(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層配置された第１の配線および第２の配線で構成される差動信号用ペア配線を備えた差動信号伝送用配線基板であって、
ＧＮＤプレーンをさらに備え、
前記差動信号用ペア配線は、前記第１の配線の配線幅が前記第２の配線の配線幅よりも広く、かつ積層方向の上部から見たときに前記第２の配線が前記第１の配線の内部に収まり、
前記第１の配線と前記ＧＮＤプレーンとの間に前記第２の配線があり、
前記第１の配線と基板表面との間に他の導体プレーンを挟まない
ことを特徴とする差動信号伝送用配線基板。
【請求項２】
請求項１に記載の差動信号伝送用配線基板において、
前記差動信号用ペア配線は、前記第１の配線の配線幅が、前記第２の配線の配線幅よりも、基板製造時の最大積層位置ずれ量の２倍以上広く設計される
ことを特徴とする差動信号伝送用配線基板。
【請求項３】
積層配置された第１の配線および第２の配線で構成される差動信号用ペア配線を備えた差動信号伝送用配線基板であって、
第１のＧＮＤプレーンおよび第２のＧＮＤプレーンをさらに備え、
前記差動信号用ペア配線は、前記第１の配線の配線幅が前記第２の配線の配線幅よりも広く、かつ積層方向の上部から見たときに前記第２の配線が前記第１の配線の内部に収まり、
前記第１のＧＮＤプレーン、前記第１の配線、前記第２の配線、前記第２のＧＮＤプレーンの順に積層され、
前記第１のＧＮＤプレーンと前記第１の配線との間の厚みが、前記第２の配線と前記第２のＧＮＤプレーンとの間の厚みより厚い
ことを特徴とする差動信号伝送用配線基板。
【請求項４】
請求項３に記載の差動信号伝送用配線基板において、
前記差動信号用ペア配線は、前記第１の配線の配線幅が、前記第２の配線の配線幅よりも、基板製造時の最大積層位置ずれ量の２倍以上広く設計される
ことを特徴とする差動信号伝送用配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速作動信号の伝送に用いられる差動信号用ペア配線を備えた差動信号伝送用配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来方式において差動信号用ペア配線を縦（積層方向）に並べた際の積層位置関係を示した断面図である。この図５は、１対をなす差動信号用ペア配線１１、１２、差動信号用ペア配線１１、１２間の誘電体３０、差動信号用ペア配線１１、１２のそれぞれの配線上に設けられた基板表面誘電体４１、４２で構成される。
【０００３】
ここで、図５（ａ）は、基板製造時に位置ずれが発生せず、１対で構成される差動信号用ペア配線１１、１２の幅方向（図５における左右方向）のずれがない場合を示している。一方、図５（ｂ）は、基板製造時に位置ずれが発生し、１対で構成される差動信号用ペア配線１１、１２の幅方向のずれがある場合を示している。図中のＤは、差動信号用ペア配線１１、１２の幅方向の相対的な積層位置ずれ幅に相当するずれ量を示したものである。
【０００４】
次に、積層位置ずれが生じた場合の影響について説明する。通常、差動信号用ペア配線は、横（図５における左右方向）に並ぶことが一般的である。しかし、図５に示したように、差動信号用ペア配線１１、１２を縦（すなわち、積層方向）に配置することで、差動信号用ペア配線１１、１２の曲がりでの配線長差を無くし、また、ペア内の結合が強い配線とすることができる。この結果、ペア内のスキュー（位相ずれ）や外来ノイズに強い差動信号用ペア配線１１、１２を得ることができる。
【０００５】
この様な構造を、スタックド・ペア（Stucked Pair）配線、あるいはブロード・サイド・カップルド・ペア（Broad-Side Coupled Pair：ＢＳＣ）配線と呼ぶ。本明細書においては、以降、この構造を「ＢＳＣペア」と呼称し、ペア配線の幅が異なるものを、特に「異幅ＢＳＣペア」と呼称する。
【０００６】
多層の配線基板では、積層時に平面方向の位置がずれる。このため、ＢＳＣペアの位置がずれ、ペア内の結合性が弱くなる。その結果、差動配線特性が、目標とした値からずれでしまい、所望の信号波形が得られなくなるおそれがある。
【０００７】
これを回避するためには、ＢＳＣ配線を構成する１対の配線のそれぞれの配線幅を異ならせることが考えられる（例えば、特許文献１参照）。図６は、従来方式において差動信号用ペア配線のそれぞれの配線幅を異ならせて縦（積層方向）に並べた際の積層位置関係を示した断面図である。
【０００８】
ここで、図６（ａ）は、基板製造時に位置ずれが発生せず、１対で構成される差動信号用ペア配線１１、１２の幅方向（図６における左右方向）のずれがない場合を示している。一方、図６（ｂ）は、基板製造時に位置ずれが発生し、１対で構成される差動信号用ペア配線１１、１２の幅方向のずれがある場合を示している。図中のＤは、差動信号用ペア配線１１、１２の幅方向の相対的な積層位置ずれ幅に相当するずれ量を示したものである。
【０００９】
図６においては、配線幅を異なる値とした上で、この異幅ＢＳＣペア配線の差動インピーダンスを最適化する。ここで、基板製造時に、配線方向に対して横方向に位置ずれＤ（図５（ｂ）、図６（ｂ）参照）が発生した場合を考える。この場合、先の図５（ｂ）のＢＳＣペア配線では、ずれた分だけ配線同士の対向面積が減少する。この結果、設計時の想定に対して、ペア配線の特性変化が大きいこととなる。
【００１０】
これに対して、図６（ｂ）のように、はじめから配線幅を変えたＢＳＣペア配線、すなわち異幅ＢＳＣペア配線の場合、位置ずれが発生した場合にも、ＢＳＣペア配線の対向面積の減少が小さい。この結果、設計時からの特性変化も小さく抑えることが可能となる。
【００１１】
以上のように、ＢＳＣペア配線の幅を変えることにより、基板積層時の位置ずれによる差動インピーダンス変化を緩和する効果がある。また、広幅配線、狭幅配線の両方の中心線の座標を一致させることで、ずれの方向によらず、緩和効果が得られる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−２０７９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
多層基板は、１つ以上のＧＮＤプレーン層を備えた積層構造であることが一般的である。この場合には、積層ずれだけでなく、ＧＮＤプレーンと異幅ＢＳＣペア配線との積層順序と層間誘電体厚みによっても、特性インピーダンスが変化する。さらに、位置ずれが小さい基板の製造プロセスは、一般にコストが高く、また、大きな基板を製造することも困難であった。
【００１４】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、ＧＮＤプレーンを含む異幅ＢＣＳペア配線の特性変化の少ない大きなサイズの基板を、低コストで提供する差動信号伝送用配線基板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る差動信号伝送用配線基板は、積層配置された第１の配線および第２の配線で構成される差動信号用ペア配線を備えた差動信号伝送用配線基板であって、１つ以上のＧＮＤプレーン層をさらに備え、差動信号用ペア配線は、第１の配線の配線幅が第２の配線の配線幅よりも広く、かつ積層方向の上部から見たときに第２の配線が第１の配線の内部に収まるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１の配線の配線幅が第２の配線の配線幅よりも広く、かつ積層方向の上部から見たときに第２の配線が第１の配線の内部に収まるように差動信号用ペア配線のパターン設計を行い、さらにＧＮＤプレーン層との積層順序と層間誘電体厚みの関係を保つことにより、ＧＮＤプレーン層および積層位置ずれによる特性変化の少ない異幅ＢＳＣペア配線を含む大きなサイズの基板を、低コストで提供する差動信号伝送用配線基板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の差動信号伝送用配線基板の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明の差動信号伝送用配線基板は、ＧＮＤプレーンに応じて差動信号用ペア配線の配線幅および誘電体の厚みを適切に設計することにより、積層位置ずれが発生した際に生じる差動インピーダンス変化および特性インピーダンス変化を抑えることができる点を技術的特徴としており、基板の大型化、低コスト化を実現するものである。このような差動信号用ペア配線は、半導体集積回路搭載用パッケージ基板、あるいは種々の電子機器にも適用可能である。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における差動信号伝送用配線基板の積層位置関係を示した断面図である。図１に示した断面図は、１対をなす差動信号用ペア配線１１、１２、ＧＮＤプレーン２０、差動信号用ペア配線１１、１２間の誘電体３０、差動信号用ペア配線１１の配線上に設けられた基板表面誘電体４０、差動信号用ペア配線１２とＧＮＤプレーン２０との間に設けられた誘電体５０で構成される。
【００１９】
ここで、図１（ａ）は、基板製造時に位置ずれが発生せず、１対で構成される差動信号用ペア配線１１、１２の幅方向（図１における左右方向）のずれがない場合を示している。一方、図１（ｂ）は、基板製造時に位置ずれが発生し、１対で構成される差動信号用ペア配線１１、１２の幅方向のずれがある場合を示している。図中のＤは、差動信号用ペア配線１１、１２の幅方向の相対的な積層位置ずれ幅に相当するずれ量を示したものである。
【００２０】
次に、積層位置ずれが生じた場合の影響について説明する。図１（ａ）に示したように、差動信号用ペア配線１１、１２の配線幅を異なる値で設計し、異幅ＢＳＣペア配線の差動インピーダンスを最適化する。また、基板表面に近い（すなわち、ＧＮＤプレーン２０から遠い）層の配線１１の幅を、他方の配線１２の幅よりも広くすることで、差動信号用ペア配線１１、１２のそれぞれの特性インピーダンスも同じに設計できる。
【００２１】
基板製造時に、配線方向に対して横方向に位置ずれＤが発生した場合を考える。この場合、同一の配線幅で構成された先の図５（ｂ）のＢＳＣペア配線では、ずれた分だけ配線同士の対向面積が減少する。この結果、設計時の想定に対して、ペア配線の特性変化が大きいこととなる。
【００２２】
これに対して、図１（ｂ）のように、はじめからＧＮＤプレーン２０から遠い層の配線１１の幅を広くしたＢＳＣペア配線、すなわち異幅ＢＳＣペア配線の場合、位置ずれが発生した場合にも、ＢＳＣペア配線の対向面積の減少が小さい。この結果、設計時からの差動インピーダンス変化を小さく抑えることが可能となる。
【００２３】
さらに、おのおのの配線の対ＧＮＤ対向面積の変化も、積層ずれに対して小さくできる。この結果、設計時からの特性インピーダンス変化も小さく抑えることが可能となる。
【００２４】
以上のように、実施の形態１によれば、ＢＳＣペア配線の幅を変えることにより、基板積層時の位置ずれによる差動インピーダンス変化を緩和する効果がある。さらに、広幅配線、狭幅配線の両方の中心線の座標を一致させることで、ずれの方向によらず、緩和効果が得られる。
【００２５】
さらに、積層ずれを抑えるためにコストの高い基板製造プロセスを用いる必要が無いので、所望の差動特性を有するＢＳＣペア配線を、低コスト基板で製作できる。また、位置ずれ精度が緩くても構わないので、大きなサイズの基板を安価に製造できる。
【００２６】
なお、本実施の形態１では、基板表面に近い３つの層を用いた場合を示したが、これは表面に最も近い３層である必要はない。すなわち、図１に示した範囲では、使用しない層の導体を基板製造時に全て除去し、残った３層で構成したものであっても構わない。また、誘電体３０、４０をそれぞれ１層構成としているが、おのおのが複数の誘電体を積層したものであっても、構わない。
【００２７】
実施の形態２．
本実施の形態２では、ＧＮＤプレーンを１つ有する異幅ＢＳＣペアにおける線幅の設計について、具体的に説明する。図２は、本発明の実施の形態２における差動信号伝送用配線基板の積層位置関係を示した断面図である。基本的な構成は、先の実施の形態１における図１と同様であり、配線１１の幅がＷ１、配線１２の幅がＷ２として示されている。ただし、図２（ｂ）では、基板上から見た時に、狭幅配線１２の端が広幅配線１１の端からはみ出さない。
【００２８】
この場合に、積層位置ずれが生じた際の特性変化を抑えるための線幅設計について、次に説明する。積層時の位置ずれの最大値（公差）をＤｍａｘ（≧Ｄ）とする。ここで、配線１１の配線幅Ｗ１と配線１２の配線幅Ｗ２との差を、下式（１）を満たすように設計する。
Ｗ１−Ｗ２≧２×Ｄｍａｘ                                              （１）
【００２９】
これにより、配線横方向の積層ずれが最大Ｄｍａｘになったとしても、幅の狭い配線１２の端は、決して幅の広い配線１１の端より外側には出ない（図２（ｂ）参照）。すなわち、積層方向の上部から見たときに配線１２が配線１１の内部に収まることとなる。この結果、積層時の位置ずれがＤｍａｘ以内であれば、常に２本の配線１１、１２の対向面積を、一定に保つことができ、設計時の差動インピーダンスおよび特性インピーダンスの変動を小さくできる。
【００３０】
上式（１）からは、下式（２）の関係を得ることができる。
（Ｗ１−Ｗ２）−２×Ｄｍａｘ≧０                                      （２）
【００３１】
ここで、上式（２）の左辺の値が大きいほど、位置ずれによる特性変動は、より小さくなる。
【００３２】
以上のように、実施の形態２によれば、異幅ＢＳＣペアの２本の配線幅の差を、積層時に予想される最大の位置ずれ量の２倍以上となるように設計することにより（すなわち、上式（１）の関係を満たすことにより）、積層時の位置ずれによる差動インピーダンスおよび特性インピーダンスの変化を小さくすることができる。
【００３３】
さらに、上式（２）の左辺ができるだけ大きくなるように設計することで、配線の特性変化をさらに小さく抑えることができる。
【００３４】
この結果、積層ずれを抑えるためにコストの高い基板製造プロセスを用いる必要がないので、所望の差動特性を有するＢＳＣペア配線を、低コスト基板で製作できる。さらに、位置ずれ精度が緩くても構わないので、大きなサイズの基板を安価に製造できる。
【００３５】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３における差動信号伝送用配線基板の積層位置関係を示した断面図である。図３に示した断面図は、１対をなす差動信号用ペア配線１１、１２、１対のＧＮＤプレーン２１、２２、差動信号用ペア配線１１、１２間の誘電体３０、差動信号用ペア配線１１とＧＮＤプレーン２１との間に設けられた誘電体５１、および差動信号用ペア配線１２とＧＮＤプレーン２２との間に設けられた誘電体５２で構成される。
【００３６】
ここで、図３（ａ）は、基板製造時に位置ずれが発生せず、１対で構成される差動信号用ペア配線１１、１２の幅方向（図３における左右方向）のずれがない場合を示している。一方、図３（ｂ）は、基板製造時に位置ずれが発生し、１対で構成される差動信号用ペア配線１１、１２の幅方向のずれがある場合を示している。図中のＤは、差動信号用ペア配線１１、１２の幅方向の相対的な積層位置ずれ幅に相当するずれ量を示したものである。
【００３７】
先の実施の形態１における図１の差動信号伝送用配線基板の積層構造と比較すると、本実施の形態３における図３の差動信号伝送用配線基板の積層構造は、ＧＮＤプレーンが一対で構成されている点が異なっている。
【００３８】
また、差動信号用ペア配線１１、１２は、配線幅が異なる異幅ＢＳＣペア配線となっていて、差動インピーダンスが最適化されている。
【００３９】
また、幅の広い配線１１と隣接するＧＮＤプレーン２１との間の誘電体５１の厚み（図３（ｂ）における上下方向）を、幅の狭い配線１２と隣接するＧＮＤプレーン２２との間の誘電体５２の厚みよりも厚くすることで、差動信号用ペア配線１１、１２のそれぞれの特性インピーダンスも同じに設計できる。具体的には、幅の広い配線１１と幅の狭い配線１２との配線幅に応じて、誘電体５１の厚みを誘電体５２の厚みよりも厚くすることで、差動信号用ペア配線１１、１２のそれぞれの特性インピーダンスも同じに設計できる。
【００４０】
基板製造時に、配線方向に対して横方向に位置ずれＤが発生した場合を考える。この場合、同一の配線幅で構成された先の図５（ｂ）のＢＳＣペア配線では、ずれた分だけ配線同士の対向面積が減少する。この結果、設計時の想定に対して、ペア配線の特性変化が大きいこととなる。
【００４１】
これに対して、図３（ｂ）のように、一対のＧＮＤプレーン２１、２２を有する基板において、はじめから異幅ＢＳＣペアを用いれば、位置ずれが発生した場合にも、ペア配線の対向面積の減少が小さい。この結果、設計時からの差動インピーダンス変化を小さく抑えることが可能となる。
【００４２】
さらに、おのおのの配線の対ＧＮＤ対向面積の変化も、積層ずれに対して小さくできる。この結果、設計時からの特性インピーダンス変化も小さく抑えることが可能となる。
【００４３】
以上のように、実施の形態３によれば、一対のＧＮＤパターンを有する基板においても、ＢＳＣペア配線の幅を変えることにより、基板積層時の位置ずれによる差動インピーダンス変化を緩和する効果がある。さらに、広幅配線、狭幅配線の両方の中心線の座標を一致させることで、ずれの方向によらず、緩和効果が得られる。
【００４４】
さらに、積層ずれを抑えるためにコストの高い基板製造プロセスを用いる必要が無いので、所望の差動特性を有するＢＳＣペア配線を、低コスト基板で製作できる。また、位置ずれ精度が緩くても構わないので、大きなサイズの基板を安価に製造できる。
【００４５】
なお、本実施の形態３では、４つの連続した層を用いた場合を示したが、１対のＧＮＤプレーン層の間で使用しない層の導体を基板製造時に全て除去し、残った層で異幅ＢＣＳペア配線を構成したものであっても構わない。また、誘電体３０、４０をそれぞれ１層構成としているが、おのおのが複数の誘電体を積層したものであっても、構わない。
【００４６】
実施の形態４．
本実施の形態４では、ＧＮＤプレーンを２つ有する異幅ＢＳＣペアにおける線幅の設計について、具体的に説明する。図４は、本発明の実施の形態４における差動信号伝送用配線基板の積層位置関係を示した断面図である。基本的な構成は、先の実施の形態３における図３と同様であり、配線１１の幅がＷ１、配線１２の幅がＷ２として示されている。ただし、図４（ｂ）では、基板上から見た時に、狭幅配線１２の端が広幅配線１１の端からはみ出さない。
【００４７】
この場合に、積層位置ずれが生じた際の特性変化を抑えるための線幅設計について、次に説明する。積層時の位置ずれの最大値（公差）をＤｍａｘ（≧Ｄ）とする。ここで、配線１１の配線幅Ｗ１と配線１２の配線幅Ｗ２との差を、先の実施の形態２で示したものと同一の下式（１）を満たすように設計する。
Ｗ１−Ｗ２≧２×Ｄｍａｘ                                              （１）
【００４８】
これにより、配線横方向の積層ずれが最大Ｄｍａｘになったとしても、幅の狭い配線１２の端は、決して幅の広い配線１１の端より外側には出ない（図４（ｂ）参照）。すなわち、積層方向の上部から見たときに配線１２が配線１１の内部に収まることとなる。この結果、積層時の位置ずれがＤｍａｘ以内であれば、常に２本の配線１１、１２の対向面積を、一定に保つことができ、設計時の差動インピーダンスおよび特性インピーダンスの変動を小さくできる。
【００４９】
上式（１）からは、先の実施の形態２で示したものと同一の下式（２）の関係を得ることができる。
（Ｗ１−Ｗ２）−２×Ｄｍａｘ≧０                                      （２）
【００５０】
ここで、上式（２）の左辺の値が大きいほど、位置ずれによる特性変動はより小さくなる。
【００５１】
以上のように、実施の形態４によれば、異幅ＢＳＣペアの２本の配線幅の差を、積層時に予想される最大の位置ずれ量の２倍以上となるように設計することにより（すなわち、上式（１）の関係を満たすことにより）、積層時の位置ずれによる差動インピーダンスおよび特性インピーダンスの変化を小さくすることができる。
【００５２】
さらに、上式（２）の左辺ができるだけ大きくなるように設計することで、配線の特性変化をさらに小さく抑えることができる。
【００５３】
この結果、積層ずれを抑えるためにコストの高い基板製造プロセスを用いる必要が無いので、所望の差動特性を有するＢＳＣペア配線を、低コスト基板で製作できる。さらに、位置ずれ精度が緩くても構わないので、大きなサイズの基板を安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１における差動信号伝送用配線基板の積層位置関係を示した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２における差動信号伝送用配線基板の積層位置関係を示した断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３における差動信号伝送用配線基板の積層位置関係を示した断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４における差動信号伝送用配線基板の積層位置関係を示した断面図である。
【図５】従来方式において差動信号用ペア配線を縦に並べた際の積層位置関係を示した断面図である。
【図６】従来方式において差動信号用ペア配線のそれぞれの配線幅を異ならせて縦に並べた際の積層位置関係を示した断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  差動信号用ペア配線（第１の配線）、１２  差動信号用ペア配線（第２の配線）、２０  ＧＮＤプレーン、２１  ＧＮＤプレーン（第１のＧＮＤプレーン）、２２  ＧＮＤプレーン（第２のＧＮＤプレーン）、３０  誘電体、４０、４１、４２  基板表面誘電体、５０  誘電体、５１  誘電体（第１の誘電体）、５２  誘電体（第２の誘電体）。
【図１】
0004964090.tif 000002
【図２】
0004964090.tif 000003
【図３】
0004964090.tif 000004
【図４】
0004964090.tif 000005
【図５】
0004964090.tif 000006
【図６】
0004964090.tif 000007