高速信号伝送用回路基板
【目的】 信号線とＶＩＡランド間におけるインピーダンスの不連続点での影響を抑え、信号の反射の少ない高速信号伝送用回路基板構造を提供すること。
【構成】 符号１ａ，１ｂは多層基板である高速信号伝送用回路基板の層間を電気的に接続するためのＶＩＡ、符号２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ第１層、第２層、第３層の概ね十字形をしたＶＩＡランドである。各層のＶＩＡランド２の形状をこのように十字型とすることにより、ＶＩＡランドの面積が減少し、高速信号伝送用回路基板内に高周波信号を伝送させた場合でも、キャパシタンス成分が抑えられ、インピーダンスの不連続点の発生を減少させることができる。
【構成】 符号１ａ，１ｂは多層基板である高速信号伝送用回路基板の層間を電気的に接続するためのＶＩＡ、符号２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ第１層、第２層、第３層の概ね十字形をしたＶＩＡランドである。各層のＶＩＡランド２の形状をこのように十字型とすることにより、ＶＩＡランドの面積が減少し、高速信号伝送用回路基板内に高周波信号を伝送させた場合でも、キャパシタンス成分が抑えられ、インピーダンスの不連続点の発生を減少させることができる。
【考案の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本考案は、高速信号を伝送する回路基板の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高速信号伝送用回路基板の構造を図６に示す。図６（ａ），（ｂ）は上面図、（ｃ）は多層基板である高速信号伝送用回路基板の断面図である。
【０００３】
同図において、符号７ａ，７ｂは多層基板である高速信号伝送用回路基板の層間を電気的に接続するためのＶＩＡで、Ａｕ，Ｃｕ，Ｗ等の金属で埋められている。また、符号８ａ，８ｂ，８ｃはＶＩＡランドである。
【０００４】
これらＶＩＡランドは、誘電体層１１ａ，１１ｂ，１１ｃを積層する上で、ＶＩＡ７ａ，７ｂと信号線１０とを電気的に確実に接続する必要がある。このため、各層のＶＩＡランド８は多層基板の製造過程おいて積層ずれを生じた場合でも、確実に電気的接続ができる大きさに設計されている。
【０００５】
図６（ａ）のＶＩＡランド８ａは円形、図６（ｂ）のＶＩＡランド８ａは正方形の形状をしている。符号９は第１層の信号線、符号１０は第３層の信号線で、符号１２ａ，１２ｂは電源またはアース層である。信号線９，１０はストリップライン構造をしており、電源またはＧＮＤ層１２ａ，１２ｂ、誘電体層１１ａ，１１ｂで、インピーダンスコントロールされている。
【０００６】
【考案が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示すような高速信号伝送用回路基板に高周波信号を伝送させた場合、ＶＩＡランドの面積が大きいためにキャパシタンス成分が大きくなる。このため、信号線とＶＩＡランド間でインピーダンスの不連続点が発生し、信号が反射するという問題がおこり、伝送特性が著しく劣化する。したがって、従来の高速信号伝送用回路基板の構造では、伝送特性が劣化しない範囲での高速化しか行えず、より高速に安定した信号伝送を行うことが出来なかった。
【０００７】
本考案はこのような従来技術の欠点を解消し、信号線とＶＩＡランド間におけるインピーダンスの不連続点での影響を抑え、信号の反射の少ない高速信号伝送用回路基板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本考案は上記目的を達成するために、２層以上の信号伝送用導体層と２層以上の電源またはアース層とにより回路基板が形成される高速信号伝送用回路基板において、信号伝送用導体層間を接続するＶＩＡのＶＩＡランドは、積層ずれが生じた場合でもＶＩＡと電気的接続が行える大きさおよび形状を有するとともに、ＶＩＡとの電気的接続が十分得られる範囲内でＶＩＡランドの面積が等価的に少なくなる形状を有する。
【０００９】
【作用】
本考案による高速信号伝送用回路基板によれば、高速信号伝送を行ってもＶＩＡランドの面積が実質的に小さいため、キャパシタンス成分が抑えられる。したがって、信号線とＶＩＡランド間のインピーダンスの不連続点での影響を少なくでき、信号劣化の無い安定した信号伝送を行うことができる。
【００１０】
【実施例】
以下、添付図面を参照して本考案による高速信号伝送用回路基板を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本考案における高速信号伝送用回路基板の一実施例を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は多層基板である高速信号伝送用回路基板の断面図である。
【００１２】
同図において、符号１ａ，１ｂは多層基板である高速信号伝送用回路基板の層間を電気的に接続するためのＶＩＡで、Ａｕ，Ｃｕ，Ｗ等の金属で埋められている。符号２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ第１層、第２層、第３層のＶＩＡランドであり、各層のＶＩＡランド２は概ね十字形をしている。符号３，４はそれぞれ第１層、第３層の信号線であり、符号５ａ，５ｂはそれぞれ第２層、第４層の電源またはアース層である。符号６ａは第１層と第２層間の第１の誘電体層、符号６ｂは第２層と第３層間の第２の誘電体層、符号６ｃは第３層と第４層間の第３の誘電体層である。
【００１３】
各層のＶＩＡランド２の形状をこのように十字型とすることにより、ＶＩＡランドの面積が減少し、高速信号伝送用回路基板内に高周波信号を伝送させた場合でも、キャパシタンス成分が抑えられ、インピーダンスの不連続点の発生を減少させることができる。
【００１４】
図２（ａ），（ｂ）は、図１の高速信号伝送用回路基板における誘電体層６ａ，６ｂ間の積層ずれ、または信号線３の印刷ずれが生じた場合を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）はその断面図である。このようにＶＩＡランドの形状を十字形にしても、積層ずれによる電気的オープンは生じることがなく、本実施例の形状にしたことによる問題は発生しない。
【００１５】
また、ＶＩＡランド２ａの形状は特に十字形に限定されるものではなく、積層ずれが生じた場合でもＶＩＡ１ａと電気的接続が行える大きさおよび形状で、かつＶＩＡ１ａとの電気的接続が十分得られる形状であれば良い。
【００１６】
すなわち、ＶＩＡランド２ａの面積を減少させてキャパシタンス成分を抑え、インピーダンスの不連続点の発生を減少させる形状として、たとえば図３に示すような×字形でも良い。また、特に図示していないが＊字形、人字形または円形及び正方形のＶＩＡランドに放射状に少ない本数のスリットを設けたものなど、従来と最大長は変えないで面積を減少させる形状も考えられる。
【００１７】
次に、図４を用いてＶＩＡランド２ａの形状を決める際の注意点について述べる。図４（ａ）は図３に示したランド形状が、また（ｂ）には（ａ）と比べて細い線が放射状に形成されたランド形状がそれぞれ示されている。
【００１８】
図４では、ランド面積は（ｂ）より（ａ）の方が大きいように見えるが、電界の分布により、（ｂ）では隣接した線にカップリング効果が生じ、一本の線のようにはたらく。このため、（ｂ）では等価的に見て（ａ）より大面積になる。したがって、ＶＩＡランドの形状は、あまり繊細でない図１または図３のようなパターンが適している。
【００１９】
また、ＶＩＡが少々ずれてもインピーダンスを一定に保ためには、中心からＶＩＡの直径分の長さが導通部として少なくとも必要である。すなわち、図４の点線で囲まれた範囲内を導通部とする。
【００２０】
次に、従来のＶＩＡと本実施例のＶＩＡについて、３次元電磁界解析シミュレータを用いて解析を行なった結果を示す。図５は、その時の高速信号伝送用回路基板のシミュレーションモデルである。すなわち、図５（ａ），（ｂ）は従来の高速信号伝送用回路基板のシミュレーションモデルであり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。また、図３（ｃ），（ｄ）は本考案の一実施例の高速信号
伝送用回路基板のシミュレーションモデルであり、（ｃ）は上面図、（ｄ）は断面図である。 このシミュレーションにより得られた結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
このシミュレーション結果から従来のＶＩＡと本考案のＶＩＡのリターンロスを比べてみると、１ＧＨｚ以上の周波数から差が現れ、高周波になるほど本考案のＶＩＡの方が良い特性であることがわかる。
【００２３】
なお、本出願人は、先に特願平３−１７９２３７において、信号伝送用導体層内の導体が電源またはアース層との距離、信号伝送用導体層内の導体幅、信号伝送用導体層と電源またはアース層の間の誘電体の厚さによってインピーダンスがコントロールされる高速信号伝送用回路基板を提案している。本考案とこの提案技術とを併せれば、さらに信頼性の高い、高速信号伝送用回路基板を提供することが出来る。
【００２４】
【考案の効果】
以上詳細に説明したように本考案によれば、ＶＩＡランドの面積を等価的に見て狭くすることにより、キャパシタンス成分が減少し、信号線とＶＩＡランド間のインピーダンスの不連続点の影響が抑えられ、高周波信号の反射特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案における高速信号伝送用回路基板の実施例を示す上面および断面図。
【図２】図１の実施例においてＶＩＡがずれた場合の一例を示す上面および断面図。
【図３】本考案における高速信号伝送用回路基板の他の実施例を示す上面図。
【図４】本考案におけるＶＩＡランドの形状の比較例を示す説明図。
【図５】従来技術と本実施例とにおけるシュミレーションモデルを示した説明図。
【図６】従来技術におけるＶＩＡランドの形状を示す上面および断面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ ＶＩＡ
２ａ，２ｂ，２ｃ ＶＩＡランド
３，４ 信号線
５ａ，５ｂ，５ｃ 電源またはアース層
６ａ，６ｂ，６ｃ 誘電体層
【０００１】
【産業上の利用分野】
本考案は、高速信号を伝送する回路基板の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高速信号伝送用回路基板の構造を図６に示す。図６（ａ），（ｂ）は上面図、（ｃ）は多層基板である高速信号伝送用回路基板の断面図である。
【０００３】
同図において、符号７ａ，７ｂは多層基板である高速信号伝送用回路基板の層間を電気的に接続するためのＶＩＡで、Ａｕ，Ｃｕ，Ｗ等の金属で埋められている。また、符号８ａ，８ｂ，８ｃはＶＩＡランドである。
【０００４】
これらＶＩＡランドは、誘電体層１１ａ，１１ｂ，１１ｃを積層する上で、ＶＩＡ７ａ，７ｂと信号線１０とを電気的に確実に接続する必要がある。このため、各層のＶＩＡランド８は多層基板の製造過程おいて積層ずれを生じた場合でも、確実に電気的接続ができる大きさに設計されている。
【０００５】
図６（ａ）のＶＩＡランド８ａは円形、図６（ｂ）のＶＩＡランド８ａは正方形の形状をしている。符号９は第１層の信号線、符号１０は第３層の信号線で、符号１２ａ，１２ｂは電源またはアース層である。信号線９，１０はストリップライン構造をしており、電源またはＧＮＤ層１２ａ，１２ｂ、誘電体層１１ａ，１１ｂで、インピーダンスコントロールされている。
【０００６】
【考案が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示すような高速信号伝送用回路基板に高周波信号を伝送させた場合、ＶＩＡランドの面積が大きいためにキャパシタンス成分が大きくなる。このため、信号線とＶＩＡランド間でインピーダンスの不連続点が発生し、信号が反射するという問題がおこり、伝送特性が著しく劣化する。したがって、従来の高速信号伝送用回路基板の構造では、伝送特性が劣化しない範囲での高速化しか行えず、より高速に安定した信号伝送を行うことが出来なかった。
【０００７】
本考案はこのような従来技術の欠点を解消し、信号線とＶＩＡランド間におけるインピーダンスの不連続点での影響を抑え、信号の反射の少ない高速信号伝送用回路基板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本考案は上記目的を達成するために、２層以上の信号伝送用導体層と２層以上の電源またはアース層とにより回路基板が形成される高速信号伝送用回路基板において、信号伝送用導体層間を接続するＶＩＡのＶＩＡランドは、積層ずれが生じた場合でもＶＩＡと電気的接続が行える大きさおよび形状を有するとともに、ＶＩＡとの電気的接続が十分得られる範囲内でＶＩＡランドの面積が等価的に少なくなる形状を有する。
【０００９】
【作用】
本考案による高速信号伝送用回路基板によれば、高速信号伝送を行ってもＶＩＡランドの面積が実質的に小さいため、キャパシタンス成分が抑えられる。したがって、信号線とＶＩＡランド間のインピーダンスの不連続点での影響を少なくでき、信号劣化の無い安定した信号伝送を行うことができる。
【００１０】
【実施例】
以下、添付図面を参照して本考案による高速信号伝送用回路基板を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本考案における高速信号伝送用回路基板の一実施例を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は多層基板である高速信号伝送用回路基板の断面図である。
【００１２】
同図において、符号１ａ，１ｂは多層基板である高速信号伝送用回路基板の層間を電気的に接続するためのＶＩＡで、Ａｕ，Ｃｕ，Ｗ等の金属で埋められている。符号２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ第１層、第２層、第３層のＶＩＡランドであり、各層のＶＩＡランド２は概ね十字形をしている。符号３，４はそれぞれ第１層、第３層の信号線であり、符号５ａ，５ｂはそれぞれ第２層、第４層の電源またはアース層である。符号６ａは第１層と第２層間の第１の誘電体層、符号６ｂは第２層と第３層間の第２の誘電体層、符号６ｃは第３層と第４層間の第３の誘電体層である。
【００１３】
各層のＶＩＡランド２の形状をこのように十字型とすることにより、ＶＩＡランドの面積が減少し、高速信号伝送用回路基板内に高周波信号を伝送させた場合でも、キャパシタンス成分が抑えられ、インピーダンスの不連続点の発生を減少させることができる。
【００１４】
図２（ａ），（ｂ）は、図１の高速信号伝送用回路基板における誘電体層６ａ，６ｂ間の積層ずれ、または信号線３の印刷ずれが生じた場合を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）はその断面図である。このようにＶＩＡランドの形状を十字形にしても、積層ずれによる電気的オープンは生じることがなく、本実施例の形状にしたことによる問題は発生しない。
【００１５】
また、ＶＩＡランド２ａの形状は特に十字形に限定されるものではなく、積層ずれが生じた場合でもＶＩＡ１ａと電気的接続が行える大きさおよび形状で、かつＶＩＡ１ａとの電気的接続が十分得られる形状であれば良い。
【００１６】
すなわち、ＶＩＡランド２ａの面積を減少させてキャパシタンス成分を抑え、インピーダンスの不連続点の発生を減少させる形状として、たとえば図３に示すような×字形でも良い。また、特に図示していないが＊字形、人字形または円形及び正方形のＶＩＡランドに放射状に少ない本数のスリットを設けたものなど、従来と最大長は変えないで面積を減少させる形状も考えられる。
【００１７】
次に、図４を用いてＶＩＡランド２ａの形状を決める際の注意点について述べる。図４（ａ）は図３に示したランド形状が、また（ｂ）には（ａ）と比べて細い線が放射状に形成されたランド形状がそれぞれ示されている。
【００１８】
図４では、ランド面積は（ｂ）より（ａ）の方が大きいように見えるが、電界の分布により、（ｂ）では隣接した線にカップリング効果が生じ、一本の線のようにはたらく。このため、（ｂ）では等価的に見て（ａ）より大面積になる。したがって、ＶＩＡランドの形状は、あまり繊細でない図１または図３のようなパターンが適している。
【００１９】
また、ＶＩＡが少々ずれてもインピーダンスを一定に保ためには、中心からＶＩＡの直径分の長さが導通部として少なくとも必要である。すなわち、図４の点線で囲まれた範囲内を導通部とする。
【００２０】
次に、従来のＶＩＡと本実施例のＶＩＡについて、３次元電磁界解析シミュレータを用いて解析を行なった結果を示す。図５は、その時の高速信号伝送用回路基板のシミュレーションモデルである。すなわち、図５（ａ），（ｂ）は従来の高速信号伝送用回路基板のシミュレーションモデルであり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。また、図３（ｃ），（ｄ）は本考案の一実施例の高速信号
伝送用回路基板のシミュレーションモデルであり、（ｃ）は上面図、（ｄ）は断面図である。 このシミュレーションにより得られた結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
このシミュレーション結果から従来のＶＩＡと本考案のＶＩＡのリターンロスを比べてみると、１ＧＨｚ以上の周波数から差が現れ、高周波になるほど本考案のＶＩＡの方が良い特性であることがわかる。
【００２３】
なお、本出願人は、先に特願平３−１７９２３７において、信号伝送用導体層内の導体が電源またはアース層との距離、信号伝送用導体層内の導体幅、信号伝送用導体層と電源またはアース層の間の誘電体の厚さによってインピーダンスがコントロールされる高速信号伝送用回路基板を提案している。本考案とこの提案技術とを併せれば、さらに信頼性の高い、高速信号伝送用回路基板を提供することが出来る。
【００２４】
【考案の効果】
以上詳細に説明したように本考案によれば、ＶＩＡランドの面積を等価的に見て狭くすることにより、キャパシタンス成分が減少し、信号線とＶＩＡランド間のインピーダンスの不連続点の影響が抑えられ、高周波信号の反射特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案における高速信号伝送用回路基板の実施例を示す上面および断面図。
【図２】図１の実施例においてＶＩＡがずれた場合の一例を示す上面および断面図。
【図３】本考案における高速信号伝送用回路基板の他の実施例を示す上面図。
【図４】本考案におけるＶＩＡランドの形状の比較例を示す説明図。
【図５】従来技術と本実施例とにおけるシュミレーションモデルを示した説明図。
【図６】従来技術におけるＶＩＡランドの形状を示す上面および断面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ ＶＩＡ
２ａ，２ｂ，２ｃ ＶＩＡランド
３，４ 信号線
５ａ，５ｂ，５ｃ 電源またはアース層
６ａ，６ｂ，６ｃ 誘電体層
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】 ２層以上の信号伝送用導体層と２層以上の電源またはアース層とにより回路基板が形成される高速信号伝送用回路基板において、前記信号伝送用導体層間を接続するＶＩＡのＶＩＡランドは、積層ずれが生じた場合でも前記ＶＩＡと電気的接続が行える大きさおよび形状を有するとともに、前記ＶＩＡとの電気的接続が十分得られる範囲内で前記ＶＩＡランドの面積が等価的に少なくなる形状を有することを特徴とする高速信号伝送用回路基板。
【請求項２】 請求項１に記載の高速信号伝送用回路基板において、前記ＶＩＡランドの形状は概ね十字形であることを特徴とする高速信号伝送用回路基板。
【請求項１】 ２層以上の信号伝送用導体層と２層以上の電源またはアース層とにより回路基板が形成される高速信号伝送用回路基板において、前記信号伝送用導体層間を接続するＶＩＡのＶＩＡランドは、積層ずれが生じた場合でも前記ＶＩＡと電気的接続が行える大きさおよび形状を有するとともに、前記ＶＩＡとの電気的接続が十分得られる範囲内で前記ＶＩＡランドの面積が等価的に少なくなる形状を有することを特徴とする高速信号伝送用回路基板。
【請求項２】 請求項１に記載の高速信号伝送用回路基板において、前記ＶＩＡランドの形状は概ね十字形であることを特徴とする高速信号伝送用回路基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】実開平６−１３１８１
【公開日】平成６年（１９９４）２月１８日
【考案の名称】高速信号伝送用回路基板
【国際特許分類】
【出願番号】実願平４−５１１４６
【出願日】平成４年（１９９２）７月２１日
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【公開日】平成６年（１９９４）２月１８日
【考案の名称】高速信号伝送用回路基板
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）７月２１日
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
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