JP6293038B2 - 多層回路基板 - Google Patents
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Description
実施の形態1.
図1〜6はこの発明の実施の形態1に係る多層回路基板1の各配線層の高周波伝送線路同士を接続する接続線路近傍の構成を示している。
多層回路基板1は、3GHzから30GHzまでのマイクロ波や、30GHzから300GHzまでのミリ波の信号処理を行う電子機器に使用するものである。この多層回路基板1は、図1〜6に示すように、樹脂、セラミック、アルミナ(酸化アルミニウム)等の複数の誘電体基板11に形成された複数の配線層から構成されている。この配線層には、銅、金、その他の金属の導電パターンによって高周波伝送線路である信号配線12及び接地導体であるGNDパターン13が形成されている。以下では、積層された多層回路基板1の一部である3層の誘電体基板11(第1〜第3の誘電体基板11a〜11c)に形成された配線層を例に採って、実施の形態1の多層回路基板1について説明する。
同様に、図4に示すように、第3の誘電体基板11cの上面に形成された第4の配線層(第2のGND層)には、接地導体であるGNDパターン13が形成されている。
領域確定線は、図2〜4に示すように、信号配線12の延在方向に垂直かつGNDパターン13の形成されている基板面上の直線であり、導電性ビア14の中心Pを通過する位置にある線B−B’である。図2〜4に示す領域確定線は、導電性ビア14及びGNDビア15を二分するように設定されている。そして、クリアランス領域161は、線B−B’に対して隣接する配線層の信号配線12が形成されている側の領域に位置し、クリアランス領域162は、線B−B’に対して隣接する配線層の信号配線12が形成されていない側の領域に位置している。
まず、クリアランス領域162の面積は、クリアランス領域161の面積よりも大きくなるように設定される。ここで、導電性ビア14を半径R2とすると、クリアランス領域161はその半径R0で示された線B−B’までの領域内部を指し、クリアランス領域162は導電性ビア14を中心とする同心円の半径R3で示された線B−B’までの領域内部を指す。また、半径R0にあたるクリアランス領域161は、必ず信号配線12の直下の領域を含むものとして設定される。一方、半径R3にあたるクリアランス領域162は、必ず信号配線12の直下の領域を含まないものとする。例えば、図8〜10に示すクリアランス領域161,162の変形例では、前述の半径R0,R3にあたるクリアランス領域161,162の制約を満たしている範囲の任意形状で本発明の効果を得られる。
クリアランス領域161の半径R0は、接地導体から絶縁するため、必然的に導電性ビア14の半径R2より大きくなければならない。また、GNDビア15の位置はGNDパターン13を導通させなければならないことから、半径R0の円に接する位置又は外側に位置する必要がある。加えて、一般的に導電性ビア14両端には半径R1のパッド部分141が設けられ、GNDビア15両端にも半径R4のパッド部分151が設けられている。したがって、半径R0は、導電性ビア14、GNDパターン13及びGNDビア15が分離して接地される構成を実現可能な半径として設定される。また、図2における線B−B’で二分されるクリアランス領域161は、信号配線12及びGNDパターン13を有するマイクロストリップ線路と、導電性ビア14及びGNDビア15を有する疑似同軸型の接続線路との間で、インピーダンスを整合するためのインピーダンス調整部を構成する。以上から、導電性ビア14の中心からGNDビア15の中心までの間隔をdとすると、半径R0の取るべき値及び関係性はR2<R1<R0<d−R4<d−R5<R3となる。
クリアランス領域162の半径R3は、領域確定線B−B’の信号配線12が形成されていない側における導電性ビア14とGNDパターン13との最短距離である。
以上より、第2の配線層におけるクリアランス領域162によって、線B−B’で分かれた信号配線12が形成されていない領域に対する高周波信号の信号伝送時のエネルギー漏洩を改善することが可能になる。
前提として、ここで説明するクリアランス領域161,162は、図2で説明したクリアランス領域161,162と線B−B’を境界に対称関係にある。また、クリアランス領域162の面積は、クリアランス領域161の面積よりも大きくなるように設定される。また、図4における線B−B’で二分されるクリアランス領域161は、信号配線12及びGNDパターン13を有するマイクロストリップ線路と、導電性ビア14及びGNDビア15を有する疑似同軸型の接続線路との間で、インピーダンスを整合するためのインピーダンス調整部を構成する。第2の配線層におけるクリアランス領域162と同様に、第4の配線層においても、クリアランス領域162によって線B−B’で分かれた信号配線12が形成されていない領域の層間に対する高周波信号の信号伝送時のエネルギー漏洩を改善することが可能になる。
一方で、本発明に係る多層回路基板1の場合には、クリアランス領域162の半径R3により上記の平行平板モードの発生が抑制され、40GHz帯の伝送特性の落ち込みを大幅に改善していることがわかる。
信号配線12が形成されている側のクリアランス領域161は、図2の場合と同じく、導電性ビア14を中心とした半径R0の同心円の内部領域であり、領域確定線B−P−B’に対して図8の左側の領域で構成された領域である。したがって、信号配線12が形成されていない側のクリアランス領域162は、導電性ビア14を中心とする半径R3の同心円の内部領域のうち、領域確定線B−P−B’に対して図8の右側の領域で構成される。本発明による不要伝搬の抑制効果は、クリアランス領域162の半径R3が及ぶ範囲に適用される。したがって、この変形例の場合は、角θ方向に対する導電性ビア14とGNDパターン13の電気的結合が抑制され、同方向への不要伝搬が抑制される効果が得られる。以上より、実施の形態1に関しては、角θ=180°とした実施例であるといえる。
信号配線12が形成されている側のクリアランス領域161は、図2の場合と同じく、導電性ビア14を中心とした半径R0の同心円の内部領域であり、領域確定線B−P−B’に対して図9の左側の領域で構成された領域である。したがって、信号配線12が形成されていない側のクリアランス領域162は、導電性ビア14を中心とする半径R3の同心円の内部領域のうち、領域確定線B−P−B’に対して図9の右側の領域で構成される。本発明による不要伝搬の抑制効果は、クリアランス領域162の半径R3が及ぶ範囲に適用される。したがって、この変形例の場合は、角θ方向に対する導電性ビア14とGNDパターン13の電気的結合が抑制され、同方向への不要伝搬が抑制される効果が得られる。
信号配線12が形成されている側のクリアランス領域161は、図2の場合と同じく、導電性ビア14を中心とした半径R0の同心円の内部領域であり、領域確定線C−P−C’に対して図10の左側の領域で構成された領域である。したがって、信号配線12が形成されていない側のクリアランス領域162は、導電性ビア14を中心とする半径R3の同心円の内部領域のうち、領域確定線C―P―C’に対して図10の右側の領域で構成される。本発明による不要伝搬の抑制効果は、クリアランス領域162の半径R3が及ぶ範囲に適用される。したがって、この変形例の場合は、角θ方向に対する導電性ビア14とGNDパターン13の電気的結合が抑制され、同方向への不要伝搬が抑制される効果が得られる。以上より、実施の形態1に関しては、角θ=180°かつφ=0°とした実施例であるといえる。
以下では、積層された多層回路基板1の一部である2N+1層の誘電体基板11に形成された配線層を例に採って、実施の形態2の多層回路基板1について説明する。
図11はこの発明の実施の形態2に係る多層回路基板1の概略的な構成を示す断面図であり、信号配線12が第1層から第2N+1層まで接続される構成を例示している。なお、図11の断面は、図1の線A−A’に相当する部分断面図である。
図12〜17はこの発明の実施の形態3に係る多層回路基板1の各配線層の差動方式における高周波伝送線路同士を接続する接続線路近傍の構成を示している。以下では、積層された多層回路基板1の一部である3層の誘電体基板11(第1〜第3の誘電体基板11a〜11c)に形成された配線層を例に採って、実施の形態3の多層回路基板1について説明する。
同様に、図15に示すように、第3の誘電体基板11cの上面に形成された第4の配線層(第2のGND層)には、接地導体であるGNDパターン13が形成されている。
領域確定線は、図13〜15に示すように、信号配線12の延在方向(線A−A’方向)に垂直かつGNDパターン13の形成されている基板面上の直線であり、導電性ビア14の各中心を通過する位置にある線B−B’である。つまり、図13〜15に示す領域確定線は、導電性ビア14を二分するように設定されている。そして、クリアランス領域161は、線B−B’に対して隣接する配線層の信号配線12が形成されている側の領域に位置し、クリアランス領域162は、線B−B’に対して隣接する配線層の信号配線12が形成されていない側の領域に位置する。
まず、差動方式の信号配線12の対称線(線A−A’)を境にして、クリアランス領域162における導電性ビア14の中心からGNDパターン13までの距離が、クリアランス領域161における導電性ビア14の中心からGNDパターン13までの距離よりも大きくなるように設定される(図13の例では、クリアランス領域162の面積が、クリアランス領域161の面積よりも大きく設定されている)。ここで、導電性ビア14を半径R2とすると、クリアランス領域161はその半径R6で示された半長円形の線B−B’までの領域内部を指し、クリアランス領域162は導電性ビア14を中心とする同心円の半径R7で示された線B−B’までの領域を含む領域内部を指す(図13の例では、線A−A’と線B−B’との交点を中心とする半円の領域内部をクリアランス領域162としている)。また、クリアランス領域161は、必ず信号配線12の直下の領域を含むものとして設定される。一方、クリアランス領域162は、必ず信号配線12の直下の領域を含まないものとする。この制約を満たしているならば、クリアランス領域162は任意の形状で本発明の効果を得られる。
クリアランス領域161の半径R6は、接地導体から絶縁するため、必然的に導電性ビア14の半径R2より大きくなければならない。また、もし導電性ビア14の周囲にGNDビア15を配置するならば、その位置はGNDパターン13を導通させなければならないことから、半径R6の長円に接する位置又は外側になる必要がある。加えて、一般的に導電性ビア14両端には半径R1のパッド部分141が設けられ、GNDビア15両端にも半径R4のパッド部分151が設けられている。したがって、半径R6は、導電性ビア14、GNDパターン13及びGNDビア15が分離して接地される構成を実現可能な半径として設定される。また、図13における線B−B’で二分されるクリアランス領域161は、信号配線12及びGNDパターン13を有するマイクロストリップ線路の差動方式のインピーダンス調整部を構成する。以上から、クリアランス領域161の半径R6の取るべき値及び関係性はR2<R1<R6となる。
クリアランス領域162の半径R7は、導電性ビア14の中心とGNDパターン13との最短距離である。
以上より、第2の配線層におけるクリアランス領域162によって、線B−B’で分かれた信号配線12が形成されていない領域に対する高周波差動信号の信号伝送時のエネルギー漏洩を改善することが可能になる。
前提として、ここで説明するクリアランス領域161,162は、図13で説明したクリアランス領域161,162と線B−B’を境界に対称関係にある。また、差動方式の信号配線12の対称線(線A−A’)を境にして、クリアランス領域162における導電性ビア14の中心からGNDパターン13までの距離が、クリアランス領域161における導電性ビア14の中心からGNDパターン13までの距離よりも大きくなるように設定される(図15の例では、クリアランス領域162の面積が、クリアランス領域161の面積よりも大きく設定されている)。また、図15における線B−B’で二分されるクリアランス領域161は、信号配線12及びGNDパターン13を有するマイクロストリップ線路の差動方式のインピーダンス調整部を構成する。第2の配線層におけるクリアランス領域162と同様に、第4の配線層においても、クリアランス領域162によって線B−B’で分かれた信号配線12が形成されていない領域の層間に対する高周波差動信号の信号伝送時のエネルギー漏洩を改善することが可能になる。
信号配線12が形成されている側のクリアランス領域161は、導電性ビア14を中心とした半径R6の長円の内部領域であり、領域確定線D−Q−D’,D−R−D’に対して図18の内側の領域で構成された領域である。したがって、信号配線12が形成されていない側のクリアランス領域162は、導電性ビア14を中心とする半径R7の同心円の内部領域のうち、領域確定線D−Q−D’,D−R−D’に対して図18の外側の領域で構成される。この変形例による不要伝搬の抑制効果は、クリアランス領域162の半径R7が及ぶ範囲に適用される。したがって、この変形例の場合は、角ψが及ぶ方向に対する導電性ビア14とGNDパターン13の電気的結合が抑制され、同方向への不要伝搬が抑制される効果が得られる。
信号配線12が形成されている側のクリアランス領域161は、図2のシングルエンド方式の場合のように、それぞれの導電性ビア14を中心として半径R6の同心円の内部領域であり、領域確定線D−Q−D’,D−R−D’に対して図19の内側の領域で構成された領域である。したがって、信号配線12が形成されていない側のクリアランス領域162は、それぞれの導電性ビア14を中心とする半径R7の同心円の内部領域のうち、領域確定線D−Q−D’,D−R−D’に対して図19の外側の領域で構成される。この変形例による不要伝搬の抑制効果は、クリアランス領域162の半径R7が及ぶ範囲に適用される。したがって、この変形例の場合は、角ψが及ぶ方向に対する導電性ビア14とGNDパターン13の電気的結合が抑制され、同方向への不要伝搬が抑制される効果が得られる。
信号配線12が形成されている側のクリアランス領域161は、領域確定線C−Q−C’,C−R−C’によって決定され、図2の場合と同じく、導電性ビア14を中心とした半径R0の同心円の内部領域である。したがって、信号配線12が形成されていない側のクリアランス領域162は、導電性ビア14を中心とする半径R3の同心円の内部領域のうち、領域確定線C−Q−C’,C−R−C’に対してクリアランス領域161以外の領域で構成される。この変形例による不要伝搬の抑制効果は、クリアランス領域162の半径R3が及ぶ範囲に適用される。したがって、この変形例の場合は、角θが及ぶ方向に対する導電性ビア14とGNDパターン13の電気的結合が抑制され、同方向への不要伝搬が抑制される効果が得られる。以上より、この変形例に関しては、角θ=180°とした実施例であるといえる。
一方で、本発明に係る多層回路基板1の場合には、クリアランス領域162の半径R7により上記の平行平板モードの発生が抑制され、40GHz〜60GHzの伝送特性の落ち込みを大幅に改善していることがわかる。
以下では、図11で示した積層された多層回路基板1の一部である2N+1層の誘電体基板11に形成された配線層を例に採って、実施の形態4の多層回路基板1について説明する。以下では、実施の形態2で用いた図11を、差動方式の信号配線12が第1層から第2N+1層まで接続される構成を例示しているものとして考える。
Claims (8)
- 信号配線が形成された配線層、及び当該配線層間に複数設けられ、接地導体が形成されたGND層により構成された多層回路基板において、
前記GND層に対して貫通して設けられ、異なる前記配線層に形成された前記信号配線同士を接続する接続線路と、
前記GND層に設けられ、前記接地導体と前記接続線路とを絶縁するクリアランスとを備え、
前記クリアランスは、
隣接する前記配線層の信号配線が形成されている側の領域に設けられた第1のクリアランス領域と、
隣接する前記配線層の信号配線が形成されていない側の領域に設けられ、前記第1のクリアランス領域と異なる面積の第2のクリアランス領域とを備え、
前記第1および第2のクリアランス領域は、前記接続線路を中心とした扇状に形成され、
前記第2のクリアランス領域の半径は、自身が設けられた前記GND層と隣接する前記GND層との間隔より大きい
ことを特徴とする多層回路基板。
- 前記第2のクリアランス領域は、前記第1のクリアランス領域よりも面積が大きい
ことを特徴とする請求項1記載の多層回路基板。 - 隣接する前記GND層に設けられた前記各クリアランスの位置関係は、前記接続線路を中心に点対称である
ことを特徴とする請求項1記載の多層回路基板。 - 前記信号配線は、同一の前記配線層に2本設けられて差動信号配線を構成し、
異なる前記配線層に形成された前記差動信号配線は、前記接続線路によって同一の前記クリアランスを介して接続された
ことを特徴とする請求項1記載の多層回路基板。 - 差動信号配線を構成する2本の信号配線が対称に形成された配線層、及び当該配線層間に複数設けられ、接地導体が形成されたGND層により構成された多層回路基板において、
前記GND層に対して貫通して設けられ、異なる前記配線層に形成された前記差動信号配線同士を接続する接続線路と、
前記GND層に設けられ、前記接地導体と前記接続線路とを絶縁するクリアランスとを備え、
前記クリアランスは、
隣接する前記配線層の信号配線が形成されている側の領域に設けられた第1のクリアランス領域と、
隣接する前記配線層の信号配線が形成されていない側の領域に設けられた第2のクリアランス領域とを備え、
前記差動信号配線の対称線を境にして、前記第2のクリアランス領域における前記接続線路の中心から前記接地導体までの距離が、前記第1のクリアランス領域における前記接続線路の中心から前記接地導体までの距離よりも大きく、
前記第2のクリアランス領域は、前記接続線路を中心とした扇状に形成され、
前記第2のクリアランス領域の半径は、自身が設けられた前記GND層と隣接する前記GND層との間隔より大きい
ことを特徴とする多層回路基板。 - 前記クリアランスは、前記差動信号配線の対称線を境に対称に構成された
ことを特徴とする請求項5記載の多層回路基板。 - 前記クリアランスは、前記差動信号配線を構成する2本の信号配線に対応して2つに分割して設けられた
ことを特徴とする請求項5記載の多層回路基板。 - 隣接する前記GND層に設けられた前記各クリアランスの位置関係は、前記接続線路を中心に点対称である
ことを特徴とする請求項5記載の多層回路基板。
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