JP2007180292A - 回路基板 - Google Patents
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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
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。
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
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 (4)
- 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。
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