JP2016051718A - 多層配線基板 - Google Patents
多層配線基板 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016051718A JP2016051718A JP2014174167A JP2014174167A JP2016051718A JP 2016051718 A JP2016051718 A JP 2016051718A JP 2014174167 A JP2014174167 A JP 2014174167A JP 2014174167 A JP2014174167 A JP 2014174167A JP 2016051718 A JP2016051718 A JP 2016051718A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- wiring board
- multilayer wiring
- signal lines
- differential transmission
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 63
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000003475 lamination Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 5
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 2
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
- H05K1/0237—High frequency adaptations
- H05K1/0245—Lay-out of balanced signal pairs, e.g. differential lines or twisted lines
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
- H05K1/0237—High frequency adaptations
- H05K1/025—Impedance arrangements, e.g. impedance matching, reduction of parasitic impedance
- H05K1/0251—Impedance arrangements, e.g. impedance matching, reduction of parasitic impedance related to vias or transitions between vias and transmission lines
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0296—Conductive pattern lay-out details not covered by sub groups H05K1/02 - H05K1/0295
- H05K1/0298—Multilayer circuits
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
- Structure Of Printed Boards (AREA)
Abstract
【課題】高周波信号の伝送を行うにあたって、簡単で安価な構成で、信号の減衰特性の改善を効果的に図る。【解決手段】多層配線基板(1)は、複数層が積層された絶縁層(3)の表面部に、電子部品(11)が実装されるランド(6)を備えると共に、前記絶縁層(3)の表面部又は内部に、前記ランド(6)から受信側に向けて延びる2本ペアの信号線(2a,2a)からなる信号伝送用の差動伝送線路(2)を備えるものであって、前記差動伝送線路(2)の各信号線(2a,2a)には、前記絶縁層(3)の積層方向に延び、該信号線(2a,2a)の幅寸法と同等の幅寸法を有し、一端が該信号線(2a,2a)に接続され且つ他端が開放されている開放スタブ(7)が夫々設けられている。【選択図】図1
Description
本発明は、複数が積層された絶縁層の表面部に電子部品が実装されるランドを備えると共に、前記絶縁層の表面部又は内部に信号伝送用の差動伝送線路を備える多層配線基板に関する。
例えばCPUを含んだ情報機器等に用いられる多層配線基板は、複数の絶縁層を積層して備えると共に、各絶縁層の上面(下面)に配線パターンを設け、層間の配線パターンをビアにより接続して構成されている(例えば特許文献1参照)。この場合、多層配線基板上に実装された半導体チップ間、例えばCPUとメモリとの間、或いはCPUとそれに接続される他の機器との間で、前記配線パターンによりデータ伝送が行われる。
ここで、近年では、大規模集積回路(LSI)の飛躍的な動作速度の向上や、取扱われるデータの伝送レートの高速化等が図られてきている。特に、ビッグデータ処理等に使用されるエンタープライズサーバや、エンタープライズルータのマザーボードの信号伝送レートは、28Gbps(クロック周波数14GHz)が規定されている。
ところが、信号線(配線パターン)を流れるギガヘルツレベルの高周波信号は、周波数が高いほど指数関数的に減衰が起こることが知られている。ある長さの信号線の特性を、S21パラメータの図で示すと、例えば図9に実線で示すようになる。いわゆるアイ・パターンが開いてレシーバが信号として苦労なく拾える減衰値は、一般に、−7dBとされており、クロック周波数としてf1が信号伝達周波数の限界となる。所望の信号伝達周波数をf2とするならば、ドライバやレシーバの回路的工夫によりイコライゼーションを行い、図9に点線で示すように改善する必要がある。半導体チップ内の回路によりイコライゼーションを行う(これをアクティブイコライゼーションという)場合、その回路は、クロックより更なる高速性能を付与しなければならないだけでなく、複雑で大電流を消費するものとなる。
これに対し、基板の信号線に付加的な工夫をすることで、イコライゼーションを行う(これをパッシブイコライゼーションという)方法も存在する。具体的には、信号線に、小さな容量をドライバの直後或いはレシーバの直前に位置して付加したり、インダクタと容量との双方を付ける、更には、インダクタ、容量、抵抗の三者からなる回路を付加したりすること等が行われる。
ところが、そのようなパッシブイコライゼーションも、周波数が5GHzレベルでの工夫に過ぎなかった。例えば10Gbps〜30Gbpsの高周波信号においては、電極やはんだ接続形状など、微妙な構造変化によってS21パラメータは大きく劣化し、LCRの付加的な追加では、その追加構造が悪影響を及ぼすことがある。そのため、上記のようなパッシブイコライゼーションによる特性の改善は困難性を伴うものであった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、高周波信号の伝送を行うにあたって、簡単で安価な構成で、信号の減衰特性の改善を効果的に図ることができる多層配線基板を提供することにある。
配線基板内の高周波信号の信号伝送には、一般に、ノイズに強く、高速化に対応が可能な差動伝送線路が用いられる。本発明者らは、上記目的を達成するために、種々の研究を重ね、高速伝送系では、差動伝送線路の各信号線に、他端側が接続されていない開放スタブを設けることにより、開放スタブが容量と同じ働きをすることに着目した。そして、小さな開放スタブであっても、差動伝送線路においてイコライザとして適切なプリエンファシス波形を得ることができるとの知見を得るに至り、本発明を成し遂げたのである。
本発明の多層配線基板(1,21,31)は、複数層が積層された絶縁層(3)の表面部に、電子部品(11)が実装されるランド(6)を備えると共に、前記絶縁層(3)の表面部又は内部に、前記ランド(6)から受信側に向けて延びる2本ペアの信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)からなる信号伝送用の差動伝送線路(2,22,32)を備えるものであって、前記差動伝送線路(2,22,32)の各信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)には、前記絶縁層(3)の積層方向に延び、該信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)の幅寸法と同等の幅寸法を有し、一端が該信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)に接続され且つ他端が開放されている開放スタブ(7,33)が夫々設けられているところに特徴を有する(請求項1の発明)。
本発明においては、実装された電子部品からの送信信号が、ランド(6)から2本ペアの信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)からなる信号伝送用の差動伝送線路(2,22,32)を通って受信側に伝送される。この場合、差動伝送線路(2,22,32)の各信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)に開放スタブ(7,33)が設けられていることにより、開放スタブ(7,33)が容量と同じ働きをする。
これにより、開放スタブ(7,33)のチャージの時間だけ信号波形の立ち上がりの時間に遅れが出るようになり、プリエンファシス波形が得られることにより、減衰特性の改善を図ることができる。そしてこのとき、開放スタブ(7,33)を信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)の幅寸法と同等の幅寸法で形成したことにより、十分な電荷エネルギが開放スタブ(7,33)に流れ込むようになり、また、開放スタブ(7,33)の設置面積を徒に大きくせずに済ませることができる。この結果、本発明によれば、高周波信号の伝送を行うにあたって、簡単で安価な構成で、信号の減衰特性の改善を効果的に図ることができるという優れた効果を奏する。
また、本発明の多層配線基板(41)は、複数層が積層された絶縁層(3)の表面部に、電子部品(11)が実装されるランド(6)を備えると共に、前記絶縁層(3)の表面部又は内部に、前記ランド(6)から受信側に向けて延びる2本ペアの信号線(42a,42a)からなる信号伝送用の差動伝送線路(42)を備えるものであって、前記差動伝送線路(42)の各信号線(42a,42a)には、前記絶縁層(3)の平面方向に延び、前記各信号線(42a,42a)の幅方向に広がるスタブ(43,43)が設けられているところに特徴を有する(請求項7の発明)。
本発明者の研究によれば、信号線(42a,42a)から絶縁層の厚み(積層)方向に延びる開放スタブでなくとも、絶縁層(3)の平面方向に延び、各信号線(42a,42a)の幅方向に広がるスタブ(43,43)を設けた場合でも、同様の作用・効果が得られることが確認されている。従って、この請求項7の発明によっても、高周波信号の伝送を行うにあたって、簡単で安価な構成で、信号の減衰特性の改善を効果的に図ることができるものである。
(1)第1の実施形態
以下、本発明の第1の実施形態について図1から図5を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る多層配線基板1の縦断面構成を概略的に(簡略化して)示している。また、図2は、多層配線基板1に設けられる、例えば10Gbps〜30Gbpsの高速で信号伝送を行う差動伝送線路2部分を示す平面図である。
以下、本発明の第1の実施形態について図1から図5を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る多層配線基板1の縦断面構成を概略的に(簡略化して)示している。また、図2は、多層配線基板1に設けられる、例えば10Gbps〜30Gbpsの高速で信号伝送を行う差動伝送線路2部分を示す平面図である。
図1に示すように、多層配線基板1は、例えば熱可塑性樹脂材料からなる複数層が積層された絶縁層3を有している。前記各絶縁層3の表面には、例えば銅箔等からなる表面導体パターン4が設けられている。後述するように、この表面導体パターン4には、前記差動伝送線路2が含まれる。また、多層配線基板1には、絶縁層3間の表面導体パターン4を上下に電気的に接続する層間接続部(ビア)5が設けられている。尚、図1では、便宜上、絶縁層3を3層のみに簡略化して図示しているが、実際には、この絶縁層3の層数としては例えば十数層〜数十層の多層に構成されている。
また、多層配線基板1の表面部(上面部)には、例えばCPU等の電子部品11が実装される多数個のランド6(1個のみ図示)が設けられている。電子部品11は、例えばBGA(Ball Grid Array )型の部品からなり、矩形状のパッケージの実装面(下面)に、ボール形の多数個のはんだバンプ12(1個のみ図示)をグリッド状に有して構成されている。電子部品11は、各はんだバンプ12が前記各ランド6にはんだ接合されることにより、多層配線基板1上に実装される。
さて、本実施形態では、多層配線基板1の表面部に、図2にも示すように、2本ペアの信号線2a,2aからなる差動伝送線路2が設けられている。この差動伝送線路2(信号線2a,2a)は、図で左側の基端部(信号送信端部)が前記ランド6に接続されている。このランド6が、前記電子部品11の信号伝送(送信)を行う出力端子に接続される。また、差動伝送線路2(各信号線2a,2a)は、図で右方に平行に延び、図示はしないが、先端部(受信側の端部)は、他の電子部品(例えば外部との通信を行う光通信トランスポンダ)に接続されている。
そして、図1、図2に示すように、差動伝送線路2の各信号線2a,2aには、一端(上端)が該信号線2a,2aに接続され且つ他端(下端)が開放されている開放スタブ7が設けられている。本実施形態では、開放スタブ7は、各信号線2a,2aの信号送信端部となるランド6の近傍に位置して、2個ずつが信号線2a,2aの延びる方向に関して対応する位置に並行に並んで設けられている。各開放スタブ7は、信号線2aの幅寸法と同等の幅寸法を有する円柱状をなし、絶縁層3の積層方向(深さ方向)に延びて設けられている。
尚、このとき、開放スタブ7は、信号線2a,2aの信号の送信端部となるランド6のできるだけ近傍に設けることが望ましく、該ランド6から、差動伝送線路2全体の長さの1%以下の長さの範囲内に位置して設けることができる。特に、ランド6の真下に位置して設けることができる。また、差動伝送線路2の長さは、例えば300mmとされる。さらに、各信号線2a,2aの幅寸法(即ち、開放スタブ7の直径寸法)は、例えば100μmとされている。開放スタブ7の深さ方向の寸法は、例えば200μmとされている。
次に、上記構成の多層配線基板1を製造するための製造方法について、図3も参照しながら簡単に述べる。多層配線基板1を製造するにあたっては、まず、基材14を形成する基材形成工程が実行される。この基材14は、図3(e)に示すように、前記多層配線基板1の各絶縁層3を構成する結晶転移型の熱可塑性樹脂からなるシート(フィルム)15に、表面導体パターン4(ランド6を含む)を形成すると共に、シート15の要所に形成されたビアホール15a(図3(c)参照)内に導電ペースト16を充填して構成される。前記ビアホール15a内の導電ペースト16が、後に層間接続部5及び開放スタブ7になる。
前記シート15は、例えばポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂35〜65重量%と、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂35〜65重量%とを含んだ材料からなり(商品名「PAL−CLAD」)、厚みが例えば50μm〜100μmの、多層配線基板1の大きさ(形状)に対応した矩形状をなしている。この樹脂材料は、例えば200℃付近では軟質となるが、それより低い温度でも高い温度でも硬質となる(さらに高い温度(約400℃)では溶解する)性状を呈し、また、高温から温度低下する際には、200℃付近でも硬質を保つものとなっている。
図3は、この基材14を製作する手順を示している。まず、図3(a)に示すように、シート15の表面(上面)に貼付けられた導体箔この場合例えば厚さ18ミクロンの銅箔17に対して、エッチングにより表面導体パターン4(ランド6を含む)を形成する工程が実行される。図3(b)に示すように、この表面導体パターン4の形成後、シート15の裏面(下面)には、例えばポリエチレンナフタレート(PEN)製の保護フィルム18が貼付される。
次いで、図3(c)に示すように、例えば保護フィルム18側からのレーザ照射(或いはドリル等の機械加工)により、シート15の要所(層間接続部5及び開放スタブ7を構成する部分)に、表面導体パターン4を底面とする有底のビアホール15aを形成する工程が実行される。この場合、炭酸ガスレーザの出力及び照射時間の調整により、表面導体パターン4に穴が開かないようにしている。また、開放スタブ7に対応したビアホール15aは、差動伝送線路2の信号線2aの幅と同等の直径寸法となるように形成される。
引続き、図3(d)に示すように、前記ビアホール15a内に、導電ペースト16を充填する工程が実行される。この導電ペースト16は、例えば、銀及びスズの金属粒子に、バインダ樹脂や有機溶剤を加えて混練してペースト状としたものであり、例えばメタルマスクを用いたスクリーン印刷によりビアホール15a内に印刷充填される。導電ペースト16の充填後、図3(e)に示すように、シート15から保護フィルム18が剥がされ、基材14が完成する。
上記のようにして多層配線基板1の各層を構成するための基材14が形成されると、次に、それら複数枚の基材14を、多層配線基板1の最終形態に応じた形態に上下に積層する積層工程が実行される。このとき、詳しく図示はしないが、形成したい開放スタブ7の長さ(深さ)寸法が、1層分の絶縁層3の厚みよりも大きい場合には、複数層(複数枚の基材14)に渡って上下に連続するように、ビアホール15aが形成され、それら各ビアホールに導電ペースト16が充填されている。尚、図示はしないが、この積層の際には、図1で最上層を構成する基材14の上面側には、例えばポリエチレンナフタレート(PEN)製のフィルムからなるカバーレイヤが配置される。
次いで、上記した積層物を一括して熱プレスする工程が実行される。この熱プレス工程では、上記積層物が真空加圧プレス機にセットされ、例えば200〜350℃に加熱されながら、0.1〜10Mpaの圧力で上下方向に加圧される。この熱プレスの工程により、上記各基材14を構成するシート15が熱により一旦軟化した状態で加圧されることによって相互に融着し、その後結晶化(硬化)して一体化するようになる。また、これと共に、ビアホール15a内の導電ペースト16が硬化して層間接続部5及び開放スタブ7が形成されるようになる。この熱プレス工程後、前記カバーレイヤは取外される。
この後、図示はしないが、多層配線基板1の表面部の必要な部分(ランド6を除く部分)を覆うレジスト膜が形成される。これにて、図1に示すように、複数の絶縁層3の表面部に、ランド6及び差動伝送線路2を含む表面導体パターン4を備えると共に、内部に層間接続部5及び開放スタブ7を備える多層配線基板1が構成される。更にこの後、多層配線基板1の表面部に対し、例えば高機能CPUや光通信トランスポンダ、大容量メモリ等の電子部品11の実装の工程(リフロー工程)が実行される。
上記構成の多層配線基板1においては、電子部品11からの送信信号が、ランド6から2本ペアの信号線2a,2aからなる信号伝送用の差動伝送線路2を通って受信側に伝送される。この場合、差動伝送線路2の各信号線2a,2aに開放スタブ7が設けられていることにより、開放スタブ7が容量と同じ働きをする。これにより、開放スタブ7のチャージの時間だけ信号波形の立ち上がりの時間に遅れが出るようになり、プリエンファシス波形が得られることにより、減衰特性の改善を図ることができる。
ここで、上記開放スタブ7の機能について検討する。28Gbpsレベルのパッシブイコライザに要求される容量を計算する。図4に示すように、パルスの立ち上がりの時間と電流によりドライバ直後の容量にチャージされる電荷の影響を想定すればよい。
開放端IOシステムで考えると、送信信号は1/2Vddであり、Vddを仮に1V、信号振幅電圧を0.5Vとすると、Ron=Z0 でなければならず、Z0 =100Ωのため、電流iは、
i=Vdd/(Ron+Z0 )=5mAとなる。
i=Vdd/(Ron+Z0 )=5mAとなる。
立下りのときは逆方向の電流となり、放電される。これは従属的な原理であり、以下、立ち上がり状態での説明を中心に行う。
図4のBは信号電圧の時間軸表示で、上図(a)が理想状態、下図(b)が実用的状態で、トランジスタ特性と電源供給状態で異なる非線形の波形となる。ここでは一つの典型的例を示している。しかし理想的な状態で論理説明を行うことにする。立ち上がり時間trの間、Aのようにtr時間電流が流れる。28Gbpsの信号では14GHzのクロック周波数であり、一般に、
tr=0.35/(14×109 )=25ps
となるため、この1回の立ち上がりのための電化量Qと、Vddを配慮した容量Cは、
Q=i×tr=125×10-15 C
C=(0.125×10-15 )/Vdd=0.125pFとなる。
図4のBは信号電圧の時間軸表示で、上図(a)が理想状態、下図(b)が実用的状態で、トランジスタ特性と電源供給状態で異なる非線形の波形となる。ここでは一つの典型的例を示している。しかし理想的な状態で論理説明を行うことにする。立ち上がり時間trの間、Aのようにtr時間電流が流れる。28Gbpsの信号では14GHzのクロック周波数であり、一般に、
tr=0.35/(14×109 )=25ps
となるため、この1回の立ち上がりのための電化量Qと、Vddを配慮した容量Cは、
Q=i×tr=125×10-15 C
C=(0.125×10-15 )/Vdd=0.125pFとなる。
図4(b)の実用的波形が信号線を進行するにつれどんどんなまり、trがどんどん大きくなって、クロックの半周期の時間に達し、さらに大きくなった時から、振幅がどんどん下がり、波形としての用を成さないことになる。そのため、イコライザの一般論としてプリエンファシス波形が適切であると言われ、チップ内の回路でその波形を作ることでtrの増加を防止することがよく行われている。すなわち、図5のようにする。上図(a)は図4の実用上の波形でありそれと比較している。下図(b)がプリエンファシス波形である。これは、本実施形態の波形を再現している。
ドライバの直後の伝送線路に小さな開放スタブを付けると、立ち上がり時に、その開放スタブのチャージの時間だけ波形の立ち上がり遅れが出ることになる。すなわち容量と同じ働きをする。一般に容量性の間口インピーダンス(チップキャパシタの周波数特性でよく示されている特性)は信号の伝送線路特性インピーダンス、この場合は100Ωであるが、それより小さいことが多く、伝送線路に電荷が流れる前に容量にチャージされるため、立ち上がり遅れが出る。これは公知であるが、本実施形態の構造はこの原理を巧妙に利用したものである。
チップキャパシタでは、寄生インダクタンスの影響で高周波用のものでも2GHzレベルから急激に高くなり、本目的で考える14GHzでは、信号線の特性インピーダンス100Ωよりはるかに高く、1k〜100kΩぐらいになる。そのため、この周波数では、チップキャパシタを付加的に付けることは無理である。ここで示した開放スタブ7は特性インピーダンスとその中を進行する時間でチャージされるため基本的に周波数特性を持たないことから、信号の正弦波成分DCから14GHz×9倍高調波に対応する容量近似成分となる。
開放スタブにフルに充電された後、ドライバの信号立ち上がりが止まった瞬間、開放スタブから電流が流れ出し、1/2Vddよりオーバーシュートができる。この状態は立ち上がり時の電荷量(0.125pF)より少なくてもそれなりの効果が期待され、シミュレーションで求めると、1/3から1/10まで効果的であることが判明する。
この容量を作る構造を規定する。多層配線基板1の深さ方向に差動伝送線路2の信号線幅と同じ直径の開放スタブ7を対向させた図1の構造を作ることで容量成分を作り上げることを基本条件とし、その先端はどこにもつながっていない構造とする。容量を増やすため、深さ方向で調節するだけでなく、開放スタブ7の間口インピーダンスを下げるため多連構造を採用することもできる。さらにビアパッドを設けることを含むもので、開放スタブ7にチャージされる電荷量は上記計算式で求められる容量の1/3から1/10の値となる範囲である。
まず、開放スタブ7の間口インピーダンスを求める。下記の近似式で表わされる伝送線路特性インピーダンスZ0と同じになる。ここでdは開放スタブ7(円形)の中心間の距離、rは開放スタブ7の半径、εereffは実効的比誘電率である。今、d=160μm、r=50μm、比誘電率3とする。
100Ω/(100Ω+100Ω)=0.50
の比率で電荷が開放スタブ7に流れる。この50Ωをさらに低くするために多連構造、例えば4連構造とすると、
100Ω/(25Ω+100Ω)=0.80
となり、ほとんどの電荷エネルギがまず開放スタブ7に流れ込む。この間、信号線の立ち上がりが遅れて、図5(b)のようなオーバーシュートが生じることになる。
差動伝送線路2の特性インピーダンスは信号線2aの太さ(幅寸法)と信号線2a,2a間の距離によって決まるので、信号線2aの直流抵抗が大きくならないように太さを確保する必要があるが、太くすると所定の特性インピーダンスに合わせるためには信号線2a,2a間の距離を広げる必要があり、許容される面積の中で最適な設計を行う必要がある。
また、高密度実装では、プレーナペアの信号線対の隣接線対とのピッチはクロストークが少ない状態でできるだけ狭くし、基板1の配線密度を向上させることが重要であり、余分な平面的な増大は許されない。開放スタブ7の第一に必要な条件は、間口特性インピーダンスが1/3以下で、100Ω/(33Ω+100Ω)=0.75から、開放スタブ7に信号エネルギが0.75以上流れることが望ましい。第二に、この設置面積を増大させない。従って、開放スタブ7の直径寸法を、信号線2aの幅寸法と同等にすることが最も望ましい。
以上のように、本実施形態の多層配線基板1によれば、差動伝送線路2の信号線2a,2aに、信号線2aの幅寸法と同等の幅寸法を有する開放スタブ7を設けるようにした。これにより、高周波信号の伝送を行うにあたって、開放スタブ7を設けるだけの簡単で安価な構成で、信号の減衰特性の改善を効果的に図ることができるという優れた効果を得ることができる。このとき、開放スタブ7を信号線2aの幅寸法と同等の幅寸法で形成したことにより、十分な電荷エネルギが開放スタブ7に流れ込むようになり、また、開放スタブ7の設置面積を徒に大きくせずに済ませることができる。
また、前記開放スタブ7は、プリエンファシス波形を形成するという目的から、差動伝送線路2のうち、できるだけ信号の送信端部となる部分に設けることが望ましく、電子部品11が実装されるランド6の真下に位置して設けることが最も望ましい。但し、スペースの関係などから、ランド6の真下に位置して設けることが難しい場合もあり、このような場合には、できるだけ、ランド6の近傍に設けることが望ましい。この場合、本発明者等の研究によれば、開放スタブ7は、ランド6から、差動伝送線路2全体の長さの1%以下の長さの範囲内に位置して設ければ、より効果的となる。
更に、開放スタブ7を設ける場合、上記したような必要な容量が得られる長さに設けることが望ましいが、1個の開放スタブで、必要な長さが確保できない場合には、各信号線2a,2aに複数個ずつの開放スタブ7を、並んで設ける構成としても良い。これにより、開放スタブ7の深さ方向の寸法を大きくせずに、必要な容量(プリエンファシス波形)を得ることができる。ペアとなる信号線2a,2aにおいて、開放スタブ7を、該信号線2a,2aの延びる方向に関して対応(対向)する位置に設けることがより望ましいことも確認されている。
(2)第2〜第4の実施形態、その他の実施形態
図6は、第2の実施形態の多層配線基板21の構成を概略的に示しており、上記第1の実施形態と異なるところは、差動伝送線路22が、絶縁層3の内層に設けられている点にある。この場合、差動伝送線路22は、多層配線基板21の表面部に設けられたランド6から表面部を図で右方に延びた後、層間接続部23を介して内層を右方に延びている。また、差動伝送線路22の送信側端部部分には、上記第1の実施形態と同様に、やはり開放スタブ7が設けられている。このような構成であっても、上記第1の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
図6は、第2の実施形態の多層配線基板21の構成を概略的に示しており、上記第1の実施形態と異なるところは、差動伝送線路22が、絶縁層3の内層に設けられている点にある。この場合、差動伝送線路22は、多層配線基板21の表面部に設けられたランド6から表面部を図で右方に延びた後、層間接続部23を介して内層を右方に延びている。また、差動伝送線路22の送信側端部部分には、上記第1の実施形態と同様に、やはり開放スタブ7が設けられている。このような構成であっても、上記第1の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
図7は、第3の実施形態の多層配線基板31を示すものであり、上記第1の実施形態と異なるところは、差動伝送線路32に設けられる開放スタブ33の配置にある。即ち、差動伝送線路32は、ペアとなる2本の信号線32a,32aを備え、各信号線32a,32aの送信端部側に各2個の開放スタブ33が設けられる。このとき、2本の信号線32a,32aにおいて、各開放スタブ33を、対応した位置ではなく、信号線32a,32aの延びる方向に関してずれた位置に設けるようにしている。このような構成であっても、上記第1の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
図8は、第4の実施形態の多層配線基板41を示しており、上記第1の実施形態と異なるところは次の点にある。即ち、この多層配線基板41においては、差動伝送線路42の各信号線42a,42aには、絶縁層3の平面方向に延び、各信号線42a,42aの幅方向に広がるスタブ43,43が夫々設けられている。これらスタブ43,43が、各絶縁層3(基材)の銅箔による表面導体パターンの形成時に、各信号線42a,42aと一体に形成される。
本発明者等の研究によれば、信号線42a,42aから絶縁層3の厚み(積層)方向に延びる開放スタブ7でなくとも、絶縁層3の平面方向に延び、各信号線42a,42aの幅方向に広がるスタブ43を設けた場合でも、同様の作用・効果が得られることが確認されている。従って、この第4の実施形態の多層配線基板41によっても、上記第1の実施形態と同様に、高周波信号の伝送を行うにあたって、簡単で安価な構成で、信号の減衰特性の改善を効果的に図ることができるという優れた効果を得ることができる。
尚、上記第1〜第3の実施形態では、各信号線に開放スタブを2個ずつ設けるようにしたが、上記のように、所期の効果が得られるのであれば、各1個でも良いことは勿論である。本発明者等の研究によれば、開放スタブの個数としては、1本の信号線に関し4個までに抑えることが好ましい。また、周波数や各部の寸法等の数値についても、一例を挙げたに過ぎず、変更が可能であることは勿論である。その他、例えば絶縁層や開放スタブの材質等についても、様々なものが採用できる等、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
図面中、1,21,31,41は多層配線基板、2,22,32,42は差動伝送線路、2a,22a,3a,42aは信号線、3は絶縁層、6はランド、7、33は開放スタブ、11は電子部品、43はスタブを示す。
Claims (7)
- 複数層が積層された絶縁層(3)の表面部に、電子部品(11)が実装されるランド(6)を備えると共に、前記絶縁層(3)の表面部又は内部に、前記ランド(6)から受信側に向けて延びる2本ペアの信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)からなる信号伝送用の差動伝送線路(2,22,32)を備える多層配線基板(1,21,31)であって、
前記差動伝送線路(2,22,32)の各信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)には、前記絶縁層(3)の積層方向に延び、該信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)の幅寸法と同等の幅寸法を有し、一端が該信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)に接続され且つ他端が開放されている開放スタブ(7,33)が夫々設けられていることを特徴とする多層配線基板。 - 前記開放スタブ(7,33)は、前記差動伝送線路(2,22,32)の前記各信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)のうち、信号の送信端部となる前記ランド(6)の近傍の、該ランド(6)から、該差動伝送線路(2,22,32)全体の長さの1%以下の長さの範囲内に位置して設けられていることを特徴とする請求項1記載の多層配線基板。
- 前記開放スタブ(7,33)は、前記差動伝送線路(2,22,32)の前記各信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)のうち、信号の送信端部となる前記ランド(6)の真下に位置して設けられていることを特徴とする請求項2記載の多層配線基板。
- 前記開放スタブ(7,33)は、前記差動伝送線路(2,22,32)の前記各信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)に複数個ずつが該信号線(2a,2a,22a,22a,32a,32a)の延びる方向に並んで設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の多層配線基板。
- 前記開放スタブ(7)は、前記差動伝送線路(2,22)の前記各信号線(2a,2a,22a,22a)に対し、該信号線(2a,2a,22a,22a)の延びる方向に関して対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の多層配線基板。
- 前記開放スタブ(33)は、前記差動伝送線路(32)の前記各信号線(32a,32)に対し、該信号線(32a,32a)の延びる方向に関してずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の多層配線基板。
- 複数層が積層された絶縁層(3)の表面部に、電子部品(11)が実装されるランド(6)を備えると共に、前記絶縁層(3)の表面部又は内部に、前記ランド(6)から受信側に向けて延びる2本ペアの信号線(42a,42a)からなる信号伝送用の差動伝送線路(42)を備える多層配線基板(41)であって、
前記差動伝送線路(42)の各信号線(42a,42a)には、前記絶縁層(3)の平面方向に延び、前記各信号線(42a,42a)の幅方向に広がるスタブ(43,43)が設けられていることを特徴とする多層配線基板。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014174167A JP2016051718A (ja) | 2014-08-28 | 2014-08-28 | 多層配線基板 |
| US14/834,483 US20160066415A1 (en) | 2014-08-28 | 2015-08-25 | Multilayer wiring board |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014174167A JP2016051718A (ja) | 2014-08-28 | 2014-08-28 | 多層配線基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016051718A true JP2016051718A (ja) | 2016-04-11 |
Family
ID=55404250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014174167A Pending JP2016051718A (ja) | 2014-08-28 | 2014-08-28 | 多層配線基板 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20160066415A1 (ja) |
| JP (1) | JP2016051718A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020099026A (ja) * | 2018-12-19 | 2020-06-25 | 株式会社デンソー | インピーダンス補償回路 |
| JP2021015186A (ja) * | 2019-07-11 | 2021-02-12 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光デバイス |
| JP2021021896A (ja) * | 2019-07-30 | 2021-02-18 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光デバイス |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102542594B1 (ko) * | 2016-12-16 | 2023-06-14 | 삼성전자 주식회사 | 다층 인쇄 회로 기판 및 이를 포함하는 전자 장치 |
| US10297893B2 (en) | 2017-03-02 | 2019-05-21 | Toshiba Memory Corporation | High frequency transmission line with an open-ended stub |
| KR102602697B1 (ko) * | 2018-05-21 | 2023-11-16 | 삼성전자주식회사 | 베이스 기판을 가지는 전자 장치 |
-
2014
- 2014-08-28 JP JP2014174167A patent/JP2016051718A/ja active Pending
-
2015
- 2015-08-25 US US14/834,483 patent/US20160066415A1/en not_active Abandoned
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020099026A (ja) * | 2018-12-19 | 2020-06-25 | 株式会社デンソー | インピーダンス補償回路 |
| JP7151456B2 (ja) | 2018-12-19 | 2022-10-12 | 株式会社デンソー | インピーダンス補償回路 |
| JP2021015186A (ja) * | 2019-07-11 | 2021-02-12 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光デバイス |
| JP7388021B2 (ja) | 2019-07-11 | 2023-11-29 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光デバイス |
| JP2021021896A (ja) * | 2019-07-30 | 2021-02-18 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光デバイス |
| JP7404696B2 (ja) | 2019-07-30 | 2023-12-26 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光デバイス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20160066415A1 (en) | 2016-03-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10998265B2 (en) | Interface structures and methods for forming same | |
| US11800636B2 (en) | Electronic substrate having differential coaxial vias | |
| CN101295585B (zh) | 电容器、包含该电容器的电路板及集成电路承载基板 | |
| CN101346039B (zh) | 一种可改善信号完整度的创新穿孔结构 | |
| JP2016051718A (ja) | 多層配線基板 | |
| JP3866265B2 (ja) | キャパシタ内蔵型プリント基板およびその製造方法 | |
| US8507807B2 (en) | Wiring board | |
| TWI615065B (zh) | 柔性線路板及其製作方法 | |
| JP5756958B2 (ja) | 多層回路基板 | |
| JP2011003888A (ja) | 多層プリント回路基板及びその孔あけ加工方法 | |
| US10187971B2 (en) | Wiring board and method of manufacturing wiring board | |
| CN203313514U (zh) | 多层数线路板 | |
| JP6634696B2 (ja) | コンデンサを有するプリント基板の製造方法 | |
| CN107666770A (zh) | 具焊垫的电路板及其制作方法 | |
| CN103687274A (zh) | 多层式印刷电路板 | |
| CN116314103A (zh) | 多层玻璃衬底 | |
| CN104254202B (zh) | 具有内埋电子元件的电路板及其制作方法 | |
| CN105323956A (zh) | 布线基板 | |
| JP2015012208A (ja) | 配線基板及び電子装置 | |
| CN117642851A (zh) | 包括具有不同数量的层的堆积的玻璃芯衬底 | |
| CN103025082B (zh) | 一种印刷电路板的制造方法和一种印刷电路板结构 | |
| CN106028622B (zh) | 一种可提高传输线阻抗连续性的印刷电路板及其生产方法 | |
| CN110831318A (zh) | 一种pcb板及电子设备 | |
| Kim et al. | A new via hole structure of MLB (multi-layered printed circuit board) for RF and high speed systems | |
| JP2014229865A (ja) | プリント配線基板、および電子装置 |