JP2008182085A

JP2008182085A - 配線基板

Info

Publication number: JP2008182085A
Application number: JP2007014895A
Authority: JP
Inventors: Masato Tobinaga; 真人飛永; Takashi Minagawa; 高志皆川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2008-08-07

Abstract

【課題】分岐部分を持つ信号配線において、分岐前後でインピーダンス不整合が起こり、分岐前後でＧＮＤを通じてのリターン電流の経路が分断されるため信号品質の低下と不要輻射が発生する。
【解決手段】ベタＧＮＤ２０１と、分岐前後の信号配線２０３、２０４ａ、２０４ｂと、ＧＮＤ配線２０２をこの順で多層配置し、ベタＧＮＤ２０１は信号配線２０３、２０４ａ、２０４ｂに全面的に対向配置され、ＧＮＤ配線２０２は分岐前信号配線２０３に対向配置されている。ＧＮＤ配線２０２の幅を調節することにより、配線インピーダンス整合を取ることが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＴＶレコーダー、ＤＶＤレコーダーなどに用いられる配線基板に関するものである。

近年、ＤＴＶレコーダー、ＤＶＤレコーダー、ムービーなどの電子機器で流れる信号の高速化が進み、それに伴い高速信号の信号品質の確保と不要輻射の抑制の両立が困難となってきている。

また、電子機器の小型化、高機能化が進み、ある一つのＬＳＩから出力される高速信号を複数のＬＳＩに伝送する必要が増加している。

一般的に一個のドライバＬＳＩからＮ個のレシーバＬＳＩに、クロック信号、トリガー信号などの信号を伝送する場合、それら信号を伝送するための信号配線を途中で分岐することになるが、その分岐後の各配線の配線インピーダンスと分岐前の配線インピーダンスが等しい場合、その分岐の前後で配線インピーダンスが理論的に約Ｎ倍になってしまうので、そのままでは、分岐前後の配線インピーダンス整合がとれない。そこで配線インピーダンスの整合を取るためには、分岐前の配線インピーダンスが、分岐後の配線インピーダンスの１／Ｎになっている必要がある。

そのために、従来、分岐前後で、信号配線やＧＮＤ配線が存在する層を異ならせる、あるいは、分岐前後で、信号配線幅を変更することで、配線インピーダンスの整合を取っていた。

しかし、分岐前後で、信号配線やＧＮＤ配線が存在する層を異ならせると、リターン電流が戻るＧＮＤ配線が分岐前後で分断されてしまうという問題が生じる。

その対策として、従来、分岐前後で、信号配線やＧＮＤ配線が存在する層を異ならせること無く、不要輻射が発生する可能性が信号波長の四分の１の長さである分岐部分を持つ分岐配線を用いて方向性結合器を形成することによって、配線インピーダンスを整合させて、信号品質を確保するという方式が提案されている（特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に開示された従来の配線基板を説明した図である。１１０１はドライバＬＳＩを示し、１１０２ａ、１１０２ｂはレシーバＬＳＩを示し、１１０３は主配線を示し、１１０４ａ、１１０４ｂは分岐配線を示す。また、１１０５は基板である。

この従来の配線基板においては、主配線１１０３と分岐配線１１０４ａ、１１０４ｂにより方向性結合器を形成し、これにより配線インピーダンスの整合を取っている。また分岐配線１１０４ａ、１１０４ｂにより方向性結合器を使用することで、結合用に余分な部品を用いる必要が無い。
特開２００４−１９３８２０号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、方向性結合器を形成するために、配線パターンの占有する領域が多くなる上、主配線と接続されていない分岐配線が不要輻射の要因となる可能性がある。

本発明は、上述した従来技術の課題を解決するもので、信号品質を維持しながら、不要輻射の抑制を可能とする配線基板を提供することを目的とするものである。

第１の本発明は、一つの電子部品（ＬＳＩ）から複数の電子部品（ＬＳＩ）へ信号を伝送するための、同一の層に形成された、一つの分岐前信号配線及び複数の分岐後信号配線とで構成された信号配線と、
前記信号配線の存在する層と異なる層に配置され、前記分岐前信号配線と分岐後信号配線に対向配置されたベタＧＮＤと、
前記信号配線が形成された層を基準として、前記ベタＧＮＤの配置された層とは反対側の層に形成され、前記分岐前信号配線に対向して配置されたＧＮＤ配線と、を備え、
前記分岐前信号配線は、前記ＧＮＤ配線と前記ベタＧＮＤにより挟み込まれている、
配線基板である。

第２の本発明は、前記信号配線の存在する層と前記ベタＧＮＤの存在する層との間の距離が、前記信号配線の存在する層と前記ＧＮＤ配線の存在する層との間の距離よりも短い、第１の本発明の配線基板である。

第３の本発明は、前記信号配線の存在する層と前記ベタＧＮＤの存在する層とが隣接している、第１の本発明の配線基板である。

第４の本発明は、前記分岐前信号配線の配線インピーダンスの大きさが、前記ＧＮＤ配線の配線幅の大きさによって調整されてなる、第１の本発明の配線基板である。

本発明では、このように、分岐前後の配線インピーダンスの整合を取ることにより信号品質を維持しながら、分岐前後でリターン電流が分断されることを防ぐことにより不要輻射の抑制が可能である。

本発明によれば、分岐のある信号配線が存在する配線基板において、高速信号の信号品質を維持しながら不要輻射の抑制を行う事が可能となる。

以下に本発明を実施するための具体的な形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
以下本発明の実施の形態１について図１から図５を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１の配線基板の上方からの一部透視斜視図、図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態１における、分岐前と分岐後の各層の位置関係を示すための構成図であって、（ａ）は、図１において、分岐前の信号配線に沿った簡略断面図、（ｂ）は、図１において、分岐後の信号配線に沿った略示断面図、図３は、ＧＮＤ配線の幅を変化させた時の分岐前の信号配線の配線インピーダンスの値の変化を示したグラフ、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形態１を解析するための解析モデルを示す図であって、（ａ）は分岐前の実際にシミュレーションを行う基板の解析モデルを示す図、（ｂ）は分岐後の実際にシミュレーションを行う基板の解析モデルを示す図、（ｃ）は、トポロジー図（配線略示図）、図５は、図４の解析条件下での、多層基板における波形解析の結果グラフである。図１において、１０１はドライバＬＳＩを示し、１０２ａ、１０２ｂはレシーバＬＳＩを示し、また、１０５は基板である。これらＬＳＩ１０１、１０２ａ、１０２ｂは、基板１０５の上面に設置されている。

さらに、図２に示すように、基板１０５内部の最上位置には、ベタＧＮＤ２０１が配置され、その下に信号配線２０３、２０４ａ、２０４ｂが配置され、その下には、ＧＮＤ配線２０２が配置されている。

ここで、２０３は分岐前の信号配線であり、２０４ａ、２０４ｂは分岐後の信号配線であって、それぞれ同一の層に配置されている。また、ベタＧＮＤ２０１は、分岐前信号配線２０３、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂが存在する層の上方であって隣接する層に形成され、分岐前信号配線２０３、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂに対して、全面的に覆うように対向して配置されている。

他方、ＧＮＤ配線２０２は、ベタＧＮＤ２０１の形成されている層と異なる層、すなわち、分岐前信号配線２０３、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂの形成された層の下方の隣接する層に形成されている。つまり、分岐前信号配線２０３、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂの形成された層を基準として、ベタＧＮＤ２０１の形成された層の反対側の層に配置されている。このＧＮＤ配線２０２は、分岐前信号配線２０３に対して、対向して覆うように配置されている。

なお、図１において、２１０は、ベタＧＮＤ２０１とＧＮＤ配線２０２を接続するビアホールである。

また、ドライバＬＳＩ１０１は分岐前信号配線２０３にビアホール２１１により接続され、レシーバＬＳＩ１０２ａ、１０２ｂは分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂにビアホール２１２、２１２により接続されている。

また、ＧＮＤ配線２０２と同じ層、あるいはさらに下の層には、一般信号層２０５が配置されている。

さらに、図２から分かるように、ベタＧＮＤ２０１が存在する層と分岐前信号配線２０３、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂが存在する層との距離ｈ_１は、ＧＮＤ配線２０２が存在する層と分岐前信号配線２０３、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂが存在する層との距離ｈ_２よりも小さくなっている。

一般的に、信号配線の上下にＧＮＤがある場合、信号配線に近いＧＮＤの方にリターン電流が流れる。そこで、上記構造を採用することによって、リターン電流が流れるＧＮＤをベタＧＮＤ２０１にするため、距離ｈ_１を距離ｈ_２より小さく設定している。これによってリターン電流が分断されることを抑制することが出来る。次に、上述した構造を有する配線基板において、配線インピーダンスの整合が取れることを説明する。図３は、ＧＮＤ配線２０２の幅を変化させた時の分岐前信号配線２０３の配線インピーダンスの変化を示したグラフである。なお、図３の例では、９層ビルドアップ基板を仮定し、分岐前信号配線２０３、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂの存在する層を３層とし、ベタＧＮＤ２０１を２層に、ＧＮＤ配線２０２を４層に配置した。なお、距離ｈ_１、距離ｈ_２の大きさは、それぞれ、４５μｍ、６５μｍである。

また、分岐前信号配線２０３の配線幅を７５μｍ、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂの配線幅を７５μｍ、９層ビルドアップ基板のビルドアップ層の誘電率を３．３、コア層の誘電率を４．７としている。また、ＧＮＤ配線２０２の幅の変化は、２０μｍから２０００μｍまでとした。

その結果、約３６Ωインピーダンスから４４Ωインピーダンスまで、分岐前信号配線２０３の配線インピーダンスの変化が得られた。

図３のグラフから、ＧＮＤ配線２０２の幅を変化させることで、約９Ωインピーダンスの調節が可能となることが分かる。

さらに、図４、図５で実際の基板を想定した時の解析条件と解析結果を示す。

図４は今回解析する基板の条件を示す。上述したように、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形態１を解析するための解析モデルを示す図であって、（ａ）は分岐前の実際にシミュレーションを行う基板の解析モデルを示す図、（ｂ）は分岐後の実際にシミュレーションを行う基板の解析モデルを示す図、（ｃ）は、配線状態をシンボリックに描いたトポロジー図（配線略示図）である。

本基板は、８層基板であって、分岐前信号配線２０３の幅は７５μｍ、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂの幅は７５μｍ、ＧＮＤ配線２０２の幅は１００μｍとしている。また、ビルドアップ基板のビルドアップ層の誘電率を３．３、コア層の誘電率を４．７としている。

なお、実際のＬＳＩの替わりに４［ｐＦ］の負荷容量をおいている。

また、図４（ｃ）のトポロジー図から分かるように、流す信号を、１．８Ｖ、５０ＭＨｚのパルス信号とし、分岐前信号配線２０３の長さを４０ｍｍとし、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂの長さ（横方向）を、１５ｍｍとした。なお黒丸は測定点を示す。

図５は、縦軸が上記測定点からの出力結果（単位Ｖ）であり、横軸は時間（ｎｓ）である。実線は、１００μｍの幅のＧＮＤ配線２０２が設けられた場合の出力を示し、点線は、ＧＮＤ配線２０２がまったく配置されていない場合の出力を示す。

この解析結果より分かるように、点線の結果の場合の方が実線で示す場合よりオーバーシュートやアンダーシュートが大きいことがわかる。

したがって、上述のようなＧＮＤ配線２０２を用いる事で、オーバーシュート、アンダーシュートを低減し、信号品質の低下を防止できることが可能となる。

すなわち、ベタＧＮＤ２０１を信号配線２０３、２０４ａ、２０４ｂに流れる電流のリターン経路とすることが出来、このことにより、分岐前後で電流のリターン経路が分断されることがないので、不要輻射の発生を抑止する事も可能となる。

さらにまた、ＧＮＤ配線２０２の線幅を変化させる事で、分岐前信号配線の配線インピーダンスを調節する事が可能であるので、分岐前後のインピーダンス整合をとる事が可能になり、信号品質の低下を防ぐことが可能である。

なお、本実施の形態１では、ベタＧＮＤ２０１とＧＮＤ配線２０２は分岐前信号配線２０３、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂの存在する層に隣接する層としているが、４層以上の基板においては、分岐前信号配線２０３、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂの存在する層とベタＧＮＤ２０１、あるいは分岐前信号配線２０３、分岐後信号配線２０４ａ、２０４ｂの存在する層とＧＮＤ配線２０２の存在する層とをそれぞれ隣接させる必要はない。

なおまた、上記実施の形態１ではＬＳＩを例にとって説明したが、ＬＳＩ以外の電子部品にも本発明は適用できる。

また、本発明の対象となる信号は、クロック信号、同期信号、あるいはトリガー信号に限らず、分岐接続が必要な回路信号に適用可能である。

本発明にかかる配線基板は、不要輻射の抑制と高速信号の信号品質の確保を同時に実現する事が可能であるので、デジタルテレビ、携帯電話など様々な電子機器に使用する事が可能である。

本発明の実施の形態１における配線基板の上方斜視図（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態１における多層基板の層構成図本発明の実施の形態１における多層基板のＧＮＤ配線の幅を変化させた時の配線インピーダンスの値の変化を示したグラフ本発明の実施の形態１における多層基板について解析するための解析モデルを示す図であって、（ａ）は分岐前の実際にシミュレーションを行う基板の解析モデルを示す図、（ｂ）は分岐後の実際にシミュレーションを行う基板の解析モデルを示す図、（ｃ）は、トポロジー図（配線略示図）本発明の実施の形態１における、図４の解析条件下での、多層基板における波形解析の結果を示すグラフ従来の配線基板の上方斜視図

符号の説明

１０１ドライバＬＳＩ
１０２ａ、１０２ｂレシーバＬＳＩ
１０５基板
２０１ベタＧＮＤ
２０２ＧＮＤ配線
２０３分岐前信号配線
２０４ａ、２０４ｂ分岐後信号配線
２０５一般信号層
２１０、２１１、２１２ビアホール
１１０１ドライバＬＳＩ
１１０２ａ、１１０２ｂレシーバＬＳＩ
１１０３主配線
１１０４ａ、１１０４ｂ分岐配線
１１０５基板

Claims

一つの電子部品から複数の電子部品へ信号を伝送するための、同一の層に形成された、一つの分岐前信号配線及び複数の分岐後信号配線とで構成された信号配線と、
前記信号配線の存在する層と異なる層に配置され、前記分岐前信号配線と分岐後信号配線に対向配置されたベタＧＮＤと、
前記信号配線が形成された層を基準として、前記ベタＧＮＤの配置された層とは反対側の層に形成され、前記分岐前信号配線に対向して配置されたＧＮＤ配線と、を備え、
前記分岐前信号配線は、前記ＧＮＤ配線と前記ベタＧＮＤとにより挟み込まれている、
配線基板。
前記信号配線の存在する層と前記ベタＧＮＤの存在する層との間の距離は、前記信号配線の存在する層と前記ＧＮＤ配線の存在する層との間の距離よりも短い、請求項１記載の配線基板。
前記信号配線の存在する層と前記ベタＧＮＤの存在する層とは隣接している、請求項１記載の配線基板。
前記分岐前信号配線の配線インピーダンスの大きさは、前記ＧＮＤ配線の配線幅の大きさによって調整されてなる、請求項１記載の配線基板。