JP2007180292A

JP2007180292A - 回路基板

Info

Publication number: JP2007180292A
Application number: JP2005377474A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Saito; 聡義齋藤; Toru Kuraishi; 徹倉石; Takeshi Midorikawa; 健緑川; Mutsuyuki Kumagai; 睦之熊谷; Masashi Fujimoto; 昌司藤本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12
Also published as: US20070144773A1; KR100752566B1; KR20070070004A; TW200725869A; CN1993013A

Abstract

【課題】
本発明は、信号を伝送する信号線が配線された回路基板に関し、信号伝送の高速化を図る。
【解決手段】
信号線２０が配線された回路基板において、信号線先端に形成された、中央に信号ビア３３を有する信号パッド３０と、信号パッド３０を取り巻く位置に形成された、グランド電位を複数の配線層に跨って伝送する複数のグランドビア４３とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、信号を伝送する信号線が配線された回路基板に関する。

近年の回路動作の益々の高速化の傾向に伴って、回路基板上の配線も、信号の高速伝送が可能なようにその信号配線パターンが工夫されてきている。

また、信号配線パターンの工夫のみでは限界があることから、グランドパッド等の工夫も提案されている（特許文献１，２参照）
特開２００１−２４０８４号公報特開２０００−１００８１４号公報

しかしながら、益々の高速化の要求が高まっており、更なる高速化実現のための工夫が望まれている。

本発明は、上記事情に鑑み、信号伝送の高速化が図られた回路基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の回路基板は、信号線が配線された回路基板において、信号線先端に形成された、中央に、複数の配線層に跨って信号線どうしを接続する信号ビアを有する信号パッドと、その信号パッドを取り巻く位置に形成された、グランド電位を複数の配線層に跨って伝達する複数のグランドビアとを有することを特徴とする。

ＬＳＩパッケージ基板などに代表される、高速伝送性能が要求されるプリント回路基板では、Ｓパラメータという指標を使用して性能を評価している。伝送性能を向上させるにはロスを少なくした信号品質が必要であり、現状では反射特性を表わすＳ１１が−１００ｄＢ〜−２０ｂＢ以下を満足する周波数帯域は約５ＧＨｚとなっているが、より高速伝送を行なうためには、この周波数域を少なくとも１０ＧＨｚ以上にまで広げていく必要がある。従来は、信号伝送経路については高速伝送を考慮して細かい設計値が指定されるが、グランドビアについては特に考慮は払われていない。しかし、より高速な伝送を実現するためには、グランドビアについても考慮する必要がある。

本発明によれば、１つの信号ビアの周りに複数のグランドビアを配置したことにより、伝送特性が大幅に改善された回路基板が実現する。

ここで、本発明回路基板において、信号パッドとの間に所定のクリアランスを空けてその信号パッドを取り巻いて広がるグランドパターンを有し、上記グランドビアが、そのグランドパターンの、上記クリアランスに隣接した位置に形成されていてもよい。

また、本発明の回路基板において、信号ビアの中心と、信号パッドを取り巻く位置に形成された複数のグランドビアそれぞれの中心との間の距離が、それら複数のグランドビアについて互いに同一であることが好ましい。

互いに同一の距離に置くことで、特性のシミュレーションやパターン設計が容易となる。

以上、説明したとおり、本発明によれば、信号の高速伝送特性が改善された回路基板が得られる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、信号線が配線された回路基板を示す斜視図である。

この回路基板１０のボード１１上には信号の高速伝送用の信号線２０が配線されており、各信号線２０の先端には、信号パッド３０が形成されている。この図１の回路基板１０は、ボード１１の表面と、裏面と、さらに、中間層に、配線やグランドパターンが形成されている。尚、この図１では、グランドパターンについては図示省略している。

図２は、図１に示す回路基板の一部分の断面図である。

この回路基板１０のボード１１の表面には、信号線２０が配線されており、その信号線２０の先端に信号パッド３０が形成されている。また、ボード１１の中間層および表面のその信号パッド３０と対向する位置にも信号パッド３１，３２が形成されており、それらボード１１の表面の信号パッド３０と中間層および裏面の信号パッド３１，３２は信号ビア３３を介して接続されている。ボード１１の中間層の信号パッド３１には中間層に形成された信号線２１が接続されており、裏面の信号パッド３２には、裏面に形成された信号線２２が接続されている。

また、信号パッド３０，３１，３２に隣接した位置には、ボード１１の表面、中間層、裏面のそれぞれに、グランドパッド４０，４１，４２が形成され、それらのグランドパッド４０，４１，４２はグランドビア４３で互いに接続されている。また、中間層には、グランドパッド４１に形成されたグランドパターン５１が広がっており、裏面には、グランドパッド４２に接続されたグランドパターン５２が広がっている。

図３は、信号パッドとグランドパッドの位置関係の、一例を示す図である。

この図３には、２本の信号線２０と、それら２本の信号線２０それぞれの先端に形成された信号パッド３０が示されている。各信号パッド３０の中心には、信号ビア３３が形成され、その信号ビア３３により、他の配線層（中間層や裏面）の信号線と接続されている（図２参照）。

また、この図３には、１つの信号パッド３０につき２つのグランドパッド４０がその信号パッドを取り巻く位置に形成されている。これら２つのグランドパッド４０それぞれの中央には、他の配線層のグランドパターンとの接続のためのグランドビア４３が形成されている。

このように、中央に信号ビア３３を有する信号パッド３０を取り巻く位置に、複数（ここでは２つ）のグランドビア４３を配置すると、後述するように、信号の高速伝送特性が大幅に向上する。

図４は、信号パッドとグランドパッドの位置関係のもう１つの例を示す図である。

図３との相違点は、中央に信号ビア３３が形成された信号パッド３０の１つずつにつき、グランドビア４３を有する３つのグランドパッド４０が、その信号パッド３０を取り巻く位置に形成されている。

このように、信号ビア３３を有する信号パッド３０を取り巻く位置にグランドビア４３を有する３つのグランドパッド４０を配置すると、信号の高速伝送特性がさらに改善される。

図５は、本発明に対する比較例としての、信号パッドとグランドパッドの位置関係を示す図である。

この図５の場合、信号パッド３０の１つにつき、その信号パッド３０に隣接した位置に、１つのグランドパッド４０が形成されている。

以下の説明のために、信号パッド３０の中央に形成された信号ビア３３の中心と、その信号パッド３０に隣接した位置に形成されたグランドパッド４０の中央に形成されたグランドビア４３の中心点との間の距離をｄで表わす。この距離ｄは、図５のみでなく、図３、図４のように、１つの信号パッド３０を取り巻くように２つもしくは３つのグランドパッド４０が形成されている場合にも適用する。尚、図３，図４の場合、１つの信号パッド３０を取り巻く位置に配置された複数のグランドパッドのいずれについても、距離ｄは同一である。

図６は、図５のように、１つの信号パッドに隣接した信号に１つのグランドパッド（１つのグランドビア）を配置したときの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。また、この図６は、距離ｄ（図５参照）が、ｄ＝１．６ｍｍのときのものである。

ＳパラメータのうちのＳ２１は信号の透過率に関係しており、Ｓ１１は信号の反射率に関係している。横軸は周波数（ＧＨｚ）である。透過率（Ｓ２１）が高く、反射率（Ｓ１１）が低い方が周波数特性が良好であることを意味している。

この図６の場合、Ｓ１１で見ると、−２０ｄＢを達成しているのは２．５ＧＨｚ以下であり、もっと高い周波数まで反射率が低いことが望まれる。

図７は、図６の場合と同様に、１つの信号パッドに隣接した位置に１つのグランドパッド（１つのグランドビア）を配置したときの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。ただし、この図７は、図６と異なり、距離ｄ（図５参照）が、ｄ＝０．７ｍｍのときのものである。

グランドビアを信号ビアにｄ＝０．７ｍｍまで近づけることによって、８ＧＨｚまでＳ１１が−２０ｄＢを達成できており、図６の場合よりは、周波数特性が改善されている。

図８は、図３に示すように、１つの信号パッドにつき、その１つの信号パッドを取り巻く位置に２つのグランドパッド（２つのグランドビア）を配置したときの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。距離ｄ（図５参照）は、２つのグランドビアについて同一であって、図７と同じく、ｄ＝０．７ｍｍの時のものである。

Ｓ１１は、１７．６ＧＨｚまで−２０ｄＢを維持しており、図７と比べ２倍以上の周波数まで伸びている。

図９は、図４に示すように、１つの信号パッドにつき、その１つの信号パッドを取り巻く位置には３つのグランドパッド（３つのグランドビア）を配置したときの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。距離ｄ（図５参照）は、３つのグランドビアについて同一であって、図７，図８と同様にｄ＝０．７ｍｍのときのものである。

Ｓ１１は、２７．８ＧＨｚまで−２０ｄＢを維持しており、図８と比べても周波数特性がさらに改善されている。

図１０は、信号パッドとグランドビアとの位置関係のもう１つの例を示す図である。

各信号線２０の先端には、信号パッド３０が形成されており、各信号パッド３０の中央には信号ビア３３（図２参照）が形成されている。また、各信号線２０および各信号パッド３０の周りには、所定のクリアランスを空けてグランドパターン５０が広がっている。このグランドパターン５０の、信号バッド３０を取り巻く、クリアランスに隣接した位置には、信号パッド１つにつき、２つのグランドビア４３が形成されている。それらのグランドビア４３は図１０に示すグランドパターン５０と、回路基板１０（図１，図２参照）の、この図１０に示す層とは別の層に形成されたグランドパッド５１とを接続している。

この図１０の場合も、信号ビア３３を取り巻く位置に複数（ここでは２つ）のグランドビア４３が形成されており、信号の高速伝送特性が大きく改善されている。

尚、ここでは、１つの信号パッド（１つの信号ビア）につき、２つあるいは３つのグランドビアを配置した例について示したが、１つの信号パッド（１つの信号ビア）につき、グランドビアを４つ以上配置してもよい。

信号線が配線された回路基板を示す斜視図である。図１に示す回路基板の一部分の断面図である。信号パッドとグランドパッドの位置関係の一例を示す図である。信号パッドとグランドパッド位置関係のもう１つの例を示す図である。本発明に対する比較例としての、信号パッドとグランドパッドの位置関係を示す図である。１つの信号パッドに隣接した信号に１つのグランドパッド（１つのグランドビア）を配置したときの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。１つの信号パッドに隣接した位置に１つのグランドパッド（１つのグランドビア）を配置したときの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。図３に示すように、１つの信号パッドにつき、その１つの信号パッドを取り巻く位置に２つのグランドパッド（２つのグランドビア）を配置したときの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。図４に示すように、１つの信号パッドにつき、その１つの信号パッドを取り巻く位置は３つのグランドパッド（３つのグランドビア）を配置したときの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。信号パッドとグランドビアとの位置関係のもう１つの例を示す図である。

符号の説明

１０回路基板
２０、２１、２２信号線
３０、３１、３２信号パッド
３３信号ビア
４０、４１、４２グランドパッド
４３グランドビア
５０、５１、５２グランドパターン

Claims

信号線が配線された回路基板において、
信号線先端に形成された、中央に、複数の配線層に跨って信号線どうしを接続する信号ビアを有する信号パッドと、
前記信号パッドに隣接する位置に形成された、グランド電位を複数の配線層に跨って伝達するグランドビアとを有することを特徴とする回路基板。
前期信号パッドを取り巻く位置に形成された、グランド電位を複数の配線層に跨って伝達する複数のグランドビアを有することを特徴とする請求項１記載の回路基板。
前記信号パッドとの間に所定のクリアランスを空けて該信号パッドを取り巻いて広がるグランドパターンを有し、
前記グランドビアが、前記グランドパターンの、前記クリアランスに隣接した位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回路基板。
前記信号ビアの中心と、前記信号パッドを取り巻く位置に形成された複数のグランドビアそれぞれの中心との間の距離が、該複数のグランドビアについて互いに同一であることを特徴とする請求項２記載の回路基板。