JP2007294563A

JP2007294563A - プリント配線板

Info

Publication number: JP2007294563A
Application number: JP2006118812A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hosoya; 武史細谷
Original assignee: Nippon CMK Corp; CMK Corp
Current assignee: Nippon CMK Corp; CMK Corp
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【課題】信号配線の特性インピーダンスが配置する場所によって変化せず、安定した信号伝送ができるプリント配線板を提供する。
【解決手段】同一平面上において互いに重なり合うように単一本及び／又は複数本まとめて縦横交互に編み込まれた複数の繊維で構成された繊維布が、基材の一部として用いられているプリント配線板であって、前記繊維布に編み込まれた縦横の繊維方向に対して、斜めに配置された配線を備えているプリント配線板。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリプレグシートを基材の一部として用いるプリント配線板であって、特に高速信号伝送に用いる配線を備えるプリント配線板に関する。

近年、電子機器の高性能化、多機能化により、電子回路が高速化、高周波化してきているため、電子回路の一部であるプリント配線板も、電気的接続を果たすだけでなく、電子回路の使用周波数に適合した信号伝達機能を有する必要がある。

安定した信号伝送を行なうためには、特性インピーダンスを安定させることが重要であり、電子回路の入出力デバイスの特性インピーダンスを整合させることで信号を効率よく伝送し、デバイス性能及び電子機器性能を向上させることが必要となる。

特性インピーダンスは、プリント配線板を構成する材料の誘電率と導体の構造に影響され、実効比誘電率が不安定だと特性インピーダンスも不安定となる。

プリント配線板を構成する材料の１つとして、同一平面上において互いに重なり合うように単一本及び／又は複数本まとめて縦横交互に編み込まれた複数の繊維で構成された繊維布に、所定量の樹脂が含浸され、前記樹脂が半硬化状態となったシート、所謂プリプレグと呼ばれる基材がある。

プリプレグは、ガラスの繊維、所謂ガラスクロスに、前記ガラスクロスとは誘電率が異なる樹脂を含浸させた混合材料であるため、基材としての誘電率は、ガラスの誘電率、樹脂の誘電率、及び樹脂に対するガラスクロスの混合割合に依存する。

ところで、前述のように、安定した信号伝送を行なうには特性インピーダンスの安定化が必要不可欠であり、伝送する信号が高速化するほどインピーダンスコントロールの重要性が高まるが、伝送線路の構造によっては、同じ基板内であっても配置する場所によって特性インピーダンスが異なる場合がある。

同じ基板内であっても配置する場所によって特性インピーダンスが異なる要因となる、伝送される信号が電源線路から受ける影響が場所によって変化するという問題があった。

前記問題に対応するため、信号配線が、電源線路及び前記電源線路と対となっているグラウンド配線の格子点上のみを通る配置とする構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、同じ基板内であっても配置する場所によって特性インピーダンスが異なる別の要因となる、信号配線及び前記信号配線と対になっているグラウンド配線との位置関係が場所によって変化するという問題があった。

前記問題に対応するため、メッシュ構造のグラウンド配線を信号線に対して斜めとし、且つメッシュの交点中心に信号配線が重ならないように配置する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、同じ基板内であっても配置する場所によって特性インピーダンスが異なる要因となるまた別の問題として、信号配線及び前記信号配線と対になっているグラウンド配線の間にあるプリプレグの構造の場所による違いによるものがある。

具体的には、図２及び図３に示した伝送線路構造内の層間にあるガラスクロス１２ａ，１２ｂ；２２ａ，２２ｂの構成の差異によるもので、２つの構造を相対的に比較した場合、図２の構造におけるＡでのプリプレグの実効比誘電率は高く、図３の構造におけるＢでは低くなる。

実際の基板でのプリプレグにおけるガラスクロスは、図４に示すように、縦横のガラスクロスが重なって２枚分のガラスクロス３２ａ，３２ｂがある場所Ｃと、１枚分のガラスクロス３２ａしかない場所Ｄと、ガラスクロス間の隙間によりガラスクロスが存在しない樹脂のみの場所Ｅ（通称「バスケットホール」と呼ばれる）とが存在する。

ガラスクロス３２ａ，３２ｂの幅は材料によって様々であるが、概ね３００〜４００μｍ程度であり、バスケットホールは５０μｍ程度である。尚、ガラスクロスは、縦横それぞれで幅が１００μｍ程度異なる事が多い。

故に、前記ガラスクロス３２ａ，３２ｂの幅やバスケットホールの大きさと比較して配線幅が大きい場合には、信号配線１１，１２とグラウンド配線の間に生じる電磁界分布は結果として平均化され、大きな問題とはならない。

しかしながら、基板の薄型化と信号の高速伝送化を両立させるためには、信号配線の細線化と特性インピーダンス整合の両立が必須となり、前記のようなプリプレグにおけるガラスクロスの割合は無視できない問題となる。

前記問題の１つ目として、特性インピーダンスに整合するため配線パターンを制御したにも関わらず、比誘電率の差異から狙いに対してズレが生じ、信号反射の要因となることが挙げられる。

この問題は当然差動インピーダンスを整合する場合でも発生し、最も一般的なペア配線を同一層で構成する「エッジ結合」による差動伝送は勿論の事、特に、層を挟んで上下のペア配線で構成する「ブロードサイド結合」の差動伝送では、より顕著に影響が現れる。

ここで、差動伝送とは、主に高速伝送で用いる伝送方式の一種で、信号の送り側（ドライバ）から一対の２配線に対して互いに逆極性の信号を入力し、信号の受け側（レシーバ）で互いの信号の差分を取ることで、信号が受けたノイズをキャンセルし、且つ、受けた信号の倍の振幅を稼ぐことができる方式である。

故に、この２配線に伝送される信号は正確な同期がとれていることが重要であり、２配線に伝送される信号にタイミングのズレ（スキュー）が生じた場合、コモンモードノイズとなり、信号品質劣化の要因となる。

また、プリプレグにおけるガラスクロスの割合が無視できない問題の２つ目として、差動伝送のペア配線同士の直下で異なるガラスクロスの編み込み構成となった場合、以下に示す式（Ｉ）にからわかるように、信号の伝播速度は実効比誘電率の高い配線が遅く、低い配線が速くなるということが挙げられる。但し、式（Ｉ）における「ｖ」は信号の伝播速度、「ｃ₀」は光の速度、「ε_effective」は実効比誘電率を示す。
ｖ＝ｃ₀／√ε_effective ・・・・・（Ｉ）

このため、レシーバに信号が到達した時点で差動の２つの信号間にスキューが生じ、信号はコモンモードノイズの影響を受ける。前記スキューは、伝送線路の距離が長いほど大きな影響となる。

例えば、一方の実効比誘電率が３．２、もう一方が３．８で、１００ｍｍ伝送された場合、５０ｐｓ程度のスキューが生じる。

ガラスクロスを構成するガラス繊維はその組成により数種有るが、コストや加工性からプリント配線板用ガラスクロスの繊維として最も一般的に用いられているのは、Ｅガラスである。このＥガラス繊維の比誘電率が６〜７であるのに対して、樹脂の比誘電率は３程度とされている。前記状況を踏まえた上で基板上の伝送線路の電気特性を考えると、仮に、同一プリプレグ内のガラスクロスの太さと材質が均一で、且つ、ガラスクロスの網目形状が全面において均等であるとした場合、伝送線路がガラスクロスのある領域と重なる回数多いほど、また、重なる領域での樹脂に対するガラスクロスの割合が多いほど、伝送線路全体の平均実効比誘電率は高くなる。

すなわち、図５に示すように、伝送線路構造内の層間にあるガラスクロス４２ａ，４２ｂの縦横の繊維方向に対して、近似的に垂直方向もしくは水平方向に信号配線４１ａ，４１ｂが配置されている場合、横クロスの１枚分のガラスクロス４２ｂしかない場所と樹脂のみの場所を交互に通る信号配線４１ａと、縦クロスが１枚分のガラスクロス４２ａしかない場所と縦クロスと横クロスの２枚分のガラスクロス４２ａ，４２ｂがある場所を交互に通る信号配線４１ｂでは、配線全体の実効比誘電率、従って、特性インピーダンスが異なるという問題がある。
特開平６−３２６４７６号公報特開平７−３２１４６３号公報

本発明は上記不具合を解消すべくなされたもので、その課題とするところは、場所によって特性インピーダンスが変化せず、安定した信号伝送ができるプリント配線板を提供することにある。

上記課題を解決すべく請求項１に係る本発明は、同一平面上において互いに重なり合うように単一本及び／又は複数本まとめて縦横交互に編み込まれた複数の繊維で構成された繊維布が、基材の一部として用いられてるプリント配線板であって、前記繊維布に編み込まれた縦横の繊維方向に対して、斜めに配置された信号配線を備えていることを特徴とする。

これにより、場所によって特性インピーダンスが変化せず、安定した信号伝送ができるプリント配線板が得られる。

更に、配線全体として実効比誘電率が平均化されるため、配線レイアウト設計時のシミュレーション結果と実際の基板実測値との誤差を低減すること可能となる。

また、請求項２に係る本発明は、前記信号配線が、差動伝送ペア配線であることを特徴とする。

これにより、スキューによるコモンモードノイズの発生を低減できるプリント配線板が得られる。

本発明によれば、場所によって特性インピーダンスが異なることなく、安定した信号伝送ができると共に、設計誤差が低減されたプリント配線板を提供することができる。

以下本発明の実施の形態を、図１に示すプリプレグに対する信号配線の配置例を用いて説明する。

図１において、Ｐはプリント配線板で、縦ガラスクロス２ａと、前記縦ガラスクロス２ａに対して略垂直にある横ガラスクロス２ｂと、樹脂３と、前記縦ガラスクロス２ａと前記横ガラスクロス２ａが複数本ずつまとまった状態で縦横交互に編み込まれたものに樹脂３が所定量含浸され半硬化状態となったガラスクロスと、前記ガラスクロス上において前記縦ガラスクロス２ａ及び前記横ガラスクロス２ｂに対して斜めに配置された信号配線１ａと、同じく前記ガラスクロス２ａ，２ｂ上において前記縦ガラスクロス２ａ及び前記横ガラスクロス２ｂに対して斜めに配置され且つ前記信号配線１ａとは異なる場所に配置された信号配線１ｂと、表記しないグラウンド線とを備えている。
尚、ここでは、半硬化状態であるプリプレグを用いた実施の形態を説明しているが、両面銅張積層板等の完全硬化した基材を用いた実施でも構わない。

前記信号配線１ａと前記信号配線２ｂは共に、前記縦ガラスクロス２ａ及び前記横ガラスクロス２ｂに対して斜めに配置されているため、縦横のガラスクロス２ａ，２ｂが重なって２枚分のガラスクロスがある場所と、１枚分のガラスクロスしかない場所と、ガラスクロス間の隙間によりガラスクロスが存在しない樹脂のみの場所とを偏りなく通ることとなり、配線全体としては実効比誘電率が平均化される。

これにより、配置した場所によって特性インピーダンスが変化せず、安定した信号伝送ができる信号配線１ａ，１ｂを備えたプリント配線板を得る。

また、このプリント配線板Ｐにおいて、前記信号配線１ａと前記信号配線１ｂは対となり１組の差動伝送ペア配線として構成されている。

これにより、前記信号配線１ａと前記信号配線１ｂが共に、配線全体としての実効比誘電率が平均化されるため、差動伝送線路としての２つの信号配線間の伝送特性差異が緩和され、スキューによるコモンモードノイズの発生を低減できるプリント配線板が得られる。

尚、本発明を説明するに当たって、図１を例として説明したが、本発明の構成はこれらの限りでなく、また、これらの例により何ら制限されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

本発明のプリント配線板における信号配線の配置例を示す概略平面説明図。伝送線路におけるガラスクロスと信号配線の位置関係例を示すプリント配線板の概略断面説明図。別の伝送線路におけるガラスクロスと信号配線の位置関係例を示すプリント配線板の概略断面説明図。ガラスクロスの概略平面説明図。従来のプリント配線板における信号配線の配置例を示す概略平面説明図。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１１，２１，４１ａ，４１ｂ：信号配線
２ａ，２ｂ；１２ａ，１２ｂ；２２ａ，２２ｂ；３２ａ，３２ｂ；４２ａ，４２ｂ：ガラスクロス
３，１３，２３，４３：樹脂
１４，２４：グラウンド配線
Ｐ：プリント配線板

Claims

同一平面上において互いに重なり合うように単一本及び／又は複数本まとめて縦横交互に編み込まれた複数の繊維で構成された繊維布が、基材の一部として用いられているプリント配線板であって、前記繊維布に編み込まれた縦横の繊維方向に対して、斜めに配置された信号配線を備えていることを特徴とするプリント配線板。
前記信号配線が、差動伝送ペア配線であることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。