JPS6342437B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子計算機等の高速性と高実装密度が
要求される電子回路を実装する配線基板の改良に
関する。

電子計算機等の回路は一般にセラミツク多層配
線基板に実装されている。グリーンシート（未焼
結のセラミツクテープ）を用いたセラミツク多層
配線基板の製造工法としては次の２通りの方法が
代表的である。その一つは、ベースとなる１枚の
グリーンシートに印刷技術を用いて導体層と絶縁
層を積層する方法（印刷法）である。他の一つ
は、所望の厚さにしたグリーンシートを導体層数
に等しい枚数用意し、各々のグリーンシート上に
導体を印刷し、それらを熱圧着し多層化する方法
（積層法）である。

多層配線におけるスルホールの微細化の面から
は積層法より印刷法の方がより有利であり、高密
度多層線用セラミツク基板の製造には印刷法が多
用される。しかし、印刷法による場合には絶縁層
は30〜40μm程度の厚さしか取れず、ＸおよびＹ
方向の信号配線層が複数層ある場合はＸ方向信号
配線層間およびＹ方向信号配線層間の絶縁間隔は
60〜80μm程度となる。したがつて、高速パルス
を伝送する場合には、平行の信号配線層間のクロ
ストークが問題となる。このクロストークを減ら
すために同一方向の信号配線層間に電源層を設け
ることがある。しかし電源層は電気低抗を減らし
て電位降下を小さくするために全面導体層とする
のが普通であるため、このような電源を介在させ
ると信号線路の浮遊容量が増してしまう。これは
以下に述べられるように極めて好ましくない。

印刷法では前記の如く絶縁層の厚さは30〜
40μm程度であるので、信号配線層の信号線路幅
が0.1mmとし電源層を介在させると信号線路がパ
ルス立上り波形に比べて長い場合は、伝送線路と
しての信号線路の特性インピーダンスZ₀が20〜30
Ωと極めて低い値となる。一方、冷却等の面から
IC（集積回路）チツプの発熱は極力小さく押える
必要があり、通常、出力回路の終端抵抗Ｒは50〜
100Ωが選ばれる。したがつて、第１図ａに示す
ようにECL（Emitter Coupled Logic）回路で受
端終端方式とした場合、受端パルス波形は第１図
ｂの点線のようになるべきところが実線のように
なる。また第２図ａに示すように送端終端方式
（コレクタ駆動回路の場合等）とした場合には、
受端パルス波形は第２図ｂの点線のようになるべ
きところが実線のようになつてしまう。このよう
にパルス波形の乱れや遅延が大きく、回路の誤動
作が生じるおそれがある。

一般に特性インピーダンスZ₀は信号線路の浮遊
容量Ｃ（pF）およびインピーダンスＬ（nH）を用
いて近似的に次式で表わされる。

Z₀＝√ 信号線路がパルス立上り時間に比べて十分短い
場合には集中定数回路として扱うことができ、し
たがつてこの場合の信号線路は容量性負荷とみな
すことができ、終端パルス波形は第３図の点線の
ようになるべきところが遅延によつて実線に示す
ように立上りのなまつたものになる。前記のよう
に特性ンインピーダンスZ₀が20〜30Ωの場合にお
ける浮遊容量Ｃは４〜6pF／cmと非常に大きく、
第２図における終端抵抗Ｒを100Ωとすれば、２
cmの信号線路で約1ns前後の非常に大きな遅延が
起る。

したがつて本発明の目的は、信号配線層間のク
ロストークが少なくまた高速パルス伝送が可能な
配線基板を提供することにある。

しかして本発明にれば、信号配線層間に網状の
導体パターンを持つ導体層を配した構造をもち、
信号線路の浮遊容量が小さくかつ信号配線層間の
クロストークが少ない配線基板が提供される。

また本発明によれば、Ｘ方向の信号配線層とＹ
方向の信号配線層を１組とする信号配線層対の間
に、Ｘ，Ｙ方向に45゜の角度をなして延在する導
体から成る網状の導体パターンを持つ導体層が配
され、各信号配線層の信号線路の浮遊容量を増す
ことなく隣接するＸ方向信号配線層間およびＹ方
向信号配線層間のクロストークの減少をはかつた
配線基板が提供される。

さらに本発明の好ましい一実施態様によれば、
導体層のＸ，Ｙ方向に45゜の角度で延在する各導
体は相互の交差部において拡幅され、これによつ
て各層の導体パターンの位置ずれによる信号線路
の浮遊容量（特性インピーダンス）の変化が極力
抑えられる。

第４図は本発明による多層セラミツク配線基板
１を使用したパツケージ全体の概略図である。基
板１上には多数の集積回路チツプ２との接続を取
る為に必要な導体層を形成しておき、基板１とチ
ツプ２とは公知の方法、例えばフリツプチツプ
法、あるいはTAB法（Tape Automatic
Bonding法）等によつて接続される。配線基板１
は熱伝導性が良く、集積回路チツプ２の材料Siと
熱膨張率が似たAl₂O₃セラミツク基板より構成さ
れる。配線基板１は搭載する集積回路チツプ数と
チツプ入出力端子数および基板の大きさ、さらに
信号線路のピツチ数等によつて、必要な信号配線
層数が決まる。例えば、基板１に搭載する集積回
路チツプ２の個数を36個、各チツプの入出力端子
数を70ピンとし、かつ基板の大きさを10cm、１層
当りの配線本数を２本／mmとすると、信号配線層
は概ね４層が必要となる。

信号配線層が４層の場合の配線基板１の断面構
造の一例を第５図に示し、説明する。１ａはチツ
プ２と配線基板１を接続する半田バンプ４のため
ペデスタル層である。その下に第１のＸ方向信号
配線層１ｂと第１のＹ方向信号配線層１ｃが設け
られる。Ｘ方向信号配線層１ｂの信号線路はＸ方
向に延在しており、またＹ方向信号配線層１ｃの
信号線路はＹ方向に延在している。したがつて両
層１ｂ，１ｃの信号線路は互に直交し、両者間の
クロストークは小さい。信号配線層１ｃの下に本
発明によつて導入された導体層１ｄが設けられ、
その下に第２のＸ方向信号配線層１ｅと第２のＹ
方向信号配線層１ｆが設けられる。

導体層１ｄは第６図に示すように、Ｘ，Ｙ方向
にほぼ45゜傾斜して延在する一群の導体４から成
る網状のパターンを持つものであり、この導体層
１ｄは使用時には接地もしくは固定電位点に接続
される。

第５図に戻つて、各層１ａ〜１ｆの相互間の絶
縁間隔はセラミツク印刷技術で可能な40μm程度
に形成される。第２のＹ方向信号配線層１ｆの下
側にセラミツク積層技術によつて充分な絶縁間
隔、例えば500μm程度に保つて２層の電源配線層
１ｇが形成される。各電源配線層は全面に導体を
印刷したものであるが、電源配線層相互の絶縁間
隔はセラミツク印刷技術によつて30μm程度にし、
電源配線層間に充分な静電容量を生じさせ、それ
をバイパスコンデンサとして作用させると良い。
配線基板１の裏面には、セラミツク基板の導体に
使用されるタングステン上にニツケル及び金メツ
キを施こした電源層１ｈが形成されている。電源
変動が特に問題になる場合、例えば直結形CML
（Current Mode Logic）によるコレクタ駆動形
式の回路を実装する場合では、電源層１ｈによつ
て電源供給を行なうと有利である。

上記実施例に示すような構造における網状導体
層の効果は実験によつて確認されており、Ｘ方向
またはＹ方向信号配線層間のクロストークが極め
て少なくなりまた各信号配線層の信号線路の浮遊
容量を大幅に減らすことができる。具体的には、
上記実施例におけるように絶縁間隔が30〜40μm
の場合、導体率が20ないし30％以下であれば浮遊
容量の減少効果は著しい。浮遊容量と、信号配線
層と網状動体層の絶縁間隔ｄおよび導体率との間
には実験的に第７図のグラフに示すような関係が
得られている。このグラフから理解できるよう
に、信号線路と網状導体層との絶縁間隔が大きく
なるとまた導体率がほぼ30％を超えると、網状導
体層の効果が減る傾向がある。

第８図に網状導体層のより好ましい導体パター
ンを示す。印刷法による場合、信号線路や網状導
体層の導体パターンの位置ずれはある程度許容せ
ざるを得ないが、この位置ずれが大きいと信号線
路の浮遊容量が変化し、したがつて信号線路の特
性インピーダンスが変動してしまうおそれがあ
る。これに対処するには、第８図に示すように、
網状導体層の導体４の交差部に適当な丸味を持た
せて幅を拡げてやるとよい。理想的には、例えば
Ｙ方向信号線路がＡの位置にある場合とＢの位置
にある場合とのいずれにおいても導体４との重な
る面積が同一の2sになるようにするとよい。この
ようにすれば、信号線路と網状導体パターンとの
相対位置がある程度変化しても、信号線路の浮遊
容量および特性インピーダンスの変動を少なく抑
えられる。これは層間の絶縁間隔が小さい時に特
に有効である。

尚、上記実施例はＸ，Ｙ信号配線層の対の間に
網状導体層を設けたが、ＸまたはＹ方向の信号配
線層間に網状導体層を設けても効果が得られるこ
とは勿論である。この場合、網状導体層の導体は
ＸまたはＹ方向に直交する方向に延在させてよ
い。

本発明は以上に述べた如くであり、信号配線層
間のクロストークを減らし、また信号線路の浮遊
容量の減少（特性インピーダンスの増大）をはか
ることができるものであり、高速パルス伝送に最
適な多層配線基板を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂは受端終端方式における伝送
回路の概念図および受端点におけるパルス信号波
形の概念図、第２図ａおよびｂは送端終端方式に
おける伝送回路の概念図および受端点におけるパ
ルス信号波形の概念図、第３図は信号線路長に比
べて立上り時間が長いパルスを伝送した場合の受
端点におけるパルス信号波形の概念図、第４図は
セラミツク配線基板モジユールの外観図、第５図
は本発明によるセラミツク配線基板の一例の断面
図、第６図は第４図中の網状導体層の導体パター
ン例を示す平面図、第７図は網状導体層の介在に
よる信号線路の浮遊容量の低減効果を示す実験デ
ータのグラフ、第８図は網状導体層上の導体パタ
ーンの変形を示す図である。 １ｂ，１ｅ…Ｘ方向信号配線層、１ｃ，１ｆ…
Ｙ方向信号配線層、１ｄ…網状導体層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 信号配線層間に網状の導体パターンを持つ網
   状導体層を配して成る配線基板。 ２ 前記網状導体層はＸ方向の信号線路を持つ信
   号配線層とＹ方向の信号線路を持つ信号配線層と
   を一組とする信号配線層対の各対間に設けられた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の配
   線基板。 ３ 前記網状導体層の各導体は前記ＸまたはＹ方
   向に対してほぼ45゜の角度をなして延在すること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の配線基
   板。 ４ 前記網状導体層の各導体は相互の交差部にお
   いて拡幅されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載の配線基板。