JP4371766B2 - プリント配線板 - Google Patents

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Description

本発明は、プリント配線基板に関し、特に、高周波信号を安定して伝送できるプリント配線板に関する。
近年、電子機器に内蔵されたプロセッサの動作クロックの高周波化に伴い、プリント配線板に形成された配線には、高周波の電気信号(高速信号)が伝送されるようになってきている。
電気信号は、周波数が高くなる程、信号が所定の出力レベルに維持されている状態の時間に対して立ち上がり・立ち下がり状態の時間の比率が大きくなり、ノイズの影響を受けやすくなる。また、一般的にノイズは信号の立ち上がり時や立ち下がり時に発生するため、配線パターンを伝わる信号が高周波化する程、他の配線パターンなどにノイズの影響を強く与えることとなる。
すなわち、高速信号になればなるほど、外部からのノイズの影響を受けやすくなるとともに、外部へノイズの影響を与えやすくなる。
このため、プリント配線板に形成した配線パターンに高速信号を伝送させる場合には、配線パターンを伝わる電気信号が外部からノイズの影響を受けたり、外部にノイズの影響を与えないように対策を施す必要がある。特に、100MHz以上の高速信号では、ノイズの影響が大きくなるため、プリント配線板に対するノイズ対策は不可欠である。
配線中にフィルタ素子を配置することによって、ノイズの影響を低減することも可能ではあるが、プリント配線板の中でも可撓性を有するフレキシブルプリント配線板の場合には、配線板が撓んで変形するため、配線パターンにフィルタ素子を配置して事後的にノイズを除去することは難しい。このため、特にフレキシブルプリント配線板の場合には、プリント配線板自体にノイズ対策を施すことが重要となる。
従来、差動信号配線とこれに隣接する信号配線との双方にノイズの影響が発生しないようにするためにプリント配線板自体にノイズ対策を施す場合には、特許文献1に開示される「差動平衡信号伝送基板」のように、差動信号配線及び信号配線の間にグランド配線を一本配設する方法が用いられていた。
図3に、従来のフレキシブルプリント配線板の断面構成を示す。従来のフレキシブルプリント配線板は、信号配線層50、絶縁層52及びグランド配線層51が順に積層された構成である。
信号配線層50には、シングルエンド配線151、差動信号配線153,154,156及び157、グランド配線152,155及び158が配置されている。また、グランド配線層51には、面状にグランドプレーン159が配置されている。特許文献1に開示される発明は、このような構造を採用することにより、クロストークなどのノイズを抑制するものである。
特開2001−7458号公報
しかし、上記特許文献1に記載の発明は、差動信号配線153に信号電流が流れると、グランド配線152とグランドプレーン159とにリターン電流が流れる。また、シングルエンド配線151に信号電流が流れても、グランド配線152とグランドプレーン159とにリターン電流が流れる。このため、グランド配線152は、シングルエンド配線151に流れる信号電流のリターン電流と差動信号配線153に流れる信号電流のリターン電流との双方に電流経路として共用されることとなり、シングルエンド配線151と差動信号配線153とは相互にノイズの影響を受ける。
一方、差動信号配線154に信号電流が流れると、グランド配線155とグランドプレーン159とにリターン電流が流れる。また、差動信号配線156に信号電流が流れても、グランド配線155とグランドプレーン159とにリターン電流が流れる。このため、グランド配線155は、差動信号配線154に流れる信号電流のリターン電流と差動信号配線156に流れる信号電流のリターン電流との双方に電流経路として共用されることとなり、差動信号配線154と差動信号配線156とは相互にノイズの影響を受ける。
このように、上記特許文献1に記載の発明に代表される従来のプリント配線板では、プリント配線板自体に施されるノイズ対策が十分ではなく、信号配線層に配置した複数の信号配線が相互に干渉しないようにすることはできなかった。
本発明は係る問題に鑑みて為されたものであり、信号配線層に配置した複数の信号配線同士が相互に干渉することのない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、本発明は、第1の態様として、信号配線が形成される信号配線層を絶縁体層の一方の面に隣接して備えると共に、接地された配線が形成される接地配線層を絶縁体層の他方の面に隣接して備えたプリント配線板であって、接地配線層には、グランドプレーンが形成され、信号配線層に形成された差動信号配線対と他の信号配線との間には、差動信号配線対の一方を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線と他の信号配線を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線とが、少なくとも信号配線の中間部と隣接する部分では他の接地配線とは物理的に離れて配置されたことを特徴とするプリント配線板を提供するものである。
また、上記目的を達成するため、本発明は、第2の態様として、少なくとも一つの差動信号配線対が形成された信号配線層を絶縁体層の一方の面に隣接して備え、接地された配線が形成される接地配線層を絶縁体層の他方の面に隣接して備えたプリント配線板であって、接地配線層にはグランドプレーンが形成されており、信号配線層に形成された差動信号配線対及び該信号配線層に形成されたシングルエンド信号配線の両脇には、接地配線がそれぞれ設置されており、いずれかの差動信号配線対を為す信号配線と、他の差動信号配線対を為す信号配線又はシングルエンド信号配線との間に、いずれかの差動信号配線対の一方を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線と他の差動信号配線対の一方又はシングルエンド配線を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線とが、少なくとも信号配線の中間部と隣接する部分では他の接地配線とは物理的に離れて配置されたことを特徴とするプリント配線板を提供するものである。
上記本発明の第1の態様又は第2の態様においては、絶縁体層、信号配線層及び接地導体層が可撓性を有するフレキシブルプリント配線板であることが好ましい。
また、上記目的を達成するため、本発明は、第3の態様として、接地された配線が形成される接地配線層の一方の面に、信号配線が形成される第1の信号配線層が第1の絶縁体層を介在して設けられ、接地配線層の他方の面に、信号配線が形成される第2の信号配線層が第2の絶縁体層を介在して設けられたプリント配線板であって、接地配線層には、グランドプレーンが形成され、第1及び第2信号配線層に形成された差動信号配線対の各々と、他の信号配線との間には、差動信号配線対の一方を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線と他の信号配線を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線とが、少なくとも信号配線の中間部と隣接する部分では他の接地配線とは物理的に離れて配置されたことを特徴とするプリント配線板を提供するものである。
また、上記目的を達成するため、本発明は、第4の態様として、接地された配線が形成される接地配線層の一方の面に、少なくとも一つの差動信号配線対が形成された第1の信号配線層が第1の絶縁体層を介して設けられ、接地配線層の他方の面に、少なくとも一つの差動信号配線対が形成された第2の信号配線層が第2の絶縁体層を介して設けられたプリント配線板であって、接地配線層にはグランドプレーンが形成され、第1及び第2の信号配線層に形成された差動信号配線対及び該信号配線層に形成されたシングルエンド信号配線の各々の両脇には、接地配線がそれぞれ設置されており、いずれかの差動信号配線対を為す信号配線と、他の差動信号配線対を為す信号配線又はシングルエンド信号配線との間には、いずれかの差動信号配線対の一方を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線と他の差動信号配線対の一方又はシングルエンド配線を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線とが、少なくとも信号配線の中間部と隣接する部分では他の接地配線とは物理的に離れて配置されたことを特徴とするプリント配線板を提供するものである。
上記本発明の第3の態様又は第4の態様においては、絶縁体層、第1及び第2の信号配線層並びに第1及び第2の接地導体層が可撓性を有するフレキシブルプリント配線板であることが好ましい。
本発明によれば、信号配線層に配置した複数の信号配線同士が相互に干渉することのないプリント配線板を提供できる。
〔第1の実施形態〕
本発明を好適に実施した第1の実施形態について説明する。図1に、本実施形態に係るプリント配線板の構成を示す。このプリント配線板は、絶縁層12を挟んで一方の面に信号配線層10が、他方の面にはグランド配線層11が配置されている。
信号配線層10には、二つの差動信号配線対(差動信号配線104及び105の対と差動信号配線108及び109との対)、シングルエンド配線101、グランド配線102,103,106,107及び110が配置されている。
グランド配線層11には、面状のグランドプレーン111が配置されている。
差動信号配線104及び105の対に関しては、差動信号配線104の隣にグランド配線103が、差動信号配線105の隣にはグランド配線106が配置されている。また、差動信号配線108及び109の対に関しては、差動信号配線108の隣にグランド配線107が、差動信号配線109の隣にグランド配線110が配置されている。すなわち、差動信号配線の対同士の間に、グランド配線106及び107という二本のグランド配線が配置されている。
また、シングルエンド信号配線101の隣には、グランド配線102が配置されている。すなわち、シングルエンド信号配線101と差動信号配線104との間には、グランド信号配線102及び103という二本のグランド配線が配置されている。
本実施形態にかかるプリント配線板に信号電流を流す場合の動作について説明する。
差動信号配線104及び105の対に信号電流が流れると、差動信号配線104に流れる信号電流のリターン電流は、グランドプレーン111とグランド配線103とに流れる。また、差動信号配線105に流れる信号電流のリターン電流は、グランドプレーン111とグランド配線106とに流れる。
この際にグランドプレーン111に流れる二つのリターン電流は、対である差動信号電流のリターン電流同士であるから、逆方向の電流が打ち消しあって実際にはグランドプレーン111には電流が殆ど流れない。一方、グランド配線103には、差動信号配線104を流れる信号電流のリターン電流のみが流れ、グランド配線106には、差動信号配線105を流れる信号電流のリターン電流のみが流れる。
また、差動信号配線104及び105の対と同様に、差動信号配線108及び109の対に信号電流が流れると、差動信号配線108に流れる信号電流のリターン電流は、グランドプレーン111とグランド配線107とに流れる。また、差動信号配線109に流れる信号電流のリターン電流は、グランドプレーン111とグランド配線110とに流れる。
この際にグランドプレーン111に流れる二つのリターン電流は、対である差動信号電流のリターン電流同士であるから、逆方向の電流が打ち消しあって実際にはグランドプレーン111には電流が殆ど流れない。一方、グランド配線107には、差動信号配線108を流れる信号電流のリターン電流のみが流れ、グランド配線110には、差動信号配線109を流れる信号電流のリターン電流のみが流れる。
また、シングルエンド信号配線101に信号電流が流れると、その信号電流のリターン電流は、グランドプレーン111とグランド配線102とに流れる。
従って、グランド配線106には、差動信号配線105に流れる信号電流のリターン電流のみが流れ、グランド配線107には、差動信号配線108に流れる信号電流のリターン電流のみが流れる。これにより、差動信号配線105を流れる信号電流のリターン電流と差動信号配線108を流れる信号電流のリターン電流とがグランド配線を共用することは無くなる。
同様に、グランド配線102には、シングルエンド信号配線101のリターン電流のみが流れ、グランド配線103には差動信号配線103に流れる信号電流のリターン電流のみが流れるため、シングルエンド信号配線101を流れる信号電流のリターン電流と差動信号配線104を流れる信号電流のリターン電流とがグランド配線を共用することは無くなる。
このように、本実施形態に係るプリント配線板は、差動信号電流の流れる配線と、その隣にある差動信号又はシングルエンド信号が流れる配線とが、リターン電流の電流経路を共通にしないため、差動信号配線が別の信号配線と干渉を起こさない。
〔第2の実施形態〕
本発明を好適に実施した第2の実施形態について説明する。
図2に、本実施形態に係るプリント配線板の断面構成を示す。このプリント配線板は、中央に配置されたグランド配線層31の一方の面には絶縁層33を挟んで信号配線層30が配置され、他方の面には、絶縁層34を挟んで信号配線層32が配置されている。また、グランド配線層31には、面状のグランドプレーン130が配置されている。
信号配線層30には、二つの差動信号配線対(差動信号配線134及び135の対と差動信号配線138及び139との対)、シングルエンド配線131、グランド配線132,133,136,137及び140が配置されている。
また、信号配線層32には、二つの差動信号配線対(差動信号配線144及び145の対と差動信号配線148及び149との対)、シングルエンド配線141、グランド配線142,143,146,147及び150が配置されている。
差動信号配線134及び135の対に関しては、差動信号配線134の隣にグランド配線133が、差動信号配線135の隣にはグランド配線136が配置されている。また、差動信号配線138及び139の対に関しては、差動信号配線138の隣にグランド配線137が、差動信号配線139の隣にグランド配線140が配置されている。すなわち、差動信号配線の対同士の間に、グランド配線136及び137という二本のグランド配線が配置されている。
また、シングルエンド信号配線131の隣には、グランド配線132が配置されている。すなわち、シングルエンド信号配線131と差動信号配線134との間には、グランド信号配線132及び133という二本のグランド配線が配置されている。
同様に、差動信号配線144及び145の対に関しては、差動信号配線144の隣にグランド配線143が、差動信号配線145の隣にはグランド配線146が配置されている。また、差動信号配線148及び149の対に関しては、差動信号配線148の隣にグランド配線147が、差動信号配線149の隣にグランド配線150が配置されている。すなわち、差動信号配線の対同士の間に、グランド配線146及び147という二本のグランド配線が配置されている。
また、シングルエンド信号配線141の隣には、グランド配線142が配置されている。すなわち、シングルエンド信号配線141と差動信号配線144との間には、グランド信号配線142及び143という二本のグランド配線が配置されている。
本実施形態にかかるプリント配線板に信号電流を流す場合の動作について説明する。
信号配線層30に形成されている差動信号配線134及び135の対に信号電流が流れると、差動信号配線134に流れる信号電流のリターン電流は、グランドプレーン130とグランド配線133とに流れる。また、差動信号配線135に流れる信号電流のリターン電流は、グランドプレーン130とグランド配線136とに流れる。
この際にグランドプレーン130に流れる二つのリターン電流は、対である差動信号電流のリターン電流同士であるから、逆方向の電流が打ち消しあって実際にはグランドプレーン130には電流が殆ど流れない。一方、グランド配線133には、差動信号配線134を流れる信号電流のリターン電流のみが流れ、グランド配線136には、差動信号配線135を流れる信号電流のリターン電流のみが流れる。
また、差動信号配線134及び135の対と同様に、差動信号配線138及び139の対に信号電流が流れると、差動信号配線138に流れる信号電流のリターン電流は、グランドプレーン130とグランド配線137とに流れる。また、差動信号配線139に流れる信号電流のリターン電流は、グランドプレーン130とグランド配線140とに流れる。
この際にグランドプレーン130に流れる二つのリターン電流は、対である差動信号電流のリターン電流同士であるから、逆方向の電流が打ち消しあって実際にはグランドプレーン130には電流が殆ど流れない。一方、グランド配線137には、差動信号配線138を流れる信号電流のリターン電流のみが流れ、グランド配線140には、差動信号配線139を流れる信号電流のリターン電流のみが流れる。
また、シングルエンド信号配線131に信号電流が流れると、その信号電流のリターン電流は、グランドプレーン130とグランド配線132とに流れる。
従って、グランド配線136には、差動信号配線135に流れる信号電流のリターン電流のみが流れ、グランド配線137には、差動信号配線138に流れる信号電流のリターン電流のみが流れる。これにより、差動信号配線135を流れる信号電流のリターン電流と差動信号配線138を流れる信号電流のリターン電流とがグランド配線を共用することは無くなる。
同様に、グランド配線132には、シングルエンド信号配線131のリターン電流のみが流れ、グランド配線133には差動信号配線133に流れる信号電流のリターン電流のみが流れるため、シングルエンド信号配線131を流れる信号電流のリターン電流と差動信号配線134を流れる信号電流のリターン電流とがグランド配線を共用することは無くなる。
さらに、信号配線層32に形成されている差動信号配線144及び145の対に信号電流が流れると、差動信号配線144に流れる信号電流のリターン電流は、グランドプレーン130とグランド配線143とに流れる。また、差動信号配線145に流れる信号電流のリターン電流は、グランドプレーン130とグランド配線146とに流れる。
この際にグランドプレーン130に流れる二つのリターン電流は、対である差動信号電流のリターン電流同士であるから、逆方向の電流が打ち消しあって実際にはグランドプレーン130には電流が殆ど流れない。一方、グランド配線143には、差動信号配線144を流れる信号電流のリターン電流のみが流れ、グランド配線146には、差動信号配線145を流れる信号電流のリターン電流のみが流れる。
また、差動信号配線144及び145の対と同様に、差動信号配線148及び149の対に信号電流が流れると、差動信号配線148に流れる信号電流のリターン電流は、グランドプレーン130とグランド配線147とに流れる。また、差動信号配線149に流れる信号電流のリターン電流は、グランドプレーン130とグランド配線150とに流れる。
この際にグランドプレーン130に流れる二つのリターン電流は、対である差動信号電流のリターン電流同士であるから、逆方向の電流が打ち消しあって実際にはグランドプレーン130には電流が殆ど流れない。一方、グランド配線147には、差動信号配線148を流れる信号電流のリターン電流のみが流れ、グランド配線150には、差動信号配線149を流れる信号電流のリターン電流のみが流れる。
また、シングルエンド信号配線141に信号電流が流れると、その信号電流のリターン電流は、グランドプレーン130とグランド配線142とに流れる。
従って、グランド配線146には、差動信号配線145に流れる信号電流のリターン電流のみが流れ、グランド配線147には、差動信号配線148に流れる信号電流のリターン電流のみが流れる。これにより、差動信号配線145を流れる信号電流のリターン電流と差動信号配線148を流れる信号電流のリターン電流とがグランド配線を共用することは無くなる。
同様に、グランド配線142には、シングルエンド信号配線141のリターン電流のみが流れ、グランド配線143には差動信号配線143に流れる信号電流のリターン電流のみが流れるため、シングルエンド信号配線141を流れる信号電流のリターン電流と差動信号配線144を流れる信号電流のリターン電流とがグランド配線を共用することは無くなる。
このように、本実施形態に係るプリント配線板は、一つのグランド層の両側にそれぞれ設けられた信号配線層に形成された差動信号配線が、同じ信号配線層内の他の差動信号配線やシングルエンド信号配線と干渉することを防止できる。
〔第3の実施形態〕
本発明を好適に実施した第3の実施形態について説明する。本実施形態に係るプリント配線基板は、図1に示した第1の実施形態に係るプリント配線板とほぼ同様である。
ただし、本実施形態にかかるプリント配線板は、絶縁層12、信号配線層11及びグランド配線層13が可撓性を有しており、フレキシブルプリント配線板となっている。
なお、絶縁層12、信号配線層11及びグランド配線層13は、従来のフレキシブルプリント配線板と同様の材料を適用可能である。
各信号配線に信号電流が流れた場合の動作は、第1の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
本実施形態に係るプリント配線板は、可撓性を有するフレキシブルプリント配線板であるため、例えば、折り畳み型電子機器のヒンジ部内を引き回したりすることが可能となる。
本実施形態においては、第1の実施形態と同様の構成に可撓性を持たせた場合について説明したが、第2の実施形態と同様の構成に可撓性を持たせた場合についても同様である。
なお、上記各実施形態は、本発明の好適な実施の一例であり本発明はこれに限定されることはない。
例えば、上記各実施形態においては、シングルエンド信号配線が最も端に配置された場合を例に説明したが、シングルエンド信号配線は必ずしも端に配置する必要は無い。さらには、シングルエンド信号配線は、フレキシブルプリント配線板に配置されていなくても良い。
このように本発明は様々な変形が可能である。
本発明を好適に実施した第1の実施形態にかかるプリント配線板の断面構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第2の実施形態にかかるプリント配線板の断面構成を示す図である。 従来のフレキシブルプリント配線板の断面構成を示す図である。
符号の説明
10、30、32 信号配線層
11、31 グランド配線層
12、32、34 絶縁層
101、131、141 シングルエンド信号配線
102、103、106、107、110、132、133、136、137、140、142、143、146、147、150 グランド配線
104、105、108、109、134、135、138、139、144、145、148、149 差動信号配線
111、130 グランドプレーン

Claims (6)

  1. 信号配線が形成される信号配線層を絶縁体層の一方の面に隣接して備えると共に、接地された配線が形成される接地配線層を前記絶縁体層の他方の面に隣接して備えたプリント配線板であって、
    前記接地配線層には、グランドプレーンが形成され、
    前記信号配線層に形成された差動信号配線対と他の信号配線との間には、前記差動信号配線対の一方を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線と前記他の信号配線を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線とが、少なくとも前記信号配線の中間部と隣接する部分では他の接地配線とは物理的に離れて配置されたことを特徴とするプリント配線板。
  2. 少なくとも一つの差動信号配線対が形成された信号配線層を絶縁体層の一方の面に隣接して備え、接地された配線が形成される接地配線層を前記絶縁体層の他方の面に隣接して備えたプリント配線板であって、
    前記接地配線層にはグランドプレーンが形成されており、
    前記信号配線層に形成された差動信号配線対及び該信号配線層に形成されたシングルエンド信号配線の両脇には、接地配線がそれぞれ設置されており、
    いずれかの差動信号配線対を為す信号配線と、他の差動信号配線対を為す信号配線又はシングルエンド信号配線との間に、前記いずれかの差動信号配線対の一方を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線と前記他の差動信号配線対の一方又は前記シングルエンド配線を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線とが、少なくとも前記信号配線の中間部と隣接する部分では他の接地配線とは物理的に離れて配置されたことを特徴とするプリント配線板。
  3. 前記絶縁体層、前記信号配線層及び前記接地導体層が可撓性を有するフレキシブルプリント配線板であることを特徴とする請求項1又は2記載のプリント配線板。
  4. 接地された配線が形成される接地配線層の一方の面に、信号配線が形成される第1の信号配線層が第1の絶縁体層を介在して設けられ、
    前記接地配線層の他方の面に、信号配線が形成される第2の信号配線層が第2の絶縁体層を介在して設けられたプリント配線板であって、
    前記接地配線層には、グランドプレーンが形成され、
    前記第1及び第2信号配線層に形成された差動信号配線対の各々と、他の信号配線との間には、前記差動信号配線対の一方を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線と前記他の信号配線を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線とが、少なくとも前記信号配線の中間部と隣接する部分では互いに物理的に離れて配置されたことを特徴とするプリント配線板。
  5. 接地された配線が形成される接地配線層の一方の面に、少なくとも一つの差動信号配線対が形成された第1の信号配線層が第1の絶縁体層を介して設けられ、
    前記接地配線層の他方の面に、少なくとも一つの差動信号配線対が形成された第2の信号配線層が第2の絶縁体層を介して設けられたプリント配線板であって、
    前記接地配線層にはグランドプレーンが形成され、
    前記第1及び第2の信号配線層に形成された差動信号配線対及び該信号配線層に形成されたシングルエンド信号配線の各々の両脇には、接地配線がそれぞれ設置されており、
    いずれかの差動信号配線対を為す信号配線と、他の差動信号配線対を為す信号配線又はシングルエンド信号配線との間には、前記いずれかの差動信号配線対の一方を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線と前記他の差動信号配線対の一方又は前記シングルエンド配線を流れる信号電流のリターン電流を流す接地配線とが、少なくとも前記信号配線の中間部と隣接する部分では他の接地配線とは物理的に離れて配置されたことを特徴とするプリント配線板。
  6. 前記絶縁体層、前記第1及び第2の信号配線層並びに前記第1及び第2の接地導体層が可撓性を有するフレキシブルプリント配線板であることを特徴とする請求項4又は5記載のプリント配線板。
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