JP2007305648A

JP2007305648A - プリント回路基板

Info

Publication number: JP2007305648A
Application number: JP2006130001A
Authority: JP
Inventors: Takunori Iwamoto; 卓紀岩本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】絶縁耐厚が大きい基板でのインピーダンス設計においても、ライン幅を増大させること無く厳密に整合の取れたインピーダンス設計が容易に実現できるプリント回路基板を提供することを目的とする。
【解決手段】第１のＧＮＤパターンと、前記第１のＧＮＤパターンに隣接する第１の絶縁体と、前記第１の絶縁体に隣接するラインと、前記ラインに隣接する第２の絶縁体と、前記第２の絶縁体に隣接する第２のＧＮＤパターンと、を表面に配置したプリント回路基板であって、ＧＮＤパターンをインピーダンス値のコントロールを行うラインの近傍に配置し、ＧＮＤ配置方法(ライン片側に配置／ライン両側に配置)、ＧＮＤ−ラインの箔間隔、ライン幅、ＧＮＤおよびラインパターンの厚さ、ＧＮＤ−ラインの箔間の誘電物質素材を選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インピーダンス整合を必要とするラインのインピーダンス設計がされたプリント回路基板に関するものである。

高速データ伝送回路においては、入出力のインピーダンス値の整合を確立することによりデータ伝送の信頼性を確保している。このようなラインインピーダンスの整合を実現するため、従来は特許文献1にて示されるように多層基板を使用し、インピーダンス設計を行うラインパターンをプリント回路基板の表面(１層)に、ＧＮＤパターンを内層(２層目)に配しライン幅を任意に選択することにより所望の特性インピーダンス設計を実現している。
特開平５−３２７２３０号公報

しかしながら上記の従来の構成では、両面基板のように、１層目と２層目間の絶縁体厚みが大きいプリント回路基板のパターン設計においては、インピーダンス設計を行うと絶縁体厚の増加に伴いライン幅が増大してしまい、実際の基板設計への適応が非常に困難であるという問題点を有していた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、絶縁耐厚が大きい基板でのインピーダンス設計においても、ライン幅を増大させること無く厳密に整合の取れたインピーダンス設計が容易に実現できるプリント回路基板を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明のプリント回路基板は、第１のＧＮＤパターンと、前記第１のＧＮＤパターンに隣接する第１の絶縁体と、前記第１の絶縁体に隣接するラインと、前記ラインに隣接する第２の絶縁体と、前記第２の絶縁体に隣接する第２のＧＮＤパターンと、を表面に配置した構成を有している。

また、前記ラインの特性インピーダンスＺは、前記ライン、前記第１のＧＮＤパターンおよび前記第２のＧＮＤパターンの導体厚と、前記ラインの導体幅と、前記第１の絶縁体の比誘電率と、前記第１の絶縁体の幅と、前記第２の絶縁体の比誘電率と、前記第２の絶縁体の幅と、で特定される構成を有している。

さらに、前記ライン、第１のＧＮＤパターンおよび第２のＧＮＤパターンの導体厚をＴ１、前記ラインの導体幅をＷ１、第１の絶縁体の比誘電率をＥｒ１、第１の絶縁体の幅をＨ１、第２の絶縁体の比誘電率をＥｒ２、第２の絶縁体の幅をＨ２とすると、前記ラインと第１のＧＮＤパターンとの間のインピーダンスＺ１は、
Ｚ１＝８７／（ＳＱＲＴ（Ｅｒ１＋１．４１））＊ｌｎ｛５．９８＊Ｈ１／（０．８Ｔ１＋Ｗ１）｝で表され、
前記ラインと第２のＧＮＤパターンとの間のインピーダンスＺ２は、
Ｚ２＝８７／（ＳＱＲＴ（Ｅｒ２＋１．４１））＊ｌｎ｛５．９８＊Ｈ２／（０．８Ｔ１＋Ｗ１）｝で表され、
前記特性インピーダンスＺ０は、
Ｚ０＝１／（１／Ｚ１＋１／Ｚ２）で特定される構成を有している。

また、本発明のプリント回路基板は、第１のＧＮＤパターンと、前記第１のＧＮＤパターンに隣接する第１の絶縁体と、前記第１の絶縁体に隣接する第１のラインと、前記第１のラインに隣接する第２の絶縁体と、前記第２の絶縁体に隣接する第２のラインと、前記第２のラインに隣接する第３の絶縁体と、前記第３の絶縁体に隣接する第２のＧＮＤパターンと、を表面に配置した構成を有している。

また、前記第１のラインと前記第２のラインとの間の差動ラインのインピーダンスＺは、前記第１のラインの導体厚と、前記第１のラインの導体幅と、前記第２のラインの導体厚と、前記第２のラインの導体幅と、前記第２の絶縁体の比誘電率と、前記第２の絶縁体の幅と、前記第１のラインとＧＮＤ間のインピーダンスと、前記第２のラインとＧＮＤ間のインピーダンスと、で特定される構成を有している。

さらに、前記インピーダンスＺは、前記第１のラインの導体厚をＴ１、前記第１のラインの導体幅をＷ１、前記第２のラインの導体厚をＴ２、前記第２のラインの導体幅をＷ２、前記第２の絶縁体の比誘電率をＥｒ１、前記第２の絶縁体の幅をＨ１、前記第１のラインとＧＮＤ間のインピーダンスをＺ１、前記第２のラインとＧＮＤ間のインピーダンスをＺ２とする場合に、
１／Ｚ＝ＳＱＲＴ（Ｅｒ１＋１．４１）／４３．５／｛ｌｎ（（５．９８＊Ｈ１）＾２／（０．８＊Ｔ１＋Ｗ１）／（０．８＊Ｔ２＋Ｗ２））｝＋１／（Ｚ１＋Ｚ２）
の関係で特定される構成を有している。

以上のように本発明は、絶縁体厚が大きい基板でのインピーダンス設計においても、ライン幅を増大させること無く厳密に整合の取れたインピーダンス設計が容易に実現できるという優れた効果が得られる。

絶縁体厚が大きい基板でのインピーダンス設計において、ライン幅を増大させること無く、厳密に整合の取れたインピーダンス設計を容易に実現した。
（実施の形態１）
図1は本発明を用いた実施の形態１おけるプリント回路基板（両面基板）の断面図である。１０１はインピーダンスコントロールを行うライン、１０２はライン１０１の片側に配置された第１のＧＮＤパターン、１０３はライン１０１に対して第１のＧＮＤパターン１０２と逆側に配置された第２のＧＮＤパターン、１０４はライン１０１と第１のＧＮＤパターン１０２との間に挿入された第１の絶縁体、１０５はライン１０１と第２のＧＮＤパターン１０３との間に挿入された第２の絶縁体、１０６はライン１０１、第１のＧＮＤパターン１０２および第２のＧＮＤパターン１０３の導体厚、１０７は第１の絶縁体１０４の幅、１０８はライン１０１の導体幅、１０９は第２の絶縁体１０５の幅である。

図1の基板パターン構成を用いた場合、ライン１０１と第１のＧＮＤパターン１０２との間のインピーダンス値（以下「Ｚ１」という。）は、マイクロストリップライン理論を用い、以下の様に表される。
Ｚ１＝８７／（ＳＱＲＴ（Ｅｒ１＋１．４１））＊ｌｎ｛５．９８＊Ｈ１／（０．８Ｔ１＋Ｗ１）｝・・・（式１）
ここで、ライン１０１、第１のＧＮＤパターン１０２および第２のＧＮＤパターン１０３の導体厚１０６をＴ１、ライン１０１の導体幅１０８をＷ１、第１の絶縁体１０４の比誘電率をＥｒ１、第１の絶縁体１０４の幅１０７をＨ１とする。

次に、ライン１０１と第２のＧＮＤパターン１０３との間のインピーダンス値をＺ２とする。するとＺ２は、Ｚ１の場合と同様にして以下の様に表される。
Ｚ２＝８７／（ＳＱＲＴ（Ｅｒ２＋１．４１））＊ｌｎ｛５．９８＊Ｈ２／（０．８Ｔ１＋Ｗ１）｝・・・（式２）
ここで、第２の絶縁体１０５の比誘電率をＥｒ２、第２の絶縁体１０５の幅１０９をＨ２とする。

このとき、ライン１０１の特性インピーダンス(以下「Ｚ０」という。)は、以下の様に表される。
Ｚ０＝１／（１／Ｚ１＋１／Ｚ２）・・・（式３）
（式１）乃至（式３）を基に、Ｅｒ１、Ｔ１、Ｈ１、Ｗ１、Ｅｒ２、Ｈ２を適切に選択することにより、所望の特性インピーダンス値を実現できる。

以上のように本実施の形態１によれば、ＧＮＤパターンをインピーダンス値のコントロールを行うラインの近傍に配置し、ＧＮＤ配置方法(ライン片側に配置またはライン両側に配置)、ＧＮＤ−ラインの箔間隔、ライン幅、ＧＮＤおよびラインパターンの厚さ、ＧＮＤ−ラインの箔間の誘電物質素材をそれぞれ選択してインピーダンスコントロールを行うことにより、絶縁体厚が大きい基板でのインピーダンス設計においても、ライン幅を増大させること無く厳密に整合の取れたインピーダンス設計が容易に実現できるプリント回路基板を提供することができる。
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２におけるプリント回路基板（両面基板）の断面図である。２０１は差動ライン間のインピーダンスコントロールを行う第１のライン、２０２は差動ライン間のインピーダンスコントロールを行う第２のライン、２０３は第１のＧＮＤパターン、２０４は第２のＧＮＤパターン、２０５は第１のライン２０１と第１のＧＮＤパターン２０３の間に挿入された第１の絶縁体、２０６は第１のライン２０１と第２のライン２０２の間に挿入された第２の絶縁体、２０７は第２のライン２０２と第２のＧＮＤパターン２０４の間に挿入された第３の絶縁体、２０８は第１のライン２０１および第２のライン２０２および第１のＧＮＤパターン２０３および第２のＧＮＤパターン２０４のパターン厚、２０９は第１の絶縁体２０５の幅、２１０は第１のライン２０１の幅、２１１は第２の絶縁体２０６の幅、２１２は第２のライン２０２の幅、２１３は第３の絶縁体２０７の幅である。

図２の基板パターン構成を用いた場合、第１のライン２０１と第２のライン２０２との間のインピーダンス値(以下「Ｚ」という。)は、マイクロストリップライン理論を用い、以下の様に表される。
１／Ｚ＝ＳＱＲＴ（Ｅｒ１＋１．４１）／４３．５／｛ｌｎ（（５．９８＊Ｈ１）＾２／（０．８＊Ｔ１＋Ｗ１）／（０．８＊Ｔ２＋Ｗ２））｝＋１／（Ｚ１＋Ｚ２）
ここで、第１のラインの導体厚をＴ１、第１のラインの導体幅をＷ１、第２のラインの導体厚をＴ２、第２のラインの導体幅をＷ２、第２の絶縁体の比誘電率をＥｒ１、第２の絶縁体の幅をＨ１、第１のラインとＧＮＤ間のインピーダンスをＺ１、第２のラインとＧＮＤ間のインピーダンスをＺ２とする。また、「ＳＱＲＴ」とは平方根演算子をいい、「ｌｎ」とは自然対数演算子をいい、「＾」とはべき乗演算子をいう。

Ｔ１、Ｗ１、Ｔ２、Ｗ２、Ｅｒ１、Ｈ１、Ｚ１、Ｚ２をそれぞれ適切に選択することにより、所望の特性インピーダンス値を実現できる。

以上のように本実施の形態２によれば、ＧＮＤパターンをラインの近傍に配置し、差動ラインの箔間隔、ＧＮＤ−ラインの箔間隔、ライン幅、ＧＮＤおよびラインパターンの厚さ、ＧＮＤ−ラインの箔間の誘電物質素材、ライン・ＧＮＤパターンとして使用する導電物質の素材を任意に選択してインピーダンスコントロールを行うことにより、絶縁耐厚が大きい基板でのインピーダンス設計においても、ライン幅を増大させること無く厳密に整合の取れたインピーダンス設計が容易に実現できるプリント回路基板を提供することができる。

本発明のプリント回路基板は、絶縁耐厚が大きい基板でのインピーダンス設計においても、ライン幅を増大させること無く厳密に整合の取れたインピーダンス設計が容易に実現できるという優れた効果を有しているため、プリント回路基板等において有用である。

本発明の実施の形態１におけるプリント回路基板の断面図本発明の実施の形態２におけるプリント回路基板の断面図

符号の説明

１０１インピーダンス設計を行うライン
１０２第１のＧＮＤパターン
１０３第２のＧＮＤパターン
１０４第１の絶縁体
１０５第２の絶縁体
１０６インピーダンス設計を行うラインおよびＧＮＤパターンの厚さ
１０７第１の絶縁体の幅
１０８インピーダンス設計を行うラインの幅
１０９第２の絶縁体の幅
２０１差動ラインのインピーダンス設計を行う第１のライン
２０２差動ラインのインピーダンス設計を行う第２のライン
２０３第１のＧＮＤパターン
２０４第２のＧＮＤパターン
２０５第１の絶縁体
２０６第２の絶縁体
２０７第３の絶縁体
２０８インピーダンス設計を行うラインおよびＧＮＤパターンの厚さ
２０９第１の絶縁体の幅
２１０差動ラインのインピーダンス設計を行う第１のラインの幅
２１１第２の絶縁体の幅
２１２差動ラインのインピーダンス設計を行う第２のラインの幅
２１３第３の絶縁体の幅

Claims

第１のＧＮＤパターンと、
前記第１のＧＮＤパターンに隣接する第１の絶縁体と、
前記第１の絶縁体に隣接するラインと、
前記ラインに隣接する第２の絶縁体と、
前記第２の絶縁体に隣接する第２のＧＮＤパターンと、
を表面に配置したプリント回路基板。
前記ラインの特性インピーダンスＺ０は、
前記ライン、前記第１のＧＮＤパターンおよび前記第２のＧＮＤパターンの導体厚と、
前記ラインの導体幅と、
前記第１の絶縁体の比誘電率と、
前記第１の絶縁体の幅と、
前記第２の絶縁体の比誘電率と、
前記第２の絶縁体の幅と、
で特定される請求項１記載のプリント回路基板。
前記ライン、第１のＧＮＤパターンおよび第２のＧＮＤパターンの導体厚をＴ１、
前記ラインの導体幅をＷ１、第１の絶縁体の比誘電率をＥｒ１、第１の絶縁体の幅をＨ１、第２の絶縁体の比誘電率をＥｒ２、第２の絶縁体の幅をＨ２とすると、
前記ラインと第１のＧＮＤパターンとの間のインピーダンスＺ１は、
Ｚ１＝８７／（ＳＱＲＴ（Ｅｒ１＋１．４１））＊ｌｎ｛５．９８＊Ｈ１／（０．８Ｔ１＋Ｗ１）｝で表され、
前記ラインと第２のＧＮＤパターンとの間のインピーダンスＺ２は、
Ｚ２＝８７／（ＳＱＲＴ（Ｅｒ２＋１．４１））＊ｌｎ｛５．９８＊Ｈ２／（０．８Ｔ１＋Ｗ１）｝で表され、
前記特性インピーダンスＺ０は、
Ｚ０＝１／（１／Ｚ１＋１／Ｚ２）で特定される請求項２記載のプリント回路基板。
第１のＧＮＤパターンと、
前記第１のＧＮＤパターンに隣接する第１の絶縁体と、
前記第１の絶縁体に隣接する第１のラインと、
前記第１のラインに隣接する第２の絶縁体と、
前記第２の絶縁体に隣接する第２のラインと、
前記第２のラインに隣接する第３の絶縁体と、
前記第３の絶縁体に隣接する第２のＧＮＤパターンと、
を表面に配置したプリント回路基板。
前記第１のラインと前記第２のラインとの間の差動ラインのインピーダンスＺは、
前記第１のラインの導体厚と、
前記第１のラインの導体幅と、
前記第２のラインの導体厚と、
前記第２のラインの導体幅と、
前記第２の絶縁体の比誘電率と、
前記第２の絶縁体の幅と、
前記第１のラインとＧＮＤ間のインピーダンスと、
前記第２のラインとＧＮＤ間のインピーダンスと、
で特定される請求項４記載のプリント回路基板。
前記インピーダンスＺは、
前記第１のラインの導体厚をＴ１、前記第１のラインの導体幅をＷ１、前記第２のラインの導体厚をＴ２、前記第２のラインの導体幅をＷ２、前記第２の絶縁体の比誘電率をＥｒ１、前記第２の絶縁体の幅をＨ１、前記第１のラインとＧＮＤ間のインピーダンスをＺ１、前記第２のラインとＧＮＤ間のインピーダンスをＺ２とする場合に、
１／Ｚ＝ＳＱＲＴ（Ｅｒ１＋１．４１）／４３．５／｛ｌｎ（（５．９８＊Ｈ１）＾２／（０．８＊Ｔ１＋Ｗ１）／（０．８＊Ｔ２＋Ｗ２））｝＋１／（Ｚ１＋Ｚ２）
の関係で特定される請求項５記載のプリント回路基板。