WO2010103722A1

WO2010103722A1 - 回路基板

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Publication number: WO2010103722A1
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Inventors: 及川昭; 栗林宏行
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Publication date: 2010-09-16
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Abstract

　グランド層（５）と前記グランド層に対して絶縁体層（２）を介して信号配線（３Ａ），（３Ｂ）を配設してなる回路基板（１）において、前記グランド層とは反対面の前記信号配線を覆う絶縁被覆層（４）上には導電性素材によるシールド層（７）が形成される。また特性インピーダンスの制御が必要な前記信号配線（３Ａ）に対峙する前記絶縁被覆層上は、前記シールド層が敷設されないシールド層の開口部（７ａ）になされる。　前記信号配線がシングルエンド伝送の機能を果たすものである場合には、絶縁体層（２）の厚さをｔ１としたとき、信号配線（３Ａ）の両外側と前記シールド層の開口縁（７ｂ）との距離Ｕが、３ｔ１≦Ｕ≦２０ｔ１の範囲に設定される。　前記した構造により、信号配線（３Ａ）の特性インピーダンスの制御を果たすことができると共に、ＥＭＩ対策にもその効果を発揮することができる回路基板が提供できる。

Description

回路基板

　この発明は、グランド層と前記グランド層に対して絶縁体層を介して信号配線を配設した回路基板に関する。

　例えば高周波帯で動作するディバイスを実装する回路基板は、信号の反射や波形歪みの発生を抑えるために信号伝送路（以下、信号配線とも言う。）の特性インピーダンス（以下、Ｚｏとも言う。）を、前記ディバイスの入出力インピーダンスに整合させる必要がある。
　前記した信号伝送路の特性インピーダンスを整合させるためには、適切なパターン幅の信号伝送路（ストリップライン）に適切な厚さの絶縁層を挟んでグランド層を対峙させるマイクロストリップ構造が採用されている。

　前記した回路基板構造における前記グランド層は、信号伝送路の特性インピーダンスを規定する電気的な基準面となる。そして、一般に特性インピーダンスはシングルエンド伝送で５０Ω前後に、差動伝送で１００Ω前後に選択される場合が多い。なお、前記した回路基板におけるＺｏは、信号伝送路の単位長さあたりのリアクタンスＬと、前記信号伝送路とグランド層との間における単位面積あたりの静電容量Ｃの比（リアクタンスＬ／静電容量Ｃ）の平方根で近似される値となる。

　ところで、近年においては前記したディバイスを実装する回路基板として、薄いリジッド基板やフレキシブル回路基板が多用されており、このような回路基板を採用した場合においては、当然ながら前記グランド層に対する信号伝送路の層間が狭く（薄く）、両者間における静電容量Ｃの値が前記層間の寸法にほぼ反比例して上昇する。
　したがって、前記した薄い多層構造の回路基板において、所望の前記Ｚｏを得ようとするには、従来の層間が厚い回路基板に比べて前記信号伝送路の幅を狭く（細く）形成することで、前記容量Ｃの上昇を抑える手段を採用せざるを得ない。

　このように所望のＺｏを得るために、信号配線を細く形成しようとする場合においては、信号配線の加工が困難なほどに細くせざるを得ない場合が発生する。また、たとえ信号配線の加工が可能であっても、信号配線が細いほど回路加工精度および線幅ばらつきの比率が高まり、これに伴ってＺｏのばらつきが増大する。

　このために、前記Ｚｏの変化が大きな信号配線部分において、信号の反射や波形歪みを発生させるという問題を招来させる。さらに、信号配線の配線抵抗値が高くなるために、これに供給される信号周波数が高いほど、伝送特性の悪化の要因になる等の問題を抱えることになる。

　そこで、前記した技術的な課題を解決するために、いわゆるベタ電極層として形成される前記グランド層をメッシュ状に銅抜きして、単位面積あたりのグランド層と信号配線との対向面積を実質的に小さくさせることで、前記信号配線の幅を確保する提案がなされている。これは次に示す先行技術文献に開示されている。

特開平７－３２１４６３号公報

　ところで、前記した先行技術文献に開示されているマイクロストリップ構造の回路基板においては、前記したグランド層側はＥＭＩ（電磁波障害）対策として有効に作用するものの、その反対面の信号配線側においては、その効果を期待することはできない。
　そこで、ＥＭＩ対策が必要な信号配線の外側の表層（絶縁被覆層）上を、例えば銀ペーストなどによる導電性シールド層で覆い、実質的にストリップ構造とすることが考えられる。

　しかしながら、信号配線の表層側に前記したシールド層を配置した場合には、信号配線と前記絶縁被覆層上のシールド層との間における容量結合が新たに発生する。すなわち、信号配線はグランド層との間おける静電容量に、シールド層との間における静電容量が加わることになり、信号伝送路のＺｏの適正な制御が困難になる。

　この発明は、前記した技術的な問題点に着目してなされたものであり、信号伝送路の特性インピーダンスの制御を十分に果たすことができると共に、前記したＥＭＩ対策にもその効果を発揮することができるシングルエンド伝送がなされる信号配線を備えた回路基板、および差動伝送がなされるペアの信号配線を備えた回路基板を提供することを課題とするものである。

　前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかる回路基板は、グランド層と前記グランド層に対して絶縁体層を介して信号配線を配設し、前記グランド層と信号配線間の容量結合を制御することで、前記信号配線の特性インピーダンス制御がなされる回路基板であって、前記絶縁体層に配設された信号配線上には絶縁被覆層が形成され、当該絶縁被覆層を介してさらに導電性素材によるシールド層が形成されると共に、前記信号配線に対峙する前記絶縁被覆層上は、前記シールド層が敷設されないシールド層の開口部になされていることを特徴とする。

　そして、特性インピーダンスの制御が成される前記信号配線がシングルエンド伝送がなされる信号配線の場合には、前記絶縁体層の厚さをｔ１としたとき、特性インピーダンスの制御がなされる前記信号配線の両外側と前記シールド層の開口縁との距離Ｕが、３ｔ１≦Ｕ≦２０ｔ１の範囲に設定されていることが望ましい。

　また、特性インピーダンスの制御が成される前記信号配線が差動伝送されるペア配線である場合には、前記ペア配線間の線間距離をＳとしたとき、前記ペア配線の両外側と前記シールド層の開口縁との距離Ｕが、３Ｓ≦Ｕ≦２０Ｓの範囲に設定されていることが望ましい。

　この場合、特性インピーダンスの制御がなされる前記信号配線に対峙する前記グランド層は、多数の抜き孔を施したメッシュ状導体部になされ、当該メッシュ状導体部の外側は抜き孔が施されないベタ電極領域になされ、好ましくは前記メッシュ状導体部とベタ電極領域との境界が、前記シールド層の開口縁に、基板面に直交する方向で一致するように構成される。

　これは、前記グランド層と信号配線との間の絶縁体層、および前記信号配線と前記シールド層との間の絶縁被覆層が、それぞれ１００μｍ以下の厚さになされる薄物の回路基板において、その効果が顕著に発揮し得る。

　加えて、特性インピーダンスの制御がなされる前記信号配線の両外側に沿って、前記グランド層と同電位になされた線状のガードパターンが前記絶縁体層上に配設され、前記線状のガードパターンの幅方向の中央部が、前記シールド層の開口縁に位置するように構成された回路基板も好適に採用し得る。

　この場合、好ましい形態においては前記グランド層とガードパターンとがビアホールを介して接続され、前記ガードパターンと前記シールド層とが前記絶縁被覆層に形成された開口を介して接続された構成にされる。

　前記した回路基板によれば、Ｚｏの制御が必要な信号配線に対峙する絶縁被覆層上は、シールド層が敷設されないシールド層の開口部になされているので、前記信号配線においてはシールド層との間における静電容量の結合度合いを大幅に下げることができる。これにより、信号配線の特性インピーダンスの適正な制御を果たすことができる。

　一方、前記信号配線は、前記したシールド層の開口部が形成されることで、シールド効果が若干下がることになるものの、前記したＥＭＩ対策には十分な効果を発揮することができる回路基板を提供することができる。

シングルエンド伝送がなされる信号配線を備えた回路基板の第１の実施の形態を断面図で示した積層構造図である。図１Ａに示す絶縁体層上の信号配線部分を示した平面図である。シングルエンド伝送がなされる信号配線を備えた回路基板におけるグランド層の好ましい一例を示した平面図である。シングルエンド伝送がなされる信号配線とシールド層開口縁との距離Ｕと層間厚ｔ１との関係を示す特性線図である。シングルエンド伝送がなされる信号配線を備えた回路基板の第２の実施の形態を断面図で示した積層構造図である。図４Ａに示す絶縁体層上の信号配線部分を示した平面図である。シングルエンド伝送がなされる信号配線を備えた回路基板の第３の実施の形態を断面図で示した積層構造図である。図５Ａに示す絶縁体層上の信号配線部分を示した平面図である。差動伝送されるペア信号配線を備えた回路基板の第１の実施の形態を断面図で示した積層構造図である。図６Ａに示す絶縁体層上の信号配線部分を示した平面図である。差動伝送されるペア信号配線を備えた回路基板におけるグランド層の好ましい一例を示した平面図である。差動伝送されるペア信号配線とシールド層開口縁との距離Ｕと線間距離Ｓととの関係を示す特性線図である。差動伝送されるペア信号配線を備えた回路基板の第２の実施の形態を断面図で示した積層構造図である。図９Ａに示す絶縁体層上の信号配線部分を示した平面図である。差動伝送されるペア信号配線を備えた回路基板の第３の実施の形態を断面図で示した積層構造図である。図１０Ａに示す絶縁体層上の信号配線部分を示した平面図である。

　以下、この発明にかかるシングルエンド伝送がなされる信号配線を備えた回路基板について、図１～図５に基づいて先に説明し、この発明にかかる差動伝送されるペア信号配線を備えた回路基板について、図６～図１０に基づいて後で説明する。　

　図１Ａは、前記したシングルエンド伝送がなされる信号配線を備えた回路基板の第１の実施の形態の積層構造を示したものであり、図１Ｂは図１Ａに示す絶縁体層上の信号配線部分をほぼ同一縮尺で示した平面図である。

　図１Ａおよび図１Ｂに示す回路基板は、グランド層とこのグランド層に対して絶縁体層を介してシングルエンド伝送がなされる信号配線が配設されており、特性インピーダンスの制御が必要な信号配線についてはマイクロストリップ構造を構成し、特性インピーダンスの制御が不要な信号配線についてはシールド層が付加されてストリップ構造を構成している。

　この実施の形態においては前記絶縁体層２として、フィルム状のベース基材が採用されており、前記ベース基材２の一方の面（図１Ａにおける上側）には、前記信号配線３Ａ，３Ｂが形成され、この信号配線３Ａ，３Ｂの上面（図１Ａにおける上側）には、図示せぬ接着層を介して絶縁被覆層４が積層されている。
　一方、前記ベース基材２の他方の面（図１Ａにおける下側）にはグランド層５が形成され、このグランド層５のさらに下面には図示せぬ接着層を介して第２の絶縁被覆層６が積層されている。

　そして、前記ベース基材２を介したグランド層５とは反対面の前記信号配線３Ａ，３Ｂを覆う絶縁被覆層４上には、導電性素材によるシールド層７が形成されると共に、特性インピーダンスの制御が必要な前記信号配線３Ａに対峙する絶縁被覆層４上は、前記シールド層が敷設されないシールド層の開口部７ａになされている。　

　前記信号配線が配置される中央の絶縁体層として機能するベース基材２は、回路基板１のコアとなる機能を有しており、前記ベース基材２の素材としては、樹脂フィルム、繊維基材等を挙げることができる。

　前記樹脂フィルムを構成する素材としては、例えばポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂等が挙げられる。
　これらの中でもポリイミド樹脂または液晶ポリマーが好ましい。例えばポリイミド樹脂の場合は、耐熱性や機械特性に優れ、かつ入手するのが容易である。また、液晶ポリマーの場合は、その比誘電率の低さにより高速信号伝送用途に好適であり、かつ吸湿性の低さにより寸法安定性等にも優れる。

　また、絶縁体層に用いられる繊維基材としては、例えばガラス繊布、ガラス不繊布等のガラス繊維基材、あるいはガラス以外の無機化合物を成分とする繊布又は不繊布等の無機繊維基材、芳香族ポリアミド樹脂、ポリアミド樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等の有機繊維で構成される有機繊維基材等が挙げられる。これら基材の中でも強度、吸水率の点でガラス繊布に代表されるガラス繊維基材が好ましい。

　前記絶縁体層に繊維基材を用いる場合においては、好ましくは前記繊維基材に樹脂を含浸させた状態で利用される。前記繊維基材に含浸される樹脂としては、好ましくはエポキシ樹脂系、アクリル樹脂系などの熱硬化性樹脂が用いられ、これらの中でも耐熱性の面からエポキシ樹脂系が好ましい。

　前記ベース基材２の厚さｔ１は、好ましくは１～１００μｍの範囲になされ、さらに好ましくは５～５０μｍの範囲、より好ましくは１０～３０μｍの範囲になされる。
　前記ベース基材２の厚さを前記下限値以上にすることで、信号線の線幅を加工限界以上にすることが容易となり、一方、前記厚さを上限値以下にすることで剛性が高くなり過ぎることを抑え、柔軟さというフレキシブル回路基板など薄物基板の特徴を保持できる。

　前記ベース基材２の一方の面に配列された信号配線３Ａ，３Ｂはベース基材２に直接設けられても良いが、接着剤を介して設けられていてもよい。そして、各信号配線の端部もしくは適宜の中間部において、図示しない半導体ディバイス等の実装パッドに接合され、回路基板１として機能する。

　図示せぬ接着層を介して前記信号配線３Ａ，３Ｂを覆う絶縁被覆層４は、樹脂材料で構成されていることが好ましい。この樹脂材料としては、例えばポリエステル系樹脂、ポリイミド、液晶ポリマー等が挙げられる。これらの中でもポリイミドが好ましい。これにより、耐熱性と屈曲性を向上させることができる。

　前記絶縁被覆層４の厚さｔ２は、１～１００μｍであることが好ましく、さらに好ましくは５～５０μｍの範囲、より好ましくは１０～３０μｍの範囲になされる。
　絶縁被覆層４の厚さｔ２を前記下限値以上にすることで、樹脂層の強度を実用範囲に維持することが容易となり、前記上限値以下にすることで摺動性や屈曲性を最大限に発揮させることが容易となる。

　なお、前記ベース基材２と前記絶縁被覆層４との間に介在される図示せぬ接着層を構成する材料としては、例えばアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等を使用することができる。これらの中でもエポキシ系樹脂が好ましく、これにより耐熱性と屈曲性を向上させることができる。

　前記ベース基材２の他方の面（裏面）に配置されたグランド層５としての導電部は、銅素材による導電体により構成されている。この導電体はインピーダンス制御が必要な前記信号配線３Ａに対峙する部分については、平行四辺形の開口になされた多数の抜き孔が形成されている。なお、このグランド層５の具体的な構成については、図２に基づいて後で詳細に説明する。

　前記グランド層５の下側面（図１Ａにおける下側）に、図示せぬ接着層を介して積層された第２の絶縁被覆層６は、樹脂材料で構成されていることが好ましい。この樹脂材料をとしては、例えばポリエステル系樹脂、ポリイミド、液晶ポリマー等が挙げられる。
　これらの中でもポリイミドが好ましい。これにより、耐熱性と屈曲性を向上することができる。

　前記第２の絶縁被覆層６の厚さは、特に限定されないが、５～５０μｍであることが好ましく、特に１０～３０μｍが好ましい。これは絶縁被覆層６の厚さを前記下限値以上にすることで、樹脂層の強度を実用範囲に維持することが容易となり、前記上限値以下にすることで摺動性や屈曲性を最大限に発揮させることが容易となる。

　なお、前記グランド層５と前記第２の絶縁被覆層６との間に介在される図示せぬ接着層を構成する材料としては、前記ベース基材２と前記絶縁被覆層４との間に介在される図示せぬ接着層を構成する材料と同様に、例えばアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等を使用することができる。これらの中でもエポキシ系樹脂が好ましく、これにより耐熱性と屈曲性を向上させることができる。

　また、前記絶縁被覆層４上に形成された導電性素材によるシールド層７は、導電性ペースト（銀ペースト）による印刷、もしくは導電性シールドフィルムを貼着することにより形成され、特性インピーダンスの制御が必要な前記信号配線３Ａに対峙する部分は、前記したとおりシールド層７が敷設されないシールド層の開口部７ａになされている。

　図２は前記したグランド層５の一つの好ましい構成を、その一部を拡大して示したものである。なお、図２においては特性インピーダンスの制御が必要な前記信号配線３Ａがグランド層５の上に重畳された状態を、面に直交する方向から透視した状態で示している。このグランド層５は前記したとおり銅素材による導電体により構成され、この導電体における前記した信号配線３Ａに対峙する位置は、多数の抜き孔が形成されたメッシュ状導体部５Ｂを構成している。

　すなわち、この実施の形態における前記抜き孔は、二方向の複数の各線が交差して平行四辺形（菱形）の開口になされている。この二方向の複数の各線は、信号配線３Ａに対して５～４０度の範囲でそれぞれ傾斜されていることが望ましい。加えて、前記菱形開口の長い方の対角線が、前記信号配線３Ａの配線方向と一致するようなメッシュパターンになされている。

　なお、前記した各開口は、その大きさ（開口面積）が互いに異なるものであってもよいが、好ましくは、同じ大きさの開口面積になされる。これにより、信号配線３Ａの特性インピーダンスを高精度に制御することができる。

　一方、前記メッシュ状導体部５Ｂの外側は、抜き孔が形成されない銅素材によるベタ電極領域５Ａになされている。このベタ電極領域５Ａに対峙して特性インピーダンス制御が特に必要ではない信号配線３Ｂが配列されることになる。
　図２に示す構成によると、特性インピーダンスの制御が必要な部分のみメッシュ状導体部５Ｂを構成し、他はベタ電極領域５Ａとすることで、グランド層６の全体のインピーダンスが上昇するのを避けることができる。

　この場合、前記メッシュ状導体部５Ｂとベタ電極領域５Ａとの境界は、後述するシールド層の開口部７ａにおける開口縁７ｂに、基板面に直交する方向でほぼ一致するように構成されている。

　なお、信号配線の特性インピーダンスの制御を行うには、前記したようにグランド層５にメッシュ状導体部５Ｂを備えることは効果的であるが、信号配線の特性インピーダンスは、線幅や絶縁層の厚さ、さらには絶縁層の誘電率の選択などで制御することも可能であり、この発明においては、メッシュ状導体部５Ｂを備えることは必須要件ではない。

　この実施の形態においては、前記したベース基材２の厚さｔ１および絶縁被覆層４の厚さｔ２等がいずれも１００μｍ以下になされ、積層構造の全体がきわめて薄い回路基板に適用されるものであり、したがって、特性インピーダンスの制御が必要な信号配線３Ａと、シールド層に形成された開口部７ａの開口縁７ｂとの間の距離Ｕが、両者の容量結合の度合いを支配することになる。

　この場合、特性インピーダンスの制御がなされる前記信号配線３Ａが前記したようにシングルエンド伝送の機能を有し、前記絶縁体層２の厚さをｔ１としたとき、前記信号配線３Ａの両外側と前記シールド層の開口縁との距離Ｕが、３ｔ１≦Ｕ≦２０ｔ１の範囲に、より好ましくは３ｔ１≦Ｕ≦１０ｔ１に設定されることが望ましい。

　図３は、前記した信号配線３Ａの両外側と前記シールド層７の開口縁７ｂとの距離をＵ、前記絶縁体層２の厚さをｔ１としたときの両者の比、すなわち、Ｕ／ｔ１を横軸にし、信号配線３Ａの特性インピーダンスＺｏを縦軸で示した特性例を示したものである。
　この図３に示す特性例は、信号配線３Ａの線幅Ｌが１００μｍになされ、絶縁体層２の層間厚みｔ１＝２５μｍ、メッシュ状導体部５Ｂの銅（導体）残存率＝３０％の場合におけるものである。加えて、前記メッシュ状導体部５Ｂとベタ電極領域５Ａとの境界が、シールド層の開口部７ａにおける開口縁７ｂに、基板面に直交する方向で一致するように構成された場合によるものである。

　この場合、信号配線３Ａとグランド層５とを隔てる絶縁体層２の厚さ（層間厚）ｔ１が両者の容量結合の度合いを支配することになる。したがって前記絶縁体層２の厚さｔ１をパラメータとして、特性インピーダンスの制御を管理することが望ましい。

　また、前記信号配線３Ａと前記シールド層７の開口縁７ｂとの距離Ｕが、ある程度以下になる場合には、信号配線３Ａとシールド層７との間の容量結合が大きくなり、信号配線の特性インピーダンスの制御が難しくなる。すなわち、図３の特性線図に現れているように、前記Ｕの値が３ｔ１未満の場合には、前記容量結合が急激に大きくなるために、これを避ける必要がある。

　逆に、前記Ｕの値が３ｔ１を超える場合には、特性インピーダンスの制御が必要な信号配線３Ａに対する前記シールド層７の容量結合は急激に減少し、メッシュ状導体部５Ｂによる信号配線のインピーダンス制御の精度を向上させることができる。

　なお、前記した絶縁被覆層４の厚みｔ２＝１００μｍ以下の条件下において、同様の測定を試みたが、前記Ｕの値が３ｔ１未満になる場合において信号配線３Ａに対するシールド層７の容量結合が急激に増大し、信号配線の特性インピーダンスが低下することが検証されており、いずれにおいても図３に示す特性とほぼ同様の結果となることが認められている。

　一方、前記Ｕの値は、これを大きく設定すれば信号配線の特性インピーダンスの設定に影響を与える度合いは少なくなるものの、その反面シールド効果が減退してＥＭＩ対策上において見過ごすことができなくなる。
　したがって、信号配線に対するシールド効果を確保するには、前記Ｕの値は２０ｔ１以下、好ましくは１０ｔ１以下に設定することが望ましい。

　それ故、シングルエンド伝送の機能を有する信号配線３Ａの両外側と前記シールド層の開口縁７ｂとの距離Ｕと、前記絶縁体層２の厚さｔ１との関係を前記の範囲に設定することで、信号配線の特性インピーダンスの調整、ならびにＥＭＩ対策について両立させることができる回路基板を提供できる。

　図４Ａは、シングルエンド伝送が行われるこの発明の第２の実施形態にかかる回路基板の積層構造を示すものであり、図４Ｂは図４Ａに示す絶縁体層上の信号配線部分をほぼ同一縮尺で示した平面図である。

　なお、この図４Ａおよび図４Ｂにおいては、すでに説明した図１Ａおよび図１Ｂに示した各部と同一機能を果たす部分を同一符号で示しており、したがって、その詳細な説明は省略する。そして、信号配線３Ａの両外側と前記シールド層の開口縁７ｂとの距離Ｕと、前記絶縁体層２の厚さｔ１との関係についても、図１Ａに基づいて説明した前記した関係になされている。

　この実施の形態においては、特性インピーダンスの制御がなされる信号配線３Ａの両外側に沿って、前記グランド層５と同電位になされた線状のガードパターン８が、前記ベース基材２上に配設されている。そして、線状のガードパターン８の幅方向の中央部が、前記シールド層７の開口縁７ｂに位置するように構成されている。

　前記した構成によると、特性インピーダンスの制御を必要とする信号配線３Ａの上面は、シールド層の開口部７ａによって開放状態になされるものの、図４Ａに示すように断面で見た信号配線３Ａの下方および両サイド、さらに上方両サイドが、十分に近接したグランドで取り囲まれた構成になされるので、ＥＭＩシールド特性の減衰を最小限に留めることができる。

　さらに図５Ａは、シングルエンド伝送が行われるこの発明の第３の実施形態にかかる回路基板の積層構造を示すものであり、図５Ｂは図５Ａに示す絶縁体層上の信号配線部分をほぼ同一縮尺で示した平面図である。
　この図５Ａおよび図５Ｂに示す構成は、前記した図４Ａおよび図４Ｂに示した第２の実施の形態に、さらに構成要件を加えたものであり、前記グランド層５とガードパターン８とが、絶縁基材２に形成されたビアホール２ａを介して接続され、前記ガードパターン８と前記シールド層７とが、前記絶縁被覆層４に形成された開口４ａを介して接続されている。

　前記グランド層５とガードパターン８とを接続するビアホール２ａは、図５Ｂに示すようにガードパターン８の長手方向に沿って複数か所に形成されており、各ビアホール２ａを介してそれぞれ両者が接続されている。
　また、前記絶縁被覆層４に形成された開口４ａも、ガードパターン８の長手方向に沿って複数か所にそれぞれ形成されており、この各開口４ａを介して前記ガードパターン８と前記シールド層７とが接続されている。

　前記した構成は、回路基板の屈曲等がなされない部分において好適に採用することができ、この構成によると信号配線３Ａの両外側のグランド間の隙間が補填され、グランド電位として機能するグランド層５、ガードパターン８、シールド層７の機械的な結合も強くなり、またＥＭＩシールド特性をさらに向上させることにも寄与できる。

　次に、この発明にかかる差動伝送されるペア信号配線を備えた回路基板について、図６～図１０に基づいて説明する。
　図６Ａは、前記した差動伝送されるペア信号配線を備えた回路基板の第１の実施の形態の積層構造を示したものであり、図６Ｂは図６Ａに示す絶縁体層上の信号配線部分をほぼ同一縮尺で示した平面図である。

　図６Ａおよび図６Ｂに示す回路基板１は、グランド層とこのグランド層に対して絶縁体層を介して信号配線が配設されており、特性インピーダンスの制御が必要な前記信号配線（図６Ｂに符号Ａで示すペア配線）部分についてはマイクロストリップ構造を構成し、特性インピーダンスの制御が不要な信号配線（図６Ｂに符号Ｂで示すペア配線）部分についてはシールド層が付加されてストリップ構造を構成している。

　この実施の形態においては前記絶縁体層２として、フィルム状のベース基材が採用されており、前記ベース基材２の一方の面（図６Ａにおける上側）には、差動伝送される信号配線３ａ，３ｂが形成され、この信号配線３ａ，３ｂの上面（図６Ａにおける上側）には、図示せぬ接着層を介して絶縁被覆層４が積層されている。
　一方、前記ベース基材２の他方の面（図６Ａにおける下側）にはグランド層５が形成され、このグランド層６のさらに下面には図示せぬ接着層を介して第２の絶縁被覆層６が形成されている。

　そして、前記ベース基材２を介したグランド層５とは反対面の前記信号配線を覆う絶縁被覆層４上には、導電性素材によるシールド層７が形成されると共に、特性インピーダンスの制御が必要な前記信号配線３ａ，３ｂ（図６Ｂに符号Ａで示すペア配線）に対峙する絶縁被覆層７上は、前記シールド層が敷設されないシールド層の開口部７ａになされている。

　なお、図６Ａおよび図６Ｂに示す差動伝送されるペア信号配線を備えた回路基板１においては、すでに説明した図１Ａおよび図１Ｂに示すシングルエンド伝送がなされる信号配線を備えた回路基板の積層構造と同一になされており、同一の機能を果たす各層については同一の符号で示している。したがって各層並びに図示せぬ接着層等の詳細については、その説明を省略する。

　図７は図６Ａに示されたグランド層５の一つの好ましい構成を、その一部を拡大して示したものである。なお、図７は前記した特性インピーダンスの制御が必要な信号配線３ａ，３ｂがグランド層５の上に重畳された状態を、面に直交する方向から透視した状態で示している。この図７に示すグランド層５は、すでに図２に示したグランド層５と同一の構成になされており、同一の機能を果たす部分については同一の符号で示している。したがってグランド層５の詳細な構成についても、その説明を省略する。

　この図６および図７に示す実施の形態においては、前記したベース基材２の厚さｔ１および絶縁被覆層４の厚さｔ２等がいずれも１００μｍ以下になされ、積層構造の全体がきわめて薄い回路基板に適用されるものであり、したがって、特性インピーダンスの制御が必要な信号配線３ａ，３ｂと、シールド層に形成された開口部７ａの開口縁７ｂとの間の距離Ｕが、両者の容量結合の度合いを支配することになる。

　この場合、特性インピーダンスの制御が成される前記信号配線が差動伝送されるペア配線であり、図６Ａに示すように、前記ペア配線３ａ，３ｂ間の線間距離をＳとしたとき、当該線間距離Ｓの位置における前記ペア配線の両外側と前記シールド層の開口縁７ｂとの距離Ｕが、３Ｓ≦Ｕ≦２０Ｓの範囲に、より好ましくは３Ｓ≦Ｕ≦１０Ｓに設定されることが望ましい。

　図８は、前記距離Ｕと線間距離Ｓとの比、すなわち、Ｕ／Ｓの値を横軸にし、信号配線３ａ，３ｂの特性インピーダンスＺｏを縦軸で示した特性例を示したものである。
　この図８に示す特性例は、差動信号線３ａ，３ｂの線幅Ｌ／線間距離Ｓ＝１００μｍ／１００μｍになされ、絶縁体層２の層間厚みｔ１＝２５μｍ、メッシュ状導体部５Ｂの銅（導体）残存率＝３０％の場合におけるものである。

　前記信号配線３ａ，３ｂと前記シールド層７の開口縁７ｂとの距離Ｕが、ある程度以下になる場合には、信号配線とシールド層との間の容量結合が大きくなり、信号配線の特性インピーダンスの制御が難しくなる。すなわち、図８の特性線図に現れているように、前記Ｕの値が３Ｓ未満の場合には、前記容量結合が急激に大きくなるために、これを避ける必要がある。

　逆に、前記Ｕの値が３Ｓを超える場合には、特性インピーダンスの制御が必要な信号配線３ａ，３ｂに対する前記シールド層７の容量結合は急激に減少し、メッシュ状導体部５Ｂによる信号配線のインピーダンス制御の精度を向上させることができる。

　なお、前記した絶縁被覆層４の厚みｔ２＝１００μｍ以下の条件下において、同様の測定を試みたが、前記Ｕの値が３Ｓ未満になる場合において信号配線に対するシールド層７の容量結合が急激に増大し、信号配線の特性インピーダンスが低下することが検証されており、いずれにおいても図８に示す特性とほぼ同様の結果となることが認められている。

　一方、前記Ｕの値は、これを大きく設定すれば信号配線の特性インピーダンスの設定に影響を与える度合いは少なくなるものの、その反面シールド効果が減退してＥＭＩ対策上において見過ごすことができなくなる。
　したがって、信号配線に対するシールド効果を確保するには、前記Ｕの値は２０Ｓ以下、好ましくは１０Ｓ以下に設定することが望ましい。

　それ故、前記したペアの信号配線の線間Ｓと、ペア配線の両外側と前記シールド層の開口縁７ｂとの距離Ｕの関係を前記の範囲に設定することで、信号配線の特性インピーダンスの調整、ならびにＥＭＩ対策について両立させることができる回路基板を提供することができる。

　前記したように、前記信号配線が差動伝送されるペア配線である場合には、ペア配線の線間Ｓをパラメータとし、ペア配線の両外側と前記シールド層の開口縁７ｂとの距離Ｕを前記した範囲に設定し、管理することが妥当である。

　その理由は、前記ペア配線の線間距離が前記シールド層に次いで信号配線の特性インピーダンスに影響を与えるため、その線間距離に対する前記信号配線とシールド層の開口縁までの距離で特性インピーダンスへの影響の大小が決まるからである。

　これは、ペア配線の線間の中央部に仮想的なグランド（ＧＮＤ）面が存在すると考える事が可能であり、かつ信号線の側面の面積も考慮すると、その距離が前記シールド層に次いで信号配線の特性インピーダンスに影響を与える事が容易に判断される。このため、信号線の特性インピーダンスが前記配線間の結合で決定され、前記開口縁より先のシールド層が特性インピーダンスに影響を殆ど与えないほど離れる距離を前記信号線間距離との関係で記述出来ることによる。

　図９Ａは、差動伝送されるペア信号配線を備えた回路基板の第２の実施形態の積層構造を示すものであり、図９Ｂは図９Ａに示す絶縁体層上の信号配線部分をほぼ同一縮尺で示した平面図である。この図９Ａおよび図９Ｂに示す構成は、図６Ａおよび図６Ｂに示した例と同様に、特性インピーダンスの制御が必要な信号配線が、差動伝送されるペア配線になされた例について示している。

　なお、この図９Ａおよび図９Ｂにおいては、すでに説明した図６Ａおよび図６Ｂに示した各部と同一機能を果たす部分を同一符号で示しており、したがって、その詳細な説明は省略する。そして、ペア配線の両外側と前記シールド層の開口縁７ｂとの距離Ｕが、ペア配線の線間Ｓをパラメータとした前記した関係になされている。

　この実施の形態においては、特性インピーダンスの制御が成される信号配線３ａ，３ｂの両外側に沿って、前記グランド層５と同電位になされた線状のガードパターン８が、前記ベース基材２上に配設されている。そして、線状のガードパターン８の幅方向の中央部が、前記シールド層７の開口縁７ｂに位置するように構成されている。

　前記した構成によると、特性インピーダンスの制御を必要とする信号配線３ａ，３ｂの上面は、シールド層の開口部７ａによって開放状態になされるものの、図９Ａに示すように断面で見た信号配線３ａ，３ｂの下方および両サイド、さらに上方両サイドが、十分に近接したグランドで取り囲まれた構成になされるので、ＥＭＩシールド特性の減衰を最小限に留めることができる。

　さらに図１０Ａは、差動伝送されるペア信号配線を備えた回路基板の第３の実施形態にかかる積層構造を示すものであり、図１０Ｂは図１０Ａに示す絶縁体層上の信号配線部分をほぼ同一縮尺で示した平面図である。
　この図１０Ａおよび図１０Ｂに示す構成は、前記した図９Ａおよび図９Ｂに示した第２の実施の形態に、さらに構成要件を加えたものであり、前記グランド層５とガードパターン８とが、絶縁基材２に形成されたビアホール２ａを介して接続され、前記ガードパターン８と前記シールド層７とが、前記絶縁被覆層４に形成された開口４ａを介して接続されている。

　前記グランド層５とガードパターン８とを接続するビアホール２ａは、図１０Ｂに示すようにガードパターン８の長手方向に沿って複数か所に形成されており、各ビアホール２ａを介してそれぞれ両者が接続されている。
　また、前記絶縁被覆層４に形成された開口４ａも、ガードパターン８の長手方向に沿って複数か所にそれぞれ形成されており、この各開口４ａを介して前記ガードパターン８と前記シールド層７とが接続されている。

　前記した構成は、回路基板の屈曲等がなされない部分において好適に採用することができ、この構成によると信号配線の両外側のグランド間の隙間が補填され、グランド電位として機能するグランド層５、ガードパターン８、シールド層７の機械的な結合も強くなり、またＥＭＩシールド特性をさらに向上させることにも寄与できる。

　なお、以上説明したシングルエンド伝送がなされる信号配線を備えた回路基板、ならびに差動伝送されるペア信号配線を備えた回路基板における前記グランド層は、回路の基準電位が印加される構成にされる場合もあり、また各ディバイスの動作電源が重畳される場合もある。したがって、グランド層に印加される電位は特に限定されるものではない。

　この発明による回路基板は、プリント配線板、フレキシブルプリント配線板、多層フレキシブルプリント配線板等に用いることができ、特に高周波帯で動作するディバイスを実装する回路基板に好適に採用することができる。

　１　　　　　　回路基板
　２　　　　　　絶縁体層（ベース基材）
　２ａ　　　　　ビアホール
　３Ａ，３Ｂ　　信号配線
　３ａ，３ｂ　　信号配線（ペア配線）
　４　　　　　　絶縁被覆層
　４ａ　　　　　絶縁被覆層の開口
　５　　　　　　グランド層
　５Ａ　　　　　ベタ電極領域
　５Ｂ　　　　　メッシュ状導体部
　６　　　　　　絶縁被覆層
　７　　　　　　シールド層
　７ａ　　　　　シールド層の開口部
　７ｂ　　　　　開口縁
　８　　　　　　ガードパターン

Claims

　グランド層と前記グランド層に対して絶縁体層を介して信号配線を配設し、前記グランド層と信号配線間の容量結合を制御することで、前記信号配線の特性インピーダンス制御がなされる回路基板であって、
　前記絶縁体層に配設された信号配線上には絶縁被覆層が形成され、当該絶縁被覆層を介してさらに導電性素材によるシールド層が形成されると共に、前記信号配線に対峙する前記絶縁被覆層上は、前記シールド層が敷設されないシールド層の開口部になされていることを特徴とする回路基板。
　特性インピーダンスの制御が成される前記信号配線がシングルエンド伝送がなされる信号配線であって、前記絶縁体層の厚さをｔ１としたとき、特性インピーダンスの制御がなされる前記信号配線の両外側と前記シールド層の開口縁との距離Ｕが、３ｔ１≦Ｕ≦２０ｔ１の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載された回路基板。
　特性インピーダンスの制御が成される前記信号配線が差動伝送されるペア配線であって、前記ペア配線間の線間距離をＳとしたとき、前記ペア配線の両外側と前記シールド層の開口縁との距離Ｕが、３Ｓ≦Ｕ≦２０Ｓの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載された回路基板。
　特性インピーダンスの制御がなされる前記信号配線に対峙する前記グランド層は、多数の抜き孔を施したメッシュ状導体部になされ、当該メッシュ状導体部の外側は抜き孔が施されないベタ電極領域になされ、前記メッシュ状導体部とベタ電極領域との境界が、前記シールド層の開口縁に、基板面に直交する方向で一致するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載された回路基板。
　前記グランド層と信号配線との間の絶縁体層は、１００μｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載された回路基板。
　前記信号配線と前記シールド層との間の絶縁被覆層は、１００μｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載された回路基板。
　前記シングル伝送がなされる信号配線の両外側に沿って、前記グランド層と同電位になされた線状のガードパターンが前記絶縁体層上に配設され、前記線状のガードパターンの幅方向の中央部が、前記シールド層の開口縁に位置するように構成されていることを特徴とする請求項１、請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載された回路基板。
　前記グランド層とガードパターンとがビアホールを介して接続され、前記ガードパターンと前記シールド層とが前記絶縁被覆層に形成された開口を介して接続されていることを特徴とする請求項７に記載された回路基板。
　前記差動伝送がなされるペア配線の両外側に沿って、前記グランド層と同電位になされた線状のガードパターンが前記絶縁体層上に配設され、前記線状のガードパターンの幅方向の中央部が、前記シールド層の開口縁に位置するように構成されていることを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれか１項に記載された回路基板。
　前記グランド層とガードパターンとがビアホールを介して接続され、前記ガードパターンと前記シールド層とが前記絶縁被覆層に形成された開口を介して接続されていることを特徴とする請求項９に記載された回路基板。