JP6300555B2 - Multilayer printed circuit board - Google Patents
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Description
この発明は、複数の信号伝送用導体が接続された信号ビアを有する多層プリント配線基板に関するものである。 The present invention relates to a multilayer printed wiring board having a signal via to which a plurality of signal transmission conductors are connected.
近年、デジタル伝送の高速化が著しく、複数の信号伝送用導体が接続された信号ビアを有する高周波向けの多層プリント配線基板において、特性インピーダンスの不整合による伝送損失が顕著化している。そして、回路基板の高密度化も著しく、それに伴い、コネクタのピン間から引き出す配線が細くなり、その特性インピーダンスが所望の値に整合できない場合がある。 In recent years, the speed of digital transmission has been remarkably increased, and transmission loss due to mismatching of characteristic impedance has become prominent in high-frequency multilayer printed wiring boards having signal vias to which a plurality of signal transmission conductors are connected. In addition, the density of the circuit board is significantly increased, and accordingly, the wiring drawn out between the pins of the connector becomes thin, and the characteristic impedance may not match a desired value.
それに対し、多層プリント配線基板の配線幅を広く設計すると、特性インピーダンスは下がるが導体損失が改善される。このため、バックプレーン配線などの長い伝送線路では、配線幅を広くすることにより、高周波において伝送特性の改善を行うことが提案されている。 On the other hand, when the wiring width of the multilayer printed wiring board is designed wide, the characteristic loss is reduced but the conductor loss is improved. For this reason, in long transmission lines such as backplane wiring, it has been proposed to improve transmission characteristics at high frequencies by widening the wiring width.
このように、配線の特性インピーダンスが一つの系で異なる状況が生じており、その多くは信号ビアに接続される伝送線路やコネクタピンなどの信号伝送用導体の特性インピーダンスが異なる場合である。そして、信号ビアに接続される信号伝送用導体の特性インピーダンスが入力と出力とで異なる場合、特性インピーダンス不整合により反射特性が増加するという課題がある。 In this way, the situation where the characteristic impedance of the wiring is different in one system has occurred, and in many cases, the characteristic impedance of the signal transmission conductors such as transmission lines and connector pins connected to the signal vias is different. When the characteristic impedance of the signal transmission conductor connected to the signal via is different between the input and the output, there is a problem that the reflection characteristic increases due to the characteristic impedance mismatch.
一方、信号ビアの伝送特性の改善を図った技術が知られている(例えば特許文献1,2参照)。特許文献1では、信号ビアに接続される伝送線路に面しているグランド層のクリアランス領域の径を小さくし、その他のグランド層のクリアランス領域の径を大きくすることで、信号ビアの伝送特性の改善を図っている。また、特許文献2では、信号ビアにダミーパッドなるものを接続することで、信号ビアの伝送特性の改善を図っている。
On the other hand, techniques for improving the transmission characteristics of signal vias are known (see, for example,
しかしながら、特許文献1,2に開示された技術では、信号ビアに接続される複数の信号伝送用導体が異なる特性インピーダンスであることを前提としておらず、特性インピーダンス不整合による反射特性の増加を改善することができないという課題がある。
However, the techniques disclosed in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、信号ビアに接続される複数の信号伝送用導体が異なる特性インピーダンスである場合にも、特性インピーダンス不整合による反射特性の増加を改善することができる多層プリント配線基板を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problem. Even when a plurality of signal transmission conductors connected to signal vias have different characteristic impedances, an increase in reflection characteristics due to characteristic impedance mismatching is achieved. An object of the present invention is to provide a multilayer printed wiring board capable of improving the above.
この発明に係る多層プリント配線基板は、複数の信号伝送用導体が接続された信号ビアを有する多層プリント配線基板において、複数の信号伝送用導体は、それぞれ異なる信号伝送用の層に存在し、それぞれ異なる信号伝送用の層に存在する各信号伝送用導体の特性インピーダンスに応じて、当該信号伝送用導体間における信号ビアの特性インピーダンスを段階的に変化させる特性インピーダンス勾配領域を備えたものである。 The multilayer printed wiring board according to the present invention is a multilayer printed wiring board having a signal via to which a plurality of signal transmission conductors are connected, wherein the plurality of signal transmission conductors are present in different signal transmission layers, According to the characteristic impedance of each signal transmission conductor existing in a different signal transmission layer, a characteristic impedance gradient region for changing the characteristic impedance of the signal via between the signal transmission conductors in a stepwise manner is provided.
この発明によれば、上記のように構成したので、信号ビアに接続される複数の信号伝送用導体が異なる特性インピーダンスである場合にも、特性インピーダンス不整合による反射特性の増加を改善することができる。 According to this invention, since it is configured as described above, even when a plurality of signal transmission conductors connected to signal vias have different characteristic impedances, it is possible to improve an increase in reflection characteristics due to characteristic impedance mismatching. it can.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る多層プリント配線基板の概要を説明する模式図であり、図2はその具体例を示す模式図である。
図1,2に示すように、多層プリント配線基板は、誘電体1の間に、複数の信号伝送用導体である伝送線路2(図1,2では第一,二の伝送線路2a,2b)と、互いに間隔を置いて複数積層されたグランド層3(図2ではグランド層3a〜3d)とが介在することで構成されている。また、多層プリント配線基板には、第一,二の伝送線路2a,2bと接続された信号ビア4が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an outline of a multilayer printed wiring board according to
As shown in FIGS. 1 and 2, the multilayer printed wiring board includes a transmission line 2 (first and
信号ビア4は、多層プリント配線基板の誘電体1を貫通したスルーホール41と、当該スルーホール41に接続された複数のビアパッド42(図1,2ではビアパッド42a〜42c)とから構成されている。そして、ビアパッド42a,42bは、第一,二の伝送線路2a,2bと接続されている。
また、多層プリント配線基板には、スルーホール41の周囲に、信号ビア4のスルーホール41と各グランド層3a〜3dとの電気的接触を避ける複数のクリアランス領域5(図2ではクリアランス領域5a〜5d)が設けられている。
The signal via 4 includes a through
Further, in the multilayer printed wiring board, a plurality of clearance regions 5 (in FIG. 2, the
このように構成された多層プリント配線基板において、図1に示すように、第一の伝送線路2aの特性インピーダンスはZ1aであり、第二の伝送線路2bの特性インピーダンスはZ1aより低いZ1bであるとする。この場合、信号ビア4の設計を、第一,二の伝送線路2a,2bの特性インピーダンスZ1a,Z1bのどちらかに合わせて行うと、特性インピーダンス不整合が生じ、反射特性が増加してしまう。
In the multilayer printed wiring board having such a structure, as shown in FIG. 1, the characteristic impedance of the
そこで、本発明の多層プリント配線基板では、図1に示すように、信号ビア4の設計において、第一,二の伝送線路2a,2bの両方の特性インピーダンスZ1a,Z1bに合わせるため、特性インピーダンス勾配領域6を持たせる。
Therefore, in the multilayer printed wiring board of the present invention, as shown in FIG. 1, in the design of the signal via 4, in order to match the characteristic impedances Z 1a and Z 1b of both the first and
図2に示すように、実施の形態1では、多層プリント配線基板に特性インピーダンス勾配領域6を持たせるため、第一,二の伝送線路2a,2b間における各クリアランス領域5a〜5cを、特性インピーダンスが低い第二の伝送線路2bに向かい段階的に小さくさせて、キャパシタンスCを段階的に増加させている。
ここで、高周波における特性インピーダンスZは、Z=√(インダクタンスL÷キャパシタンスC)で近似することができる。よって、図2に示す構成によりキャパシタンスCを段階的に増加させることで、第一,二の伝送線路2a,2b間における信号ビア4の特性インピーダンスをZ1a以下Z1b以上の範囲で段階的に低下させることができる。
As shown in FIG. 2, in the first embodiment, in order to provide the multilayer printed wiring board with the characteristic
Here, the characteristic impedance Z at a high frequency can be approximated by Z = √ (inductance L ÷ capacitance C). Therefore, by increasing the capacitance C stepwise by the configuration shown in FIG. 2, the characteristic impedance of the signal via 4 between the first and
次に、実施の形態1に係る多層プリント配線基板及び従来の多層プリント配線基板による反射特性の解析結果を図4に示す。なお、従来の多層プリント配線基板は、図3に示すような構成となっている。すなわち、従来の多層プリント配線基板には本発明の特性インピーダンス勾配領域6が設けられておらず、第一,二の伝送線路2a,2b間における各クリアランス領域5a〜5cは一定の大きさとなっている。
また、図4において、実線が実施の形態1に係る多層プリント配線基板による反射特性を示し、破線が従来の多層プリント配線基板による反射特性を示している。この図4に示すように、実施の形態1に係る多層プリント配線基板では、従来構成に対し、反射特性が大きく改善していることがわかる。
Next, FIG. 4 shows the analysis results of the reflection characteristics by the multilayer printed wiring board according to
In FIG. 4, the solid line indicates the reflection characteristic of the multilayer printed wiring board according to
以上のように、この実施の形態1によれば、第一,二の伝送線路2a,2b間における複数のクリアランス領域5の大きさを、特性インピーダンスが低い第二の伝送線路2bに向かい段階的に小さくさせるように構成したので、信号ビア4に接続される複数の信号伝送用導体が異なる特性インピーダンスである場合にも、特性インピーダンス不整合による反射特性の増加を改善することができる。
As described above, according to the first embodiment, the sizes of the plurality of
実施の形態2.
実施の形態1では、特性インピーダンス勾配領域6として、第一,二の伝送線路2a,2b間における複数のクリアランス領域5を段階的に変化させる場合について示した。それに対し、実施の形態2では、クリアランス領域5の大きさを変化させることが困難な場合などに、第一,二の伝送線路2a,2b間における複数のビアパッド42の径を段階的に変化させる場合について示す。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the case where the plurality of
図5はこの発明の実施の形態2に係る多層プリント配線基板の構成を示す模式図である。この図5に示す実施の形態2に係る多層プリント配線基板は、図2に示す実施の形態1に係る多層プリント配線基板の各クリアランス領域5の大きさを一定に変更し、第一,二の伝送線路2a,2b間にさらに複数のビアパッド42を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a multilayer printed wiring board according to Embodiment 2 of the present invention. The multilayer printed wiring board according to the second embodiment shown in FIG. 5 changes the size of each
実施の形態2では、多層プリント配線基板に特性インピーダンス勾配領域6を持たせるため、第一,二の伝送線路2a,2b間にさらに複数のビアパッド42(図5ではビアパッド42d〜42f)を設けている。そして、第一,二の伝送線路2a,2b間における各ビアパッド42a,42d〜42f,42bの径を、特性インピーダンスが低い第二の伝送線路2bに向かい段階的に大きくさせて、キャパシタンスCを段階的に増加させている。
そして、図5に示す構成によりキャパシタンスCを段階的に増加させることで、第一,二の伝送線路2a,2b間の信号ビア4の特性インピーダンスをZ1a以下Z1b以上の範囲で段階的に低下させることができる。
In the second embodiment, a plurality of via pads 42 (via
Then, by increasing the capacitance C stepwise by the configuration shown in FIG. 5, the characteristic impedance of the signal via 4 between the first and
以上のように、この実施の形態2によれば、第一,二の伝送線路2a,2b間における複数のビアパッド42の径を、特性インピーダンスが低い第二の伝送線路2bに向かい段階的に大きくさせるように構成しても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
As described above, according to the second embodiment, the diameter of the plurality of via pads 42 between the first and
実施の形態3.
特性インピーダンス勾配領域6として、実施の形態1では第一,二の伝送線路2a,2b間における複数のクリアランス領域5を段階的に変化させる場合について示し、実施の形態2では第一,二の伝送線路2a,2b間における複数のビアパッド42の径を段階的に変化させる場合について示した。それに対し、実施の形態3では、クリアランス領域5とビアパッド42の大きさを変化させることが困難な場合などに、第一,二の伝送線路2a,2b間におけるスルーホール41の径を段階的に変化させる場合について示す。
As the characteristic
図6はこの発明の実施の形態3に係る多層プリント配線基板の構成を示す模式図である。この図6に示す実施の形態3に係る多層プリント配線基板は、図2に示す実施の形態1に係る多層プリント配線基板の各クリアランス領域5の大きさを一定に変更し、スルーホール41の形状を変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a multilayer printed wiring board according to
実施の形態3では、多層プリント配線基板に特性インピーダンス勾配領域6を持たせるため、第一,二の伝送線路2a,2b間におけるスルーホール41の径を、特性インピーダンスが低い第二の伝送線路2bに向かい段階的に大きくさせて、キャパシタンスCを段階的に増加させている。
そして、図6に示す構成によりキャパシタンスCを段階的に増加させることで、第一,二の伝送線路2a,2b間の信号ビア4の特性インピーダンスをZ1a以下Z1b以上の範囲で段階的に低下させることができる。
In the third embodiment, since the multilayer printed wiring board has the characteristic
Then, by increasing the capacitance C stepwise by the configuration shown in FIG. 6, the characteristic impedance of the signal via 4 between the first and
以上のように、この実施の形態3によれば、第一,二の伝送線路2a,2b間におけるスルーホール41の径を、特性インピーダンスが低い第二の伝送線路2bに向かい段階的に大きくさせるように構成しても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
As described above, according to the third embodiment, the diameter of the through
なお、本発明の特性インピーダンス勾配領域6として、実施の形態1ではクリアランス領域5を段階的に大きくし、実施の形態2ではビアパッド42の径を段階的に大きくし、実施の形態3ではスルーホール41の径を段階的に大きくする場合を示した。それに対し、実施の形態1〜3の構成の中から2つ乃至全てを組み合わせて特性インピーダンス勾配領域6を構成してもよく、同様の効果を得ることができる。
As the characteristic
また、実施の形態1〜3に係る多層プリント配線基板では、伝送線路2及び信号ビア4がシングルエンドにより構成される場合を想定して説明を行ったが、これに限るものではなく、差動線路により構成される場合に対しても同様に本発明を適用可能であり、同様の効果を得ることができる。 In the multilayer printed wiring board according to the first to third embodiments, the description has been made assuming that the transmission line 2 and the signal via 4 are configured as a single end. However, the present invention is not limited to this. The present invention can be similarly applied to the case of being constituted by a line, and the same effect can be obtained.
また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 Further, within the scope of the present invention, the invention of the present application can be freely combined with each embodiment, modified with any component in each embodiment, or omitted with any component in each embodiment. .
1 誘電体、2,2a,2b 伝送線路、3,3a〜3d グランド層、4 信号ビア、5,5a〜5d クリアランス領域、6 特性インピーダンス勾配領域、41 スルーホール、42,42a〜42f ビアパッド。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記複数の信号伝送用導体は、それぞれ異なる信号伝送用の層に存在し、
それぞれ異なる信号伝送用の層に存在する前記各信号伝送用導体の特性インピーダンスに応じて、当該信号伝送用導体間における前記信号ビアの特性インピーダンスを段階的に変化させる特性インピーダンス勾配領域を備えた
ことを特徴とする多層プリント配線基板。 In a multilayer printed wiring board having a signal via to which a plurality of signal transmission conductors are connected,
The plurality of signal transmission conductors are present in different signal transmission layers,
A characteristic impedance gradient region for changing the characteristic impedance of the signal via between the signal transmission conductors stepwise according to the characteristic impedance of the signal transmission conductors existing in different signal transmission layers. A multilayer printed wiring board characterized by
前記信号ビアと前記各グランド層との電気的接触を避ける複数のクリアランス領域とを備え、
前記特性インピーダンス勾配領域は、前記信号伝送用導体間における前記各クリアランス領域を、当該信号伝送用導体のうち特性インピーダンスが低い方に向かい段階的に小さくすることで形成される
ことを特徴とする請求項1記載の多層プリント配線基板。 A plurality of laminated ground layers spaced apart from each other between the signal transmission conductors;
A plurality of clearance regions to avoid electrical contact between the signal via and each ground layer;
The characteristic impedance gradient region is formed by gradually reducing each clearance region between the signal transmission conductors toward a lower characteristic impedance of the signal transmission conductors. Item 11. A multilayer printed wiring board according to Item 1.
前記特性インピーダンス勾配領域は、前記信号伝送用導体間における前記各ビアパッドの径を、当該信号伝送用導体のうち特性インピーダンスが低い方に向かい段階的に大きくすることで形成される
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の多層プリント配線基板。 A plurality of stacked signal transmission conductors spaced apart from each other, comprising via pads connected to the signal vias;
The characteristic impedance gradient region is formed by gradually increasing the diameter of each via pad between the signal transmission conductors toward the lower characteristic impedance of the signal transmission conductors. The multilayer printed wiring board according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の多層プリント配線基板。 The characteristic impedance gradient region is formed by gradually increasing the diameter of the signal via between the signal transmission conductors toward the lower characteristic impedance of the signal transmission conductors. The multilayer printed wiring board according to any one of claims 1 to 3.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の多層プリント配線基板。 5. The multilayer printed wiring board according to claim 1, wherein each of the signal transmission conductors and the signal via is configured by a single end or a differential line.
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