JP2009105278A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークの問題を発生させることなく、信号伝送による磁界発生の積極的な抑制によりＥＭＩ性能の向上に寄与する。
【解決手段】信号線パターン１１〜１３を層間で交互に配置し、信号線パターン１１〜１３の対向面に、グランド電位とされたガードパターン２１〜２３を配置したパターンレイアウト構造を有する。また、隣接する信号線パターン１３とのガードパターン２２との間隔を該ガードパターンより狭くしてもよい。
【選択図】図１

Description

この発明は、特に、高周波信号を扱うデジタル回路を実装して好適な多層配線基板に関するものである。

近年、信号処理の分野でデジタル回路が高速化され、また、小型化による回路部品の高密度実装の結果、多層配線基板は、バスライン等の高速信号伝送路（信号線）で埋め尽くされてしまう状況になっている。このため、ノイズ抑制の観点から様々なＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）対策が行なわれている。

ところで、電磁波は帰還電流に対しても発生するため、グランド層の帰還電流経路を把握する必要がある。また、信号伝送が高速（高周波）になると信号パターンの近傍に帰還電流が流れることが知られており、一般的なＥＭＩ対策においては高速信号が伝送する信号線パターンが隣接する層にグラント（ＧＮＤ）パターンを配置し、信号の写像部分（投影線上）に帰還経路を誘導し、その経路が分断されない配慮がなされている。

例えば、内層にＧＮＤ層を複数割り当て、このＧＮＤ層にも配線や電源線を含め、ＧＮＤ分断面を補完するようにメッシュ接続と帰還経路を考慮した配線レイアウトを行なう多層配線基板が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１６３４６７号公報

上記した特許文献１に開示された技術によれば、ＧＮＤ層の少なくとも一つに信号配線や電源線が備わるため、従来のように信号線層とＧＮＤ層とが対向配置された多層配線基板の共振電流による電磁波の放射を抑制でき、かつ、実装密度の低下を防ぐことができる。また、複数のＧＮＤ層を層間接続部材（ヴィア）で接続することにより帰還経路が分断されることがないため、更なる電磁波の抑制が可能である。

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、信号線単体レベルのノイズ（ディファレンシャルモードノイズ）の原因である信号伝送に伴う磁界を積極的に低減するものではない。特許文献１に開示された技術にしたがい積極的な磁界のキャンセル効果を得ようとした場合、互いの信号線同士を狭ピッチで隣接させる必要があり、このため、クロストーク（隣接信号の振幅によるノイズ伝播）の問題が発生する。

この発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、クロストークの問題を発生させることなく、信号伝送による磁界発生の積極的な抑制によりＥＭＩ性能の向上に寄与する多層配線基板を提供することを目的とする。

この発明の多層配線基板は、信号線パターンを層間で交互に配置し、前記信号線パターンの隣接面に、グランド電位とされたガードパターンを配置して成るパターンレイアウト構造を有するものである。

この発明の多層配線基板によれば、クロストークの問題を発生させることなく、信号伝送による磁界発生の積極的な抑制によりＥＭＩ性能の向上に寄与することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態に係る多層配線基板のパターンンレイアウト構造を示す図である。ここでは、基板厚みがｔ、層間厚みがｔ₁〜ｔ₃を有する４層（Ｌ１〜Ｌ４）構造の多層配線基板１が例示されている。

図１に示すパターンレイアウト構造を有する多層配線基板１において、特徴的には、信号線パターン１１〜１３は層間で重ならないように交互に配置され、この信号線パターン１１〜１３の隣接面には、グランド電位とされたガードパターン（以下、ＧＮＤガード２１、２２、２３という）が配置されたことにある。
すなわち、信号線パターン１１〜１３を層間（垂直方向）で互い違いに配置し、その信号線パターン１１〜１３の隣接面には帰還電流を誘導するＧＮＤガード２１〜２３を配置して磁界のキャンセル効果を生じさせるパターンレイアウト構造としている。

具体的に、Ｌ３層に配置される信号線パターン１１に着目した場合、直上層のＬ２にはＧＮＤガード２１が配置され、同じＬ３層には左隣にガード間隔ｇ₂を空けてＧＮＤガード２２が配置されている。
そこで、バスドライバ１０から出力されるバス信号（電流Ｉ₁₁）は、信号線パターン１１に供給されるが、このとき、矢印Ａで示す電流Ｉ₁₁が流れる方向に対し右回りに磁束Ｈ１が発生する。一方、直上のＬ２層に配置されたＧＮＤガード２１には帰還電流Ｉ_F1が流れ、この帰還電流Ｉ_F1が流れる方向Ｂに対し右回りに先に発生した磁束Ｈ１を打ち消す磁束Ｈ４が発生する。

他の信号線パターン１２、１３、ＧＮＤガード２２、２３も同様であり、バスドライバ１０により出力されるバス信号（電流Ｉ₁₂、Ｉ₁₃）は、信号線パターン１２、１３に並列に供給されるが、このとき、信号線パターン１２、１３を流れるバス信号（電流Ｉ₁₂、Ｉ₁₃）に対してそれぞれ右回りの磁束Ｈ２、Ｈ３が発生する。このとき、各信号線パターン１２、１３の近傍に位置するＧＮＤガード２２、２３（帰還経路になる）には矢印Ｂ方向の帰還電流Ｉ_F2、Ｉ_F3が流れ、磁束Ｈ２を打ち消す磁束Ｈ５、磁束Ｈ３を打ち消す磁束Ｈ６がそれぞれ発生する。

上記した磁束Ｈ１とＨ４、Ｈ２とＨ５、Ｈ３とＨ６は、図中、矢印で示されるようにそれぞれ互いにキャンセルする方向に働くため磁界が打ち消しあい、したがって信号伝送に伴い生成される電磁波を積極的に減少させることができる。
また、信号線パターン１１〜１３の直上、直下にＧＮＤガード２１〜２３が交互に配置されることで電界シールド効果（静電シールド）も得られ、このためＥＭＩ性能が向上する。

更に特徴的には、隣接するＧＮＤガード２１と信号線パターン１３との間隔ｇ₁（ＧＮＤガード２２と信号線パターン１１との間隔ｇ₂）をＧＮＤガードの幅ｗより狭くしたことにある。
このことにより、帰還電流Ｉ_F1〜Ｉ_F3をそれぞれのＧＮＤガード２１、２２、２３に誘導する効果が得られ、一層の電磁波抑制が可能である。

上記したパターンレイアウト構造を更にＧＮＤプレーン３１、３２で遮蔽することにより、より強固な電界シールド効果（静電シールド）が得られ、また、このとき、各ＧＮＤガード２１〜２３とＧＮＤプレーン３１、３２を、ヴィア（層間接続部材）を用いて接続を行なうことで、帰還電流をＧＮＤプレーン３１、３２へ誘導でき、帰還経路が分断されることがないため、更なる電磁波の抑制が可能である。

以上説明のようにこの発明の実施の形態に係る多層配線基板１によれば、信号線パターン１１〜１３を層間で交互に配置し、信号線パターン１１〜１３の対向面に、グランド電位とされたガードパターン２１〜２３を配置したパターンレイアウト構造を採用することにより、クロストークの問題を発生させることなく、信号伝送による磁界発生の抑制と電界遮蔽の効果が得られ、このことにより、ＥＭＩ性能の向上をはかることができる。

電流や磁気の方向や強さが変化すると電界と磁界が互いに影響するようになり、電界があると磁界が生じ、磁界があると電界が生じる、というように次々と波のように遠くに伝わる現象が生まれる。この波が電磁波であり、磁界（磁束）は電流の向きによって発生方向が決まることは周知である。
本発明の多層配線基板１は、バス信号が高周波（高速）になるほど配線の近傍に逆位相の帰還電流が流れやすく、また、帰還電流を含む信号ループが大きいほど発生する電磁波が大きくなることに着目し、バス信号と帰還電流によって発生する磁束が互いにキャンセルする方向に作用するようにパターンレイアウト構造を考慮したものである。

なお、電界は上記したように静電シールド等により比較的容易に抑制できるため、ＥＭＩ性能向上のためには、透磁率の高い磁性材で分厚く覆う磁気シールドとは別に、上記した磁界抑制のための積極的な対策が重要になる。

この発明の実施の形態に係る多層配線基板のパターンンレイアウト構造を示す図である。

符号の説明

１ 多層配線基板、１０ バスドライバ、１１〜１３ 信号線パターン、２１〜２３ ＧＮＤガード、３１，３２ ＧＮＤプレーン、Ｉ₁₁〜Ｉ₁₃ バス信号、Ｉ_F1〜Ｉ_F3 帰還電流、Ｈ１〜Ｈ６ 磁束。

Claims (4)

1. 信号線パターンを層間で交互に配置し、前記信号線パターンの隣接面にグランド電位とされたガードパターンを配置して成るパターンレイアウト構造、
   を有することを特徴とする多層配線基板。
2. 隣接する前記ガードパターンと前記信号線パターンとの間隔を該ガードパターンの幅より狭いピッチとしたことを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
3. 前記パターンレイアウト構造をグランドプレーンで遮蔽する積層構造を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の多層配線基板。
4. 前記各ガードパターンと前記グランドプレーンとを層間接続部材により接続することを特徴とする請求項３記載の多層配線基板。

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