JP2017220505A - プリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークの影響を抑制すると共に省スペースを図りつつ差動信号線を配設する。【解決手段】プリント基板１において、第１の層Ｓ１に対して絶縁体層３を挟んで第２の層Ｓ２が隣接対向している。第１の配設領域Ｒ１には、第１の差動信号線であるプリント配線５、６、７、８と、第２の差動信号線であるプリント配線２１、２２、２３、２４とが配設され、プリント配線２１〜２４は、絶縁体層３を挟んでプリント配線５〜８の真下に配設される。第２の配設領域Ｒ２には、プリント配線２１〜２４が配設されるが、プリント配線５〜８は配設されない。実装部Ｃ１、Ｃ２に電子部品が選択的に実装されることで、プリント配線５〜８またはプリント配線２１〜２４のいずれか一方が、第１の層Ｓ１の接地線４に接続されて接地される。【選択図】図５

Description

本発明は、プリント基板に関する。

従来、半導体である集積回路（ＩＣ）同士が情報のやり取りを行うためのプリント配線として、シングルエンドの信号線やパラレル伝送を行うバス信号線のほか、シリアル伝送を行う差動信号線といった、様々な種類のプリント配線がある。近年、プリント基板において、集積回路の配線間隔の微細化や高集積化、集積回路同士の情報伝達速度の高速化等によって、配線間の信号の漏れによるクロストークが大きな問題となってきている。集積回路同士の情報伝達速度が速くなるにつれてクロストークを考慮した高速シリアル伝送が増えてきており、その方法の１つとして差動信号による信号伝達方法が採用される。

ところで、ディジタル回路と高精度なアナログ回路とを一素子上に混在させても、高周波アナログ信号成分の減衰や信号電位の変化を生じたりすることないプリント基板が提案されている（特許文献１）。このプリント基板は、基板主平面の絶縁膜上に配置された第一の配線及びこの第一の配線と絶縁膜を介して隣接する第二の配線と、第二の配線の電位を第一の配線の電位に応じて設定するバイアス回路とを具備する。

特開平７−２０１８５２号公報

しかしながら、差動信号線自体がシングルエンド信号等の配線と比べて大きな面積を必要とする。また、集積回路同士の情報伝達速度は年々増加傾向にあり、差動信号線も増加傾向にある。そのため、従来の方法で数多くの差動信号線をプリント基板上に配線しようとすると、プリント基板のサイズアップ若しくは層数増加が必要になり、場合によっては差動信号線を配線するために接地線が配設される層を増やす必要がある。このように、クロストークの影響を適切に抑制するように差動信号線を配設する上で、面積及び層数の点で必要スペースが大きくなり、ひいてはコストアップにも繋がるという問題があった。

本発明の目的は、クロストークの影響を抑制すると共に省スペースを図りつつ差動信号線を配設することである。

上記目的を達成するために本発明は、第１の層と、絶縁体層と、前記絶縁体層を挟んで前記第１の層と対向する第２の層とを有するプリント基板であって、所定の配設領域において前記第１の層に配設された第１の差動信号線と、前記所定の配設領域において前記第２の層に配設された第２の差動信号線と、接続部材が実装されることで、前記第１の差動信号線を接地するための第１の実装部と、前記接続部材が実装されることで、前記第２の差動信号線を接地するための第２の実装部と、前記接続部材が前記第１の実装部または前記第２の実装部に選択的に実装されることで、前記第１の差動信号線または前記第２の差動信号線のいずれか一方が接地されることを特徴とする。

本発明によれば、クロストークの影響を抑制すると共に省スペースを図りつつ差動信号線を配設することができる。

プリント基板の模式的な断面図である。 プリント基板の模式的な平面図である。 差動信号線を配線したプリント基板の模式的な平面図である。 プリント基板の斜視図である。 プリント基板の模式的な平面図である。 プリント基板の各領域に着目した模式的な断面図である。 プリント基板の導通状態を概念的に示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

本発明は、配線間の信号の漏れによるクロストークの影響を抑制すると共に省スペースを図りつつ、高速シリアル信号線である差動信号線を配設したプリント基板を提供するものである。まず、図１、図２で、一般的なクロストークを防ぐための配線構成を説明する。

図１、図２はそれぞれ、一般的なクロストークを防ぐ配線をしたプリント基板の模式的な断面図、平面図である。図１に示すように、プリント基板１の最上層である第１の層には接地線（ＧＮＤライン）４が配設される。第１の層に対して絶縁体層３を挟んで第２の層が対向している。第２の層にも接地線４が配設される。プリント基板１には、２つの集積回路２、１０が搭載される（図２）。第１の層には互いに平行なプリント配線５、６が配設され、集積回路２と集積回路１０とがプリント配線５、６で電気的に接続されている。プリント基板１の表面（第１の層の上面）は、絶縁体であるソルダーレジスト１１により覆われてプリント配線５、６が保護されている。第１の層において、プリント配線５、６はいずれも、接地線４で囲まれると共に、絶縁体層３を介して第２の層の接地線４で囲まれている。このようにプリント配線５、６を側方及び下方から接地線４で囲むことで、プリント配線５、６で発生しうるクロストークを防ぐことが可能である。

次に、クロストークを防ぐ差動信号線の配線について図３で説明する。図３は、差動信号線を配線したプリント基板の模式的な平面図である。このプリント基板１には、集積回路２と集積回路１０とを繋ぐプリント配線５、６の対が２つ配線される。クロストークを防ぐように配線するためには、第１の層にプリント配線５、６を並列に配し、図２で説明したのと同様に接地線４でプリント配線５、６を囲むだけでなく、プリント配線５とプリント配線６との間に空隙１９を設ける必要がある。さらに、プリント配線５、６に対して特性インピーダンス値を設定する必要がある。特性インピーダンス値は、プリント配線５、６の幅及び厚み、絶縁体層３の厚み等によって決定される。プリント配線５、６の各特性インピーダンス値は同じ値となるように設計される。両者が同じ値にならないと、プリント配線５、６のインピーダンス整合が取れず波形が崩れてしまい、クロストークが発生する要因となるからである。

図４は、特性インピーダンス値を設計する際に必要なパラメータを説明するためのプリント基板の斜視図である。図４では、代表してプリント配線５の特性インピーダンス値の設計に関して説明するが、プリント配線６についても同様にして設計できる。絶縁体層３の厚さをＨ、プリント配線５の幅をＷ、プリント配線５の厚みをＴとする。特性インピーダンス値Ｚ_０は、数式１で求めることができる。ε_ｒは比誘電率である。

差動信号線をプリント基板１上で配線する場合、シングルエンド信号の配線と比べて大きな面積を要する。仮に、差動信号線に対して、絶縁体層を挟んで隣接対向する位置に、ＧＮＤ以外の層、例えば特性インピーダンス値を設定したパターンを配置した場合は、クロストークの影響を受けることになる。これを避けるために層数を増加させると、積層方向へ大きなスペースを要する。そこで、図５〜図７で説明するように、差動信号線を、絶縁体層を挟んで積層方向に重なるように２つの層に配置し、且つ、使用しない側の差動信号線を接地する構成を設ける。

図５は、本発明の一実施の形態に係るプリント基板の模式的な平面図である。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、プリント基板の領域Ａ２、Ａ１、Ａ３に着目した模式的な断面図である。

図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、プリント基板１は、最上層に第１の層Ｓ１があり、第１の層Ｓ１の下に絶縁体層３があり、絶縁体層３の下に第２の層Ｓ２がある、少なくとも３層を有する構造となっている。すなわち、第１の層Ｓ１に対して絶縁体層３を挟んで第２の層Ｓ２が隣接対向している。なお、第２の層Ｓ２より下の層の有無は問わない。

図５に示すように、プリント基板１における配設領域を、第１の配設領域Ｒ１（所定の配設領域）と、第１の配設領域Ｒ１とは別の領域である第２の配設領域Ｒ２とに大別する。このプリント基板１においては、差動信号線として、それぞれ互いに平行なプリント配線５、６の対、プリント配線７、８の対、プリント配線２１、２２の対、プリント配線２３、２４の対が配設される。第１の配設領域Ｒ１には、第１の差動信号線であるプリント配線５、６、７、８と、第２の差動信号線であるプリント配線２１、２２、２３、２４とが配設される。第２の配設領域Ｒ２には、プリント配線２１〜２４が配設されるが、プリント配線５〜８は配設されない。プリント基板１の表面（第１の層Ｓ１の上面）は、絶縁体であるソルダーレジスト１１により覆われている。第２の配設領域Ｒ２には２つの集積回路２０、３０が搭載される。第１の配設領域Ｒ１には２つの集積回路２、１０が搭載される。

プリント配線５〜８は、第１の配設領域Ｒ１の第１の層Ｓ１において、集積回路２から集積回路１０にかけて配設され、集積回路２、１０が電気的に接続されている。プリント配線５とプリント配線６との間に空隙１９が設けられ、プリント配線７とプリント配線８との間に空隙１９が設けられる。一方、プリント配線２１〜２４は、集積回路２０から集積回路３０にかけて配設され、集積回路２０、３０が電気的に接続されている。プリント配線２１〜２４は、第２の配設領域Ｒ２においては第１の層Ｓ１に配設されるが、第１の配設領域Ｒ１においては第２の層Ｓ２に配設される。プリント配線２１を例にとると、図６（ｂ）に示すように、略垂直な接続部Ｐ１を介して、第１の配設領域Ｒ１のプリント配線２１と第２の配設領域Ｒ２のプリント配線２１とが連続して繋がっている。プリント配線２２、２３、２４も同様に、接続部Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を介して、配設領域Ｒ１、Ｒ２間で繋がっている。また、プリント配線２１〜２４は接続部Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８を介して配設領域Ｒ１、Ｒ２間で繋がっている。接続部Ｐ１〜Ｐ８の位置が、第１の配設領域Ｒ１と第２の配設領域Ｒ２との境となる。

第１の配設領域Ｒ１においては、平面視において、プリント配線２１〜２４の配設位置はプリント配線５〜８と対応しており、プリント配線５〜８とプリント配線２１〜２４とは平面視で積層方向に重なっている。すなわち、プリント配線２１〜２４は、絶縁体層３を挟んでプリント配線５〜８の真下に配設される。配設領域Ｒ１、Ｒ２のいずれにおいても、プリント配線２１とプリント配線２２との間に空隙１９が設けられ、プリント配線２３とプリント配線２４との間に空隙１９が設けられる。第１の層Ｓ１には、ＧＮＤラインである接地線４が配設される。第２の層Ｓ２にも接地線４が配設される。第１の配設領域Ｒ１の第１の層Ｓ１において、プリント配線５、６は接地線４で囲まれると共に、プリント配線７、８も接地線４で囲まれる。第２の配設領域Ｒ２の第１の層Ｓ１において、プリント配線２１、２２は接地線４で囲まれると共に、プリント配線２３、２４も接地線４で囲まれる。

プリント基板１には、複数の電子部品３１、３２を実装可能である。図５では、電子部品３１、３２の双方が図示されているが、電子部品３１または電子部品３２のいずれかが選択的に実装されることが想定されている。電子部品３２はプリント配線２１〜２４のそれぞれに対応して実装可能であり、図６（ａ）では、代表してプリント配線２１に対応する電子部品３２を示している。電子部品３２は、第２の実装部Ｃ２に実装される。電子部品３１はプリント配線５〜８のそれぞれに対応して実装可能であり、図６（ｃ）では、代表してプリント配線５に対応する電子部品３１を示している。電子部品３１は、第１の実装部Ｃ１に実装される。図５において電子部品３１、３２が図示されている位置にそれぞれ第１の実装部Ｃ１、第２の実装部Ｃ２が設けられる。なお、各プリント配線に対応する実装部Ｃ１、Ｃ２は１つ以上であればよく、数は問わない。

第１の実装部Ｃ１または第２の実装部Ｃ２に、対応する電子部品３１、３２が選択的に実装されることで、プリント配線５〜８またはプリント配線２１〜２４のいずれか一方が接地される。プリント配線５を例にとれば、第１の実装部Ｃ１に電子部品３１を実装すると（図６（ｃ））、第１の配設領域Ｒ１において第１の層Ｓ１に配設された接地線４に対して、プリント配線５が電気的に接続されることで接地される。プリント配線６、７、８もこれと同様である。また、プリント配線２１を例にとれば、第２の実装部Ｃ２に電子部品３２を実装すると（図６（ａ））、第２の配設領域Ｒ２において第１の層Ｓ１に配設された接地線４に対して、プリント配線２１が電気的に接続されることで接地される。プリント配線２２、２３、２４もこれと同様である。

図７（ａ）、（ｂ）は、プリント基板１の領域Ａ４に着目して導通状態を概念的に示す断面図である。図７（ａ）、（ｂ）ではいずれも、代表として、プリント配線５、２１の導通状態を示している。例えば、プリント配線５〜８を使用したい場合は、第２の実装部Ｃ２に電子部品３２を実装することで（図６（ａ））、プリント配線２１が接地線４に電気的に接続されて接地状態となる（図７（ａ））。一方、プリント配線２１〜２４を使用したい場合は、第１の実装部Ｃ１に電子部品３１を実装することで（図６（ｃ））、プリント配線５が接地線４に電気的に接続されて接地状態となる（図７（ｂ））。

本実施の形態によれば、実装部Ｃ１、Ｃ２に電子部品が選択的に実装されることで、第１の差動信号線（プリント配線５〜８）または第２の差動信号線（プリント配線２１〜２４）のいずれか一方が接地される。そのため、プリント配線５〜８に対して絶縁体層３を挟んでプリント配線２１〜２４を隣接配置しても、プリント配線５〜８とプリント配線２１〜２４との間におけるクロストークの影響を抑制できる。クロストークの影響を抑制しつつプリント配線５〜８とプリント配線２１〜２４とを絶縁体層３を挟んで隣接配置できるので、層数を特に増やす必要がない。よって、クロストークの影響を抑制すると共に省スペースを図りつつ差動信号線を配設することができる。

また、プリント配線５〜８とプリント配線２１〜２４とが積層方向に重なっているので、プリント基板１の平面方向においても省スペースとなっている。この観点からは、プリント配線５〜８とプリント配線２１〜２４とは、平面視において少なくとも一部同士が積層方向に重なっていてもよい。

また、プリント配線５〜８、２１〜２４をそれぞれ接地するための接続部材として、電子部品３１、３２を利用するので、部品点数を無駄に増やすこともない。しかも、プリント基板１は、電子部品３１、３２のいずれを実装するかによって異なる機能の基板となり、複数の製品に対応可能であるので、開発効率の向上やコストダウンに繋がる。

なお、電子部品３１と電子部品３２とは、同一の部品でもよいし異なる部品であってもよい。また、第１の実装部Ｃ１と第２の実装部Ｃ２の形状は同一でもよいし異なっていてもよい。例えば、第１の実装部Ｃ１と第２の実装部Ｃ２との形状を異ならせ、第１の実装部Ｃ１には電子部品３１のみが実装可能で、第２の実装部Ｃ２には電子部品３２のみが実装可能なように、異なる部品が排他的に実装される構成としてもよい。また、プリント配線５〜８、２１〜２４をそれぞれ接地するための接続部材としては、電子部品３１、３２に限られず、導電性のある部材（電子部品としての機能を有さない）であってもよい。

なお、接続部材の実装によるプリント配線２１〜２４の接地は、第２の配設領域Ｒ２においてなされるが、第１の配設領域Ｒ１において電子部品等の接続部材を実装することで接地される構成としてよい。例えば、まず、上述したように、第１の実装部Ｃ１に電子部品３１を実装すると第１の層Ｓ１に配設された接地線４に対してプリント配線５〜８が接地される。これに加えて、第１の配設領域Ｒ１における第１の実装部Ｃ１とは別の位置に接続部材を第２の層Ｓ２まで貫通するように実装可能に構成する。そして接続部材を実装すると、第１の配設領域Ｒ１の第２の層Ｓ２に配設された接地線４に対してプリント配線２１〜２４が接地されるようにしてもよい。従って、プリント基板１は、第２の配設領域Ｒ２が存在しない構成であっても本発明を実現可能である。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

３ 絶縁体層
５、６、７、８、２１、２２、２３、２４ プリント配線
３１、３２ 電子部品
Ｒ１ 第１の配設領域
Ｒ２ 第２の配設領域
Ｓ１ 第１の層
Ｓ２ 第２の層
Ｃ１ 第１の実装部
Ｃ２ 第２の実装部

Claims (6)

1. 第１の層と、絶縁体層と、前記絶縁体層を挟んで前記第１の層と対向する第２の層とを有するプリント基板であって、
   所定の配設領域において前記第１の層に配設された第１の差動信号線と、
   前記所定の配設領域において前記第２の層に配設された第２の差動信号線と、
   接続部材が実装されることで、前記第１の差動信号線を接地するための第１の実装部と、
   前記接続部材が実装されることで、前記第２の差動信号線を接地するための第２の実装部と、
   前記接続部材が前記第１の実装部または前記第２の実装部に選択的に実装されることで、前記第１の差動信号線または前記第２の差動信号線のいずれか一方が接地されることを特徴とするプリント基板。
2. 前記所定の配設領域において、前記第１の差動信号線と前記第２の差動信号線とは、少なくとも一部同士が積層方向に重なっていることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記第１の実装部は、前記所定の配設領域に設けられ、
   前記第１の実装部に前記接続部材を実装すると、前記所定の配設領域において前記第１の層に配設された接地線に対して、前記所定の配設領域において前記第１の差動信号線が電気的に接続されることで、前記第１の差動信号線が接地されることを特徴とする請求項１または２に記載のプリント基板。
4. 前記所定の配設領域とは別の配設領域においては、前記第２の差動信号線は前記第１の層に配設され、
   前記第２の実装部は、前記別の領域に設けられ、
   前記第２の実装部に前記接続部材を実装すると、前記別の領域において前記第１の層に配設された接地線に対して、前記別の領域において前記第２の差動信号線が電気的に接続されることで、前記第２の差動信号線が接地されることを特徴とする請求項３に記載のプリント基板。
5. 前記接続部材は電子部品であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリント基板。
6. 前記第１の実装部に実装可能な接続部材と前記第２の実装部に実装可能な接続部材とは異なる部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプリント基板。