JP2011066101A - クロストークノイズを抑制可能なプリント基板の配線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ビア間を通過する配線において、クロストークノイズを抑制可能なプリント基板の配線方法を提供する。
【解決手段】
ビア１０１が格子状に配列されている領域において、ビア間に１０３と１０４の２本を同一層で配線する。破線１０５及び１０６は、直線で平行に配線した場合の配線領域を示す。１０３と１０４は、それぞれ逆向きに傾斜させた配線となっている。したがって１０５と１０６のように２本を平行に配線したときと違い、２本の配線間隔が場所によって異なる。１０３と１０４が最も近接している箇所においても、１０５と１０６の間隔以上を保持するように配線する。このように配線した場合、１０３または１０４の一方がもう一方より受けるクロストークノイズは、１０５または１０６の一方がもう一方より受けるクロストークノイズより小さくなり、クロストークノイズの抑制が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高品質な信号伝送を実現するため、クロストークノイズを抑制可能なプリント基板の配線方法に関する。

半導体集積回路の高速化に伴い、それを搭載するプリント基板の信号も高速化してきている。また、多数の信号を同時に伝送するため、プリント基板内の配線が高密度となってきている。これは、隣接配線からのクロストークノイズを受け、信号が劣化する原因となる。信号が劣化すると、特に高速信号において伝送が困難となり、システムが正常動作しない原因となる。クロストークノイズの抑制は、特に高速信号伝送において考慮すべき要因の一つとなっている。
クロストークノイズの影響を抑制する技術として、例えば特許文献１及び２に記載の方法がある。特許文献１では、ビアが配列された領域において、ビア間を通る２本の配線に着目している。ビアの近傍で２本の配線間隔が狭くなるとクロストークノイズが増大するが、その配線間隔が狭くなる長さを短くする方法を提案し、クロストークノイズの抑制を図っている。
特許文献２では、同一層に複数の信号配線が隣接した場合、どの信号配線に対しても同一層または隣接層に、必ずグラウンド配線が隣接するようにしている。信号配線とグラウンド配線との電気的結合の強化により、クロストークノイズを抑制する。

特開昭６３−０９０１８９号公報 特開２００４−２４７６１５号公報

クロストークノイズの影響を最小限に抑える手段の一つとして、配線間隔を十分に広げる方法は一般に知られている。２本の配線がビア間を通る場合は、例えば図６（ａ）のように直線配線と４５度の配線を組み合わせ、ビア６０１の近傍以外で配線間隔を大きくすることにより、クロストークノイズを抑制できる。

一方、ビア配列領域においてビアの間隔が狭い、あるいは配線幅が太くて配線間隔を広げる領域がない場合、従来は図６（ｂ）のように２本を直線で配線しており、隣接配線からのクロストークを受けるという課題がある。

ビア配列領域において、各電源層がビアの電源と異なる場合、電源層とビアとの短絡を防止するため、ビアの周囲にクリアランス領域が設けられる。このクリアランスを通して、隣接配線層からのクロストークノイズの影響があり、同一層の隣接配線だけでなく、隣接配線層からのクロストークノイズも考慮する必要がある。

信号配線にグラウンド配線を隣接させて、クロストークノイズを抑制する方法もあるが、グラウンド配線のための新たな領域を必要とするため、配線領域が制限され、層数増加となりコストが高くなる要因となる。本発明は、これらの課題を解決する。

ビア配列領域においてビア間に２本の配線を設ける場合、直線配線に対してある角度だけ傾けて配線する。傾ける向きは互いに逆向きとし、２本の配線が近接、離散を繰り返すように配線する。ただし最近接の場合でも、直線で配線したときの配線間隔は保持する。これにより直線配線の場合と比較して、隣接配線からのクロストークノイズの抑制が可能となる。

差動配線またはその他の制約により２本の配線間隔を一定に保持する必要がある場合は、２本を同じ向きに傾斜させて配線する。この場合、一方の配線はビア周囲のクリアランス部との重なり部分が増すため、隣接配線層の配線からのクロストークノイズの影響が大きくなる。これを回避するため、隣接配線層の配線は逆向きに傾斜させるようにする。これにより、隣接配線層の配線からのクロストークノイズを抑制する。

本発明により、ビア間に２本の配線をする場合に、同一層の隣接配線または隣接配線層の配線からのクロストークノイズを抑制することが可能となる。これにより高品質な信号波形の伝送を可能とする。

クロストークの影響を抑制する配線方法の第１の実施例を示す図である。 クロストークの影響を抑制する配線方法の第２の実施例を示す図である。 第２の実施例に関連し、格子状に配列されたビア間を斜め方向に配線する方法を示した図である。 第１の実施例と従来の配線方法における、クロストークの大きさを示すＳパラメータのシミュレーション結果を比較した図である。 第２の実施例と従来の配線方法における、クロストークの大きさを示すＳパラメータのシミュレーション結果を比較した図である。 格子状に配列されたビア間を通る、従来の配線方法を示した図である。 プリント基板の層構成の一部を説明するための断面図である。

以下に、本発明を実施するための形態を示す。

図１は、クロストークノイズを抑制する方法を示す第１の実施例である。図１では、ビア１０１が格子状に配列されている領域において、ビア間に１０３と１０４の２本を同一層で配線している。破線１０５及び１０６は、直線で平行に配線した場合の配線領域を示す。１０２は、１０３及び１０４に隣接する電源層内にある、クリアランス領域を示す。１０２は、ビアと電源層の短絡を防止するために設けられた領域である。ビアと電源層が同一の電源の場合１０２は不要であるため、１０２は必ずしも全てのビアに対して設けられているとは限らない。

１０３と１０４は、それぞれ逆向きに傾斜させた配線となっている。したがって１０５と１０６のように２本を平行に配線したときと違い、２本の配線間隔が場所によって異なる。１０３と１０４が最も近接している箇所においても、１０５と１０６の間隔以上を保持するように配線する。このように配線した場合、１０３または１０４の一方がもう一方より受けるクロストークノイズは、１０５または１０６の一方がもう一方より受けるクロストークノイズより小さくなる。

図１において、本発明方法の１０３及び１０４は、従来の配線方法１０５及び１０６と比較して、クリアランス１０２と重なる領域がわずかに増える。しかし上下の隣接配線層からのクロストークは、同一層の隣接配線からのクロストークと比較すると小さいため、１０３及び１０４のように配線した方が全体のクロストークノイズを小さくすることができる。ここで、着目する配線層と隣接配線層との関係を模式的に説明した図を図７に示す。７０６が着目する配線層の配線であり、７０５及び７０７が隣接配線層の配線である。７０１、７０２、７０３及び７０４は電源層を示す。

図１では角度をつけて配線しているが、角の部分を曲線にすることもできる。

図１における、近端クロストークを示すＳパラメータのシミュレーション結果の比較を図４に示す。図４では、配線長６ｍｍのモデルを使用している。１０ＧＨｚと１５ＧＨｚの間にある極小点は、電気長が１／２波長となる周波数を示している。

図４（ａ）は同一層の隣接配線からのクロストークノイズの大きさを示している。通常配線方法の４０１と比較して本発明の傾斜配線方法を採用した４０２では、クロストークノイズが抑制されている。例として周波数５ＧＨｚでは−２７．０ｄＢから−３５．３ｄＢへ、８．３ｄＢ減少している。一方、図４（ｂ）は隣接配線層の配線からのクロストークノイズの大きさを示している。通常配線方法の４０３と比較すると、傾斜配線方法の４０４では図４（ａ）とは逆にクロストークノイズが増加している。周波数５ＧＨｚの例では、−３９．５ｄＢから−３５．５ｄＢへ、約４．０ｄＢ増加している。

しかし隣接配線層の配線からのクロストークノイズの方が支配的であるため、図４（ｂ）に示すクロストークノイズ増加分よりも、図４（ａ）に示すクロストークノイズの抑制効果の方が大きい。つまり図４（ａ）、（ｂ）を合わせて考えると、全体としてのクロストークノイズは抑制されており、本発明による傾斜配線の効果がある。

図２は、クロストークノイズを抑制する方法を示す第２の実施例である。図２も図１と同様、ビア２０１が格子状に配列されている領域において、ビア間に２０３と２０４の２本を同一層で配線している。ただし、図２は差動配線またはその他の制約により、２０３と２０４の配線間隔を一定に保持する場合を示す。図２は、クリアランス２０２を通して受ける、隣接配線層の配線からのクロストークノイズを抑制する方法を示している。

図２では２０３と２０４を同じ向きに傾斜させて、一定間隔で折り返すように配線している。２０５及び２０６は、２０３及び２０４の隣接配線層の配線を示している。２０５及び２０６は、２０３及び２０４と逆向きに傾斜させて配線する。これは、２０３と２０５、２０４と２０６が、どのクリアランス２０２に対しても、配線領域が極力重ならないようにするためである。これにより、クリアランス２０２を通して受ける隣接配線層の配線からのクロストークノイズを抑制することが可能となる。また、２０３と２０４で、クリアランス上に重なる面積及び回数が同じになるように配線する。これにより、一方の配線のみ連続して隣接配線層よりクロストークノイズを受けるのを防ぐ。

図３は、図２と同様に２本の配線間隔を一定とした場合であり、ビア３０１の間を斜めに配線する場合の配線方法を示している。３０３及び３０４は同一配線層の配線で、３０５及び３０６は、３０３及び３０４の隣接配線層の配線である。図２と同様、クリアランス３０２の上下で、隣接配線層の配線同士が極力重ならないように配線している。

図１と同様、図２及び図３では角度をつけて配線しているが、角の部分を曲線にすることもできる。

図２における、近端クロストークを示すＳパラメータのシミュレーション結果の比較を図５に示す。

図５は隣接配線層の配線からのクロストークノイズの大きさを示している。通常配線方法の５０１と比較すると、本発明の傾斜配線方法を適用した５０２ではクロストークノイズが減少傾向にあり、クロストークノイズ抑制効果が確認できる。例として５ＧＨｚでは約−１ｄＢ減少している。

１０１、２０１、３０１、６０１ ビア
１０２、２０２、３０２、６０２ クリアランス
１０３、１０４、２０３、２０４、３０３、３０４、６０３、７０５、７０６、７０７ 配線
１０５、１０６ 従来の配線方法による配線領域
２０５、２０６、３０５、３０６ 隣接配線層の配線
４０１、４０３、５０１ 従来の配線方法での、クロストークを示すＳパラメータ
４０２、４０４、５０２ 本発明の配線方法での、クロストークを示すＳパラメータ
７０１、７０２、７０３、７０４ 電源層

Claims (4)

1. 格子状に配列されたビア領域内のビア間において、ビアの並ぶ向きに対して同一層内で傾斜した配線と、それを一定の長さごとに交互に逆向きに傾斜した配線と、上記の配線を結合した全体配線と、上記全体配線に対して傾斜方向が逆向きのもう1本の全体配線とを有することを特徴とするプリント基板の配線方法。
2. 請求項１において、ビア間の２本の配線間隔が等しい、複数の傾斜配線を結合した全体配線と、上記２本の全体配線が使用する層に隣接する配線層において、直上または直下の配線層の配線に対して傾斜の向きが逆である配線と、上記配線を結合した全体配線とを有することを特徴とするプリント基板の配線方法。
3. 請求項２において、隣接する電源層のクリアランス上を通過する面積及び回数が等しい、ビア間の２本の全体配線を有することを特徴とするプリント基板の配線方法。
4. 請求項２において、格子状ビアの配列方向に対して４５度の向きに進む全体配線を有することを特徴とするプリント基板の配線方法。

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