CN112351577A - 印刷电路板、印刷布线板和电子设备 - Google Patents

印刷电路板、印刷布线板和电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了印刷电路板、印刷布线板和电子设备。一种印刷电路板包括具有信号端子的电组件和安装有电组件的印刷布线板。印刷布线板包括连接到信号端子的信号线。信号线包括依次连续地部署的第一线部、第二线部、第三线部和第四线部。信号端子与第四线部接合，以使得信号端子和第四线部形成整体结构。第二线部的第二特性阻抗低于第一线部的第一特性阻抗。第三线部的第三特性阻抗高于第一特性阻抗。由第四线部和信号端子形成的整体结构的第四特性阻抗低于第一特性阻抗。

Description

印刷电路板、印刷布线板和电子设备
技术领域
本发明涉及用于印刷电路板的布线技术。
背景技术
印刷电路板包括用于传输信号的信号线。信号线是在一些限制下设计的，并且一个限制与安装有电组件的焊盘的形状有关。通常，焊盘的线宽大于对应的信号线的主线的线宽。因此，由于焊盘的特性阻抗变得低于主线的特性阻抗，所以特性阻抗的不匹配在主线和焊盘之间的边界处发生。特性阻抗的不匹配影响信号波形的质量。为了抑制焊盘的特性阻抗的不匹配，日本专利申请公开No.2014-116541提出了在面对焊盘的接地面中形成开口的技术。
然而，通过信号线传输的信号的速度趋向于提高。随着信号的传输速度被提高，信号越来越需要具有较高的质量，并且因此，印刷电路板需要被改进。
发明内容
根据本发明的第一方面，一种印刷电路板包括具有信号端子的电组件和安装有电组件的印刷布线板。印刷布线板包括连接到信号端子的信号线。信号线包括依次连续地部署的第一线部、第二线部、第三线部和第四线部。信号端子与第四线部接合，以使得信号端子和第四线部形成整体结构。第二线部的第二特性阻抗低于第一线部的第一特性阻抗。第三线部的第三特性阻抗高于第一特性阻抗。由第四线部和信号端子形成的整体结构的第四特性阻抗低于第一特性阻抗。
根据本发明的第二方面，一种印刷电路板包括具有信号端子的电组件和安装有电组件的印刷布线板。印刷布线板包括连接到信号端子的信号线。信号线包括依次连续地部署的第一线部、第二线部、第三线部和第四线部。信号端子与第四线部接合。第二线部的线宽大于第一线部的线宽。第三线部的线宽小于第一线部的线宽。第四线部的线宽大于第一线部的线宽。
根据本发明的第三方面，安装有电组件的印刷布线板包括连接到电组件的信号端子的信号线。信号线包括连续地形成的第一线部、第二线部、第三线部和第四线部。信号端子被配置成与第四线部接合。第二线部的特性阻抗低于第一线部的特性阻抗。第三线部的特性阻抗高于第一线部的特性阻抗。第四线部的特性阻抗低于第一线部的特性阻抗。
根据本发明的第四方面，安装有电组件的印刷布线板包括连接到电组件的信号端子的信号线。信号线包括连续地形成的第一线部、第二线部、第三线部和第四线部。信号端子被配置成与第四线部接合。第二线部的线宽大于第一线部的线宽。第三线部的线宽小于第一线部的线宽。第四线部的线宽大于第一线部的线宽。
从以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的更多特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出第一实施例的电子设备的图。
图2是第一实施例的处理模块的透视图。
图3A是第一实施例的处理模块的一部分的平面图。
图3B是第一实施例的处理模块的一部分的截面图。
图4A是第二实施例的处理模块的一部分的平面图。
图4B是第二实施例的处理模块的一部分的截面图。
图5是第三实施例的处理模块的透视图。
图6A是第三实施例的处理模块的一部分的平面图。
图6B是第三实施例的处理模块的一部分的截面图。
图7A是第四实施例的处理模块的一部分的平面图。
图7B是第四实施例的处理模块的一部分的截面图。
图8A是示出在示例中获得的仿真结果的曲线图。
图8B是示出在示例中使用的信号的图。
图9A是示出在示例中获得的仿真结果的曲线图。
图9B是示出在示例中使用的信号的图。
图10A是比较例1的处理模块的一部分的平面图。
图10B是比较例2的处理模块的一部分的平面图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来详细描述本发明的一些实施例。
第一实施例
图1是示出数字相机600的图，该数字相机600是作为第一实施例的电子设备的一个示例的图像拾取设备。作为图像拾取设备的数字相机600是具有可更换透镜的数字相机；并且包括相机主体601。包括透镜的透镜单元(镜筒)602被可拆卸地附接到相机主体601。相机主体601包括壳体611、处理模块300和传感器模块900。处理模块300和传感器模块900被部署在壳体611中。处理模块300是印刷电路板的一个示例，而且也是半导体模块的一个示例。处理模块300和传感器模块900经由线缆(未示出)彼此电连接。
传感器模块900包括作为图像拾取元件的图像传感器700和印刷布线板800。图像传感器700被安装在印刷布线板800上。图像传感器700可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器或电荷耦合器件(CCD)图像传感器。图像传感器700具有将通过透镜单元602的光转换为电信号的功能。
处理模块300包括半导体设备100、连接器400和印刷布线板200。连接器400是电组件的一个示例。半导体设备100和连接器400被安装在印刷布线板200上。印刷布线板200是刚性板。半导体设备100可以是数字信号处理器；并且具有从图像传感器700接收电信号、校正电信号并且创建图像数据的功能。
连接器400用作处理模块300和外部设备之间的接口，并且可以是通用串行总线(USB)连接器或高清晰度多媒体接口(HDMI)(注册商标)连接器。连接器400包括插入开口401，USB线缆连接器(未示出)或HDMI(注册商标)线缆连接器(未示出)被插入到该插入开口401中，或者USB线缆连接器或HDMI线缆连接器被从该插入开口401移除。连接器400被部署在壳体611中，以使得插入开口401从相机主体601的壳体611暴露于外部。
图2是第一实施例的处理模块300的透视图。半导体设备100是半导体封装。在第一实施例中，半导体设备100是球栅阵列(BGA)半导体封装。
印刷布线板200包括电连接半导体设备100和连接器400的信号线250。信号线250是数字信号通过其从半导体设备100传输到连接器400的线。注意，在图2的印刷布线板200中，诸如电源线、接地线和除了信号线250之外的信号线之类的除了信号线250之外的线未被示出。
另外，虽然图2中示出了单根信号线250(信号通过其传输)，但是可以部署多根信号线250。在这种情况下，多根信号线250可以构成总线。
信号线250在布线方向上，即-在作为信号线250的纵向方向的X方向上延伸。信号线250的厚度方向被定义为Z方向，并且信号线250的宽度方向被定义为Y方向。Z方向等于印刷布线板200的厚度方向，并且是当在平面中观察印刷布线板200时的视图方向。
信号线250包括端部251和端部252。端部251是形成在X方向上的第一端部，并且端部252是形成在X方向上的并且与端部251相对的第二端部。半导体设备100包括输出数字信号的端子101。端子101连接到信号线250的端部251。通过信号线250传输的数字信号的传输速度为1Gbps(每秒千兆比特)或较高。在第一实施例中，数字信号是单端信号。信号线250的材料包含诸如铜或金之类的导电金属材料。
图3A是第一实施例的处理模块300的一部分的平面图。图3B是第一实施例的处理模块300的一部分的截面图。印刷布线板200包括四个导体层221、222、223和224以及绝缘体层231、232和233。导体层221、222、223和224被部署为使得绝缘体层231、232和233中的每个被夹在相邻的导体层之间。导体层221和224是表面层或外层，并且导体层222和223是内层。导体层221是安装有半导体设备100和连接器400的表面层。注意，阻焊剂(未示出)可以形成在导体层221和224中的每个上。
信号线250被部署在导体层221中。信号线250在Z方向上的厚度在X方向上和在Y方向上是恒定的。在经由绝缘体层231与导体层221相邻的导体层222中，部署平面接地图案262。在导体层223中，部署平面接地图案263。在导体层224中，部署除了信号线250之外的信号线264。
连接器400是表面安装电组件，并且包括作为信号端子的端子414。端子414是销形。端子414连接到信号线250的端部252。端子414接收信号。信号通过信号线250传输的传输方向被定义为X1方向。
信号线250包括在X方向上连续地形成的线部211、212、213和214。线部211是第一线部，线部212是第二线部，线部213是第三线部，并且线部214是第四线部。在本实施例中，线部211、线部212、线部213和线部214朝着X1方向依次连续地形成。连接器400包括与端子414连续的线部415。线部415是第五线部，并且是连接器400的内部线。
线部211是主线；并且在线部211至214中在X方向上最长。线部214是可以经由焊料与连接器400的端子414接合的焊盘。当线部214与端子414接合时，由线部214和端子414形成整体结构314。作为焊盘的线部214在从Z方向观察时是矩形。
线部211的特性阻抗由Z1表示，线部212的特性阻抗由Z2表示，并且线部213的特性阻抗由Z3表示。另外，由线部214和端子414形成的整体结构314的特性阻抗由Z4表示。线部415的特性阻抗由Z5表示。另外，只有线部214的特性阻抗由Z14表示。特性阻抗Z1是第一特性阻抗，特性阻抗Z2是第二特性阻抗，并且特性阻抗Z3是第三特性阻抗。另外，特性阻抗Z4是第四特性阻抗，并且特性阻抗Z5是第五特性阻抗。
线部211在Y方向上的线宽由W1表示，线部212在Y方向上的线宽由W2表示，线部213在Y方向上的线宽由W3表示，并且线部214在Y方向上的线宽由W4表示。另外，线部211在X方向上的长度由L1表示，线部212在X方向上的长度由L2表示，线部213在X方向上的长度由L3表示，并且线部214在X方向上的长度由L4表示。
为了比较，将描述比较例1的处理模块。图10A是比较例1的处理模块300X的一部分的平面图。处理模块300X包括连接器400和印刷布线板200X。连接器400与第一实施例的连接器相同，并且比较例1的印刷布线板200X与第一实施例的印刷布线板200不同。
印刷布线板200X包括其结构与第一实施例的信号线250的结构不同的信号线250X。印刷布线板200X的其它结构与第一实施例的印刷布线板200的其它结构相同。信号线250X包括线部211X和线部214X。线部214X与线部211X连续。线部214X是可以经由焊料与连接器400的端子414接合的焊盘。当线部214X与端子414接合时，由线部214X和端子414形成整体结构314X。
线部214X的线宽W4X大于线部211X的线宽W1X。因此，线部214X的特性阻抗Z14X低于线部211X的特性阻抗Z1X。结果，特性阻抗的不匹配在线部211X和线部214X之间发生。
当连接器400的端子414与线部214X接合时，由线部214X和端子414形成的整体结构314X的特性阻抗Z4X低于仅未安装电组件的线部214X的特性阻抗Z14X。这是因为整体结构314X(由线部214X和端子414形成)在Z方向上的厚度大于端子414在Z方向上的厚度。较厚的整体结构314X增大了通过整体结构314X和接地图案262(图3B)之间的电磁耦合而产生的电容分量。因此，特性阻抗Z1X和特性阻抗Z4X之间的差Z1X-Z4X大于特性阻抗Z1X和特性阻抗Z14X之间的差Z1X-Z14X。
此外，在第一实施例中，图3A中所示的线部214的线宽W4大于线部211的线宽W1。因此，线部214的特性阻抗Z14低于线部211的特性阻抗Z1。当连接器400的端子414与线部214接合时，由线部214和端子414形成的整体结构314的特性阻抗Z4低于未安装电组件的线部214的特性阻抗Z14。因此，特性阻抗Z1和特性阻抗Z4之间的差Z1-Z4大于特性阻抗Z1和特性阻抗Z14之间的差Z1-Z14。
在第一实施例中，线部212和线部213被部署在线部211和线部214之间。线部212和线部213被部署用于控制由特性阻抗Z1和特性阻抗Z4之间的差Z1-Z4引起的数字信号的电压的扰动。两个线部212和213构成控制线部210。
在第一实施例中，线部211至214在Z方向上具有相同的厚度。线部212的线宽W2大于线部211的线宽W1。因此，线部212的特性阻抗Z2低于线部211的特性阻抗Z1。线部213的线宽W3小于线部211的线宽W1。因此，线部213的特性阻抗Z3高于线部211的特性阻抗Z1。由于控制线部210被部署在线部211和线部214之间，因此与部署了整体结构314X和线部211X的比较例的配置相比较，由整体结构314和线部213之间的特性阻抗的不匹配引起的信号的反射可以被减小。另外，因为线部212的特性阻抗低于控制线部210的线部213的特性阻抗，所以由整体结构314和线部213之间的特性阻抗的不匹配引起的信号的反射可以被进一步减小。以这种方式，数字信号的电压的扰动，即，最大峰值和最小峰值之间的差被减小。因此，通过线传输的数字信号的质量改善。
特性阻抗Z2可以等于或低于特性阻抗Z4。特性阻抗Z2优选地高于特性阻抗Z4，以用于使通过线传输的数字信号的电压稳定。特性阻抗Z3可以等于或高于特性阻抗Z5。特性阻抗Z3优选地低于特性阻抗Z5，以用于使通过线传输的数字信号的电压稳定。
第二实施例
接下来，将描述作为第二实施例的电子设备的一个示例的数字相机的配置。在第二实施例中，数字相机的处理模块的配置与第一实施例的处理模块的配置不同。由于这个原因，将描述处理模块。图4A是第二实施例的处理模块300A的一部分的平面图。图4B是第二实施例的处理模块300A的一部分的截面图。在第二实施例中，与第一实施例的组件相同的组件被给予相同的符号，并且其描述将被省略。
作为印刷电路板的一个示例的处理模块300A包括印刷布线板200A和安装在印刷布线板200A上的连接器400。如第一实施例中那样，处理模块300A包括图2的半导体设备100(半导体设备100在图4A和图4B中未被示出)。半导体设备100安装在印刷布线板200A上。
如第一实施例中那样，印刷布线板200A包括四个导体层221、222、223和224以及绝缘体层231、232和233。导体层221、222、223和224被部署为使得绝缘体层231、232和233中的每个被夹在相邻的导体层之间。
在第二实施例中，如第一实施例中那样，信号线250被部署在导体层221中。在导体层222中，部署平面接地图案262A。接地图案262A与第一实施例的接地图案262(图3B)不同。
接地图案262A包括开口H1。在印刷布线板200A的平面图中，即，当从Z方向观察时，开口H1与信号线250的线部214的至少一部分重叠。在第二实施例中，当从Z方向观察时，开口H1与整个线部214重叠。
由于开口H1形成在接地图案262A中，因此第二实施例的整体结构314的特性阻抗Z4高于第一实施例的整体结构314的特性阻抗Z4。即，在第二实施例中，可以使特性阻抗Z1和特性阻抗Z4之间的差低于第一实施例中的特性阻抗Z1和特性阻抗Z4之间的差。因此，数字信号的质量进一步改善。
第三实施例
接下来，将描述作为第三实施例的电子设备的一个示例的数字相机的配置。在第三实施例中，数字相机的处理模块的配置与第一实施例的处理模块的配置不同。由于这个原因，将描述处理模块。图5是第三实施例的处理模块300B的透视图。在第三实施例中，与第一实施例的组件相同的组件被给予相同的符号，并且其描述将被省略。
处理模块300B包括半导体设备100B、连接器400B和印刷布线板200B。连接器400B是电组件的一个示例。半导体设备100B和连接器400B安装在印刷布线板200B上。印刷布线板200B是刚性板。半导体设备100B可以是数字信号处理器。连接器400B包括插入开口401B，USB线缆连接器(未示出)或HDMI(注册商标)线缆连接器(未示出)被插入到该插入开口401中，并且USB线缆连接器或HDMI线缆连接器被从该插入开口401移除。
印刷布线版200B包括一对信号线，该对信号线中的每根信号线与第一实施例的信号线250相同。即，印刷布线板200B包括电连接半导体设备100B和连接器400B的一对信号线2501和2502。信号线2501和2502中的每个具有与第一实施例的信号线250的结构相同的结构。然而，通过信号线2501和2502传输的数字信号与通过信号线250传输的数字信号不同。即，在第一实施例中通过信号线250传输的数字信号是单端信号，而在第二实施例中通过一对信号线2501和2502传输的数字信号是差分信号。构成一对的信号线2501和2502被部署为彼此相邻。
注意，在图5的印刷布线板200B中，诸如电源线、接地线和除了信号线2501和2502之外的信号线之类的除了信号线2501和2502之外的线未被示出。另外，可以部署多对信号线2501和2502。在这种情况下，多对信号线2501和2502可以构成总线。
信号线2501包括端部2511和端部2521。端部2511是在X方向上形成的第一端部，并且端部2521是在X方向上形成的并且与端部2511相对的第二端部。类似地，信号线2502包括端部2512和端部2522。端部2512是在X方向上形成的第一端部，并且端部2522是在X方向上形成的并且与端部2512相对的第二端部。半导体设备100B包括输出差分信号的端子1011和1012。端子1011连接到信号线2501的端部2511，并且端子1012连接到信号线2502的端部2512。通过信号线2501和2502传输的数字信号的传输速度为1Gbps或较高。信号线2501和2502的材料包含诸如铜或金之类的导电金属材料。
图6A是第三实施例的处理模块300B的一部分的平面图。图6B是第三实施例的处理模块300B的一部分的截面图。如第一实施例中那样，印刷布线板200B包括四个导体层221、222、223和224以及绝缘体层231、232和233。导体层221、222、223和224被部署为使得绝缘体层231、232和233中的每个被夹在相邻的导体层之间。
在第三实施例中，一对信号线2501和2502被部署在导体层221中。在经由绝缘体层231与导体层221相邻的导体层222中，部署平面接地图案262。在导体层223中，部署平面接地图案263。在导体层224中，部署除了信号线2501和2502之外的信号线264。
连接器400B是表面安装电组件，并且包括作为信号端子的一对端子4141和4142。端子4141和4142是销形。端子4141连接到信号线2501的端部2521，并且端子4142连接到信号线2502的端部2522。一对端子4141和4142接收差分信号。差分信号通过一对信号线2501和2502传输的传输方向被定义为X1方向。
信号线2501包括在X方向上连续地形成的线部2111、2121、2131和2141。信号线2502包括在X方向上连续地形成的线部2112、2122、2132和2142。线部2111和线部2112在Y方向上彼此相邻，彼此间隔开。线部2121和线部2122在Y方向上彼此相邻，彼此间隔开。线部2131和线部2132在Y方向上彼此相邻，彼此间隔开。线部2141和线部2142在Y方向上彼此相邻，彼此间隔开。连接器400B包括与端子4141连续的线部4151和与端子4142连续的线部4152。
接下来，将描述信号线2501。线部2111是主线；并且在线部2111至2141中在X方向上最长。线部2141是可以经由焊料与连接器4001的端子4141接合的焊盘。当线部2141与端子4141接合时，由线部2141和端子4141形成整体结构3141。作为焊盘的线部2141在从Z方向观察时是矩形。由于信号线2502具有与信号线2501的结构相同的结构，因此其描述将被省略。
一对线部2111和2112的差分阻抗由Z1表示。一对线部2121和2122的差分阻抗由Z2表示。一对线部2131和2132的差分阻抗由Z3表示。一对线部4141和4142的差分阻抗由Z4表示。一对线部4151和4152的差分阻抗由Z5表示。另外，端子不与其接合的一对线部2141和2142的差分阻抗由Z14表示。差分阻抗Z1对应于第一特性阻抗，差分阻抗Z2对应于第二特性阻抗，并且差分阻抗Z3对应于第三特性阻抗。另外，差分阻抗Z4对应于第四特性阻抗，并且差分阻抗Z5对应于第五特性阻抗。
线部2111和2112中的每个在Y方向上的线宽由W1表示，线部2121和2122中的每个在Y方向上的线宽由W2表示，线部2131和2132中的每个在Y方向上的线宽由W3表示，并且线部2141和2142中的每个在Y方向上的线宽由W4表示。另外，线部2111和2112中的每个在X方向上的长度由L1表示，线部2121和2122中的每个在X方向上的长度由L2表示，线部2131和2132中的每个在X方向上的长度由L3表示，并且线部2141和2142中的每个在X方向上的长由L4表示。
线宽W4大于线宽W1。因此，差分阻抗Z14低于差分阻抗Z1。另外，当连接器400B的端子4141和4142与线部2141和2142接合时，整体结构3141和3142的差分阻抗Z4低于仅线部2141和2142的差分阻抗Z14。因此，差分阻抗Z1和差分阻抗Z4之间的差Z1-Z4大于差分阻抗Z1和差分阻抗Z14之间的差Z1-Z14。
如在第一实施例中那样，由线部2121和线部2131形成的控制线部2101被部署在线部2111和线部2141之间。类似地，由线部2122和线部2132形成的控制线部2102被部署在线部2112和线部2142之间。一对控制线部2101和2102被部署用于控制由差分阻抗Z1和差分阻抗Z4之间的差Z1-Z4引起的差分信号的电压的扰动。
在第三实施例中，线部2111至2141和线部2112至2142在Z方向上具有相同的厚度。线宽W2大于线宽W1。因此，差分阻抗Z2低于差分阻抗Z1。线宽W3小于线宽W1。因此，差分阻抗Z3高于差分阻抗Z1。在该结构中，整体结构3141和3142中的差分阻抗的减小被线部2131和2132抑制，该线部2131和2132的差分阻抗高于整体结构3141和3142的差分阻抗。此外，线部2131和2132的差分阻抗的增大被线部2121和2122抑制，该线部2121和2122的差分阻抗低于线部2131和2132的差分阻抗。以这种方式，由整体结构3141和3142引起的信号的反射被减小，以使得差分信号的电压的扰动-即，最大峰值和最小峰值之间的差被减小。因此，通过线传输的差分信号的质量改善。
差分阻抗Z2可以等于或低于差分阻抗Z4。差分阻抗Z2优选地高于差分阻抗Z4，以用于使通过线传输的差分信号的电压稳定。差分阻抗Z3可以等于或高于差分阻抗Z5。差分阻抗Z3优选地低于差分阻抗Z5，以用于使通过线传输的差分信号的电压稳定。
第四实施例
接下来，将描述作为第四实施例的电子设备的一个示例的数字相机的配置。在第四实施例中，数字相机的处理模块的配置与第三实施例的处理模块的配置不同。由于这个原因，将描述处理模块。图7A是第四实施例的处理模块300C的一部分的平面图。图7B是第四实施例的处理模块300C的一部分的截面图。在第四实施例中，与第三实施例的组件相同的组件被给予相同的符号，并且其描述将被省略。
作为印刷电路板的一个示例的处理模块300C包括印刷布线板200C和安装在印刷布线板200C上的连接器400B。如第三实施例中那样，处理模块300C包括图5的半导体设备100B(半导体设备100B在图7A和图7B中未被示出)。半导体设备100B安装在印刷布线板200C上。
如第三实施例中那样，印刷布线板200C包括四个导体层221、222、223和224以及绝缘体层231、232和233。导体层221、222、223和224被部署为使得绝缘体层231、232和233中的每个被夹在相邻的导体层之间。
在第四实施例中，如第三实施例中那样，信号线2501和2502被部署在导体层221中。在导体层222中，部署平面接地图案262C。接地图案262C与第三实施例的接地图案262(图6B)不同。
接地图案262C包括开口H2。在印刷布线板200C的平面图中，即，当从Z方向观察时，开口H2与线部2141和2142的至少一部分重叠。在第四实施例中，当从Z方向观察时，开口H2与整个一对线部2141和2142重叠。
由于开口H2形成在接地图案262C中，因此第四实施例的一对整体结构3141和3142的差分阻抗Z4高于第三实施例的一对整体结构3141和3142的差分阻抗Z4。即，在第四实施例中，可以使差分阻抗Z1和差分阻抗Z4之间的差小于第三实施例中的差分阻抗Z1和差分阻抗Z4之间的差。因此，差分信号的质量进一步改善。
示例
在下文中，将在示例1、示例2和比较例1中描述用于单端信号的线，并且将在示例3、示例4和比较例2中描述用于差分信号的线。
示例1
将参考图3A和图3B描述示例1。示例1指示第一实施例的具体数值。为了实现Z4<Z2<Z1<Z3<Z5的特性阻抗的关系，通过使用仿真设备和以下参数来设计印刷电路板，并且计算特性阻抗。为了计算特性阻抗，使用Mentor制造的HyperLynx。
导体层221的厚度被设定为37μm。导体层222的厚度被设定为35μm。导体层223的厚度被设定为35μm。导体层224的厚度被设定为37μm。绝缘体层231的厚度被设定为100μm。绝缘体层232的厚度被设定为1200μm。绝缘体层233的厚度被设定为100μm。绝缘体层231、232和233的相对介电常数被设定为4.3，并且绝缘体层231、232和233的介电正切被设定为0.02。另外，导体层221和224的表面被阻焊剂(未示出)覆盖。阻焊剂(未示出)在Z方向上的厚度被设定为20μm。阻焊剂(未示出)的相对介电常数被设定为3.0，并且阻焊剂的介电正切被设定为0.02。
线部211在Y方向上的线宽W1被设定为150μm，并且线部211在X方向上的长度L1被设定为28.6mm。线部212在Y方向上的线宽W2被设定为280μm，并且线部212在X方向上的长度L2被设定为0.4mm。线部213在Y方向上的线宽W3被设定为85μm，并且线部213在X方向上的长度L3被设定为1.0mm。线部214在Y方向上的线宽W4被设定为250μm，并且线部214在X方向上的长度L4被设定为2.0mm。
与线部214接合的端子414在Y方向上的宽度被设定为250μm，并且端子414在X方向上的长度被设定为2.0mm。端子414在Z方向上的厚度被设定为200μm。线部415在X方向上的长度被设定为2.0mm。另外，线部415的信号输出部由50Ω的电阻器(未示出)端接。
在上述条件下执行计算之后，获得以下特性阻抗Z1至Z4。特性阻抗Z1为50.8Ω。特性阻抗Z2为36.4Ω。特性阻抗Z3为64.2Ω。特性阻抗Z4为36.1Ω。特性阻抗Z5为65Ω。虽然由线部214和端子414形成的整体结构314的宽度小于线部212的宽度，但是特性阻抗Z4低于特性阻抗Z2。特性阻抗Z14为40.3Ω。
另外，对示例1的结构执行时域反射测定法(TDR)分析仿真。图8A是示出在示例中获得的仿真结果的曲线图。在图8A中，垂直轴表示特性阻抗(Ω)，并且水平轴表示时间(秒)。TDR分析可以确定与信号源分离某个距离的位置处的信号线的特性阻抗。另外，TDR分析可以评估数字信号的电压波形的质量。
在图8A中，波形1001指示在示例1中获得的TDR分析结果。对于TDR分析，使用Synopsys公司制造的HSPICE。另外，脉冲信号被用作将被施加到信号线的数字信号。
图8B是示出在示例中从信号源施加到主线的一端的脉冲信号的图。在示例1中，主线是线部211。主线的一端是图2中所示的端部251。信号源与图2中所示的半导体设备100。施加到线部211的脉冲信号的电压幅值由Vin表示，并且脉冲信号的上升时间由tr表示。上升时间tr与电压幅值Vin的0到100％对应。电压幅值Vin为400mV，并且上升时间tr为35ps。信号源的内部阻抗为50Ω。
将比较TDR分析结果和对特性阻抗的计算结果来描述示例1中的分析结果。在示例1中，脉冲信号被施加到线部211的一端。在TDR分析结果中，线部211的特性阻抗Z1为52Ω。
通过计算获得的线部212的特性阻抗Z2为36.4Ω，该特性阻抗Z2低于线部211的特性阻抗Z1。线部213的特性阻抗Z3为64.2Ω，该特性阻抗Z3高于特性阻抗Z1。整体结构314的特性阻抗Z4为36.1Ω，该特性阻抗Z4低于特性阻抗Z1。
线部211在X方向上的长度L1被设定为28.6mm。形成在线部211上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部211上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.654×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.551倍。因此，信号传播通过线部211的时间为172.9ps。
线部212在X方向上的长度L2被设定为0.4mm。形成在线部212上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部212上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.617×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.539倍。因此，信号传播通过线部212的时间为2.5ps。
特性阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内减小到36.4Ω。然而，在线部212中，信号波在5.0ps(＝2.5×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(50Ω)到线部212的特性阻抗Z2(36.4Ω)的有效改变为-1.9Ω(≈(36.4-50)×(5.0/35))。
线部213在X方向上的长度L3被设定为1.0mm。形成在线部213上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部213上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.681×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.560倍。因此，信号传播通过线部213的时间为5.9ps。
特性阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内增大到64.2Ω。然而，在线部213中，信号波在11.8ps(＝5.9×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(50Ω)到线部213的特性阻抗Z3(64.2Ω)的有效改变为4.8Ω(≈(64.2-50)×(11.8/35))。
整体结构314在X方向上的长度被设定为2.0mm。因此，信号传播通过整体结构314的时间为11.3ps。特性阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内减小到36.1Ω。然而，在整体结构314中，信号波在22.6ps(＝11.3×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(50Ω)到整体结构314的特性阻抗Z4(36.1Ω)的有效改变为-9.0Ω(≈(36.1-50)×(22.6/35))。
在示例1中，线部211、线部212、线部213和整体结构314依次连续地形成，并且特性阻抗在线部211、线部212、线部213和整体结构314处改变。因此，在TDR分析中，通过将线部中的有效改变与先前的线部的特性阻抗相加来获得每个线部的特性阻抗。如果在TDR分析中获得的线部211的特性阻抗Z1被与(通过计算获得的)三个线部中的有效改变相加，那么结果值被计算为45.9Ω(＝52-1.9+4.8-9.0)，该结果值低于特性阻抗Z1。在TDR分析中，该值为46.9Ω。
在图8A所示的波形1001中，信号波传播通过线部211的时间的两倍为345.8ps；并且从0到345.8ps的时间段与线部211对应。另外，信号波传播通过线部212的时间的两倍为5ps；并且从345.8到350.8ps(＝345.8+5)的时间段与线部212对应。另外，信号波传播通过线部213的时间的两倍为10.8ps；并且从350.8到361.6ps(＝350.8+10.8)的时间段与线部213对应。最后，信号波传播通过整体结构314的时间的两倍为22.6ps；并且从361.6到384.2ps(＝361.6+22.6)的时间段与整体结构314对应。与384.2ps对应的特性阻抗为46.9Ω。
特性阻抗Z3高于特性阻抗Z1。优选地，特性阻抗Z3低于特性阻抗Z5，该特性阻抗Z5在特性阻抗Z2、特性阻抗Z4和特性阻抗Z5中是最高的。该原因是使通过TDR分析获得的线部213的特性阻抗的变化范围低于电路中最高的特性阻抗Z5。
另外，优选的是，线部213在X方向上的长度L3满足以下表达式(1)，
Figure BDA0002615068820000171
其中，tr是数字信号的上升时间，vo是数字信号的传播速率，Z1是线部211的特性阻抗，并且Z5是线部415的特性阻抗。
作为主线的线部211的特性阻抗被控制为约50Ω。在表达式(1)中，通过将线部213中允许的特性阻抗的变化量(Z1×0.10)除以线部211的特性阻抗和线部415的特性阻抗之间的差Z5-Z1来计算比率。然后，该比率被乘以脉冲信号的上升时间的一半和传播速率。通过该计算，确定保持数字信号的电压波形的质量所需的线部213的长度。注意，线部213是用于抑制在整体结构314中引起的数字信号的电压波形的扰动的结构，并且线部213的特性阻抗被确定为使得线部213不产生任何新的扰动。
如果线具有电磁波的往返时间足够长于脉冲信号的上升时间的长度，那么该线的特性阻抗可以在脉冲信号的上升时间过去之后在TDR分析中被测量。相比之下，如果线具有电磁波的往返时间短于脉冲信号的上升时间的长度，即，如果该线具有比脉冲信号的时间分辨率短的长度，那么该线的特性阻抗不改变为在具有足够的长度的线中获得的值。如果Z3＝Z5，那么其中特性阻抗改变Z5-Z1的量的时间等于脉冲信号的上升时间。如果特性阻抗Z3被限制于Z1×0.10，那么获得表达式(1)。
另外，为了保持数字信号的电压波形的质量，板通常被制造为使得线部213中允许的特性阻抗的变化量为主线的特性阻抗的约±5到±15％。即，考虑到特性阻抗的变化量，优选的是，线部213在X方向上的长度L3满足以下表达式(2)。
Figure BDA0002615068820000172
特性阻抗Z2低于特性阻抗Z1。优选地，特性阻抗Z2高于特性阻抗Z4，该特性阻抗Z4在特性阻抗Z3、特性阻抗Z4和特性阻抗Z5中是最低的。该原因是使通过TDR分析获得的线部212的特性阻抗相对于线部211的特性阻抗的变化范围低于整体结构314的特性阻抗。
另外，优选的是，线部212在X方向上的长度L2满足以下表达式(3)。
Figure BDA0002615068820000181
作为主线的线部211的特性阻抗被控制为约50Ω。在表达式(3)中，通过将线部212中允许的特性阻抗的变化量(Z1×0.10)除以线部211的特性阻抗和整体结构314的特性阻抗之间的差Z1-Z4来计算比率。然后，该比率被乘以脉冲信号的上升时间的一半和传播速率。最后，通过将结果比率乘以0.5来确定线部212的长度。注意，线部212是用于抑制在整体结构314中引起的数字信号的电压波形的扰动的结构，并且线部212的特性阻抗被确定为使得线部212不产生任何新的扰动。
由于线部212被部署在线部213的前面，因此由线部213引起的特性阻抗的增大可以被抑制。然而，如果特性阻抗被部署在线部213的前面的线部212过度地减小，那么被线部213减小的线部211的特性阻抗Z1和整体结构314的特性阻抗Z4之间的差再次增大。因此，在示例1中，线部212的长度被校正。在上述表达式(3)中，校正系数为0.5。
另外，为了保持数字信号的电压波形的质量，板被制造为使得线部212中允许的特性阻抗的变化量为主线的特性阻抗的约±5、±10或±15％。即，考虑到特性阻抗的变化量，优选的是，线部212在X方向上的长度L2满足以下表达式(4)。
Figure BDA0002615068820000182
优选的是，线部214在X方向上的长度L4满足以下表达式(5)。
Figure BDA0002615068820000183
如果线具有电磁波的往返时间足够长于脉冲信号的上升时间的长度，那么该线的与具有无限长度的线的特性阻抗基本上相同的特性阻抗可以在脉冲信号的上升时间过去之后在TDR分析中被测量。相比之下，如果线具有电磁波的往返时间短于脉冲信号的上升时间的长度，即，如果该线具有比脉冲信号的时间分辨率短的长度，那么该线的特性阻抗不改变为在具有足够长度的线中获得的值。如果线部214具有电磁波的往返时间长于脉冲信号的上升时间的长度，那么不产生通过线部212和213的布置而产生的用于抑制在整体结构314中引起的数字信号的电压波形的扰动的效果。因此，长度L4被如上所述确定。
示例2
将参考图4A和图4B描述示例2。示例2指示第二实施例的具体数值。首先，计算特性阻抗。为了计算特性阻抗，如示例1中那样，使用Mentor制造的HyperLynx。在下文中，将描述用于计算特性阻抗的每个组件的数值。示例2的印刷布线板200A的每层的结构与示例1的印刷布线板的每层的结构相同。在以下描述中，将描述示例2与示例1的特征不同的特征。
线部211在Y方向上的线宽W1被设定为150μm，并且线部211在X方向上的长度L1被设定为28.2mm。线部212在Y方向上的线宽W2被设定为210μm，并且线部212在X方向上的长度L2被设定为0.8mm。线部213在Y方向上的线宽W3被设定为85μm，并且线部213在X方向上的长度L3被设定为1.0mm。线部214在Y方向上的线宽W4被设定为250μm，并且线部214在X方向上的长度L4被设定为2.0mm。开口H1在Y方向上的宽度被设定为与线宽W4相等的250μm，并且开口H1在X方向上的长度被设定为与长度L4相等的2.0mm。即，线部214的面积等于开口H1的面积。
与线部214接合的端子414在Y方向上的宽度被设定为250μm，并且端子414在X方向上的长度被设定为2.0mm。端子414在Z方向上的厚度被设定为200μm。线部415在X方向上的长度被设定为2.0mm。另外，线部415的信号输出部由50Ω的电阻器(未示出)端接。
在上述条件下执行计算之后，获得以下特性阻抗Z1至Z4。特性阻抗Z1为50.8Ω。特性阻抗Z2为42.9Ω。特性阻抗Z3为64.2Ω。特性阻抗Z4为42.6Ω。特性阻抗Z5为65Ω。因此，特性阻抗的关系为Z4<Z2<Z1<Z3<Z5。由线部214和端子414形成的整体结构314的宽度大于线部212的宽度，并且特性阻抗Z4低于特性阻抗Z2。特性阻抗Z14为48.8Ω。
注意，在示例2中，虽然已经针对线宽W3被设定为85μm以使得线部213的特性阻抗Z3变为64.2Ω的情况进行了描述，但是本公开不限于此。例如，狭缝可以形成在面对线部213的接地图案262A中。在这种情况下，如果线宽W3为100μm，并且狭缝形成在面对线部213的位置处的接地图案262A中，那么特性阻抗Z3变为62.8Ω。
另外，对示例2的结构执行TDR分析仿真。在图8A中，波形1002指示在示例2中获得的TDR分析结果。对于TDR分析，如示例1中那样，使用Synopsys公司制造的HSPICE。另外，脉冲信号被用作将被施加到信号线的数字信号。脉冲信号与示例1中使用的脉冲信号相同。
将比较TDR分析结果和对特性阻抗的计算结果来描述示例2中的分析结果。在示例2中，脉冲信号被施加到线部211的一端。在示例2中的TDR分析结果中，线部211的特性阻抗Z1为52Ω。
通过计算获得的线部212的特性阻抗Z2为42.9Ω，该特性阻抗Z2低于线部211的特性阻抗Z1。线部213的特性阻抗Z3为64.2Ω，该特性阻抗Z3高于线部211的特性阻抗Z1。整体结构314的特性阻抗Z4为42.6Ω，该特性阻抗Z4低于特性阻抗Z1。当从Z方向观察时，线部214与接地图案262A的开口H1重叠。因此，特性阻抗Z4高于示例1的特性阻抗Z4。
线部211在X方向上的长度L1被设定为28.2mm。形成在线部211上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部211上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.654×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.551倍。因此，信号传播通过线部211的时间为170.4ps。
线部212在X方向上的长度L2被设定为0.8mm。形成在线部212上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部212上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.635×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.545倍。因此，信号传播通过线部212的时间为4.9ps。特性阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内减小到42.9Ω。然而，在线部212中，信号波在9.8ps(＝4.9×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(50Ω)到线部212的特性阻抗Z2(42.9Ω)的有效改变为-2.0Ω(≈(42.9-50)×(9.8/35))。
线部213在X方向上的长度L3被设定为1.0mm。形成在线部213上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部213上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.681×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.560倍。因此，信号传播通过线部213的时间为6.0ps。特性阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内增大到64.2Ω。然而，在线部213中，信号波在12ps(＝6.0×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(50Ω)到线部213的特性阻抗Z3(64.2Ω)的有效改变为4.9Ω(≈(64.2-50)×(12/35))。
整体结构314在X方向上的长度被设定为2.0mm。整体结构314上的空气的相对介电常数被设定为1，并且形成在整体结构314上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用空气的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.835×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.612倍。因此，信号传播通过整体结构314的时间为10.9ps。特性阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内减小到42.6Ω。然而，在整体结构314中，信号波在21.8ps(＝10.9×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(50Ω)到整体结构314的特性阻抗Z4(36.1Ω)的有效改变为-4.6Ω(≈(42.6-50)×(21.8/35))。
在示例2中，线部211、线部212、线部213和整体结构314依次连续地形成，并且特性阻抗在线部211、线部212、线部213和整体结构314处改变。因此，在TDR分析中，通过将线部中的有效改变与先前的线部的特性阻抗相加来获得每个线部的特性阻抗。如果在TDR分析中获得的线部211的特性阻抗Z1被与(通过计算获得的)三个线部中的有效改变相加，那么结果值被计算为50.3Ω(＝52–2.0+4.9–4.6)，该结果值低于特性阻抗Z1。在TDR分析中，该值为51.2Ω。
在图8A所示的波形1002中，信号波传播通过线部211的时间的两倍为340.8ps；并且从0到340.8ps的时间段与线部211对应。另外，信号波传播通过线部212的时间的两倍为9.8ps；并且从340.8到350.6ps(＝340.8+9.8)的时间段与线部212对应。另外，信号波传播通过线部213的时间的两倍为12ps；并且从350.6到362.6ps(＝350.6+12)的时间段与线部213对应。最后，信号波传播通过整体结构314的时间的两倍为21.8ps；并且从362.6到384.4ps(＝362.6+21.8)的时间段与整体结构314对应。与384.4ps对应的特性阻抗为51.2Ω。
比较例1
将描述比较例1的具体数值。首先，计算特性阻抗。为了计算特性阻抗，使用Mentor制造的HyperLynx。在下文中，将描述用于计算特性阻抗的每个组件的数值。比较例1的印刷布线板200X的每层的结构与示例1的印刷布线板的每层的结构相同。在以下描述中，将描述比较例1与示例1的特征不同的特征。
线部211X在Y方向上的线宽W1X被设定为150μm，并且线部211X在X方向上的长度L1X被设定为30mm。线部214X(其是焊盘)在Y方向上的线宽W4X被设定为250μm，并且线部214X在X方向上的长度L4X被设定为2.0mm。其它数值与示例1的其它数值相同。线部211X的特性阻抗Z1X为50.8Ω。线部214X的特性阻抗Z4X为36.1Ω。
另外，对比较例1的结构执行TDR分析仿真。在图8A中，波形1003指示比较例1中的TDR分析结果。对于TDR分析，如示例1和示例2中那样，使用Synopsys公司制造的HSPICE。另外，脉冲信号被用作将被施加到信号线的数字信号。脉冲信号与示例1和示例2中使用的脉冲信号相同。
将描述比较例1中的分析结果。在比较例1中，脉冲信号被施加到线部211X的一端。在比较例1中的TDR分析结果中，线部211X的特性阻抗Z1X为52Ω。整体结构314X的特性阻抗Z4X低于线部211X的特性阻抗Z1X。因此，在TDR分析结果中，如图8A的波形1003所示，当脉冲信号到达整体结构314X时，特性阻抗减小到约45Ω。
线部211X在X方向上的长度L1X被设定为30mm。形成在线部211X上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部211X上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.654×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.551倍。因此，信号传播通过线部211X的时间为181.3ps。
另外，整体结构314X在X方向上的长度被设定为2.0mm。整体结构314X上的空气的相对介电常数被设定为1，并且形成在整体结构314X上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用空气的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.772×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.591倍。因此，信号传播通过整体结构314X的时间为11.3ps。
因此，与整体结构314X的长度相对应的信号的传播时间(11.3ps)短于分辨率，该分辨率是施加到整体结构314X的信号的上升时间tr(即，35ps)。因此，在通过TDR分析获得的特性阻抗减小到实际的特性阻抗Z4X(36.1Ω)之前，信号到达连接器400的线部415。
在下文中，将描述具体的计算和TDR分析结果。特性阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内减小到36.1Ω。然而，在整体结构314X中，信号波在22.6ps(＝11.3×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(50Ω)到整体结构314X的特性阻抗(36.1Ω)的有效改变为-9.0Ω(≈(36.1-50)×(22.6/35))。因此，在计算中，特性阻抗减小到43.0Ω(＝52-9.0)。在TDR分析中，特性阻抗减小到45.4Ω。
在图8A所示的波形1003中，信号波传播通过线部211X的时间的两倍为362.6ps；并且从0到362.6ps的时间段与线部211X对应。另外，信号波传播通过整体结构314X的时间的两倍为22.6ps；并且从362.6到385.2ps(＝362.6+22.6)的时间段与整体结构314X对应。与385.2ps对应的特性阻抗为45.4Ω。
示例1、示例2和比较例1之间的比较
作为上述TDR分析的结果，在示例1中，整体结构314的特性阻抗相对于线部211的特性阻抗的改变低于比较例1中的改变。整体结构314的特性阻抗的改变在TDR分析中较低的原因是：线部212和213被部署在线部211和整体结构314之间以校正线部211和整体结构314之间的阻抗的不匹配。类似于TDR分析中使用的脉冲信号，从半导体设备100输出到信号线250的数字信号也在上升时间tr内从0V的电压上升到电压Vin。因此，类似于TDR分析中使用的脉冲信号，通过信号线250传输的数字信号从整体结构314反射较少。因此，通过信号线250传输到连接器400的数字信号的质量改善。
另外，作为上述TDR分析的结果，在示例2中，整体结构314的特性阻抗相对于线部211的特性阻抗的改变低于比较例1中的改变。整体结构314的特性阻抗的改变在TDR分析中较低的原因是：线部212和213被部署在线部211和整体结构314之间以校正线部211和整体结构314之间的阻抗的不匹配。类似于TDR分析中使用的脉冲信号，从半导体设备100输出到信号线250的数字信号也在上升时间tr内从0V的电压上升到电压Vin。因此，类似于TDR分析中使用的脉冲信号，通过信号线250传输的数字信号从整体结构314反射较少。因此，通过信号线250传输到连接器400的数字信号的质量改善。
在以上描述中，描述了对于特性阻抗的仿真。为了测量实际的印刷布线板的信号线250的特性阻抗，使用TDR示波器。在该测量中，具有Vin的电压幅值和35ps的上升时间tr的阶跃脉冲经由连接到TDR示波器的探针被发送到线部211的一端。如果存在特性阻抗的不匹配点，那么信号从不匹配点反射，并且返回到探针，该信号经由探针被发送到线部211的一端。因此，反射电压被加到在探针处观察到的信号的电压。可以根据观察到的电压计算信号线250的特性阻抗。
如果观察点的电压由Vr表示，并且TDR示波器的输出阻抗为50Ω，那么通过使用以下表达式(6)来计算信号线250的特性阻抗Z0。
Figure BDA0002615068820000251
另外，通过计算在TDR示波器上观察到的特性阻抗的变化点之间测得的时间段并且将该时间段乘以0.5来获得通过信号线250传输的信号的传播速率vo。
为了测量从传输电路(未示出)输出的脉冲信号的上升时间，使用示波器。首先，通过使用探针来测量连接到传输电路(未示出)的线部211的的一端的电压的波形。在该测量中，测量电压从电压幅值Vin的20％改变为电压幅值Vin的80％的时间段。从特性阻抗的匹配条件获得电压幅值Vin。例如，如果电压幅值在匹配的状态下为400mV，那么测量与240mV的电压改变相对应的时间段。如果该时间段由tr’表示，那么时间段tr’和上升时间tr之间的关系由以下表达式表达。
tr＝tr’/0.6
注意，可以通过除了TDR分析之外的另一方法来测量特性阻抗。例如，可以通过切割板、测量线的截面的尺寸(即，厚度和宽度)、测量材料的介电常数和导体的电导率、并且通过使用电磁场仿真器计算特性阻抗来获得特性阻抗。
示例3
将参考图6A和图6B描述示例3。示例3指示第三实施例的具体数值。首先，计算差分阻抗。为了计算差分阻抗，使用Mentor制造的HyperLynx。在下文中，将描述用于计算差分阻抗的每个组件的数值。
导体层221的厚度被设定为37μm。导体层222的厚度被设定为35μm。导体层223的厚度被设定为35μm。导体层224的厚度被设定为37μm。绝缘体层231的厚度被设定为100μm。绝缘体层232的厚度被设定为1200μm。绝缘体层233的厚度被设定为100μm。绝缘体层231、232和233的相对介电常数被设定为4.3，并且绝缘体层231、232和233的介电正切被设定为0.02。另外，导体层221和224的表面被阻焊剂(未示出)覆盖。阻焊剂(未示出)在Z方向上的厚度被设定为20μm。阻焊剂(未示出)的相对介电常数被设定为3.0，并且阻焊剂的介电正切被设定为0.02。
线部2111和2112中的每个在Y方向上的线宽W1被设定为100μm，并且线部2111和2112中的每个在X方向上的长度L1被设定为28.34mm。线部2111和2112之间的间隙被设定为135μm。线部2121和2122中的每个在Y方向上的线宽W2被设定为300μm，并且线部2121和2122中的每个在X方向上的长度L2被设定为0.37mm。线部2121和2122之间的间隙被设定为150μm。线部2131和2132中的每个在Y方向上的线宽W3被设定为90μm，并且线部2131和2132中的每个在X方向上的长度L3被设定为1.29mm。线部2131和2132之间的间隙被设定为410μm。线部2141和2142中的每个在Y方向上的线宽W4被设定为250μm，并且线部2141和2142中的每个在X方向上的长度L4被设定为2.0mm。线部2141和2142之间的间隙被设定为250μm。端子4141和4142中的每个在Y方向上的宽度被设定为250μm，并且端子4141和4142中的每个在X方向上的长度被设定为2.0mm。端子4141和4142中的每个在Z方向上的厚度被设定为200μm。线部4151和4152中的每个在X方向上的长度被设定为2.0mm。另外，线部4151和4152的信号输出部由100Ω的电阻器(未示出)端接。
在上述条件下执行计算之后，获得以下差分阻抗Z1至Z4。差分阻抗Z1为100.1Ω。差分阻抗Z2为61.7Ω。差分阻抗Z3为121.3Ω。差分阻抗Z4为60.6Ω。差分阻抗Z5为123.4Ω。因此，差分阻抗的关系为Z4<Z2<Z1<Z3<Z5。虽然整体结构3141和3142的宽度小于线部2121和2122的宽度，但是差分阻抗Z4低于差分阻抗Z2。差分阻抗Z14为75.5Ω。
另外，对示例3的结构执行TDR分析仿真。图9A是示出在示例中获得的仿真结果的曲线图。在图9A中，垂直轴表示差分阻抗(Ω)，并且水平轴表示时间(秒)。TDR分析可以确定与信号源分离某个距离的位置处的信号线的差分阻抗。另外，TDR分析可以评估数字信号的电压波形的质量。
在图9A中，波形2001指示在示例3中获得的TDR分析结果。对于TDR分析，使用Synopsys公司制造的HSPICE。另外，脉冲信号被用作将被施加到信号线的数字信号。
图9B是示出在示例中从信号源施加到主线的一端的脉冲信号的图。在示例3中，主线是线部2111和2112。主线的一端是图5所示的端部2511和2512。信号源与图5所示的半导体设备100B对应。施加到主线的一端的差分脉冲信号的电压幅值由Vin表示，并且差分脉冲信号的上升时间由tr表示。上升时间tr与电压幅值Vin的0到100％对应。电压幅值Vin为400mV，并且上升时间tr为35ps。信号源的内部阻抗为100Ω。
将比较TDR分析结果和对差分阻抗的计算结果来描述示例3中的分析结果。在示例3中，差分脉冲信号被施加到一对线部2111和2112的一端。在TDR分析结果中，线部2111和2112的差分阻抗Z1为104Ω。
通过计算获得的一对线部2121和2122的差分阻抗Z2为61.7Ω，该差分阻抗Z2低于一对线部2111和2112的差分阻抗Z1。一对线部2131和2132的差分阻抗Z3为121.3Ω，该差分阻抗Z3高于差分阻抗Z1。一对整体结构3141和3142的差分阻抗Z4为60.6Ω，该差分阻抗Z4低于差分阻抗Z1。
线部2111和2112中的每个在X方向上的长度L1被设定为28.34mm。线部2111和2112之间的间隙被设定为135μm。形成在线部2111和2112上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部2111和2112上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.759×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.587倍。因此，信号传播通过线部2111和2112的时间为161.1ps。
线部2121和2122中的每个在X方向上的长度L2被设定为0.37mm。线部2121和2122之间的间隙被设定为150μm。形成在线部2121和2122上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部2121和2122上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.688×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.563倍。因此，信号传播通过一对线部2121和2122的时间为2.2ps。
差分阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内减小到61.7Ω。然而，在一对线部2121和2122中，信号波在4.4ps(＝2.2×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(100Ω)到一对线部2121和2122的差分阻抗Z2(61.7Ω)的有效改变为-4.8Ω(≈(61.7-100)×(4.4/35))。
线部2131和2132中的每个在X方向上的长度L3被设定为1.29mm。线部2131和2132之间的间隙被设定为410μm。形成在线部2131和2132上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部2131和2132上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.713×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.572倍。因此，信号传播通过一对线部2131和2132的时间为7.5ps。
差分阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内减小到121.3Ω。然而，在一对线部2131和2132中，信号波在15.0ps(＝7.5×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(100Ω)到一对线部2131和2132的差分阻抗Z3(121.3Ω)的有效改变为9.1Ω(≈(121.3-100)×(15.0/35))。
整体结构3141和3142在X方向上的长度被设定为2.0mm。整体结构3141和3142上的空气的相对介电常数被设定为1，并且形成在整体结构3141和3142上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用空气的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.931×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.644倍。因此，信号传播通过一对整体结构3141和3142的时间为10.4ps。
差分阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内减小到60.6Ω。然而，在一对整体结构3141和3142中，信号波在20.8ps(＝10.4×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(100Ω)到一对整体结构3141和3142的差分阻抗Z4(60.6Ω)的有效改变为-23.4Ω(≈(60.6-50)×(20.8/35))。
在示例3中，一对线部2111和2112、一对线部2121和2122、一对线部2131和2132以及一对整体结构3141和3142依次连续地形成，并且差分阻抗在一对线部2111和2112、一对线部2121和2122、一对线部2131和2132以及一对整体结构3141和3142处改变。因此，在TDR分析中，通过将一对线部中的有效改变与先前的一对线部的差分阻抗相加来获得每对线部的差分阻抗。如果在TDR分析中获得的一对线部2111和2112的差分阻抗Z1被与(通过计算获得的)三对线部中的有效改变相加，那么结果值被计算为84.9Ω(＝104–4.8+9.1-23.4)，该结果值低于差分阻抗Z1。在TDR分析中，该值为87.9Ω。
在图9A所示的波形2001中，信号波传播通过线部2111和2112的时间的两倍为322.2ps；并且从0到322.2ps的时间段与线部2111和2112对应。另外，信号波传播通过线部2121和2122的时间的两倍为4.4ps；并且从322.2到326.6ps(＝322.2+4.4)的时间段与线部2121和2122对应。另外，信号波传播通过线部2131和2132的时间的两倍为15.0ps；并且从326.6到341.6ps(＝326.6+15.0)的时间段与线部2131和2132对应。最后，信号波传播通过整体结构3141和3142的时间的两倍为20.8ps；并且从341.6到362.4ps(＝341.6+20.8)的时间段与整体结构3141和3142对应。与362.4ps对应的差分阻抗为87.9Ω。
差分阻抗Z3高于差分阻抗Z1。优选地，差分阻抗Z3低于差分阻抗Z5，该差分阻抗Z5在差分阻抗Z2、差分阻抗Z4和差分阻抗Z5中是最高的。该原因是使通过TDR分析获得的一对线部2131和2132的差分阻抗的变化范围低于电路中最高的差分阻抗Z5。
另外，优选的是，线部2131和2132中的每个在X方向上的长度L3满足以下表达式(7)，
Figure BDA0002615068820000301
其中，tr是数字信号的上升时间，vo是数字信号的传播速率，Z1是一对线部2111和2112的差分阻抗，并且Z5是一对线部4151和4152的差分阻抗。
作为主线的线部2111和2112的差分阻抗被控制为约100Ω。在表达式(7)中，通过将线部2131和2132中允许的差分阻抗的变化量(Z1×0.10)除以线部2111和2112的差分阻抗和线部4151和4152的差分阻抗之间的差Z5-Z1来计算比率。然后，该比率被乘以脉冲信号的上升时间的一半和传播速率。通过该计算，确定保持数字信号的电压波形的质量所需的线部2131和2132的长度。注意，线部2131和2132是用于抑制在整体结构3141和3142中引起的数字信号的电压波形的扰动的结构，并且线部2131和2132的差分阻抗被确定为使得线部2131和2132不产生任何新的扰动。
如果线具有电磁波的往返时间足够长于脉冲信号的上升时间的长度，那么该线的特性阻抗可以在脉冲信号的上升时间过去之后在TDR分析中被测量。相比之下，如果线具有电磁波的往返时间短于脉冲信号的上升时间的长度，即，如果该线具有比脉冲信号的时间分辨率短的长度，那么该线的特性阻抗不改变为在具有足够长度的线中获得的值。如果Z3＝Z5，那么特性阻抗改变Z5-Z1的量的时间等于脉冲信号的上升时间。如果差分阻抗Z3被限制于Z1×0.10，那么获得表达式(7)。
另外，为了保持数字信号的电压波形的质量，板通常被制造为使得线部2131和2132中允许的差分阻抗的变化量为主线的差分阻抗的约±5到±15％。即，考虑到线部2131和2132中允许的差分阻抗的变化量，优选的是，线部2131和2132在X方向上的长度L3满足以下表达式(8)。
Figure BDA0002615068820000311
差分阻抗Z2低于差分阻抗Z1。优选地，差分阻抗Z2高于差分阻抗Z4，该差分阻抗Z4在差分阻抗Z3、差分阻抗Z4和差分阻抗Z5中是最低的。该原因是使通过TDR分析获得的一对线部2121和2122的差分阻抗相对于一对线部2111和2112的差分阻抗的变化范围低于一对整体结构3141和3142的差分阻抗。
另外，优选的是，线部2121和2122中的每个在X方向上的长度L2满足以下表达式(9)。
Figure BDA0002615068820000312
作为主线的线部2111和2112的差分阻抗被控制为约100Ω。在表达式(9)中，通过将线部2121和2122中允许的差分阻抗的变化量(Z1×0.10)除以线部2111和2112的差分阻抗和整体结构3141和3142的差分阻抗之间的差Z1-Z4来计算比率。然后，该比率被乘以脉冲信号的上升时间的一半和传播速率。最后，通过将结果比率乘以0.5来确定线部2121和2122的长度。注意，线部2121和2122是用于抑制在整体结构3141和3142中引起的数字信号的电压波形的扰动的结构，并且线部2121和2122的差分阻抗被确定为使得线部2121和2122不产生任何新的扰动。
由于线部2121和2122被部署在线部2131和2132的前面，因此线部2131和2132的差分阻抗的增大可以被抑制。然而，如果差分阻抗被部署在线部2131和2132的前面的线部2121和2122过度地减小，那么被线部2131和2132减小的线部2111和2112的差分阻抗Z1和整体结构3141和3142的差分阻抗Z4之间的差Z1-Z4再次增大。因此，在示例3中，线部2121和2122的长度被校正。在上述表达式(9)中，校正系数为0.5。
另外，为了保持数字信号的电压波形的质量，板被制造为使得线部2121和2122中允许的差分阻抗的变化量为主线的差分阻抗的约±5、±10或±15％。即，考虑到线部2121和2122中允许的差分阻抗的变化量，优选的是，线部2121和2122在X方向上的长度L2满足以下表达式(10)。
Figure BDA0002615068820000321
另外，优选的是，线部2141和2142中的每个在X方向上的长度L4满足以下表达式(11)。
Figure BDA0002615068820000322
如果线具有电磁波的往返时间足够长于脉冲信号的上升时间的长度，那么该线的与具有无限长度的线的差分阻抗基本上相同的差分阻抗可以在脉冲信号的上升时间过去之后在TDR分析中被测量。相比之下，如果线具有电磁波的往返时间短于脉冲信号的上升时间的长度，即，如果该线具有比脉冲信号的时间分辨率短的长度，那么该线的差分阻抗不改变为在具有足够长度的线中获得的值。如果线部2141和2142具有电磁波的往返时间长于脉冲信号的上升时间的长度L4，那么不产生通过线部2121和2122以及线部2131和2132的布置而产生的用于抑制在整体结构3141和3142中引起的数字信号的电压波形的扰动的效果。因此，长度L4被如上所述确定。
示例4
将参考图7A和图7B描述示例4。示例4指示第四实施例的具体数值。首先，计算作为特性阻抗的差分阻抗。为了计算差分阻抗，如示例3中那样，使用Mentor制造的HyperLynx。在下文中，将描述用于计算差分阻抗的每个组件的数值。示例4的印刷布线板200C的每层的结构与示例3的印刷布线板的每层的结构相同。在以下描述中，将描述示例4与示例3的特征不同的特征。
线部2111和2112中的每个在Y方向上的线宽W1被设定为100μm，并且线部2111和2112中的每个在X方向上的长度L1被设定为28.13mm。线部2111和2112之间的间隙被设定为135μm。线部2121和2122中的每个在Y方向上的线宽W2被设定为230μm，并且线部2121和2122中的每个在X方向上的长度L2被设定为0.58mm。线部2121和2122之间的间隙被设定为230μm。线部2131和2132中的每个在Y方向上的线宽W3被设定为90μm，并且线部2131和2132中的每个在X方向上的长度L3被设定为1.29mm。线部2131和2132之间的间隙被设定为410μm。线部2141和2142中的每个在Y方向上的线宽W4被设定为250μm，并且线部2141和2142中的每个在X方向上的长度L4被设定为2.0mm。线部2141和2142之间的间隙被设定为250μm。端子4141和4142中的每个在Y方向上的宽度被设定为250μm，并且端子4141和4142中的每个在X方向上的长度被设定为2.0mm。开口H2在Y方向上的宽度被设定为750μm，750μm是通过将宽度W4翻倍并且将结果值与线部2141和2142之间的间隙250μm相加而获得的。开口H2在X方向上的长度L4被设定为2.0mm。端子4141和4142中的每个在Z方向上的厚度被设定为200μm。线部4151和4152中的每个在X方向上的长度被设定为2.0mm。另外，一对线部4151和4152的信号输出部由100Ω的电阻器(未示出)端接。
在上述条件下执行计算之后，获得以下差分阻抗Z1至Z4。差分阻抗Z1为100.1Ω。差分阻抗Z2为75.4Ω。差分阻抗Z3为121.3Ω。差分阻抗Z4为74.8Ω。差分阻抗Z5为123.4Ω。因此，差分阻抗的关系为Z4<Z2<Z1<Z3<Z5。整体结构3141和3142的宽度大于线部2121和2122的宽度，并且差分阻抗Z4低于差分阻抗Z2。差分阻抗Z14为98.6Ω。
另外，对示例4的结构执行TDR分析仿真。在图9A中，波形2002指示在示例4中获得的TDR分析结果。对于TDR分析，如示例3中那样，使用Synopsys公司制造的HSPICE。另外，脉冲信号被用作将被施加到信号线的数字信号。脉冲信号与示例3中使用的脉冲信号相同。
将比较TDR分析结果和对差分阻抗的计算结果来描述示例4中的分析结果。在示例4中，差分脉冲信号被施加到一对线部2111和2112的一端。在TDR分析结果中，线部2111和2112的差分阻抗Z1为104Ω。
通过计算获得的一对线部2121和2122的差分阻抗Z2为75.4Ω，该差分阻抗Z2低于一对线部2111和2112的差分阻抗Z1。一对线部2131和2132的差分阻抗Z3为121.3Ω，该差分阻抗Z3高于一对线部2111和2112的差分阻抗Z1。一对整体结构3141和3142的差分阻抗Z4为74.8Ω，该差分阻抗Z4低于差分阻抗Z1。当从Z方向观察时，一对线部2141和2142与接地图案262C的开口H2重叠。因此，差分阻抗Z4高于示例3的一对线部2141和2142的差分阻抗Z4。
线部2111和2112中的每个在X方向上的长度L1被设定为28.13mm。线部2111和2112之间的间隙被设定为135μm。形成在线部2111和2112上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部2111和2112上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.759×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.587倍。因此，信号传播通过线部2111和2112的时间为159.9ps。
线部2121和2122中的每个在X方向上的长度L2被设定为0.58mm。线部2121和2122之间的间隙被设定为250μm。形成在线部2121和2122上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部2121和2122上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.689×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.563倍。因此，信号传播通过一对线部2121和2122的时间为3.4ps。
差分阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内减小到75.4Ω。然而，在一对线部2121和2122中，信号波在6.8ps(＝3.4×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(100Ω)到一对线部2121和2122的差分阻抗Z2(75.4Ω)的有效改变为-4.8Ω(≈(75.4-100)×(6.8/35))。
线部2131和2132中的每个在X方向上的长度L3被设定为1.29mm。线部2131和2132之间的间隙被设定为410μm。形成在线部2131和2132上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部2131和2132上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.713×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.572倍。因此，信号传播通过线部2131和2132的时间为7.5ps。
差分阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内增大到121.3Ω。然而，在一对线部2131和2132中，信号波在15.0ps(＝7.5×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(100Ω)到一对线部2131和2132的差分阻抗Z3(121.3Ω)的有效改变为9.1Ω(≈(121.3-100)×(15.0/35))。
整体结构3141和3142中的每个在X方向上的长度被设定为2.0mm。整体结构3141和3142上的空气的相对介电常数被设定为1，并且形成在整体结构3141和3142上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用空气的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约2.043×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.681倍。因此，信号传播通过整体结构3141和3142的时间为9.8ps。
差分阻抗在脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内减小到74.8Ω。然而，在一对整体结构3141和3142中，信号波在19.6ps(＝9.8×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(100Ω)到一对整体结构3141和3142的差分阻抗Z4(74.8Ω)的有效改变为-14.1Ω(≈(74.8-100)×(19.6/35))。
在示例4中，一对线部2111和2112、一对线部2121和2122、一对线部2131和2132以及一对整体结构3141和3142依次连续地形成，并且差分阻抗在一对线部2111和2112、一对线部2121和2122、一对线部2131和2132以及一对整体结构3141和3142处改变。因此，在TDR分析中，通过将一对线部中的有效改变与先前的一对线部的差分阻抗相加来获得每对线部的差分阻抗。如果在TDR分析中获得的线部2111和2112的差分阻抗Z1被与(通过计算获得的)三对线部中的有效改变相加，那么结果值被计算为94.2Ω(＝104–4.8+9.1-14.1)，该结果值低于差分阻抗Z1。在TDR分析中，该值为97.8Ω。
在图9A所示的波形2002中，信号波传播通过线部2111和2112的时间的两倍为319.8ps；并且从0到319.8ps的时间段与线部2111和2112对应。另外，信号波传播通过线部2121和2122的时间的两倍为6.8ps；并且从319.8到326.6ps(＝319.8+6.8)的时间段与线部2121和2122对应。另外，信号波传播通过线部2131和2132的时间的两倍为15.0ps；并且从326.6到341.6ps(＝326.6+15.0)的时间段与线部2131和2132对应。最后，信号波传播通过整体结构3141和3142的时间的两倍为19.6ps；并且从341.6到361.2ps(＝341.6+19.6)的时间段与整体结构3141和3142对应。与361.2ps对应的差分阻抗为97.8Ω。
比较例2
接下来，将描述比较例2的处理模块。图10B是比较例2的处理模块300Y的一部分的平面图。处理模块300Y包括连接器400B和印刷布线板200Y。连接器400B与第三实施例的连接器相同，并且印刷布线板200Y与第三实施例的印刷布线板200B不同。
印刷布线板200Y包括其结构与第三实施例的信号线2501和2502的结构不同的信号线250Y1和250Y2。印刷布线板200Y的其它结构与第三实施例的印刷布线板200B的其它结构相同。信号线250Y1包括线部211Y1和与线部211Y1连续的线部214Y1。类似地，信号线250Y2包括线部211Y2和与线部211Y2连续的线部214Y2。线部214Y1和214Y2是可以经由焊料与连接器400B的端子4141和4142接合的焊盘。当线部214Y1和214Y2与端子4141和4142接合时，形成整体结构314Y1和314Y2。
接下来，将描述比较例2的具体数值。首先，计算作为特性阻抗的差分阻抗。为了计算差分阻抗，使用Mentor制造的HyperLynx。在下文中，将描述用于计算差分阻抗的每个组件的数值。比较例2的印刷布线板200Y的每层的结构与示例3的印刷布线板的每层的结构相同。在以下描述中，将描述比较例2与示例3的特征不同的特征。
线部211Y1和211Y2中的每个在Y方向上的线宽W1Y被设定为100μm，并且线部211Y1和211Y2中的每个在X方向上的长度L1Y被设定为30mm。线部211Y1和211Y2之间的间隙被设定为150μm。线部214Y1和214Y2中的每个在Y方向上的线宽W4Y被设定为250μm，并且线部214Y1和214Y2中的每个在X方向上的长度L4Y被设定为2.0mm。线部214Y1和214Y2之间的间隙被设定为250μm。其它数值与示例3的其它数值相同。一对线部211Y1和211Y2的差分阻抗Z1Y为100.1Ω。一对线部214Y1和214Y2的差分阻抗Z4Y为60.6Ω。
另外，对比较例2的结构执行TDR分析仿真。在图9A中，波形2003指示在比较例2中获得的TDR分析结果。对于TDR分析，如示例3和示例4中那样，使用Synopsys公司制造的HSPICE。另外，脉冲信号被用作将被施加到信号线的数字信号。脉冲信号与示例3和示例4中使用的脉冲信号相同。
将描述比较例2中的分析结果。在比较例2中，差分脉冲信号被施加到一对线部211Y1和211Y2的一端。在TDR分析结果中，线部211Y1和211Y2的差分阻抗Z1为104Ω。一对整体结构314Y1和314Y2的差分阻抗Z4Y低于差分阻抗Z1Y。因此，在TDR分析结果中，如图9A的波形2003所示，当脉冲信号到达一对整体结构314Y1和314Y2时，差分阻抗减小到约86Ω。
线部211Y1和211Y2中的每个在X方向上的长度L1Y被设定为30mm。形成在线部211Y1和211Y2上的阻焊剂的相对介电常数被设定为3，并且形成在线部211Y1和211Y2上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用阻焊剂的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。电磁波的传播速率被确定为约1.759×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.587倍。因此，信号传播通过线部211Y1和211Y2的时间为170.6ps。
另外，整体结构314Y1和314Y2在X方向上的长度被设定为2.0mm。整体结构314Y1和314Y2上的空气的相对介电常数被设定为1，并且形成在整体结构314Y1和314Y2上的绝缘体的相对介电常数被设定为4.3。使用空气的相对介电常数和绝缘体的相对介电常数来计算电磁波的传播速率。为了计算电磁波的传播速率，使用Mentor制造的HyperLynx。根据空气对绝缘体的体积比，电磁波的传播速率被确定为约1.931×108m/s，该传播速率为光速(≈3.0×108m/s)的约0.644倍。因此，信号传播通过整体结构314Y1和314Y2的时间为10.4ps。
因此，与整体结构314Y1和314Y2的长度L4Y对应的信号的传播时间(10.4ps)短于分辨率，该分辨率是施加到整体结构314Y1和314Y2的信号的上升时间tr(即，35ps)。因此，在通过TDR分析获得的差分阻抗减小到实际的差分阻抗Z4Y(60.6Ω)之前，信号到达连接器400B的线部4151和4152。
以下，将描述具体计算。差分阻抗在差分脉冲信号的上升时间tr(即，35ps)内减小到60.6Ω。然而，在一对整体结构314Y1和314Y2中，信号波在20.8ps(＝10.4×2)内往返。因此，从信号源的内部阻抗(100Ω)到一对整体结构314Y1和314Y2的差分阻抗Z4Y(60.6Ω)的有效改变为-23.4Ω(≈(60.6-100)×(20.8/35))。因此，在计算中，差分阻抗减小到80.6Ω(＝104-23.4)。在TDR分析中，差分阻抗减小到85.7Ω。
在图9A所示的波形2003中，信号波传播通过线部211Y1和211Y2的时间的两倍为341.2ps；并且从0到341.2ps的时间段与线部211Y1和211Y2对应。另外，信号波传播通过整体结构314Y1和314Y2的时间的两倍为20.8ps；并且从341.2到362.0ps(＝341.2+20.8)的时间段与整体结构314Y1和314Y2对应。与362.0ps对应的差分阻抗为85.7Ω。
示例3、示例4和比较例2之间的比较
作为上述TDR分析的结果，在示例3中，一对整体结构3141和3142的差分阻抗相对于一对线部2111和2112的差分阻抗的改变低于比较例2中的改变。在示例3中，线部2121和2122以及线部2131和2132被部署在线部2111和2112与整体结构3141和3142之间。整体结构3141和3142的差分阻抗的改变在TDR分析中减小的原因是：线部2111和2112与整体结构3141和3142之间的阻抗的不匹配被线部2121和2122以及线部2131和2132校正。类似于TDR分析中使用的差分脉冲信号，从半导体设备100B输出到一对信号线2501和2502的差分信号也在上升时间tr内从0V的电压上升到电压Vin。因此，类似于TDR分析中使用的差分脉冲信号，通过信号线2501和2502传输的差分信号也从一对整体结构3141和3142反射较少。因此，通过信号线2501和2502传输到连接器400B的数字信号的质量改善。
另外，作为上述TDR分析的结果，在示例4中，一对整体结构3141和3142的差分阻抗相对于一对线部2111和2112的差分阻抗的改变低于比较例2中的改变。在示例4中，线部2121和2122以及线部2131和2132被部署在线部2111和2112与整体结构3141和3142之间。整体结构3141和3142的差分阻抗的改变在TDR分析中减小的原因是：线部2111和2112与整体结构3141和3142之间的阻抗的不匹配被线部2121和2122以及线部2131和2132校正。类似于TDR分析中使用的差分脉冲信号，从半导体设备100B输出到一对信号线2501和2502的差分信号也在上升时间tr内从0V的电压上升到电压Vin。因此，类似于TDR分析中使用的差分脉冲信号，通过信号线2501和2502传输的差分信号也从一对整体结构3141和3142反射较少。因此，通过信号线2501和2502传输到连接器400B的数字信号的质量改善。
在以上描述中，已经描述了对于差分阻抗的仿真。为了测量实际的印刷布线板的一对信号线2501和2502的差分阻抗，使用TDR示波器。在该测量中，具有Vin的电压幅值和35ps的上升时间tr的阶跃脉冲经由连接到TDR示波器的探针被发送到一对线部2111和2112的一端。阶跃脉冲由正信号和负信号构成，并且信号的相位彼此相反。如果存在差分阻抗的不匹配点，那么信号从不匹配点反射，并且返回到探针，该信号经由探针被发送到线部2111和2112的一端。因此，反射电压被加到在探针处观察到的信号的电压。可以根据观察到的电压计算一对信号线2501和2502的差分阻抗。
如果观察点的电压由Vr表示，并且TDR示波器的输出阻抗为100Ω，那么通过使用以下表达式(12)来计算一对信号线2501和2502的差分阻抗Z0。
Figure BDA0002615068820000401
通过计算在TDR示波器上观察到的差分阻抗的改变点之间测得的时间段并且将该时间段乘以0.5来获得通过一对信号线2501和2502传输的信号的传播速率vo。
为了测量从传输电路(未示出)输出的脉冲信号的上升时间，使用示波器。首先，通过使用探针来测量连接到传输电路(未示出)的一对线部2111和2112的一端之间的电压的波形。在该测量中，测量电压从电压幅值Vin的20％改变为电压幅值Vin的80％的时间段。从差分阻抗的匹配条件获得电压幅值Vin。例如，如果电压幅值在匹配的状态下为400mV，那么测量与240mV的电压改变对应的时间段。如果时间段由tr’表示，那么时间段tr’和上升时间tr之间的关系由以下表达式表达。
tr＝tr’/0.6
注意，可以通过除了TDR分析之外的另一方法来测量差分阻抗。例如，可以通过切割板、测量线的截面的尺寸(即，厚度和宽度)、测量材料的介电常数和导体的电导率、并且通过使用电磁场仿真器计算差分阻抗来获得差分阻抗。
本发明不限于上述实施例，并且可以在本发明的技术精神内被修改。另外，实施例中描述的效果仅仅是由本发明产生的最适合的效果的示例。因此，本发明的效果不限于实施例中描述的效果。
另外，在上述实施例中，已经针对电组件是连接器400或400B的情况进行了描述。然而，本公开不限于此。例如，电组件可以是具有球栅阵列(BGA)或焊盘网格阵列(LGA)的集成电路(IC)，只要该电组件是表面安装电组件即可。
在上述实施例中，已经针对通过改变线部的线宽W2和W3来调整特性阻抗Z2和Z3的情况进行了描述。然而，本公开不限于此。例如，可以通过改变线部的厚度、或线部的厚度和线宽来调整特性阻抗Z2和Z3。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是要理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便包含所有的这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (14)

1.一种印刷电路板，其特征在于，包括：
电组件，包括信号端子；以及
印刷布线板，在所述印刷布线板上安装电组件，
其中，印刷布线板包括连接到信号端子的信号线，
其中，信号线包括依次连续地部署的第一线部、第二线部、第三线部和第四线部，
其中，信号端子与第四线部接合，以使得信号端子和第四线部形成整体结构，
其中，第二线部的第二特性阻抗低于第一线部的第一特性阻抗，
其中，第三线部的第三特性阻抗高于第一特性阻抗，并且
其中，由第四线部和信号端子形成的整体结构的第四特性阻抗低于第一特性阻抗。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，电组件包括被配置成与信号端子连续的第五线部，并且
其中，第五线部的第五特性阻抗高于第一特性阻抗。
3.根据权利要求2所述的印刷电路板，其中，第二特性阻抗高于第四特性阻抗，并且
其中，第五特性阻抗高于第三特性阻抗。
4.根据权利要求2或3所述的印刷电路板，其中，
Figure FDA0002615068810000011
和
Figure FDA0002615068810000012
被满足，其中，tr是施加到第一线部的脉冲信号的上升时间，vo是所述脉冲信号的传播速率，Z1是第一特性阻抗，Z4是第四特性阻抗，Z5是第五特性阻抗，L2是第二线部的长度，并且L3是第三线部的长度。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的印刷电路板，其中，
Figure FDA0002615068810000021
被满足，其中，tr是施加到第一线部的脉冲信号的上升时间，vo是所述脉冲信号的传播速率，并且L4是第四线部的长度。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的印刷电路板，其中，电组件安装在印刷布线板的表面层上，并且
其中，第一线部、第二线部、第三线部和第四线部被部署在印刷布线板的表面层上。
7.根据权利要求6所述的印刷电路板，其中，印刷布线板包括部署在与表面层相邻的内层中的接地图案，并且
其中，接地图案包括被配置成在平面图中与第四线部重叠的开口。
8.一种印刷电路板，其特征在于，包括：
电组件，包括信号端子；以及
印刷布线板，在所述印刷布线板上安装电组件，
其中，印刷布线板包括连接到信号端子的信号线，
其中，信号线包括依次连续地部署的第一线部、第二线部、第三线部和第四线部，
其中，信号端子与第四线部接合，
其中，第二线部的线宽大于第一线部的线宽，
其中，第三线部的线宽小于第一线部的线宽，并且
其中，第四线部的线宽大于第一线部的线宽。
9.根据权利要求1或8所述的印刷电路板，其中，信号线是被配置成传输差分信号的一对信号线中的一根信号线。
10.根据权利要求1或8所述的印刷电路板，其中，电组件是连接器。
11.根据权利要求1或8所述的印刷电路板，还包括安装在印刷布线板上的半导体设备，
其中，半导体设备包括端子，所述端子连接到信号线并且被配置成将信号输出到信号线。
12.一种安装有电组件的印刷布线板，其特征在于，所述印刷布线板包括连接到电组件的信号端子的信号线，
其中，信号线包括连续地形成的第一线部、第二线部、第三线部和第四线部，
其中，信号端子被配置成与第四线部接合，
其中，第二线部的特性阻抗低于第一线部的特性阻抗，
其中，第三线部的特性阻抗高于第一线部的特性阻抗，并且
其中，第四线部的特性阻抗低于第一线部的特性阻抗。
13.一种安装有电组件的印刷布线板，其特征在于，所述印刷布线板包括连接到电组件的信号端子的信号线，
其中，信号线包括连续地形成的第一线部、第二线部、第三线部和第四线部，
其中，信号端子被配置成与第四线部接合，
其中，第二线部的线宽大于第一线部的线宽，
其中，第三线部的线宽小于第一线部的线宽，并且
其中，第四线部的线宽大于第一线部的线宽。
14.一种电子设备，其特征在于，包括：
壳体；以及
根据权利要求1或8所述的印刷电路板，其中，所述印刷电路板被部署在壳体中。
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