JP4880360B2 - プリント配線板 - Google Patents

Description

本発明は、多層構造のプリント配線板に関し、特に、ビアホールのスタブによる信号波形の劣化を防止したプリント配線板に関する。

多層プリント配線板において、ビアホール（単にビア（ＶＩＡ）ともいう）にて信号の層間移動を行う場合、表層から反対側の表層への移動でない限り、ビアによるスタブ（配線分岐）が形成される。

図９に、従来のプリント配線板の断面を示す。
このプリント配線板は、六層構造の多層配線基板である。
配線層の構成は、
Ｌ１（第１層）：信号層（主に信号線を配線）
Ｌ２（第２層）：接地層
Ｌ３（第３層）：信号層（主に信号線を配線）
Ｌ４（第４層）：信号層（主に信号線を配線）
Ｌ５（第５層）：電源層
Ｌ６（第６層）：信号層（主に信号線を配線）
である。

図１０に示すように、中央に設けられたビアによって、第１層のＡ点から第３層のＢ点への信号線路が形成されている。

図１１から図１５を用いて、従来のプリント配線板における信号波の流れを説明する。

図１１に示すように、不図示のスイッチング素子などの動作によってＡ点からＢ点へ向かう信号が発生すると、発生した信号はビアに進入する。図１２に示すように、ビアへ進入した信号は、第３層において、Ｂ点へ向かう信号とビアに流れる信号とに分岐する。
ビア側へ流れた信号は、図１３に示すようにビアのホール端（第６層）に到達する。ビアのホール端に到達した信号は、行き場がないため図１４に示すように、エネルギーを消費することなくビアを戻ろうとする（換言すると反射される）。
図１５に示すように、ホール端で反射されて戻ってきた信号は、スタブ長の２倍（往復分）遅れた位相で、直接Ｂ点へ向かう信号に重畳する。ホール端で反射されて戻ってきた信号と直接Ｂ点へ向かう信号との位相が一致しなければ（スタブ長の２倍が信号の波長の整数倍でなければ）、信号波形が乱れ波形品質が悪化する。

上記のように、ビアのスタブでの信号の反射は、信号波形を変形させる原因、ひいては回路の誤動作の原因となる。これらの影響は、高速信号（高周波信号）の場合、より顕著に表れる。

ビアのスタブによる信号波形の変形を防ぐことを目的とする従来技術として、特許文献１に開示される発明がある。特許文献１に開示される発明は、ビアの信号線路とは無関係の部分（ビアの不要部分：スタブ部）をドリルで削り、配線分岐そのものが存在しないようにすることで信号波形の変形を防いでいた。
特開２００５−１１６９４５号公報

スタブ部をドリルで削る作業は、通常のプリント配線板の製造工程では対応できない。
よって、特許文献１に開示される手法を適用しようとするならば、スタブ部を削るための冶具や加工装置を用意せねばならないし、作業工数も増加してしまう。

しかも、スタブ部を削る作業は、対象となるスタブ部の長さに応じて削る量（削る深さ）が異なるため、高い精度が要求される作業である。このため、作業ミスによってプリント配線板を破損する恐れもある。

このように、従来のプリント配線板は、高周波回路に用いると信号波形が変形して誤作動を起こす恐れがあり、その原因となるビアの不要部分を除去することが容易ではないという問題があった。

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、従来のプリント配線板の製造設備を用いて製造可能で、信号波形の変形を防止したプリント配線板を提供することを目的とする。

本発明のプリント配線板は、少なくとも３層構造の配線層を備え、両表面間を電気的に接続するビアホールを用いて複数の前記配線層にまたがる伝送線路を形成したプリント配線板であって、
伝送線路の形成に用いる前記ビアホールは、伝送線路の形成に用いない表面層のホール端直近に配置された抵抗素子の一方の端子に電気的に接続されて、該抵抗素子の他方の端子は接地、又は接地電位と低インピーダンスで接続されている線路と電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明のプリント配線板は、いずれか一方の表面の配線層から前記ビアホールを介して内側の配線層で形成される伝送線路においては、伝送線路の形成に用いる該ビアホールは、他方の表面のホール端直近に配置された抵抗素子の一方の端子に電気的に接続されていることを特徴とする。
また、本発明のプリント配線板は、少なくとも４層構造の配線層を備えて両表面の配線層を用いずに前記ビアホールを介して内側の配線層で形成される伝送線路においては、伝送線路の形成に用いる該ビアホールは、両表面においてホール端直近に配置された抵抗素子の一方の端子に電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明のプリント配線板は、前記抵抗素子が、表面実装されたことを特徴とする。
また、本発明のプリント配線板は、前記抵抗素子が、印刷によって形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、従来のプリント配線板の製造設備を用いて製造可能で、信号波形の変形を防止したプリント配線板を提供できる。

本発明の好適な実施の形態について説明する。図１に、本実施形態にかかるプリント配線板の断面を示す。
このプリント配線板は、六層構造の多層配線基板である。
配線層の構成は、
Ｌ１（第１層）：信号層（主に信号線を配線）
Ｌ２（第２層）：接地層
Ｌ３（第３層）：信号層（主に信号線を配線）
Ｌ４（第４層）：信号層（主に信号線を配線）
Ｌ５（第５層）：電源層
Ｌ６（第６層）：信号層（主に信号線を配線）
である。

従来のプリント配線板と同様に、中央に設けられたビアによって、第１層のＡ点から第３層のＢ点への信号線路が形成されている。

図２に示すように、信号層６のビア直近には終端抵抗を設け、ビアのスタブ部を開放端では無くしている。

図３から５を用いて、本実施形態にかかるプリント配線板における信号波の流れを示す。
図３に示すように、不図示のスイッチング素子などの動作によって、Ａ点からＢ点へ向かう信号が発生すると、その信号はビアに進入する。ビアへ進入した信号は、第３層において、Ｂ点へ向かう信号とスタブ部に流れる信号とに分岐する。
図４に示すように、ビアのホール端へ到達した信号は、第６層の配線を伝わって終端抵抗へと流れる。
図５に示すように、終端抵抗へと流れた信号は、終端抵抗においてエネルギーが消費されるため、反射されて分岐点側へ戻ることがない。

終端抵抗を設けてスタブ部の影響を抑制することの効果について説明する。ここでは、高速信号の波形評価方法の一つである「アイパターン」を用いて波形を評価するものとする。
アイパターン法における「アイ（目玉）」とは、波形中央の開口部を指し、アイの大きさで波形を評価する。理想波形である方形に近い良好な信号であれば目玉ははっきりと開いて見え、波形が崩れるに従ってアイが閉じたように見える。

図６に、ビアの直近に終端抵抗を配置して、スタブ部の影響を抑制した場合のアイパターンを示す。比較のため、図７に、ビアによるスタブ部の影響がある場合のアイパターンを示す。

二つのアイパターンを比較すると、ビアによるスタブ部の影響がある場合（図７）に比べ、ビアの直近に終端抵抗を配置してスタブ部の影響を抑制した場合（図６）の方が、アイの開口部が広くなっており、終端抵抗を配置することによる効果が現れていることが確認できる。

なお、図８に示すように、終端抵抗としてリード部品を用いると、リード部にて信号線路の分岐が形成され、信号の反射が起こって信号品質を悪化させる場合がある。例えば、図８に示す例では、信号層Ｌ６から信号層Ｌ３に向かう信号線路において、終端抵抗のリード部のプリント配線板から突出した部分が信号線路の分岐を形成し、波形劣化の原因となっている。
このため、終端抵抗は、チップ部品を用いるか、プリント配線板に印刷によって形成すると好ましい。これにより、リード部による分岐が形成されることは無くなり、信号の反射は起こらない。また、終端抵抗を印刷によって形成することにより、実装作業が不要となり、生産性の向上を図れる。

終端抵抗の一端（ビアに接続される側とは反対側の端）は、グラウンドに接続されていると波形品質の悪化防止の効果が高まるが、グラウンドと低インピーダンスで接続されている線路、例えば電源に接続されていても同様の効果が得られる。

このように、スタブ部に終端抵抗を配置することにより、スタブ部に流れた信号のエネルギーが終端抵抗で消費され、信号が反射しなくなる。これにより、信号波形の劣化を防止できる。
また、終端抵抗の配置等は従来のプリント配線板の製造工程、レイアウト手法で対応可能であるため、プリント基板の品質を落とすこと無く製造できる。

なお、上記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、上記実施形態では、ビアによって接続すべき配線層の一方のみが表面の配線層でない場合を例としたが、表面の配線層では無い配線層同士を接続する場合（例えば、信号層Ｌ３と信号層Ｌ４とを接続する場合）にも本発明は適用可能である。この場合には、信号層Ｌ１及び信号層Ｌ６のそれぞれに終端抵抗を配置すればよい。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

本発明の好適な実施の形態にかかるプリント配線板の層構成を示す図である。 本発明の好適な実施の形態にかかるプリント配線板の終端抵抗が配置された側の表層を示す図である。 本発明の好適な実施の形態にかかるプリント配線板に信号が流れる状態を示す図である。 本発明の好適な実施の形態にかかるプリント配線板に信号が流れる状態を示す図である。 本発明の好適な実施の形態にかかるプリント配線板に信号が流れる状態を示す図である。 本発明の好適な実施の形態にかかるプリント配線板のアイパターンを示す図である。 従来のプリント配線板のアイパターンを示す図である。 終端抵抗としてリード部品を適用した状態を示す図である。 従来のプリント配線板の層構成を示す図である。 従来のプリント配線板に形成された信号線路を示す図である。 従来のプリント配線板に信号が流れる状態を示す図である。 従来のプリント配線板に信号が流れる状態を示す図である。 従来のプリント配線板に信号が流れる状態を示す図である。 従来のプリント配線板に信号が流れる状態を示す図である。 従来のプリント配線板に信号が流れる状態を示す図である。

符号の説明

１、１１ プリント配線板
２、１２ ビア
３ 終端抵抗

Claims (5)

1. 少なくとも３層構造の配線層を備え、両表面間を電気的に接続するビアホールを用いて複数の前記配線層にまたがる伝送線路を形成したプリント配線板であって、
   伝送線路の形成に用いる前記ビアホールは、伝送線路の形成に用いない表面層のホール端直近に配置された抵抗素子の一方の端子に電気的に接続されて、該抵抗素子の他方の端子は接地、又は接地電位と低インピーダンスで接続されている線路と電気的に接続されていることを特徴とするプリント配線板。
2. いずれか一方の表面の配線層から前記ビアホールを介して内側の配線層で形成される伝送線路においては、伝送線路の形成に用いる該ビアホールは、
   他方の表面のホール端直近に配置された抵抗素子の一方の端子に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
3. 少なくとも４層構造の配線層を備えて両表面の配線層を用いずに前記ビアホールを介して内側の配線層で形成される伝送線路においては、伝送線路の形成に用いる該ビアホールは、
   両表面においてホール端直近に配置された抵抗素子の一方の端子に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
4. 前記抵抗素子が、表面実装されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のプリント配線板。
5. 前記抵抗素子が、印刷によって形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のプリント配線板。

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