(57)【要約】      （修正有）【課題】２本１組の差動信号と接続された層間切り替えビアの両側に、それぞれ１つのＧＮＤリターンビアを配置するのが理想的であるが、配線領域が限られ、且つ信号配線が多過ぎるため、ＧＮＤリターンビアを配置できないことが多い。【解決手段】印刷配線板１００は、基板１と、基板１の互いに異なる層にそれぞれ配置された２本１組の差動配線２と、基板１の上下方向に貫通し、基板１の互いに異なる層に配置された差動配線２を電気的に接続するための層切り替えビア３と、層切り替えビア３のそれぞれから等距離に１つ配置されるグランドリターンビア４とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板の互いに異なる層にそれぞれ配置された２本１組の差動配線と、
基板の上下方向に貫通し、基板の互いに異なる層に配置された差動配線を電気的に接続するための層切り替えビアと、
前記層切り替えビアのそれぞれから等距離に１つ配置されるグランドリターンビアと、を含むことを特徴とする印刷配線板。
【請求項２】
前記グランドリターンビアは、前記差動配線の２本の配線間に配置される請求項１に記載の印刷配線板。
【請求項３】
前記差動配線において、前記層切り替えビアから前記グランドリターンビアの横を通過し、差動配線同士が平行に配線されるまでの配線幅が、平行に配線される箇所の配線幅より太い請求項２に記載の印刷配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、差動信号の配線領域にＧＮＤリターンビアを配置した印刷配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、印刷配線板では、２本１組の差動信号（差動配線）と接続された層間切り替えビアの両側に、それぞれ１つ（計２つ）ＧＮＤリターンビアを配置するのが理想的である。しかしながら、実設計では、配線領域が限られており、且つ信号配線が多過ぎることから、ＧＮＤリターンビアを配置する領域が確保できず、配置できないことが多い。
このような、差動インピーダンスの低下が大きく、高速信号の劣化が著しくなってしまう問題に対して、例えば、特許文献１には、データの差動伝送を行う一対の信号導体を備えた多層配線基板において、スルーホールの近傍で一対の信号導体間の間隔を広げて差動インピーダンスの整合を図る多層配線基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４８００号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の印刷配線板は、基板１と、基板１の互いに異なる層にそれぞれ配置された２本１組の差動配線２と、基板１の上下方向に貫通し、基板１の互いに異なる層に配置された差動配線２を電気的に接続するための層切り替えビア３と、層切り替えビア３のそれぞれから等距離に１つ配置されるグランドリターンビア４とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】（ａ）は本開示の印刷配線板の第１の実施形態を示す斜視図であり、（ｂ）はその上面図である。
【図２】本開示の印刷配線板の第２の実施形態を示す上面図である。
【図３】本開示の印刷配線板の第３の実施形態を示す上面図である。
【図４】本開示の印刷配線板の第４の実施形態を示す上面図である。
【図５】第１の実施形態の印刷配線板の伝送特性（Ｓ２１）の測定波形を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態の印刷配線板の伝送特性（Ｓ２１）の測定波形を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態の印刷配線板のＴＤＲ波形を示すグラフである。
【図８】第２の実施形態の印刷配線板のＴＤＲ波形を示すグラフである。
【図９】比較例で得られた印刷配線板を示す上面図である。
【図１０】比較例で得られた印刷配線板の伝送特性（Ｓ２１）の測定波形を示すグラフである。
【図１１】比較例１で得られた印刷配線板のＴＤＲ波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本開示の印刷配線板の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。図１（ａ）および（ｂ）に示すように、印刷配線板１００は、基板１と、基板１の互いに異なる層にそれぞれ配置された２本１組の差動配線２と、基板１の上下方向に貫通し、基板１の互いに異なる層に配置された差動配線２を電気的に接続するための層切り替えビア３と、層切り替えビア３のそれぞれから等距離に１つ配置されるグランドリターンビア（ＧＮＤリターンビア）４とを含むものである。
【０００７】
基板１は、絶縁性を有する素材（絶縁板）を複数積層して形成されている。基板１の互いに異なる層に差動配線２が形成される。また、多層構造の基板１の各層の絶縁板に配線層、電源層（ベタ層）、グランド層（ベタ層）などの導体層が形成される。さらに、基板１の表面には、配線の保護のためのソルダーレジスト層（図示せず）が設けられていてもよい。
このように基板１を構成する絶縁板としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂などの有機樹脂などが挙げられる。これらの有機樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。また、絶縁性を有する素材として有機樹脂を使用する場合、有機樹脂に補強材を配合して使用するのが好ましい。補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性布材が挙げられる。補強材は２種以上を併用してもよい。さらに、絶縁性を有する素材には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機充填材が含まれていてもよい。
【０００８】
差動配線２は、Ｐ／Ｎ（Positive／Negative）の差動信号を伝送する配線２ａおよび配線２ｂの２本１組からなる配線である。この配線２ａ、２ｂは基板１の互いに異なる層に配置され、それぞれが層切り替えビア３と電気的に接続されている。この配線２ａ、２ｂは、図１（ｂ）に示すように、それぞれが平行に基板１の一方の面に配線され、途中で層切り替えビア３からＧＮＤリターンビア４の横を通過し、基板１の他方の面にて再度平行に配線される。このとき、２本の配線２ａ、２ｂの間にはＧＮＤリターンビア４が１個配置される。なお、この配線２ａ、２ｂの配線幅は同一である。
【０００９】
この差動配線２は、通常、導体で形成されており、導体としては、例えば銅、アルミニウム、金、銀などが挙げられる。加工性およびコストの観点から銅が望ましい。差動配線２は、例えば、化学銅めっき（無電解銅めっき）などの化学（無電解）めっき、電解銅めっきなどの電解めっき、銅箔などの金属箔によって形成される。さらに、差動配線２は、銅箔などの金属箔上に銅めっきなどのめっきを施すことによって形成されてもよい。
【００１０】
層切り替えビア３は、基板１の互いに異なる層を貫通し、それぞれ差動配線２と電気的に接続している。この層切り替えビア３は、導電材料（導体）がビア内に充填されたものでもよいが、ビアの内壁面に導体が形成され、その内部が貫通孔となっているビアホールであるのがよい。この層切り替えビア３を形成する導体としては、例えば銅、アルミニウム、金、銀などが挙げられる。加工性およびコストの観点から銅が望ましい。なお、層切り替えビア３の周囲にはビアランド３１が設けられていてもよい。また、層切り替えビア３の周囲にはクリアランス部６が設けられる。このクリアランス部６は、基板１の差動配線２を形成する層には設けられておらず、内層のベタ層と層切り替えビアとの間隙を指す。クリアランス部６の幅は、配線の差動インピーダンスに近づくように調整した値である。本実施形態においては、差動信号の両側にインピーダンス調整用ＧＮＤリターンビア４を設けて差動配線インピーダンスに近い値となるクリアランス６の幅をシミュレーションにて求めた。層切り替えビア３のビア径φ０．２５、ランド径φ０．５のときに、クリアランス部６の短手方向の幅は１．３ｍｍとした。
【００１１】
ＧＮＤリターンビア４は、インピーダンス不整合に起因する信号反射を抑制する（信号のリターンの流れの偏りを無くす）ためのものである。このＧＮＤリターンビア４は、層切り替えビア３と同様に基板１の互いに異なる層を貫通して設けられる。また、図１（ｂ）に示すように、ＧＮＤリターンビア４は、２つの層切り替えビア３のそれぞれから等距離に１つ配置される。また、ＧＮＤリターンビア４を差動配線２ａ、２ｂの間に配置することで、２本の差動配線２ａ、２ｂの対称性を確保することができる。ＧＮＤリターンビア４は、ＧＮＤプレーン内に配置し、可能な限りクリアランス部６の近くに配置するのがよい。
【００１２】
（第２の実施形態）
次に、図２に基づいて本開示の第２の実施形態の印刷配線板１０２を説明する。なお、上記した印刷配線板１００と同じ部材には同符号を付して説明は省略する。
【００１３】
図２に示すように、印刷配線板１０２は、層切り替えビア３からＧＮＤリターンビア４の横を通過し、平行に配線されるまで２本の配線２２ａ、２２ｂからなる差動配線２０の配線幅は、平行に配線された箇所の差動配線２０（配線２１ａ、２１ｂ）の配線幅よりも太くなっているのがよく、特に限定されないが、配線２２ａ、２２ｂの配線幅は、平行に配線される配線２１ａ、２１ｂの差動インピーダンスの１／２の単線インピーダンスになるように配線幅を調整するのがよい。本実施形態では、差動インピーダンス９９．３Ω、単線インピーダンス４６．５Ωとした。このように、層切り替えビア３からＧＮＤリターンビア４の横を通過し、平行に配線されるまで配線２２ａ、２２ｂの配線幅を太くすることで、差動配線２０（２２ａ、２２ｂ）間に、ＧＮＤリターンビア４を設けたために生じたインピーダンスの変動を抑制し、配線２１ａ、２１ｂを設けた箇所とインピーダンスを同じにすることができる。
【００１４】
（第３および第４の実施形態）
次に、図３、４に基づいて、本開示の第３および第４の実施形態の印刷配線板１０３、１０４をそれぞれ説明する
【００１５】
（第３の実施形態）
図３に示す印刷配線板１０３は、差動配線２３が接続した２つの層切り替えビア３から等距離にＧＮＤリターンビア４が配置されている。このとき、ＧＮＤリターンビア４は、平行に配線された差動配線２３の外側に配置される。
【００１６】
（第４の実施形態）
図４に示す印刷配線板１０４は、ＧＮＤリターンビア４との距離を等距離に保ったまま、層切り替えビア３および差動配線２３の配置を印刷配線板１０３から変更したものである。この印刷配線板１０４によれば、印刷配線板１０３と比べて、層切り替えビア３およびＧＮＤリターンビア４の配置領域を省スペース化することができる。
【実施例】
【００１７】
以下、実施例を挙げて本開示の印刷配線板を具体的に説明するが、本開示の印刷配線板はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１８】
（実施例）
（Ｓ２１特性）
図１、２に示す印刷配線板１００および１０２を用いて、差動配線２，２０のＰ／Ｎ信号の差動の効果を検証するために、シミュレータ（ＨＦＳＳ、Ａｎｓｙｓ社製）によってＰ信号およびＮ信号の伝送特性（Ｓ２１）をシミュレーションした。その結果を図５，６に示す。このとき、図５に示す印刷配線板１００の差動配線２の配線２ａ、２ｂの配線幅は０．２３ｍｍとし、図６に示す印刷配線板１０２の差動配線２０の配線２１ａ、２１ｂの配線幅は０．２３ｍｍ、配線２２ａ、２２ｂの配線幅は０．３６ｍｍとした。
【００１９】
図５，６から、印刷配線板１００および１０２において、差動配線２，２０のそれぞれのＰ／Ｎ信号のグラフが一致しており、伝送特性の同一性が確保されているので、品質のよい差動信号が得られる。
【００２０】
（ＴＤＲ特性）
図１に示す印刷配線板１００および１０２を用いて、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）（時間領域反射測定)波形を、シミュレータ（ＨＦＳＳ、Ａｎｓｙｓ社製）により各印刷配線板のインピーダンスの変化をシミュレーションした。その結果を図７，８に示す。
【００２１】
図７，８から、印刷配線板１００および１０２において、差動配線２，２０のそれぞれのＰ／Ｎ信号のグラフが一致しており、差動信号としての特性があることがわかる。また、図７に示す印刷配線板１００の方がインピーダンスの変動が大きい。これは、印刷配線板１００において、差動配線２の配線幅が一定であるためである。一方、図８に示す印刷配線板１０２では、層切り替えビア３からＧＮＤリターンビア４の横を通過し、平行に配線されるまで２本の配線２２ａ、２２ｂの配線幅を、平行に配線された箇所の配線２１ａ、２１ｂの配線幅よりも太くして、差動インピーダンスの変動を抑制している。
【００２２】
（比較例）
比較例として、図９に示す印刷配線板１０９を得た。この印刷配線板１０９は、平行に配線された２本１組の差動配線２´が接続された２つの層切り替えビア３が、ＧＮＤリターンビア４とそれぞれ異なる距離で配置されたものである。この印刷配線板１０９を用いて、印刷配線板１００，１０２と同様に、Ｓ２１特性およびＴＤＲ特性をシミュレーションした。その結果をそれぞれ図１０，１１に示す。このとき、差動配線２と同じく、差動インピーダンスを１００Ωになるように調整し、差動配線２´の配線幅は０．２３ｍｍとした。
【００２３】
図１０、１１からわかるように、印刷配線板１０９では、差動配線２のＰ／Ｎ信号のグラフが一致しておらず、差動信号としての特性の効果が確認できなかった。これは、ＧＮＤリターンビア４と２つの層切り替えビア３とが異なる距離で配置されているためである。
【００２４】
以上、詳細に説明したように、本開示によれば、印刷配線板において、基板の互いに異なる層にそれぞれ配置された２本１組の差動配線と、差動配線がそれぞれ接続した層切り替えビアと、層切り替えビアのそれぞれから等距離に１つ配置されるＧＮＤリターンビアとを含む。そのため、ＧＮＤリターンビアを１つのみ配置して層切り替えビアからの距離を等距離とすることで、信号のリターンの流れの偏りをなくし、差動信号としての特性を改善することができる。さらに、スルーホールの近傍で一対の信号導体間の間隔を広げて差動インピーダンスの整合を図るよりも省スペース化が可能となる。
また、差動配線において、層切り替えビアからＧＮＤリターンビアの横を通過し、差動配線同士が平行に配線されるまでの配線幅を、平行に配線される箇所の配線幅より太くすることで、インピーダンスの変動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１    基板
２，２´，２０．２３  差動配線
３    層切り替えビア
３１  ビアランド
４    グランドリターンビア
６    クリアランス部
２ａ、２ｂ、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ  配線
１００，１０２，１０３，１０４，１０９  印刷配線板
【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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