(57)【要約】【課題】少数のクーポンと既知の実測データを有効に活用することによって、多種類の伝送線路のインピーダンス保証を可能にした。【解決手段】伝送線路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうち、伝送線路２１ａ，２２ａはそれぞれクーポン部３のクーポンのみによってインピーダンス保証が可能な伝送線路であり、残る各伝送線路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃはそれぞれクーポン部３に設けたクーポンと異なるインピーダンス決定因子を有する、インピーダンス保証を必要とする伝送線路である。【選択図】図１
2009152499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の信号層に対して、各層毎に、層の基準となる一つのインピーダンス保証クーポンを有するクーポン部と、
前記複数の信号層の少なくともいずれかに前記クーポン部に設けたクーポンと異なるインピーダンス決定因子を有する、インピーダンス保証を必要とする伝送線路を有する製品部とを具備し、
前記伝送線路について、該伝送線路の既知のインピーダンス決定因子と、前記クーポンの実測値とをもとに、インピーダンス保証を行うことを特徴とするプリント配線板。
【請求項２】
前記既知のインピーダンス決定因子は、前記製品部の製造段階で測定した線幅の実測値であることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
【請求項３】
前記既知のインピーダンス決定因子は、前記伝送線路に対応して前記クーポン部に設けられたダミー線路の線幅の実測値であることを特徴とする請求項２に記載のプリント配線板。
【請求項４】
前記ダミー線路は、線幅の測定が可能な最短長の導体パターンで構成されていることを特徴とする請求項３に記載のプリント配線板。
【請求項５】
製品部とクーポン部とを有する多層プリント配線板のインピーダンス保証方法であって、
前記クーポン部に、複数の信号層に対して、各層毎に、層の基準となる一つのインピーダンス保証クーポンを設け、
前記製品部に、前記複数の信号層の少なくともいずれかに前記クーポン部に設けたクーポンと異なるインピーダンス決定因子を有する、インピーダンス保証を必要とする伝送線路を設けて、
前記伝送線路の既知のインピーダンス決定因子と、前記クーポンの実測値とをもとに、前記伝送線路のインピーダンス保証を行うことを特徴とするプリント配線板のインピーダンス保証方法。
【請求項６】
前記クーポン部に、前記伝送線路の線種に対応したダミー線路を設け、前記プリント配線板の製造段階で前記ダミー線路の線幅を測定し、この線幅の実測値を前記既知のインピーダンス決定因子とすることを特徴とする請求項５に記載のプリント配線板のインピーダンス保証方法。
【請求項７】
前記ダミー線路は、線幅の測定が可能な最短長の導体パターンで構成されていることを特徴とする請求項６に記載のプリント配線板のインピーダンス保証方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス保証を必要とする伝送線路を具備したプリント配線板、および同プリント配線板におけるインピーダンス保証方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は、素子間伝送の高速化が進み、その伝送の安定性を保つために、インピーダンスコントロール技術が重要なファクターとなっている。
【０００３】
高周波信号の伝送回路においてインピーダンス（高周波インピーダンス）をコントロールすることによって、回路上にて最大エネルギーで信号伝搬を行うことが可能となる。
【０００４】
上記電子機器では、プリント配線板上に高周波信号を扱う回路素子が実装されるため、プリント配線板状のインピーダンスコントロールが必須である。
【０００５】
プリント配線板における伝送線路のインピーダンスコントロールは、伝送線路の幅と厚み、コア（プリプレグ等の基材）の誘電率および厚み等の各種パラメータにより決定される。
【０００６】
このインピーダンスコントロールは、伝送線路の特性から、シングルエンドインピーダンス（以降Ｚ０と称す）と、差動インピーダンス（以降Ｚｄｉｆｆと称す）に大別される。
【０００７】
このようなインピーダンスコントロールを行うプリント配線板（インピーダンス基板）は、部品実装により回路板として製品に組み込まれる製品部と、この製品部の伝送線路について、保証すべきインピーダンスが規定値内にあることを測定により確認するためのクーポン部とにより構成されている。
【０００８】
多層プリント配線板においては、表層配線部分と内層配線部分とを有し、表層側の信号層と内層側の信号層とにそれぞれ高速信号伝送を行う配線パターン（高速信号伝送線路）が設けられる。多層プリント配線板は、通常、内層に、信号層を介在して、電源層とグランド（ＧＮＤ）層（プレーン）が設けられる。多層プリント配線板の製品部には、高周波帯の高速信号を扱う複数の回路素子が実装されるとともに、これら回路素子の伝送線路（高速信号伝送線路）が各信号層に形成される。この伝送線路は、回路単位でインピーダンス値が規定されている。具体例を挙げると［Ｚ０＝５５Ω±１０％］のように、インピーダンスのセンター値と許容値が規定されている。
【０００９】
プリント配線板の出荷時、若しくは部品実装ラインへの投入前において、プリント配線板に設けられたクーポン部に設けられた実測用クーポンを用い、実際にインピーダンス値を測定して、前述のインピーダンスが許容値内であることを確認している。
【００１０】
このクーポンについて、従来では、インピーダンス保証の対象となる表層、内層を含めたすべての伝送線路を対象に線種毎に実測用クーポンをクーポン部に用意していた。例えば製品部に、Ｚ０表層配線、Ｚ０内層配線、Ｚｄｉｆｆ表層配線、Ｚｄｉｆｆ内層配線（２種）が存在するとき、クーポン部に、Ｚ０表層配線、Ｚ０内層配線、Ｚｄｉｆｆ表層配線、Ｚｄｉｆｆ内層配線（２種）の各検査用クーポンを用意していた。この各クーポンをそれぞれ実測することで上記各電送線路に対してのインピーダンス保証の検査（測定）を行っていた。従ってこの多数のクーポンによるインピーダンス測定には多く時間と労力を要していた。
【００１１】
この種、クーポン領域を備えたプリント配線板において、従来では、クーポン部となるインピーダンス測定領域に、製品部の配線に対し、発生しうるインピーダンスの上限値測定用回路と下限値測定用回路とを備えたクーポン技術が存在した（特許文献１）。また、測定用信号線の両側に非接地のダミーパターンを平行に形成することによって、製品部とテストクーポン部の整合性を高めるクーポン技術が存在した（特許文献２）。
【００１２】
しかしながら、上記した従来のクーポン技術は、製品部で扱う、インピーダンス保証を必要とする線種が１乃至２種程度の少数である場合は有効な手段となり得るが、インピーダンス保証を必要とする線種が増加すると、この線種の増加に伴って基板全体に占めるクーポン領域の面積比が著しく増大し、製品コスト並びに生産性に多大な影響を及ぼすという問題が生じる。
【特許文献１】特開２００２−３５９４５１号公報
【特許文献２】特開２００５−１９７５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、従来のクーポン技術は、製品部のインピーダンス保証を行う線種毎に、一種または複数のクーポンを必要とすることから、製品部に対してクーポン部の占める基板上の面積が著しく増大し、製品コスト並びに生産性に多大な影響を及ぼすという問題があった。
【００１４】
本発明は、少数のクーポンと既知の実測データを有効に活用することによって、多種類の伝送線路のインピーダンス保証を可能にし、これにより製品部に対してクーポン部の占める基板上の面積比を低減化して、多種多用な高周波回路を実装可能にしたプリント配線板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、複数の信号層に対して、各層毎に、層の基準となる一つのインピーダンス保証クーポンを有するクーポン部と、前記複数の信号層の少なくともいずれかに前記クーポン部に設けたクーポンと異なるインピーダンス決定因子を有する、インピーダンス保証を必要とする伝送線路を有する製品部とを具備し、前記伝送線路について、該伝送線路の既知のインピーダンス決定因子と、前記クーポンの実測値とをもとに、インピーダンス保証を行うことを特徴とするプリント配線板を提供する。
【００１６】
また、本発明は、製品部とクーポン部とを有する多層プリント配線板のインピーダンス保証方法であって、前記クーポン部に、複数の信号層に対して、各層毎に、層の基準となる一つのインピーダンス保証クーポンを設け、前記製品部に、前記複数の信号層の少なくともいずれかに前記クーポン部に設けたクーポンと異なるインピーダンス決定因子を有する、インピーダンス保証を必要とする伝送線路を設けて、前記伝送線路の既知のインピーダンス決定因子と、前記クーポンの実測値とをもとに、前記伝送線路のインピーダンス保証を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、少数のクーポンと既知の実測データを有効に活用して多種類の伝送線路のインピーダンス保証を可能にし、これにより製品部に対してクーポン部の占める基板上の面積比を低減化して、多種多用な高周波回路を実装可能した経済的に有利な構成のプリント配線板を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、実際の適用では多層プリント配線板の全信号層を対象にインピーダンス保証を行うが、ここでは説明を簡素にするため、表層を含む２層の信号層を対象にインピーダンス保証を行う構成を例に示している。
【００１９】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板１は、部品実装により回路板として製品に組み込まれる製品部２と、この製品部２の伝送線路について、保証すべきインピーダンスが規定値内にあることを測定により確認するためのクーポン部３とにより構成されている。
【００２０】
製品部２には、複数の層に、それぞれインピーダンス保証を必要とする伝送線路が設けられている。図１に示す例では
インピーダンス保証を必要とする伝送線路として、表層側の信号層に、実線で示す３種の伝送線路２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設けられ、内層側の信号層に、波線で示す３種の伝送線路２２ａ，２２ｂ，２２ｃが設けられている。この各伝送線路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうち、伝送線路２１ａ，２２ａはそれぞれクーポン部３のクーポンのみによってインピーダンス保証が可能な伝送線路であり、残る各伝送線路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃはそれぞれクーポン部３に設けたクーポンと異なるインピーダンス決定因子を有する、インピーダンス保証を必要とする伝送線路である。このクーポンと異なるインピーダンス決定因子を有する、インピーダンス保証を必要とする伝送線路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃを異種伝送線路と呼称する。
【００２１】
クーポン部３には、上記した表層側の信号層と内層側の信号層に、それぞれ、層の基準となる一つのインピーダンス保証クーポンが設けられている。さらに、クーポン部３には、クーポン部３に設けたクーポンと異なるインピーダンス決定因子を有する、インピーダンス保証を必要とする伝送線路の各線種に対応したダミー線路（線幅測定用パターン）が設けられている。図１に示す例では層の基準となる一つのインピーダンス保証クーポンとして、製品部２の伝送線路２１ａに対応したインピーダンス保証クーポン３１ａと、製品部２の伝送線路２２ａに対応したインピーダンス保証クーポン３２ａが設けられている。インピーダンス保証クーポン３１ａ，３２ａにはそれぞれプローブ接続のための測定用端子（Ｔ）が設けられている。さらに製品部２の異種伝送線路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃに対応したダミー線路３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃが設けられている。このダミー線路３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃは、例えばＡＯＩ（Automated Optical Inspection）による線幅の測定が可能な（線長方向が認識可能な）最短長（例えば１０mm程度）の導体パターンで構成されている。
【００２２】
製品部２に設けられた伝送線路２１ａとクーポン部３に設けられたインピーダンス保証クーポン３１ａとはインピーダンス決定因子となるパラメータが線幅の寸法を含め同等である。同様に伝送線路２２ａとインピーダンス保証クーポン３２ａとはインピーダンス決定因子となるパラメータが線幅の寸法を含め同等である。従って、インピーダンス保証クーポン３１ａを実測することにより伝送線路２１ａのインピーダンス保証が可能となり、インピーダンス保証クーポン３２ａを実測することにより伝送線路２２ａのインピーダンス保証が可能となる。
【００２３】
製品部２に設けられた異種伝送線路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃと、クーポン部３に設けられたダミー線路３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃとは、それぞれ線幅が同一寸法である。この例では、異種伝送線路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃがそれぞれ差動信号を伝送する平行２線の伝送線路で構成されることから、ダミー線路３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃも同一間隔の平行２線の伝送線路で構成される。
【００２４】
製品部２に設けられた伝送線路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうち、異種伝送線路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃについては、クーポン部３にインピーダンス保証のためのクーポンが設けられていない。この異種伝送線路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃについては、クーポン部３に設けられたクーポンの実測値と、ダミー線路の線幅の実測値とをもとにインピーダンス保証を行う。異種伝送線路２１ｂ（２１ｃ）については、インピーダンス保証クーポン３１ａの実測値と、異種伝送線路２１ｂ（２１ｃ）に対応するダミー線路３１ｂ（３１ｃ）の線幅実測値とをもとにインピーダンス保証を行う。異種伝送線路２２ｂ（２２ｃ）については、インピーダンス保証クーポン３２ａの実測値と、異種伝送線路２２ｂ（２２ｃ）に対応するダミー線路３２ｂ（３２ｃ）の線幅実測値とをもとにインピーダンス保証を行う。
【００２５】
このように、インピーダンス測定は各層毎に１回行うだけで、残る伝送線路（異種伝送線路）のインピーダンス保証は上記インピーダンス測定の実測結果と、製造工程で測定した配線幅のみで実施する。
【００２６】
ここで、図２乃至図４を参照してインピーダンスの構成要素について説明する。なお、この説明においてもシングルエンドインピーダンスをＺ０、差動インピーダンスをＺｄｉｆｆで表している。
【００２７】
図２は多層プリント配線板における積層構造の一例を示したもので、積層された絶縁層５，６，７により、第１層（Ｌ１）〜第４層（Ｌ４）の導体層が形成されている。第１層（Ｌ１）となる表層と、第３層（Ｌ３）となる内層が、それぞれ信号層を形成している。第２層（Ｌ２）と第４層（Ｌ４）が電源若しくはグランド（ＧＮＤ）のプレーンを形成している。絶縁層５，６，７の誘電率（εｒ）は使用する絶縁材料により決まる。
【００２８】
図３は表層のインピーダンス構成要素を示し、図４は内層のインピーダンス構成要素を示している。
【００２９】
図３において、電源／ＧＮＤ層（Ｌ２）の上に、比誘電率εｒ＿１をもった絶縁層５が厚みｔ（εｒ１）で積層される。
【００３０】
厚みＰｔをもつシングルエンド表層信号パターン２１（ｉ）は、指定されたインピーダンスを実現するために、線幅Ｗ（１）で敷設される。同様に、厚みＰｔをもつ差動信号パターン２１（ｊ），２１（ｋ）は、指定された差動インピーダンスを実現するために、線幅Ｗ（２），Ｗ（３）で、かつ一定の間隔Ｓを保持した状態で平行に敷設される。
【００３１】
シングルエンドインピーダンス（Ｚ０）は以下に挙げる関係をもつ。
【００３２】
Ｚ０＝ｆｘ（εｒ＿１、絶縁層厚みｔ（εｒ１）、線幅Ｗ（１）、配線厚みＰｔ）
差動インピーダンス（Ｚｄｉｆｆ）は以下に挙げる関係をもつ。
【００３３】
Ｚｄｉｆｆ＝ｆｘ（εｒ＿１、絶縁層厚みｔ（εｒ１）、線幅Ｗ（２），Ｗ（３）、配線間隔Ｓ、配線厚みＰｔ）
図４に示す内層配線のケースでは、絶縁層７上の導体層（Ｌ３）に、シングルエンド表層信号パターン２２（ｉ）と、差動信号パターン２２（ｊ），２２（ｋ）が形成され、この各信号パターン２２（ｉ），２２（ｊ），２２（ｋ）の上に、ある比誘電率εｒ＿２をもった、絶縁層厚みｔ（εｒ２）の絶縁層６が積層され、さらに、その上には、電源／ＧＮＤ層（Ｌ２）が存在するため、関係式は以下のとおりになる。
【００３４】
Ｚ０＝ｆｘ（εｒ＿１、絶縁層厚みｔ（εｒ１）、εｒ＿２、絶縁層厚みｔ（εｒ２）、線幅Ｗ（１）、配線厚みＰｔ）
Ｚｄｉｆｆ＝ｆｘ（εｒ＿１、絶縁層厚みｔ（εｒ１）、εｒ＿２、絶縁層厚みｔ（εｒ２）、線幅Ｗ（２），Ｗ（３）、配線間隔Ｓ、配線厚みＰｔ）
本発明は上記関係式に着目し、パラメータを材料ベースで決定しているものと、製造時に決定されるものに分け、製造時に決定されるパラメータは製造工程内でＡＯＩなどを使用し、自動計測することにより、インピーダンス保証を、クーポンなしで実現するものである。また、その測定誤差を是正し、基準となる実測インピーダンスを測定するために、インピーダンス測定クーポンを各層毎に１ポイントのみ用意し、実測する。
【００３５】
この実測では、測定しきれない項目（絶縁層厚みは非破壊での測定が難しい）の逆算にも用いられる。つまり、
Ｚ０＝ｆｘ（εｒ＿１、絶縁層厚みｔ（εｒ１）、εｒ＿２、絶縁層厚みｔ（εｒ２）、線幅Ｗ（１）、配線厚みＰｔ）
上式にて、絶縁層厚みｔ（εｒ２）が決まっていない場合、Ｚ０の実測値が明らかになれば、逆関数で絶縁層厚みｔ（εｒ２）を決めることができる。このようにして得たパラメータと実測パラメータとにより、図１に示す、クーポンをもたない異種伝送線路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃについてインピーダンス保証を行うことが可能となる。
【００３６】
図５はこのインピーダンス保証を可能にするプリント配線板の製造工程を示すフローチャートである。多層プリント配線板の製造工程においては、内層パターンを形成するごとに、この内層パターンについて、ＡＯＩなどを使用して予め定められた製造規格に従うパラメータ測定が行われる（ステップＳ１，Ｓ２）。この工程（Ｓ２）で、ダミー線路３２ｂ，３２ｃの線幅が測定される。
【００３７】
所定数の積層工程を経て（ステップＳ１３〜Ｓ３）、表層パターンが形成され（ステップＳ４）、この表層パターンについて上記同様の測定が行われる（ステップＳ５）。この工程（Ｓ５）で、ダミー線路３１ｂ，３１ｃの線幅が測定される。
【００３８】
上記各工程を経た後、クーポン部３のインピーダンス保証クーポン３１ａ，３２ａを用いてインピーダンス測定が行われ、パラメータ実測値が取得される（ステップＳ６）。さらに、このパラメータ実測値と、上記線幅実測値とを用いて、上記した異種伝送線路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃについて、インピーダンス保証の処理（計算）が行われる。
【００３９】
上記したインピーダンス保証手段により、多層プリント配線板１におけるクーポン部３の占有面積（クーポンエリア）を縮小化でき、製品部２の低コスト化が図れるとともに、多種多様な高速信号伝送線路に対してのインピーダンス保証が可能となる。さらに差動インピーダンスの実測が不要であるため、インピーダンス測定の簡素化が図れる。
【００４０】
なお、上記した実施形態では、異種伝送線路すべてのダミー線路（線幅測定用パターン）をクーポン部３に設けた構成を例示したが、例えば内層の異種伝送線路に対応するダミー線路のみをクーポン部３に設け、表層に設けられた異種伝送線路については、同線路の線幅を測定することにより、クーポン部３をさらに簡素化することができる。また、上記実施形態で示した多層プリント配線板の構成は本発明の実施形態を容易に理解できるよう、簡略して要部の構成要素を示したもので、実施の段階では本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係るプリント配線板の構成を示す図。
【図２】上記実施形態に係るプリント配線板の積層例を示す図。
【図３】上記実施形態に係るプリント配線板のインピーダンス構成要素を示す図。
【図４】上記実施形態に係るプリント配線板のインピーダンス構成要素を示す図。
【図５】上記実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４２】
１…多層プリント配線板、２…製品部、３…クーポン部、５，６，７…絶縁層、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…伝送線路、３１ａ，３２ａ…インピーダンス保証クーポン、３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃ…ダミー線路。
【図１】
2009152499.tif 000003
【図２】
2009152499.tif 000004
【図３】
2009152499.tif 000005
【図４】
2009152499.tif 000006
【図５】
2009152499.tif 000007