JP2010114137A

JP2010114137A - 多層プリント配線板

Info

Publication number: JP2010114137A
Application number: JP2008283169A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tokiwa; 豪常盤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】差動信号配線の信号伝送特性を良好に保ちつつ、ＥＭＩの放射を抑制することができる多層プリント配線板を提供する。
【解決手段】多層プリント配線板２０は、信号線３７，３８からなる差動信号配線３６を有する信号層２１〜２４と、電源層またはグラウンド層からなる定電位層２５〜２８と、絶縁層２９〜３５とを備え、信号線３７，３８は、表面に粗化加工が施されていない導体箔により構成され、定電位層２５〜２８を構成する導体箔の絶縁層２９〜３５との接続面のうち、１つの絶縁層を介して信号層２１〜２４に対向する接続面２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂは粗化加工が施されたアンカー層となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、差動信号配線を有する多層プリント配線板に関する。

高速信号配線を有する多層プリント配線板は、一般的に、信号層と、電源層またはグラウンド層（接地層）からなる定電位層と、これらを絶縁する誘電体からなる絶縁層とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

信号層は、信号配線が設けられる導体層である。電源層は、多層プリント配線板に実装されるＩＣ（Integrated Circuit）に電源電位を供給する導体層であり、グラウンド層は、ＩＣにグラウンド電位を供給する導体層である。この電源層およびグラウンド層は、導体が基板面の略一面に広がる導体ベタ層となっている。

高速信号をプリント配線板中に伝送するための配線構造として、差動配線構造がある。これは、１つのデータ信号を伝送するために２本の信号線からなる差動信号配線を用い、この２本の信号線の電位差でデータ信号の論理値（０か１か）の判定を行う方式である。差動信号配線をプリント配線板の表層に配置する場合は、２本の信号線とその直近の定電位層との間に電磁波が伝送し、データ通信が行われる。また、差動信号配線をプリント配線板の内層に配置する場合は、２本の信号線とそれを囲む上下の定電位層との間に電磁波が伝送し、データ通信が行われる。

図６は、従来の差動信号配線を有する多層プリント配線板の一例を示す要部断面図である。図６に示すように、従来の多層プリント配線板では、差動信号配線１を構成する一対の信号線２，３と絶縁層４との機械的な接続強度を向上するため、信号線２，３の絶縁層４との接続面２ａ，３ａに粗化加工を施していた。同様に、定電位層５の絶縁層４との接続面５ａにも粗化加工を施していた。なお、このように粗化加工が施された面は、一般にアンカー層と呼ばれている。

ところで、高速信号伝送において、周波数が高くなるほど電流が導体の表面に近いところに集中する表皮効果と呼ばれる現象が起こる。このため、信号線２，３や定電位層５を流れる高周波電流は、図７に示す信号線２，３の表皮部分２ｂ，３ｂや定電位層５の表皮部分５ｂに集中することになるが、導体において粗化加工を施された箇所は信号の伝送性能が低いため、高周波ほど信号の伝送特性が低下する。

このような不具合を回避するため、信号線や定電位層を構成する導体の表面に粗化加工を施さなくても絶縁層との接続強度を確保することができるような接着剤を用いて、信号線および定電位層を絶縁層に接続した多層プリント配線板が実用化され始めている。
特開２００１−２４４６３３号公報

一般的に、粗化加工を施していない導体を用いて多層プリント配線板を製造する場合、すべての信号層および定電位層に粗化加工を施していない導体を用いる。差動信号配線を有する多層プリント配線板であれば、図８に示すように、差動信号配線６を構成する一対の信号線７，８と絶縁層４との接続面７ａ，８ａにも、定電位層９の絶縁層４との接続面９ａにも粗化加工を施していなかった。

このような多層プリント配線板において、信号線７，８や定電位層９を流れる高周波電流は、表皮効果により、図９に示す信号線７，８の表皮部分７ｂ，８ｂや定電位層９の表皮部分９ｂに集中するが、信号線７，８には粗化加工が施されていないため、デジタルデータを伝送する差動信号配線６の伝送性能の低下は抑制することができる。

しかし、その一方で、定電位層９を伝わるノイズ電流（コモンモード電流）１０の伝送性能の低下も抑制されるため、減衰が少なくなったノイズ電流１０が、多層プリント配線板の端面まで伝わり、外部にＥＭＩ（Electro-Magnetical Interference）１１が放射されやすくなるという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、差動信号配線の信号伝送特性を良好に保ちつつ、ＥＭＩの放射を抑制することができる多層プリント配線板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の多層プリント配線板は、一対の信号線からなる差動信号配線を有する信号層と、定電位層とを備え、前記信号層と前記定電位層とが絶縁層を介して積層された多層プリント配線板であって、前記定電位層の前記絶縁層を介して前記信号層に対向する面である信号層対向面の表面粗さが、前記信号線の表面粗さよりも大きいことを特徴とする。

また、本発明の多層プリント配線板における前記定電位層の前記信号層対向面の表面粗さは、前記信号線を流れる高周波電流の周波数に対応する表皮深さ以上であり、前記信号線の表面粗さは、前記表皮深さ未満であることを特徴とする。

本発明の多層プリント配線板によれば、差動信号配線の信号伝送特性を良好に保ちつつ、ＥＭＩの放射を抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る多層プリント配線板の概略構成を示す斜視図、図２は、図１に示す多層プリント配線板の表層における断面構造を示す部分断面図、図３は、図１に示す多層プリント配線板の内層における断面構造を示す部分断面図である。

図１に示すように本実施の形態に係る多層プリント配線板２０は、信号層２１〜２４と、電源層またはグラウンド層からなる定電位層２５〜２８と、絶縁層２９〜３５とを備え、図示上層側から順に、信号層２１、定電位層２５、信号層２２、定電位層２６、定電位層２７、信号層２３、定電位層２８、および信号層２４の８層の導体層が、絶縁層２９〜３５を介して順次積層されている。

信号層２１〜２４は、高速信号を伝送する差動信号配線３６を有する層である。差動信号配線３６は、銅箔等の導体箔からなる一対の信号線３７，３８から構成される。図２、図３に示すように、信号線３７，３８は、表面に粗化加工が施されていない導体箔により構成されている。

定電位層２５〜２８は、多層プリント配線板２０に実装されるＩＣに電源電位を供給する電源層、またはＩＣにグラウンド電位を供給するグラウンド層である。定電位層２５〜２８は、銅箔等の導体箔からなり、基板面の略一面に広がる導体ベタ層となっている。

定電位層２５〜２８を構成する導体箔の絶縁層２９〜３５との接続面のうち、１つの絶縁層を介して信号層２１〜２４に対向する接続面（信号層対向面）は、粗化加工が施されたアンカー層となっており、その表面粗さが、信号線３７，３８の表面粗さよりも大きくなっている。

定電位層２５であれば、図２、図３に示すように、絶縁層２９を介して表層の信号層２１に対向する接続面２５ａ、および絶縁層３０を介して信号層２２に対向する接続面２５ｂがアンカー層となっている。また、定電位層２６では、絶縁層３１を介して内層の信号層２２に対向する接続面２６ａがアンカー層となっている。絶縁層３２を介して定電位層２７に対向する接続面２６ｂは、図示例のように粗化加工が施されていなくてもよいし、粗化加工が施されたアンカー層であってもよい。

上記と同様に、定電位層２７の絶縁層３３との接続面２７ｂ、定電位層２８の絶縁層３４との接続面２８ａ、および定電位層２８の絶縁層３５との接続面２８ｂがアンカー層となっている。定電位層２７の絶縁層３２との接続面２７ａは、アンカー層であってもよいし、アンカー層でなくてもよい。

アンカー層の表面粗さは、差動信号配線３６の信号線３７，３８を流れる高周波電流の周波数に対応する表皮深さδ以上であり、粗化加工が施されていない信号線３７，３８の表面粗さは、表皮深さδ未満である。表皮深さδは、以下の（数式１）で表される。

ここで、ｆは高周波電流の周波数、σは信号層２１〜２４の信号線３７，３８および定電位層２５〜２８を構成する導体の導電率（Ｓ／ｍ）、μ_ｒは導体の比透磁率（通常の金属では１）、μ_０は真空中の透磁率（４π×１０^−７Ｗｂ／Ａｍ）である。

例えば、導電率５．８×１０^７Ｓ／ｍの銅のｆ＝１００ＭＨｚにおける表皮深さは、６．６μｍとなる。

絶縁層２９〜３５は、プリプレグ等の誘電体からなり、各導体層の間の導通を防止する層である。

このような多層プリント配線板２０は、例えば次のようにして製造される。

まず、図４（ａ）に示すように、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂をガラスクロスに含浸して半硬化させたプリプレグ４０の一方面に、表面に粗化加工が施されていない導体箔４１を重ね、プリプレグ４０の他方面に、機械的研磨やエッチング等の化学的処理により両面に粗化加工が施された導体箔４２を重ね、加熱しながら加圧する。これにより、図４（ｂ）に示すような、プリプレグ４０と導体箔４１，４２とが積層されたコア材４３が形成される。ここで、導体箔４２の粗化加工が施された面の表面粗さは、上記（数式１）で表される表皮深さδ以上とし、粗化加工が施されていない導体箔４１の表面粗さは、表皮深さδ未満とする。

次いで、導体箔４１をエッチングしてコア材４３に信号線３７，３８からなる差動信号配線３６を形成し、その後、図５に示すように、差動信号配線３６が形成された４つのコア材４３Ａ〜４３Ｄと、３つのプリプレグ４４Ａ〜４４Ｃとを交互に重ね、加熱しながら加圧する。これにより、内層のコア材４３Ｂ，４３Ｃの差動信号配線３６はそれぞれプリプレグ４４Ａ，４４Ｃに埋め込まれ、図１に示す多層プリント配線板２０が完成する。

なお、図示上下方向中央のプリプレグ４４Ｂに接続されるコア材４３Ｂ，４３Ｃの導体箔４２のプリプレグ４４Ｂと接続される側の面４２ａが、図示例のように粗化加工が施されていない面であってもよいし、粗化加工が施された面であってもよい。

上記のように構成された多層プリント配線板２０において、図示しない電流発生源から差動信号配線３６の信号線３７，３８に供給された高周波電流は、表皮効果により信号線３７，３８の表面付近に集中するが、信号線３７，３８の表面には粗化加工が施されておらず、その表面粗さは、高周波電流の表皮深さδ未満であるため、高周波電流の伝送特性の低下が抑制される。

一方、信号線３７，３８を流れる高周波電流により定電位層２５〜２８に誘起されるノイズ電流（コモンモード電流）は、接続面２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂに施された表皮深さδ以上の粗化加工により定電位層２５〜２８内の伝送が抑制され、その結果、多層プリント配線板２０が外部へのＥＭＩの放射が抑制される。

このように本実施の形態に係る多層プリント配線板２０によれば、差動信号配線３６の信号伝送特性を良好に保ちつつ、ＥＭＩの放射を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。

例えば、上記実施の形態では、８層の導体層を有する多層プリント配線板を例に説明したが、層数はこれに限らない。

本発明の実施の形態に係る多層プリント配線板の概略構成を示す斜視図である。図１に示す多層プリント配線板の表層における断面構造を示す部分断面図である。図１に示す多層プリント配線板の内層における断面構造を示す部分断面図である。図１に示す多層プリント配線板の製造工程を説明するための図である。図１に示す多層プリント配線板の製造工程を説明するための図である。従来の差動信号配線を有する多層プリント配線板の一例を示す要部断面図である。図６に示す多層プリント配線板における表皮効果を説明するための図である。従来の差動信号配線を有する多層プリント配線板の他の例を示す要部断面図である。図６に示す多層プリント配線板における表皮効果を説明するための図である。

符号の説明

２０…多層プリント配線板、２１〜２４…信号層、２５〜２８…定電位層、２９〜３５…絶縁層、３６…差動信号配線、３７，３８…信号線、２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂ…接続面。

Claims

一対の信号線からなる差動信号配線を有する信号層と、定電位層とを備え、前記信号層と前記定電位層とが絶縁層を介して積層された多層プリント配線板であって、
前記定電位層の前記絶縁層を介して前記信号層に対向する面である信号層対向面の表面粗さが、前記信号線の表面粗さよりも大きいことを特徴とする多層プリント配線板。
前記定電位層の前記信号層対向面の表面粗さは、前記信号線を流れる高周波電流の周波数に対応する表皮深さ以上であり、
前記信号線の表面粗さは、前記表皮深さ未満であることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板。