JP4942811B2 - 配線基板、電気信号伝送システムおよび電子機器 - Google Patents

Description

本発明の第一の実施態様は、差動線路を有する配線基板、および前記配線基板を備える電気信号伝送システムおよび電子機器に関する。

高速で作動する半導体集積回路を搭載するための配線基板として、高速の高周波信号を伝播させるために差動線路を備えた配線基板が従来から知られている。例えば、特開２００５−５１４９６号公報に開示される配線基板では、一対の差動線路が配線基板の内部にその厚み方向に所定の間隔をあけて配置されている。そして、前記一対の差動線路は、配線基板の厚み方向に沿って設けられる貫通導体を介して、配線基板の主面に設けられる一対の表層線路導体にそれぞれ電気的に接続される。
このような配線基板では、配線基板の主面に配線を引き出す際に用いる一対の貫通導体の高さは一対の差動線路の配線基板の厚み方向の間隔分だけ相互に異なる。このために配線が互いに等しい長さとならず、差動信号の伝送において出力端におけるスキュー（伝搬遅延時間の差）の増大が生じ、伝送品質を低下させる。

本発明の目的は、信号品質の劣化を抑制することができる配線基板、電気信号伝送システムおよび電子機器を提供することである。
本実施形態の配線基板は、誘電体基板と、第１線路導体および第１線路と、第２線路導体および第２線路と、を備えている。前記第１線路および前記第２線路のそれぞれの電気長は等しい。第１線路導体は、前記誘電体基板内に形成されている。第１線路は、前記第１線路導体の一端部から前記誘電体基板の一方の主面にかけて形成された第１ビア導体を含む。また、第２線路導体は、前記第１線路導体と一部が並んで前記誘電体基板内に形成され、前記第１線路導体に供給される電気信号と逆位相の電気信号が供給される。第２線路は、前記第２線路導体の一端部から前記誘電体基板の一方の主面にかけて形成され、前記第１ビア導体よりも長い第２ビア導体を含む。
さらに本実施形態の電気信号伝送システムは、前記配線基板と、前記第１表層線路導体および前記第２表層線路導体に電気的に接続される半導体集積回路と、を備える。
さらに本実施形態の電子機器は、前記電気信号伝送システムを備える。

本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
図１は、本発明の第１の実施形態の配線基板を示す斜視図である。
図２は、図１の配線基板を示す平面図である。
図３は、本発明の第１の実施形態の配線基板の他の例を示す平面図である。
図４は、本発明の第２の実施形態の配線基板を示す平面図である。
図５は、本発明の第３の実施形態の配線基板を示す平面図である。
図６は、本発明の第４の実施形態の配線基板を示す斜視図である。
図７は、図６の配線基板を示す平面図である。
図８は、本発明の第５の実施形態の配線基板の平面図である。
図９は、本発明の第６の実施形態の配線基板を示す斜視図である。
図１０は、図９の配線基板を示す平面図である。
図１１は、図９に示す配線基板を切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。
図１２は、図９に示す配線基板を切断面線Ｂ−Ｂから見た断面図である。
図１３は、図９に示す配線基板を切断面線Ｃ−Ｃから見た断面図である。
図１４は、本発明の第７の実施形態の電気信号伝送システムを示す斜視図である。
図１５は、図１４の電気信号伝送システムを示す正面図である。
図１６は、図１５に示す電気信号伝送システムの一部を拡大して示す正面図である。
図１７は、それぞれの周波数に対する実施例の差動線路間の位相差と比較例の差動線路間の位相差とをプロットしたデータである。

以下、図面を参照しながら、本発明の複数の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の配線基板１０を示す斜視図である。図２は、図１の配線基板１０を示す平面図である。配線基板１０は、誘電体基板１１、一対の内層線路導体１２ａ〜１２ｂ、３つの内層ランド１３ａ〜１３ｃ、一対の貫通導体１４ａ〜１４ｂ、一対の表層ランド１５ａ〜１５ｂ、および一対の表層線路導体１６ａ〜１６ｂを含む。図１では、理解を容易にするため、誘電体基板１１を透視して、内層線路導体１２ａ，１２ｂなど内部の構造を実線で示す。本実施形態では、第１線路９ａは、内層線路導体１２ａおよび貫通導体１４ａを含み、さらに内層ランド１３ａ、表層ランド１５ａおよび表層線路導体１６ａを含んで形成される。また本実施形態では、第２線路９ｂは、内層線路導体１２ｂおよび貫通導体１４ｂを含み、さらに内層ランド１３ｂ，１３ｃ、表層ランド１５ｂおよび表層線路導体１６ｂを含んで形成される。また第１および第２線路９ａ，９ｂによって差動線路３２が形成される。
誘電体基板１１は、少なくとも３層の誘電体層１７ａ〜１７ｃを具備する。一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂは、３層の誘電体層１７ａ〜１７ｃのうち、厚み方向Ｚの中間に位置する中間層１７ｂの厚み方向Ｚの上下面１８，１９に沿ってそれぞれ設けられる。以下、誘電体基板１１の誘電体層１７ａ〜１７ｃの積層方向を厚み方向Ｚと称する。また、誘電体基板１１の厚み方向Ｚに対して垂直な方向のうち、厚み方向Ｚに垂直な投影面に投影した場合に、誘電体基板１１の長辺に沿って延びる方向を長手方向Ｘと称する。また厚み方向Ｚおよび長手方向Ｘに対してともに垂直な方向を幅方向Ｙと称する。一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂのうち、厚み方向Ｚ一方である上方に設けられる内層線路導体１２ａを第１線路導体１２ａとし、厚み方向Ｚ他方である下方に設けられる内層線路導体１２ｂを、第２線路導体１２ｂとする。第１線路導体１２ａは、誘電体基板１１内に形成され、例えば、本実施形態において予め定める第１の仮想平面１８として機能する中間層１７ｂの上面１８上に沿って延びる。また、第２線路導体１２ｂは、誘電体基板１１内に形成され、例えば、本実施形態において予め定める第３の仮想平面１９として機能する中間層１７ｂの下面１９上に沿って延びる。誘電体基板１１の上方の面１１ａを一方の主面１１ａとすると、第２線路導体１２ｂは、第１線路導体１２ａより誘電体基板１１の下方の面１１ｂである他方の主面１１ｂ側に設けられる。中間層１７ｂの上下面１８，１９は、互いに略平行に形成され、これによって、第２線路導体１２ｂの一部は、第１線路導体１２ａと略平行となる。例えば、図１のように、厚み方向Ｚに関する間隔が一定であることが好ましいが、略平行となるためには、厚み方向Ｚに限られず、間隔が一定であればよい。なお、本発明に使用される用語「略平行」は、「平行」および「実質的に平行」を含む。「実質的に平行」とは、本発明において得られる効果に影響が無い程度に、平行からずれているものをいう。図１の場合、第１線路導体１２ａと第２線路導体１２ｂとは、厚み方向Ｚ外方から見て、重複する部分を有する。そして、重複する部分は長手方向Ｘに沿って延びる。このような第１線路導体１２ａと第２線路導体１２ｂを含む一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂを含んで、差動線路３２が構成される。一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂの主たる部分は、中間層１７ｂを挟む形で一様な対向構造を有することで一定の差動インピーダンスを有する差動線路３２として機能する。
３つの内層ランド１３ａ〜１３ｃのうち、２つの内層ランド１３ａ，１３ｂは、それぞれ一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂの一端に設けられる。第１線路導体１２ａに接続される内層ランド１３ａは、中間層１７ｂの上面１８に沿って設けられる。また、第２線路導体１２ｂに接続される内層ランド１３ｂは、中間層１７ｂの下面１９に沿って設けられる。これによって一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂと、一対の貫通導体１４ａ，１４ｂと、の接続信頼性を確保することができる。第１線路導体１２ａに接続される内層ランド１３ａと、第２線路導体１２ｂに接続される内層ランド１３ｂとは、厚み方向Ｚ外方から見て、長手方向Ｘに関して略同位置であり、幅方向Ｙに間隔をあけて設けられる。本実施形態では、第１線路導体１２ａに接続される内層ランド１３ａと、第２線路導体１２ｂに接続される内層ランド１３ｂとは、一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂが重複する部分の軸線Ｌ１（図２参照）に対して、略線対称の位置に配置される。また、残余の内層ランド１３ｃは、中間層１７ｂの上面１８に沿って設けられ、第２線路導体１２ｂに接続される内層ランド１３ｂの直上付近に設けられる。本実施形態では、これら３つの内層ランド１３ａ〜１３ｃは、形状および寸法が互いに略等しく形成され、例えば、円板状に形成される。
一対の貫通導体１４ａ，１４ｂは、一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂに接続される内層ランド１３ａ，１３ｂに一端が接続される。一対の貫通導体１４ａ，１４ｂは、中間層１７ｂの上面１８よりも誘電体基板１１の一方の主面１１ａ寄りの第２の仮想平面まで延びるように設けられる、本実施形態において第２の仮想平面は、誘電体基板１１の一方の主面１１ａに設定される。したがって、一対の貫通導体１４ａ，１４ｂは、一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂから、誘電体基板１１の一方の主面１１ａとなる同一の表層の表面１１ａまで延びて設けられる。一対の貫通導体１４ａ，１４ｂのうち、誘電体基板１１の一方の主面１１ａから第１線路導体１２ａの一端部まで設けられ、第１線路導体１２ａと電気的に接続される貫通導体１４ａを第１ビア導体１４ａとする。また、一対の貫通導体１４ａ，１４ｂのうち、誘電体基板１１の一方の主面１１ａから第２線路導体１２ｂの一端部まで設けられ、第２線路導体１２ｂと電気的に接続される貫通導体１４ｂを第２ビア導体１４ｂとする。第２ビア導体１４ｂは、一端部が中間層１７ｂの下面１９に設けられる内層ランド１３ｂから、中間層１７ｂの上面１８に設けられる内層ランド１３ｃを介して、誘電体基板１１の一方の主面１１ａまで設けられる。このように第２ビア導体１４ｂは、中間層１７ｂの上面１８の内層ランド１３ｃを介して設けられるので、誘電体基板１１の一方の主面１１ａまでの接続信頼性を向上することができる。一対の貫通導体１４ａ，１４ｂは、本実施形態では、厚み方向Ｚに沿って延びる円柱状に形成され、断面の形状および寸法は互いに略等しく形成される。
一対の表層ランド１５ａ，１５ｂは、誘電体基板１１の一方の主面１１ａに沿って設けられ、一対の貫通導体１４ａ，１４ｂの他端とそれぞれ電気的に接続される。一対の表層線路導体１６ａ，１６ｂは、誘電体基板１１の一方の主面１１ａに沿って設けられ、一対の表層ランド１５ａ，１５ｂにそれぞれ電気的に接続される。本実施形態では、これら一対の表層ランド１５ａ，１５ｂは、形状および寸法が互いに略等しく形成され、例えば円板状に形成される。厚み方向Ｚにおける貫通導体１４ａ，１４ｂの断面は、内層ランド１３ａ，１３ｂ，１３ｃの断面および表層ランド１５ａ，１５ｂの断面よりも小さく形成される。これによって、貫通導体１４ａ，１４ｂを形成する場合、内層ランド１３ａ，１３ｂ，１３ｃおよび表層ランド１５ａ，１５ｂに対して貫通導体１４ａ，１４ｂが多少位置ずれしたとしても、貫通導体１４ａ，１４ｂと、これらと接続されるべき内層ランド１３ａ，１３ｂ，１３ｃおよび表層ランド１５ａ，１５ｂとを確実に接続することができ、信頼性を向上させることができる。
一対の表層線路導体１６ａ，１６ｂのうち、一端部が第１ビア導体１４ａと電気的に接続される表層線路導体１６ａを第１表層線路導体１６ａとする。また一対の表層線路導体１６ａ，１６ｂのうち、一端部が第２ビア導体１４ｂと電気的に接続される表層線路導体１６ｂを第２表層線路導体１６ｂとする。第１表層線路導体１６ａの少なくとも一部の中心線Ｌ１６ａと、第２表層線路導体１６ｂの少なくとも一部の中心線Ｌ１６ｂとが略平行に設けられる。図２に示すように、一対の表層線路導体１６ａ，１６ｂは、それぞれ一対の表層ランド１５ａ，１５ｂから離間するに連れて、近接するように湾曲し、互いの中心線間が予め定める距離以下となると、予め定める方向、本実施形態では長手方向Ｘに沿って略平行に延びるように形成される。このような一対の表層線路導体１６ａ，１６ｂは、対となって表層にて差動線路３２を構成している。本実施形態では、表層線路導体１６ａ，１６ｂの電気長は等しく選ばれる。ここでは、表層線路導体１６ａ，１６ｂの断面形状および寸法が互い等しく選ばれ、第１および第２表層線路導体１６ａ，１６ｂの線路長は等しく選ばれている。
誘電体基板１１の材料としては、無機材料または樹脂材料が挙げられる。前記無機材料としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）セラミックス、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）セラミックス、ガラスセラミックス等が挙げられる。前記樹脂材料としては、フッ素樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、液晶ポリエステル（ＬＣＰ）、ポリイミド（ＰＩ）等が挙げられる。誘電体基板１１の形状および寸法は用途に応じて適宜設定される。特に厚みは伝送信号の周波数またはインピーダンス設計に応じて設定される。
内層線路導体１２ａ，１２ｂ、内層ランド１３ａ〜１３ｃ、表層ランド１５ａ，１５ｂ、および表層線路導体１６ａ，１６ｂなどの導体配線の材料は、高速信号伝送用途として適した金属の導体層から構成される。例えば、誘電体基板１１の材料としてセラミックスを用いる場合、導体線路の材料として銅、モリブデン−マンガン、タングステン等が挙げられる。製造方法としては、例えば、厚膜印刷法、各種の薄膜形成法、メッキ処理法等が挙げられる。各導体配線の幅および厚みは伝送信号の周波数またはインピーダンス設計に応じて設定される。
本実施形態の配線基板１０は、例えば、以下のように作製される。誘電体層１７ａ〜１７ｃが例えばアルミナセラミックスから構成される場合、まず、誘電体層１７ａ〜１７ｃとなるアルミナセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工を施して一対の貫通導体１４ａ，１４ｂを設けるための貫通孔を形成する。次に、スクリーン印刷法によってタングステンおよびモリブデンなどの導体ペーストを前記貫通孔に充填するとともに、前記導体配線となるパターンを誘電体層１７ａ〜１７ｃの所定の位置に印刷塗布する。次に、前記パターンが形成された誘電体層１７ａ〜１７ｃを重ねて、これを約１６００℃で焼成する。その後、露出している表層線路導体１６ａ，１６ｂにニッケルメッキおよび金メッキを施すことで、本実施形態の配線基板１０を作製できる。
次に、第１線路導体１２ａと第２線路導体１２ｂに関してさらに詳細に説明する。第１線路導体１２ａの電気長は、第２線路導体１２ｂの電気長より大きく設定される。また一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂは、例えば互いに断面形状および寸法が略等しい帯状に形成される。本実施形態では、一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂは、互いに断面形状が略等しい。そのため、第１線路導体１２ａの電気長を第２線路導体１２ｂの電気長より大きくするために、第１線路導体１２ａの線路長が第２線路導体１２ｂの線路長よりも大きく設定される。
第１線路導体１２ａは、第１線路導体１２ａの中心線Ｌ１２ａと第２線路導体１２ｂの中心線Ｌ１２ｂとが略平行である第１線路平行部２０と、残余の第１線路離間部２２と、を備える。第２線路導体１２ｂは、第１線路導体１２ａの中心線Ｌ１２ａと第２線路導体１２ｂの中心線Ｌ１２ｂとが略平行である第２線路平行部２１と、残余の第２線路離間部２３と、を備える。本実施形態では、第１線路平行部２０の中心線と第２線路導体１２ｂの中心線とは、平面視で（厚み方向Ｚ外方から見て）、重複するように（略等しい位置に）配置される。一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂの幅は、互いに略等しいので、図２に示すように第１線路平行部２０と第２線路平行部２１とは、厚み方向Ｚ外方から見て、略等しい位置に配置されることになる。第１線路離間部２２の一端部は、第１ビア導体１４ａと電気的に接続される。また第２線路離間部２３の一端部は、第２ビア導体１４ｂと電気的に接続される。
第１線路平行部２０の電気長は、第２線路平行部２１の電気長と等しく設定される。なお、本発明において「電気長が等しい」とは、差動線路の２導体の長さの差が、パルス幅（もしくはアナログ波の周期）の５％以内であればよい。本実施形態では、一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂは、互いに断面形状および寸法が略等しい。そのため、第１線路平行部２０の電気長を第２線路平行部２１の電気長と等しくするために、第１線路平行部２０の線路長と第２線路平行部２１の線路長とが略等しくなるように設定される。また第１線路離間部２２の電気長は、第２線路離間部２３の電気長より大きく設定される。
換言すると、中間層１７ｂの上面１８に設けられた第１線路導体１２ａにおける差動線路３２の対向構造が一様である部分の端部から内層ランド１３ａまでの電気長が、中間層１７ｂの下面１９に設けられた第２線路導体１２ｂにおける差動線路３２の対向構造が一様である部分の端部から内層ランド１３ｂまでの電気長よりも大きく設定される。
図２に示すように、第１線路離間部２２および第２線路離間部２３は、対応する第１線路平行部２０および第２線路平行部２１との接続部分から、互いに離間する方向、すなわち幅方向Ｙ外方に向かって湾曲して、対応する内層ランド１３ａ，１３ｂに向かって延びるように設けられる。第１線路離間部２２の曲率は、第２線路離間部２３の曲率よりも小さくなるように設定される。このように第１線路離間部２２の曲率を第２線路離間部２３の曲率よりも小さく設定することによって、第１線路離間部２２の線路長を第２線路離間部２３の線路長よりも大きくすることができる。
さらに本実施形態では、第１線路離間部２２および第１ビア導体１４ａの電気長の合計と、第２線路離間部２３および第２ビア導体１４ｂの電気長の合計とは等しく設定されて、第１線路９ａの線路長と第２線路９ｂの電気長とが等しく形成される。本実施形態の配線基板１０では、図１を参照して、中間層１７ｂの下面１９に設けられた第２線路導体１２ｂに内層ランド１３ｂを介して接続される第２ビア導体１４ｂの長さは、中間層１７ｂの上面１８に設けられた第１線路導体１２ａの内層ランド１３ａを介して接続される第１ビア導体１４ａの長さよりも、中間層１７ｂの厚み分だけ大きくなる。一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂは、断面形状が互いに略等しく、第１ビア導体１４ａと第２ビア導体１４ｂの断面形状および寸法は互いに略等しい。第１線路離間部２２および第１ビア導体１４ａの電気長の合計と、第２線路離間部２３および第２ビア導体１４ｂの電気長の合計とを等しくするために、第１線路離間部２２および第１ビア導体１４ａの線路長の合計と、第２線路離間部２３および第２ビア導体１４ｂの線路長の合計とは等しく設定される。換言すると、第１線路離間部２２の線路長と第２線路離間部２３の線路長との差は、第１ビア導体１４ａと第２ビア導体１４ｂの線路長の差と等しくなるように設定される。したがって、第１線路離間部２２の曲率と第２線路離間部２３の曲率は、第１ビア導体１４ａと第２ビア導体１４ｂの線路長の差に基づいて設定される。
第１線路導体１２ａと第２線路導体１２ｂとは中間層１７ｂの上下面１８，１９上に沿って設けられる。そして、第１ビア導体１４ａの高さが、第２ビア導体１４ｂの高さより小さい。本実施形態では、第１線路導体１２ａの電気長は、前記第２線路導体１２ｂの電気長より大きく設定される。したがって、第１ビア導体１４ａに接続される第１線路導体１２ａの電気長は、第２線路導体１２ｂの電気長より大きく設定されるので、第１線路導体１２ａおよび第１ビア導体１４ａの電気長の合計を、第２線路導体１２ｂおよび第２ビア導体１４ｂの電気長の合計と等しくすることができる。これによって、第１および第２ビア導体１４ａ，１４ｂの電気長の相違によって生じる電気信号のスキューを、第１および第２線路導体１２ａ，１２ｂだけで抑制することができる。このように差動線路３２としての第１および第２線路９ａ，９ｂの各々の電気長を互いに等しくすることができるので、伝送信号としての電磁波の位相推移量もまた等しくなる。そのため、差動線路３２出力端におけるスキューを減少させることができ、伝送信号の波形品質の劣化を抑制することが可能となる。
また本実施形態では、第１線路導体１２ａは、第１線路平行部２０と、第１線路離間部２２とを備え、第２線路導体１２ｂは、第２線路平行部２１と、第２線路離間部２３とを備える。第１線路平行部２０と第２線路平行部２１とは、中心線が略平行であり、第１線路離間部２２と第２線路離間部２３とは中心線が略平行ではない。また第１線路離間部２２の一端部が第１ビア導体１４ａと電気的に接続され、第２線路離間部２３の一端部が第２ビア導体１４ｂと電気的に接続される。したがって、第１線路平行部２０に供給される電気信号は、第１線路離間部２２を介して、第１ビア導体１４ａに伝送される。同様に、第２線路平行部２１に供給される電気信号は、第２線路離間部２３を介して、第２ビア導体１４ｂに伝送される。このような第１線路平行部２０の電気長は、第２線路平行部２１の電気長と等しく設定される。そのため、第１線路平行部２０と第２線路平行部２１とによって伝送される電気信号のスキューの発生を抑制することができる。
また第１線路離間部２２の電気長は、第２線路離間部２３の電気長より大きく設定される。これによって第２ビア導体１４ｂより高さが小さい第１ビア導体１４ａに接続される第１線路離間部２２の電気長は、第２線路離間部２３の電気長より大きく設定されるので、第１線路離間部２２および第１ビア導体１４ａの電気長の合計を、第２線路離間部２３および第２ビア導体１４ｂの電気長の合計と等しくすることができる。これによって第１および第２ビア導体１４ａ，１４ｂの電気長の相違によって生じる電気信号のスキューを、第１および第２線路導体１２ａ，１２ｂだけで抑制することができる。そして、第１線路９ａおよび第２線路９ｂのそれぞれの電気長を等しくして、各線路導体から各ビア導体を介して出力される各電気信号のスキューを減少させることができ、各線路導体によって伝送される電気信号の品質の劣化を抑制することが可能となる。
さらに本実施形態では、第１線路離間部２２および第１ビア導体１４ａの電気長の合計と、第２線路離間部２３および第２ビア導体１４ｂの電気長の合計とが等しく設定される。これによって各線路導体から各ビア導体１４ａ，１４ｂを介して出力される各電気信号のスキューをより確実に減少させることができる。そして、各線路導体によって伝送される電気信号の品質の劣化を抑制することが可能となる。
本実施形態では、誘電体基板１１の一方の主面１１ａに沿って設けられる第１表層線路導体１６ａと、第２表層線路導体１６ｂとをさらに備える。第１表層線路導体１６ａは、一端部が前記第１ビア導体１４ａと電気的に接続される。また、第２表層線路導体１６ｂは、一端部が前記第２ビア導体１４ｂと電気的に接続される。第１および第２線路９ａ，９ｂが、それぞれ誘電体基板１１の表面上に設けられる第１および第２表層線路導体１６ａ，１６ｂを含んでいても、各線路導体によって伝送される電気信号の品質の劣化を抑制することが可能となる。また第１および第２表層線路導体１６ａ，１６ｂは、誘電体基板１７の表面上に設けられている。そのため、第１および第２線路に電気信号を供給したり、第１および第２線路から電気信号を受け取ったりする半導体集積回路などの外部の電子機器との接続が容易となる。
さらに本実施形態では、第１表層線路導体１６ａの少なくとも一部の中心線Ｌ１６ａと、第２表層線路導体１６ｂの少なくとも一部の中心線Ｌ１６ｂとが略平行である。これによって第１表層線路導体１６ａおよび第２表層線路導体１６ｂを設けるスペースを小さくすることができ、配線基板１０を小形化することができる。
また本実施形態では、一対の表層線路導体１６ａ，１６ｂを除く残余の線路導体によって、電気長が互いに等しくなるように差動線路３２を構成している。
図３は、本発明の第１の実施形態の配線基板１０Ａの他の例を示す平面図である。本例の配線基板１０Ａでは、第１線路離間部２２は、幅方向Ｙ外方に向かって湾曲し、さらに対応する内層ランドに向かって延びるように、長手方向Ｘ外方に向かって湾曲するように構成される。このような構成であっても、第１線路離間部２２の電気長を、第２線路離間部２３の線路長よりも大きくすることができる。
次に、本発明の第２の実施形態の配線基板１０Ｂに関して説明する。図４は、本発明の第２の実施形態の配線基板１０Ｂを示す平面図である。本実施形態では、前述の第１の実施形態の一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂと比較して、第１線路導体１２ａの電気長を前記第２線路導体１２ｂの電気長より大きくするための形状が異なる。
本実施形態では、第１線路平行部２０および第２線路平行部２１は、予め定める方向、例えば、長手方向Ｘに延びる中心線を有する部分である。そして、第１線路平行部２０および第２線路平行部２１は、第１および第２内層線路導体１２ａ，１２ｂの延在方向の両端部を含む部分にそれぞれ形成される。また第１線路離間部２２および第２線路離間部２３は、残余の部分である。したがって、第１線路離間部２２は、第１内層線路導体１２ａの延在方向で、第１線路平行部２０に挟まれるように構成される。第２線路離間部２３は、第２内層線路導体１２ｂの延在方向で、第２線路平行部２１に挟まれるように構成される。したがって、第１線路離間部２２の電気長は、第２線路離間部２３の電気長より大きくなるように設定される。このような構成であっても、前述の第１の実施形態の配線基板１０と同様の作用および効果を達成することができる。
次に、本発明の第３の実施形態の配線基板１０Ｃに関して説明する。図５は、本発明の第３の実施形態の配線基板１０Ｃを示す平面図である。本実施形態では、前述の第１の実施形態の一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂに対して、第１線路導体１２ａの電気長を前記第２線路導体１２ｂの電気長より大きくするための形状が異なる。
本実施形態では、第１線路平行部２０および第２線路平行部２１は、厚み方向Ｚ外方から見て、予め定める方向、例えば、長手方向Ｘに線対称となる部分である。また第１線路離間部２２および第２線路離間部２３は、残余の部分である。したがって、第１線路離間部２２は、第１線路平行部２０に挟まれるように構成される。第２線路離間部２３は、第２線路平行部２１に挟まれるように構成される。したがって、第１線路離間部２２の電気長は、第２線路離間部２３の電気長より大きくなるように設定される。具体的には、第１線路離間部２２が第２線路離間部２３に対して凸状に湾曲し、第２線路離間部２３よりも線路長が大きくなるように設定される。このような構成であっても、前述の第１の実施形態の配線基板１０と同様の作用および効果を達成することができる。
次に、本発明の第４の実施形態の配線基板１０Ｅに関して説明する。図６は、本発明の第４の実施形態の配線基板１０Ｅを示す斜視図である。図７は、図６の配線基板１０Ｅを示す平面図である。本実施形態では、前述の第１の実施形態の一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂおよび表層線路導体１６ａ，１６ｂに対して、第１線路９ａの電気長と、第２線路９ｂの電気長とを等しくするための形状が異なる。
本実施形態では、第１表層線路導体１６ａの電気長は第２表層線路導体１６ｂの電気長よりも大きく、第１内層線路導体１２ａの電気長は第２内層線路導体１２ｂの電気長より小さく形成されて、第１線路９ａの電気長と、第２線路９ｂの電気長とが等しく形成される。これによって、第１および第２ビア導体１４ａ，１４ｂの電気長の相違によって生じる電気信号のスキューを、第１および第２内層線路導体１２ａ，１２ｂと、第１および第２表層線路導体１６ａ，１６ｂと、によって抑制している。このような構成を形成することによって、前述の実施形態と同様の効果を達成することができる。それとともに、第１および第２内層線路導体１２ａ，１２ｂだけ用いてスキューを抑制する場合、および第１および第２表層線路導体１６ａ，１６ｂだけを用いてスキューを抑制する場合を比較して、第１および第２線路９ａ，９ｂの引廻しの自由度を向上させることができる。
さらに具体的には、第１ビア導体１４ａは、第２内層線路導体１２ｂの前記主面１１ａ側に、第２内層線路導体１２ｂに間隔をあけて設けられる。本実施形態では、第１および第２内層線路導体１２ａ，１２ｂは、Ｘ方向に直線状に延びて形成される。また第２表層線路導体１６ｂも同様に、Ｘ方向に直線状に延びて形成される。第１および第２内層線路導体１２ａ，１２ｂは、厚み方向Ｚの外方から見て重複するように形成される。また第１および第２内層線路導体１２ａ，１２ｂの中心線Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂと、第２表層線路導体１６ｂの中心線Ｌ１６ｂと、第１および第２ビア導体１４ａ，１４ｂの誘電体基板１１の厚み方向Ｚに延びる中心軸線とは、厚み方向Ｚに平行な同一の仮想一平面に含まれるように形成されている。第１表層線路導体１６ａは、第２表層線路導体１６ｂに並んで延びる線路並列部４０と、線路並列部４０と表層ランド１５ａとに連なり、線路並列部４０から表層ランド１５ａに向かって屈曲する部分を有する線路屈曲部４１とを含んで形成される。
線路並列部４０の中心軸線Ｌ１６ａと、第２表層線路導体１６ｂの中心線Ｌ１６ｂとは略平行に形成される。線路屈曲部４１は、線路並列部４０から離反するに連れて、第２表層線路導体１６ｂの中心線Ｌ１６ｂに近接する方向に湾曲する。線路屈曲部４１の電気長と、第１ビア導体１４ａの電気長との合計は、第２ビア導体１４ｂの電気長と、第２内層線路導体１２ｂの電気長から第１内層線路導体１２ａの電気長を減算したものとの合計に等しくなるように形成される。
本実施形態では、誘電体基板１１の厚み方向Ｚに第２内層線路導体１２ｂの一部と第１ビア導体１４ａとが重なるので、誘電体基板１１の主面１１ａ側のスペースを有効に活用することができ、幅方向Ｙにおいて、第１および第２線路９ａ，９ｂを設けるために必要なスペースを小さくすることができる。また配線基板１０Ｅを小形化することができる。
また第１および第２表層線路導体１６ａ，１６ｂの他端部には、外部の電子機器との接続に用いられる接続パッド部分４２ａ，４２ｂが形成される。接続パッド部分４２ａ，４２ｂは、第１および第２表層線路導体１６ａ，１６ｂの残余の部分よりも幅方向Ｙの寸法が大きく形成される。これによって、第１および第２表層線路導体１６ａ，１６ｂと、半導体集積回路などの外部の電子機器とが接続しやすくなる。
図８は、本発明の第５の実施形態の配線基板１０Ｆの平面図である。配線基板１０Ｆは、前述した配線基板１０Ｅを幅方向Ｙに複数連ねて形成され、複数の差動線路３２が設けられる。配線基板１０Ｅのように差動線路３２を形成すると、幅方向Ｙに複数の差動線路３２を並べて設けるときに、１対の差動線路３２のＹ方向の幅Ｗ１を小さくすることができる。これによって隣接する差動線路３２の内層線路導体１２ａ，１２ｂのＹ方向の間隔と、表層線路導体１６ａ，１６ｂのＹ方向の間隔とを近づけて、単位面積当たりにより多くの差動線路３２を形成することができる。したがって、多数の差動線路３２を並べて設けるときに、配線基板１０Ｆの小形化を図ることができる。
次に、本発明の第６の実施形態の配線基板１０Ｄに関して説明する。図９は、本発明の第６の実施形態の配線基板１０Ｄを示す斜視図である。図１０は、図９の配線基板１０Ｄを示す平面図である。図１１は、図９に示す配線基板１０Ｄを切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。図１２は、図９に示す配線基板１０Ｄを切断面線Ｂ−Ｂから見た断面図である。図１３は、図９に示す配線基板１０Ｄを切断面線Ｃ−Ｃから見た断面図である。本実施形態の配線基板は、前述の第１の実施形態の配線基板１０Ｄに対して、接地導体２４をさらに含んでいる。
配線基板１０Ｄは、接地導体２４として機能する４つの第１〜第４接地導体層２５〜２８をさらに含んで構成される。第１接地導体層２５は、図９〜図１１を参照して、誘電体基板１１の厚み方向Ｚ一方の主面１１ａに沿って設けられる。第１接地導体層２５は、一対の表層線路導体１６ａ，１６ｂを外方から覆うように設けられる。第２接地導体層２６は、中間層１７ｂの上面１８に沿って設けられる。第２接地導体層２６は、図１２を参照して、第１線路導体１２ａを外方から覆うように設けられる。第３接地導体層２７は、中間層１７ｂの下面１９に沿って設けられる。第３接地導体層２７は、図１３を参照して、第２線路導体１２ｂを外方から覆うように設けられる。第４接地導体層２８は、誘電体基板１１の厚み方向Ｚ他方の主面１１ｂに沿って設けられる。第４接地導体層２８は、図９を参照して、誘電体基板１１の厚み方向Ｚ他方の主面１１ｂの全域を覆って設けられる。このような接地導体２４は、前述の線路導体の場合と同様の材料および工法を用いて形成することができる。
このように各線路導体を覆って各接地導体層２５〜２８がそれぞれ設けられるので、線路導体にて伝送される高周波信号が外部に漏れることを抑制することができる。これによって他の差動線路が設けられた場合であっても、相互干渉することを抑制することができる。また第４接地導体層２８は、配線基板１０Ｄに実装される電子部品に電気信号の入出力および電源供給を行うための外部接続用電極として機能させることができる。
次に、本発明の第７の実施形態の電気信号伝送システム２９に関して説明する。図１４は、本発明の第７の実施形態の電気信号伝送システム２９を示す斜視図である。図１５は、電気信号伝送システム２９を示す正面図である。図１６は、図１５に示す電気信号伝送システム２９の一部を拡大して示す正面図である。本実施形態は、前述の第１の実施形態の配線基板１０である。そして、本実施形態は、８つの内層線路導体１２ａ，１２ｂを有する配線基板１０と、配線基板１０に実装される半導体集積回路３０を含んで構成される電気信号伝送システム２９である。配線基板１０は、前述した配線基板１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆのいずれであってもよい。
配線基板１０の上面１８には高速で動作する半導体集積回路３０が搭載される。半導体集積回路３０としては、例えば集積回路(Integrated Circuit：略称ＩＣ)ならびに大規模集積回路(Large Scale Integration：略称ＬＳＩ)などの半導体素子、および半導体レーザ（ＬＤ）ならびにフォトダイオード（ＰＤ）などの光半導体素子が挙げられる。半導体集積回路３０は、半田、金（Ａｕ）等から構成される導体バンプまたは半導体集積回路３０を接続するための電極パッド３１を介して複数対の表層線路導体１６ａ，１６ｂに電気的に接続されている。したがって、半導体集積回路３０に、配線基板１０から高品質の電気信号を伝送することができる。
また本発明を前述の電気信号伝送システム２９を備える電子機器によって実現してもよい。このような電子機器としては、例えばパーソナルコンピュータおよびゲーム機器などが挙げられる。これらの電子機器は、特に高い周波数帯域にて使用される半導体集積回路を備えている。本発明の電子機器としては、なかでも、１０ＧＨｚ以上の周波数帯域にて使用される半導体集積回路を備えるものが適している。一般的に、そのような半導体集積回路を備えていると、電気信号の伝送による劣化は、周波数帯域に比例して大きくなるが、本発明の電子機器は、前記の配線基板をも備えるため、電気信号の伝送による劣化は抑えられるので、そのような周波数条件の場合であっても、高品質の電気信号を伝送することができる。
前述の各実施形態では、内層ランド１３ａ〜１３ｃによる電気長への影響を無視して、一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂおよび一対の貫通導体１４ａ，１４ｂの線路長によって電気長を等しく設定しているが、これに限ることはなく、内層ランド１３ａ〜１３ｃを考慮して電気長を等しくしてもよい。また内層ランド１３ａ〜１３ｃは、それらによる電気長への影響が互いに等しくなるような形状に設定することによって、内層ランド１３ａ〜１３ｃの影響を無視して、電気長の計算を簡略化することができる。
また前述の各実施形態では、一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂの断面形状および寸法は、互いに等しい。しかし、これに限ることはなく、電気長が等しくなるように、線路長および幅の少なくともいずれか一方を設定すればよい。
また前述の各実施形態では、一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂの断面形状は長方形状であるが、これに限ることはなく、円状、正方形状、および楕円状であってもよい。
また前述の各実施形態では、誘電体基板１１は、３つの誘電体層１７ａ〜１７ｃによって構成されるが、３つに限ることはなく、少なくとも３つ以上であればよい。また誘電体基板１１は、誘電体層を積層する構成に限ることはなく、誘電体基板１１内であって、第１の仮想平面および第２の仮想平面として機能する面に一対の内層線路導体１２ａ，１２ｂを設けられていればよい。
本発明の実施態様は、主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。
以下に実施例および比較例を示す。実施例および比較例では、それぞれ設計された差動線路の線路間の位相差を、有限要素法を用いてそれぞれ解析した。なお、有限要素法の解析条件は、周波数帯域０〜４０ＧＨｚであった。
（実施例）
基板と、基板内の線路導体（以下、内層配線）と、基板表層の線路導体（以下、表層配線）と、ビア導体とを用いて、図１に示す、２本の線路から構成される差動線路を設計した。
前記基板の比誘電率は４．２、前記基板の厚みは０．３３４ｍｍとした。また、基板は、厚み０．０２５ｍｍのソルダレジストにより被覆されているものとした。
内層配線の線幅は０．０５ｍｍ、導体厚みは０．０１１ｍｍ、線間距離は０．１０４ｍｍであった。また、表層配線の線幅は０．０６３ｍｍ、導体厚みは０．０１５ｍｍ、線間距離は０．０５ｍｍであった。さらに、ビア導体の直径は０．１ｍｍ、ランドの直径は０．１８ｍｍであった。この条件下で、差動線路の電気長が等しくなるように、内層配線の線路長を調整した。
そして、実施例の差動線路間の位相差を０〜４０ＧＨｚの周波数帯域内で算出した。
（比較例）
比較例の差動線路として、内層配線を除いて、図１に示す実施例と同じ条件で設計した。内層配線は、図１の１２ａの内層配線の替わりに、１２ｂと同じ線路長であって、かつ、上面視したときに１２ｂと左右対称になるようにして算出した。
図１７に、実施例および比較例において得られた位相差の周波数依存性を示す。縦軸は位相差、横軸は周波数である。
図１７のデータを参酌すると、比較例では周波数が２ＧＨｚ以上の場合、位相差が生じたが、実施例では差動線路の位相差はほとんど生じなかった。また、周波数０〜４０ＧＨｚの範囲において、実施例の差動線路の最大位相差は約７°であった。この値はパルス幅の５％未満と小さく、比較例の差動線路の最大位相差は約１３°と比較してもパルス波形の崩れが小さく、スキューの増加が抑制された。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

Claims (10)

1. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板内に形成された第１線路導体、および前記第１線路導体の一端部から前記誘電体基板の一方の主面にかけて形成された第１ビア導体を含む第１線路と、
   前記第１線路導体と一部が並んで前記誘電体基板内に形成され、前記第１線路導体に供給される電気信号と逆位相の電気信号が供給される第２線路導体、および前記第２線路導体の一端部から前記誘電体基板の一方の主面にかけて形成され、前記第１ビア導体よりも長い第２ビア導体を含む、前記第１線路と電気長が等しい第２線路と、
   を備える配線基板。
2. 前記第１線路は、前記誘電体基板の一方の主面に沿って設けられる第１表層線路導体を含み、
   前記第２線路は、前記誘電体基板の一方の主面に沿って、第１表層線路導体と一部が並んで設けられる第２表層線路導体を含み、
   前記第１表層線路導体は、一端部が前記第１ビア導体と電気的に接続され、
   前記第２表層線路導体は、一端部が前記第２ビア導体と電気的に接続される請求項１に記載の配線基板。
3. 前記第１線路導体の電気長は前記第２線路導体の電気長より大きい請求項１または２に記載の配線基板。
4. 前記第１線路導体は、
   前記第１線路導体の中心線と前記第２線路導体の中心線とが略平行である第１線路並列部と、残余の第１線路離間部と、を備え、
   前記第１線路離間部の一端部が前記第１ビア導体と電気的に接続され、
   前記第２線路導体は、
   前記第１線路導体の中心線と前記第２線路導体の中心線とが略平行である第２線路並列部と、残余の第２線路離間部と、を備え、
   前記第２線路離間部の一端部が前記第２ビア導体と電気的に接続され、
   前記第１線路並列部の電気長は、前記第２線路並列部の電気長と等しく、
   前記第１線路離間部の電気長は、前記第２線路離間部の電気長より大きい請求項１〜３のいずれか１つに記載の配線基板。
5. 前記第１線路離間部および前記第１ビア導体の電気長の合計と、前記第２線路離間部および前記第２ビア導体の電気長の合計とは等しい請求項３に記載の配線基板。
6. 前記第１表層線路導体の電気長は前記第２表層線路導体の電気長よりも大きく、
   前記第１線路導体の電気長は前記第２線路導体の電気長より小さい請求項１または２に記載の配線基板。
7. 前記第１ビア導体は、前記第２線路導体の前記主面側に、前記第２線路導体に間隔をあけて設けられる請求項６記載の配線基板。
8. 前記第１表層線路導体の少なくとも一部の中心線と、前記第２表層線路導体の少なくとも一部の中心線とが略平行である請求項２，６または７に記載の配線基板。
9. 請求項８記載の配線基板と、
   前記第１表層線路導体および前記第２表層線路導体に電気的に接続される半導体集積回路と、を備える電気信号伝送システム。
10. 請求項９記載の電気信号伝送システムを備える電子機器。

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