JP2007035710A - 多層プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】 信号スルーホール配線の密集領域においても、信号スルーホール配線と信号線とのインピーダンスの不整合を抑え、かつ、リターンパスのクリアランスホール迂回による信号劣化を抑えることができる多層プリント配線板を提供する。
【解決手段】 複数の信号線２をそれぞれ有する複数の信号層３と、複数の信号層３の各信号線をそれぞれ電気的に接続する複数の信号スルーホール配線４と、複数の信号層３の間に絶縁層５を介して複数の信号スルーホール配線４により貫通されて設けられ、複数のクリアランスホール６が複数の信号スルーホール配線４の貫通部分にそれぞれ位置付けられ、貫通する信号スルーホール配線４に接続された信号線２の配線方向に沿ってそれぞれ長く形成された導体層７とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多層プリント配線板に関する。

多層プリント配線板１０１は、一般的に、図４及び図５に示すように、複数の信号層１０２、複数の導体層１０３、及び複数の絶縁層１０４等を備えている（特許文献１参照）。信号層１０２は、高周波信号等の信号が流れる信号線１０５を有する層である。また、導体層１０３は、電源に接続される電源層又はグランドに接地されるグランド層（接地層）である。この導体層１０３は、導体が基板面の略一面に広がる導体ベタ層であり、例えばリファレンスプレーンと呼ばれる。絶縁層１０４は、信号層１０２と導体層１０３との間及び各導体層１０３の間に設けられている。

さらに、多層プリント配線板１０１は、複数の信号層１０２の各信号線１０５をそれぞれ電気的に接続する複数の信号スルーホール配線１０６及び複数の導体層１０３を電気的に接続する導体スルーホール配線１０７を備えている。また、導体層１０３には、導体層１０３と信号スルーホール配線１０６と間にクリアランス（隙間）を設けることにより、信号スルーホール配線１０６と同心の真円形のクリアランスホール１０８が形成されている。これにより、導体層１０３と信号スルーホール配線１０６との導通が防止されている。

このような多層プリント配線板１０１では、上層（図４中）の信号層１０２の信号線１０５に接続された電流発生源（図示せず）により発生した信号電流は、上層の信号層１０２の信号線１０５から信号スルーホール配線１０６を通って、下層（図４中）の信号層１０２の信号線１０５を通る（信号電流の往路：図４中のＰ１）。下層の信号層１０２の信号線１０５を通った信号電流は、下層の信号層１０２の信号線１０５に最も近い導体層１０３を通り、クリアランスホール１０８を迂回して導体スルーホール配線１０７に到達し、さらに、導体スルーホール配線１０７を通り、上層の信号層１０２の信号線１０５に最も近い導体層１０３を通って電流発生源に戻る（信号電流の復路（リターンパス）：図４中のＰ２）。

ここで、信号スルーホール配線１０６の簡易等価回路を図６に示す。信号線１０５を流れる信号の周波数が高い場合には、信号スルーホール配線１０６において、図６に示すように、信号電流が流れる個所Ａ１（図５参照）はインダクタンスＬとして働き、電流が流れない個所Ａ２（図５参照）はスタブと呼ばれ、スタブのキャパシタンスＣ１として働く。導体層１０３と信号スルーホール配線１０６とのクリアランスＡ３（図５参照）にも、キャパシタンスＣ２が形成される。このキャパシタンスＣ２は、クリアランスＡ３が大きくなるほど小さくなる。

信号スルーホール配線１０６のインピーダンスは、通常、信号線１０５のインピーダンスより小さい。このため、信号スルーホール配線１０６のインピーダンスを大きくし、信号線１０５と信号スルーホール配線１０６とのインピーダンスの不整合を抑えるためには、簡易等価回路に直列に入っているインダクタンスＬを大きくするか、あるいは、簡易等価回路に並列に入っているキャパシタンスＣ１，Ｃ２を小さくすればよい。ところが、インダクタンスＬとスタブのキャパシタンスＣ１は、多層プリント配線板１の厚さやその層構成によりある程度決定されてしまうため、インダクタンスＬ及びスタブのキャパシタンスＣ１を調整することは困難である。そこで、クリアランスホール１０８を大きくしてキャパシタンスＣ２を小さくすることにより、信号線１０５と信号スルーホール配線１０６とのインピーダンスの不整合を抑えることができる。

一方、多層プリント配線板１では、その多層プリント配線板１上に実装されるＬＳＩ（大規模集積回路）の多機能化及び高性能化に伴うＬＳＩの多ピン化によって、信号線１０５や信号スルーホール配線１０６の増加及び高密度化が進んでいる。

図４に示すように、複数の信号スルーホール配線１０６が密集する密集領域では、クリアランスホール１０８を大きくすると、隣接するクリアランスホール１０８と結合してしまう。このため、図７に示すように、複数の信号スルーホール配線１０６は、１つのクリアランスホール１０８により囲まれることになる。これにより、導体層１０３と信号スルーホール配線１０６との間のキャパシタンスＣ２はある程度小さくなるため、信号スルーホール配線１０６のインピーダンスは信号線１０５のインピーダンスに近づく。
特開２００１−２４４６３３号公報

しかしながら、前述したように１つのクリアランスホール１０８が複数の信号スルーホール配線１０６を囲むようにクリアランスホール１０８を形成した場合には、導体層１０３と信号スルーホール配線１０６との間のキャパシタンスＣ２をある程度小さくすることはできるが、クリアランスホール１０８を迂回するリターンパスＰ２の迂回距離が長くなるため、信号電流の往路と復路との間の遅延時間差が大きくなり、信号の伝送品質は劣化してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、信号スルーホール配線の密集領域においても、信号スルーホール配線と信号線とのインピーダンスの不整合を抑え、かつ、リターンパスのクリアランスホール迂回による信号劣化を抑えることができる多層プリント配線板を提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、多層プリント配線板において、複数の信号線をそれぞれ有する複数の信号層と、複数の信号層の各信号線をそれぞれ電気的に接続する複数の信号スルーホール配線と、複数の信号層の間に絶縁層を介して複数の信号スルーホール配線により貫通されて設けられ、複数のクリアランスホールが複数の信号スルーホール配線の貫通部分にそれぞれ位置付けられ、貫通する信号スルーホール配線に接続された信号線の配線方向に沿ってそれぞれ長く形成された導体層とを備えることである。

本発明によれば、信号スルーホール配線の密集領域においても、信号スルーホール配線と信号線とのインピーダンスの不整合を抑え、かつ、リターンパスのクリアランスホール迂回による信号劣化を抑えることができる多層プリント配線板を提供することができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１及び図２を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る多層プリント配線板１は、隣接する複数の信号線２をそれぞれ有する複数の信号層３と、それらの信号層３の各信号線２をそれぞれ電気的に接続する複数の信号スルーホール配線４と、各信号層３の間に絶縁層５を介して各信号スルーホール配線４により貫通されて設けられ、複数のクリアランスホール６が各信号スルーホール配線４の貫通部分にそれぞれ位置付けられて、貫通する信号スルーホール配線４に接続された信号線２の配線方向に沿ってそれぞれ長く形成された複数の導体層７と、それらの導体層７を電気的に接続する導体スルーホール配線８とを備えている。

信号層３は、高周波信号等の信号が流れる複数の信号線２、例えば３本の信号線２を有する層である。なお、上層（図１中）の信号層３の信号線２と下層（図１中）の信号層３の信号線２とは平行に設けられている。また、絶縁層５は、信号層３と導体層７との間及び各導体層７の間に設けられている。この絶縁層５は、信号層３と導体層７との間及び各導体層７の間の導通を防止している。また、導体層７は、電源に接続される電源層又はグランドに接地されるグランド層（接地層）である。この導体層７は、導体が基板面の略一面に広がる導体ベタ層である。

信号スルーホール配線４は、各絶縁層５及び各導体層７を貫通して、上層の信号層３の各信号線２と下層の信号層３の各信号線２とをそれぞれ電気的に接続している。この信号スルーホール配線４は、信号層３、絶縁層５及び導体層７の各層に渡って貫通させて設けられた貫通孔（スルーホール）の内壁に導電層を設けることによって形成されている。なお、信号スルーホール配線４としては、ビアホール配線も含まれる。

ここで、各信号スルーホール配線４の間は狭く、各信号スルーホール配線４は密集した状態で設けられている。これにより、信号スルーホール配線４の密集領域が信号層３に形成されている。信号スルーホール配線４の密集領域では、信号スルーホール配線４を中心として真円形のクリアランスホールを設け、このクリアランスホールの直径を隣接するクリアランスホールと結合しないまで大きくしても、導体層７と信号スルーホール配線４とのキャパシタンスＣ２（図６参照）を十分に小さくすることができず、その結果として、信号線２と信号スルーホール配線４とのインピーダンスの不整合を十分に抑えることができない。

クリアランスホール６は、信号スルーホール配線４を中心とする円形を信号線２の配線方向に長く伸長した楕円形状に形成されている。特に、第１の実施の形態では、クリアランスホール６は、信号スルーホール配線４を中心とする円形を信号線２の配線方向の両方向に同じだけ長く伸長した楕円形状に形成されている。クリアランスホール６は、信号スルーホール配線４と導体層７との導通を防止するためのホールである。

このクリアランスホール６は、導体層７と信号スルーホール配線４との間にクリアランス（隙間）を設けることにより形成されている。このとき、信号線２の配線方向のクリアランスＢ１（図２参照）は、他の方向のクリアランスに比べて長く設定されている。例えば、信号線２の配線方向のクリアランスＢ１は、信号スルーホール配線４が並ぶ方向（信号スルーホール配線４が隣接する方向）のクリアランスＢ２に比べて大きく設定されている（Ｂ１＞Ｂ２）。ここで、クリアランスＢ２は信号スルーホール配線４の密集度に応じて変更される。このとき、クリアランスＢ２は、隣接するクリアランスホール６が互いに結合しないようにできるだけ大きく設定される。これにより、導体層７と信号スルーホール配線４とのキャパシタンスＣ２（図６参照）が小さくなる。

導体スルーホール配線８は、信号層３、絶縁層５及び導体層７の各層に渡って貫通させて設けられた貫通孔（スルーホール）の内壁に導電層を設けることによって形成されている。導体スルーホール配線８としては、電源層を複数設けた場合に各電源層を電気的に接続する電源スルーホール配線やグランド層を複数設けた場合に各グランド層を電気的に接続する接地スルーホール配線等がある。なお、導体スルーホール配線８としては、ビアホール配線も含まれる。

このような構成の多層プリント配線板１では、上層の信号層３の信号線２に接続された電流発生源（図示せず）により発生した信号電流は、上層の信号層３の信号線２から信号スルーホール配線４を通って、下層の信号層３の信号線２を通る（信号電流の往路：図１中のＰ１）。下層の信号層３の信号線２を通った信号電流は、下層の信号層３の信号線２に最も近い導体層７を通り、クリアランスホール６を迂回して導体スルーホール配線８に到達し、さらに、導体スルーホール配線８を通り、上層の信号層３の信号線２に最も近い導体層７を通って、電流発生源に戻る（信号電流の復路（リターンパス）：図１中のＰ２）。

ここで、リターンパスＰ２は、信号の周波数が高い場合、信号線２から最も近い所、すなわち信号線２の略真下又は略真上を通ることになる。なお、リターンパスＰ２が信号線２の略真下又は略真上のどちらかを通るかは、信号層３と導体層７との間の距離により変化し、より信号層３に近い導体層７を通る。

このように第１の実施の形態に係る多層プリント配線板１によれば、信号線２の配線方向に沿って長いクリアランスホール６を設けることによって、信号スルーホール配線４の密集領域においても、信号線２の配線方向のクリアランスＢ１は他の方向のクリアランス（例えばクリアランスＢ２）に比べて大きくなり、導体層７と信号スルーホール配線４とのキャパシタンスＣ２（図６参照）が小さくなるので、信号線２と信号スルーホール配線４とのインピーダンスの不整合を抑えることができる。さらに、リターンパスＰ２の迂回距離が、複数の信号スルーホール配線４を囲む１つのクリアランスホールを設けた場合に比べて短くなり、信号電流の往路と復路との間の遅延時間差は小さくなるので、リターンパスＰ２のクリアランスホール６迂回による信号劣化を抑えることができる。

また、クリアランスホール６を楕円形状に形成することによって、例えばクリアランスホール６をひし形等の形状に形成した場合に比べ、信号スルーホール配線４と導体層７とのキャパシタンスＣ２（図６参照）が小さくなるので、信号線２と信号スルーホール配線４とのインピーダンスの不整合を確実に抑えることができる。

また、導体層７を複数設けた場合、各導体層７を電気的に接続する導体スルーホール配線８を設けることによって、リターンパスＰ２が信号線２に最も近い導体層７を通り短くなるので、信号電流の往路と復路との間の遅延時間差は小さくなり、リターンパスＰ２のクリアランスホール６迂回による信号劣化をさらに抑えることができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図３を参照して説明する。

本発明の第２の実施の形態は、基本的に第１の実施の形態と同じであり、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第１の実施の形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。

第２の実施の形態と第１の実施の形態との相違点は、上層の信号層３の信号線２と下層の信号層３の信号線２とが９０°の角度で交差する点である。すなわち、上層の信号層３の信号線２の配線方向と下層の信号層３の信号線２の配線方向とは、９０°異なっている。

このように第２の実施の形態に係る多層プリント配線板１によれば、上層の信号層３の信号線２と下層の信号層３の信号線２とが交差する場合でも、第１の実施の形態と同様の効果を奏し、さらに、信号線２と信号スルーホール配線４とのインピーダンスの不整合及び信号劣化を防止しつつ、上層の信号層３の信号線２と下層の信号層３の信号線２とを交差させて設けることが可能になるので、信号線２の配線自由度を向上させることができる。

（他の実施の形態）
なお、第１の実施の形態においては、クリアランスホール６を楕円状に形成しているが、これに限るものではなく、例えばひし形状や長方形状に形成するようにしてもよい。また、信号スルーホール配線４を中心とする円形を信号線２の配線方向の両方向に同じだけ長く伸長した楕円形状にクリアランスホール６を形成しているが、これに限るものではなく、例えば、信号スルーホール配線４を中心とする円形を信号線２の配線方向のどちらか一方向に長く伸長した形状にクリアランスホール６を形成するようにしてもよく、また、信号スルーホール配線４を中心とする円形を信号線２の配線方向の両方向にそれぞれ異なる長さで長く伸長した形状にクリアランスホール６を形成するようにしてもよい。

また、第２の実施の形態においては、上層の信号層３の信号線２と下層の信号層３の信号線２とを９０°交差させて設けているが、これに限るものではなく、例えば、３０°、６０°、１２０°及び１５０°等の角度で交差させて設けるようにしてもよい。

最後に、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることは勿論である。

本発明の第１の実施の形態に係る多層プリント配線板の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す多層プリント配線板の概略構成を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る多層プリント配線板の概略構成を示す平面図である。 本発明の先行技術に係る多層プリント配線板の概略構成を示す斜視図である。 図４に示す多層プリント配線板の概略構成を示す断面図である。 図４に示す多層プリント配線板の簡易等価回路を示す回路図である。 図４に示す多層プリント配線板の変形例の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１…多層プリント配線板、２…信号線、３…信号層、４…信号スルーホール配線、５…絶縁層、６…クリアランスホール、７…導体層、８…導体スルーホール配線

Claims (3)

1. 複数の信号線をそれぞれ有する複数の信号層と、
   前記複数の信号層の各信号線をそれぞれ電気的に接続する複数の信号スルーホール配線と、
   前記複数の信号層の間に絶縁層を介して前記複数の信号スルーホール配線により貫通されて設けられ、複数のクリアランスホールが前記複数の信号スルーホール配線の貫通部分にそれぞれ位置付けられ、貫通する前記信号スルーホール配線に接続された前記信号線の配線方向に沿ってそれぞれ長く形成された導体層と、
   を備えることを特徴とする多層プリント配線板。
2. 前記クリアランスホールは楕円形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の多層プリント配線板。
3. 前記導体層は、絶縁層を介して複数設けられており、
   前記複数の導体層を電気的に接続する導体スルーホール配線を備えることを特徴とする請求項１記載の多層プリント配線板。
   
   
   

Images