(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と配線層とが交互に配置された多層基板と、
前記多層基板を厚み方向に貫通するとともに、信号が伝搬する経路の一部を構成する伝搬部と前記経路から分かれた信号が伝搬するスタブ部とを有するビアホールと、
前記多層基板の表面に露出する前記伝搬部に接続するとともに、前記信号が伝搬する第１の配線と、
前記伝搬部と前記スタブ部との境界に接続するとともに、前記信号が伝搬する第２の配線と、
前記多層基板の裏面に露出する前記スタブ部に接続するスタブ配線と、
前記スタブ配線に接続され、前記経路から分かれて前記スタブ部を経て前記スタブ配線を伝搬する信号を反射させる終端部と、
を備え、
前記スタブ部の長さと前記スタブ配線の長さは、スタブ部を伝搬する信号の波長で規格化した長さと、前記経路から分かれて前記スタブ配線を伝搬する信号の一部の信号の波長で規格化した長さが等しいとする条件により決定される、
プリント配線基板。
【請求項２】
前記終端部のインピーダンスは、前記スタブ部と前記スタブ配線間の反射係数Ｔ12と、前記スタブ配線と前記終端部間の反射係数Ｔ23と、により定められる条件Ｔ12＝Ｔ23（１＋Ｔ12）により決定される、
請求項１に記載のプリント配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層基板を用いたプリント配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、多層基板と、多層基板を貫通するビアホールと、多層基板の表層に配線され、ビアホールの一方の先端部である第１の先端部に接続された表層配線と、多層基板の内部に形成され、ビアホールの導電部のうち、上下の先端部以外の部分に接続された少なくとも１つの内層配線と、ビアホールの導電部のうち、第１の先端部の反対側の、表層配線が接続されていない第２の先端部に接続された導電部材と、を備えたプリント配線基板が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
従来のプリント配線基板の導電部材は、内層配線とビアホールの導電部との接続点のうち、第２の先端部に最も近い第１の接続点から導電部材側を見た、所定の周波数におけるインピーダンスの値が、所定の値より大きくなるような電気長を有している。導電部材の先端が開放されている場合は、第１の接続点から第２の先端部までの電気長と、導電部材の電気長との合計を、所定の周波数に対応する波長の実質上ｎ／２倍（ｎは自然数）に設定している。また、導電部材の先端が接地されている場合は、第１の接続点から第２の先端部までの電気長と、導電部材の電気長との合計を、所定の周波数に対応する波長の実質上（２ｎ−１）／４倍（ｎは自然数）に設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４６８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のプリント配線基板は、反射の前後における信号の振幅の差について考慮していないので、打ち消されない信号がビアホールの導電部を伝搬する信号に干渉し、信号の伝達特性が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、反射の前後における信号の振幅の差に基づく信号の伝達特性の劣化を抑制することができるプリント配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基板と配線層とが交互に配置された多層基板と、前記多層基板を貫通するとともに、信号が伝搬する経路の一部である伝搬部、及び前記経路から分かれた信号が伝搬するスタブ部に前記多層基板の厚み方向に分かれるビアホールと、前記多層基板の表面に露出する前記伝搬部に接続するとともに、前記信号が伝搬する第１の配線と、前記伝搬部と前記スタブ部との境界に接続するとともに、前記信号が伝搬する第２の配線と、前記多層基板の裏面に露出する前記スタブ部に接続するスタブ配線と、前記スタブ配線に接続され、前記スタブ配線を伝搬する前記経路から分かれた信号の一部の信号を反射させる終端部と、を備えたプリント配線基板を提供する。
【０００８】
前記スタブ部の長さと前記スタブ配線の長さは、スタブ部を伝搬する前記経路から分かれた信号の波長で規格化した長さと、スタブ配線を伝搬する前記経路から分かれた信号の一部の信号の波長で規格化した長さが等しいとする条件により決定されてもよい。
【０００９】
前記終端部のインピーダンスは、前記スタブ部と前記スタブ配線間の反射係数Ｔ１２と、前記スタブ配線と前記終端部間の反射係数Ｔ２３と、により定められる条件Ｔ１２＝Ｔ２３（１−Ｔ１２）により決定されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反射の前後における信号の振幅の差に基づく信号の伝達特性の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るプリント配線基板の要部断面図であり、図１（ｂ）は、信号の経路を説明するための概略図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係るプリント配線基板の第１の配線、第１のビアホール及び第１のスタブ配線の接続を説明するための概略図であり、図２（ｂ）は、第３の配線、第２のビアホール及び第２のスタブ配線の接続を説明するための概略図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るプリント配線基板の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施の形態］
（プリント配線基板１の全体構成）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るプリント配線基板の要部断面図であり、図１（ｂ）は、信号の経路を説明するための概略図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１３】
プリント配線基板１は、図１（ａ）に示すように、基板と配線層とが交互に配置された多層基板１０と、多層基板１０の表面１１０に実装された送信部５及び受信部６と、を備えている。多層基板１０は、一例として、第１乃至第３の基板１１〜１３、及び第１乃至第４の配線層１４〜１７を有す。
【００１４】
また、プリント配線基板１は、多層基板１０を貫通する第１のビアホール２１及び第２のビアホール２２と、送信部５と第１のビアホール２１とを電気的に接続する第１の配線３１と、第１のビアホール２１と第２のビアホール２２とを電気的に接続する第２の配線３２と、第２のビアホール２２と受信部６とを電気的に接続する第３の配線３３と、第１のビアホール２１と電気的に接続する第１のスタブ配線４１と、第２のビアホール２２と電気的に接続する第２のスタブ配線４２と、第１のスタブ配線４１と電気的に接続する第１の終端部４５と、第２のスタブ配線４２と電気的に接続する第２の終端部４６と、を備えて概略構成されている。なお、以下では、特に断らない限り、接続は、電気的に接続する意味として用いる。
【００１５】
（第１乃至第３の基板１１〜１３の構成）
第１乃至第３の基板１１〜１３は、一例として、ガラスエポキシ基板等のリジット基板である。
【００１６】
第１の基板１１の表面１１０には、上記送信部５及び受信部６が配置されるとともに、上記第１の配線３１及び第３の配線３３が形成されている。送信部５は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）であり、受信部６は、例えば、光トランシーバである。送信部５は、例えば、周波数１ＧＨｚ以上の高周波の信号７を出力する。
【００１７】
第３の基板１３の裏面１３０には、上記第１のスタブ配線４１及び第２のスタブ配線４２が形成されるとともに、上記第１の終端部４５及び第２の終端部４６が配置されている。
【００１８】
第１の基板１１の表面１１０には、第１の配線層１４が形成されている。第１の基板１１と第２の基板１２との間には、第２の配線層１５が形成されている。第２の基板１２と第３の基板１３との間には、第３の配線層１６が形成されている。第３の基板１３の裏面１３０には、第４の配線層１７が形成されている。
【００１９】
（第１乃至第４の配線層１４〜１７の構成）
第１の配線層１４には、第１の配線３１及び第３の配線３３が形成されている。
【００２０】
第２の配線層１５には、第２の配線３２、配線３５及び配線３６が形成されている。配線３５及び配線３６は、第２の配線３２、第１のビアホール２１及び第２のビアホール２２と電気的に独立している。
【００２１】
第３の配線層１６には、配線３７及び配線３８が形成されている。配線３７及び配線３８は、第１のビアホール２１及び第２のビアホール２２と電気的に独立している。
【００２２】
第４の配線層１７には、第１のスタブ配線４１及び第２のスタブ配線４２が形成されている。
【００２３】
第１乃至第３の配線３１〜３３、第１のスタブ配線４１及び第２のスタブ配線４２は、一例として、銅、銀等の導電性を有する金属材料を用いて形成されている。また、配線３５〜３８は、一例として、第１乃至第３の配線３１〜３３、第１のスタブ配線４１及び第２のスタブ配線４２と同じ金属材料を用いて形成されている。
【００２４】
（第１の配線３１の構成）
第１の配線３１は、第１の基板１１の表面１１０に配置された送信部５と第１の基板１１の表面１１０に露出する第１のビアホール２１の端部２１５に接続されている。第１の配線３１は、図１（ｂ）に示すように、送信部５から出力された信号７の伝搬路である経路７０の一部を構成している。
【００２５】
（第２の配線３２の構成）
第２の配線３２は、第１のビアホール２１と第２のビアホール２２とに接続されて経路７０の一部を構成している。
【００２６】
（第３の配線３３の構成）
第３の配線３３は、第１の基板１１の表面１１０に配置された受信部６と第１の基板１１の表面１１０に露出する第２のビアホール２２の端部２２５とに接続されている。第３の配線３３は、図１（ｂ）に示すように、送信部５から出力された信号７の経路７０の一部を構成している。
【００２７】
（第１のビアホール２１及び第２のビアホール２２の構成）
第１のビアホール２１は、多層基板１０を貫通するとともに、一方の端部２１５が第１の配線３１と接続し、他方の端部２１６が第１のスタブ配線４１と接続している。一方の端部２１５は、多層基板１０の表面１１０に露出している。また、他方の端部２１６は、多層基板１０の裏面１３０に露出している。
【００２８】
第１のビアホール２１は、多層基板１０を貫通するように設けられた貫通孔の内壁に、銅等の導電性を有する金属材料を形成したものである。
【００２９】
第２のビアホール２２は、多層基板１０を貫通するとともに、一方の端部２２５が第３の配線３３と接続し、他方の端部２２６が第２のスタブ配線４２と接続している。端部２２５は、多層基板１０の表面１１０に露出している。また、端部２２６は、多層基板１０の裏面１３０に露出している。
【００３０】
図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係るプリント配線基板の第１の配線、第１のビアホール及び第１のスタブ配線の接続を説明するための概略図であり、図２（ｂ）は、第３の配線、第２のビアホール及び第２のスタブ配線の接続を説明するための概略図である。図３は、本発明の実施の形態に係るプリント配線基板の等価回路図である。
【００３１】
また、第１のビアホール２１は、図２（ａ）に示すように、信号７が伝搬する経路７０の一部である伝搬部２１０、及び経路７０から分かれた信号７ａが伝搬するスタブ部２１１に多層基板１０の厚み方向に分かれている。
【００３２】
伝搬部２１０とスタブ部２１１は、第２の配線３２によって分けられている。第２の配線３２が接続された部分から第１の配線３１が接続された部分までが伝搬部２１０であり、第２の配線３２が接続された部分から第１のスタブ配線４１が接続された部分までがスタブ部２１１である。図１（ａ）では、一例として、伝搬部２１０とスタブ部２１１の境界を点線で示している。
【００３３】
また、第２のビアホール２２は、図２（ｂ）に示すように、信号７が伝搬する経路７０の一部である伝搬部２２０、及び経路７０から分かれた信号７ｃが伝搬するスタブ部２２１に多層基板１０の厚み方向に分かれている。
【００３４】
伝搬部２２０とスタブ部２２１は、第２の配線３２によって分けられている。第２の配線３２が接続された部分から第３の配線３３が接続された部分までが伝搬部２２０であり、第２の配線３２が接続された部分から第２のスタブ配線４２が接続された部分までがスタブ部２２１である。図１（ａ）では、一例として、伝搬部２２０とスタブ部２２１の境界を点線で示している。
【００３５】
第１のビアホール２１及び第２のビアホール２２は、多層基板１０を貫通するように設けられた貫通孔の内壁に、銅等の導電性を有する金属材料を形成したものである。
【００３６】
第１のビアホール２１のスタブ部２１１の長さは、図２（ａ）に示すように、Ｌ１とする。第２のビアホール２２のスタブ部２２１の長さは、図２（ｂ）に示すように、スタブ部２２１と同じＬ１とする。スタブ部２１１及びスタブ部２２１の長さＬ１の意義については、後述する。
【００３７】
第１のビアホール２１のスタブ部２１１は、図１（ｂ）、図２（ａ）に示すように、経路７０から分かれた信号７ａが伝搬するとともに、第１のスタブ配線４１との境界で信号７ａが反射して第１の反射経路７１を形成する。
【００３８】
また、第２のビアホール２２のスタブ部２２１は、図１（ｂ）、図２（ｂ）に示すように、経路７０から分かれた信号７ｃが伝搬するとともに、第２のスタブ配線４２との境界で信号７ｃが反射して第３の反射経路７３を形成する。
【００３９】
スタブ部２１１、２２１のインピーダンスは、図３に示すように、Ｚ１とする。
【００４０】
（第１及び第２のスタブ配線４１、４２の構成）
第１のスタブ配線４１の長さは、図２（ａ）に示すように、Ｌ２とする。第２のスタブ配線４２の長さは、図２（ｂ）に示すように、第１のスタブ配線４１と同じＬ２とする。第１のスタブ配線４１及び第２のスタブ配線４２の長さＬ２の意義については、後述する。
【００４１】
第１のスタブ配線４１には、第１のビアホール２１のスタブ部２１１を伝搬する信号７ａの一部が透過して信号７ｂとして伝搬するとともに、第１の終端部４５との境界で信号７ｂが反射して第２の反射経路７２が形成されている。
【００４２】
また、第２のスタブ配線４２には、第２のビアホール２２のスタブ部２２１を伝搬する信号７ｃの一部が透過して信号７ｄとして伝搬するとともに、第２の終端部４６との境界で信号７ｄが反射して第４の反射経路７４が形成されている。
【００４３】
また、第１及び第２のスタブ配線４１、４２のインピーダンスは、図３に示すように、Ｚ２とする。
【００４４】
（第１及び第２の終端部４５、４６の構成）
第１及び第２の終端部４５、４６は、第１及び第２のスタブ配線４１、４２を伝搬する信号７ｂ、７ｄを反射するように構成されている。第１及び第２の終端部４５、４６のインピーダンスは、図３に示すように、Ｚ３とする。
【００４５】
第１及び第２の終端部４５、４６は、図３に示すように、一例として、一方の端部が接地された抵抗を含んで構成されている。
【００４６】
（Ｌ２を決める第１の条件及びＺ３を決める第２の条件について）
多層基板に電子部品等を配置する場合、例えば、配線の一部が多層基板の内部に配置された方が電子部品等の配置の自由度が向上してよいことがある。プリント配線基板１は、一例として、多層基板１０の表面１１０に形成された第１の配線３１と内部に形成された第２の配線３２との導通を図るために第１のビアホール２１が形成され、表面１１０に形成された第３の配線３３と第２の配線３２との導通を図るために第２のビアホール２２が形成されている。以下では、第１のスタブ配線４１の長さＬ２を決める第１の条件、及び第１の終端部４５のインピーダンスＺ３を決める第２の条件について説明する。なお、第２のスタブ配線４２の長さＬ２を決める条件、及び第２の終端部４６のインピーダンスＺ３を決める条件は、第１及び第２の条件と同じである。また、インピーダンスＺ１〜Ｚ３は、Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ３又はＺ３＜Ｚ２＜Ｚ１のいずれかの条件を満たすものとするが、インピーダンスＺ１は、調整可能な範囲で大きい方がよい。反射波を打ち消すことは、エネルギーのロスになるため、スタブ部２１１、２２１側に流れるエネルギーは、小さい方がよいからである。また、スタブ部２１１、２２１側に流れる信号の割合は、並列回路と同様に、第１の配線３１、伝搬部２１０、第２の配線３２、伝搬部２２０及び第３の配線３３を介する伝送路のインピーダンスとインピーダンスＺ１の比によって決まる。
【００４７】
第１のビアホール２１を一方の端部２１５から他方の端部２１６に向かって下方に伝搬する信号７は、一部がスタブ部２１１を通過して端部２１６で反射し、伝搬部２１０を伝搬する信号７と干渉する。
【００４８】
伝搬部２１０を伝搬する信号７に対する干渉を緩和するため、例えば、スタブ部２１１を端部２１６に向けて伝搬する信号７ａと、端部２１６で反射した信号とが打ち消し合うように、スタブ部２１１の長さＬ１を調整することが考えられる。しかし、このスタブ部２１１の長さは、主に、多層基板１０の厚みに依存するため、伝搬する信号７ａの波長等に合わせて調整することは、困難である。また、反射が発生しないようにスタブ部２１１を除去する方法は、正確にスタブ部２１１を除去しなければならないので、さらに困難である。
【００４９】
第１のスタブ配線４１は、第１のビアホール２１の端部２１６で反射する信号７ａの干渉を緩和するために設けられたものである。第１のスタブ配線４１は、スタブ部２１１を伝搬する信号７ａの一部である信号７ｂが伝搬し、第１のスタブ配線４１においても反射が発生する。
【００５０】
第１のスタブ配線４１がオープンスタブ（開放端）である場合、第１のスタブ配線４１を伝搬する信号７ｂが端部で全反射して増幅されて第１のスタブ配線４１を伝搬し、スタブ部２１１の信号７ａと干渉する。しかし、信号７ｂの位相が信号７ａと逆位相となっていても振幅が互いに異なることから、信号７ａを打ち消すことが困難となる。そこで、本実施の形態のプリント配線基板１は、振幅等を調整する反射量調整用として、第１のスタブ配線４１の端部に第１の終端部４５を設けている。
【００５１】
（Ｌ２を決める第１の条件）
スタブ部２１１の長さＬ１と第１のスタブ配線４１の長さＬ２は、スタブ部２１１を伝搬する信号７ａの波長λ１で規格化した長さと、第１のスタブ配線４１を伝搬する信号７ｂの波長λ２で規格化した長さが等しいとする以下の式（１）で表される第１の条件を用いて決定される。
Ｌ１／λ１＝Ｌ２／λ２・・・（１）
【００５２】
第１の条件は、スタブ部２１１を伝搬する信号７ａの位相と、第１のスタブ配線４１を伝搬する信号７ｂの位相と、を合わせる条件である。スタブ部２１１の長さＬ１は、多層基板１０の厚み等により決まる長さであるので、第１の条件に従って第１のスタブ配線４１の長さＬ２が調整される。
【００５３】
（Ｚ３を決める第２の条件）
図３に示すように、スタブ部２１１のインピーダンスをＺ１、第１のスタブ配線４１のインピーダンスをＺ２、及び第１の終端部４５のインピーダンスをＺ３とすると、スタブ部２１１と第１のスタブ配線４１間の反射係数Ｔ１２、及び第１のスタブ配線４１と第１の終端部４５間の反射係数Ｔ２３は、以下の式（２）及び式（３）を用いて表される。
Ｔ１２＝（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｚ２＋Ｚ１）・・・（２）
Ｔ２３＝（Ｚ３−Ｚ２）／（Ｚ３＋Ｚ２）・・・（３）
上記の式（２）及び式（３）に基づいて、スタブ部２１１を伝搬する信号７ａの振幅と、第１のスタブ配線４１を伝搬する信号７ｂの振幅とが等しくなる条件は、以下の式（４）で表される第２の条件である。
Ｔ１２＝Ｔ２３（１＋Ｔ１２）・・・（４）
【００５４】
第２の条件は、第１の条件により求められたスタブ部２１１の長さＬ１、及び第１のスタブ配線４１の長さＬ２によってインピーダンスＺ１及びインピーダンスＺ２も決まるので、第１の終端部４５のインピーダンスＺ３を調整するために用いられる。
【００５５】
第２のビアホール２２のスタブ部２２１、第２のスタブ配線４２及び第２の終端部４６は、第１及び第２の条件により、長さＬ１、Ｌ２、インピーダンスＺ１〜Ｚ３が決定される。
【００５６】
プリント配線基板１は、上記第１及び第２の条件を満たす構成を有する場合、信号７の周波数が７ＧＨｚのとき、ビアホール１つ当たりおよそ＋５ｄＢの信号の伝達特性が向上した。
【００５７】
（プリント配線基板１の動作）
以下に、プリント配線基板１の動作の一例について各図を参照しながら説明する。
【００５８】
プリント配線基板１の送信部５は、図１（ｂ）に示すように、第１の配線３１に信号７を出力すると、信号７は、送信部５及び第１の配線３１を介して第１のビアホール２１の伝搬部２１０に伝搬する。信号７は、伝搬部２１０を伝搬する際、その一部が信号７ａとして第１のビアホール２１のスタブ部２１１に伝搬する。信号７ａは、その一部が第１のスタブ配線４１を透過して信号７ｂとして伝搬するとともに、他が第１のスタブ配線４１との境界で反射し、スタブ部２１１を伝搬部２１０に向かって伝搬する。
【００５９】
信号７ｂは、第１のスタブ配線４１と第１の終端部４５との境界で反射してスタブ部２１１に伝搬し、スタブ部２１１を伝搬する信号７ａと干渉して打ち消し合う。
【００６０】
上述のように、信号７ａ、７ｂによる干渉により信号７ａ、７ｂが打ち消し合った信号７は、第２の配線３２を介して第２のビアホール２２の伝搬部２２０に伝搬する。伝搬部２２０に伝搬した信号７は、第１のビアホール２１と同様に、信号７ｃ、７ｄによる干渉により信号７ｃ、７ｄが打ち消し合わされ第３の配線３３を介して受信部６に到達する。受信部６は、信号の伝達特性が向上した信号７に基づいて予め定められた処理を行う。
【００６１】
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係るプリント配線基板１は、第１及び第２のスタブ配線４１、４２を反射する信号７ｂ、７ｄの振幅を調整することにより、スタブ部２１１と第１のスタブ配線４１間で反射する信号７ａ、第１のスタブ配線４１と第１の終端部４５間で反射する信号７ｂを打ち消し合わせるとともに、スタブ部２２１と第２のスタブ配線４２間で反射する信号７ｃ、第２のスタブ配線４２と第２の終端部４６間で反射する信号７ｄを打ち消し合わせることができるので、反射の前後における信号の振幅の差に基づく信号７の伝達特性の劣化を抑制することができる。
【００６２】
また、プリント配線基板１は、第１及び第２の条件により、スタブ配線の長さＬ１と終端部のインピーダンスＺ３を決定することが可能である。
【００６３】
［他の実施の形態］
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されず、種々な実施の形態が可能である。例えば、上記実施の形態では、送信部５と受信部６との間の信号経路に２つのビアホールを有する場合について説明したが、送信部５と受信部６との間の信号経路に１つのビアホールを設け、送信部５又は受信部６に相当する電子回路を多層基板１０の内部に形成してもよい。
【００６４】
さらに、プリント配線基板１は、ビアホールが３つ以上形成されてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…プリント配線基板、５…送信部、６…受信部、７，７ａ〜７ｄ…信号、
１０…多層基板、１１〜１３…第１乃至第３の基板、１４〜１７…第１乃至第４の配線層、
２１…第１のビアホール、２２…第２のビアホール、３１〜３３…第１乃至第３の配線、
３５，３６，３７，３８…配線、４１…第１のスタブ配線、４２…第２のスタブ配線、
４５…第１の終端部、４６…第２の終端部、７０…経路、
７１〜７４…第１乃至第４の反射経路、１１０…表面、１３０…裏面、２１０…伝搬部、
２１１…スタブ部、２１５…端部、２１６…端部、２２０…伝搬部、２２１…スタブ部、
２２５…端部、２２６…端部
【図１】
0006379754.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006379754.tif 000004