CN101990356A

CN101990356A - 配线基板

Info

Publication number: CN101990356A
Application number: CN2009102528707A
Authority: CN
Inventors: 鸟越保辉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-03-23
Also published as: JP2011035316A

Abstract

本发明提供一种不改变配线的形状和面积、且传送特性良好的配线基板。该配线基板包括：被供给接地电位的接地层GND；配置于接地层GND上的绝缘层L1；通过绝缘层L1与接地层相对配置的、通过差动传送方式传送信号的第一配线WL和第二配线WR，接地层GND由电阻率比第一配线WL和第二配线WR高的材料形成。

Description

配线基板

技术领域

本发明涉及一种配线基板，尤其涉及具有被提供接地电位的接地层和通过差动传送方式传送信号的配线的配线基板。

背景技术

使用于便携式电脑的数据的传送速度日渐高速化。对于传送信号的配线基板的高速传送特性的要求也随之达到高的等级。近年来，在主基板与硬盘驱动器(HDD)的连接等使用高速信号的部分使用的是例如挠性印制线路板(FPC)等的配线基板。

例如，专利文献1中提出了一种具有屏蔽平面的基板，该屏蔽平面具有用来控制传送时间和阻抗的各种开口图案。该文献所公开的基板中，通过在接地层空出开口图案来使电感值变更，从而进行特性阻抗控制或传播延迟控制。

现有技术文献

[专利文献1]日本特开2000-77802号公报

但是，近些年的数码产品制品正高速地向轻量化、小型/薄型化发展。因此，改变配线的形状和面积是比较困难的。而且，被供给电路的信号非常高速化，需要进一步改善传送特性。

发明内容

本发明正是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种不改变配线的形状和面积、传送特性良好的配线基板。

本发明的配线基板，其特征在于，包括：被供给接地电位的接地层；配置于所述接地层上的绝缘层；通过所述绝缘层与所述接地层相对配置的、通过差动传送方式传送信号的第一配线和第二配线；所述接地层由电阻率比所述第一配线和所述第二配线高的材料形成。

采用本发明，可以提供一种不改变配线的形状和面积、传送特性良好的配线基板。

附图说明

图1是用来说明本发明的一实施形态的配线基板的一个构成例的图。

图2是显示对于图1所示的配线基板，改变接地层的电阻率并测定传送信号的衰减率的结果的一个例子的图。

图3是显示对于图1所示的配线基板，改变接地层的电阻率并测定传送信号的衰减率的结果的一个例子的图。

图4是显示对于图1所示的配线基板，改变接地层的电阻率并测定传送信号的衰减率的结果的另一例子的图。

图5是显示图1所示的配线基板的传送配线的等价电路的图。

图6是用来说明图1所示的配线基板的差动配线的磁场的一个例子的图。

图7是显示对于图1所示的配线基板，改变接地层的厚度并测定传送信号的衰减率的结果的一个例子的图。

图8是显示对于图1所示的配线基板，改变接地层的电阻率以及膜厚并测定传送信号的衰减率的结果的一个例子的图。

具体实施方式

以下，对本发明的第1实施形态的配线基板进行说明。如图1所示，本实施形态的配线基板具有：被供给接地电位的接地层GND、通过绝缘层L1配置在接地层GND上的第一配线WL以及第二配线WR。接地层GND呈平面状地配置在本实施形态的配线基板的基板面上。在图1所示的截面中，第一配线WL以及第二配线WR在X方向上并列配置。

在本实施形态中，第一配线WL以及第二配线WR例如由铜形成。接地层GND由电阻率比第一配线WL和第二配线WR高的材料来形成。在本实施形态中，接地层GND例如由电阻比铜高的高电阻材料来形成。

电阻比铜高的高电阻材料例如是作为导电膏的银膏等由导电材料和非导电性材料混合而成的材料。银膏通过银粒子彼此的接触来确保导电性。因此，银膏与单质银的状态相比，其电阻率大幅提高。又，导电膏能够通过调整所混合的导电材料和非导电材料的比例将电阻设定为所希望的大小。又，电阻比铜高的高电阻材料是硅等半导体材料。

第一配线WL和第二配线WR例如使用于采用了差动传送方式的高速信号的传送。因此，第一配线WL和第二配线WR通过相互供给的信号来传送规定的信号。通过差动传送方式传送信号的话，与采用单端方式的情况相比，能减轻噪音对所传送的信号的影响，并能高速地传送信号。

在此，在上述配线基板中，为了改善第一配线WL和第二配线WR的信号传送特性，改变了接地层GND的电阻率，并对第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减率进行了测定。另外，图2和图3所示的情形中，第一配线WL和第二配线WR是由电阻率为1.724×10^-8[Ω·m]的铜所形成。图2和图3将横轴作为频率，将纵轴作为衰减率，表示出传送各频率的信号时信号的衰减率。

对例如由电阻率为1.724×10^-8[Ω·m]、厚度(Y方向的宽度)TG为35μm的铜形成接地层GND的情况(图2所示的曲线G1)和具有电阻率为2×10^-7[Ω·m]、厚度TG为35μm的接地层GND的情况(图2所示的曲线G2)下由第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减率进行比较所得到的结果在图2中示出。如图2所示，在使接地层GND的电阻率为铜的大致10倍左右时，与使用铜的情况相比，其衰减率变大。

又，对例如由电阻率为1.724×10^-8[Ω·m]、厚度TG为35μm的铜形成接地层GND的情况(图3所示的曲线G1)和具有电阻率为1[Ω·m]、厚度TG为35μm的接地层GND的情况下(图3所示的曲线G3)由第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减率进行比较所得到的结果在图3中示出。

如图3所示，当接地层GND的材料使用电阻率比铜足够高的材料时，由第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减率得到了改善。

进一步的，对形成了使用例如电阻率为铜的1×10⁵以上的材料的接地层GND的情况(图4所示的曲线G3’)和采用铜形成了厚度TG相同的接地层GND的情况(图4所示的曲线G1’)下由第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减率进行比较所得到的结果在图4中示出。

如图4所示，当接地层GND的材料使用电阻率为铜的1×10⁵以上的材料时，与使用铜的情况相比，由第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减率得到了改善。

如上所述，接地层GND采用电阻率比第一配线WL和第二配线WR的电阻率足够高的材料形成的情况下，第一配线WL和第二配线WR的信号传送特性得到了改善。

图5示出第一配线WL和第二配线WR的等效电路。第一配线WL和第二配线WR的电参数能够由图5所示的电阻R、电感L、电导G、电容C的分布常数来表示。

作为表示第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减的手法之一，采用衰减常数α。衰减常数α为((R+jωL)(G+jωC))²的实数项。根据该衰减常数α的公式，对上述那样的接地层GND的电阻率与第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减率的关系进行研究。

图5所示的电阻R的大小是第一配线WL(或第二配线WR)以及成为信号的返回通道的接地层GND的电阻成分。电导G是第一配线WL(或第二配线WR)和接地层GND之间的绝缘体的漏电流所产生的成分。

又，电容C和电感L是随着第一配线WL(或第二配线WR)和接地层GND之间的结合关系或绝缘层的材质而变化的成分。电导G与电容C成比例。也就是说，电容C越大，电导G越大。

鉴于上述关系，衰减常数α中，电感L的值是衰减常数α的值变动的主要原因，但仅有它与衰减常数α的值没有比例关系。也就是说，即使电感L变大，衰减常数α也不会变大。

相反，电阻R、电导G以及电容C的值与衰减常数α具有比例关系，它们的值越大，衰减常数α也相应变大。在安装上，由于配线基板的体积是有限的，因此电阻R、电导G以及电容C变大容易，但是变小就困难了。

因此，在本实施形态中，不改变电阻R、电导G以及电容C，使电感L上升来降低信号的衰减率。从算出衰减常数α的公式可知，电感L达到一定大小以上的话，衰减率反而会变大，但本发明的发明者确认了以下情况：通常的挠性印制线路板(FPC)或配线基板所使用的参数大多可以通过仅使电感L上升来降低衰减率。

为此，在本实施形态的配线基板中，减弱了第一配线WL以及第二配线WR和接地层GND之间的结合关系。图6示出在本实施形态的配线基板中利用第一配线WL和第二配线WR传送差动信号时的磁场分布。

如图6所示，在第一配线WL和第二配线WR周围产生的磁场，如箭头所示那样贯通接地层GND而生成。也就是说，在第一配线WL和第二配线WR周围产成的磁场的状态与无接地层GND的状态下的磁场的状态大致相同。这是因为接地层GND中使用了电阻率足够高的材料(例如硅等半导体材料、导电膏)。

例如，当接地层GND的材料中采用了电阻率与第一配线WL和第二配线WR大致相同程度的材料时，第一配线WL和第二配线WR周围所产生的磁场不贯通接地层GND，磁场只产生在第一配线WL和第二配线WR侧，而不产生在接地层侧。

另外，电阻率足够高的材料是指，相对于第一配线WL和第二配线WR所使用的材料的电阻率具有1×10⁵倍以上的电阻率的材料，例如如图3以及图4所示的测定所使用的材料，在利用电阻率为1.724×10^-8[Ω·m]的铜来形成第一配线WL和第二配线WR的情况下，电阻率足够高的材料是电阻率为1[Ω·m]的材料。

如上所述，在利用电阻率比第一配线WL和第二配线WR足够高的材料来形成接地层GND的情况下，与接地层GND中使用了铜等的导体的情况相比，接地层GND与差动信号配线(第一配线WL和第二配线WR)之间的结合变弱，因此电感L的值变高。

关于电阻R，无视接地层GND，电流基本只在被供给差动信号的第一配线WL和第二配线WR中流动，因此与接地层GND中具有铜等的导体的情形没有什么大的变化。

又，关于电容C和电导G，它们是由电场定义的项目，而不是由磁场定义的。无论是铜等的导体，还是硅等的电阻率足够高的材料，在接地层GND的表面能储蓄电荷这一点上是没有差异的，在第一配线WL和第二配线WR的周围产生的电场没有发生变动。因此，电容C和电导G的值不变动。

由此，在本实施形态的配线基板中，通过将接地层GND的电阻率设置得足够高来仅使第一配线WL和第二配线WR的电感L的值发生改变，从而提供与将铜等导体使用于接地层GND的情形相比衰减率少的差动传送通路。

也就是说，如上所述，采用本实施形态的配线基板，可以提供一种不改变配线的形状和面积、且传送特性良好的配线基板。

接着，下面参照附图对本发明的第二实施形态的配线基板进行说明。另外，在以下的说明中，对于与上述第一实施形态的配线基板相同的构成标注相同的符号，并省略其说明。

本实施形态的配线基板，与上述第一实施形态的配线基板相同地具有：被供给接地电位的接地层GND、通过绝缘层L1配置在接地层GND上的第一配线WL以及第二配线WR。接地层GND呈平面状地配置在本实施形态的配线基板的基板面上。第一配线WL以及第二配线WR例如使用于采用了差动传送方式的高速信号的传送。

在本实施形态中，第一配线WL以及第二配线WR例如由铜形成。接地层GND由电阻率比第一配线WL和第二配线WR高的材料来形成。在本实施形态中，接地层GND例如由电阻比铜高的高电阻材料形成，并形成得足够薄。

电阻比铜高的高电阻材料例如是硅等半导体材料或银膏等导电膏，是电阻率比例如铜的电阻率的大致10倍还大的材料。例如，银膏这样材料其在涂敷之前的状态是具有流动性的液体，且在涂敷后通过使银粒子以外的溶剂干燥来进行粘合。考虑到干燥工程的话，难以增加膜厚，与一般的铜箔相比，其膜厚变薄。

又，电阻比铜高的高电阻材料是硅等半导体材料。在利用半导体材料形成足够薄的层的时候，例如可以通过旋转涂覆法涂覆半导体材料来形成薄膜。

在此，在上述配线基板中，为了改善第一配线WL和第二配线WR的信号传送特性，改变接地层GND的厚度TG，并对第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减率进行了测定。另外，图7所示的情形中，第一配线WL和第二配线WR是由电阻率为1.724×10^-8[Ω·m]的铜所形成。图7将横轴作为频率，将纵轴作为衰减率，表示出传送各频率的信号时信号的衰减率。

对例如由电阻率为1.724×10^-8[Ω·m]、厚度TG为35μm的铜形成接地层GND的情况(图7所示的曲线G1)和具有电阻率为2×10^-7[Ω·m]、厚度TG为0.01μm的接地层GND的情况

(图7所示的曲线G4)下由第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减率进行比较所得到的结果在图7中示出。

如图7所示，使接地层GND的电阻率为铜的大致10倍左右、且使接地层GND的厚度TG变薄的情况，与图2所示的情况相比，其衰减率降低得到改善，有时其衰减率比铜高。

如上所述，在接地层GND的电阻率比第一配线WL和第二配线WR的电阻率高，且充分薄的情况下，第一配线WL和第二配线WR的信号传输特性得到改善。

在本实施形态中，并没有改变电阻R、电导G以及电容C，而是使得电感L上升，降低信号的衰减率。

也就是说，在本实施形态中，由于在接地层GND中使用了电阻率高且足够薄的材料，因此降低了信号的衰减率。另外，电阻率高且足够薄的材料是使接地层GND的电阻率相对于第一配线WL和第二配线WR所使用的材料的电阻率为大致10倍以上的材料，例如如图7所示，在利用电阻率为1.724×10^-8[Ω·m]的铜来形成第一配线WL和第二配线WR的情况下，采用的是电阻率为2x10^-7[Ω·m]、厚度TG为0.01μm的材料。此时，接地层GND的厚度TG最好为至少3μm以下。

如上所述，在采用电阻率比第一配线WL和第二配线WR高且薄的材料来形成接地层GND的情况下，与接地层GND中使用了铜等导体时相比，接地层GND与差动信号配线(第一配线WL和第二配线WR)之间的结合变弱，因此电感L的值变高。

关于电阻R，无视接地层GND，电流基本只在被供给差动信号的第一配线WL和第二配线WR中流动，因此与接地层GND中具有铜等的导体的情形没有什么变化。

又，关于电容C和电导G，它们是由电场定义的项目，而不是由磁场定义的。无论是铜等的导体，还是电阻率比铜高的材料，在接地层GND的表面能储蓄电荷这一点上是没有差异的，在第一配线WL和第二配线WR的周围产生的电场没有发生变动。因此，电容C和电导G的值不会变动。

由此，在本实施形态的配线基板中，通过利用电阻率高的材料来形成接地层GND，并使得其足够薄，来仅使第一配线WL和第二配线WR的电感L的值发生改变，从而提供与将铜等导体使用于接地层GND的情形相比衰减率少的差动传送通路。

接着，下面参照附图对本发明的第三实施形态的配线基板进行说明。本实施形态的配线基板，与上述第一实施形态的配线基板相同地具有：被供给接地电位的接地层GND、通过绝缘层L1配置在接地层GND上的第一配线WL以及第二配线WR。接地层GND呈平面状地配置在本实施形态的配线基板的基板面上。第一配线WL以及第二配线WR例如使用于采用了差动传送方式的高速信号的传送。

在本实施形态中，第一配线WL以及第二配线WR例如由铜形成。接地层GND由电阻率比第一配线WL和第二配线WR高的材料来形成。在本实施形态中，接地层GND例如由电阻比铜足够高的高电阻材料形成。

电阻比铜足够高的高电阻材料例如是硅等半导体材料或银膏等导电膏。例如，银膏这样材料其在涂敷之前的状态是具有流动性的液体，且在涂敷后通过使银粒子以外的溶剂干燥来进行粘合。考虑到干燥工程的话，难以增加膜厚，与一般的铜箔相比，其膜厚变薄。在利用半导体材料形成足够薄的层的时候，例如可以通过例如旋转涂覆法涂覆半导体材料来形成薄膜。

在此，在上述配线基板中，为了改善第一配线WL和第二配线WR的信号传送特性，改变了接地层GND的电阻率和厚度TG，并对第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减率进行了测定。另外，图8所示的情形中，第一配线WL和第二配线WR是由电阻率为1.724×10^-8[Ω·m]的铜所形成。图8将横轴作为频率，将纵轴作为衰减率，表示出传送各频率的信号时信号的衰减率。

对例如由电阻率为1.724×10^-8[Ω·m]、厚度TG为35μm的铜形成接地层GND的情况(图8所示的曲线G1)和具有电阻率为1[Ω·m]、厚度TG为0.1μm的接地层GND的情况(图8所示的曲线G5)下由第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减率进行比较所得到的结果在图8中示出。

如图8所示，在接地层GND的材料使用电阻率比铜足够高的材料、且使接地层GND的厚度TG变薄的情况下，与图7所示的情况相比，其衰减率得到进一步的改善，即便在传送高频信号的情况下，其传送特性也是良好的。

如上所述，在接地层GND的电阻率比第一配线WL和第二配线WR的电阻率足够高且足够薄的情况下，第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的传送特性得到了改善。

在本实施形态中，并没有改变电阻R、电导G以及电容C，仅使得电感L上升，就降低了信号的衰减率。

也就是说，在本实施形态中，由于在接地层GND中使用了电阻率足够高且足够薄的材料，因此降低了信号的衰减率。另外，电阻率足够高且足够薄的材料是使接地层GND的电阻率相对于第一配线WL和第二配线WR所使用的材料的电阻率为大致1x10⁵倍以上的材料，例如如图8所示，在利用电阻率为1.724×10^-8[Ω·m]的铜来形成第一配线WL和第二配线WR的情况下，采用的是电阻率为1[Ω·m]、厚度TG为0.1μm的材料。此时，接地层GND的厚度TG最好为至少3μm以下。

如上所述，在采用电阻率比第一配线WL和第二配线WR足够高且足够薄的材料来形成接地层GND的情况下，与接地层GND中使用了铜等导体时相比，接地层GND与差动信号配线(第一配线WL和第二配线WR)之间的结合变弱，因此电感L的值变高。

又，关于电容C和电导G，它们是由电场定义的项目，而不是由磁场定义的。无论是铜等的导体，还是电阻率比铜高的材料，在接地层GND的表面能储蓄能电荷这一点上是没有差异的，在第一配线WL和第二配线WR的周围产生的电场没有发生变动。因此，电容C和电导G的值不会变动。

由此，在本实施形态的配线基板中，通过利用电阻率足够高的材料来形成接地层GND，并使得其足够薄，来仅使第一配线WL和第二配线WR的电感L的值发生改变，从而提供与将铜等导体使用于接地层GND的情形相比衰减率少的差动传送通路。

如果要提高配线的衰减率的话，已提出增粗信号配线或者改变绝缘层的材料这样的改善方法。但是，如果采用上述第一乃至第三是实施形态的配线基板，可以通过改变接地层GND的导体材料来改善特性，并增加传送特性的改善的幅度。以往，虽然意识到使用高电阻时衰减变大，但是通过使接地层GND足够薄或者使得电阻率足够高，可以通过与以往完全不同的方法来改善特性。

也就是说，如上所述，通过采用电阻率比第一配线WL和第二配线WR的材料足够高的材料、电阻率高且足够薄的材料、或者电阻率足够高且足够薄的材料来形成接地层GND，可以改善第一配线WL和第二配线WR所传送的信号的衰减率。

因此，如果采用上述第一乃至第三是实施形态的配线基板，可以提供一种不改变配线的形状和面积、且传送特性良好的配线基板。

另外，本发明并不限于上述实施形态所限定的特征，在其实施阶段可以在不脱离其主旨的范围内对构成要素进行变形并具体化。即使在适用于例如作成与上述实施形态的配线基板相同的构造的挠性印制线路板(FPC)、柔性扁平排线(FFC)、双面印刷线路板(PWB)等的情况下，也可以得到同样的效果。尤其是在接地层GND采用电阻率高且薄的材料的情况下，可以容易地使挠性印制线路板、柔性扁平排线弯曲，并实现轻量化。

又，即便是在通过例如差动传送方式传送信号的电缆的外皮配置接地层GND的情况下，在接地层GND使用电阻率足够高的材料、电阻率高且薄的材料、或者电阻率足够高且薄的材料时，可以得到与上述实施形态的配线基板相同的效果。

又，即便是在具有与上述实施形态相同的结构、接地电位被供给第一配线WL和第二配线WR中的一个的情况下，在接地层GND使用电阻率足够高的材料、电阻率高且薄的材料、或者电阻率足够高且薄的材料时，可以得到与上述实施形态的配线基板相同的效果。

又，通过对上述实施形态所公开的多个构成要素进行适当地组合，可以形成各种发明。例如，可以从实施形态所揭示的所有构成要素中删除几个构成要素。进一步的，也可以将不同的实施形态的构成要素进行适当的组合。

Claims

1.一种配线基板，其特征在于，包括：

被供给接地电位的接地层；

配置于所述接地层上的绝缘层；

通过所述绝缘层与所述接地层相对配置的、通过差动传送方式传送信号的第一配线和第二配线；

所述接地层由电阻率比所述第一配线和所述第二配线高的材料形成。

2.如权利要求1所述的配线基板，其特征在于，所述接地层的材料是半导体材料。

3.如权利要求1所述的配线基板，其特征在于，所述接地层的材料是银膏。

4.如权利要求1所述的配线基板，其特征在于，所述配线基板是挠性配线基板。

5.如权利要求1所述的配线基板，其特征在于，所述接地层的材料的电阻率为所述第一配线和所述第二配线的电阻率的1x10⁵倍以上。

6.如权利要求1所述的配线基板，其特征在于，所述接地层的厚度为3μm以下。