KR20120105264A

KR20120105264A - 데이터 통신 선로 구조 및 데이터 통신 선로 설계 방법

Info

Publication number: KR20120105264A
Application number: KR1020110022970A
Authority: KR
Inventors: 강세경; 이준기; 허준영; 이정찬
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-09-25
Also published as: KR101786083B1; US20120235764A1

Abstract

본 발명은 플렉시블 PCB에 의한 고속 전송에 사용 가능하도록 데이터 신호선 상의 임피던스 불연속 부분에 CPW 구조를 적용하거나 마이크로스트립 오픈 스터브를 이용하여 임피던스 매칭하는 구조를 제안한다. 본 발명에 따르면, 저가의 고속 전송이 가능한 플렉시블 PCB 제작이 가능해진다.

Description

데이터 통신 선로 구조 및 데이터 통신 선로 설계 방법 {Structure of transmission line for data communication, and method for designing of the said line}

본 발명은 데이터 통신 선로 구조 및 데이터 통신 선로 설계 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 인쇄회로기판(PCB)에 의한 데이터 통신 선로 구조 및 인쇄회로기판(PCB)을 이용한 데이터 통신 선로 설계 방법에 관한 것이다.

플렉시블(flexible) PCB는 통신 시스템에서 다양한 용도로 사용되고 있는 PCB의 한 형태이다. 플렉시블 PCB의 가장 큰 장점은 형상의 가변성을 가지고 있어 시스템 설계시 많은 자유도를 제공할 수 있다는 점이다. 현재 플렉시블 PCB는 낮은 전송 속도에서 주로 사용되고 있으나, 미래의 광통신 소자의 전기적 연결 분야에서는 높은 전송 속도에서 동작하는 플렉시블 PCB를 요구하게 될 것으로 보인다.

높은 주파수 영역에서 동작 가능한 플렉시블 PCB로, 광 트랜시버 구조 내 플렉시블 PCB 보드에서 평행판 캐패시터를 이용하여 신호 그라운드와 프레임 그라운드를 분리하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이 방법에서 사용한 플렉시블 PCB 보드 상의 신호선 구조는 10Gbps급 이하의 전송 속도에서 일반적으로 사용하고 있는 구조이다. 그래서, 이 신호선 구조는 10Gbps급 이상의 전송 속도에서는 반사값 증가에 따라 사용하기 어려운 단점을 가지고 있다.

높은 주파수 영역에서 동작 가능한 플렉시블 PCB로, 플렉시블 PCB와 메인 보드 연결시 발생하는 임피던스 불일치를 해결하기 위해 신호선 양 옆에 그라운드 비아 홀을 만들어 신호선과 그라운드 사이의 병렬 캐패시턴스 성분을 가지고 보상하는 방법도 제안되었다. 그러나, 이 방법은 차동 신호나 여러 채널 신호를 이용할 때 비아 홀에 의해 채널 간격에 제약이 따르며, 주파수 대역보다 높은 주파수에서는 비아 홀과 신호선의 간격이 더 커져야 하기 때문에 플렉시블 PCB의 전체 크기가 증가하는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, CPW(Coplanar Waveguide) 구조 또는 마이크로스트립 전송선의 오픈 스터브(open stub)를 이용하여 플렉시블 PCB와 메인 보드 간 데이터 신호선을 임피던스 매칭시키는 데이터 통신 선로 구조 및 데이터 통신 선로 설계 방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 일면에 데이터 전송 선로가 형성된 제1 기판층; 적어도 일부분이 제1 기판층 위에 적층되는 것으로서, GND 기능을 하는 제1 레이어, 및 제1 레이어 위에 구비된 것으로서 일면에 데이터 전송 선로에 접속되는 데이터 통신 패턴과 데이터 통신 패턴에 평행하지 않은 GND 패턴이 형성된 제2 레이어를 구비하는 제2 기판층을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 구조를 제안한다.

바람직하게는, 제1 레이어는 일측에 불연속면이 형성되며, 제2 레이어는 상기 불연속면 위에 위치하는 데이터 통신 패턴만 GND 패턴에 평행하지 않게 형성된다.

바람직하게는, 제2 레이어는 GND 패턴의 적어도 일측으로부터 연장되어 데이터 통신 패턴 쪽으로 돌출 형성된 제1 임피던스 매칭 패턴을 통해 데이터 통신 패턴이 GND 패턴에 평행하지 않게 형성된다. 더욱 바람직하게는, 제1 임피던스 매칭 패턴은 일단이 타단보다 더 상기 데이터 통신 패턴 쪽으로 돌출 형성된다. 더욱더 바람직하게는, 제1 임피던스 매칭 패턴은 GND 패턴의 끝에 위치한다.

바람직하게는, 제2 레이어는 데이터 통신 패턴의 적어도 일측으로부터 연장되어 GND 패턴 쪽으로 돌출 형성된 제2 임피던스 매칭 패턴을 통해 데이터 통신 패턴이 GND 패턴에 평행하지 않게 형성된다. 더욱 바람직하게는, 제2 임피던스 매칭 패턴은 일단과 타단이 동일하게 GND 패턴 쪽으로 돌출 형성된다. 더욱더 바람직하게는, 제2 임피던스 매칭 패턴이 데이터 통신 패턴의 일측에 형성될 때, 제2 임피던스 매칭 패턴의 폭보다 제2 임피던스 매칭 패턴의 길이를 더 큰 값으로 설정하며, 제2 임피던스 매칭 패턴이 데이터 통신 패턴의 양측에 형성될 때, 제2 임피던스 매칭 패턴의 길이보다 제2 임피던스 매칭 패턴의 폭을 더 큰 값으로 설정한다.

바람직하게는, 제2 임피던스 매칭 패턴은 GND 패턴과 마주하지 않는 측에 형성된다.

바람직하게는, 제2 기판층은 플렉시블(flexible)한 것이다.

또한, 본 발명은 제1 기판층의 일면에 데이터 전송 선로를 형성시키는 선로 형성 단계; GND 기능을 하는 제1 레이어를 밑면으로 하는 제2 기판층의 적어도 일부분을 제1 기판층 위에 적층시키는 적층 단계; 및 제2 기판층에 포함되는 것으로서 제1 레이어 위에 위치하는 제2 레이어의 일면에 데이터 전송 선로에 접속되는 데이터 통신 패턴과 데이터 통신 패턴에 평행하지 않은 GND 패턴을 형성시키는 패턴 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 설계 방법을 제안한다.

바람직하게는, 적층 단계에서는 제1 레이어의 일측에 불연속면을 형성시키며, 패턴 형성 단계에서는 상기 불연속면 위에 위치하는 데이터 통신 패턴만 GND 패턴에 평행하지 않게 형성시킨다.

바람직하게는, 패턴 형성 단계에서는 GND 패턴의 적어도 일측으로부터 연장되는 제1 임피던스 매칭 패턴을 데이터 통신 패턴 쪽으로 돌출 형성시켜 데이터 통신 패턴이 GND 패턴에 평행하지 않게 형성시킨다. 더욱 바람직하게는, 패턴 형성 단계에서는 제1 임피던스 매칭 패턴의 일단을 제1 임피던스 매칭 패턴의 타단보다 더 데이터 통신 패턴 쪽으로 돌출 형성시킨다. 더욱더 바람직하게는, 패턴 형성 단계에서는 제1 임피던스 매칭 패턴을 GND 패턴의 끝에 형성시킨다.

바람직하게는, 패턴 형성 단계에서는 데이터 통신 패턴의 적어도 일측으로부터 연장되는 제2 임피던스 매칭 패턴을 GND 패턴 쪽으로 돌출 형성시켜 데이터 통신 패턴이 GND 패턴에 평행하지 않게 형성시킨다. 더욱 바람직하게는, 패턴 형성 단계에서는 제2 임피던스 매칭 패턴의 일단과 제2 임피던스 매칭 패턴의 타단을 동일하게 GND 패턴 쪽으로 돌출 형성시킨다. 더욱더 바람직하게는, 패턴 형성 단계에서는 제2 임피던스 매칭 패턴을 데이터 통신 패턴의 일측에 형성시킬 때 제2 임피던스 매칭 패턴의 폭보다 제2 임피던스 매칭 패턴의 길이를 더 큰 값으로 설정하며, 제2 임피던스 매칭 패턴을 데이터 통신 패턴의 양측에 형성시킬 때 제2 임피던스 매칭 패턴의 길이보다 제2 임피던스 매칭 패턴의 폭을 더 큰 값으로 설정한다.

바람직하게는, 패턴 형성 단계에서는 제2 임피던스 매칭 패턴을 GND 패턴과 마주하지 않는 측에 형성시킨다.

바람직하게는, 패턴 형성 단계에서는 제2 기판층으로 플렉시블(flexible)한 인쇄회로기판(PCB)을 이용한다.

본 발명은 CPW(Coplanar Waveguide) 구조 또는 마이크로스트립 전송선의 오픈 스터브(open stub)를 이용하여 플렉시블 PCB와 메인 보드 간 데이터 신호선을 임피던스 매칭시킴으로써, 원하는 주파수 대역에서 공진을 일으켜 반사값을 크게 향상시켜, 고속 광통신 소자 내에 플렉시블 PCB와 메인 보드를 전기적으로 연결시킬 때에 임피던스 불일치(impedance mismatch)를 해소시킬 수 있다. 또한, 기존의 플렉시블 PCB 제작 공정으로 제품 생산이 가능하며, 저비용으로 고속 신호 전송이 가능한 플렉시블 PCB를 제작할 수 있다.

도 1은 종래 플렉시블 PCB와 메인 보드(main PCB)의 연결 구도에 대한 계산 결과를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 데이터 통신 선로 구조를 도시한 개념도이다.
도 3은 종래 방법에 따른 반사값과 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사값을 비교한 그래프이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 데이터 통신 선로 구조를 도시한 개념도이다.
도 6은 종래 방법에 따른 반사값과 본 발명의 제2 실시예에 따른 반사값을 비교한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 통신 선로 설계 방법을 도시한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

본 발명은 고속 광통신 소자의 전기적 연결을 위한 플렉시블 PCB 상에서의 데이터 신호선 구조를 제안한다. 특히, 본 발명은 높은 주파수 영역에서 동작 가능한 플렉시블 PCB의 데이터 신호선 구조를 제안한다. 본 실시예에서는 광통신 소자로 TOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly), ROSA(Receiver Optical Sub-Assembly) 등을 적용한다. 그 이유는 대부분의 광 트랜시버에서 플렉시블 PCB를 이용하여 TOSA 모듈이나 ROSA 모듈을 트랜시버 메인 보드에 전기적으로 연결하고 있기 때문이다.

도 1은 종래 플렉시블 PCB와 메인 보드(main PCB)의 연결 구도에 대한 계산 결과를 보여주는 그래프이다. 도 1은 종래 방법에 따라 플렉시블 PCB와 메인 보드(main PCB, rigid PCB)를 연결할 때 전송값(transmission; 120) 및 반사값(reflection; 110)의 계산값을 보여주고 있다.

플렉시블 PCB와 메인 보드 간 연결 부분에서 플렉시블 PCB의 바닥면에 그라운드의 불연속면이 존재한다. 이것은 솔더링에 의해 플렉시블 PCB를 메인 보드에 연결할 때에 쇼트(short)되는 것을 방지하기 위한 불연속 영역이다. 그래서, 이 영역 위의 신호선과 신호선 패드의 비아 홀은 특정 주파수 이상에서 인덕턴스처럼 동작하여 임피던스 불일치(mismatch)가 일어난다. 이로 인해 주파수가 증가함에 따라 반사값(110)이 증가함을 알 수 있다. 플렉시블 PCB의 모듈과 연결되는 부분은 관통홀 또는 신호선 상의 패턴 등의 모듈 구조에 따라 여러가지 형상을 가질 수 있다. 30GHz 이상에서는 반사값이 10dB 이상으로 급격하게 나빠지고 있다. 이는 플렉시블 PCB에서의 작은 선폭을 가지는 50Ω 특성 임피던스를 가지는 마이크립스트립 전송선이 메인 보드와 연결하기 위한 신호선 패드의 선폭이 급격히 커짐에 따라 임피던스 불일치되는 부분에서도 기인한다. 계산시 사용한 플렉시블 PCB의 길이와 메인 보드(RO4350)의 길이는 TOSA 및 ROSA에서 사용 가능하도록 각각 12mm와 15mm로 했을 경우에 대한 결과이다.

본 발명은 도 1과 같은 문제점을 해결하기 위해 CPW(Coplanar Waveguide) 구조 또는 마이크로스트립 전송선의 오픈 스터브(open stub)를 이용하여 플렉시블 PCB의 신호선 형상을 변형시켜 플렉시블 PCB와 메인 보드 간 데이터 신호선을 임피던스 매칭시킴으로써 고속 광통신 소자의 전기적 연결이 가능한 플렉시블 PCB 상에서의 데이터 신호선 구조를 제안한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 데이터 통신 선로 구조를 도시한 개념도이다. 도 2에서, (a)는 제1 실시예에 따른 데이터 통신 선로 구조에 대한 평면도이다. (b)는 제1 실시예에 따른 데이터 통신 선로 구조에 대한 단면도로서, (a)에서 A-A' 부분을 절단하였을 때의 단면도이다(A-A' section view). (c)는 (b)에 도시된 제2 레이어(212)의 윗면과 바닥면을 도시한 도면이다. 이하 설명은 도 2를 참조한다.

본 실시예에 따른 데이터 통신 선로 구조는 제1 기판층(200)과 제2 기판층(210)을 포함한다. 제2 기판층(210)은 적어도 일부분이 제1 기판층(200) 위에 적층되는 것으로서, 제1 레이어(211)와 제2 레이어(212)를 포함한다.

제1 기판층(200)은 일면에 데이터 전송 선로가 형성된 것이다. 제1 기판층(200)은 메인 보드(mainboard) 기능을 하는 것으로서, 광통신 소자를 구동시키기 위한 주요 부품, 예컨대 중앙처리장치(CPU)가 장착되는 인쇄회로기판(PCB)이다.

제1 레이어(211)는 GND 기능을 하는 것이다. 제1 레이어(211)에는 일측에 그라운드 플레인(Ground plane)의 불연속면이 형성되어 있다. 제1 레이어(211)는 GND 기능 외에 제어/구동 관련 신호선도 형성될 수 있다.

제2 레이어(212)는 제1 레이어(211) 위에 구비된 것으로서, 일면에 데이터 통신 패턴(240)과 GND 패턴(230)이 형성된다. 바람직하게는, 제2 레이어(212)는 제1 레이어(211)의 불연속면 위에 위치하는 데이터 통신 패턴(240)만 GND 패턴(230)에 평행하지 않게 형성된다. 상기에서, 데이터 통신 패턴(240)은 제1 기판층(200) 상의 데이터 전송 선로(201)에 접속되는 것이다. GND 패턴(230)은 데이터 통신 패턴(240)과 동일 면에 형성되는 것으로서 데이터 통신 패턴(240)에 평행하지 않은 것이다.

제2 레이어(212)는 GND 패턴(230)의 적어도 일측으로부터 연장되어 데이터 통신 패턴(240) 쪽으로 돌출 형성된 제1 임피던스 매칭 패턴(250)을 통해 데이터 통신 패턴(240)이 GND 패턴(230)에 평행하지 않게 형성된다. 본 실시예에서 제1 임피던스 매칭 패턴(250)은 CPW(CoPlanar Waveguide) 구조를 적용하여 형성시킬 수 있다.

제1 임피던스 매칭 패턴(250)은 일단이 타단보다 더 데이터 통신 패턴(240) 쪽으로 돌출 형성된다. 이때, 제1 임피던스 매칭 패턴(250)은 삼각형 형태, 예컨대 직각삼각형 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 제1 임피던스 매칭 패턴(250)에서 상기 일단을 제1 단이라 하고 상기 타단을 제2 단이라 할 때, GND 패턴(230)으로부터 데이터 통신 패턴(240)까지의 거리에 대비하여, 제1 단으로부터 데이터 통신 패턴(240)까지의 거리는 10% ~ 30%, 제2 단으로부터 데이터 통신 패턴(240)까지의 거리는 70% ~ 90%일 수 있다. 제1 임피던스 매칭 패턴(250)은 GND 패턴(230)의 끝에 위치한다.

제2 기판층은 플렉시블(flexible)한 PCB, 즉 FPCB로 구현될 수 있다. 이때, 제2 레이어(212)의 데이터 통신 패턴(240)은 그 내부에 형성된 적어도 하나의 비아홀을 통해 제1 기판층(200)에 형성된 데이터 전송 선로(201)에 접속될 수 있으며, 데이터 통신 패턴(240) 양측에 형성된 제2 레이어(212)의 GND 패턴(230)은 그 내부에 형성된 적어도 하나의 비아홀(243)을 통해 제1 레이어(211)에 접속될 수 있다.

플렉시블 PCB와 메인 보드를 연결시킬 때에 데이터 신호선과 그라운드(GND) 사이의 쇼트(short) 방지를 위해 일반적으로 전송선 구조(마이크로스트립 구조)를 가지는 신호의 바닥 그라운드 면에 불연속면(260)이 생긴다. 이를 GND 플레인(Ground plane)의 불연속면(260)이라 한다. 불연속면(260)에 해당되는 데이터 신호선의 임피던스 매칭을 위해 도 2에서는 제1 실시예로써 CPW(Co-Planar Waveguide) 구조를 적용한다. 도 2에서 제안한 구조로 데이터 통신 선로를 구현할 경우, 전체 신호 경로 상에 마이크로스트립과 CPW 사이의 천이(transition) 매칭 구조를 가질 수가 있다.

한편, 도 2의 (c)에서 도면부호 241은 데이터 신호선 패드를 의미한다. 데이터 신호선 패드(241)는 제1 기판층(200) 상의 데이터 통신 선로와 물리적으로 분리되어 있으며, 접합 때에 솔더링 등에 의해 연결된다. 도면부호 242는 모듈과 연결되는 부분을 의미한다. 본 실시예에서 모듈과의 연결은 홀에 의한 연결에 한정되지 않으며, 패턴 형성을 통한 연결 등 다양한 케이스가 가능하다.

도 3은 종래 방법에 따른 반사값(310)과 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사값(320)을 비교한 그래프이다. 이하 설명은 도 3을 참조한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 반사값(320)은 30GHz 이상의 주파수 영역에서도 10dB 이하의 양호한 반사값을 보이고 있다. 플렉시블 PCB 신호선 상에서 메인 보드와 연결되는 부분의 신호선 패드로의 연결 형태는 테퍼드(tapered) 형태를 가진다. 이 연결 형태는 테퍼드 형태 이외에 계단 형태(staircase)로도 구현 가능하다. 이러한 연결 형태는 신호선 패드와 윗면 그라운드와의 적당한 거리를 가지고 CPW 구조를 가능하게 한다. CPW 적용 구조는 바닥 그라운드의 불연속 부분에 해당되는 신호선의 임피던스 불연속을 해결하기 위한 구도이다. 플렉시블 PCB의 모듈과 연결되는 부분은 모듈의 구조에 따라 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 관통홀을 이용해 연결되거나 신호선 상의 패턴을 형성하여 연결하는 것도 가능하다. 이 부분에 있어서는 상기 방법 이외에 여러가지 형태의 연결 형태를 가질 수 있다. 계산시 사용한 플렉시블 PCB의 길이와 메인 보드(RO4350)의 길이는 TOSA 및 ROSA에서 사용 가능하도록 각각 12mm와 15mm로 했을 경우에 대한 결과이다.

도 4와 도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 데이터 통신 선로 구조를 도시한 개념도이다. 도 4에서, (a)는 제2 실시예에 따른 데이터 통신 선로 구조에 대한 평면도이다. (b)는 제2 실시예에 따른 데이터 통신 선로 구조에 대한 단면도로서, (a)에서 A-A' 부분을 절단하였을 때의 단면도이다(A-A' section view). 도 5는 도 4의 (b)에 도시된 제2 레이어(212)의 윗면과 바닥면을 도시한 도면이다. 이하 설명은 도 4와 도 5를 참조한다.

제2 레이어(212)에는 데이터 통신 패턴(240)의 적어도 일측으로부터 연장되어 GND 패턴(230) 쪽으로 돌출 형성된 제2 임피던스 매칭 패턴(410)을 통해 데이터 통신 패턴(240)이 GND 패턴(230)에 평행하지 않게 형성된다. 제2 임피던스 매칭 패턴(410)은 오픈 스터브(open stub) 형태로 구현할 수 있다. 예컨대, 도 5의 도면부호 520과 같이 싱글 오픈 스터브(single open stub) 형태로 구현하거나 도 5의 도면부호 510과 같이 십자형 오픈 스터브 형태로 구현할 수 있다.

제2 임피던스 매칭 패턴(410)은 일단과 타단이 동일하게 GND 패턴(230) 쪽으로 돌출 형성된다. 본 실시예에서 제2 임피던스 매칭 패턴(410)은 사각형 형태(ex. 직사각형 형태) 또는 원뿔 형태로 구현될 수 있다. 제2 임피던스 매칭 패턴(410)은 GND 패턴(230)과 마주하지 않는 측에 형성된다.

제2 임피던스 매칭 패턴(410)이 데이터 통신 패턴(240)의 일측에 형성될 때, 제2 임피던스 매칭 패턴(410)의 폭보다 제2 임피던스 매칭 패턴(410)의 길이를 더 큰 값으로 설정한다. 예컨대, 제2 임피던스 매칭 패턴(410)이 데이터 통신 패턴(240)의 일측에만 형성된 경우, 제2 임피던스 매칭 패턴(410)에서 상기 일단을 제1 단이라 하고 상기 타단을 제2 단이라 할 때, 데이터 통신 패턴(240)의 폭(W2)에 대비하여, GND 패턴(230)의 단부에 접하는 수직선과 만나는 점으로부터 제2 임피던스 매칭 패턴(410)까지의 거리(D)는 130% ~ 160%, 제2 임피던스 매칭 패턴(410)의 길이(H)는 140% ~ 170%, 제2 임피던스 매칭 패턴(410)의 폭(W1)은 90% ~ 110%일 수 있다.

제2 임피던스 매칭 패턴(410)이 데이터 통신 패턴(240)의 양측에 형성될 때, 제2 임피던스 매칭 패턴(410)의 길이보다 제2 임피던스 매칭 패턴(410)의 폭을 더 큰 값으로 설정한다. 예컨대, 제2 임피던스 매칭 패턴(410)이 데이터 통신 패턴(240)의 양측 모두에 형성된 경우, 제2 임피던스 매칭 패턴(410)에서 상기 일단을 제1 단이라 하고 상기 타단을 제2 단이라 할 때, 데이터 통신 패턴(240)의 폭(W2)에 대비하여, GND 패턴(230)의 단부에 접하는 수직선과 만나는 점으로부터 제2 임피던스 매칭 패턴(410)까지의 거리(D)는 120% ~ 150%, 제2 임피던스 매칭 패턴(410)의 길이(H)는 90% ~ 110%, 제2 임피던스 매칭 패턴(410)의 폭(W1)은 140% ~ 170%일 수 있다.

도 6은 종래 방법에 따른 반사값(310)과 본 발명의 제2 실시예에 따른 반사값(610)을 비교한 그래프이다. 이하 설명은 도 4 내지 도 6을 참조한다.

플렉시블 PCB와 메인 보드 간에 연결시킬 때에 데이터 신호선과 그라운드 사이의 쇼트(short) 방지를 위해 일반적으로 전송선 구조(마이크로스트립 구조)를 가지는 신호의 바닥 그라운드 면에 불연속면(260)이 생긴다. 또한, 데이터 통신 패턴(240)이 전송선 구조(마이크로스트립 구조)에서 데이터 신호선 패드(241)로 급격하게 선폭이 증가하며 제1 기판층과 제2 기판층을 연결시키기 위한 비아 홀에 의한 임피던스 연속점이 생긴다. 이와 같이 임피던스 불연속 부분에 해당하는 데이터 신호선의 임피던스 매칭을 위해 본 발명의 제2 실시예에서는 오픈 스터브(open stub) 기법을 적용한다. 불연속면에 해당되는 신호선의 인덕턴스(inductance) 성분(L1)과 메인 보드와 연결하기 위한 신호선 패드의 비아 홀(via hole)에 해당되는 인덕턴스 성분(L2)을 플렉시블 PCB 상에 마이크로스트립 오픈 스터브를 이용하여 원하는 주파수 대역에서의 공진을 시킴으로써 반사값을 크게 향상 시킬 수 있다.

오픈 스터브는 도 5에 도시된 바와 같이 싱글 오픈 스터브(single open stub) 형태와 십자형 오픈 스터브의 형태로 구현할 수 있다. 플렉시블 PCB의 모듈과 연결되는 부분은 모듈 구조에 따라 관통홀을 이용해 연결되거나 신호선 상의 패턴을 형성하여 연결할 수도 있다. 이 부분에 있어서는 상기 방법 이외에 여러가지 형태의 연결 형태를 가질 수 있다.

도 5는 플렉시블 PCB 길이가 12mm이고 메인 보드(RO4350)의 길이가 15mm일 때, 계산된 반사값을 보여주고 있다. 각각 오픈 스터브의 규격(W1, W2, H, D)에 따라 원하는 주파수에서 공진을 일으켜 반사값을 크게 향상시킬 수 있다. 여기서 D는 바닥면 그라운드 불연속 영역에 해당되는 윗면의 신호선 길이이다. 계산시 사용한 플렉시블 PCB의 길이와 메인 보드(RO4350)의 길이는 TOSA 및 ROSA에서 사용 가능하도록 각각 12mm와 15mm로 했을 경우에 대한 결과이다.

다음으로, 인쇄회로기판(PCB)을 이용하여 데이터 통신 선로를 설계하는 방법을 설명한다. 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 통신 선로 설계 방법을 도시한 흐름도이다. 이하 설명은 도 7을 참조한다.

먼저, 제1 기판층의 일면에 데이터 전송 선로를 형성시킨다(선로 형성 단계, S700).

선로 형성 단계(S700) 이후, GND 기능을 하는 제1 레이어를 밑면으로 하는 제2 기판층의 적어도 일부분을 제1 기판층 위에 적층시킨다(적층 단계, S710). 적층 단계(S710)에서는 제1 레이어의 일측에 그라운드 플레인(Ground plane)의 불연속면을 형성시킬 수 있다.

적층 단계(S710) 이후, 제2 기판층에 포함되는 것으로서 제1 레이어 위에 위치하는 제2 레이어의 일면에 데이터 전송 선로에 접속되는 데이터 통신 패턴과 데이터 통신 패턴에 평행하지 않은 GND 패턴을 형성시킨다(패턴 형성 단계, S720). 바람직하게는, 패턴 형성 단계(S720)에서는 제1 레이어의 불연속면 위에 위치하는 데이터 통신 패턴만 GND 패턴에 평행하지 않게 형성시킨다.

데이터 통신 패턴이 GND 패턴에 평행하지 않게 형성시킬 때에, 제1 타입으로 패턴 형성 단계(S720)에서는 GND 패턴의 적어도 일측으로부터 연장되는 제1 임피던스 매칭 패턴을 데이터 통신 패턴 쪽으로 돌출 형성시킨다. 이때, 제1 임피던스 매칭 패턴의 일단을 제1 임피던스 매칭 패턴의 타단보다 더 데이터 통신 패턴 쪽으로 돌출 형성시킨다. 제1 임피던스 매칭 패턴은 GND 패턴의 끝에 형성된다.

데이터 통신 패턴이 GND 패턴에 평행하지 않게 형성시킬 때에, 제2 타입으로 패턴 형성 단계(S720)에서는 데이터 통신 패턴의 적어도 일측으로부터 연장되는 제2 임피던스 매칭 패턴을 GND 패턴 쪽으로 돌출 형성시켜 데이터 통신 패턴이 GND 패턴에 평행하지 않게 형성시킨다. 이때, 제2 임피던스 매칭 패턴의 일단과 제2 임피던스 매칭 패턴의 타단을 동일하게 GND 패턴 쪽으로 돌출 형성시킨다. 제2 임피던스 매칭 패턴은 GND 패턴과 마주하지 않는 측에 형성된다.

제2 임피던스 매칭 패턴을 데이터 통신 패턴의 일측에 형성시킬 때, 제2 임피던스 매칭 패턴의 폭보다 제2 임피던스 매칭 패턴의 길이를 더 큰 값으로 설정한다. 반면, 제2 임피던스 매칭 패턴을 데이터 통신 패턴의 양측에 형성시킬 때, 제2 임피던스 매칭 패턴의 길이보다 제2 임피던스 매칭 패턴의 폭을 더 큰 값으로 설정한다.

한편, 패턴 형성 단계(S720)에서는 제2 기판층으로 플렉시블(flexible)한 인쇄회로기판(PCB), 즉 FPCB를 이용할 수 있다. 패턴 형성 단계(S720)에서는 제2 레이어의 데이터 통신 패턴을 그 내부에 형성된 적어도 하나의 비아홀을 통해 제1 기판층에 형성된 데이터 전송 선로에 접속시키며, 데이터 통신 패턴 양측에 형성된 제2 레이어의 GND 패턴은 그 내부에 형성된 적어도 하나의 비아홀을 통해 제1 레이어에 접속시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 고속 광통신 소자의 전기적 연결을 위한 플렉시블 PCB 상에서의 데이터 신호선의 구조와 관련된 것이다. 본 발명은 이더넷 분야, TDM 분야, WDM 분야 등에 적용될 수 있다.

200 : 제1 기판층 201 : 데이터 전송 선로
210 : 제2 기판층 211 : 제1 레이어
212 : 제2 레이어 230 : GND 패턴
240 : 데이터 통신 패턴 250 : 제1 임피던스 매칭 패턴
410 : 제2 임피던스 매칭 패턴

Claims

일면에 데이터 전송 선로가 형성된 제1 기판층; 및
적어도 일부분이 상기 제1 기판층 위에 적층되는 것으로서, GND 기능을 하는 제1 레이어, 및 상기 제1 레이어 위에 구비되는 것으로서 일면에 상기 데이터 전송 선로에 접속되는 데이터 통신 패턴과 상기 데이터 통신 패턴에 평행하지 않은 GND 패턴이 형성된 제2 레이어를 포함하는 제2 기판층
을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 레이어는 일측에 불연속면이 형성되며,
상기 제2 레이어는 상기 불연속면 위에 위치하는 상기 데이터 통신 패턴만 상기 GND 패턴에 평행하지 않게 형성된 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 레이어는 상기 GND 패턴의 적어도 일측으로부터 연장되어 상기 데이터 통신 패턴 쪽으로 돌출 형성된 제1 임피던스 매칭 패턴을 통해 상기 데이터 통신 패턴이 상기 GND 패턴에 평행하지 않게 형성되거나, 상기 데이터 통신 패턴의 적어도 일측으로부터 연장되어 상기 GND 패턴 쪽으로 돌출 형성된 제2 임피던스 매칭 패턴을 통해 상기 데이터 통신 패턴이 상기 GND 패턴에 평행하지 않게 형성된 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 구조.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 임피던스 매칭 패턴은 일단이 타단보다 더 상기 데이터 통신 패턴 쪽으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 구조.
제 4 항에 있어서,
상기 제1 임피던스 매칭 패턴은 상기 GND 패턴의 끝에 위치하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 구조.
제 3 항에 있어서,
상기 제2 임피던스 매칭 패턴은 일단과 타단이 동일하게 상기 GND 패턴 쪽으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 구조.
제 6 항에 있어서,
상기 제2 임피던스 매칭 패턴이 상기 데이터 통신 패턴의 일측에 형성될 때, 상기 제2 임피던스 매칭 패턴의 폭보다 상기 제2 임피던스 매칭 패턴의 길이를 더 큰 값으로 설정하며,
상기 제2 임피던스 매칭 패턴이 상기 데이터 통신 패턴의 양측에 형성될 때, 상기 제2 임피던스 매칭 패턴의 길이보다 상기 제2 임피던스 매칭 패턴의 폭을 더 큰 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 구조.
제 3 항에 있어서,
상기 제2 임피던스 매칭 패턴은 상기 GND 패턴과 마주하지 않는 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 기판층은 플렉시블(flexible)한 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 구조.
제1 기판층의 일면에 데이터 전송 선로를 형성시키는 선로 형성 단계;
GND 기능을 하는 제1 레이어를 밑면으로 하는 제2 기판층의 적어도 일부분을 상기 제1 기판층 위에 적층시키는 적층 단계; 및
상기 제2 기판층에 포함되는 것으로서 상기 제1 레이어 위에 위치하는 제2 레이어의 일면에 상기 데이터 전송 선로에 접속되는 데이터 통신 패턴과 상기 데이터 통신 패턴에 평행하지 않은 GND 패턴을 형성시키는 패턴 형성 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 설계 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 적층 단계에서는 상기 제1 레이어의 일측에 불연속면을 형성시키며,
상기 패턴 형성 단계에서는 상기 불연속면 위에 위치하는 상기 데이터 통신 패턴만 상기 GND 패턴에 평행하지 않게 형성시키는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 설계 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 패턴 형성 단계에서는 상기 GND 패턴의 적어도 일측으로부터 연장되는 제1 임피던스 매칭 패턴을 상기 데이터 통신 패턴 쪽으로 돌출 형성시켜 상기 데이터 통신 패턴이 상기 GND 패턴에 평행하지 않게 형성시키거나, 상기 데이터 통신 패턴의 적어도 일측으로부터 연장되는 제2 임피던스 매칭 패턴을 상기 GND 패턴 쪽으로 돌출 형성시켜 상기 데이터 통신 패턴이 상기 GND 패턴에 평행하지 않게 형성시키는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 설계 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 패턴 형성 단계에서는 상기 제1 임피던스 매칭 패턴의 일단을 상기 제1 임피던스 매칭 패턴의 타단보다 더 상기 데이터 통신 패턴 쪽으로 돌출 형성시키는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 설계 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 패턴 형성 단계에서는 상기 제2 임피던스 매칭 패턴의 일단과 상기 제2 임피던스 매칭 패턴의 타단을 동일하게 상기 GND 패턴 쪽으로 돌출 형성시키는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 설계 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 패턴 형성 단계에서는 상기 제2 임피던스 매칭 패턴을 상기 데이터 통신 패턴의 일측에 형성시킬 때 상기 제2 임피던스 매칭 패턴의 폭보다 상기 제2 임피던스 매칭 패턴의 길이를 더 큰 값으로 설정하며, 상기 제2 임피던스 매칭 패턴을 상기 데이터 통신 패턴의 양측에 형성시킬 때 상기 제2 임피던스 매칭 패턴의 길이보다 상기 제2 임피던스 매칭 패턴의 폭을 더 큰 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 선로 설계 방법.