(57)【要約】  多層基板は、多段結合回路によって接続されたプレナー伝送線路構造および信号ビアを含む。多段結合回路は、信号ビアパッドと、ダミーパッドとを含む。ここで、信号ビアパッドは、信号ビアおよびプレナー伝送線路を全ての値で接続するように形成されている。ダミーパッドは、信号ビアに接続されていて、導体層の、信号ビアの信号ターミナルおよびプレナー伝送線路の間に配置されたクリアランスホールの領域に形成されていて、導体層から絶縁されている。【選択図】図１Ｃ
2010538446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレナー伝送線路構造と、
信号ビアと
を具備し、
前記プレナー伝送線路構造と、前記信号ビアとは、多段結合回路によって接続されており、
前記多段結合回路は、
前記信号ビアおよび前記プレナー伝送線路を接続するように形成された信号ビアパッドと、
前記信号ビアに接続されていて、導体層の、前記信号ビアの信号ターミナルおよび前記伝送線路の間に配置されたクリアランスホールの領域に形成されていて、前記導体層から絶縁されているダミーパッドと
を具備する
多層基板。
【請求項２】
請求項１に記載の多層基板において、
前記多段結合回路は、
前記信号ビアと、
所定数の、前記信号ビアに接続されていて、導体層の、前記信号ビアの信号ターミナルおよび前記伝送線路の間に配置されたクリアランスホールの領域に形成されていて、前記導体層から絶縁されている前記ダミーパッドと
を具備し、
多層基板。
【請求項３】
請求項１に記載の多層基板において、
前記多段結合回路は、
前記信号ビアパッドと、
前記ダミーパッドと、
前記信号ビアパッドおよび前記プレナー伝送線路を接続するように形成されたマッチング部と
を具備する
多層基板。
【請求項４】
請求項２に記載の多層基板において、
前記多段結合回路は、
前記信号ビアパッドと、
前記所定数のダミーパッドと、
前記信号ビアパッドおよび前記プレナー伝送線路を接続するように形成されたマッチング部と
を具備する
多層基板。
【請求項５】
差動信号伝播を提供し、
プレナー伝送線路対と、
信号ビア対と
を具備し、
前記プレナー伝送線路対および前記信号ビア対は、多段結合回路によって接続されており、
前記多段結合回路は、
前記信号ビア対および前記プレナー伝送線路対を全ての値で接続するように形成された２つの信号ビアパッドと、
前記２つの信号ビアに接続されて、導体層の、信号ビア対の差動信号ビアターミナルおよび前記プレナー伝送線路の間に配置されたクリアランスホールの領域に形成されて、互いにも前記導体層からも絶縁されている２つのダミーパッドと
を具備する
多層基板。
【請求項６】
請求項５に記載の多層基板において、
前記多段結合回路は、
前記２つの信号ビアパッドと、
前記信号ビアパッドと同数の、前記信号ビア対の各ビアに接続されていて、前記導体層の、前記信号ビア対の前記差動信号ビアターミナルおよび前記プレナー伝送線路の間に配置されたクリアランスホールの領域に形成されていて、前記導体層から絶縁された前記ダミーバッドと
を具備する
多層基板。
【請求項７】
請求項５に記載の多層基板において、
前記多段結合回路は、
前記２つの信号ビアパッドと、
前記ダミーパッドと、
前記２つの信号ビアパッドおよび前記プレナー伝送線路対を接続する２つのマッチング部と
を具備する
多層基板。
【請求項８】
請求項６に記載の多層基板において、
前記多段結合回路は、
前記２つの信号ビアバッドと、
前記所定数のダミーパッドと、
前記２つの信号ビアパッドおよび前記プレナー伝送線路対を接続するように形成されたマッチング部と
を具備する
多層基板。
【請求項９】
差動信号伝播を提供し、
プレナー伝送線路対と、
信号ビア対と
を具備し、
前記プレナー伝送線路対および前記信号ビア対は、多段結合回路によって接続されており、
前記多段結合回路は、
前記信号ビアつい及び前記プレナー伝送線路対を全ての値で接続するように形成された２つの信号ビアパッドと、
前記２つの信号ビアに接続されていて、グランド層の、前記信号ビア対の差動信号ビアターミナルおよび前記プレナー伝送線路対の間に配置されたクリアランスホールの領域に形成されていて、互いにも前記グランド層からも絶縁されている２つのダミーパッドと、
前記グランド層の前記信号ビア対におけるビアの間の前記クリアランスホールの領域に対称的に形成されたグランドシステムと
を具備する
多層基板。
【請求項１０】
請求項９に記載の多層基板において、
前記多段結合回路は、
前記２つの信号ビアパッドと、
前記信号ビア対における信号ビアのそれぞれに接続されていて、グランド層の、前記信号ビア対の差動信号ビアターミナルおよび前記プレナー伝送線路の間に配置されたクリアランスホールの領域に形成されていて、前記グランド層から絶縁されている同数のダミーパッドと、
前記グランド層の、前記信号ビア対におけるビアの間のクリアランスホールの領域に対称的に形成されたグランドシステムと
を具備する
多層基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速なデータ通信を提供するための高速な相互接続構造を具備する多層基板に係る。
【０００２】
次世代のネットワークシステムおよび計算機システムにおける主な研究テーマとして、高速通信の技術がある。市場における競争力をこれらのシステムに持たせるためには、そのコストが、解決すべき重要な問題となっている。多層基板は、周波数帯および相互接続部長さが既定である場合において、高速度および費用対効果の、両方の条件を満足する重要な技術の一つである。多層基板の平面導体における電気的な配線技術は、マイクロストリップライン、ストリップライン、コプレナー線路などの伝送線路に基づいて開発可能である。基板内の縦方向の相互接続は、主に異なる導体層に配置された平面伝送線路構造同士を接続するために用いられるが、通常、スルーホールビア、ブラインドビア、カウンターボード、埋設ビアなどの、様々なタイプのビア構造に基づいている。
【０００３】
ターミナル間を相互接続する回路の全てのパスにおいて特性インピーダンスを所定のレベル（例えば１０％以内）に保持することは、特に高速データ通信に用いられる多層基板の設計において、重要な問題である。この問題は、シングルエンドな信号にも、差動型の信号にも、同じように関係する。また、ディファレンシャルモードからコモンモードへの変換と、コモンモードからディファレンシャルモードへの変換とを減らすことも、高速多層基板において克服されるべき別の課題として存在する。特性インピーダンスの制御を向上させ、さらなる高周波帯域における漏れ損失を減少させるために、グランドビアを信号ビア構造の周辺に用いることが出来る（シングルエンド構造または差動型構造）。
【０００４】
また、信号ビア構造の電気的性能は、多層基板の導体層における信号ビア構造のための領域に形成されたクリアランスホールの、形状およびサイズに依存する。ここで、クリアランスホールが形成されているのは、これらの導体層における他の導体面との電気的な接触を行わずに、信号ビアを介する通路を供給するためである。結果的に、ビア構造（シングルエンド構造または差動型構造）からプレナー伝送線路までを結ぶ結合回路が表立ってしまう。これは、この結合回路において、クリアランスホールが大きいことによって、特性インピーダンスのミスマッチングが現れる場合があるからである。このインピーダンスミスマッチングは、大きな反射損失や、共振現象や、その他の望まない効果を発生させ得る。さらに、差動相互接続回路において、インピーダンスマッチングは、差動モードとコモンモードとの間の変化として無視できない増加を与えることが出来る。
【背景技術】
【０００５】
特許文献１（特開２００４−３６３９７５号公報）には、信号ビアパッドからコプレナー伝送線路への相互接続を行う結合回路が開示されている。この関連技術において、結合回路は、信号ストリップ線路の幅を持つコプレナー伝送線路の形状を有しており、そのグランドプレーンまでの距離は、コプレナー伝送線路の相互接続部分にいて特性インピーダンスマッチングが得られるようになっている。特許文献２（特公平６−３０２９６４号）には、直径の異なる複数のビアバッド（ランド）を多層基板に接続する線形テーパー状の結合回路が示されている。特許文献３（特開２００３−２１８４８１号公報）には、幅の異なる複数のプレナー伝送線路を接続する線形テーパーが紹介されている。特許文献４（米国特開２００６−００９１５４５号公報）では、差動信号ビア対から伝送線路対までを、クリアランスホールの領域内の伝送線路部の長さを制御し、これら伝送線路部の幅を適宜に選択することで結合する回路が提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３６３９７５号公報
【特許文献２】特公平６−３０２９６４号
【特許文献３】特開２００３−２１８４８１号公報
【特許文献４】米国特開２００６−００９１５４５号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明の一つの目的は、信号ビアまたは信号ビア対と、シングルエンド型または差動型のプレナー伝送線路とを接続し、インピーダンスを調整可能な構造体を含む多層基板を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、信号ビア対および伝送線路対を含む差動相互接続における差動モードおよびコモンモードの間で変化を減らすことである。本発明のこの目標は、クリアランスホールの領域に適切なグランドシステムと、信号ビアに接続されたダミーパッドを含む多段結合回路とを形成することで達成される。
【０００９】
本発明の実施形態において、多層基板は、多段結合回路によって接続されたプレナー伝送線路構造および信号ビアを含んでいる。多段結合回路は、信号ビアパッドと、ダミーパッドとを含んでいる。ここで、信号ビアパッドは、信号ビアおよびプレナー伝送線路構造を全ての値で接続するように形成されている。ダミーパッドは、信号ビアに接続されていて、信号ターミナルおよび信号ビアの間に配置された導体層の、信号ビアの信号ターミナルおよびプレナー伝送線路の間に配置されたクリアランスホールの領域に形成されていて、導体層から絶縁されている。
【００１０】
本発明の別の実施形態において、多層基板は、差動型信号伝播を提供し、多段結合回路によって接続されたプレナー伝送線路対および信号ビア対を具備する。多段結合回路は、２つの信号ビアパッドと、２つのダミーパッドとを具備している。ここで、２つの信号ビアパッドは、信号ビア対およびプレナー伝送線路対を全ての値で接続するように形成されている。２つのダミーパッドは、２つの信号ビアに接続されていて、導体層の、信号ビア対の差動信号ビアターミナルおよびプレナー伝送線路対の間に配置されたクリアランスホールの領域に形成されていて、互いにも導体層からも絶縁されている。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態において、多層基板は、多層基板は、差動信号伝播を提供し、多段結合回路によって接続されたプレナー伝送線路対および信号ビア対を具備している。多段結合回路は、２つの信号ビアパッドと、２つのダミーバッドと、グランドシステムとを具備している。ここで、信号ビアパッドは、シグナルビア対およびプレナー伝送線路対を全ての値で接続するように形成されている。２つのダミーパッドは、２つの信号ビアに接続されていて、グランド層の、信号ビア対の差動信号ビアターミナルおよびプレナー伝送線路対の間に配置されたクリアランスホールの領域に形成されていて、グランドシステムは、グランド層の信号ビア対におけるビアの間のクリアランスホールの領域に、対称的に形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の第１の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の第１の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板を示す図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の第１の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の別の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板の数値例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の別の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板の数値例を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の別の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板の数値例を示す図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の別の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板の数値例を示す図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明の別の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板の数値例を示す図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、本発明の別の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板の数値例を示す図である。
【図３】図３は、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を使用する利点を示す、時間領域における特性インピーダンスのグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明のさらに別の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明のさらに別の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明のさらに別の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明のさらに別の実施形態による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に配置された多段結合回路を含む多層基板を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明のさらに別の実施形態による、差動型信号ビア構造および差動型プレナー伝送線路の間に配置された差動型多段結合回路を含む多層基板を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明のさらに別の実施形態による、差動型信号ビア構造および差動型プレナー伝送線路の間に配置された差動型多段結合回路を含む多層基板を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明のさらに別の実施形態による、差動型信号ビア構造および差動型プレナー伝送線路の間に配置された差動型多段結合回路を含む多層基板を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、多段結合回路およびグランドシステムを含む差動相互接続の、差動モードからコモンモードへの変換における無視できない減少を示す、反射信号のＳパラメータの大きさのグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、多段結合回路およびグランドシステムを含む差動相互接続の、差動モードからコモンモードへの変換における無視できない減少を示す、反射信号のＳパラメータの大きさのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、添付図面を参照して、本発明による、信号ビア構造およびプレナー伝送線路の間に設けられた多段結合回路を有する多層基板の複数の形態について、詳細に説明する。ここで、これらの説明が、対応する請求項を限定するために用いられてはならないことは、言うまでも無い。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の第１の実施形態による多層基板の例を示している。多層基板のこの例は、１０枚の導体層が積層されたプリント回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）を示している。このＰＣＢには、多段結合回路によって接続されたビア構造およびプレナー伝送線路を有する相互接続回路が設けられている。ここで、多層基板における導体層の枚数は、実際の使用例に応じて異なったり決定されたりすることは言うまでも無い。
【００１５】
図１Ａ〜図１Ｄにおいて、導体層１１０は、絶縁材料層１１１によって離間されている。信号ビア１０１は、他の相互接続回路、要素、素子などを結合するためのターミナルであるプレナー伝送線路１０６およびパッド１０９を接続する役割を果たしている。注意すべき点としては、多層基板のこの例では、信号ビア１０１はグランドビア１０２に囲まれており、グランドビア１０２は、構造体のグランドピンを接続し、ターミナルパッド１０９および伝送線路１０６の端部の間の信号ビア相互接続における漏れ損失を低減する役割を果たしている。クリアランスホール１０３は、信号ビアを多層基板における他の導電部分から絶縁するために用いられている。
【００１６】
高周波帯域において、グランドビアの数および位置は、クリアランスホール１０３の形状およびサイズと同様に、信号ビアの相互接続における特性インピーダンスを制御する上で重要なパラメータである。これは、信号ビア相互接続によるリターン損失を低減し、ひいては多層基板の電気的性能を向上させる目的で設けられた全ての相互接続によるリターン損失を低減するように、この制御を行うからである。しかし、実際の使用例の多くでは、クリアランスホールのサイズを十分大きくすることが可能である。この場合、プレナー伝送線路の、クリアランスホールの領域におけるセグメント部分は、誘導リアクタンスの増加による特性インピーダンスミスマッチングの原因となり得る。
【００１７】
デバイスで構成されるコンポーネントの電気的性能は、特に、インピーダンスの大きさによって特徴付けることが出来る。そして、これらの要素を接続する役割を果たす相互接続も、インピーダンスとして表現することが出来る。デバイスの全ての電気的性能は、コンポーネントの特性インピーダンスおよび相互接続の間の対応関係に依存する。ここで、コンポーネントの特性インピーダンスおよび相互接続の差分は、小さければ小さいほど良い。また、相互接続回路全体は、リターン損失および放射損失をより低くし、望まない共振現象を低減し、デバイスの電力消費を改善するために、その特性インピーダンス所定のレベルに保持されなければならない。
【００１８】
このような多層基板の場合、特性インピーダンスは、ターミナルパッド１０９から伝送線路１０６を通る相互接続回路と同じ値を示す必要がある。ビア構造の特性インピーダンスをＺＶと記し、プレナー伝送線路の特性インピーダンスをＺｔｒと置くと、次の条件式が満たされなければならない。
ＺＶ＝Ｚｔｒ＝Ｚｃｏｎｎｅｃｔ  …（１）
ここで、Ｚｃｏｎｎｅｃｔは、相互接続回路の特性インピーダンスの所定の大きさであり、例えば、５０Ωまたは１００Ωである。実際の設計では、相互接続回路全体を通して、特性インピーダンスを同じ値に保持することは、困難である。それは、特性インピーダンスの偏差が所定のレベルに収まる理由、例えば本来の値の±１０％、すなわち、例えば５０±５Ωまたは１００±１０Ωになる理由である。したがって、
Ｚｖ≒Ｚｔｒ  …（２）
となる。注意すべきことには、
Ｚｖ＝√（Ｌｖ／Ｃｖ）  …（３）
となっており、ここで、Ｌｖはビア構造の分布インダクタンスであり、Ｃｖはビア構造の分布容量である。また、
Ｚｔｒ≒√（Ｌｔｒ／Ｃｔｒ）  …（４）
となっており、ここで、Ｌｔｒは伝送線路の分布インダクタンスであり、Ｃｔｒは伝送線路の分布容量である。伝送線路の、クリアランスホールの領域におけるセグメント部分は、相互接続回路全体のインピーダンスマッチングにおいて重要な役割を演じることが出来る。これは、その特性インピーダンスが、クリアランスホールにおいてグランドプレーンが不在であるために、伝送線路の特性インピーダンスとは異なるからである。セグメント部分の特性インピーダンスは、これをＺｓｇｍと記すと、おおよそ次のように定義することが出来る。
Ｚｓｇｍ＝√（Ｌｔｒ／（Ｃｔｒ−Ｃｐｌ））  …（５）
ここで、Ｃｐｌは、グランドプレーンから伝送線路に導入された分布容量である。したがって、式（５）から得られるように、伝送線路のセグメント部分の特性インピーダンスは、容量の減少によって、過剰な誘導リアクタンスを示す。これは、特に、このセグメント部分の電気的な長さが十分に大きい場合に顕著である。本発明では、クリアランスホール領域における伝送線路のセグメント部分に追加容量Ｃａｄｄを入れることで多層基板内に配置された相互接続回路におけるインピーダンスマッチングを改善するために、信号ビアおよびプレナー伝送線路の間に多段結合回路を使うことが提案されている。
その結果、伝送線路のセグメント部分の特性インピーダンスは、次のように定義される。
Ｚｓｇｍ＝√（Ｌｔｒ／（Ｃｔｒ−Ｃｐｌ＋Ｃａｄｄ））  …（６）
もし、Ｃａｄｄ≒Ｃｐｌであれば、伝送線路のセグメント部分の特性インピーダンスは、ビア構造および伝送線路の特性インピーダンスに対応する。
【００１９】
図１Ａ〜図１Ｄにおいて、クリアランスホールの領域に配置された多段結合回路は、信号ビアパッド１０４およびダミーパッド１０８を含む。ここで注意すべき点は、ダミーパッド１０８が信号ビアパッド１０７を含んでいることである。ビアパッド１０７を含むダミーパッド１０８は、ターミナルパッド１０９および信号ビアパッド１０４の間の、信号ビアパッド１０４に隣接する導体層に形成されている。ダミーパッド１０８の形状およびサイズは、伝送線路のセグメント部分の特性インピーダンスを所定の値にするようなものにすることが可能である。図示した台形状のダミーパッドにおける、所望の特性インピーダンスの特徴としては、角度φおよび長さｌｄ（図１Ｄを参照）に応じて少しずつ変化する。
【００２０】
ビア構造およびプレナー伝送線路が、図２Ａ〜図２Ｆに示される多段結合回路によって接続されている多層基板の具体例について考える。この例では、ビア構造は、グランドビア２０２に囲まれた信号ビア２０１を具備しており、各サイズは、次のような値を有している。すなわち、ｄｓ＝０．７ｍｍ、ｄｐ，ｓ＝．１．６ｍｍ、ｄｇｒ＝１．７５ｍｍ、Ｄｇｒ＝５．０８ｍｍ、ｒｓｈ＝３．５９ｍｍ、ｄｇｒ，ｓｈ＝０．３ｍｍである。正方形のクリアランスホール２０３のサイズは、ｄｃｌｅ＝４．２ｍｍである。基板（多層ＰＣＢ）は、比誘電率εｒ＝４．２を有するものとシミュレーションで設定されるＦＲ−４（Ｆｌａｍｅ  Ｒｅｔａｒｄａｎｔ  Ｔｙｐｅ  ４）材料２１１によって絶縁された１０枚の銅製プレナー導体層２１０を具備している。プレナー導体層（図２Ｆを参照）の間隔は、ｈ１＝０．２ｍｍ、ｈ２＝０．３８５ｍｍ、ｈ３＝０．２ｍｍ、ｈ４＝０．５２ｍｍ、そしてｈ５＝０．１５ｍｍである。ＰＣＢに内蔵されたプレナー導体層の厚さは、０．０３５ｍｍである。表面および裏面の導体層の厚さは、０．５５ｍｍである。信号ビア２０１は、ＰＣＢの第８導体層に配置されたストリップ線路２０６に、表面導体層のターミナルパッド２０９と同じ直径を有するパッド２０４を介して接続されている。ストリップ線路の幅は、Ｗｓｔｒ＝０．１１ｍｍであり、特性インピーダンスはおよそ５０Ωとなる。この具体例では、信号ビアパッド２０４およびストリップ線路２０６を接続するマッチング部２０５が適用されている。マッチング部２０５は、長さｌｍ＝２．１ｍｍを有する線形テーパーの形状に作られている。ｄｐ，ｄ＝１．６ｍｍの直径を有する信号ビアパッド２０７を含むダミーパッド２０８は、辺ｌｄおよびｗｄの長方形の板として形成されている。
【００２１】
図３では、上記サイズを有し、ターミナルパッド２０９から伝送線路２０６の一方の端部までの、図２Ａ〜図２Ｆに示した相互接続回路の電気的性能が、時間領域反射測定（ＴＤＲ：Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）データとして表される。これらのデータは、時間領域差分法（ＦＤＴＤ：Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）アルゴリズムに基づく３次元フルウェーブ電磁波形ソルバーを使用することで得られる。これらのデータは、時間領域の特性インピーダンスとして表される。この図では、式（１）〜（６）で説明した機構を明らかにしている。特に、細い実線は、特性インピーダンスの最大マグニチュードがおよそ７３Ωであることを示している。この、誘導型特性インピーダンスを示すグラフ曲線は、クリアランスホール領域における、第８導体層の信号ストリップ線路と同じ幅を有するストリップ線路部に対応する。長さｌｍ＝ｄｃｌｅ／２を有する線形テーパーを用いることは、誘導リアクタンスを、約６３Ω（図３の破線を参照）まで低下させる方向に働く。
【００２２】
多くの利用形態において、一方ではストリップ線路のセグメント部と、他方ではビア構造およびストリップ線路との、特性インピーダンスでのこのような違いは、十分に大きい。すなわち、図３の他の３本のグラフ曲線から読み取れるように、ダミーパッドを具備するとして提案した多段結合回路の使用は、クリアランスホールの領域ストリップ線路の特性インピーダンスを制御する上で効果的なアプローチである。これらの３本のグラフ曲線において、信号ビアパッドを含む長方形のダミーパッドが利用されている。ダミーパッドの幅はｗｄ＝１．６ｍｍであり、その長さｌｄは１．４ｍｍ、１．６ｍｍ、１．８ｍｍのいずれかである。このように、ダミーパッドの長さを段階的に変えることは、実用的な観点から値を決定する可能性を与える。検討されたケースにおいて、この値はｌｄ＝１．８ｍｍとなり、これは１０％の偏差の枠内に収まっている。
【００２３】
したがって、この具体例は、多段結合回路の利用の有効性と、この結合回路のダミーパッドの最適なサイズを定義する方法と、を示している。もし、信号ビアに接続された一つのダミーパッドを利用しても所望のインピーダンスマッチングを得られないなら、信号ビアからプレナー伝送線路までの多段結合回路に複数のダミーパッドを利用することが提案される。図４Ａ〜図４Ｄにおいて、このような多段結合回路が示されている。この結合回路は、信号ビアパッド４０９および４１２を含む２つのダミーパッド４０８および４１３を含んでいる。この場合において、特性インピーダンスの制御は、ダミーパッドの形状およびサイズと同様に、ダミーパッドの数に基づいても提供される。また、図４Ａ〜図４Ｄに示す多層結合回路は、信号ビアバッド４０４を含むマッチング部４０５を含んでいる。この実施形態において、マッチング部の形状は、信号ビアバッド４０４から、プレナー伝送線路４０６のストリップ部分までのテーバーとして定義出来る。ここで、プレナー伝送線路４０６の長さは、クリアランスホール４０３の伝送線路４０６の方向におけるサイズと同じまたはそれ以下である。
【００２４】
提案した多段結合回路は、差動信号において高いパフォーマンスを提供する多層基板を得るためにも使用可能である。注意すべきこととして、差動相互接続は、高速システムアプリケーションに重要な構成である。これは、グランドプレーンからのノイズを著しく消すことが出来、システムからの放射を低減出来るからである。
【００２５】
図５Ａ〜図５Ｃにおいて、差動型信号ビア対を含む多層基板が示されている。これらのビア対は、図５Ｂに示すように、信号ビア５０１によって形成されている。図５Ｂでは、差動型伝送線路５０６が１つの差動型ビア対に接続される様子が示されている。他の信号ビア５０１は、別の差動型ビア対を形成する。図５Ａ〜図５Ｃでは、差動型信号ビア対からの漏れ損失を低減し、差動型ビア対における特性インピーダンスの制御を改善するために、ストリップ線路５１４に接続されたグランドビア５０２が用いられている。クリアランスホール５０３は、ビア対を、多層基板の他の導体部から分離している。クリアランスホールのサイズは、この使用例において十分大きくても良いが、この場合にはインピーダンスミスマッチングがクリアランスホールの領域に配置された伝送線路のセグメント部分に発生し得る。さらに、このインピーダンスミスマッチングは、差動モードからコモンモードへの変化の、無視できない増大につながり、その結果として、信号品質の低減につながる場合がある。
【００２６】
ここで提案された利用形態では、インピーダンスミスマッチングと、差動型相互接続におけるモードの変換とを低減するために、差動型ビア対から差動型伝送線路への多段結合回路が用いられている。この多段結合回路は、２つのダミーパッド５０８を含んでおり、これら２つのダミーパッド５０８は、信号ビアパッド５０７をさらに含んでいる。ここで強調すべきこととして、固有のグランドシステム５１５がダミーパッドと同じ導体層に形成されている。この例では、このグランドシステムが２つのグランドストリップ線路を具備し、クリアランスホールの領域におけるストリップ線路セグメントの上に配置されている。これらのストリップ線路のサイズと、ダミーパッドの形状およびサイズとは、所望のインピーダンスマッチングおよび差動モード・コモンモード間の変換レベルを提供するように選ばれている。
【００２７】
図６Ａおよび図６Ｂでは、図５Ａ〜図５Ｃで示した差動型相互接続で得られる、差動モードからコモンモードへの変換の具体例が示されている。この計算で用いた多層基板のパラメータは、図３のものと同じであるが、ただし、信号ビアの直径は０．２５ｍｍであり、シグナルビアとグランドビアの間隔は１．０ｍｍであり、差動型伝送線路のサイズは１００Ωとなるよう選択されている。これらの図に見られるように、ここで提案するダミーパッドおよびグランドシステムの利用形態は、多層基板技術に基づく差動型相互接続における差動モードからコモンモードへの変換を大幅に低減することが出来る。さらに、この、モード間変換の低減は、固有グランドシステムに伴う多段結合による差動型相互接続におけるインピーダンスマッチングの改善をも意味する。
【００２８】
多層基板における多段結合回路は、グランドビアに囲まれない縦方向の相互接続（すなわち、信号ビアだけを有する縦方向の相互接続）用にも形成可能であることは、言うまでも無い。また、多段結合回路は、異なる形状（例えば、円形、楕円系、長方形、その他何でも）を有する信号ビアクリアランスホールにも用いることが出来る。
【符号の説明】
【００２９】
１０１  信号ビア
１０２  グランドビア
１０３  クリアランスホール
１０４  信号ビアパッド
１０６  （プレナー）伝送線路
１０７  （信号）ビアパッド
１０８  ダミーパッド
１０９  （ターミナル）パッド
１１０  導体層
１１１  絶縁材料層
２０１  信号ビア
２０２  グランドビア
２０３  クリアランスホール
２０４  （信号ビア）パッド
２０５  マッチング部
２０６  ストリップ（伝送）線路
２０７  信号ビアパッド
２０８  ダミーパッド
２０９  ターミナルパッド
２１０  銅製プレナー導体層
２１１  ＦＲ−４材料
４０３  クリアランスホール
４０４  信号ビアパッド
４０５  マッチング部
４０６  プレナー伝送線路
４０８  ダミーパッド
４０９  信号ビアパッド
４１２  信号ビアパッド
４１３  ダミーパッド
５０１  信号ビア
５０２  グランドビア
５０３  クリアランスホール
５０６  差動型伝送線路
５０７  信号ビアパッド
５０８  ダミーパッド
５１４  ストリップ線路
５１５  グランドシステム
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2010538446.tif 000005
【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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