JP2002124775A

JP2002124775A - 多層プリント配線基板

Info

Publication number: JP2002124775A
Application number: JP2000316356A
Authority: JP
Inventors: Toshio Niwa; 寿雄丹羽
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2002-04-26

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ユニットの直近に送信側終端抵抗体を
配置できず配線が長くなる場合でも、半導体ユニットの
構成を変えずに、信号品質の劣化を抑えることができる
ようにした終端構造をもつ多層プリント配線基板を提供
する。【解決手段】基板２に搭載した半導体ユニット１から
の電気信号を伝送する基板上の配線の特性インピーダン
ス整合を得るための終端構造をもつ多層プリント配線基
板において、半導体ユニット１の出力ピン７とインピー
ダンス整合の目的で前記出力ピン７の近傍に配置される
ダンピング抵抗５の一方の端子との間に接続される第１
の配線３の特性インピーダンスを、前記ダンピング抵抗
５の他方の端子と少なくとも一つ以上の他の半導体ユニ
ットの信号入力ピンの間に接続される第２の配線４の特
性インピーダンスよりも低く設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電気的信号を伝
送する配線の特性インピーダンス整合を得るための終端
構造をもつ多層プリント配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気部品の高密度化及び高速処理
化に伴って、信号伝送レートの高速化が求められてい
る。プリント配線基板の設計では、伝送レートの高速化
に伴う反射やリンギング等のノイズを抑えて伝送信号の
品質を確保するため、配線を終端させて特性インピーダ
ンスの整合が施されている。例えば、プリント配線基板
の信号伝送路は、ストリップライン構造又はマイクロス
トリップライン構造と呼ばれる基板層構造及び信号配線
幅により決定される特性インピーダンスをコントロール
することにより、上記ノイズを抑える手法が一般的に行
われている。

【０００３】図９は、例えば特開平１１−１７７１８９
号における従来技術の項で述べられている終端方式であ
り、図10はこの終端方式を採用しているプリント配線基
板の断面概略図を示している。この終端方式は送信側で
終端を行う方式であり、送信側バッファ101 と配線102
の間にダンピング抵抗（終端抵抗）103 が直列的に接続
されており、このダンピング抵抗103 は送信側バッファ
101 の直近に配置されている。ＱＦＰやＳＯＰなどのパ
ッケージを用いた半導体ユニット104 内にある送信側バ
ッファ101 からの出力信号は、ダンピング抵抗103 及び
配線102 を介して、図示していない別の半導体ユニット
内に設けられている受信側バッファ105に伝送されるよ
うになっている。また配線102 は、ＧＮＤ層106 を含め
た基板層構造107 により、その特性インピーダンスがコ
ントロールされている。この終端方式では、受信側で信
号が反射しても、ダンピング抵抗103 により送信側での
再反射を抑制できるので、信号波形の品質が確保される
ようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近はＢＧ
Ａに代表されるように、ＩＣ（半導体ユニット）パッケ
ージの多ピン化、高密度化が進んでおり、図10に示した
従来例のＩＣパッケージのように、送信側バッファ101
の直近にダンピング抵抗103 を配置することが、レイア
ウト的に困難になっている。したがって、図10の送信側
バッファ101 から終端抵抗103 までの配線108 の配線長
を長くせざるを得ず、この配線108 の特性インピーダン
スの不整合の影響で、ダンピング抵抗（終端抵抗）が正
常に機能しない場合がある。また、前記特開平１１−１
７７１８９号では、半導体ユニットの内部にダンピング
抵抗を設けて、送信側バッファからダンピング抵抗まで
の配線長を最小にする方式を開示しているが、汎用ＩＣ
を使う場合はこの技術を利用できないだけでなく、利用
できるカスタムＩＣやＭＣＭ（マルチチップモジュー
ル）でも、ダンピング抵抗の半導体ユニットへの内装化
に伴うＩ／Ｏ又はモジュールの複雑化は否めない。

【０００５】本発明は、従来のプリント配線基板の配線
終端構造における上記問題点を解消するためになされた
もので、半導体ユニットの直近に送信側終端抵抗が配置
できず配線が長くなる場合でも、半導体ユニットの構成
を変えることなく、信号の品質の劣化を最小限に抑える
ことができるようにした終端構造をもつ多層プリント配
線基板を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に係る発明は、半導体ユニットを搭載し、
該半導体ユニットからの電気信号を伝送する基板上の配
線の特性インピーダンス整合を得るための終端構造をも
つ多層プリント配線基板において、半導体ユニットの信
号出力端子とインピーダンス整合の目的で前記出力端子
の近傍に配置される終端抵抗体の一方の端子との間に接
続される第１の配線と、前記終端抵抗体の他方の端子と
少なくとも一つ以上の他の半導体ユニットの信号入力端
子の間に接続される第２の配線とを具備し、第１の配線
の特性インピーダンスが第２の配線の特性インピーダン
スよりも低く設定されていることを特徴とするものであ
る。

【０００７】一般に、終端抵抗体（ダンピング抵抗）か
ら受信側半導体ユニット（受信側バッファ）までの配線
の特性インピーダンスは、送信側半導体ユニット（送信
側バッファ）の出力インピーダンスと終端抵抗体の値の
和であることが、インピーダンス整合条件とされてい
る。したがって、送信側半導体ユニットから終端抵抗体
までの配線長は短いと、その配線による特性インピーダ
ンスは特に考慮する必要がないが、その配線長が長くな
ると全体としての特性インピーダンスの整合に影響を与
える。そこで、請求項１に係る発明は上記のように、一
方の半導体ユニットの信号出力端子とその近傍に配置さ
れる終端抵抗体との間の第１の配線の特性インピーダン
スを、終端抵抗体と他方の半導体ユニットの入力端子と
の間の第２の配線の特性インピーダンスよりも低く設定
するもので、このように構成することにより、一方（送
信側）の半導体ユニットの端子の密度が高くて該半導体
ユニットの直近に終端抵抗体を配置できず、終端抵抗体
までの配線が長くなってしまう場合でも、一方（送信
側）の半導体ユニットから終端抵抗体までのインピーダ
ンスの急激な変化を防止することができ、反射による信
号波形の品質の劣化を抑制することができる。

【０００８】請求項２に係る発明は、請求項１に係る多
層プリント配線基板において、前記半導体ユニットの信
号出力端子の近傍に配置される終端抵抗体がフェライト
ビーズで構成されていることを特徴とするものである。
このように、終端抵抗体をフェライトビーズで構成する
ことにより、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が若干
劣化するが放射ノイズを軽減することができる。

【０００９】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
係る多層プリント配線基板において、前記第１の配線と
前記第２の配線とは同一導電層で形成され、前記第１の
配線の配線幅が前記第２の配線の配線幅より太く設定さ
れていることを特徴とするものである。このように構成
することにより、第１の配線の特性インピーダンスを第
２の配線の特性インピーダンスより容易に低く設定する
ことができる。

【００１０】請求項４に係る発明は、請求項１又は２に
係る多層プリント配線基板において、前記第１の配線の
直下に絶縁層を介してＧＮＤ又はＶＤＤ電源に接続され
る導電層を形成していることを特徴とするものである。
このように構成することにより、第１の配線の特性イン
ピーダンスを第２の配線の特性インピーダンスより、配
線幅を変えることなく容易に低く設定することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図１は、本発明に係る終端構造をもつ多層プリント
配線基板の第１の実施の形態を示す一部省略断面図で、
多層プリント配線基板に、ＢＧＡでパッケージされた半
導体ユニットを実装した態様を示している。図２は、そ
の上面図を示しており、図３は、その等価回路を示して
いる。図において、１はＢＧＡでパッケージされた半導
体ユニット、２は多層プリント配線基板、３，４は第１
配線層（導電層）の第１及び第２の配線、５は第１及び
第２の配線３，４間に接続されたダンピング抵抗（送信
側終端抵抗体）、６はＧＮＤ層、７は半導体ユニットの
出力ピン（ボール）である。ＢＧＡパッケージ半導体ユ
ニット１内の送信側バッファ８から出力された信号は、
出力ピン７，第１の配線３，ダンピング抵抗５，第２の
配線４を通って、図示しない別の半導体ユニットの入力
ピンに接続されている受信側バッファ９に伝送される。
なお、この実施の形態では、受信側バッファ９は一つだ
けになっているものを示したが、異なる複数の半導体ユ
ニットの受信側バッファに接続される場合もある。ま
た、この実施の形態では、第１の配線３の配線幅は第２
の配線４の配線幅より太く形成されており、またこれら
の配線３，４は、プリント配線基板２内に配置されてい
るＧＮＤ層などによっても、インピーダンス制御されて
いる。

【００１２】一般的に、半導体ユニット１の送信側バッ
ファ８に接続されている第１の配線３の配線長が短く
て、特性インピーダンスによる信号波形の品質への影響
を無視できる場合は、他方の半導体ユニットの受信側バ
ッファ９に接続されている第２の配線４の特性インピー
ダンスＺo と、送信側バッファ８の出力インピーダンス
Ｚout 及びダンピング抵抗５の抵抗値Ｒt との間の整合
条件は、次式（１）で表される。Ｚo ＝Ｚout ＋Ｒt ・・・・・・・・・・（１）

【００１３】ダンピング抵抗は、送信側バッファの直近
に配置することにより、送信側バッファの出力インピー
ダンスをコントロールして、配線の特性インピーダンス
と一致させる機能があり、反射を抑え信号波形の品質を
向上させる。しかし、ＢＧＡパッケージなどの採用によ
り送信側バッファの近傍にダンピング抵抗５を配置でき
ない場合がある。この場合は、配線長を長くせざるを得
ない送信側バッファに接続されている第１の配線の特性
インピーダンスを、受信側バッファに接続されている第
２の配線の特性インピーダンスよりも低く設定すること
により、送信側バッファからダンピング抵抗迄の急激な
インピーダンス変化を抑えることができる。その結果、
反射による信号波形の歪みを極力抑え、信号波形の品質
が確保される。このインピーダンスを低く設定する手法
の一つとして、本実施の形態においては、上記のように
送信側バッファ８に接続している第１の配線３の配線幅
を、第２の配線４の配線幅に比べて太くしている。

【００１４】図４は、第１の配線３の配線幅を第２の配
線４の配線幅より太くした、上記第１の実施の形態に係
る終端構造をもつ多層プリント配線基板の信号特性に関
して行った、シミュレーション結果の一例を示す信号波
形図である。

【００１５】また、これと対比するため、送信側バッフ
ァからダンピング抵抗までの第１の配線の配線幅と、ダ
ンピング抵抗から受信側バッファまでの第２の配線の配
線幅とを同一幅とした、配線終端構造の信号特性に関し
て行ったシミュレーション結果を示す信号波形を図５に
示す。

【００１６】本実施の形態における第１及び第２の配線
３，４のように、配線が表面の第１配線層で形成されて
いる場合、その配線の特性インピーダンスＺo は、配線
が表面マイクロストリップライン構造となるため、次式
（２）に示す近似式で表される。Ｚo ＝｛87／（εｒ＋1.4)^1/2｝・ln｛5.98Ｈ／(0.8Ｗ＋Ｔ）｝・・・・・・・・・（２） εｒ：絶縁層の比誘電率（ガラスエポキシ樹脂の場合4.
7 ）Ｈ：導電層間の絶縁層の厚さ（mm）Ｗ：配線幅（mm）Ｔ：配線の厚さ（mm）

【００１７】上記第１の実施の形態の終端構造に対応す
るシミュレーションにおいては、送信側バッファ８から
ダンピング抵抗５までの第１の配線３の長さを、ダンピ
ング抵抗５から受信側バッファ９までの第２の配線４の
長さに比べて無視できない場合の例として５cmとし、第
２の配線４の長さは10cmとし、また第１の配線３の配線
幅Ｗは0.3mm としているのに対して第２の配線４の配線
幅Ｗは0.1mm とし、更に配線３，４の厚さＴは0.048mm
とし、導電層間の絶縁層の厚さＨは0.100mm とし、そし
てダンピング抵抗５の抵抗値は39Ωとして、シミュレー
ションを行っている。この設定による第１の配線３の特
性インピーダンスは34Ω程度となり、第２の配線４の特
性インピーダンスは60Ω程度となる。なお、実際のシミ
ュレーションでは経験則を加味して計算が行われるた
め、単純な近似式（２）による計算値とは、一致しない
場合がある。

【００１８】一方、図５に示す信号波形結果を得るため
に行った対比シミュレーションにおいては、図６の等価
回路で示すように、送信側バッファ８からダンピング抵
抗５までの第１の配線３′と、ダンピング抵抗５から受
信側バッファ９までの第２の配線４′は、第１の実施の
形態に対応するシミュレーションと同様に、それぞれ５
cm，10cmとし、配線幅は第１の配線３′及び第２の配線
４′共に0.1mm とし、配線の厚さＴは0.048mm とし、導
電層間の絶縁層の厚さＨは0.100mm とし、特性インピー
ダンスはいずれも60Ωとしたものをモデルとしている。

【００１９】信号特性における伝送信号波形の品質とし
ては、０レベルから１レベルに変動したときの上下変動
が小さいほど、望ましい。図４，５の信号波形を比較す
ると明らかなように、本発明の第１の実施の形態に対応
させて、送信側バッファ８からダンピング抵抗５までの
第１の配線３の特性インピーダンスを、第２の配線４の
特性インピーダンスより低減させた方が、信号波形品質
はよい結果になっている。これに対して、図５に示すよ
うに、双方の配線の特性インピーダンスを同一にした場
合は、第１の配線３′の特性インピーダンスによる不整
合の影響が無視できないため、波形品質が劣化してい
る。したがって、送信側バッファ８からダンピング抵抗
５までの第１の配線の特性インピーダンスを低減して、
インピーダンスの変化を抑制することにより、ノイズを
低減することが可能となる。

【００２０】次に、第１の実施の形態の変形例について
説明する。図１に示した第１の実施の形態において、Ｂ
ＧＡバッケージの半導体ユニット１周辺のプリント配線
基板２の配線の高密度化により、出力ピン（ボール）７
からダンピング抵抗５までの第１の配線３を、第１配線
層で形成することができない場合がある。この場合は、
図７に示すようにスルーホールと第２配線層を使用し
て、出力ピン７からダンピング抵抗５までの主たる第１
の配線を構成することもできる。図７において、11及び
12は第２配線層で形成した主たる第１及び第２の配線、
13はスルーホールで、第１配線層で形成した微小第１及
び第２の配線３，４と第２配線層で形成した主たる第１
及び第２の配線11，12とを、それぞれ接続するものであ
る。

【００２１】この変形例で、主たる第１の配線11の特性
インピーダンスを、図１に示した第１の実施の形態の第
１の配線３と同程度に設定するには、第１の配線３の配
線幅に比べてこの変形例の第１の配線11の配線幅は細く
することができるので、配線の高密度化に適している。
すなわち、配線の特性インピーダンスを低減するには、
配線幅を大きくする必要があるが、上記式（２）から明
らかなように、導電層間の絶縁層の厚さＨを小さくする
ことによっても、特性インピーダンスを小さくすること
ができる。上記変形例のように第２配線層で主たる第１
及び第２の配線を形成すると、第２配線層とＧＮＤ層６
間は第１配線層とＧＮＤ層６間より小さいので、第２配
線層で形成した配線の特性インピーダンスは小さくな
る。したがって、同程度のインピーダンス値とするには
配線の配線幅Ｗを小さくすることができることになる。
なお、この変形例では、主たる第２の配線12も第２配線
層で形成したものを示したが、この第２の配線12は第１
の実施の形態と同様に第１配線層で形成してもよいこと
は勿論である。

【００２２】上記第１の実施の形態及びその変形例にお
いては、ダンピング抵抗としては、通常の抵抗体を用い
ることを想定しているが、フェライトビーズをダンピン
グ抵抗として用いても問題がないことは明らかであり、
このようにフェライトビーズをダンピング抵抗として用
いた場合は、立ち上がり及び立ち下がり波形がなまるの
で、立ち上がり及び立ち下がり時間が劣化するが、放射
ノイズが軽減されるという利点が得られる。

【００２３】次に、第２の実施の形態について説明す
る。図８は第２の実施の形態に係る多層プリント配線基
板を示す図で、図１に示した第１の実施の形態に係る多
層プリント配線基板と同一又は対応する構成要素には同
一の符号を付して示している。この実施の形態では、送
信側バッファ８からダンピング抵抗５までの第１の配線
３の特性インピーダンスを低減させる手法として、送信
側バッファ８からダンピング抵抗５までの第１配線層で
形成された第１の配線３を含む半導体ユニット１の直下
の第２配線層に、面状のＧＮＤ領域21を設け、このＧＮ
Ｄ領域21をその下層に配置されているＧＮＤ層６とスル
ーホール13で接続した構成を用いている。

【００２４】このように構成した終端構造をもつ多層プ
リント配線基板においては、第１の配線３を形成してい
る第１配線層とＧＮＤ層６との間に配置される第２配線
層に、面状のＧＮＤ領域21が形成されているので、第１
の配線３とＧＮＤ領域21との間の絶縁層の厚さが、第１
の配線３とＧＮＤ層６との間の絶縁層の厚さより小さ
く、したがって上記（２）式より明らかなように、第１
の実施の形態のように第１の配線３の配線幅を大にしな
くても、その特性インピーダンスを低減させることがで
きる。

【００２５】したがって、本実施の形態によれば、半導
体ユニット配置周辺のプリント配線基板における配線の
密度が高くて、第１の実施の形態又はその変形例のよう
に、配線幅を広げたり、スルーホールの設置が困難な場
合に、第１の配線３の特性インピーダンスを効果的に低
減させることができる。この場合、更に第１の実施の形
態のように、第１の配線３の配線幅を広げることによ
り、一層特性インピーダンスの低減を図ることができ
る。なお、この実施の形態においても、ダンピング抵抗
としてフェライトビーズを使用しても問題ないことは自
明である。また、図８に示した第２の実施の形態におい
ては、第２の配線４は第１配線層に形成したものを示し
たが、図７に示した第１の実施の形態の変形例のよう
に、主たる第２の配線を第２配線層に形成することもで
きる。また、この実施の形態では、第２配線層に面状の
ＧＮＤ領域21を設けたものを示したが、この領域21をＶ
ＤＤ電源に接続しても同様な効果が得られる。

【００２６】また、配線の特性インピーダンスの低減す
る手法としては、上記各実施の形態に示した手法の他
に、上記（２）式から明らかなように、送信側バッファ
からダンピング抵抗までの第１の配線を含む半導体ユニ
ット直下のプリント配線基板を構成する絶縁層の比誘電
率を大にするとか、配線自体の層厚を大きくする手法に
よっても実現できることは言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、請求項１に係る発明によれば、送信側の半導体ユニ
ットから終端抵抗体までの第１の配線が長くなってしま
う場合でも、該半導体ユニットから終端抵抗体までのイ
ンピーダンスの急激な変化を抑止することができ、反射
による信号波形の品質の劣化を抑制することができる終
端構造をもつ多層プリント配線基板を実現することがで
きる。また、請求項２に係る発明によれば、請求項１に
係る多層プリント配線基板の終端抵抗体における放射ノ
イズを軽減することができる。また、請求項３に係る発
明によれば、請求項１又は２に係る多層プリント配線基
板において、第１の配線の特性インピーダンスを第２の
配線の特性インピーダンスより容易に低く設定すること
ができる。また、請求項４に係る発明によれば、請求項
１又は２に係る多層プリント配線基板において、第１の
配線の特性インピーダンスを第２の配線の特性インピー
ダンスより、配線幅を変えることなく容易に低く設定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多層プリント配線基板の第１の実
施の形態を示す一部省略断面図である。

【図２】図１に示した第１の実施の形態の上面図であ
る。

【図３】図１に示した第１の実施の形態の等価回路を示
す図である。

【図４】図１に示した第１の実施の形態の多層プリント
配線基板における配線終端構造の信号特性に関するシミ
ュレーション結果を示す信号波形図である。

【図５】図４に示したシミュレーション結果と対比する
ため、従来の構成の配線終端構造の信号特性に関するシ
ミュレーション結果を示す信号波形図である。

【図６】従来の多層プリント配線基板の配線終端構造の
等価回路を示す図である。

【図７】図１に示した第１の実施の形態の変形例を示す
図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態の一部省略断面図で
ある。

【図９】一般的なプリント配線基板上の配線の配線終端
構造の等価回路を示す図である。

【図10】一般的なプリント配線基板の配線態様を示す断
面図である。

【符号の説明】

１半導体ユニット２多層プリント配線基板３第１の配線４第２の配線５ダンピング抵抗６ＧＮＤ層７出力ピン８送信側バッファ９受信側バッファ 11 第１の配線 12 第２の配線 13 スルーホール 21 面状ＧＮＤ領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ユニットを搭載し、該半導体ユニ
ットからの電気信号を伝送する基板上の配線の特性イン
ピーダンス整合を得るための終端構造をもつ多層プリン
ト配線基板において、半導体ユニットの信号出力端子と
インピーダンス整合の目的で前記出力端子の近傍に配置
される終端抵抗体の一方の端子との間に接続される第１
の配線と、前記終端抵抗体の他方の端子と少なくとも一
つ以上の他の半導体ユニットの信号入力端子の間に接続
される第２の配線とを具備し、第１の配線の特性インピ
ーダンスが第２の配線の特性インピーダンスよりも低く
設定されていることを特徴とする多層プリント配線基
板。
【請求項２】前記半導体ユニットの信号出力端子の近
傍に配置される終端抵抗体が、フェライトビーズで構成
されていることを特徴とする請求項１に係る多層プリン
ト配線基板。
【請求項３】前記第１の配線と前記第２の配線とは同
一導電層で形成され、前記第１の配線の配線幅が前記第
２の配線の配線幅より太く設定されていることを特徴と
する請求項１又は２に係る多層プリント配線基板。
【請求項４】前記第１の配線の直下に絶縁層を介して
ＧＮＤ又はＶＤＤ電源に接続される導電層を形成してい
ることを特徴とする請求項１又は２に係る多層プリント
配線基板。