストークは低減されても、信号線自身の反射が増大し、高周波信号が伝送できなくなる。この問題を排除するために、実用上でスタックドペアライン構造をとる場合には、第９図に示すような構成をとる。誘電体１０５中に信号線１０６ａ、１０７ａ、１０８ａと、それに対向して信号線よりも線幅の太いペア配線１０６ｂ、１０７ｂ、１０８ｂが形成されている。ペア配線１０６ｂ、１０７ｂ、１０８ｂは、信号線１０６ａ、１０７ａ、１０８ａよりも少なくとも配線の製造位置の公差分は太くなければならない。また、ペア配線間の線間スペースＳｐは、配線の製造限界以下には狭くできない。このような構成すれば、信号線自身の反射も、隣接配線とのクロストークも低レベルに抑えることができる。また、クロストークを低減する方法として、信号線と対向する位置にグランドプレーンを設けるだけでなく、隣接配線との間にもグランド璧を設ける方法も考案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０８−１２５４１２号公報
【０００４】
しかしながら、第９図のような構成では、ペア配線１０６ｂ、１０７ｂ、１０８ｂを太くする必要があるので、信号線の配線密度が低下するという大きな問題点があった。高速な信号伝送では、配線本数が増加するので高密度配線は必須であり、これは非常に大きな欠点である。また、隣接配線との間にグランド璧を設ける方法は、理論上は可能であっても、通常の伝送線路と比較して製造行程が大幅に増加するため実用的ではない。すなわち、信号線の直下の位置に溝を作成する工程、溝に沿ってグランド璧を作成する工程、溝に誘電体を埋め込む工程が新規に必要となるため、非常に製造コストが高くなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、以上の問題点を解決し、製造工程数を増加させることなく作成可能で、クロストークによる信号劣化が少なく高密度配線が可能で良好な高周波伝送特性を有する伝送線路を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は，以上の目的を達成するために，請求項１に記載した伝送線路であって、信号線と、該信号線と閉ループの回路を形成するか、もしくはリターン電流の経路となり、信号線よりも配線幅が太いペア配線とが、誘電体を挟んで対向して設けられた配線対が、複数個互いの信号線同士、もしくはペア配線同士が隣接しないように並設されたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の伝送線路であって，信号線と、該信号線と閉ループの回路を形成するか、もしくはリターン電流の経路となり、信号線よりも配線幅が太いペア配線とが、誘電体中に対向して設けられた配線対が、複数個互いの信号線同士、もしくはペア配線同士が隣接しないように並設されたことを特徴とする。
【０００８】
更に、請求項３に記載の伝送線路では、前記複数個の配線対において、異なる配線対間のペア配線をビアによって電気的に接続したことを特徴とする
【０００９】
【発明の実態の形態】
本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する．
第１図は，本発明に係る伝送線路の第１の実施形態の断面構造を示しており、誘電体１中に信号線２ａと、それと閉ループ回路を形成する、もしくはそれのリターン電流経路となるペア配線２ｂが対向して形成されて、配線対２を構成している。信号線３ａ、４ａ、ペア配線３ｂ、４ｂも同様にして配線対３、４を形成している。配線対２、３、４は、互いに信号線２ａ、３ａ、４ａ同士、もしくはペア配線２ｂ、３ｂ、４ｂ同士が隣り合わないように、互い違いに並設されている。このとき、配線ピッチＰｔは、ペア配線の線幅と線間スペースＳｐの和となる。但し、線間スペースＳｐは、異なる配線層での値なので、配線の製造限界とは無関係に小さい値をとることができる。すなわち、従来のスタックドペアライン構造よりも配線ピッチＰｔを小さくすることができる。第２図は、第１の実施形態のクロストーク特性を示しており、信号線幅は５０μｍ、ペア配線幅は９０μｍ、線間スペースは２０μｍ、配線対の信号線とペア配線が対向する距離は２５μｍ、誘電体の比誘電率は３．４、配線長は１０ｍｍ、特性インピーダンスは５０Ωとしている。隣接する２組の配線対の２ポートに対するＳパラメータを示した。図で、横軸は周波数、縦軸はＳパラメータの振幅を表す。（ａ）はＳ３１、（ｂ）はＳ４１である。比較として、同様の配線仕様で従来のスタックドペアライン構造の特性も重ねてプロットした。このクロストーク特性を見れば明らかなように、第１の実施形態の方が約１５ｄＢクロストークが低減されている。この結果から、同一配線密度では本発明の方が、遥かにクロストーク特性が良好であることがわかる。
【００１０】
本発明の構成では、線間スペースＳｐは、異なる配線層間で定義されているので、第３図に示すようにＳｐ＝０とすることもできる。Ｓｐ＝０としても信号線幅５０μｍ、ペア配線幅９０μｍの構成では、同一配線層で隣り合う信号線とペア配線は、２０μｍ離れていることになるので、従来のスタックドペアライン構造で線間スペースを２０μｍとした場合と、製造し易さは変わらない。この場合の配線ピッチは９０μｍであり、配線密度を向上させることができる。この第２の実施形態のクロストーク特性を第４図に示す。第１の実施形態とほぼ同等の特性となっており、この線路構造のクロストーク特性が、配線ピッチＰｔに影響されないことがわかる。このような結果から、本発明がクロストーク特性と配線密度の向上を兼ね備えていることがわかる。ここまでのクロストーク特性に関する議論では、異なる配線層間での配線の製造位置精度を±２０μｍと仮定している。しかし、本発明は実質的には更に効果を発揮することになる。すなわち、本発明では配線の製造位置精度が悪い場合には、Ｓｐ＜０と設定することもできるからである。
【００１１】
第５図は第３の実施形態を示しており、誘電体５中に信号線６ａと、それと閉ループ回路を形成する、もしくはそれのリターン電流経路となるペア配線６ｂが対向して形成されて、配線対６を構成している。信号線７ａ、８ａ、９ａとペア配線７ｂ、８ｂ、９ｂも同様にして配線対７、８、９を形成している。配線対６、７、８、９は互いに信号線６ａ、７ａ、８ａ、９ａ同士、もしくはペア配線６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂ同士が隣り合わないように、互い違いに並設されているのに加えて、ペア配線６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂはビア１０によって電気的に接続されている。ビア１０でペア配線６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂを接続する場合のビアの配置ピッチは、信号線を通る電気信号の波長に応じて変化させる。波長が長い場合には、ビアの配置ピッチを粗くしてもよく、波長が短い場合にはビアの配置ピッチは細かくするが必要ある。第６図は、第３の実施形態のクロストーク特性を示しており、信号線幅は２０μｍ、ペア配線幅は６０μｍ、線間スペースは２０μｍ、配線対の信号線とペア配線が対向する距離は２５μｍ、誘電体の比誘電率は３．４、配線長は１０ｍｍ、特性インピーダンスは５０Ωとしている。この構成では第１や第２の実施形態と比較して、同一特性インピーダンスでは信号線の配線幅を細かくとることができるので、よりいっそうの配線密度の向上を達成することが可能である。クロストークの特性は、第１の実施形態よりも優れており、ビア形成による信号線からの電磁界の閉じ込め効果がはっきりと出ている。
【００１２】
なお、以上の実施形態では、すべて信号線とペア配線の配線対を誘電体中に形成していたが、対向する信号線とペア配線の間にのみ誘電体があれば、伝送線路として機能するので、必ずしも誘電体中に線路が埋め込まれている必要性はない。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る伝送線路は，信号線とペア配線とで形成される複数個の配線対を、信号線同士あるいはペア配線同士が隣り合わないように配置しているので、製造工程数を増加させることなく作成可能で、従来のスタックドペアライン構造よりも配線密度を上げることができ、かつクロストークの低減効果も大きい。更に、複数個の配線対のペア配線同士をビアで電気的に結合することによって、よりいっそうの配線密度の向上と、クロストークの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る伝送線路の第１の実施形態を断面で示した説明図。
【図２】本発明の第１の実施形態のクロストーク特性を示したグラフ図。
【図３】本発明の第２の実施形態を断面で示した説明図。
【図４】本発明の第２の実施形態のクロストーク特性を示したグラフ図。
【図５】本発明の第３の実施形態を断面で示した説明図
【図６】本発明の第３の実施形態のクロストーク特性を示したグラフ図。
【図７】従来のストリップラインの伝送線路の例を断面で示した説明図。
【図８】従来のスタックドペアラインの伝送線路の例を断面で示した説明図。
【図９】従来のスタックドペアラインの伝送線路の他の例を断面で示した説明図。
【符号の説明】
１、５・・・・誘電体
２、３、４、６、７、８、９・・・・配線対
２ａ、３ａ、４ａ、６ａ、７ａ、８ａ、９ａ・・・・信号線
２ｂ、３ｂ、４ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂ・・・・ペア配線
１０・・・・ビア
Ｓｐ・・・・線間スペース
Ｐｔ・・・・配線ピッチ
【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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