配線基板およびコンピュータ
【課題】配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供する。
【解決手段】グランド電位が供給されるグランド層ＧＮＤと、グランド層ＧＮＤ上に配置された絶縁層Ｌ１と、絶縁層Ｌ１を介してグランド層ＧＮＤと対向するように配置され、差動伝送方式により信号を伝送する第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲと、を備え、グランド層ＧＮＤは、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率の高い材料で形成されている配線基板。
【解決手段】グランド電位が供給されるグランド層ＧＮＤと、グランド層ＧＮＤ上に配置された絶縁層Ｌ１と、絶縁層Ｌ１を介してグランド層ＧＮＤと対向するように配置され、差動伝送方式により信号を伝送する第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲと、を備え、グランド層ＧＮＤは、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率の高い材料で形成されている配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配線基板に関し、特に、グランド電位が供給されるグランド層と差動伝送方式により信号を伝送する配線とを備える配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイルパーソナルコンピュータに使われるデータの伝送速度は高速化している。これに伴い、信号を伝送する配線基板への高速伝送特性要求も高度なレベルとなっている。さらに近年では、メイン基板とハードディスクドライブ（ＨＤＤ）との接続など、高速な信号を用いる部分にも、例えばフレキシブル基板（ＦＰＣ）等の配線基板が使われるようになってきた。
【０００３】
例えば、特許文献１には、伝送時間とインピ―ダンス制御のための各種開口パタ―ンのあるシールド平面を備えた基板が提案されている。この文献に開示された基板では、グランド層に開口パターンを空けることでインダクタンス値を変更させ、特性インピーダンス制御や伝播遅延制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７７８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年のデジタルプロダクト製品では、軽量化・小型/薄型化が非常に進んできている。このため、配線の形状や面積を変更することが困難であった。さらに、回路に供給される信号は非常に高速化され、より一層の伝送特性改善を行う必要があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであって、配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様による配線基板は、グランド電位が供給されるグランド層と、前記グランド層上に配置された絶縁層と、前記絶縁層を介して前記グランド層と対向するように配置され、差動伝送方式により信号を伝送する第１配線および第２配線と、を備え、前記グランド層は、前記第１配線および前記第２配線よりも抵抗率の高い材料で形成されている配線基板である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる配線基板の一構成例を説明するための図である。
【図２】図１に示す配線基板について、グランド層の抵抗率を変更して伝送信号の減衰率を測定した結果の一例を示す図である。
【図３】図１に示す配線基板について、グランド層の抵抗率を変更して伝送信号の減衰率を測定した結果の一例を示す図である。
【図４】図１に示す配線基板について、グランド層の抵抗率を変更して伝送信号の減衰率を測定した結果の他の例を示す図である。
【図５】図１に示す配線基板の伝送配線の等価回路を示す図である。
【図６】図１に示す配線基板における差動配線の磁界の一例について説明するための図である。
【図７】図１に示す配線基板について、グランド層の厚さを変更して伝送信号の減衰率を測定した結果の一例を示す図である。
【図８】図１に示す配線基板について、グランド層の抵抗率および膜厚を変更して伝送信号の減衰率を測定した結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の第１実施形態に係る配線基板について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る配線基板は、グランド電位が供給されるグランド層ＧＮＤと、絶縁層Ｌ１を介してグランド層ＧＮＤ上に配置された第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲと、を備えている。グランド層ＧＮＤは、本実施形態に係る配線基板の基板面に渡って平面状に配置されている。第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、図１に示す断面においてＸ方向に並んで配置されている。
【００１１】
本実施形態では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、例えば銅により形成されている。グランド層ＧＮＤは、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率の高い材料で形成されている。本実施形態では、グランド層ＧＮＤは、例えば銅よりも高抵抗な材料により形成されている。
【００１２】
銅より高抵抗な材料とは、例えば、導電ペーストである銀ペースト等であってと、導電材料と非導電性材料とが混合した材料である。銀ペーストは、銀の粒子同士の接触により導電性が保たれる。そのため、銀ペーストは、単体での銀の状態よりも大幅に抵抗率が高くなる。また、導電ペーストは、混合される導電材料と非導電材料との割合を調整することによって、抵抗を所望の大きさに設定することができる。また、銅より高抵抗な材料とは、シリコン等の半導体材料である。
【００１３】
第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、例えば差動伝送方式を採用した高速信号の伝送に用いられる。したがって、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、互いに供給される信号により、所定の信号を伝送している。差動伝送方式により信号を伝送すると、シングルエンド方式を採用した場合よりも伝送する信号へのノイズの影響を低減させることができるとともに、高速に信号を伝送することが可能である。
【００１４】
ここで、上記の配線基板において、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによる信号の伝送特性を改善するために、グランド層ＧＮＤの抵抗率を変更して、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送する信号の減衰率を測定した。なお、図２および図３に示す場合では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］である銅により形成されているものとした。図２および図３は、横軸を周波数、縦軸を減衰率とし、各周波数の信号を伝送する際の信号の減衰率を示している。
【００１５】
例えば、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］であって厚さ（Ｙ方向の幅）ＴＧが３５μｍである銅によりグランド層ＧＮＤを形成した場合（図２に示すグラフＧ１）と、抵抗率が２×１０−７［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが３５μｍであるグランド層ＧＮＤを備える場合（図２に示すグラフＧ２）とで、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送される信号の減衰率を比較した結果を図２に示す。図２に示すように、グランド層ＧＮＤの抵抗率を銅の略１０倍程度にした場合には、銅を用いた場合よりも減衰率が大きくなった。
【００１６】
また、例えば、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが３５μｍである銅によりグランド層ＧＮＤを形成した場合（図３に示すグラフＧ１）と、抵抗率が１［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが３５μｍであるグランド層ＧＮＤを備える場合（図３に示すグラフＧ３）とで、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送される信号の減衰率を比較した結果を図３に示す。
【００１７】
図３に示すように、グランド層ＧＮＤの材料として銅よりも抵抗率が十分に高い材料を用いた場合、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにより伝送される信号の減衰率が改善された。
【００１８】
さらに、例えば抵抗率が銅よりも１×１０５倍以上である材料を用いたグランド層ＧＮＤを形成した場合（図４に示すグラフＧ３´）と、銅を用いて同じ厚さＴＧのグランド層ＧＮＤを形成した場合（図４に示すグラフＧ１´）とで、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送される信号の減衰率を比較した結果を図４に示す。
【００１９】
図４に示すように、グランド層ＧＮＤの材料として抵抗率が１×１０５倍以上である材料を用いた場合、銅を用いた場合よりも第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにより伝送される信号の減衰率が改善された。
【００２０】
上記のように、グランド層ＧＮＤが、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＬの抵抗率よりも十分抵抗率が高い材料を用いて形成される場合には、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによる信号伝送特性が改善された。
【００２１】
図５に、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの等価回路を示す。第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの電気的なパラメータは、図５に示す抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、コンダクタンスＧ、キャパシタンスＣの分布定数で表すことが出来る。
【００２２】
第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送される信号の減衰を表す手法の一つとして減衰定数αが存在する。減衰定数αは、（（Ｒ＋ｊωＬ）（Ｇ＋ｊωＣ））２の実数項となる。この減衰定数αの数式から、上記のようにグランド層ＧＮＤの抵抗率と、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにより伝送される信号の減衰率との関係について検討する。
【００２３】
図５に示す抵抗Ｒの大きさは、第１配線ＷＬ（あるいは第２配線ＷＲ）および信号の戻り道となるグランド層ＧＮＤの抵抗分である。コンダクタンスＧは、第１配線ＷＬ（あるいは第２配線ＷＲ）とグランド層ＧＮＤとの間の絶縁体の漏れ電流によって発生する成分である。
【００２４】
また、キャパシタンスＣとインダクタンスＬとは、第１配線ＷＬ（あるいは第２配線ＷＲ）とグランド層ＧＮＤとの間の結合関係や、絶縁層の材質によって変動する成分である。コンダクタンスＧはキャパシタンスＣに比例する。つまり、キャパシタンスＣが大きければ、コンダクタンスＧも大きくなる。
【００２５】
上記関係を鑑みると、減衰定数αの中でインダクタンスＬの値のみ、減衰定数αの値の変動要因とはなるが比例関係とならない、すなわち、インダクタンスＬが大きくなっても、減衰定数αが大きくならないことが分かる。
【００２６】
逆に、抵抗Ｒ、コンダクタンスＧ、および、キャパシタンスＣの値は、減衰定数αと比例関係を有しており、値が大きくなるとそのまま減衰定数αを大きくすることになる。実装上、配線基板の体積には限りがあるので、抵抗Ｒ、コンダクタンスＧ、およびキャパシタンスＣとも、大きくすることはし易いが、小さくすることは困難である。
【００２７】
そこで本実施形態では、抵抗Ｒ、コンダクタンスＧ、およびキャパシタンスＣを変更せず、インダクタンスＬを上昇させて、信号の減衰率を減らしている。減衰定数αを算出する式からも分かるように、インダクタンスＬが一定以上の大きさとなると逆に減衰率が大きくなるが、本願発明者らは、通常のフレキシブル基板（ＦＰＣ）や配線基板に用いられるパラメータの多くは、インダクタンスＬのみを上昇させることによって、減衰率を低下させることが可能であること確認している。
【００２８】
そこで、本実施形態に係る配線基板では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲと、グランド層ＧＮＤとの間の結合関係を弱くしている。本実施形態に係る配線基板において、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＬで差動信号を伝送している際の磁界分布を図６に示す。
【００２９】
図６に示すように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの周囲に生じた磁界は、矢印で示すようにグランド層ＧＮＤを貫通して生じている。すなわち、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの周囲に生じた磁界は、グランド層ＧＮＤが無い状態における磁界と略同様な状態であった。これはグランド層ＧＮＤに抵抗率の十分高い材料（例えばシリコン等の半導体材料や導電ペースト）を用いたことに起因している。
【００３０】
例えば、グランド層ＧＮＤの材料に第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲと略同程度の抵抗率である材料を採用した場合、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの周囲に生じた磁界は、グランド層ＧＮＤを貫通せず、グランド層ＧＮＤよりも第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲ側にしか生じない。
【００３１】
なお、抵抗率の十分高い材料とは、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲに用いた材料の抵抗率に対して、１×１０５倍以上の抵抗率を有する材料であって、例えば図３及び図４に示す測定に用いた材料ように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲを抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］である銅により形成した場合に、抵抗率が１［Ω・ｍ］である材料である。
【００３２】
上記のように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率が十分高い材料によりグランド層ＧＮＤを形成した場合、グランド層ＧＮＤに銅等の導体を用いたときに比べ、グランド層ＧＮＤと差動信号配線（第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲ）との間の結合が弱くなるため、インダクタンスＬの値が高くなる。
【００３３】
抵抗Ｒに関しては、グランド層ＧＮＤを無視して、差動信号が供給される第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにしかほとんど電流は流れないので、グランド層ＧＮＤに銅等の導体がある場合とそれほど変化はない。
【００３４】
また、キャパシタンスＣやコンダクタンスＧに関しては、磁界ではなく、電界によって定義される項目となる。銅等の導体であっても、シリコン等の抵抗率が十分高い材料であっても、グランド層ＧＮＤの表面に電荷を貯められるという点に差異はなく、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの周囲に生じる電界には変動が起きない。よって、キャパシタンスＣやコンダクタンスＧの値は変動しない。
【００３５】
以上により、本実施形態に係る配線基板では、グランド層ＧＮＤの抵抗率を十分高くすることにより第１配線ＷＬあるいは第２配線ＷＲのインダクタンスＬの値のみを変更させ、銅等の導体をグランド層ＧＮＤに用いた場合より減衰率の少ない差動伝送路を供給している。
【００３６】
すなわち、上記のように、本実施形態に係る配線基板によれば、配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供することができる。
【００３７】
次に、本発明の第２実施形態に係る配線基板について図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態に係る配線基板と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
本実施形態に係る配線基板は、上述の第１実施形態に係る配線基板と同様に、グランド電位が供給されるグランド層ＧＮＤと、絶縁層Ｌ１を介してグランド層ＧＮＤ上に配置された第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲと、を備えている。グランド層ＧＮＤは、本実施形態に係る配線基板の基板面に渡って平面状に配置されている。第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、例えば差動伝送方式を採用した高速信号の伝送に用いられる。
【００３９】
本実施形態では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、例えば銅により形成されている。グランド層ＧＮＤは、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率の高い材料で形成されている。本実施形態では、グランド層ＧＮＤは、例えば銅よりも高抵抗な材料により形成されているとともに十分薄く形成されている。
【００４０】
銅より高抵抗な材料とは、例えば、シリコン等の半導体材料や銀ペースト等の導電ペーストであって、その抵抗率が例えば銅の抵抗率の略１０倍よりも大きい材料である。例えば、銀ペーストは塗布前の状態では流動性を持った液体であり、かつ、塗布後に銀粒子以外の溶剤を乾燥させることで固着を行う材料である。乾燥工程を考慮すると膜厚を増やし難く、一般的な銅箔よりも膜厚が薄くなる。
【００４１】
また、銅より高抵抗な材料とは、シリコン等の半導体材料である。半導体材料により十分薄い層を形成する際には、例えばスピンコート法により半導体材料を塗布することにより、薄膜を形成することが可能である。
【００４２】
ここで、上記の配線基板において、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによる信号の伝送特性を改善するために、グランド層ＧＮＤの厚さＴＧを変更して、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送する信号の減衰率を測定した。なお、図７に示す場合では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］である銅により形成されているものとした。図７は、横軸を周波数、縦軸を減衰率とし、各周波数の信号を伝送する際の信号の減衰率を示している。
【００４３】
例えば、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが３５μｍである銅によりグランド層ＧＮＤを形成した場合（図７に示すグラフＧ１）と、抵抗率が２×１０−７［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが０．０１μｍであるグランド層ＧＮＤを備える場合（図７に示すグラフＧ４）とで、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送される信号の減衰率を比較した結果を図７に示す。
【００４４】
図７に示すように、グランド層ＧＮＤの抵抗率を銅の略１０倍程度にし、かつ、グランド層ＧＮＤの厚さＴＧを薄くした場合、図２に示す場合よりも減衰率の低下が改善され、銅よりも減衰率が高くなる場合もあった。
【００４５】
上記のように、グランド層ＧＮＤが、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの抵抗率よりも抵抗率が高くかつ十分に薄い場合には、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＬによる信号伝送特性が改善された。
【００４６】
本実施形態では、抵抗Ｒ、コンダクタンスＧ、およびキャパシタンスＣを変更せず、インダクタンスＬを上昇させて、信号の減衰率を減らしている。
【００４７】
すなわち、本実施形態では、グランド層ＧＮＤに抵抗率が高く、かつ、十分薄い材料を用いたことに起因して信号の減衰率を減らしている。なお、抵抗率が高く、かつ、薄い材料とは、グランド層ＧＮＤの抵抗率を第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲに用いた材料の抵抗率に対して略１０倍以上の抵抗率を有する材料であって、例えば図７に示すように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲを抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］である銅により形成した場合に、抵抗率が２×１０−７［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが０．０１μｍである材料である。このとき、グランド層ＧＮＤの厚さＴＧは、少なくとも３μｍ以下とすることが望ましい。
【００４８】
上記のように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率が高くかつ薄い材料によりグランド層ＧＮＤを形成した場合では、グランド層ＧＮＤに銅等の導体を用いたときに比べ、グランド層ＧＮＤと差動信号配線（第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲ）との間の結合が弱くなるため、インダクタンスＬの値が高くなる。
【００４９】
抵抗Ｒに関しては、グランド層ＧＮＤを無視して、差動信号が供給される第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにしかほとんど電流は流れないので、グランド層ＧＮＤに銅等の導体がある場合とそれほど変化はない。
【００５０】
また、キャパシタンスＣやコンダクタンスＧに関しては、磁界ではなく、電界によって定義される項目となる。銅等の導体であっても、銅よりも抵抗率が高い材料であっても、グランド層ＧＮＤの表面に電荷を貯められるという点に差異はなく、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの周囲に生じる電界には変動が起きない。よって、キャパシタンスＣやコンダクタンスＧの値は変動しない。
【００５１】
以上により、本実施形態に係る配線基板では、グランド層ＧＮＤを抵抗率が高い材料で形成するとともに十分薄くすることにより、第１配線ＷＬあるいは第２配線ＷＲのインダクタンスＬの値のみを変更させ、銅等の導体をグランド層ＧＮＤに用いた場合より減衰率の少ない差動伝送路を供給している。
【００５２】
すなわち、上記のように、本実施形態に係る配線基板によれば、配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供することができる。
【００５３】
次に、本発明の第３実施形態に係る配線基板について図面を参照して以下に説明する。本実施形態に係る配線基板は、上述の第１実施形態に係る配線基板と同様に、グランド電位が供給されるグランド層ＧＮＤと、絶縁層Ｌ１を介してグランド層ＧＮＤ上に配置された第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲと、を備えている。グランド層ＧＮＤは、本実施形態に係る配線基板の基板面に渡って平面状に配置されている。第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、例えば差動伝送方式を採用した高速信号の伝送に用いられる。
【００５４】
本実施形態では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、例えば銅により形成されている。グランド層ＧＮＤは、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率の高い材料で形成されている。本実施形態では、グランド層ＧＮＤは、例えば銅よりも十分高抵抗な材料により形成されている。
【００５５】
銅より十分高抵抗な材料とは、例えば、シリコン等の半導体材料や銀ペースト等の導電性ペーストである。例えば、銀ペーストは塗布前の状態では流動性を持った液体であり、かつ、塗布後に銀粒子以外の溶剤を乾燥させることで固着を行う材料である。乾燥工程を考慮すると膜厚を増やし難く、一般的な銅箔よりも膜厚が薄くなる。半導体材料により十分薄い層を形成する際には、例えばスピンコート法により半導体材料を塗布することにより、薄膜を形成することが可能である。
【００５６】
ここで、上記の配線基板において、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによる信号の伝送特性を改善するために、グランド層ＧＮＤの抵抗率および厚さＴＧを変更して、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送する信号の減衰率を測定した。なお、図８に示す場合では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］である銅により形成されているものとした。図８は、横軸を周波数、縦軸を減衰率とし、各周波数の信号を伝送する際の信号の減衰率を示している。
【００５７】
例えば、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが３５μｍである銅によりグランド層ＧＮＤを形成した場合（図８に示すグラフＧ１）と、抵抗率が１［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが０．１μｍであるグランド層ＧＮＤを備える場合（図８に示すグラフＧ５）とで、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送される信号の減衰率を比較した結果を図８に示す。
【００５８】
図８に示すように、グランド層ＧＮＤの材料として銅よりも抵抗率が十分に高い材料を用い、かつ、グランド層ＧＮＤの厚さＴＧを薄くした場合には、図７に示す場合よりもさらに減衰率が改善され、高周波の信号を伝送する場合であっても伝送特性が良好であった。
【００５９】
上記のように、グランド層ＧＮＤが、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの抵抗率よりも抵抗率が十分高くかつ十分に薄い場合には、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＬによる信号伝送特性が改善された。
【００６０】
本実施形態では、抵抗Ｒ、コンダクタンスＧ、およびキャパシタンスＣを変更せず、インダクタンスＬを上昇させて、信号の減衰率を減らしている。
【００６１】
すなわち、本実施形態では、グランド層ＧＮＤに抵抗率が十分高く、かつ、十分薄い材料を用いたことに起因して信号の減衰率を減らしている。なお、抵抗率が十分高くかつ十分薄い材料とは、グランド層ＧＮＤの抵抗率を第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲに用いた材料の抵抗率に対して略１×１０５倍以上の抵抗率を有する材料であって、例えば図８に示すように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲを抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］である銅により形成した場合に、抵抗率が１［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが０．１μｍである材料である。このとき、グランド層ＧＮＤの厚さＴＧは、少なくとも３μｍ以下とすることが望ましい。
【００６２】
上記のように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率が十分高くかつ十分薄い材料によりグランド層ＧＮＤを形成した場合では、グランド層ＧＮＤに銅等の導体を用いたときに比べ、グランド層ＧＮＤと差動信号配線（第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲ）との間の結合が弱くなるため、インダクタンスＬの値が高くなる。
【００６３】
抵抗Ｒに関しては、グランド層ＧＮＤを無視して、差動信号が供給される第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにしかほとんど電流は流れないので、グランド層ＧＮＤに銅等の通常導体がある場合とそれほど変化はない。
【００６４】
また、キャパシタンスＣやコンダクタンスＧに関しては、磁界ではなく、電界によって定義される項目となる。銅等の導体であっても、銅よりも抵抗率が高い材料であっても、グランド層ＧＮＤの表面に電荷を貯められるという点に差異はなく、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの周囲に生じる電界には変動が起きない。よって、キャパシタンスＣやコンダクタンスＧの値は変動しない。
【００６５】
以上により、本実施形態に係る配線基板では、グランド層ＧＮＤを抵抗率が十分高い材料で形成するとともに十分薄くすることにより、第１配線ＷＬあるいは第２配線ＷＲのインダクタンスＬの値のみを変更させ、銅等の導体をグランド層ＧＮＤに用いた場合より減衰率の少ない差動伝送路を供給している。
【００６６】
すなわち、上記のように、本実施形態に係る配線基板によれば、配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供することができる。
【００６７】
配線の減衰率を上げようとすると、信号配線を太くするか、絶縁層の材料を変えるという改善方法が提案されていた。しかし、上述の第１乃至第３実施形態に係る配線基板によれば、グランド層ＧＮＤの導体材料を変更することで特性を改善でき、伝送特性の改善の幅を増すことができた。従来では、高抵抗の材料を用いると減衰が大きいという認識であったが、グランド層ＧＮＤを十分に薄くしたり、抵抗率を十分高くしたりすることで、今までとは全く違う方法により特性を改善することが出来た。
【００６８】
すなわち、上記のように、グランド層ＧＮＤを第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの材料よりも、抵抗率の十分高い材料で形成する、抵抗率が高くかつ十分薄い材料で形成する、あるいは、抵抗率が十分高くかつ十分薄い材料で形成することによって、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにより伝送される信号の減衰率を改善することができた。
【００６９】
したがって、上述の第１乃至第３実施形態にかかる配線基板によれば、配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供することができる。
【００７０】
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記実施形態に係る配線基板と同様の構造をしたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）、両面プリント配線板（ＰＷＢ）などに適用した場合であっても、同様の効果を得ることができる。特に、グランド層ＧＮＤとして抵抗率が高くかつ薄い材料を用いる場合には、フレキシブルプリント基板やフレキシブルフラットケーブルを屈曲させることが容易となるとともに、軽量化を実現することができる。
【００７１】
また、例えば差動伝送方式により信号を伝送するケーブルの外皮にグランド層ＧＮＤが配置されている場合であっても、グランド層ＧＮＤとして抵抗率の十分高い材料、抵抗率が高くかつ薄い材料、あるいは抵抗率が十分高くかつ薄い材料を用いた場合には、上記実施形態に係る配線基板と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、上記実施形態に係る配線基板と同様の構成を備え、第１配線ＷＬあるいは第２配線ＷＲの一方にグランド電位が供給されるものであっても、グランド層ＧＮＤとして抵抗率の十分高い材料、抵抗率が高くかつ薄い材料、あるいは抵抗率が十分高くかつ薄い材料を用いた場合には、上記実施形態に係る配線基板と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
ＧＮＤ…グランド層、Ｌ１…絶縁層、ＷＬ…第１配線、ＷＲ…第２配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は配線基板に関し、特に、グランド電位が供給されるグランド層と差動伝送方式により信号を伝送する配線とを備える配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイルパーソナルコンピュータに使われるデータの伝送速度は高速化している。これに伴い、信号を伝送する配線基板への高速伝送特性要求も高度なレベルとなっている。さらに近年では、メイン基板とハードディスクドライブ（ＨＤＤ）との接続など、高速な信号を用いる部分にも、例えばフレキシブル基板（ＦＰＣ）等の配線基板が使われるようになってきた。
【０００３】
例えば、特許文献１には、伝送時間とインピ―ダンス制御のための各種開口パタ―ンのあるシールド平面を備えた基板が提案されている。この文献に開示された基板では、グランド層に開口パターンを空けることでインダクタンス値を変更させ、特性インピーダンス制御や伝播遅延制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７７８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年のデジタルプロダクト製品では、軽量化・小型/薄型化が非常に進んできている。このため、配線の形状や面積を変更することが困難であった。さらに、回路に供給される信号は非常に高速化され、より一層の伝送特性改善を行う必要があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであって、配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様による配線基板は、グランド電位が供給されるグランド層と、前記グランド層上に配置された絶縁層と、前記絶縁層を介して前記グランド層と対向するように配置され、差動伝送方式により信号を伝送する第１配線および第２配線と、を備え、前記グランド層は、前記第１配線および前記第２配線よりも抵抗率の高い材料で形成されている配線基板である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる配線基板の一構成例を説明するための図である。
【図２】図１に示す配線基板について、グランド層の抵抗率を変更して伝送信号の減衰率を測定した結果の一例を示す図である。
【図３】図１に示す配線基板について、グランド層の抵抗率を変更して伝送信号の減衰率を測定した結果の一例を示す図である。
【図４】図１に示す配線基板について、グランド層の抵抗率を変更して伝送信号の減衰率を測定した結果の他の例を示す図である。
【図５】図１に示す配線基板の伝送配線の等価回路を示す図である。
【図６】図１に示す配線基板における差動配線の磁界の一例について説明するための図である。
【図７】図１に示す配線基板について、グランド層の厚さを変更して伝送信号の減衰率を測定した結果の一例を示す図である。
【図８】図１に示す配線基板について、グランド層の抵抗率および膜厚を変更して伝送信号の減衰率を測定した結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の第１実施形態に係る配線基板について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る配線基板は、グランド電位が供給されるグランド層ＧＮＤと、絶縁層Ｌ１を介してグランド層ＧＮＤ上に配置された第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲと、を備えている。グランド層ＧＮＤは、本実施形態に係る配線基板の基板面に渡って平面状に配置されている。第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、図１に示す断面においてＸ方向に並んで配置されている。
【００１１】
本実施形態では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、例えば銅により形成されている。グランド層ＧＮＤは、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率の高い材料で形成されている。本実施形態では、グランド層ＧＮＤは、例えば銅よりも高抵抗な材料により形成されている。
【００１２】
銅より高抵抗な材料とは、例えば、導電ペーストである銀ペースト等であってと、導電材料と非導電性材料とが混合した材料である。銀ペーストは、銀の粒子同士の接触により導電性が保たれる。そのため、銀ペーストは、単体での銀の状態よりも大幅に抵抗率が高くなる。また、導電ペーストは、混合される導電材料と非導電材料との割合を調整することによって、抵抗を所望の大きさに設定することができる。また、銅より高抵抗な材料とは、シリコン等の半導体材料である。
【００１３】
第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、例えば差動伝送方式を採用した高速信号の伝送に用いられる。したがって、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、互いに供給される信号により、所定の信号を伝送している。差動伝送方式により信号を伝送すると、シングルエンド方式を採用した場合よりも伝送する信号へのノイズの影響を低減させることができるとともに、高速に信号を伝送することが可能である。
【００１４】
ここで、上記の配線基板において、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによる信号の伝送特性を改善するために、グランド層ＧＮＤの抵抗率を変更して、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送する信号の減衰率を測定した。なお、図２および図３に示す場合では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］である銅により形成されているものとした。図２および図３は、横軸を周波数、縦軸を減衰率とし、各周波数の信号を伝送する際の信号の減衰率を示している。
【００１５】
例えば、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］であって厚さ（Ｙ方向の幅）ＴＧが３５μｍである銅によりグランド層ＧＮＤを形成した場合（図２に示すグラフＧ１）と、抵抗率が２×１０−７［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが３５μｍであるグランド層ＧＮＤを備える場合（図２に示すグラフＧ２）とで、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送される信号の減衰率を比較した結果を図２に示す。図２に示すように、グランド層ＧＮＤの抵抗率を銅の略１０倍程度にした場合には、銅を用いた場合よりも減衰率が大きくなった。
【００１６】
また、例えば、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが３５μｍである銅によりグランド層ＧＮＤを形成した場合（図３に示すグラフＧ１）と、抵抗率が１［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが３５μｍであるグランド層ＧＮＤを備える場合（図３に示すグラフＧ３）とで、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送される信号の減衰率を比較した結果を図３に示す。
【００１７】
図３に示すように、グランド層ＧＮＤの材料として銅よりも抵抗率が十分に高い材料を用いた場合、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにより伝送される信号の減衰率が改善された。
【００１８】
さらに、例えば抵抗率が銅よりも１×１０５倍以上である材料を用いたグランド層ＧＮＤを形成した場合（図４に示すグラフＧ３´）と、銅を用いて同じ厚さＴＧのグランド層ＧＮＤを形成した場合（図４に示すグラフＧ１´）とで、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送される信号の減衰率を比較した結果を図４に示す。
【００１９】
図４に示すように、グランド層ＧＮＤの材料として抵抗率が１×１０５倍以上である材料を用いた場合、銅を用いた場合よりも第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにより伝送される信号の減衰率が改善された。
【００２０】
上記のように、グランド層ＧＮＤが、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＬの抵抗率よりも十分抵抗率が高い材料を用いて形成される場合には、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによる信号伝送特性が改善された。
【００２１】
図５に、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの等価回路を示す。第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの電気的なパラメータは、図５に示す抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、コンダクタンスＧ、キャパシタンスＣの分布定数で表すことが出来る。
【００２２】
第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送される信号の減衰を表す手法の一つとして減衰定数αが存在する。減衰定数αは、（（Ｒ＋ｊωＬ）（Ｇ＋ｊωＣ））２の実数項となる。この減衰定数αの数式から、上記のようにグランド層ＧＮＤの抵抗率と、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにより伝送される信号の減衰率との関係について検討する。
【００２３】
図５に示す抵抗Ｒの大きさは、第１配線ＷＬ（あるいは第２配線ＷＲ）および信号の戻り道となるグランド層ＧＮＤの抵抗分である。コンダクタンスＧは、第１配線ＷＬ（あるいは第２配線ＷＲ）とグランド層ＧＮＤとの間の絶縁体の漏れ電流によって発生する成分である。
【００２４】
また、キャパシタンスＣとインダクタンスＬとは、第１配線ＷＬ（あるいは第２配線ＷＲ）とグランド層ＧＮＤとの間の結合関係や、絶縁層の材質によって変動する成分である。コンダクタンスＧはキャパシタンスＣに比例する。つまり、キャパシタンスＣが大きければ、コンダクタンスＧも大きくなる。
【００２５】
上記関係を鑑みると、減衰定数αの中でインダクタンスＬの値のみ、減衰定数αの値の変動要因とはなるが比例関係とならない、すなわち、インダクタンスＬが大きくなっても、減衰定数αが大きくならないことが分かる。
【００２６】
逆に、抵抗Ｒ、コンダクタンスＧ、および、キャパシタンスＣの値は、減衰定数αと比例関係を有しており、値が大きくなるとそのまま減衰定数αを大きくすることになる。実装上、配線基板の体積には限りがあるので、抵抗Ｒ、コンダクタンスＧ、およびキャパシタンスＣとも、大きくすることはし易いが、小さくすることは困難である。
【００２７】
そこで本実施形態では、抵抗Ｒ、コンダクタンスＧ、およびキャパシタンスＣを変更せず、インダクタンスＬを上昇させて、信号の減衰率を減らしている。減衰定数αを算出する式からも分かるように、インダクタンスＬが一定以上の大きさとなると逆に減衰率が大きくなるが、本願発明者らは、通常のフレキシブル基板（ＦＰＣ）や配線基板に用いられるパラメータの多くは、インダクタンスＬのみを上昇させることによって、減衰率を低下させることが可能であること確認している。
【００２８】
そこで、本実施形態に係る配線基板では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲと、グランド層ＧＮＤとの間の結合関係を弱くしている。本実施形態に係る配線基板において、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＬで差動信号を伝送している際の磁界分布を図６に示す。
【００２９】
図６に示すように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの周囲に生じた磁界は、矢印で示すようにグランド層ＧＮＤを貫通して生じている。すなわち、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの周囲に生じた磁界は、グランド層ＧＮＤが無い状態における磁界と略同様な状態であった。これはグランド層ＧＮＤに抵抗率の十分高い材料（例えばシリコン等の半導体材料や導電ペースト）を用いたことに起因している。
【００３０】
例えば、グランド層ＧＮＤの材料に第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲと略同程度の抵抗率である材料を採用した場合、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの周囲に生じた磁界は、グランド層ＧＮＤを貫通せず、グランド層ＧＮＤよりも第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲ側にしか生じない。
【００３１】
なお、抵抗率の十分高い材料とは、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲに用いた材料の抵抗率に対して、１×１０５倍以上の抵抗率を有する材料であって、例えば図３及び図４に示す測定に用いた材料ように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲを抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］である銅により形成した場合に、抵抗率が１［Ω・ｍ］である材料である。
【００３２】
上記のように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率が十分高い材料によりグランド層ＧＮＤを形成した場合、グランド層ＧＮＤに銅等の導体を用いたときに比べ、グランド層ＧＮＤと差動信号配線（第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲ）との間の結合が弱くなるため、インダクタンスＬの値が高くなる。
【００３３】
抵抗Ｒに関しては、グランド層ＧＮＤを無視して、差動信号が供給される第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにしかほとんど電流は流れないので、グランド層ＧＮＤに銅等の導体がある場合とそれほど変化はない。
【００３４】
また、キャパシタンスＣやコンダクタンスＧに関しては、磁界ではなく、電界によって定義される項目となる。銅等の導体であっても、シリコン等の抵抗率が十分高い材料であっても、グランド層ＧＮＤの表面に電荷を貯められるという点に差異はなく、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの周囲に生じる電界には変動が起きない。よって、キャパシタンスＣやコンダクタンスＧの値は変動しない。
【００３５】
以上により、本実施形態に係る配線基板では、グランド層ＧＮＤの抵抗率を十分高くすることにより第１配線ＷＬあるいは第２配線ＷＲのインダクタンスＬの値のみを変更させ、銅等の導体をグランド層ＧＮＤに用いた場合より減衰率の少ない差動伝送路を供給している。
【００３６】
すなわち、上記のように、本実施形態に係る配線基板によれば、配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供することができる。
【００３７】
次に、本発明の第２実施形態に係る配線基板について図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態に係る配線基板と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
本実施形態に係る配線基板は、上述の第１実施形態に係る配線基板と同様に、グランド電位が供給されるグランド層ＧＮＤと、絶縁層Ｌ１を介してグランド層ＧＮＤ上に配置された第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲと、を備えている。グランド層ＧＮＤは、本実施形態に係る配線基板の基板面に渡って平面状に配置されている。第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、例えば差動伝送方式を採用した高速信号の伝送に用いられる。
【００３９】
本実施形態では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、例えば銅により形成されている。グランド層ＧＮＤは、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率の高い材料で形成されている。本実施形態では、グランド層ＧＮＤは、例えば銅よりも高抵抗な材料により形成されているとともに十分薄く形成されている。
【００４０】
銅より高抵抗な材料とは、例えば、シリコン等の半導体材料や銀ペースト等の導電ペーストであって、その抵抗率が例えば銅の抵抗率の略１０倍よりも大きい材料である。例えば、銀ペーストは塗布前の状態では流動性を持った液体であり、かつ、塗布後に銀粒子以外の溶剤を乾燥させることで固着を行う材料である。乾燥工程を考慮すると膜厚を増やし難く、一般的な銅箔よりも膜厚が薄くなる。
【００４１】
また、銅より高抵抗な材料とは、シリコン等の半導体材料である。半導体材料により十分薄い層を形成する際には、例えばスピンコート法により半導体材料を塗布することにより、薄膜を形成することが可能である。
【００４２】
ここで、上記の配線基板において、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによる信号の伝送特性を改善するために、グランド層ＧＮＤの厚さＴＧを変更して、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送する信号の減衰率を測定した。なお、図７に示す場合では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］である銅により形成されているものとした。図７は、横軸を周波数、縦軸を減衰率とし、各周波数の信号を伝送する際の信号の減衰率を示している。
【００４３】
例えば、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが３５μｍである銅によりグランド層ＧＮＤを形成した場合（図７に示すグラフＧ１）と、抵抗率が２×１０−７［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが０．０１μｍであるグランド層ＧＮＤを備える場合（図７に示すグラフＧ４）とで、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送される信号の減衰率を比較した結果を図７に示す。
【００４４】
図７に示すように、グランド層ＧＮＤの抵抗率を銅の略１０倍程度にし、かつ、グランド層ＧＮＤの厚さＴＧを薄くした場合、図２に示す場合よりも減衰率の低下が改善され、銅よりも減衰率が高くなる場合もあった。
【００４５】
上記のように、グランド層ＧＮＤが、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの抵抗率よりも抵抗率が高くかつ十分に薄い場合には、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＬによる信号伝送特性が改善された。
【００４６】
本実施形態では、抵抗Ｒ、コンダクタンスＧ、およびキャパシタンスＣを変更せず、インダクタンスＬを上昇させて、信号の減衰率を減らしている。
【００４７】
すなわち、本実施形態では、グランド層ＧＮＤに抵抗率が高く、かつ、十分薄い材料を用いたことに起因して信号の減衰率を減らしている。なお、抵抗率が高く、かつ、薄い材料とは、グランド層ＧＮＤの抵抗率を第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲに用いた材料の抵抗率に対して略１０倍以上の抵抗率を有する材料であって、例えば図７に示すように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲを抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］である銅により形成した場合に、抵抗率が２×１０−７［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが０．０１μｍである材料である。このとき、グランド層ＧＮＤの厚さＴＧは、少なくとも３μｍ以下とすることが望ましい。
【００４８】
上記のように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率が高くかつ薄い材料によりグランド層ＧＮＤを形成した場合では、グランド層ＧＮＤに銅等の導体を用いたときに比べ、グランド層ＧＮＤと差動信号配線（第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲ）との間の結合が弱くなるため、インダクタンスＬの値が高くなる。
【００４９】
抵抗Ｒに関しては、グランド層ＧＮＤを無視して、差動信号が供給される第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにしかほとんど電流は流れないので、グランド層ＧＮＤに銅等の導体がある場合とそれほど変化はない。
【００５０】
また、キャパシタンスＣやコンダクタンスＧに関しては、磁界ではなく、電界によって定義される項目となる。銅等の導体であっても、銅よりも抵抗率が高い材料であっても、グランド層ＧＮＤの表面に電荷を貯められるという点に差異はなく、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの周囲に生じる電界には変動が起きない。よって、キャパシタンスＣやコンダクタンスＧの値は変動しない。
【００５１】
以上により、本実施形態に係る配線基板では、グランド層ＧＮＤを抵抗率が高い材料で形成するとともに十分薄くすることにより、第１配線ＷＬあるいは第２配線ＷＲのインダクタンスＬの値のみを変更させ、銅等の導体をグランド層ＧＮＤに用いた場合より減衰率の少ない差動伝送路を供給している。
【００５２】
すなわち、上記のように、本実施形態に係る配線基板によれば、配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供することができる。
【００５３】
次に、本発明の第３実施形態に係る配線基板について図面を参照して以下に説明する。本実施形態に係る配線基板は、上述の第１実施形態に係る配線基板と同様に、グランド電位が供給されるグランド層ＧＮＤと、絶縁層Ｌ１を介してグランド層ＧＮＤ上に配置された第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲと、を備えている。グランド層ＧＮＤは、本実施形態に係る配線基板の基板面に渡って平面状に配置されている。第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、例えば差動伝送方式を採用した高速信号の伝送に用いられる。
【００５４】
本実施形態では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、例えば銅により形成されている。グランド層ＧＮＤは、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率の高い材料で形成されている。本実施形態では、グランド層ＧＮＤは、例えば銅よりも十分高抵抗な材料により形成されている。
【００５５】
銅より十分高抵抗な材料とは、例えば、シリコン等の半導体材料や銀ペースト等の導電性ペーストである。例えば、銀ペーストは塗布前の状態では流動性を持った液体であり、かつ、塗布後に銀粒子以外の溶剤を乾燥させることで固着を行う材料である。乾燥工程を考慮すると膜厚を増やし難く、一般的な銅箔よりも膜厚が薄くなる。半導体材料により十分薄い層を形成する際には、例えばスピンコート法により半導体材料を塗布することにより、薄膜を形成することが可能である。
【００５６】
ここで、上記の配線基板において、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによる信号の伝送特性を改善するために、グランド層ＧＮＤの抵抗率および厚さＴＧを変更して、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送する信号の減衰率を測定した。なお、図８に示す場合では、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲは、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］である銅により形成されているものとした。図８は、横軸を周波数、縦軸を減衰率とし、各周波数の信号を伝送する際の信号の減衰率を示している。
【００５７】
例えば、抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが３５μｍである銅によりグランド層ＧＮＤを形成した場合（図８に示すグラフＧ１）と、抵抗率が１［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが０．１μｍであるグランド層ＧＮＤを備える場合（図８に示すグラフＧ５）とで、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲによって伝送される信号の減衰率を比較した結果を図８に示す。
【００５８】
図８に示すように、グランド層ＧＮＤの材料として銅よりも抵抗率が十分に高い材料を用い、かつ、グランド層ＧＮＤの厚さＴＧを薄くした場合には、図７に示す場合よりもさらに減衰率が改善され、高周波の信号を伝送する場合であっても伝送特性が良好であった。
【００５９】
上記のように、グランド層ＧＮＤが、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの抵抗率よりも抵抗率が十分高くかつ十分に薄い場合には、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＬによる信号伝送特性が改善された。
【００６０】
本実施形態では、抵抗Ｒ、コンダクタンスＧ、およびキャパシタンスＣを変更せず、インダクタンスＬを上昇させて、信号の減衰率を減らしている。
【００６１】
すなわち、本実施形態では、グランド層ＧＮＤに抵抗率が十分高く、かつ、十分薄い材料を用いたことに起因して信号の減衰率を減らしている。なお、抵抗率が十分高くかつ十分薄い材料とは、グランド層ＧＮＤの抵抗率を第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲに用いた材料の抵抗率に対して略１×１０５倍以上の抵抗率を有する材料であって、例えば図８に示すように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲを抵抗率が１．７２４×１０−８［Ω・ｍ］である銅により形成した場合に、抵抗率が１［Ω・ｍ］であって厚さＴＧが０．１μｍである材料である。このとき、グランド層ＧＮＤの厚さＴＧは、少なくとも３μｍ以下とすることが望ましい。
【００６２】
上記のように、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲよりも抵抗率が十分高くかつ十分薄い材料によりグランド層ＧＮＤを形成した場合では、グランド層ＧＮＤに銅等の導体を用いたときに比べ、グランド層ＧＮＤと差動信号配線（第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲ）との間の結合が弱くなるため、インダクタンスＬの値が高くなる。
【００６３】
抵抗Ｒに関しては、グランド層ＧＮＤを無視して、差動信号が供給される第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにしかほとんど電流は流れないので、グランド層ＧＮＤに銅等の通常導体がある場合とそれほど変化はない。
【００６４】
また、キャパシタンスＣやコンダクタンスＧに関しては、磁界ではなく、電界によって定義される項目となる。銅等の導体であっても、銅よりも抵抗率が高い材料であっても、グランド層ＧＮＤの表面に電荷を貯められるという点に差異はなく、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの周囲に生じる電界には変動が起きない。よって、キャパシタンスＣやコンダクタンスＧの値は変動しない。
【００６５】
以上により、本実施形態に係る配線基板では、グランド層ＧＮＤを抵抗率が十分高い材料で形成するとともに十分薄くすることにより、第１配線ＷＬあるいは第２配線ＷＲのインダクタンスＬの値のみを変更させ、銅等の導体をグランド層ＧＮＤに用いた場合より減衰率の少ない差動伝送路を供給している。
【００６６】
すなわち、上記のように、本実施形態に係る配線基板によれば、配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供することができる。
【００６７】
配線の減衰率を上げようとすると、信号配線を太くするか、絶縁層の材料を変えるという改善方法が提案されていた。しかし、上述の第１乃至第３実施形態に係る配線基板によれば、グランド層ＧＮＤの導体材料を変更することで特性を改善でき、伝送特性の改善の幅を増すことができた。従来では、高抵抗の材料を用いると減衰が大きいという認識であったが、グランド層ＧＮＤを十分に薄くしたり、抵抗率を十分高くしたりすることで、今までとは全く違う方法により特性を改善することが出来た。
【００６８】
すなわち、上記のように、グランド層ＧＮＤを第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲの材料よりも、抵抗率の十分高い材料で形成する、抵抗率が高くかつ十分薄い材料で形成する、あるいは、抵抗率が十分高くかつ十分薄い材料で形成することによって、第１配線ＷＬおよび第２配線ＷＲにより伝送される信号の減衰率を改善することができた。
【００６９】
したがって、上述の第１乃至第３実施形態にかかる配線基板によれば、配線の形状や面積を変更することなく、伝送特性の良好な配線基板を提供することができる。
【００７０】
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記実施形態に係る配線基板と同様の構造をしたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）、両面プリント配線板（ＰＷＢ）などに適用した場合であっても、同様の効果を得ることができる。特に、グランド層ＧＮＤとして抵抗率が高くかつ薄い材料を用いる場合には、フレキシブルプリント基板やフレキシブルフラットケーブルを屈曲させることが容易となるとともに、軽量化を実現することができる。
【００７１】
また、例えば差動伝送方式により信号を伝送するケーブルの外皮にグランド層ＧＮＤが配置されている場合であっても、グランド層ＧＮＤとして抵抗率の十分高い材料、抵抗率が高くかつ薄い材料、あるいは抵抗率が十分高くかつ薄い材料を用いた場合には、上記実施形態に係る配線基板と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、上記実施形態に係る配線基板と同様の構成を備え、第１配線ＷＬあるいは第２配線ＷＲの一方にグランド電位が供給されるものであっても、グランド層ＧＮＤとして抵抗率の十分高い材料、抵抗率が高くかつ薄い材料、あるいは抵抗率が十分高くかつ薄い材料を用いた場合には、上記実施形態に係る配線基板と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
ＧＮＤ…グランド層、Ｌ１…絶縁層、ＷＬ…第１配線、ＷＲ…第２配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランド電位が供給されるグランド層と、
前記グランド層上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層を介して前記グランド層と対向するように配置され、差動伝送方式により信号を伝送する第１配線および第２配線と、を備え、
前記グランド層は、前記第１配線および前記第２配線よりも抵抗率の高い材料で形成されている配線基板。
【請求項２】
前記グランド層の材料は、半導体材料である請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記グランド層の材料は、銀ペーストである請求項１記載の配線基板。
【請求項４】
前記配線基板はフレキシブル配線基板である、請求項１記載の配線基板。
【請求項５】
前記グランド層の材料の抵抗率は、前記第１配線および第２配線の抵抗率の１×１０５倍以上である請求項１記載の配線基板。
【請求項６】
前記グランド層の厚さは、３μｍ以下である請求項１記載の配線基板。
【請求項１】
グランド電位が供給されるグランド層と、
前記グランド層上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層を介して前記グランド層と対向するように配置され、差動伝送方式により信号を伝送する第１配線および第２配線と、を備え、
前記グランド層は、前記第１配線および前記第２配線よりも抵抗率の高い材料で形成されている配線基板。
【請求項２】
前記グランド層の材料は、半導体材料である請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記グランド層の材料は、銀ペーストである請求項１記載の配線基板。
【請求項４】
前記配線基板はフレキシブル配線基板である、請求項１記載の配線基板。
【請求項５】
前記グランド層の材料の抵抗率は、前記第１配線および第２配線の抵抗率の１×１０５倍以上である請求項１記載の配線基板。
【請求項６】
前記グランド層の厚さは、３μｍ以下である請求項１記載の配線基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−３５３１６（Ｐ２０１１−３５３１６Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８２６７５（Ｐ２００９−１８２６７５）
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００９年５月２０日 社団法人エレクトロニクス実装学会発行の「超高速高周波エレクトロニクス実装研究会 平成２１年度第１回公開研究会論文集Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．１」に発表
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００９年５月２０日 社団法人エレクトロニクス実装学会発行の「超高速高周波エレクトロニクス実装研究会 平成２１年度第１回公開研究会論文集Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．１」に発表
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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