JP5846620B2

JP5846620B2 - 交流結合用コンデンサ及び交流結合用コンデンサの製造方法

Info

Publication number: JP5846620B2
Application number: JP2009024689A
Authority: JP
Inventors: 純一土田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: JP2010182856A

Description

本発明は交流結合用コンデンサ及び交流結合用コンデンサの製造方法に関し、特に高速伝送に用いる交流結合用コンデンサ及び交流結合用コンデンサの製造方法に関する。

コンピュータやその周辺装置の性能向上に伴い、装置内部の信号伝送の周波数は年々上昇している。例えば、１０Ｇｂｐｓから数１０Ｇｂｐｓクラスの伝送速度が要求されるアプリケーションも出てきている。

そのような高速伝送では直流成分をカットし、信号成分の高周波信号のみを通過させる交流結合（ＡＣ結合）が一般的に行われている。
交流結合には、配線上に直列にコンデンサを挿入することで実現する。しかし、一般的なセラミックコンデンサ等はコンデンサ自身が持つリード線や電極パタンによるインダクタ成分により所望の特性が得られなくなっている。

具体的にいうと、コンデンサの周波数特性は理想的には、図６に示すように周波数が上昇するほどインピーダンスが小さくなる。しかし、実際にはコンデンサのインダクタ成分により、ある周波数以上になると図７に示すようにインピーダンスが増加していく。この周波数は、一般的なコンデンサでは数１００ＭＨｚから数ＧＨｚ程度である。このようなコンデンサを数１０Ｇｂｐｓクラスの高速伝送の交流結合用として、配線上に直列に挿入すると、信号成分が減衰し、信号伝送が困難となる課題があった。また、周波数特性の優れた特殊なコンデンサは数１００円と高価である。さらに、コンデンサを基板表面上に実装するためには、配線を表面層に出す必要があり、ビアホールやスルーホールのインピーダンスミスマッチにより信号伝送へ影響を受ける。

セラミックコンデンサ等を用いることなく、コンデンサを形成する技術としては、以下の関連技術がある。
特許文献１の関連技術は、上下に隣接する信号層（配線層）間の配線に設けられたパッドと、当該パット間の強誘電体層とでコンデンサを形成している。
特許文献２の関連技術は、同一配線層内に、信号成分に含まれる第１直流電圧が供給される第１配線と、信号成分に含まれる第２直流電圧が供給される第２配線とを、近接して配置し、第１配線と第２配線との間の基板を誘電体としてコンデンサを形成している。

特開２０００−３２３８０１号公報特開２００２−１００７３２号公報

特許文献１の関連技術は、上下に隣接する配線層を用いてコンデンサを形成している。すなわち、コンデンサを形成するために、複数の配線層を必要とする。また、特許文献１の関連技術は、高速伝送に用いる交流結合用コンデンサではない。つまり、特許文献１の関連技術は、セラミックコンデンサ等を高速伝送に用いる交流結合用コンデンサとした際に、上述したように高周波領域において当該コンデンサが機能しなくなる課題に注目していない。

特許文献２の関連技術も、高速伝送に用いる交流結合用コンデンサではない。つまり、特許文献２の関連技術も、セラミックコンデンサ等を高速伝送に用いる交流結合用コンデンサとした際に、上述したように高周波領域において当該コンデンサが機能しなくなる課題に注目していない。

本発明の目的は、上述した課題を解決する交流結合用コンデンサ及び交流結合用コンデンサの製造方法を提供することにある。

本発明の交流結合用コンデンサは、高速伝送に用いる交流結合用コンデンサであって、同一配線層内に、信号成分に含まれる第１直流電圧が供給される第１配線と、信号成分に含まれる第２直流電圧が供給される第２配線とを、近接して配置しており、前記第１配線と前記第２配線との間の基板を誘電体とする。

本発明の交流結合用コンデンサの製造方法は、高速伝送に用いる交流結合用コンデンサの製造方法であって、同一配線層内に、信号成分に含まれる第１直流電圧が供給される第１配線と、信号成分に含まれる第２直流電圧が供給される第２配線とを、近接して配置し、前記第１配線と前記第２配線との間の基板を誘電体とする。

本発明によれば、高速伝送に良好に用いることができる交流結合用コンデンサ及び交流結合用コンデンサの製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１の交流結合用コンデンサの使用形態を概略的に示すブロック図である。本発明の実施の形態１の交流結合用コンデンサを概略的に示す平面図である。本発明の実施の形態１の交流結合用コンデンサを拡大して示す斜視図である。本発明の実施の形態１の交流結合用コンデンサにおいて、コンデンサとして機能する部分を概略的に示す平面図である。参考例の交流結合用コンデンサを概略的に示す平面図である。セラミックコンデンサ等の理想的な周波数特性を示す図である。セラミックコンデンサ等の現実的な周波数特性を示す図である。

本発明に係る交流結合用コンデンサ及び交流結合用コンデンサの製造方法の実施の形態について説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１を説明する。
本実施の形態の交流結合用コンデンサ１は、図１に示すように、例えば、送信回路２と受信回路３との間に、第１配線４と第２配線５とを介して直列に挿入される。この交流結合用コンデンサ１は、高速伝送に用いる交流結合用コンデンサであり、直流信号をカットし交流信号を通過するために用いられる。

交流結合用コンデンサ１及び交流結合用コンデンサ１の製造方法は、図２及び３に示すように、プリント配線基板６上の同一配線層７内に、第１配線４と、第２配線５とを所定の長さ近接して配置した。第１配線４には、送信回路２から出力される第１直流電圧と第１交流電圧とが供給される。第２配線５には、受信回路３から入力端子に設定された第２直流電圧と、交流結合用コンデンサ１を介して送信回路２から与えられる第２交流電圧と、が供給される。

第１配線４と第２配線５とが近接する間の部分におけるプリント配線基板６を誘電体とした。その結果、図４に示すように、第１配線４と第２配線５とを近接して配置した部分は、交流結合用コンデンサとして機能させることができる。すなわち、高速伝送に用いる交流結合用コンデンサとして、セラミックコンデンサ等を用いないので、高周波領域においても良好にコンデンサとして機能させることができる。特に、当該交流結合用コンデンサ１を、１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送が要求されるアプリケーションに用いても良好にコンデンサとして機能させることができる。一方、交流結合用コンデンサ１は、低周波領域においてはイコライズ効果を発揮する。

しかも、交流結合用コンデンサ１は、セラミックコンデンサ等を基板表面上に実装する必要がないため、セラミックコンデンサ等と配線層とを接続するビヤホールやスルーホールを省略することができる。そのため、ビヤホールやスルーホールのインピーダンスミスマッチによる信号伝送への影響を軽減することができる。

しかも、第１配線４と第２配線５とを同一配線層内に配置したので、交流結合用コンデンサを最小限の基板層数で実現することができる。さらに交流結合用コンデンサを小さなスペースで、少ない部品点数で実現することができる。そのため、交流結合用コンデンサを小型化することができる。

ここで、交流結合用コンデンサ１のコンデンサ容量（Ｃ）は、以下の式の通り、プリント配線基板６の比誘電率（Ｅ_ｒ）、対向面積（Ｓ＝Ｌ×ｔ）、第１配線４と第２配線５との間隔（ｄ）によって決まる。
Ｃ＝Ｅ_０×Ｅ_ｒ×（Ｓ／ｄ）
但し、Ｅ_０：真空の誘電率（８．８５Ｅ−１２Ｆ／ｍ）、Ｌ：第１配線４と第２配線５とが相互に隣接する長さ、ｔ：第１配線４及び第２配線５の膜厚

そこで、交流結合用コンデンサ１のコンデンサ容量Ｃを大きくするために、第１配線４と第２配線５とが相互に隣接する長さＬを長くすることが好ましい。しかし、第１配線４と第２配線５とを単に並列に配置しただけでは、交流結合用コンデンサ１を形成するために、広いスペースを必要とする。

そのため、本実施の形態では、第１配線４の端部を平面視略Ｌ字形状としている。つまり、第１配線４における第２配線５の端部と近接させる部分４ａの中心線Ｔ１は、当該近接させる部分４ａの直前部分４ｂの中心線Ｔ２に対して略平行で、且つ重ならないように、図２の紙面上では上方にずれて配置している。第１配線４における第２配線５の端部と近接させる部分４ａは、少なくても長さＬを有する。

また、第２配線５の端部も平面視略Ｌ字形状としている。つまり、第２配線５における第１配線４の端部と近接させる部分５ａの中心線Ｔ３は、当該近接させる部分５ａの直前部分５ｂの中心線Ｔ４に対して略平行で、且つ重ならないように、図２の紙面上では下方にずれて配置している。第２配線５における第１配線４の端部と近接させる部分５ａは、少なくとも長さＬを有する。

第１配線４の端部と第２配線５の端部とは、相互を噛み合わせるように配置して所定の長さ近接させている。つまり、第１配線４の端部を略Ｌ字形状とすることによって形成された空隙部分４ｃに、第２配線５における第１配線４と近接させる部分５ａが配置されている。このとき、第２配線５における第１配線４と近接させる部分５ａは、第１配線４における第２配線５と近接させる部分４ａと所定の間隔ｄを開けて平行で、且つ長さＬ近接している。

第２配線５の端部を略Ｌ字形状とすることによって形成された空隙部分５ｃに、第１配線４における第２配線５と近接させる部分４ａが配置されている。このとき、第１配線４における第２配線５と近接させる部分４ａは、第２配線５における第１配線４と近接させる部分５ａと所定の間隔ｄを開けて平行で、且つ長さＬ近接している。

そのため、第１配線４における第２配線５と近接させる部分の直前部分４ｂと、第２配線５における第１配線４と近接させる部分の直前部分５ｂとを、当該間隔ｄ分ずらせて配置する必要がない。よって、少ないスペースで交流結合用コンデンサ１を形成することができる。

ちなみに、各種パラメータＥ_０、ｄ、Ｌ、ｔは、コンデンサ容量Ｃやプリント配線基板の設計条件などによって、適宜変更させる。例えば、微細配線が可能なビルドアップ基板（比誘電率：Ｅｒ＝３．５）を想定した場合、第１配線４と第２配線５とが相互に隣接する長さＬを３０ｍｍ、第１配線４及び第２配線５の膜厚ｔを２０μｍ、第１配線４と第２配線５との間隔ｄを１０μｍとした場合のコンデンサ容量は、１．９ｐＦ程度となる。この場合、信号伝送が４０Ｇｂｐｓでは、インピーダンスが４Ω程度となる。低い周波数成分はインピーダンスが高くなるが、これはイコライズの効果を発揮する。

＜参考例＞
参考例を説明する。
本参考例の交流結合用コンデンサ１００は、上記実施の形態１の交流結合用コンデンサ１と略同様の構成とされているが、第１配線４及び第２配線５の端部の形状のみが異なる。そのため、重複する説明は省略する。

すなわち、交流結合用コンデンサ１００は、図５に示すように、第１配線４の端部に矩形状の凹み部４ｄを形成している。当該凹み部４ｄは、第１配線４と第２配線５とを近接させる長さＬよりも若干深い。第２配線５の端部は、第１配線４の凹み部４ｄ内に嵌め込まれている部分の幅寸法が縮小されており、当該凹み部４ｄより小さな矩形状の凸部５ｄとされている。第２配線５の凸部５ｄが第１配線４の凹み部４ｄ内に嵌め込んだ配置とすることで、第２配線５の凸部５ｄと第１配線４の凹み部４ｄとの間に所定の間隔ｄが形成され、且つ第１配線４と第２配線５とが所定の長さＬ近接する。このような形態とすることで、より小さなスペースで交流結合用コンデンサを形成することができる。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、図２において第１配線４を上側に、第２配線５を下側に配置しているが、逆の配置でも同様に実施できる。また、上記実施の形態では、第１配線４の端部に凹み部４ｄを形成し、当該凹み部４ｄに第２配線５の端部を嵌め込んだ配置としているが、逆の配置でも良い。また、当該嵌合形状は一つに限らず、複数個あっても良い。

１交流結合用コンデンサ
２送信回路
３受信回路
４第１配線
４ａ第２配線と近接する部分
４ｂ第２配線と近接する部分の直前部分
４ｃ略Ｌ字形状とすることによって形成された空隙部分
４ｄ凹み部
５第２配線
５ａ第１配線と近接する部分
５ｂ第１配線と近接する部分の直前部分
５ｃ略Ｌ字形状とすることによって形成された空隙部分
５ｄ凸部
６プリント配線基板
７同一配線層
１００交流結合用コンデンサ

Claims

１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられ、
同一配線層内に、信号成分に含まれる第１直流電圧が供給される第１配線と、信号成分に含まれる第２直流電圧が供給される第２配線とを、近接して配置しており、前記第１配線と前記第２配線との間の基板を誘電体とする交流結合用コンデンサであって、
前記第１配線は、前記第２配線の端部と近接させる部分（４ａ）と、前記部分（４ａ）の中心線（Ｔ１）と略平行な中心線（Ｔ２）を有する部分（４ｂ）と、を備え、前記第１配線の端部が略Ｌ字形状に形成され、
前記第２配線は、前記第１配線の端部と近接させる部分（５ａ）と、前記部分（５ａ）の中心線（Ｔ３）と略平行な中心線（Ｔ４）を有する部分（５ｂ）と、を備え、前記第２配線の端部が略逆Ｌ字形状に形成され、
前記第１配線の端部を略Ｌ字形状とすることによって形成された空隙部分に、前記第２配線における前記第１配線と近接させる部分が配置され、前記第２配線の端部を略逆Ｌ字形状とすることによって形成された空隙部分に、前記第１配線における前記第２配線と近接させる部分が配置されることで、前記第１配線の端部と前記第２配線の端部とを相互に噛み合わせるように配置して所定の長さ近接させ、
前記第１配線の中心線（Ｔ２）と前記第２配線の中心線（Ｔ４）とは、略平行であって、且つ前記第１配線の中心線（Ｔ２）が前記第２配線の中心線（Ｔ４）に対して当該第２配線における前記第１配線の端部と近接させる部分（５ａ）の中心線（Ｔ３）側に配置されて、前記第１配線の中心線（Ｔ２）と前記第２配線の中心線（Ｔ４）とが重ならないように配置され、前記第１配線における前記第２配線の端部と近接させる部分（４ａ）の中心線（Ｔ１）と前記第２配線における前記第１配線の端部と近接させる部分（５ａ）の中心線（Ｔ３）との間に前記第１配線の中心線（Ｔ２）と前記第２配線の中心線（Ｔ４）とが配置されている、交流結合用コンデンサ。
１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられ、
同一配線層内に、信号成分に含まれる第１直流電圧が供給される第１配線と、信号成分に含まれる第２直流電圧が供給される第２配線とを、近接して配置し、前記第１配線と前記第２配線との間の基板を誘電体とする交流結合用コンデンサの製造方法であって、
前記第１配線は、前記第２配線の端部と近接させる部分（４ａ）と、前記部分（４ａ）の中心線（Ｔ１）と略平行な中心線（Ｔ２）を有する部分（４ｂ）と、を備え、前記第１配線の端部を略Ｌ字形状に形成する工程と、
前記第２配線は、前記第１配線の端部と近接させる部分（５ａ）と、前記部分（５ａ）の中心線（Ｔ３）と略平行な中心線（Ｔ４）を有する部分（５ｂ）と、を備え、前記第２配線の端部を略逆Ｌ字形状に形成する工程と、
前記第１配線の端部を略Ｌ字形状とすることによって形成された空隙部分に、前記第２配線における前記第１配線と近接させる部分を配置し、前記第２配線の端部を略逆Ｌ字形状とすることによって形成された空隙部分に、前記第１配線における前記第２配線と近接させる部分を配置することで、前記第１配線の端部と前記第２配線の端部とを互いに噛み合わせる工程と、を備え、
前記第１配線の中心線（Ｔ２）と前記第２配線の中心線（Ｔ４）とは、略平行であって、且つ前記第１配線の中心線（Ｔ２）が前記第２配線の中心線（Ｔ４）に対して当該第２配線における前記第１配線の端部と近接させる部分（５ａ）の中心線（Ｔ３）側に配置されて、前記第１配線の中心線（Ｔ２）と前記第２配線の中心線（Ｔ４）とが重ならないように配置され、前記第１配線における前記第２配線の端部と近接させる部分（４ａ）の中心線（Ｔ１）と前記第２配線における前記第１配線の端部と近接させる部分（５ａ）の中心線（Ｔ３）との間に前記第１配線の中心線（Ｔ２）と前記第２配線の中心線（Ｔ４）とを配置する、交流結合用コンデンサの製造方法。