KR20070096836A - 다층 인쇄 배선 기판 및 특성 임피던스의 측정 방법 - Google Patents

다층 인쇄 배선 기판 및 특성 임피던스의 측정 방법 Download PDF

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Abstract

신호 배선층의 각각에 컴팩트한 테스트 쿠폰이 형성된 다층 인쇄 배선 기판이 마련되고, 신호 배선층 각각에 대한 특성 임피던스 측정의 효율적인 방법이 실현된다. 테스트 쿠폰은 서로 나란히 연장하는 복수의 직선부와 이 직선부를 상호 연결하는 되접힘부로 구성된다. 서로 인접하는 신호 배선층의 각 테스트 쿠폰을 직렬로 연결하기 위해 스루홀이 마련된다. 두 개의 측정용 패드, 즉, 직렬로 연결된 테스트 쿠폰의 일단에 연결되는 측정용 패드와, 그라운드층에 연결되는 측정용 패드가 또한 마련된다. 두 측정용 패드 사이에 스텝 펄스를 인가하고 직렬로 연결된 테스트 쿠폰으로부터의 반사파의 전압을 측정하는 것에 의해 측정이 수행된다.

Description

다층 인쇄 배선 기판 및 특성 임피던스의 측정 방법{MULTILAYER PRINTED WIRING BOARD AND METHOD OF MEASURING CHARACTERISTIC IMPEDANCE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 인쇄 배선 기판의 각 신호 배선층에 형성된 테스트 쿠폰의 배선 패턴을 도시하는 평면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다층 인쇄 배선 기판을 개략적으로 도시하는 분해 사시도.
도 3의 A는 도 1에 도시된 테스트 쿠폰의 코너부의 상세를 도시하는 평면도.
도 3의 B는 도 1에 도시된 테스트 쿠폰의 측정용 패드의 상세를 도시하는 평면도.
도 4는 종래의 테스트 쿠폰을 사용하여 TDR법에 의해 측정한 오실로스코프의 관측 파형을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 테스트 쿠폰을 사용하여 TDR법에 의해 측정한 오실로스코프의 관측 파형을 도시하는 도면.
도 6은 종래의 테스트 쿠폰을 도시하는 평면도.
도 7은 일본 특개평8-46306호에 개시된 종래의 테스트 쿠폰의 사시도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
10 : 다층 인쇄 배선 기판(인쇄 배선 기판) 11 : 패턴 배선부(테스트 쿠폰)
12 : 직선부 13 : 되접힘부
14 : 측정용 패드(테스트 쿠폰용) 15 : 스루홀
16 : 측정용 패드(그라운드용) 17 : 개방단
18 : 스루홀 20 : 코너부
21 : 절곡부 22 : 사변
기술 분야
본 발명은, 상부에 전자 회로 소자가 장착되는 다층 인쇄 배선 기판 및 다층 인쇄 배선 기판 상에 형성된 신호 배선의 특성 임피던스의 측정 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, TDR(Time domain Reflectometry)법을 이용하여 다층 인쇄 배선 기판의 신호 배선의 특성 임피던스를 측정하는 기술에 관한 것이다.
배경 기술
최근, 인쇄 배선 기판에 있어서의 밀도 증가의 요구에 따라, 상부에 배선 패턴이 각각 형성된 배선 기판을, 표면 배선 기판층을 포함하여 3층 이상으로 적층하는 것에 의해 형성되는 다층 인쇄 배선 기판이 사용되고 있다. 또한, 다층 인쇄 배선 기판에 장착되는 전자 회로 소자의 동작 속도도 점점 빨라지고 있다. 고속으로 동작하는 전자 회로 소자에 있어서, 임피던스 부정합에 의해 야기되는 반사파는 전 자 회로 소자의 동작에서 문제를 발생시키는 원인이 된다. 이 때문에, 각각의 신호 배선층 상에 형성되며 소정 범위의 값 이내로 설정된 배선 패턴의 임피던스, 소위 패턴 임피던스를 갖는 다층 인쇄 배선 기판을 제조할 필요가 있다. 다층 인쇄 배선 기판의 제조시 편차에 의해 야기되는 패턴 임피던스 값의 편차 특성을 판정하기 위해, 종래에 있어서는, 배선 패턴과는 별도로 각각의 신호 배선층에 임피던스 측정 전용의 테스트 쿠폰을 마련하였다. 따라서, 테스트 쿠폰을 측정하는 것에 의해 소정의 임피던스 값을 갖는 다층 인쇄 배선 기판만이 선택되어 제품으로서 사용되었다.
종래의 다층 인쇄 배선 기판에 있어서, 도 6에 도시된 측정용 테스트 쿠폰은 신호 배선층의 배선 기판 상의 빈 영역에 마련되거나, 또는 전용의 테스트 쿠폰 기판이 형성된다. 특히 근래에 있어서, 각 종류의 신호에 대해 여러 가지 임피던스 값이 존재하고, 그 결과 테스트 쿠폰은, 일반적으로 각 신호 배선층마다 대응하여 형성되고, 또한, 측정에 필요한 길이의 직선부분을 포함하도록 형성된다. 그러나, 도 6에 도시하는 바와 같은 테스트 쿠폰을 형성하면, 테스트 쿠폰의 전유(專有) 면적이 커지고, 그 결과 테스트 쿠폰에 필요한 영역을 배선 기판상에 확보할 수가 없는 상황이 왕왕 발생한다.
일본 특개평 8-46306호에 있어서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 인쇄 배선 기판(60)의 4구석에 L자 형상의 테스트 쿠폰(61)을 배치되는 구성이 개시되어 있다. 이 특허문헌에 기재된 기술에서는, 이 4구석에 마련한 L자 형상의 테스트 쿠폰(61)의 기판 단면(end face)에 나타나는 테스트 패턴의 단면(斷面) 치수를 측정 하는 것에 의해, 테스트 쿠폰의 특성 임피던스를 쉽게 계산할 수 있다고 기술하고 있다.
상기 특허문헌에 기재된 기술에서는, 인쇄 배선 기판의 4구석에 L자 형상의 테스트 쿠폰을 형성함에 의해, 테스트 쿠폰에 필요한 면적을 축소하고 있다. 그러나, 이 기술에서는, 테스트 쿠폰으로 형성된 배선의 단면 형상을 측정함에 의해, 인쇄 기판상의 신호 배선의 특성 임피던스를 계산하는 구성을 채용하고 있기 때문에, 정확한 특성 임피던스의 측정은 곤란하다. 특성 임피던스를 전기적으로 또한 정확하게 측정하기 위해서는, 도 6에 도시하는 형상의 테스트 쿠폰이 필요하기 때문에, 테스트 쿠폰에 의한 전유 면적이 증대한다.
또한, 도 6에 도시하는 종래의 테스트 쿠폰에 의한 특성 임피던스의 측정시, 각 신호 배선층의 특성 임피던스를 TDR법으로 개별적으로 측정할 필요가 있어서, 측정에 장시간을 필요로 한다. 이 때문에, 효율적인 측정이 가능한 특성 임피던스의 측정 방법이 요망되고 있다.
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여, 테스트 쿠폰의 형성에 필요한 면적을 축소하고, 또한, 정확하고 효율적인 특성 임피던스의 측정이 가능한 특성 임피던스의 측정 방법, 및, 그와 같은 테스트 쿠폰을 형성한 다층 인쇄 배선 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 설명된 목적을 달성하기 위해, 복수의 신호 배선층과 적어도 하나의 그 라운드층을 구비하는 본 발명의 제 1의 양상에 따른 다층 인쇄 배선 기판은: 상기 신호 배선층 각각에 형성되며 임피던스를 측정하기 위한 테스트 쿠폰과; 상기 신호 배선층 각각의 테스트 쿠폰을 직렬로 연결하는 스루홀과; 상기 직렬로 연결된 테스트 쿠폰의 일단에 연결되는 측정용 패드; 및 상기 그라운드층에 연결되는 측정용 패드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 각각의 신호 배선층에 테스트 쿠폰이 형성된 본 발명의 제 2의 양상에 따른 다층 인쇄 배선 기판은: 상기 테스트 쿠폰이 서로 나란히 연장하는 복수의 직선부와 상기 복수의 직선부를 상호 연결하는 되접힘부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
복수의 신호 배선층과 적어도 하나의 그라운드층을 구비하는 다층 인쇄 배선 기판의 신호 배선의 특성 임피던스를 측정하는 본 발명에 따른 특성 임피던스 측정 방법은: 상기 신호 배선층의 각각에 임피던스를 측정하기 위한 테스트 쿠폰을 형성하는 단계와; 상기 각각의 신호 배선층의 테스트 쿠폰을 직렬로 연결하는 단계와; 상기 직렬로 연결된 테스트 쿠폰의 일단에 연결된 측정용 패드와 상기 그라운드층에 연결된 측정용 패드 사이에 스텝 펄스를 인가하는 단계; 및 상기 직렬로 연결된 테스트 쿠폰으로부터의 반사파의 전압을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 관해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 인쇄 배선 기판(10)의 각각의 신호 배 선층에 형성된 테스트 쿠폰의 배선 패턴을 도시하는 평면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다층 인쇄 배선 기판(10)을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
다층 인쇄 배선 기판(10) 상에 형성되는 각각의 테스트 쿠폰은 각각의 신호 배선층의 배선 기판상에 형성된 개개의 테스트 쿠폰(패턴 배선부; 11), 및 각 신호 배선층의 패턴 배선부(11)를 상호 연결하는 스루홀(15)로 구성된다. 패턴 배선부(11)는 스루홀(15)을 통해 연결부로부터 연장하고, 0.08 내지 0.3㎜의 폭과 약 50㎜의 길이를 각각 갖는 6개의 직선부(12)와, 상기 6개의 직선부가 연속적으로 연결되도록 꺽어 젖힌 되접힘부(folded-back parts; 13)로 구성된다. 즉, 각 신호 배선층의 테스트 쿠폰의 전체 길이는 약 300㎜이다. 인접한 두 직선부(12) 사이의 간격은 그들의 중심 사이 거리로 1.27㎜이다. 이와 같은 중심 사이 거리를 확보함에 의해, 선간 스트로크(inter-wiring stroke)의 영향이 실질적으로 무시될 수 있다.
제1의 신호 배선층(S1)의 패턴 배선부(11)의 일단(one end)은 스루홀을 통해 최상층(표면 배선 기판층)의 측정용 패드(14)에 연결되며, 상기 최상층에서는 프로브 핀에 의해 측정이 수행된다. 제 1의 신호 배선층의 패턴 배선부(11)의 타단(the other end)은 스루홀(15)을 통해 제 2의 신호 배선층(S2)의 패턴 배선부(11)의 일단에 연결된다. 제 2의 신호 배선층에서 제 6의 신호 배선층까지의 신호 배선층(S2 내지 S6) 각각의 패턴 배선부(11)는 순차적으로 직렬로 연결되고, 제 6의 신호 배선층의 패턴 배선부(11)의 원단(distal end)은 개방되어 개방단(open end; 17)을 형성한다. 인접한 두 신호 배선층 사이에 각각 끼이는 모든 그라운드층은 스루홀(18)을 통해 측정용 패드(16)에 공통으로 연결된다.
제 1의 신호 배선층의 패턴 배선부(11)의 일단, 즉, 전체 테스트 쿠폰의 일단을 구성하는 측정용 패드(프로브 패드; 14)와 그라운드층에 연결된 측정용 패드(16)는 각각 최상층 상에서 나열하여 노출되고, 이것에 의해 프로브 핀을 측정용 패드에 연결하는 것에 의해 TDR범에 의해 특성 임피던스를 측정할 수 있게 된다.
도 2는 상기 상술된 각각의 패턴 배선층(11)이 스루홀을 통해 인접하는 신호 배선층 사이에 직렬로 연결되는 상태를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 3의 A는 패턴 배선부(11)의 되접힘부(13)를 구성하는 코너부(20)를 도시하고, 도 3의 B는 측정용 패드(14 및 16)의 각 구성을 도시한다. 코너부(20)는 각각의 절곡부(21)에서 45도 이하의 절곡 각도를 갖는다. 이 예에 있어서, 절곡부는 각 직선부의 코너에서 0.3175㎜의 떨어진 위치에서 45도의 절곡 각도를 갖도록 형성된다. 따라서, 되접힘부(13)에 대해 네 개의 절곡부(21)가 마련된다(각각의 코너부에 대해 두 개). 두개의 절곡부(21) 사이에 끼인 사변(oblique line; 22)의 길이는 약 0.449㎜이다.
두 개의 측정용 패드(14 및 16)는 나란히 정렬되고, 측정용 패드(14 및 16) 각각은 0.9524㎜×2.54㎜의 직사각형 형태를 갖는다. 두 측정용 패드의 이격 거리는 1.27㎜인데, 이것은 패턴 배선부(11)의 직선부(12)의 중심 사이 거리와 동일하다.
도 4는 도 6에 도시된 종래의 테스트 쿠폰을 사용하여 TDR법에 의해 측정한 오실로스코프의 관측 파형을 도시한다. 오실로스코프는 50Ω의 내부 저항을 가지며, 1V의 스텝 펄스가 측정을 위해 사용되었다. 그래프에서, 수평축은 시간을 나타 내고, 수직축은 전압을 나타낸다. TDR 측정법에 있어서, 스텝 펄스는 측정용 기기로부터 출력되어, 패턴 배선부(51)의 일단으로 인가된다. 그리고, 타단으로부터 돌아오는 반사파를 관측하고, 관측된 반사파로부터, 패턴 배선부(51)의 임피던스를 계산한다.
종래의 테스트 쿠폰에 있어서, 1V의 스텝 펄스가 패턴 배선부(51) 각각에 인가되고, 스텝 펄스에 대응하는 반사파의 전압이 측정된다. 도 4에서, 처음으로 관측된 반사파의 파형(30)은 측정용 기기의 동축 케이블에 의한 반사파이고, 후속하는 반사파(31)는 테스트 쿠폰으로부터의 반사파이다. 임피던스의 계산식은 하기와 같다.
Z0=50×전압/(1-전압) (1)
이 식 (1)에 기초하여, 패턴 배선부의 반사 시간 영역의 전압값으로부터 각 패턴 배선부(51)의 임피던스가 계산될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 테스트 쿠폰을 사용하여 TDR법에 의해 측정한 오실로스코프의 관측 파형을 도시한다. 이 측정에 있어서, 모든 패턴 배선부(11)로부터의 반사파의 전압은 1회의 스텝 펄스의 인가에 의해 측정된다. 스텝 펄스의 인가 이후에 관측되는 제 1의 반사파(40)는 측정용 프로브에 연결된 측정용 기기의 동축 케이블로부터의 반사파이다. 후속하는 반사파(41)는 제 1의 신호 배선층의 패턴 배선부(1)로부터의 반사파이다. 이 반사파 이후에, 제 2의 신호 배선층에서 제 6의 신호 배선층 각각의 패턴 배선부(11)로부터의 반사파(42 내지 46)가 연속적으로 관측된다.
신호 배선층 각각의 패턴 배선부(11)로부터의 전파 지연 시간은 이론적인 계산에 의해 미리 계산될 수 있고, 따라서, 패턴 배선부(11) 각각으로부터의 반사파가 그대로 인식될 수 있다. 이 때문에, 종래의 테스트 쿠폰과는 달리, 1회의 스텝 플서의 인가에 의해 복수층의 패턴 배선부(11) 각각으로부터의 반사파의 전압을 측정할 수 있다. 인식된 반사파의 전압값이 측정되고, 특성 임피던스가 상기 식 (1)을 사용하는 것에 의해 계산된다.
상기 설명된 바와 같이, 각 신호 배선층의 패턴 배선부(11)는 지그재그 배선으로서 구성되기 때문에, 테스트 쿠폰의 점유 면적을 줄일 수 있다. 특히, 45도 이하의 절곡 각도를 갖는 절곡부가 배선 패턴의 코너부에 형성되기 때문에, 특성 임피던스의 측정시 코너부에서 의도하지 않은 신호 반사가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 정확한 임피던스 측정을 행할 수 있다. 또한, 배선간 갭은 1.27㎜ 이상으로 설정되어 측정 결과가 배선 사이의 간섭에 의해 영향을 받는 것을 방지하기 때문에, 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다.
또한, 종래에 있어서는, 각 신호 배선층이 독립적인 패턴 배선부로 형성되고, 측정용 패드는 각각의 독립적인 패턴 배선부 상에 형성된다. 상기 설명된 실시예에 따른 테스트 쿠폰에 있어서는, 측정용 패드가 공통으로 사용되고, 각각의 신호 배선층에 대한 배선이 스루홀을 통해 하나씩 상호 연결된다. 이 때문에, 테스트 쿠폰의 점유 면적을 줄일 수 있고 임피던스 측정을 효율적으로 수행할 수 있다.
상기 설명된 실시예에 있어서, 패턴 배선부가 복수의 직선부와 이 복수의 직선부를 상호 연결하는 되접힘부로 구성되는 예가 설명되었지만, 패턴 영역이 줄어 들 수만 있다면, 본 발명은 이 예에 제한되지 않는다. 또한, 상기 설명된 실시예에 있어서, 복수의 패턴 배선부가 직렬로 연결될 때 스루홀이 사용되는 예가 설명되었지만, 본 발명은 이 예에 제한되는 것은 아니다.
상기 설명된 바와 같이, 양호한 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명에 따르면, 다층 인쇄 배선 기판과 특성 임피던스의 측정 방법은 상기 설명된 실시예의 구성에만 제한되지 않으며, 상기 설명된 실시예의 여러 가지 수정예와 변형예가 본 발명의 범위 내에서 수행될 수 있다.
당업자라면, 상기 설명된 실시예를 통해 본 발명을 실시할 수 있을 것이며, 또한, 이 실시예에 대한 여러 가지 수정예가 당업자에게는 자명할 것이다. 본원에서 규정된 일반적인 원칙과 특정한 예는 본 발명의 범위 내에서 다른 실시예에 적용될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 본원에서 설명된 실시예에 제한되지 않으며 특허청구범위와 그 등가의 범위에 의해 제한되는 광의의 범위로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명가는 특허청구범위가 수정되는 경우에도 청구된 발명의 모든 등가의 발명을 포괄하는 것을 의도한다.
본 발명의 제 1의 양상에 따른 다층 인쇄 배선 기판과, 본 발명에 따른 특성 임피던스 측정 방법에 의하면, 각 신호 배선층의 특성 임피던스를 측정하기 위한 테스트 쿠폰은 스루홀을 통해 직렬로 연결되고, 이 때문에, 각 테스트 쿠폰에 스텝 펄스를 한 번에 인가할 수 있고, 그 결과 특성 임피던스를 효율적으로 측정할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 제 2의 양상에 따른 다층 인쇄 배선 기판에 있어서, 테스트 쿠폰은 서로 나란히 연장하는 복수의 직선부와 이 직선부를 연결하는 되접힘부로 구성되며, 이 때문에, 테스트 쿠폰을 좁은 점유 면적으로 형성할 수 있고, 그 결과 테스트 쿠폰의 점유 면적을 줄일 수 있는 다층 인쇄 배선 기판을 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 복수의 신호 배선층과 적어도 하나의 그라운드층을 구비하는 다층 인쇄 배선 기판에 있어서,
    상기 신호 배선층 각각에 형성되며 임피던스를 측정하기 위한 테스트 쿠폰과;
    서로 인접하는 상기 신호 배선층의 각각의 테스트 쿠폰을 직렬로 연결하는 스루홀과;
    상기 직렬로 연결된 테스트 쿠폰의 일단에 연결되는 측정용 패드; 및
    상기 그라운드층에 연결되는 측정용 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 인쇄 배선 기판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 배선층 각각의 테스트 쿠폰은 서로 나란히 연장하는 복수의 직선부와 상기 복수의 직선부를 상호 연결하는 되접힘부로 구성되는 것을 특징으로 하는 다층 인쇄 배선 기판.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 되접힘부는 복수의 절곡부로 구성되고, 상기 절곡부 각각의 절곡 각도는 45° 이하인 것을 특징으로 하는 다층 인쇄 배선 기판.
  4. 복수의 신호 배선층과 적어도 하나의 그라운드층을 구비하는 다층 인쇄 배선 기판의 복수의 신호 배선층의 특성 임피던스를 측정하는 방법에 있어서,
    상기 신호 배선층의 각각에 임피던스를 측정하기 위한 테스트 쿠폰을 형성하는 단계와;
    상기 각각의 신호 배선층의 테스트 쿠폰을 직렬로 연결하는 단계와;
    상기 직렬로 연결된 테스트 쿠폰의 일단에 연결된 측정용 패드와 상기 그라운드층에 연결된 측정용 패드 사이에 스텝 펄스를 인가하는 단계; 및
    상기 직렬로 연결된 테스트 쿠폰으로부터의 반사파의 전압을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 특성 임피던스 측정 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 신호 배선층 각각의 테스트 쿠폰은 서로 나란히 연장하는 복수의 직선부와 상기 복수의 직선부를 상호 연결하는 되접힘부로 구성되는 것을 특징으로 하는 특성 임피던스 측정 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 되접힘부는 복수의 절곡부로 구성되고, 상기 절곡부 각각의 절곡 각도는 45° 이하인 것을 특징으로 하는 특성 임피던스 측정 방법.
  7. 신호 배선층에 테스트 쿠폰이 형성되는 다층 인쇄 배선 기판에 있어서,
    상기 테스트 쿠폰은 서로 나란히 연장하는 복수의 직선부와 상기 복수의 직선부를 상호 연결하는 되접힘부로 구성되는 것을 특징으로 하는 다층 인쇄 배선 기판.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 되접힘부는 복수의 절곡부로 구성되고, 상기 절곡부 각각의 절곡 각도는 45° 이하인 것을 특징으로 하는 다층 인쇄 배선 기판.
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