JP2001185821A

JP2001185821A - 配線基板

Info

Publication number: JP2001185821A
Application number: JP36904899A
Authority: JP
Inventors: Ayako Takagi; 亜矢子高木; Takeshi Miyagi; 武史宮城
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】信号配線の特性インピーダンスの整合を行うと
同時にグラウンドのインダクタンスを低減し、高周波電
流の経路を最小化することにより、不要輻射ノイズを低
減する配線基板を提供することができる。【解決手段】配線基板上の対となる信号線において、該
各信号線直下のグラウンド導体の密度よりも、該信号線
間の直下のグラウンド導体が密になると同時に、配線
基板上の対となる信号線と該信号線対と隣接する信号線
対において、信号線直下のグラウンドパターンの密度よ
りも、隣接信号線対の間の直下のグラウンドが疎になる
ことを特徴とする配線基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配線基板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコンが扱うデータが高精細画
像など大容量になり、処理能力の向上が望まれている。
そこで、ＣＰＵのクロック周波数の高速化が進み、周辺
のＩＣへのバス配線やクロック線、データ線等が高速か
つ高密度になり、不要輻射ノイズ、すなわち、ＥＭＩが
問題となっている。

【０００３】さて、デジタル機器において、システムの
クロック信号やデータ信号の高調波成分が不要放射ノイ
ズや伝導エミッションの直接的な要因となる。また、こ
のような信号が引き起こす高周波電流が、システム内の
導線、プリント基板、筐体に流れ込んだ場合の非意図的
なアンテナの放射特性も、不要放射ノイズの要因とな
る。これらを、根源からなくすことが、これからのＥＭ
Ｉ対策に望まれている。高周波電源電流がコモンモード
の大きな放射ノイズを引き起こすことは良く知られてい
る。従って、コモンモードノイズを減らすことが、今後
のＥＭＩ対策に望まれている。

【０００４】回路規模の大きな配線基板や、フレキ基板
のように薄型で配線長の長い基板においては、比較的低
周波で共振によるＥＭＩが起きやすい構造になってい
る。そこで、この共振を引き起こさないために、グラウ
ンド面のパターンのくふうが必要とされる。

【０００５】従来は、電源グラウンドインピーダンスを
小さくすることにより、コモンモードの高周波電流が流
れる経路を短くしてきた。しかし、フレキ基板のように
曲げの自由度をあげるために薄さが要求される場合、配
線の特性インピーダンスを整合するため、グラウンドに
導体のない領域例えばメッシュ状のグラウンドを設ける
ことが行われてきたが、このグラウンド上に絶縁膜を介
して相互に相補的な電気信号が流れる一対の信号配線を
隣接して形成した場合、この信号配線間でクロストーク
が生じてしまい、さらにはこのクロストークによるグラ
ウンドを通る高周波電流によって大きなコモンモードノ
イズが発生し、これを低減できないという問題があっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のフレキ基板を使
用した薄型の配線基板は、相互に相補的な電気信号等が
流れる一対の信号配線を隣接して形成した場合、配線間
でクロストークが生じ、さらにはこれに起因してグラウ
ンドを通る高周波電流から生じたコモンモードノイズを
低減できないという問題があった。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、配線間のクロストーク量を低減し、さらにクロス
トークによるグラウンドを通る高周波電流の低減によっ
てコモンモードノイズを小さくした回路基板を提供する
ことを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の配線基板は、表面が絶縁性の基板と、こ
の基板上に形成されたグラウンド導体と、このグラウン
ド導体上に前記グラウンド導体と非接触にて形成された
一対の信号線とを有し、前記信号線の直下の前記グラウ
ンド導体に形成した開口と比較して前記信号線間の直下
の前記グラウンド導体に形成した開口の面積を大きくし
たことを特徴とする。ここで、基板の表面は絶縁性であ
るが、金属或いはシリコン等の半導体の基板の表面に酸
化シリコンや窒化シリコン等の絶縁膜を直接形成したも
の、或いは半導体の基板表面に酸素或いは窒素等をイオ
ン注入して表面を絶縁性膜に改変した基板等でも良い。
また、グラウンド導体と信号線の間は絶縁膜が介在して
いても良いし、空気が介在するような信号線を中空配線
としても良い。

【０００９】この開口は、形状を丸に限定するものでは
なく、六角形、四角形等の多角形や楕円形状等でも良
い。

【００１０】請求項２の配線基板は、請求項１におい
て、前記グラウンド導体のない部分の中心位置が前記信
号線の中心位置からΔＳずれており、前記グラウンド導
体の無い部分の幅をＷng、信号線の幅をＷｄとした場
合、０＜ΔＳ＜０．５×（Ｗng＋Ｗｄ）とし、このΔＳ
のずれる方向が前記信号線対の中心とは反対方向である
ことを特徴とする。

【００１１】請求項３の配線基板は、請求項１におい
て、前記グラウンド導体はメッシュ形状であり、このメ
ッシュ形状の前記信号線の下の領域でのメッシュの大き
さを前記信号線間の下でのメッシュの大きさよりも大き
くすることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、例示的ではあるが限定的で
はない実施例を説明することによって本発明をより深く
理解することができる。（実施例１）本実施例の構造は、図１に示すように、配
線基板上の一対となる信号線1、2、及び一対となる信号
線5、6において、各信号線1、2、5、6直下のグラウンド
導体３の密度よりも、信号線1、2、5、6間の直下のグラ
ウンドパターンが密になっている。図２は図１で示した
配線構造のＡ−Ａ‘の断面図であり、図３はＢ―Ｂ‘の
断面図である。ここで、４は信号線直下のグラウンド層
の導体が存在しない開口、７は一対を形成する信号線間
のグラウンド層の導体が存在しない開口、８は信号線対
と隣接する信号線対の間のグラウンド層の導体が存在し
ない開口、９は電気力線、１０は絶縁層、１１は信号線
の進行方向に平均的にグラウンド導体の密なところであ
り、この部分は他の部分に比べて相対的に導電性金属が
多い事を示している。また、100はフレキシブル基板で
ある。

【００１３】以上の構成では、例えばフレキシブル基板
100が、薄くして、曲げの自由度を増すことが要求され
る。すると、特性インピーダンスの整合を行うために、
絶縁膜10の幅を厚くできないというデメリットが生じ
る。ところで、図２の配線1、2直下にグラウンド導体3
がある場合の配線の特性インピーダンスＺ０ｇと図３の
グラウンド導体3がない場合の特性インピーダンスＺ０
ｏにおいて、図5の関係が明らかである。図５は配線間
距離に応じた作動インピーダンス／整合インピーダンス
（Ｚ／Ｚ０）を示したものである。図中51はグラウンド
が有るＺ／Ｚ０であり、52はグラウンドが無いＺ／Ｚ０
を示している。この図からＺ０ｇ＜Ｚ０ｏが明らかであ
る。

【００１４】そこで、図１の本構造のように、図２の構
造と図３の構造の繰り返す比率を変えることにより、信
号線の進行方向に、Ｚ０ｇとＺｏ０の間の任意の特性イ
ンピーダンスをつくることが可能なのである。

【００１５】図６は、特性インピーダンスを整合するた
めに、図２の構造の割合について示した図である。ここ
で、61はグラウンドが有る割合を示したもので、62は作
動インピーダンス／整合インピーダンスの割合を示した
ものである。この図から明らかなように、配線間距離が
長い場合は、図２のグラウンド導体がある部分の割合を
適当な値にすることにより、特性インピーダンスを整合
できることがわかる。

【００１６】従来は、クロック周波数が低いこともあ
り、配線の特性インピーダンスの整合のみ考慮し、グラ
ウンドのインダクタンスについて、あまり考慮されなか
ったため、これらのグラウンドパターンの繰り返し構造
を配線基板内で変えることをしなかった。しかし、クロ
ック周波数が上がるにつれ、グラウンドを流れる高周波
電流によるコモンモードノイズが問題になってくる。そ
こで、本構造のように信号線対の間のグラウンドの密度
を密にすることにより、特性インピーダンスを整合する
と同時に、グラウンドのインダクタンスをできる限り小
さくし、図４における高周波電流の回り込みを小さくす
ることができる。

【００１７】次に、従来のように、信号線対の間も、各
信号線直下のグラウンド導体の密度にした場合のクロス
トークノイズについて示す。クロストークノイズ量は、
グラウンドのインダクタンスを低減すると小さくなるた
め、放射磁界ノイズも減少するという効果が現われる。
近端クロストークは配線長によらず一定であるが、遠端
クロストークの場合は、配線の立ち上がり時間が鋭く、
また、配線長が長いほど大きくなる。図７は、配線間距
離に応じたクロストーク量を示したもので、71は遠端
（ｔｒ＝4ｎｓ：250ＭＨｚ）であり、72は遠端（ｔｒ＝
2ｎｓ：500ＭＨｚ）であり、73は遠端（ｔｒ＝1.3ｎ
ｓ：750ＭＨｚ）であり、74は近端である。この図７の
様に信号線を通る周波数が高くなればなるほど、配線間
距離を小さくすればするほど、クロストーク量は多くな
ることがわかる。例えば、７５０ＭＨｚの信号線対につ
いて、配線間距離５００μmにした場合、0.２近くにな
り、クロストークによるグラウンドを通る高周波電流の
増大、また、その高周波電流によるコモンモードノイズ
が大きくなることがわかる。

【００１８】ここで、本発明の図１のように、信号線対
の間のグラウンドパターンを密にすることにより、図８
のように、クロストークノイズを小さくすることがで
き、それにより、グラウンドインダクタンスによる高周
波電流を小さくし、放射ノイズも低減することができ
る。この図８中では81は遠端（ｔｒ＝4ｎｓ：250ＭＨ
ｚ）であり、82は遠端（ｔｒ＝2ｎｓ：500ＭＨｚ）であ
り、83は遠端（ｔｒ＝1.3ｎｓ：750ＭＨｚ）であり、84
は近端である。例えば、７５０ＭＨｚの信号線対につい
て、配線間距離５００μmにした場合、クロストーク量
は従来の0.2に対し、0.06に抑えられ、クロストークに
よるグラウンドを通る高周波電流の低減、また、その高
周波電流によるコモンモードノイズが小さくなることが
わかる。（実施例２）この実施例２が実施例１と異なる点は、ま
た、コネクタのような特性インピーダンスの不整合が生
じやすい場所では、インピーダンスを整合するために、
徐々に信号線を太く、あるいは細くした点である。以下
の実施例の説明では実施例１と同一部分は同一番号を付
しその詳細説明を省略する。

【００１９】この実施例のコネクタ部に本構造を図９に
示す。94は信号線直下のグラウンド層の導体が存在しな
い部分を信号の進行方向に徐々に変化させていった部分
である。98信号線対と隣接する信号線対の間のグラウン
ド層の導体が存在しない部分を信号の進行方向に徐々に
変化させていった部分である。この様に特性インピーダ
ンスの異なる部分を接続し、かつ、信号線対の間のグラ
ウンドのインダクタンスを小さくしたい場合、特性イン
ピーダンスを信号線の進行方向に徐々に変化させるため
に、グラウンド導体3の無い部分の面積を信号線の進行
方向に徐々に変化させる。この図９で、13はコネクタで
ある。

【００２０】信号線を通る信号の波長に対して、できる
だけ長い距離において、グラウンド導体のない部分の面
積を変化させ、特性インピーダンスを徐々に変化させる
ことにより、全体としてより小さな反射となる。また、
その際、信号線対の間のグラウンド導体のない領域も同
様に徐々に変化させると、整合インピーダンスの不連続
も小さくなる。（実施例３）実施例３を図１０に示す。この実施例は、
グラウンド導体13が存在しない部分の中心位置を配線の
中心位置よりも、ΔＳずらし、信号線14、15として近接
して形成している。ΔＳの方向を信号線対の中心と反対
方向にすることにより、信号線間のグラウンドのインダ
クタンスをより低減したものである。また、信号線の幅
をＷｄ、グラウンドの導体が存在しない部分の幅をＷｎ
ｇとすると０＜ΔＳ＜０．５×（Wng ＋Ｗｄ）とすると望ましい。（実施例４）実施例４を図１１に示した。図１１に示す
様うに、グラウンド導体113をメッシ状に形成し、この
グラウンド導体113のない部分の領域114を平行四辺形に
することによりグラウンドパターンを配線のように形成
し、そのグラウンド配線の密度を増加した領域117及び
低減した領域118を形成することにより、グラウンドの
密度を変えることができる。以上のようにしても実施例
１と同様の効果を奏することができる。さらに、大量生
産する場合にはこの構成が、性質が均質の物を提供する
ことができる。（実施例５）実施例５を図１２に示した。図１２に示す
ように、グラウンド導体123のない部分を6角形にするこ
とにより、信号方向の長さの自由度を持たせることがで
きるため、グラウンド導体123のない部分の数を増やさ
ずに特性インピーダンスの整合ができる。この様に配線
構造を構成しても実施例１と同様の効果を奏することが
できる。

【００２１】

【発明の効果】以上より、本発明によれば、配線間のク
ロストーク量を低減し、さらにコモンモードノイズを抑
えた回路基板を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の配線基板を示す上面透視
図。

【図２】本発明の実施例１の配線基板の断面図（Ａ−
Ａ‘）。

【図３】本発明の実施例１の配線基板の断面図（Ｂ―
Ｂ‘）。

【図４】本発明の実施例１のグラウンドに高周波電源
ノイズが生じた時のグラウンド電流の回り込み。

【図５】本発明の実施例１の特性インピーダンスを説
明する図。

【図６】本発明の実施例１を説明する図。

【図７】従来の配線間距離、立ち上がり時間によるク
ロストーク量。

【図８】本発明の実施例１の配線間距離立ち上がり時
間によるクロストーク量。

【図９】本発明の実施例２に拘わる配線基板の一例を
示す上面透視図。

【図１０】本発明の実施例３に拘わる配線基板の一例
を示す上面透視図。

【図１１】本発明の実施例４に拘わる配線基板の一例
を示す上面透視図。

【図１２】本発明の実施例５に拘わる配線基板の一例
を示す上面透視図。

【符号の説明】

１…対を形成する信号線、２…対を形成する一方の信号
線、３…グラウンド層、４…信号線直下のグラウンド層
の導体が存在しない部分、５…信号線１、２と隣接する
対を形成する信号線、６…１、２と隣接する対を形成す
る一方の信号線、７…対を形成する信号線間のグラウン
ド層の導体が存在しない部分、８…信号線対と前隣接す
る信号線対の間のグラウンド層の導体が存在しない部
分、９…電気力線、１０…絶縁層、１１…信号線の進行
方向に平均的にグラウンド導体の密なところ、１２…信
号線の進行方向に平均的にグラウンド導体の疎なとこ
ろ、、１３…コネクタ、１４…配線の幅方向の中心、１
５…グラウンド層の導体が存在しない部分の中心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面が絶縁性の基板と、この基板上に形成
されたグラウンド導体と、このグラウンド導体上に前記
グラウンド導体と非接触にて形成された一対の信号線と
を有し、前記信号線の直下の前記グラウンド導体に形成
した開口と比較して前記信号線間の直下の前記グラウン
ド導体に形成した開口の面積を大きくしたことを特徴と
する配線基板。
【請求項２】前記グラウンド導体のない部分の中心位置
が前記信号線の中心位置からΔＳずれており、前記グラ
ウンド導体の無い部分の幅をＷng、信号線の幅をＷｄと
した場合、０＜ΔＳ＜０．５×（Ｗng ＋Ｗｄ）とし、このΔＳのずれる方向が前記信号線対の中心とは
反対方向であることを特徴とする請求項１に記載の配線
基板。
【請求項３】前記グラウンド導体はメッシュ形状であ
り、このメッシュ形状の前記信号線の下の領域でのメッ
シュの大きさを前記信号線間の下でのメッシュの大きさ
よりも大きくすることを特徴とする請求項１に記載の配
線基板。