JP6310750B2 - 差動伝送線路、光伝送装置、及び差動伝送線路の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、差動伝送線路、光伝送装置、及び差動伝送線路の製造方法に関する。

例えば、光ファイバ伝送用の光伝送装置（光トランシーバモジュール）は近年のブロードバンドネットワークの普及と共に高速化、小型、低コスト化が図られている。ここで、高速デジタル信号伝送には差動伝送を用いるのが一般的であり、光伝送装置のプリント回路基板の一面上には高速デジタル信号用の差動伝送線路（平衡伝送線路）からなるチャネル（伝送路）が複数設けられることとなる。

一方、複数の差動伝送線路をプリント回路基板上に近接して配置した場合、伝送線路間の順方向クロストーク（Forward Crosstalk）による影響が懸念される。順方向クロストークとは、２対の同方向に伝搬する差動伝送線路の一領域を互いに近接して平行に配置した場合に、信号源とは反対側の遠端に発生するクロストークをいう。伝送線路のクロストーク量は、その領域の長さが長くなるに従い増大し、また信号のビットレートが高くなるに従い増大することが知られている。このように、小型化が進むうえに、複数の差動伝送線路を配置する必要がある光送受信機においては、クロストーク量を最小限に抑えるための技術が重要となる。従来から、差動伝送線路間のクロストーク量を低減する手法として、特許文献１に、接地配線と接続し、ストリップ導体対からなる複数の差動伝送線路の間にそれらと並行に配置した金属配線により、クロストーク量の低減効果を得ることができる技術が開示されている。

米国特許第７６０９１２５号明細書 米国特許第８３４４８２１号明細書 米国特許第８３３６２０３号明細書 米国特許第８２１２１４９号明細書 特開２００４−３０４１３４号公報

近年、装置の小型化がより求められており、装置に備えられる複数の差動伝送線路のクロストークは、装置の小型化に伴い、より深刻な課題となっている。例えば、光ファイバ伝送用の光伝送装置（光トランシーバモジュール）においては、近年のブロードバンドネットワークの普及と共に高速化、小型、低コスト化に伴い、光伝送装置の規格も、現在のＣＦＰからＣＦＰ２、ＣＦＰ４（各ＭＳＡ規格）へと進むことが予想される。規格の変更に伴って、ケース体積の縮小化・部品数の削減化が益々進むこととなる。

図１は、ＭＳＡ規格の光伝送装置の外形の一例を示す図である。図１に示すように、ＣＦＰ、ＣＦＰ２、ＣＦＰ４の順にケース体積が縮小化されている。そして、光伝送装置の小型化に伴いプリント回路基板の幅や面積の縮小も進み，プリント回路基板上の配線と搭載部品の実装密度とが増加している。ここで、まず、発明者らは、ＣＦＰ４のＭＳＡ規格である光伝送装置に含まれるプリント回路基板の配線レイアウトを本発明の関連技術として検討を行った。本発明の関連技術に係るプリント回路基板の配線レイアウトを用いて、差動伝送線路のクロストークに関する問題について、以下に説明する。

図２は、本発明の関連技術に係るプリント回路基板２０の配線レイアウトを示す図である。図２に示すプリント回路基板の配線レイアウトは、発明者らが検討したものであり、ＣＦＰ４のＭＳＡ規格である光伝送装置に含まれるプリント回路基板２０の配線レイアウトの一例を表している。ここで、ＣＦＰ４のＭＳＡ規格においては、プリント回路基板２０の幅は１８ｍｍ〜１９ｍｍ程度、プリント回路基板の一端にはコネクタ接続用の端子３０が配置され、隣接する端子３０の中心間距離である端子間距離Ｐ０は０．６ｍｍでＧＳＳＧＳＳＧ…（Ｇ：グラウンド端子、Ｓ：信号端子）の並びで配置されると定められている。そして、ビットレートが１００Ｇｂｉｔ／ｓ級の高速デジタル信号用の差動伝送線路として、受信側の４チャネルの受信側差動伝送線路２、及び送信側の４チャネルの送信側差動伝送線路３がすべて、このようなプリント回路基板２０上の一面に配置する必要がある。なお、各々のチャネルを伝送する電気信号のビットレートはＩＥＥＥ ８０２．３ｂａ準拠の方式の場合は２５．７８１２５Ｇｂｉｔ／ｓ、ＯＴＮ（Optical channel Transport Unit 4）に対応したＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９５９．１準拠の方式の場合は２７．９５２４９３３９Ｇｂｉｔ／ｓである。

図２に示すように、プリント回路基板２０の一端に配置される端子３０に接続される受信側差動伝送線路２及び送信側差動伝送線路３は、チャネル間ピッチＰａを一定に保持したまま（Ｐａ＝１．８ｍｍ）延伸し、それぞれ受信用集積回路１０６及び送信用集積回路１０７に接続される。そして、各差動伝送線路のチャネル間にはクロストーク低減用の金属配線４０が配置されており、金属配線４０は、スルーバイアホールを介して、基板内部の接地導体層（図示せず）と接続されている。このように、図２に示す配線レイアウトでは、プリント回路基板２０の一端側の領域（端子３０と、受信用集積回路１０６及び送信用集積回路１０７と、の間の領域）は、ほぼ配線のみで構成されることになり、その他の搭載部品や内層配線接続用のスルーバイアホールを配置することは極めて困難になる。

また、図２に示すプリント回路基板において金属配線４０とスルーバイアホールの配置を省略し、チャネル間ピッチＰａを１．８ｍｍより狭くすることで受信側差動伝送線路２及び送信側差動伝送線路３が占拠する領域を小さくすることができるが、チャネル間ピッチＰａを狭くすることにより差動伝送線路間のクロストークが増大するという問題がある。

よって、発明者らは、本発明の関連技術に係るプリント回路基板２０の配線レイアウトについて、以下のようにさらなる検討を行った。

図２に示すように、ＣＦＰ４のＭＳＡ規格である光送受信機に含まれるプリント回路基板２０においても、受信側差動伝送線路２及び送信側差動伝送線路３のチャネル間に金属配線４０を各差動伝送線路と並行に配置することができる。

図３は、本関連技術に係るプリント回路基板２０に配置される差動伝送線路のチャネル間のクロストーク特性を示す図である。図３は、発明者らが図２に示すプリント回路基板２０に対して計算を行ったクロストーク特性の計算結果である。ここでは、チャネル長Ｌ＝１４ｍｍ、差動伝送線路のチャネル間ピッチＰａ＝１．８ｍｍとしてクロストーク特性を計算している。なお、クロストーク特性は三次元電磁界解析ツールを用いて計算されることとする。図３に示すように、周波数０Ｈｚから３０ＧＨｚまでの周波数範囲でクロストーク量が−４２ｄＢ以下と良好な値を示している。しかしながら、図２に示すように、端子３０の端子間距離（０．６ｍｍ）に倣い、チャネル間ピッチＰａを１．８ｍｍ（Ｐ１の３倍）とすることは可能であるが、チャネル間ピッチＰａを１．８ｍｍより狭くすることは金属配線４０とバイアホールの配置の必要上困難であり、他の部品の搭載領域を確保することが難しい。

本発明は上記実情を鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、複数の差動伝送線路が配置される光伝送装置において、差動伝送線路間のクロストーク量を低減でき、かつ、差動伝送線路が占拠する領域を狭くでき、高速化と高密度実装が可能な差動伝送線路及び光伝送装置を提供することにある。

（１）上記課題を解決するために、本発明にかかる差動伝送線路は、接地導体層と、前記接地導体層の上方を同一層上に並んで配置され、それぞれが第１右側ストリップ導体と第１左側ストリップ導体からなる複数の第１ストリップ導体対と、前記接地導体層上から前記複数の第１ストリップ導体対を埋め込み、さらに、前記複数の第１ストリップ導体対の上方まで形成され、その上表面が平面となる、誘電体層と、を備える、差動伝送線路であって、隣り合う２対の前記第１ストリップ導体対の間それぞれには、導体が配置されることなく前記誘電体層によって埋めこまれている、ことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の差動伝送線路であって、前記複数の第１ストリップ導体対それぞれの長さは１４ｍｍ以下であり、前記複数の第１ストリップ導体対それぞれの前記第１右側ストリップ導体と前記第１左側ストリップ導体との内縁間の距離は０．２５ｍｍ以下であり、前記接地導体層から前記複数の第１ストリップ導体対までの距離と、前記隣り合う２対の前記第１ストリップ導体対それぞれの中心間距離とは、前記接地導体層から前記複数の第１ストリップ導体対までの距離をｘ座標、前記隣り合う２対の前記第１ストリップ導体対の中心間距離をｙ座標として、（０．１ｍｍ、１．０ｍｍ）、（０．１ｍｍ、０．８ｍｍ）、（０．５ｍｍ、１．４ｍｍ）、（０．５ｍｍ、２．１ｍｍ）を頂点とする矩形上または当該矩形の範囲の内部にある組み合わせである、ことを特徴とする。

（３）上記（１）または（２）に記載の差動伝送線路であって、前記誘電体層は、ガラスエポキシからなる、ことを特徴とする。

（４）上記（１）または（２）に記載の差動伝送線路であって、前記誘電体層は、前記接地導体層から前記第１ストリップ導体対の上面までガラスエポキシからなり、前記第１ストリップ導体対の上面から外気との界面まではソルダーレジストからなる、ことを特徴とする。

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の差動伝送線路であって、前記複数の第１ストリップ導体対の信号伝送方向は同じである、ことを特徴とする。

（６）上記課題を解決するために、本発明に係る光伝送装置は、上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の差動伝送線路を備える。

（７）上記（６）に記載の光伝送装置であって、前記複数の第１ストリップ導体対の一端側に、前記接地導体層の上方を同一層上に繰り返し並んで配置される、複数の第１信号端子対、及び複数の第１接地端子と、をさらに備え、各前記第１信号端子対は、対応する前記第１ストリップ導体対それぞれに対して電気的に接続され、各前記第１接地端子は、前記接地導体層に電気的に接続され、隣り合う２対の前記第１ストリップ導体対それぞれの中心間距離は、対応して隣り合う２対の前記第１信号端子対の中心間距離より、小さい、ことを特徴とする。

（８）上記（７）に記載の光伝送装置であって、前記複数の第１ストリップ導体対と同一層上にあって、前記複数の第１ストリップ導体対の、さらに一方側に並ぶ、複数の第２ストリップ導体対と、前記複数の第１信号対及び前記複数の第１接地端子のさらに前記一方側に並んで、前記端子層上にあって繰り返し並んで配置される、複数の第２信号端子対、及び複数の第２接地端子と、をさらに備え、各第２ストリップ導体対は、第２右側ストリップ導体と第２左側ストリップ導体からなり、隣り合う２対の前記第２ストリップ導体対の間それぞれには、導体が配置されることなく前記誘電体層によって埋めこまれ、各前記第２信号端子対は、対応する前記第２ストリップ導体対それぞれに対して電気的に接続され、各前記第２接地端子は、前記接地導体層に電気的に接続され、隣り合う２対の前記第２ストリップ導体対それぞれの中心間距離は、対応して隣り合う２対の前記第２信号端子対の中心間距離より、小さく、前記複数の第１ストリップ導体対と前記複数の第１ストリップ導体対のいずれか一方は送信用に用いられ、他方は受信用に用いられる、ことを特徴とする。

（９）上記（８）に記載の光伝送装置であって、前記複数の第２ストリップ導体対の中心は、前記複数の第２信号端子対の中心よりも前記一方側に配置され、前記複数の第１ストリップ導体対の中心は、前記複数の第１信号端子対の中心よりも前記一方側とは他方側に配置される、ことを特徴とする。

（１０）上記（８）に記載の光伝送装置であって、前記複数の第１ストリップ導体対と、前記複数の第２ストリップ導体対と、の間であって、前記第１ストリップ導体対及び前記第２ストリップ導体対と同一層上に配置されるとともに、前記接地導体層に電気的に接続される、金属配線を、さらに備える、ことを特徴とする。

（１１）上記（１０）に記載の光伝送装置であって、前記複数の第１ストリップ導体対の中心は、前記複数の第１信号端子対の中心よりも前記一方側に配置されるとともに、前記金属配線の前記他方側に配置され、前記複数の第２ストリップ導体対の中心は、前記複数の第２信号端子対の中心よりも前記他方側に配置されるとともに、前記金属配線の前記一方側に配置される、ことを特徴とする。

（１２）本発明に係る差動伝送線路の製造方法は、プリント回路基板上に、接地導体層を形成し、前記接地導体層上に、第１のガラスエポキシ樹脂によって、硬化状態の第１誘電体層を形成し、前記第１誘電体層上に並んで配置され、それぞれが右側ストリップ導体と左側ストリップ導体からなる複数のストリップ導体対を形成して、差動伝送線路基本構造を形成する差動伝送線路基本構造形成工程と、半硬化状態のプリプレグ誘電体を作成するプリプレグ誘電体形成工程と、前記プリプレグ誘電体と、金属箔を、前記差動伝送線路基本構造の上下面に貼付し、平面熱盤を用いて加圧状態で加熱して、第２誘電体層を形成する、第２誘電体層形成工程と、前記金属箔を除去する金属箔除去工程と、を備える。

（１３）本発明に係る差動伝送線路の製造方法は、プリント回路基板上に、接地導体層を形成し、前記接地導体層上に、第１のガラスエポキシ樹脂によって、硬化状態の第１誘電体層を形成し、前記第１誘電体層上に並んで配置され、それぞれが右側ストリップ導体と左側ストリップ導体からなる複数のストリップ導体対を形成して、差動伝送線路基本構造を形成する差動伝送線路基本構造形成工程と、半硬化状態のプリプレグ誘電体を作成するプリプレグ誘電体形成工程と、前記プリプレグ誘電体と、金属箔を、前記差動伝送線路基本構造の上下面に貼付し、平面熱盤を用いて加圧状態で加熱して、第２誘電体層を形成する、第２誘電体層形成工程と、前記金属箔を除去する金属箔除去工程と、前記第２誘電体層を研磨することにより、前記複数のストリップ導体対の上面と同一平面上に上面を有する第３誘電体層を形成する、第３誘電体層形成工程と、前記第３誘電体層及び前記複数のストリップ導体対の上方にソルダーレジストを塗布して、ソルダーレジスト層を形成する、ソルダーレジスト層形成工程と、を備える。

本発明により、複数の差動伝送線路が配置される光伝送装置において、差動伝送線路間のクロストーク量を低減でき、かつ、差動伝送線路が占拠する領域を狭くでき、高速化と高密度実装が可能な差動伝送線路及び光伝送装置が提供される。

ＭＳＡ規格の光伝送装置の外形の一例を示す図である。 本発明の関連技術に係るプリント回路基板の配線レイアウトを示す図である。 本発明の関連技術に係るプリント回路基板に配置される差動伝送線路のチャネル間のクロストーク特性を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の概略図である。 本発明の第１実施形態に係るプリント回路基板の上面図である。 本発明の第１実施形態に係るプリント回路基板の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る差動伝送線路のチャネル長Ｌに対するクロストーク特性を示す図である。 第１の従来技術に係る差動伝送線路の構造を示す断面図である。 第１の従来技術に係る差動伝送線路のクロストーク特性を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る差動伝送線路のチャネル間ピッチＰａに対するクロストーク特性を示す図である。 第２の従来技術に係る差動伝送線路の構造を示す断面図である。 第２の従来技術に係る差動伝送線路のクロストーク特性を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る差動伝送線路のチャネル間ピッチＰａに対するクロストーク特性を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る差動伝送線路の相関図である。 本発明の第１実施形態に係る差動伝送線路の相関図である。 本発明の第１実施形態に係る差動伝送線路のチャネル間のクロストーク特性を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る差動伝送線路の製造方法の過程を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る差動伝送線路の製造方法の過程を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る差動伝送線路の製造方法の過程を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る差動伝送線路の製造方法の過程を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係るプリント回路基板の上面図である。 本発明の第２実施形態に係るプリント回路基板の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る差動伝送線路におけるチャネル間のクロストーク特性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る差動伝送線路の製造方法を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係る差動伝送線路の製造方法の過程を模式的に示す図である。 本発明の第３実施形態に係るプリント回路基板の上面図である。 本発明の第４実施形態に係るプリント回路基板の上面図である。 本発明の第５実施形態に係る光伝送装置の概略図である。 本発明の第５実施形態に係るプリント回路基板の上面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面に基づき詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図４は、本実施形態に係る光伝送装置１の概略図である。図４に示すように、本実施形態に係る光伝送装置１は、コネクタ１０及びプリント回路基板２０を含んで構成されている。

コネクタ１０は、例えば、プラグコネクタ、セカンドコネクタ等であって、光伝送装置１とネットワーク装置（図示せず）とを物理的及び電気的に接続する。

プリント回路基板２０は、多層構造のプリント配線基板であって、例えばビルドアップ工法による１０層のプリント配線基板とする。プリント回路基板２０は、端子列１０１、ＤＣカット容量１１１、受信用集積回路１０６、送信用集積回路１０７を含んで構成されている。

端子列１０１は、コネクタ接続用端子であり、コネクタ１０と接続される。本実施形態では、端子列１０１は後述する受信側端子列９１及び送信側端子列９２を含む。受信側端子列９１はプリント回路基板２０の中心から一方側に配置され、送信側端子列９２は他方側に配置される。そして、受信側端子列９１及び送信側端子列９２と、受信用集積回路１０６及び送信用集積回路１０７と、の間に、ＤＣカット容量１１１とともに差動伝送線路（図示せず）が配置される。なお、端子列１０１は、受信側端子列９１及び送信側端子列９２のいずれか一方だけを含んでいてもよい。なお、ＤＣカット容量１１１は、配置されなくてもよい。

受信用集積回路１０６は、例えば、受信用のＣＤＲ（Clock Data Recovery）集積回路であり、差動伝送線路及びコネクタ１０を介してネットワーク装置へ高速シリアルデータを出力する。送信用集積回路１０７は、例えば、送信用のＣＤＲ集積回路であり、差動伝送線路及びコネクタ１０を介してネットワーク装置からの高速シリアルデータを入力する。

図５Ａは、本実施形態に係るプリント回路基板２０の上面図である。図５Ａに示すように、受信側の４チャネルの受信側差動伝送線路２は、受信側端子列９１と受信用集積回路１０６との間に配置され、送信側の４チャネルの送信側差動伝送線路３は、送信側端子列９２と送信用集積回路１０７との間に配置される。

本実施形態の光伝送装置１は、ＣＦＰ４のＭＳＡ規格に従っている。プリント回路基板２０は、ＣＦＰ４のＭＳＡ規格に従い寸法が定められている。具体的には、ＣＦＰ４のＭＳＡ規格においては、プリント回路基板２０の幅は受信側端子列９１及び送信側端子列９２の領域において１７．８５ｍｍ、最も広い部分で１９ｍｍと定められている。プリント回路基板２０の厚さは例えば１ｍｍとする。図２に示すように、複数のストリップ導体対１０４（１２４）の一端側（図５Ａの左側）に配置される受信側端子列９１及び送信側端子列９２には、それぞれグランド端子９３（第１接地端子及び第２接地端子）と１対の信号端子９４（第１信号端子対及び第２信号端子対）とが繰り返し並ぶともに等しいピッチで配置され、隣り合う端子間（グランド端子９３と隣接する信号端子９４の間、及び１対の信号端子９４間）の中心間距離である第１端子間距離Ｐ１は等ピッチとなる（例えば、Ｐ１＝０．６ｍｍ）。そして、受信側端子列９１に隣接する領域において受信側差動伝送線路２のストリップ導体対１１４の中心間距離であるチャネル間ピッチはＰ１の３倍となり、Ｐ１＝０．６ｍｍの場合は１．８ｍｍとなる。送信側端子列９２に隣接する領域において送信側差動伝送線路３のチャネル間ピッチも同様に１．８ｍｍである。ここで、送信側端子列９２は、受信側端子列９１のさらに一方側（図５Ａの下側）に並んでいる。そして、受信用集積回路１０６に接続される端子列２０６、及び送信用集積回路１０７に接続される端子列２０７は、それぞれグランド端子１４１と１対の信号端子１４２とが繰り返し並ぶとともに等しいピッチで配置され、隣り合う端子間（グランド端子１４１と隣接する信号端子１４２の間、及び１対の信号端子１４２間）の中心間距離である第２端子間距離Ｐ２は０．６ｍｍ以下で等ピッチとなる（ここではＰ２＝０．４ｍｍとする）。なお、受信側端子列９１及び送信側端子列９２それぞれのグランド端子９３及び信号端子９４は、接地導体層１０２（図示せず）の上方を同一層上（端子層とする）に配置される。

受信側差動伝送線路２は、それぞれ互いに隣接した４つの差動伝送線路からなり、端子列２０６から受信側端子列９１の方向に信号を伝送する。また、送信側差動伝送線路３は、それぞれ互いに隣接した４つの差動伝送線路からなり、送信側端子列９２から端子列２０７の方向に信号を伝送する。各差動伝送線路は、接地導体層１０２、誘電体層１０３、及びストリップ導体対１０４,１１４,１１５を含んで構成されている。また、受信側差動伝送線路２に含まれる各ストリップ導体対（第１ストリップ導体対）は、信号の伝送方向に向かって右側に配置される右側ストリップ導体２１１（第１右側ストリップ導体）、及び信号の伝送方向に向かって左側に配置される左側ストリップ導体２１２（第１左側ストリップ導体）から構成されている。送信側差動伝送線路３に含まれる各ストリップ導体対（第２ストリップ導体対）においても、信号の伝送方向に向かって右側に配置されるストリップ導体を右側ストリップ導体２１１（第２右側ストリップ導体）、信号の伝送方向に向かって左側に配置されるストリップ導体を左側ストリップ導体２１２（第２左側ストリップ導体）とする。ここで、送信側差動伝送線路３に含まれる複数のストリップ導体対は、受信側差動伝送線路２に含まれる複数のストリップ導体対のさらに一方側（図５Ａの下側）に並んでいる。信号の伝達経路となる導体として、受信側端子列９１（又は送信側端子列９２）の各端子との接続領域では表層のストリップ導体対１１４を用い、端子列２０６（又は端子列２０７）の各端子との接続領域では表層のストリップ導体対１１５を用い、それ以外の領域では誘電体層１０３の内部であって、同一層上（ストリップ導体層とする）に配置されたストリップ導体対１０４を用いている。また、隣り合う２対のストリップ導体対１０４の間それぞれには、金属配線などの導体が配置されていない。

ストリップ導体対１１４は、信号端子９４に電気的に接続され、バイアホール１０９を介してストリップ導体対１０４に接続される。バイアホール１０９は、例えばドリル加工によるスルーバイアホールであり、ストリップ導体対１１４とストリップ導体対１０４とを接続する。ＤＣカット容量１１１は、ストリップ導体対１１４のストリップ導体それぞれに配置され、例えば０６０３サイズの表面実装型キャパシタであり、容量値０．１μＦとする。なお、ＤＣカット容量１１１は、これ以外のキャパシタであってもよいし、配置されなくてもよい。そして、ストリップ導体対１１５は、信号端子１４２に接続され、バイアホール１１９を介してストリップ導体対１０４に接続される。配線１０８は、グランド端子９３に電気的に接続され、バイアホール１１０を介して接地導体層１０２と接続される。

そして、表層のストリップ導体対１１４及びストリップ導体対１１５の上部にはソルダーレジスト層１０５が配置されるが、ストリップ導体対１０４の上部には配置されない。ソルダーレジスト層１０５は、回路パターンを保護するために、ハンダ接続を必要とする端子等の表層銅箔の上に膜状となるよう塗布形成されるものである。ソルダーレジスト層１０５を形成する材料は熱硬化性エポキシ樹脂インクが用いられ、膜の厚さは３０〜５０μｍとするのが好適である。

本発明の主な特徴では、直線領域３００における差動伝送線路の構造にある。そこで、ストリップ導体対１０４のうち直線領域３００に配置される部分をストリップ導体対１２４として以下、説明する。

そして、本発明に係る差動伝送線路の主な特徴は、直線領域３００において、接地導体層１０２の上方を同一層上に並んで配置される複数のストリップ導体対１２４と、接地導体層１０２の上から複数のストリップ導体対１２４を埋め込み、さらに、ストリップ導体対１２４の上方まで形成され、その上表面（外気との界面）が平面となる、誘電体層１０３と、を備え、隣り合う２対のストリップ導体対１２４の間それぞれには、金属配線などの導体が配置されることなく誘電体層１０３によって埋めこまれていることにある。これにより、チャネル間のクロストーク特性を改善するとともに、プリント回路基板２０における差動伝送線路が占拠する領域を低減することができる。

まず、本実施形態に係る差動伝送線路の構造について説明する。図５Ｂは、本実施形態に係る差動伝送線路の断面図であり、図５ＡのＶＢ−ＶＢ線に示す断面の一部を表している。図５Ｂは、１０層のプリント回路基板２０のうち上層の構造を示している。図５Ｂに示すように、差動伝送線路は、接地導体層１０２と、接地導体層１０２の上方にあるストリップ導体対１２４（右側ストリップ導体２１１及び左側ストリップ導体２１２）と、接地導体層１０２上からストリップ導体対１２４を埋め込み、さらにストリップ導体対１２４の上方まで形成される誘電体層１０３と、で構成される。

ストリップ導体対１２４は、同一層上に並んで配置される。そして、複数のストリップ導体対１２４は、隣り合う２対のストリップ導体対１２４の間それぞれに導体等が配置されることなく誘電体層１０３に埋め込まれている。なお、ストリップ導体対１２４及び接地導体層１０２を形成する材料としては銅箔が用いられる。

誘電体層１０３は、ガラス布基材とエポキシ樹脂からなるガラスエポキシ樹脂が用いられて形成されており、誘電体層１０３の比誘電率は例えば３．６である。そして、誘電体層１０３の上表面と外気（例えば、空気、窒素ガス等）との界面は平面となるよう形成される。

なお、誘電体層１０３は比誘電率３．６のガラスエポキシ樹脂としたが、誘電体層１０３の比誘電率は、これに限定されるものではない。例えば、誘電体層１０３を形成する材料は、ガラス布基材とエポキシ樹脂からなる代表的な材料である、ＦＲ４またはＦＲ５として、その比誘電率を４．０〜４．８としてもよい。また、高周波による損失を低減するために、誘電体層１０３を形成する材料として、ガラス布基材とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とからなる材料を用いてもよい。この場合の誘電体層１０３の比誘電率は２．０〜２．３としてもよい。

ここで、図５Ｂに示すように、差動伝送線路の各部について、ストリップ導体の右側ストリップ導体２１１の幅及び左側ストリップ導体２１２の幅それぞれをストリップ導体幅Ｗ、ストリップ導体の間の間隔（右側ストリップ導体２１１の内縁と、左側ストリップ導体２１２の内縁との距離）をストリップ導体間隔Ｇａｐ、接地導体層１０２の上面からストリップ導体の下面までの距離を距離Ｈ、ストリップ導体の厚さをストリップ導体厚さｔ、ストリップ導体の上面から外気までの距離を距離Ｈ２、と定義する。

次に、本実施形態に係る直線領域３００の構造について説明する。直線領域３００を上記のような構造とするために、まず、受信側差動伝送線路２に含まれる複数のストリップ導体対１０４のうち最も外側に配置されるストリップ導体対１０４（以下、外側ストリップ導体対とする）は、バイアホール１０９からバイアホール１１９まで直線に延伸する。そして、外側ストリップ導体対を基準として、チャネル間ピッチＰａが１．１ｍｍとなるよう各ストリップ導体対１０４が配置される。具体的には、外側ストリップ導体対以外のストリップ導体対１０４が、バイアホール１０９から外側ストリップ導体対の方向へ角度θ（例えば、４５°）で屈曲し、チャネル間ピッチＰａ＝１．１ｍｍとなると外側ストリップ導体対と並行に延伸する。そして、外側ストリップ導体対以外のストリップ導体対１０４は、バイアホール１１９の近辺にてバイアホール１１９に接続されるよう屈曲して延伸する。これにより、受信側差動伝送線路２がチャネル間ピッチＰａ＝１．１ｍｍを保持して延伸する、直線領域３００が形成される。すなわち、直線領域３００において、受信側差動伝送線路２に含まれる複数のストリップ導体対１２４（第１ストリップ導体対）の中心は、受信側端子列９１の中心よりも他方側（図５Ａに示す上側）に配置され、送信側差動伝送線路３に含まれる複数のストリップ導体対１２４（第２ストリップ導体対）の中心は、送信側端子列９２の中心よりも一方側（図５Ａに示す下側）に配置される。また、直線領域３００において、受信側差動伝送線路２に含まれる、隣り合う２対のストリップ導体対１２４（第１ストリップ導体対）の中心間距離（チャネル間ピッチＰａ）は、対応して隣り合う２対の信号端子９４（第１信号端子対）の中心間距離（１．８ｍｍ）より、小さい。同様に、送信側差動伝送線路３に含まれる、隣り合う２対のストリップ導体対１２４（第２ストリップ導体対）の中心間距離（チャネル間ピッチＰａ）は、対応して隣り合う２対の信号端子９４（第２信号端子対）の中心間距離（１．８ｍｍ）より、小さい。このように、差動伝送線路間のクロストーク量を低減しつつ、プリント回路基板２０における差動伝送線路の占拠する領域を狭くすることができ、受信側差動伝送線路２に含まれる複数のストリップ導体対１０４のうち最も内側に配置されるストリップ導体対１０４（以下、内側ストリップ導体対とする）のさらに内側の領域に、他の搭載部品や内層配線接続用のスルーバイアホール等を配置することが可能となる。また、送信側差動伝送線路３についても、上述した受信側差動伝送線路２と同様の構造とすることができる。

ここで、本実施形態に係る差動伝送線路の特性について説明する。以下では、受信側差動伝送線路２を例として直線領域３００における差動伝送線路の特性について説明するが、送信側差動伝送線路３にも適用できる。よって、以下に説明する本実施形態に係る差動伝送線路は、受信側差動伝送線路２と送信側差動伝送線路３とを含んでいる。

まず、差動伝送線路の特性として、チャネル長Ｌのクロストーク特性に対する影響について説明する。

図６は、本実施形態に係る差動伝送線路のチャネル長Ｌに対するクロストーク特性の一例を示す図である。図６は、チャネル間ピッチＰａ＝１．５ｍｍ、ストリップ導体間隔Ｇａｐ＝０．２ｍｍ、距離Ｈ＝０．２７９ｍｍ、ストリップ導体厚さｔ＝３５μｍ、及び距離Ｈ２＝６０μｍとして、チャネル長Ｌを２ｍｍ〜４０ｍｍの範囲で変化させた場合の、周波数０Ｈｚから３０ＧＨｚの範囲でのクロストークの最大値を示している。図６に示すように、周波数０Ｈｚから３０ＧＨｚまでの周波数範囲において、クロストーク量は、チャネル長の増加に伴い単調増加する。本実施形態においては、直線領域３００の長さが７ｍｍ以上あれば、光伝送装置１を構成するために必要な部品を配置することが可能である。そこで、クロストーク量は−３５ｄＢ以下となるのが望ましく、ここで、クロストーク量の許容値を−３５ｄＢとする。図６に示す通り、クロストーク量−３５ｄＢ以下を実現するためには、チャネル長Ｌが１４ｍｍ以下が望ましい。本実施形態においては、クロストーク量の許容値を−３５ｄＢとし、チャネル長Ｌ＝１４ｍｍである差動伝送線路の構造について説明する。なお、異なるチャネル長であっても、チャネル長に応じたクロストーク量の許容値を満たすよう、差動伝送線路の構造を設定することは可能である。

次に、チャネル間ピッチＰａのクロストーク特性に対する影響について説明する。まず、発明者らは、本実施形態に係る差動伝送線路との対比をするために、以下に示す第１及び第２の従来技術に係る差動伝送線路について考察を行った。

図７は、第１の従来技術に係る差動伝送線路４の構造を示す断面図である。図７は、プリント回路基板のうち上層の構造を示している。図７に示すように、第１の従来技術に係る差動伝送線路４は、誘電体層１０３の一方側に接地導体層１０２を配置し、誘電体層１０３の他方側にストリップ導体対２０４を配置して構成されている。そして、ストリップ導体対２０４は誘電体層１０３に埋め込まれておらず、誘電体層１０３の上面に外気と接するよう配置されている。ここで、外気は空気であるとすると、空気の比誘電率は１．０、比透磁率は１．０であり、図５Ｂに示す本実施形態にかかる誘電体層１０３とは比誘電率が異なるだけであり、磁界分布においては両者に違いはないものとする。

図８は、第１の従来技術に係る差動伝送線路４のクロストーク特性を示す図である。図８は、第１の従来技術に係る差動伝送線路４を本実施形態に係る直線領域３００に配置した場合の、周波数に対するクロストーク特性を示している。ここでは、クロストーク特性は、チャネル長Ｌ＝１４ｍｍ、チャネル間ピッチＰａ＝１．１ｍｍとして計算されている。図８に示すように、第１の従来技術に係る差動伝送線路４においては、周波数０Ｈｚから３０ＧＨｚまでの周波数範囲においてクロストーク量が最大で−２３ｄＢとなり、本実施形態に係る差動伝送線路と比較してクロストーク特性が劣化しており、後述する本実施形態に係る差動伝送線路のクロストーク特性を示す図１５と比較して分かるように、本発明が格別の効果を奏することを示している。このように、図５Ｂで示すようにストリップ導体対１２４の上方まで誘電体層１０３を形成することでクロストーク特性を改善することができる。

図９は、本実施形態に係る差動伝送線路のチャネル間ピッチＰａに対するクロストーク特性を示す図であり、第１の従来技術に係る差動伝送線路４の特性とともに示している。なお、図９に示すクロストーク特性は、チャネル長Ｌ＝１４ｍｍ、周波数範囲０〜３０ＧＨｚ、チャネル間ピッチＰａ＝０．７ｍｍ〜３．６ｍｍ、として計算されている。図９に示すように、第１の従来技術に係る差動伝送線路４の場合は、チャネル間ピッチＰａを小さくするに従いクロストーク量は単調に増加する。一方、本実施形態に係る差動伝送線路の場合は、チャネル間ピッチＰａが十分に広い場合（Ｐａ＞２．７ｍｍ）は、第１の従来技術に係る差動伝送線路４の場合と比較して、クロストーク量はほとんど差異がない。しかし、チャネル間ピッチＰａが２．７ｍｍから狭くなると、クロストーク量は徐々に低減し、極大値（Ｐａ＝１．５ｍｍ）を経て急激に減少する。そして、チャネル間ピッチＰａ＝１．１ｍｍにてクロストーク量は極小値を示した後、急激に増加する。そして、クロストーク量は、第１の従来技術に係る差動伝送線路に近づく。

このように、第１の従来技術に係る差動伝送線路４においては、チャネル間ピッチＰａを狭くするほどクロストーク量が増加するのに対して、本実施形態に係る差動伝送線路では、チャネル間ピッチＰａを徐々に狭くすると、ある範囲でクロストーク量が急激に低減することが分かる。

ここで、クロストークにより隣接するチャネルに伝達した信号の位相と正しいチャネルを伝達した信号の位相とを比較すると、第１の従来技術に係る差動伝送線路４においては、チャネル間ピッチＰａの値に依らずクロストークによる信号の位相が９０度進む。つまり、第１の従来技術に係る差動伝送線路４においては、クロストークの原因としては容量性結合が支配的であるといえる。そして、本実施形態に係る差動伝送線路においては、チャネル間ピッチＰａが十分に広い場合（Ｐａ＞２．７ｍｍ）は、クロストークによる信号の位相が９０度進むが、図９においてクロストークが急激に増加するＰａ＝０．８ｍｍ付近では、クロストークによる信号の位相が９０度遅れる。つまり、Ｐａ＞２．７ｍｍの場合は、クロストークの原因は容量性結合が支配的であり、Ｐａ＝０．８ｍｍ付近では、クロストークの原因は磁界結合が支配的であるといえる。０．８ｍｍ≦Ｐａ≦２．７ｍｍの範囲では、容量性結合の影響と磁界結合の影響と、が同程度の大きさで、かつ、それぞれが逆方向の力を有しているため、相殺効果が生じると考えられる。よって、本実施形態においては、０．８ｍｍ≦Ｐａ≦２．７ｍｍの範囲でクロストーク量が低減し、Ｐａ＝１．５ｍｍにおける極大値とＰａ＝１．１ｍｍにおける極小値が生じることとなる。

次に、第２の従来技術に係る差動伝送線路５のクロストーク特性について説明する。

図１０は、第２の従来技術に係る差動伝送線路５の構造を示す断面図である。図１０は、プリント回路基板のうち上層の構造を示している。図１０に示すように、第２の従来技術に係る差動伝送線路５は、接地導体層１０２の上面に誘電体層１０３を介してストリップ導体対３０４を配置し、ストリップ導体対３０４の上面及び誘電体層１０３の上面にソルダーレジスト層２０５を形成する。ソルダーレジスト層２０５は、ストリップ導体対３０４の上面及び誘電体層１０３の上面に膜状となるように塗布形成されるので、ストリップ導体対３０４の上面とチャネル間の誘電体層１０３の上面との段差で凹凸が形成される。よって、ソルダーレジスト層２０５と外気との界面は平面とならない。ここでは、例えば、ストリップ導体対３０４の厚さは６０μｍ、ソルダーレジスト層２０５の厚さは３０μｍ、チャネル長Ｌ＝１４ｍｍ、チャネル間ピッチＰａ＝１．１ｍｍ、ソルダーレジスト層２０５の比誘電率は４．４とする。

図１１は、第２の従来技術に係る差動伝送線路５のクロストーク特性を示す図である。図１１は、第２の従来技術に係る差動伝送線路５を本実施形態に係るプリント回路基板２０に配置した場合の、周波数に対するクロストーク特性を示している。これは、図８と同様に、クロストーク特性は、チャネル長Ｌ＝１４ｍｍ、チャネル間ピッチＰａ＝１．１ｍｍとして計算されている。図１１に示すように、周波数０Ｈｚから３０ＧＨｚまでの周波数範囲において、クロストーク量が最大で−２８ｄＢとなる。このように、ストリップ導体対３０４の上部に誘電体（ソルダーレジスト層２０５）を配置した場合でも、誘電体と外気との界面が平面でないとクロストーク量の低減効果を得られないことが分かる。つまり、クロストーク量の低減効果を得るためには、誘電体層１０３の上面をストリップ導体対の厚さによる段差を感じないような平面とすることが重要であるといえる。

ここで、チャネル長Ｌ＝１４ｍｍの場合のクロストークの許容値（−３５ｄＢ）を満たす、差動伝送線路の各部寸法の条件について説明する。

図１２は、本実施形態に係る差動伝送線路のチャネル間ピッチＰａに対するクロストーク特性を示す図である。図１２は、ストリップ導体間隔Ｇａｐが、０．１３ｍｍ（△）、１．２０ｍｍ(●)、０．３０ｍｍ（◇）の場合について、それぞれ示している。差動伝送線路のチャネル間のクロストーク量を低減し、かつ、差動伝送線路の配置領域を狭くする、差動伝送線路の構造を設定するには、まずクロストーク量が極大値を得るときのチャネル間ピッチＰａ＿ｍａｘを求め、次にクロストーク量が極小値を得るときのチャネル間ピッチＰａ＿ｍｉｎを求める。そして、チャネル間ピッチＰａは、Ｐａ＿ｍａｘ≧Ｐａ≧Ｐａ＿ｍｉｎの範囲から設定することが好適である。図１２に示すように、ストリップ導体間隔Ｇａｐの大小がクロストーク量の大小を支配的に決めており、特にＧａｐの値がクロストーク量の極大値の大きさをほぼ一義的に決めている。

図１３は、本実施形態に係る差動伝送線路の相関図である。図１３は、種々の構造の差動伝送線路（ストリップ導体間隔Ｇａｐ、距離Ｈ、ストリップ導体厚さｔ、ストリップ導体幅Ｗ、距離Ｈ２を任意に変化させた差動伝送線路）においてクロストーク量の極大値を求め、ストリップ導体間隔Ｇａｐとクロストーク量の極大値との相関を示したものである。図１３に示すように、ストリップ導体間隔Ｇａｐは、０．２５ｍｍ以下とすることで、クロストーク量を許容値の−３５ｄＢ以下にすることができる。

図１４は、本実施形態に係る差動伝送線路の相関図である。図１４は、ストリップ導体間隔Ｇａｐを０．２５ｍｍ以下に限定した差動伝送線路において、距離Ｈを変化させたときのＰａ＿ｍａｘ（◆）及びＰａ＿ｍｉｎ（◇）を求め、距離Ｈとチャネル間ピッチＰａとの相関を示したものである。言いかえると、図１４はクロストーク量が−３５ｄＢ以下となるＨとＰａの組み合わせ（範囲）を示したものと言える。図１４に示すように、チャネル間のクロストーク量を低減し、かつ、差動伝送線路の配置領域が占拠する領域を狭くするためには、距離Ｈは０．１ｍｍ≦Ｈ≦０．５ｍｍとし、チャネル間ピッチＰａはＰａ＿ｍｉｎ≦Ｐａ≦Ｐａ＿ｍａｘの範囲（図１４に示す斜線部分の範囲）から設定されるのが好適である。例えば、距離Ｈを０．５ｍｍとした場合は、チャネル間ピッチＰａは１．４ｍｍ≦Ｐａ≦２．１ｍｍの範囲から設定されるのが好適である。また、例えば、距離Ｈを０．１ｍｍとした場合は、チャネル間ピッチＰａは０．８ｍｍ≦Ｐａ≦１．０ｍｍの範囲から設定されるのが好適である。すなわち、距離Ｈをｘ座標、チャネル間ピッチＰａをｙ座標として、（Ｈ、Ｐａ）が、（０．１ｍｍ、１．０ｍｍ）、（０．１ｍｍ、０．８ｍｍ）、（０．５ｍｍ、１．４ｍｍ）、（０．５ｍｍ、２．１ｍｍ）を頂点とする矩形上または当該矩形の範囲の内部にあるのが望ましい。さらに、距離Ｈおよびチャネル間ピッチＰａが決まされれば、差動伝送線路の特性インピーダンスが消耗の値となるようにＷなどを決めることができる。なお、図１４で示す範囲は、Ｌ＝１４ｍｍだけではなく、Ｌ≦１４ｍｍにおいて、クロストーク量―３５ｄＢ以下を実現できることは図６より明らかである。

よって、本発明に係る複数の第１ストリップ導体対それぞれの長さは１４ｍｍ以下が望ましい。ここで、第１ストリップ導体対の長さとは、該第１ストリップ導体対と隣り合って位置する第１ストリップ導体対との間に導体（金属配線）が配置されることなく誘電層によって埋めこまれている部分の長さである。そして、図１３に示す通り、複数の第１ストリップ導体対のストリップ導体間隔Ｇａｐそれぞれは０．２５ｍｍ以下であるのが望ましい。さらに、図１４に示す通り、距離Ｈと、隣り合う２対の第１ストリップ導体対それぞれのチャネル間ピッチＰａとは、図１４に示す矩形（斜線部分）上または当該矩形の範囲の内部にある組み合わせであるのが望ましい。

ここで、上述した、各部寸法の条件を満たす差動伝送線路を本実施形態に係る直線領域３００に配置した場合のクロストーク特性を検証する。なお、チャネル長Ｌ＝１４ｍｍとし、領域３００における各チャネルの長さは、図５Ａに示すように、プリント回路基板２０の外側からＡ１＝９ｍｍ、Ａ２＝８ｍｍ、Ａ３＝７ｍｍとする。

まず、プリント回路基板２０は、上述したＣＦＰ４のＭＳＡ規格に従った形状とし、距離Ｈは０．２７９ｍｍ、ストリップ導体厚さｔは３５μｍ、距離Ｈ２は６０μｍとする。そして、チャネル間における接地導体層１０２と外気との間の誘電体層１０３の厚さは０．３７４ｍｍ（距離Ｈ＋ストリップ導体厚さｔ＋距離Ｈ２）となる。ストリップ導体間隔Ｇａｐは、０．２０ｍｍとする。ストリップ導体幅Ｗは、差動伝送線路の特性インピーダンスＺｄｉｆｆが所望の値となるように設定し、ここでは、ストリップ導体幅Ｗは０．２ｍｍとする。チャネル間ピッチＰａは、距離Ｈに応じた値から設定し、ここではＨ＝０．２７９に対して、Ｐａは１．１ｍｍと設定されることとする。

図１５は、本実施形態に係る差動伝送線路のチャネル間のクロストーク特性を示す図である。図１５は、上述したプリント回路基板２０における差動伝送線路のチャネル間のクロストーク特性を示している。図１５に示すように、周波数０Ｈｚから３０ＧＨｚまでの周波数範囲においてクロストーク量が−４７ｄＢ以下となる。このように、上述した条件を満たす差動伝送線路を用いることで差動伝送線路のチャネル間のクロストークを低減しつつ、差動伝送線路が占拠する領域を狭くすることができる。

また、本実施形態に係るプリント回路基板２０の受信側差動伝送線路２及び送信側差動伝送線路３は、上述した条件を満たす差動伝送線路を含むものとすると、例えば、図５Ａに示すように、受信側差動伝送線路２と送信側差動伝送線路３との配線間隔Ｄを７．２ｍｍまで広げることができる。ここで、配線間隔Ｄは受信側差動伝送線路２と送信側差動伝送線路３との間隔をいう。すなわち、図５Ａに示すように、受信側差動伝送線路２に含まれる複数のストリップ導体のうち、最も送信側差動伝送線路３側に位置するストリップ導体の送信側差動伝送線路３側の縁と、送信側差動伝送線路３に含まれる複数のストリップ導体のうち、最も受信側差動伝送線路２側に位置するストリップ導体の受信側差動伝送線路２側の縁と、の間の距離である。このように、受信側差動伝送線路２と送信側差動伝送線路３との配線間隔が広がることで、送信側チャネルから受信側チャネルへの逆方向クロストーク（Backward Crosstalk）を低減することもできるという効果を奏する。ここで、逆方向クロストークとは、２対の逆方向に伝搬する差動伝送線路の一領域を互いに近接して並行に配置した場合に、近接する領域に発生するクロストークをいう。

なお、特許文献２においては、ストリップ導体対からなる複数の差動伝送線路構造が提示されているが、プリント回路基板の一面に配置したコネクタ接続用の端子の配線層からその下の接地配線層、その下の信号層、その下の接地配線層と少なくとも４層を差動伝送線路用に占拠するものであり、実装密度の増加に対応できない。そして、特許文献３〜５においては、ストリップ導体対からなる複数の差動伝送線路構造の一部分にソルダーレジストなどの誘電体を選択的に配置したり、誘電体の厚さを変化させたりすることで順方向クロストーク量の低減を得ることができるとしている。そこで、特許文献３〜５に記載された構造を、図５Ａに示すようなＣＦＰ４のＭＳＡ規格のプリント回路基板２０に適用して、クロストーク特性を検討した結果、クロストーク量の低減効果が得られない、または、効果が充分でないことが明らかになった。このことからも、本発明は、クロストーク量を低減でき、かつ、差動伝送線路が占拠する領域を狭くでき、高速化と高密度実装を可能とする、という顕著な効果を奏することが分かる。

さらに、差動伝送線路における伝送損失を低減する上では、誘電体層１０３としてガラスエポキシ樹脂などの誘電正接の小さな材料を選択するのが一般的である。したがって、誘電体層１０３にソルダーレジストなどの誘電正接の高い材料を用いると伝送損失が十分に低減できないという問題があった。これに対して、本実施形態の差動伝送線路は、ソルダーレジスト層を配置しないため、差動伝送線路の伝送損失を最小限に抑えることができ、信号品位を良好に確保できるという効果を奏する。

ここで、本実施形態に係る差動伝送線路の製造方法について図１６Ａ〜図１６Ｄを用いて説明する。図１６Ａ〜図１６Ｄは、本実施形態に係る差動伝送線路の製造方法の過程を模式的に示す図である。本実施形態に係る差動伝送線路の製造方法では、まず、プリント回路基板２０上に、接地導体層１０２が形成され、接地導体層１０２上に、ガラス布基材とエポキシ樹脂からなる材料（第１のガラスエポキシ樹脂）を熱硬化して硬化状態の第１誘電体層１３１が形成される。そして、第１誘電体層１３１の上に並んで配置される、銅箔からなる複数のストリップ導体対１０４が形成される（図１６Ａ）。図１６Ａに示すように、接地導体層１０２の上面に第１誘電体層１３１が形成され、第１誘電体層１３１の上面にストリップ導体対１０４が形成された構造を差動伝送線路基本構造とする（以上、差動伝送線路基本構造形成工程）。次に、半硬化状態のガラスエポキシ樹脂であるプリプレグ誘電体１３２が作成される（以上、プリプレグ誘電体形成工程：図１６Ｂ）。プリプレグ誘電体１３２は、ガラス布基材にエポキシ樹脂を含浸し、これを加熱乾燥してエポキシ樹脂を半硬化状態にしたものである。そして、図１６Ｂに示すように、プリプレグ誘電体１３２が、差動伝送線路基本構造の最上層及び最下層（図示せず）（すなわち、上下面）の両面に貼り付けられる。そして、最上層のプリプレグ誘電体１３２の上面と、最下層のプリプレグ誘電体１３２の下面と、に厚さが均一な銅箔１３４が貼り付けられる。そして、平面熱盤１３５を用いて最上層と最下層との両面から加圧状態で加熱し、プリプレグ誘電体１３２を熱硬化させる（図１６Ｃ）。図１６Ｃにおいて、第２誘電体層１３３は、プリプレグ誘電体１３２が熱硬化されて形成されたものである（以上、第２誘電体層形成工程）。その後、最上層の銅箔１３４とストリップ導体対１０４との間にレーザービア工程によりバイアホール１０９（図示せず）を形成し、続いて最外層の銅箔１３４をパターンニングして、ストリップ導体対１１４、受信側端子列９１、金属配線１０８などを形成する。そして、図１６Ｄに示すように、直線領域３００においては最上層の銅箔１３４は取り除かれる（金属箔除去工程）。これにより、第１誘電体層１３１及び第２誘電体層１３３からなる誘電体層１０３の上面と外気との界面を平面にすることができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、第１実施形態の差動伝送線路と異なる構造の差動伝送線路について示す。

図１７Ａは、本実施形態に係るプリント回路基板２０の上面図である。図１７Ｂは、本実施形態に係るプリント回路基板２０の断面図であり、図１７ＡのＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢ線に示す断面の一部を表している。本実施形態は第１実施形態とは、プリント回路基板２０の最上層の構成に差異がある点を除けば、同一である。従って、第１実施形態と同等の構成には同符号を付し、その重複する説明は省略するものとする。

図１７Ｂに示すように、本実施形態の差動伝送線路は、接地導体層１０２と、接地導体層１０２の上方にあるストリップ導体対１２４（右側ストリップ導体２１１及び左側ストリップ導体２１２）と、接地導体層１０２上からストリップ導体対１２４を埋め込み、その上面がストリップ導体対１２４の上面と同じ平面となる誘電体層１０３と、ストリップ導体対１２４の上面及び誘電体層１０３の上方に塗付形成されるソルダーレジスト層１２５と、で構成される。そして、ソルダーレジスト層１２５の上面と外気との界面は平面となる。なお、ソルダーレジスト層１２５は誘電体によって形成されており、誘電層１０３とソルダーレジスト層１２５とを併せて、ストリップ導体対１２４を埋め込む誘電体層とする。

本実施形態における差動伝送線路の各部寸法は以下の通りである。ストリップ導体対１２４と、距離Ｈ＝０．２７９ｍｍ、ストリップ導体厚さｔ＝５３μｍ、距離Ｈ２＝５０μｍ（本実施形態において距離Ｈ２は、ソルダーレジスト層１２５の厚さである）、である。つまり、チャネル間における接地導体層１０２と外気との間に配置される誘電層（誘電体層１０３とソルダーレジスト層１２５）の厚さは０．３８２ｍｍ（距離Ｈ＋ストリップ導体厚さｔ＋距離Ｈ２）となる。そして、ストリップ導体間隔Ｇａｐは０．２０ｍｍであり、ストリップ導体幅Ｗは差動伝送線路の特性インピーダンスＺｄｉｆｆが所望の値となるよう設定される。ここでは、Ｗ＝０．２ｍｍとすると、特性インピーダンスＺｄｉｆｆは１００Ω近い値となる。チャネル間ピッチＰａは、距離Ｈに応じて定められ、ここではＰａ＝１．１ｍｍとする。

図１８は、本実施形態に係る差動伝送線路におけるチャネル間のクロストーク特性を示す図である。ここでは、チャネル長Ｌ＝１４ｍｍ、クロストーク量の許容値を−３５ｄＢとして計算している。図１８に示すように、周波数０Ｈｚから３０ＧＨｚまでの周波数範囲において、クロストーク量が−４２ｄＢ以下となっており、差動伝送線路間のクロストーク量を低減できている。

このように、本実施形態に係る差動伝送線路は、第１の実施形態に係る差動伝送線路と比較して、配線層数が比較的少ないプリント回路基板構成によって実現してできており、格別な効果を奏している。

ここで、本実施形態に係る差動伝送線路の製造方法について図１９Ａ及び図１９Ｂを用いて説明する。図１９Ａ及び図１９Ｂは、本実施形態に係る差動伝送線路の製造方法の過程を模式的に示す図である。なお、本実施形態に係る製造方法は、図１６Ｃに示す第２誘電体層形成工程までは、第１実施形態に係る差動伝送線路の製造方法と同様であるため、ここでは重複する説明を省略する。

次に、最上層の銅箔１３４が表面研磨により除去される（金属箔除去工程）。そして、第２誘電体層１３３がさらに表面研磨されることにより、ストリップ導体対１２４の上面と同一平面上に上面を有する第３誘電体層１３６が形成される（第３誘電体層形成工程：図１９Ａ）。すなわち、第２誘電体層１３３を表面研磨し、研磨がストリップ導体対１２４の上部に達し、ストリップ導体対１２４の上部が研磨されることにより、ストリップ導体対１２４の上面と第２誘電体層１３３の上面とが同一平面上に形成されることとなる。かかる状態まで研磨された第２誘電体層１３３が、第３誘電体層１３６である。そして、図１９Ｂに示すように、ソルダーレジストが、誘電体層１０３及びストリップ導体対１０４の上方に膜状になるように塗布され、ソルダーレジスト層１２５が形成される（ソルダーレジスト層形成工程）。なお、図１９Ｂに示す誘電体層１０３は、図１９Ａに示す第１誘電体層１３１及び第３誘電体層１３６からなる。ソルダーレジスト層１２５の素材としては熱硬化性エポキシ樹脂インクを用いるのが効果的であり、ハンダ接続を必要とする端子部分をエッチングにより取り除き、硬化させる。これにより、同一平面となる、ストリップ導体対１２４の上面と第２誘電体層１３３の上面とに、ソルダーレジスト層１２５を形成することにより、ソルダーレジスト層１２５の上面と外気との界面を平面にすることができる。

本発明に係る差動伝送線路では、複数の第１ストリップ導体対（ストリップ導体対１２４）を埋め込む誘電層の上表面（外気との界面）を平面としている。ここでいう、平面とは、第１実施形態又は第２実施形態で説明したように、誘電体層の上表面を平坦化する工程を施したものを言う。言い換えれば、図１０に示す第２の従来技術に係る差動伝送線路５のように、平坦化する工程を含まずに、ソルダーレジスタ層２０５が形成される場合は含まない。なお、第１実施形態及び第２実施形態は、誘電体層の上表面を平坦化する工程の例であり、これらに限定されることがないのは言うまでもなく、平坦化する工程を施して上表面を平面とする誘電体層に広く適用することが出来る。

［第３実施形態］
図２０は、本発明の第３実施形態に係るプリント回路基板２０の上面図である。本実施形態に係るプリント回路基板２０は、第１の実施形態に係るプリント回路基板２０と比較して、配線レイアウトが異なり、かつ、受信側差動伝送線路２と送信側差動伝送線路３との間に金属配線１１８が配置されるが、それ以外については、第１の実施形態と同一である。図２０に示すように、受信側差動伝送線路２に含まれるストリップ導体対１０４のうち最も内側に配置される内側ストリップ導体対は、バイアホール１０９からバイアホール１１９まで直線に延伸する。また、送信側差動伝送線路３についても、上述した受信側差動伝送線路２と同様の構造とすることができる。これにより、差動伝送線路間のクロストーク量を低減しつつ、プリント回路基板２０の外側に差動伝送線路を配置しない領域を確保することができる。

しかしながら、受信側差動伝送線路２及び送信側差動伝送線路３それぞれに含まれる複数のストリップ導体対はともにプリント回路基板２０の内側に寄る。それゆえ、受信側差動伝送線路２の内側ストリップ導体対と、送信側差動伝送線路３の内側ストリップ導体対と、の間に、送信側差動伝送線路３から受信側差動伝送線路２へ（又は、その反対）の逆方向クロストークが問題となるが、本実施形態に係るプリント回路基板２０では、金属配線１１８が、受信側差動伝送線路２に含まれる複数のストリップ導体対１０４と、送信側差動伝送線路３に含まれる複数のストリップ導体対１０４と、の間であって、これら複数のストリップ導体対１０４と同一層上に配置されている。金属配線１１８が、接地導体層１０２に電気的に接続されることにより、金属配線１１８は、送信側のストリップ導体対１０４と、受信側のストリップ導体対１０４とのガードトレース（Guard Trace）としての役割を持ち、送信側差動伝送線路３から受信側差動伝送線路２への逆方向クロストークを低減することができる。なお、受信側差動伝送線路２に含まれる複数のストリップ導体対１０４と、送信側差動伝送線路３に含まれる複数のストリップ導体対１０４と、の間とは、受信側差動伝送線路２に含まれる複数のストリップ導体対１０４の一方側（図２０の下側）の端と、送信側差動伝送線路３に含まれる複数のストリップ導体対１０４の他方側（図２０の上側）の端と、の間である。受信側差動伝送線路２の内側ストリップ導体対の右側ストリップ導体２１１の一方側（図２０の上側）の縁線と、送信側差動伝送線路３の内側ストリップ導体対の右側ストリップ導体２１１の他方側（図２０の上側）の縁線と、の間であると言ってもよい。

また、本実施形態に係るプリント回路基板２０の直線領域３３０において、受信側差動伝送線路２に含まれる複数のストリップ導体対１２４（第１ストリップ導体対）の中心は、受信側端子列９１の中心よりも一方側（図２０に示す下側）に配置されるとともに、金属配線１１８の他方側（図２０に示す上側）に配置される。同様に、送信側差動伝送線路３に含まれる複数のストリップ導体対１２４（第２ストリップ導体対）の中心は、送信側端子列９２の中心よりも他方側（図５Ａに示す上側）に配置されるとともに、金属配線１１８の一方側（図２０に示す下側）に配置される。

［第４実施形態］
図２１は、本発明の第４実施形態に係るプリント回路基板２０の上面図である。本実施形態に係るプリント回路基板２０は、第１の実施形態に係るプリント回路基板２０と異なり、金属配線１２８が配置されるが、それ以外については、第１の実施形態と同一である。図２１に示すように、金属配線１２８は、受信側差動伝送線路２の両側、及び送信側差動伝送線路３の両側、それぞれに配置される。すなわち、受信側差動伝送線路２のうち最も外側に配置される外側ストリップ導体対のさらに外側に、外側ストリップ導体対と並行に配置され、最も内側に配置される内側ストリップ導体対のさらに内側に、内側ストリップ導体対と並行に配置される。また、送信側差動伝送線路３についても、上述した受信側差動伝送線路２と同様の構造とすることができる。これにより、金属配線１２８は、送信側のストリップ導体対１０４と、受信側のストリップ導体対１０４とのガードトレース（Guard Trace）としての役割を持ち、送信側差動伝送線路３から受信側差動伝送線路２への逆方向クロストークをさらに低減することができる。

［第５実施形態］
第１から第４実施形態では、端子列１０１はコネクタ１０に接続されることとしたが、端子列１０１はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）に接続されてもよい。そこで、第５実施形態では、光伝送装置をＱＳＦＰ２８のＭＳＡ規格に従った形状とする。ＱＳＦＰ２８は、１００Ｇｂｉｔ／ｓの光送受信機のＭＳＡ規格の一種であり、ＣＦＰ４より小型であるが、ＣＦＰ４と同様のビットレートでデジタル信号が伝送される。

図２２は、本実施形態に係る光伝送装置の概略図であり、本実施形態に係る光伝送装置１は、ＱＳＦＰ２８のＭＳＡ規格に従っている。図２２に示すように、第５実施形態に係る光伝送装置１は、プリント回路基板５０、ＲＯＳＡ５０６、ＴＯＳＡ５０３、第１ＦＰＣ５０４、及び第２ＦＰＣ５０５を含んで構成されている。

プリント回路基板５０は、第１端子列５０１、第２端子列５０２、受信用集積回路１０６、及び送信用集積回路１０７を含んで構成されている。第１端子列５０１は、ＲＯＳＡ５０６接続用のフレキシブルプリント基板である第１ＦＰＣ５０４と接続され、第２端子列５０２は、ＴＯＳＡ５０３接続用のフレキシブルプリント基板である第２ＦＰＣ５０５と接続される。

図２３は、本実施形態に係るプリント回路基板５０の上面図である。図２３に示すように、受信側の４チャネルの受信側差動伝送線路２は、第１端子列５０１と受信用集積回路１０６との間に接続され、送信側の４チャネルの送信側差動伝送線路３は、第２端子列５０２と送信用集積回路１０７との間に接続される。受信側差動伝送線路２は、それぞれ互いに隣接した４つの差動伝送線路からなり、第１端子列５０１から受信用集積回路１０６の入力端子列の方向に信号を伝送する。また、送信側差動伝送線路３は、それぞれ互いに隣接した４つの差動伝送線路からなり、送信用集積回路１０７の出力端子列から第２端子列５０２の方向に信号を伝送する。

本実施形態に係るＱＳＦＰ２８のＭＳＡ規格に従った光伝送装置において、プリント回路基板５０の幅は１６〜１７ｍｍと定められている。このＱＳＦＰ２８のＭＳＡ規格に従ったプリント回路基板５０は、ＣＦＰ４のＭＳＡ規格に従ったプリント回路基板より１割程度小さい。本実施形態では、図２２に示すように、受信側差動伝送線路２における直線領域４００にてチャネル間ピッチＰａが狭くなり（例えば、Ｐａ＝０．５ｍｍ）、その隣に送信用集積回路１０７が配置される。同様に、送信側差動伝送線路３における直線領域４１０にてチャネル間ピッチＰａが狭くなってよい。これにより、受信側差動伝送線路２のチャネル間、送信側差動伝送線路３のチャネル間、及び送信側差動伝送線路３と受信側差動伝送線路２とのチャネル間、におけるクロストーク量を低減することができるとともに、プリント回路基板５０における差動伝送線路の占拠する領域を狭くすることができる。

このように、フレキシブルプリント基板を介して、ＴＯＳＡ、ＲＯＳＡ等の光モジュールと接続されるプリント回路基板であっても、接地導体層の上面にストリップ導体対を埋め込んだ誘電体層を配置し、誘電体層と外気との界面を平面とした、差動伝送線路を用い、複数の差動伝送線路のチャネル間ピッチＰａを小さくすることで、高速化と高密度実装が可能な光伝送装置を提供することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、プリント回路基板２０における直線領域３００について、クロストーク特性の検証対象としたが、この領域に限られず、同一のチャネル間ピッチＰａを保ちながら配置したストリップ導体対１０４の４５度の屈曲部と、その前後の並行な直線部とを含んだ領域についてクロストーク特性の検証対象としてもよい。このような、屈曲部を含む差動伝送線路に信号を入力した場合、伝送線路間の電気長の違いにより信号の一部が同相モードに変換される。一般的には、コモンモード信号成分は、差動モード信号成分に比べてクロストーク量を大きく劣化させることが多い。しかし、今回、周波数０Ｈｚから３０ＧＨｚまでの周波数範囲において、ストリップ導体の間の距離Ｇａｐが０．２５ｍｍ以下、屈曲部の角度θが４５度以下、の条件下であれば本実施形態のプリント回路基板２０の構造であれば、伝送線路が直線の場合と比べてほとんどクロストーク量を劣化させることなく、上記実施形態と同様の改善結果が得られる。

また、本発明は、上記実施形態に係る光伝送装置に限定されず、差動伝送線路を備えた光伝送装置、コンピュータ等の情報処理装置に適用することができる。

１ 光伝送装置、２ 受信側差動伝送線路、３ 送信側差動伝送線路、４,５ 差動伝送線路、１０ コネクタ、２０,５０ プリント回路基板、３０ 端子、４０ 金属配線、９１ 受信側端子列、９２ 送信側端子列、９３,１４１ グランド端子、９４,１４２ 信号端子、１０１,２０６,２０７ 端子列、１０２ 接地導体層、１０３ 誘電体層、１０４,１１４,１１５,１２４,２０４,３０４ ストリップ導体対、１０９,１１０,１１９ バイアホール、１０５,１２５,２０５ ソルダーレジスト層、１０６ 受信用集積回路、１０７ 送信用集積回路、１１１ ＤＣカット容量、１１８,１２８ 金属配線、１３１ 第１誘電体層、１３２ プリプレグ誘電体、１３３ 第２誘電体層、１３４ 銅箔、１３５ 平面熱盤、１３６ 第３誘電体層、２１１ 右側ストリップ導体、２１２ 左側ストリップ導体、３００,４００,４１０ 直線領域、５０１ 第１端子列、５０２ 第２端子列、５０３ ＴＯＳＡ、５０４ 第１ＦＰＣ、５０５ 第２ＦＰＣ、５０６ ＲＯＳＡ。

Claims (11)

1. 接地導体層と、
   前記接地導体層の上方を同一層上に並んで配置され、それぞれが第１右側ストリップ導体と第１左側ストリップ導体からなる複数の第１ストリップ導体対と、
   前記接地導体層上から前記複数の第１ストリップ導体対を埋め込み、さらに、前記複数の第１ストリップ導体対の上方まで形成され、その上表面が平面となる、誘電体層と、
   を備える、差動伝送線路であって、
   隣り合う２対の前記第１ストリップ導体対の間それぞれには、導体が配置されることなく前記誘電体層によって埋めこまれており、
   前記複数の第１ストリップ導体対それぞれの長さは１４ｍｍ以下であり、
   前記複数の第１ストリップ導体対それぞれの前記第１右側ストリップ導体と前記第１左側ストリップ導体との内縁間の距離は０．２５ｍｍ以下であり、
   前記接地導体層から前記複数の第１ストリップ導体対までの距離と、前記隣り合う２対の前記第１ストリップ導体対それぞれの中心間距離とは、前記接地導体層から前記複数の第１ストリップ導体対までの距離をｘ座標、前記隣り合う２対の前記第１ストリップ導体対の中心間距離をｙ座標として、（０．１ｍｍ、１．０ｍｍ）、（０．１ｍｍ、０．８ｍｍ）、（０．５ｍｍ、１．４ｍｍ）、（０．５ｍｍ、２．１ｍｍ）を頂点とする矩形上または当該矩形の範囲の内部にある組み合わせである、
   ことを特徴とする差動伝送線路。
2. 請求項１に記載の差動伝送線路であって、
   前記誘電体層は、ガラスエポキシからなる、
   ことを特徴とする差動伝送線路。
3. 請求項１に記載の差動伝送線路であって、
   前記誘電体層は、前記接地導体層から前記第１ストリップ導体対の上面までガラスエポキシからなり、前記第１ストリップ導体対の上面から外気との界面まではソルダーレジストからなる、
   ことを特徴とする差動伝送線路。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の差動伝送線路であって、
   前記複数の第１ストリップ導体対の信号伝送方向は同じである、
   ことを特徴とする差動伝送線路。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の差動伝送線路を、備える、光伝送装置。
6. 接地導体層と、
   前記接地導体層の上方を同一層上に並んで配置され、それぞれが第１右側ストリップ導体と第１左側ストリップ導体からなる複数の第１ストリップ導体対と、
   前記接地導体層上から前記複数の第１ストリップ導体対を埋め込み、さらに、前記複数の第１ストリップ導体対の上方まで形成され、その上表面が平面となる、誘電体層と、
   を備える、差動伝送線路であって、
   隣り合う２対の前記第１ストリップ導体対の間それぞれには、導体が配置されることなく前記誘電体層によって埋めこまれており、
   前記複数の第１ストリップ導体対の一端側に、前記接地導体層の上方を同一層上に繰り返し並んで配置される、複数の第１信号端子対、及び複数の第１接地端子と、をさらに備え、
   各前記第１信号端子対は、対応する前記第１ストリップ導体対それぞれに対して電気的に接続され、
   各前記第１接地端子は、前記接地導体層に電気的に接続され、
   隣り合う２対の前記第１ストリップ導体対それぞれの中心間距離は、対応して隣り合う２対の前記第１信号端子対の中心間距離より、小さい、
   ことを特徴とする光伝送装置。
7. 請求項６に記載の光伝送装置であって、
   前記複数の第１ストリップ導体対と同一層上にあって、前記複数の第１ストリップ導体対の、さらに一方側に並ぶ、複数の第２ストリップ導体対と、
   前記複数の第１信号対及び前記複数の第１接地端子のさらに前記一方側に並んで、前記端子層上にあって繰り返し並んで配置される、複数の第２信号端子対、及び複数の第２接地端子と、
   をさらに備え、
   各第２ストリップ導体対は、第２右側ストリップ導体と第２左側ストリップ導体からなり、
   隣り合う２対の前記第２ストリップ導体対の間それぞれには、導体が配置されることなく前記誘電体層によって埋めこまれ、
   各前記第２信号端子対は、対応する前記第２ストリップ導体対それぞれに対して電気的に接続され、
   各前記第２接地端子は、前記接地導体層に電気的に接続され、
   隣り合う２対の前記第２ストリップ導体対それぞれの中心間距離は、対応して隣り合う２対の前記第２信号端子対の中心間距離より、小さく、
   前記複数の第１ストリップ導体対と前記複数の第２ストリップ導体対のいずれか一方は送信用に用いられ、他方は受信用に用いられる、
   ことを特徴とする光伝送装置。
8. 請求項７に記載の光伝送装置であって、
   前記複数の第２ストリップ導体対の中心は、前記複数の第２信号端子対の中心よりも前記一方側に配置され、
   前記複数の第１ストリップ導体対の中心は、前記複数の第１信号端子対の中心よりも前記一方側とは他方側に配置される、
   ことを特徴とする、光伝送装置。
9. 請求項７に記載の光伝送装置であって、
   前記複数の第１ストリップ導体対と、前記複数の第２ストリップ導体対と、の間であって、前記第１ストリップ導体対及び前記第２ストリップ導体対と同一層上に配置されるとともに、前記接地導体層に電気的に接続される、金属配線を、さらに備える、
   ことを特徴とする、光伝送装置。
10. 請求項９に記載の光伝送装置であって、
    前記複数の第１ストリップ導体対の中心は、前記複数の第１信号端子対の中心よりも前記一方側に配置されるとともに、前記金属配線の前記他方側に配置され、
    前記複数の第２ストリップ導体対の中心は、前記複数の第２信号端子対の中心よりも前記他方側に配置されるとともに、前記金属配線の前記一方側に配置される、
    ことを特徴とする光伝送装置。
11. プリント回路基板上に、接地導体層を形成し、
    前記接地導体層上に、第１のガラスエポキシ樹脂によって、硬化状態の第１誘電体層を形成し、
    前記第１誘電体層上に並んで配置され、それぞれが右側ストリップ導体と左側ストリップ導体からなる複数のストリップ導体対を形成して、
    差動伝送線路基本構造を形成する差動伝送線路基本構造形成工程と、
    半硬化状態のプリプレグ誘電体を作成するプリプレグ誘電体形成工程と、
    前記プリプレグ誘電体と、金属箔を、前記差動伝送線路基本構造の上下面に貼付し、平面熱盤を用いて加圧状態で加熱して、第２誘電体層を形成する、第２誘電体層形成工程と、
    前記金属箔を除去する金属箔除去工程と、
    前記第２誘電体層を研磨することにより、前記複数のストリップ導体対の上面と同一平面上に上面を有する第３誘電体層を形成する、第３誘電体層形成工程と、
    前記第３誘電体層及び前記複数のストリップ導体対の上方にソルダーレジストを塗布して、ソルダーレジスト層を形成する、ソルダーレジスト層形成工程と、
    を備える、差動伝送線路の製造方法。

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