JP5950764B2 - Printed wiring board - Google Patents
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Description
この発明は、大容量通信などの高速信号伝送が必要となる通信装置で使用されるプリント配線板に関するものである。 The present invention relates to a printed wiring board used in a communication apparatus that requires high-speed signal transmission such as large-capacity communication.
従来から広く普及しているPCや近年に普及しているスマートフォンに代表されるモバイル機器に対応した通信サービス需要が飛躍的に増加し、このニーズに対応するために更なる大容量化・広帯域化を実現した通信装置の開発が求められている。 Demand for communication services compatible with mobile devices such as PCs that have been widely used in the past and smartphones that have become popular in recent years has increased dramatically. To meet these needs, the capacity and bandwidth have been further increased. There is a need to develop communication devices that realize the above.
このような通信装置同士のインタフェースとしては光ファイバが用いられ、光信号により大容量のデータ通信がなされる。このような通信装置では、外部からのインタフェースとして光信号と電気信号が変換モジュールにより変換され、通信装置内では主に電気信号により処理が行われる。変換モジュールへ直接伝送される電気信号や変換モジュールから送信される電気信号としては、例えば30Gbps等の非常に高速な信号伝送を行う必要がある。30Gbpsデジタル信号は広い3次高調波を含めると45GHz程度までの周波数帯域の成分を持つため、伝送系では前記周波数帯域で損失の少ない高周波特性を確保することが重要である。 An optical fiber is used as an interface between such communication apparatuses, and large-capacity data communication is performed by optical signals. In such a communication device, an optical signal and an electric signal are converted by an conversion module as an interface from the outside, and processing is mainly performed by the electric signal in the communication device. As an electrical signal directly transmitted to the conversion module and an electrical signal transmitted from the conversion module, it is necessary to perform very high-speed signal transmission such as 30 Gbps. Since a 30 Gbps digital signal includes a component of a frequency band up to about 45 GHz when including a wide third harmonic, it is important to ensure high frequency characteristics with little loss in the frequency band in the transmission system.
従来からこのような伝送系における変換モジュールとプリント配線板との接続には、高周波特性に優れる同軸コネクタ・同軸ケーブルが広く使用されている。しかし近年電気信号の高速化が進むにつれ、単にそれぞれ同軸ケーブル・同軸コネクタ・プリント配線板の特性インピーダンスを一定としただけでは、高周波特性の確保が難しいことが明らかとなってきた。 Conventionally, coaxial connectors and coaxial cables having excellent high-frequency characteristics have been widely used for connecting the conversion module and the printed wiring board in such a transmission system. However, as the speed of electrical signals has increased in recent years, it has become clear that it is difficult to ensure high-frequency characteristics simply by keeping the characteristic impedance of the coaxial cable, coaxial connector, and printed wiring board constant.
まず、同軸コネクタとプリント配線板における信号配線の構造について説明する。
図15は同軸コネクタの一般的な構造を示す図である。
図15に示す同軸コネクタ2の例では、同軸ケーブル接続部210と、同軸線路部220と、プリント配線板接続部230とを備え、同軸線路部220は、断面円形の内導体221と、内導体221の外周側に間隔を隔てて配置された外導体222と、内導体221と外導体222との間に設けられた特性インピーダンス整合用の内部誘電体層223とを備える。プリント配線板接続部230では、内導体221に接続された導体がプリント配線板の信号導体に接続できるよう断面円形状の信号端子231と、外導体222に接続された導体がプリント配線板のリファレンスグランド導体に接続できる断面方形状の同軸コネクタグランド端子232が備えられている。
First, the structure of the signal wiring in the coaxial connector and the printed wiring board will be described.
FIG. 15 is a diagram showing a general structure of a coaxial connector.
The example of the
図16はプリント配線板における一般的な信号伝送構造の断面図である。
図16(a)に示すプリント配線板上に構成されるマイクロストリップ線路300は、表層の信号導体301と内層のグランドとして機能するリファレンスグランド導体302aの間に誘電体330を配置した構造であり、信号導体301の幅が広いほどマイクロストリップ線路300の特性インピーダンスは小さい特性を持つ。図16(a)のような内層のリファレンスグランド導体302aの他に、信号導体301と同じ表層にグランド導体302bが付加された構造をグランド付きマイクロストリップ線路と呼ぶ(図16(b))。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a general signal transmission structure in a printed wiring board.
The
次に図16(c)に示すコプレーナ線路310は、表層の信号導体311に対し同じ層のみでリファレンスグランド導体312を配置した構造であり、通常特性インピーダンスを確保するためには信号導体311とリファレンスグランド導体312間の距離は信号導体幅よりも小さく、信号導体幅を大きくしたほうが信号導体311とリファレンスグランド導体312間の距離を大きく取れるため、プリント配線板製造上の特性インピーダンス公差を小さくできる。
すなわち、特性インピーダンスZは、高周波においては、Z=√(L/C)となるが、ここで信号導体とグランド導体間距離が大きくなり、静電容量Cが小さくなっても信号導体幅を大きくすることでインダクタンスLも小さくなり、この微調整を行うことで特性インピーダンスを保つことができる。
Next, the
That is, the characteristic impedance Z is Z = √ (L / C) at high frequencies, but the distance between the signal conductor and the ground conductor is increased here, and the signal conductor width is increased even if the capacitance C is decreased. By doing so, the inductance L is also reduced, and the characteristic impedance can be maintained by performing this fine adjustment.
図17は、従来の同軸コネクタとプリント配線板の接続構造を示す図である。
図17(a)は上面図を示し、図17(b)は斜視図を示す。
図18は、プリント配線板のグランド付きマイクロストリップ線路における信号電流とリターン電流の模式図である。
図18(a)はプリント配線板の表層面を示し、図18(b)はプリント配線板の内層面を示す。
図17に示すグランド付きマイクロストリップ線路においては、図18に示すように、信号電流100は信号導体を流れ、信号電流100に対応したリターン電流101はリファレンスグランド導体の最も信号電流100に近い部分を主に流れる。リターン電流101は同軸コネクタ2が実装される側のプリント配線板端部に到達すると、最も信号導体と同軸コネクタ2に近いプリント配線板のグランドスルーホールを経由して同軸コネクタ2の外導体へと伝搬する。
FIG. 17 is a diagram showing a connection structure between a conventional coaxial connector and a printed wiring board.
FIG. 17A shows a top view, and FIG. 17B shows a perspective view.
FIG. 18 is a schematic diagram of a signal current and a return current in a microstrip line with a ground on a printed wiring board.
18A shows the surface layer surface of the printed wiring board, and FIG. 18B shows the inner layer surface of the printed wiring board.
In the grounded microstrip line shown in FIG. 17, as shown in FIG. 18, the
この結果、マイクロストリップ線路を同軸コネクタ2に接続する場合、信号電流100は信号導体を直接流れるため短い経路を伝搬するのに対し、リファレンスグランドを流れるリターン電流101は長い経路を通過する必要があるために、プリント配線板上の電磁界分布である準TEM(Transvers Electromagnetic mode)モードが大きく崩れ、信号の高周波成分が劣化する。
As a result, when the microstrip line is connected to the
上記の問題に対し特許文献1〜3では、プリント配線板上のリターン電流経路を短くする構造が示されている。
図19は上記特許文献1〜3の構造を説明する同軸コネクタとプリント配線板の上面図および斜視図である。
図19(a)は上面図、図19(b)は斜視図、図19(c)は図19(b)の同軸コネクタを接続しない状態でプリント配線板の向きを逆にした斜視図を示す。
図20は上記特許文献1〜3の構造を説明するプリント配線板の断面図である。
図20(a)はプリント配線板の表層面を示し、図20(b)はプリント配線板の内層面を示す。
特許文献1〜3では、図19に示すような、プリント配線板の端部に端面スルーホール110や端面めっき(図示せず)を設けた構造としている。これによって、図20に示すとおり、リターン電流101は、プリント配線板の同軸コネクタ2と接触が可能な箇所に設けられた端面スルーホール110を経由して、同軸コネクタ2の外導体に流れる。この結果、プリント配線板の端面スルーホール110や端面めっきがない場合に比べて、リターン電流101の経路が短くなり、高周波特性が良好な構成とすることができる。
In order to solve the above problem, Patent Documents 1 to 3 show a structure for shortening a return current path on a printed wiring board.
FIG. 19 is a top view and a perspective view of a coaxial connector and a printed wiring board for explaining the structures of Patent Documents 1 to 3 described above.
19 (a) is a top view, FIG. 19 (b) is a perspective view, and FIG. 19 (c) is a perspective view in which the orientation of the printed wiring board is reversed without connecting the coaxial connector of FIG. 19 (b). .
FIG. 20 is a cross-sectional view of a printed wiring board for explaining the structures of Patent Documents 1 to 3.
20A shows the surface layer surface of the printed wiring board, and FIG. 20B shows the inner layer surface of the printed wiring board.
Patent Documents 1 to 3 have a structure in which an end face through
しかしながら、特許文献1〜3のような従来発明の構成では、スルーホールを端面に配置するためにプリント配線板製造工程が増えコスト増となるという課題があった。また、スルーホールを半分に加工する際に金属のバリや剥がれが発生してしまうという課題があった。また、スルーホールの代わりにプリント配線板に端面めっきを施す方法もあるが、やはりプリント配線板の外形加工後の処理となるために製造工程が増え、製造コストがかかるという課題があった。 However, in the configuration of the conventional invention as disclosed in Patent Documents 1 to 3, there is a problem that the printed wiring board manufacturing process is increased and the cost is increased because the through hole is arranged on the end surface. In addition, there is a problem in that metal burrs and peeling occur when processing through holes in half. In addition, there is a method of performing end face plating on the printed wiring board instead of the through hole, but there is also a problem that the manufacturing process increases because the processing after the outer shape processing of the printed wiring board increases and the manufacturing cost increases.
さらに、上述したような従来発明の構成では、同軸コネクタをはんだ付けするためのパッドや信号導体と同一層に配置されるグランド導体と、内層リファレンスグランド導体とが対向した構造となっており、その部分で高周波における共振現象が発生してしまうことによって、数十GHz以上の高周波通過特性を確保できないという課題があった。 Furthermore, in the configuration of the conventional invention as described above, the ground conductor disposed in the same layer as the pad and the signal conductor for soldering the coaxial connector and the inner layer reference ground conductor are opposed to each other. There is a problem that high-frequency passage characteristics of several tens of GHz or more cannot be secured due to the occurrence of a resonance phenomenon at high frequencies in the portion.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、プリント配線板製造工程やコストを削減し、リターン電流の経路を短くし、高周波における共振現象を抑制することができるプリント配線板を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can reduce printed circuit board manufacturing processes and costs, shorten the return current path, and suppress high-frequency resonance phenomena. A board is provided.
この発明に係るプリント配線板は、同軸コネクタと集積回路を搭載するためのプリント配線板において、信号導体及びリファレンスグランド導体が同一の表層に形成され、同軸コネクタと接続するコプレーナ線路と、信号導体が表層に形成され、リファレンスグランド導体が表層と異なる他の層に形成されると共に、コプレーナ線路と集積回路を接続するマイクロストリップ線路と、コプレーナ線路の信号導体の両側に近接して形成され、コプレーナ線路のリファレンスグランド導体におけるマイクロストリップ線路方向への終端領域とマイクロストリップ線路のリファレンスグランド導体におけるコプレーナ線路方向への終端領域を接続する第1のグランドスルーホールと、マイクロストリップ線路の信号導体に接続される集積回路の信号端子の両側に配置された集積回路のグランド端子のランドとマイクロストリップ線路のリファレンスグランド導体を接続する第2のグランドスルーホールと、マイクロストリップ線路のリファレンスグランド導体の導体幅を、第1のグランドスルーホールに向かって徐々に狭めることによりマイクロストリップ線路のリファレンスグランド導体に第1のグランドスルーホールに向かう傾斜部とを備えたものである。 The printed wiring board according to the present invention is a printed wiring board for mounting a coaxial connector and an integrated circuit, wherein the signal conductor and the reference ground conductor are formed on the same surface layer, the coplanar line connected to the coaxial connector, and the signal conductor The coplanar line is formed on the surface layer, the reference ground conductor is formed on another layer different from the surface layer, the microstrip line connecting the coplanar line and the integrated circuit, and the signal conductor of the coplanar line is formed on both sides. The first ground through hole connecting the termination region in the direction of the microstrip line in the reference ground conductor and the termination region in the direction of the coplanar line in the reference ground conductor of the microstrip line, and the signal conductor of the microstrip line Integrated circuit signals A second ground through-hole for connecting the reference ground conductor lands and the microstrip line of the ground terminal of the integrated circuit disposed on either side of the child, the conductor width of the reference ground conductor of the microstrip line, the first ground through The reference ground conductor of the microstrip line is provided with an inclined portion toward the first ground through hole by being gradually narrowed toward the hole .
この発明によれば、同軸コネクタに対してプリント配線板の端面スルーホールや端面めっき無しでリターン電流が短くなる構成とすることができ、これによって電磁界の伝搬モードの急激な変化を防ぐことができるため高周波特性が確保でき、リターン電流経路に端面スルーホールを使用した場合に比べ製造工程や製造コストの削減が図れる。さらに同軸コネクタ実装用パッド部とリターン電流用のグランドパターンが対向する面積を小さくしたので、高周波においても共振を抑制することができる。 According to the present invention, the return current can be shortened without the end face through hole or end face plating of the printed wiring board with respect to the coaxial connector, thereby preventing an abrupt change in the propagation mode of the electromagnetic field. Therefore, high frequency characteristics can be secured, and the manufacturing process and manufacturing cost can be reduced as compared with the case where an end face through hole is used in the return current path. Furthermore, since the area where the coaxial connector mounting pad portion and the ground pattern for return current face each other is reduced, resonance can be suppressed even at high frequencies.
以下、この発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るプリント配線板の概略上面図である。図2は、この発明の実施の形態1に係るプリント配線板に同軸コネクタ及びLSI(Large Scale Integration、集積回路)を実装した概略上面図である。図3は、図2で示したプリント配線板の斜視図である。図4は、図2で示したプリント配線板の概略断面図である。なおプリント配線板は、導体表面を保護するソルダレジスト、信号層、電源層及びグランド層からなる多層プリント配線板であるが、構成の理解を容易にするため、図4では同軸コネクタ中心を切断面とした断面図を示している。図5は、この発明の実施の形態1に係るプリント配線板の内層面を示している。
以下、実施の形態1によるプリント配線板の構成を、図1〜図5を用いて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
1 is a schematic top view of a printed wiring board according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a schematic top view of a coaxial connector and an LSI (Large Scale Integration, integrated circuit) mounted on the printed wiring board according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a perspective view of the printed wiring board shown in FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the printed wiring board shown in FIG. Note that the printed wiring board is a multilayer printed wiring board composed of a solder resist that protects the conductor surface, a signal layer, a power supply layer, and a ground layer. However, in order to facilitate understanding of the configuration, in FIG. A cross-sectional view is shown. FIG. 5 shows the inner layer surface of the printed wiring board according to Embodiment 1 of the present invention.
Hereinafter, the configuration of the printed wiring board according to Embodiment 1 will be described in detail with reference to FIGS.
図1において、プリント配線板1は、同軸コネクタ信号端子用ランド8a、同軸コネクタグランド端子用ランド8b、コプレーナ線路310、コプレーナ線路310のリファレンスグランド導体312、マイクロストリップ線路300、図3〜図5に示すマイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302a、LSI信号端子用ランド9a、LSIグランド端子用ランド9bを備えており、図2に示すように、同軸コネクタ2とLSI3を実装している。また、コプレーナ線路310の信号導体311の両端にはグランドスルーホール(第1のグランドスルーホール)6aが、マイクロストリップ線路300の信号導体301の両端にはグランドスルーホール(第2のグランドスルーホール)6bが配置されている。
In FIG. 1, the printed wiring board 1 includes a coaxial connector signal
コプレーナ線路310は、信号導体311及びリファレンスグランド導体312が同一の表層に形成され、同軸コネクタ2と接続する。なお、同軸コネクタ2は、図1,2に示すようにプリント配線板端1aでプリント配線板1と接続されている。マイクロストリップ線路300は、信号導体301が表層に形成され、リファレンスグランド導体302aが表層と異なる他の層に形成されると共に、コプレーナ線路310とLSI3を接続する。
In the
図5は、グランドスルーホール6a,6bと、コプレーナ線路310のリファレンスグランド導体312と、マイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302aの位置関係を示している。
グランドスルーホール6aは、コプレーナ線路310の信号導体311の両側に近接して形成され、コプレーナ線路310のリファレンスグランド導体312におけるマイクロストリップ線路300方向への終端領域とマイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302aにおけるコプレーナ線路310方向への終端領域を接続する。
FIG. 5 shows the positional relationship between the ground through
The ground through
ここで、コプレーナ線路310の信号導体311の両側に近接する距離とは、信号導体311に近いリファレンスグランド導体端から内側にグランドスルーホール6aの半径分の距離を持たせた距離のことを言う。
例えば、グランドスルーホール6aのランド径(グランドスルーホール6aは、ドリルやレーザで穴穿け後金属を電気めっきすることにより形成されるが、ドリルなどで穴穿けの際、ランドから外れると通電せず電気めっきができないことから、通常ランドを形成しその内に穴を収める必要がある)を0.5mmとした場合、リファレンスグランド導体端から0.25mmの位置、つまりグランドスルーホール6aのランドの半径と同じ距離に、グランドスルーホール6aの中心がある場合の距離を言う。
Here, the distance close to both sides of the
For example, the land diameter of the ground through
グランドスルーホール6bは、マイクロストリップ線路300の信号導体301に接続されるLSI信号端子用ランド9aの両側に配置されたLSIグランド端子用ランド9bとマイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302aを接続する。
The ground through
図5の網がけしてある領域は、コプレーナ線路310とマイクロストリップ線路300のグランドリファレンス導体312,302a同士が垂直方向に対向する領域(対向領域340)である。この対向領域340の面積は小さくなるように構成されており、最小限グランドスルーホール6aが形成できる程度の面積であればよい。
The shaded region in FIG. 5 is a region (opposing region 340) where the
なお、グランドスルーホール6aは信号導体311の両端にそれぞれ1つ以上配置してもよい。このようにグランドスルーホール6aを複数個配置することで、広がってしまったリターン電流の成分をコプレーナ線路310のリファレンスグランド導体312及びマイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302aに短い経路で繋ぐことができる。また、リファレンスグランド導体312,302a同士が小さな面積の対向領域340で部分的に重なっているため、コプレーナ線路310のリファレンスグランド導体312及びマイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302a間で起こり得る共振を抑制することができる。
One or more ground through
同軸コネクタ2内の同軸線路部220、コプレーナ線路310、マイクロストリップ線路300はそれぞれ特性インピーダンスが所定値、例えば50Ωとなるように、信号導体311,301の導体幅と、信号導体311とリファレンスグランド導体312間の距離とが調整されている。
The
図1に示すように、コプレーナ線路310の同軸コネクタグランド端子用ランド8b実装部分には特性インピーダンスの整合を行う特性インピーダンス調整部320を備える(特性インピーダンス調整部320の拡大図参照)。これは、コプレーナ線路310のリファレンスグランド導体312と、図3,4に示す同軸コネクタ信号端子231との容量性結合を減らし、特性インピーンダンスが所望の値から大きく低下することを抑制するためのものである。
As shown in FIG. 1, the coaxial connector ground
すなわち、同軸コネクタ信号端子231を、コプレーナ線路310の信号導体311に接続されている同軸コネクタ信号端子用ランド8aにはんだ付けした場合、コプレーナ線路310の信号導体311とリファレンスグランド導体312間の静電容量に比べ、はんだ付けされた同軸コネクタ信号端子用ランド8aとリファレンスグランド導体312間の静電容量が大きくなり、特性インピーダンスの低下を引き起こし伝送特性が悪化する。このことを防ぐため、図1の特性インピーダンス調整部320の拡大図に示すように、コプレーナ線路310のリファレンスグランド導体312は、コプレーナ線路310の信号導体311との距離(イ)よりも、同軸コネクタ信号端子231がはんだ付けされている同軸コネクタ信号端子用ランド8aとの距離(ロ)の方が大きくなるよう配置されている。
That is, when the coaxial
同様に、図1に示すように、コプレーナ線路310とマイクロストリップ線路300との接続部にも特性インピーダンスの整合を行う特性インピーダンス調整部321を備え(特性インピーダンス調整部321の拡大図参照)、コプレーナ線路310の信号導体311は、マイクロストリップ線路300の信号導体301にテーパ状に接続されるようにしている。
Similarly, as shown in FIG. 1, a connection portion between the
同軸コネクタグランド端子232は、図15に示す同軸コネクタ2内の同軸線路部220の外導体222に近い場所で、コプレーナ線路310のリファレンスグランド導体312にはんだ付けできるように、同軸コネクタ信号端子用ランド8a付近に同軸コネクタグランド端子用ランド8bが配置され、ソルダレジストが被らない構造としている。
The coaxial
マイクロストリップ線路300は、図16(b)に示すようなグランド付きマイクロストリップ線路を用いても構わない。グランド付きマイクロストリップ線路を用いる場合には、リファレンスグランド導体302aとその他のグランド導体302bを、はんだなどの導電性の材料(図示せず)を使用して接続する。また、リファレンスグランド導体312とグランド導体302bとの間の共振が発生しないようグランドスルーホールを密に、例えば0.8mm間隔でグランド付きマイクロストリップ線路を配置する必要がある。
The
また、同軸コネクタ2としては、周波数範囲が1GHz以上を対象としたSMA(Sub Miniature TypeA)コネクタ、SMPMコネクタ、SMPコネクタ、SMVコネクタ、2.92mmコネクタ、1.85mmコネクタ、1mmコネクタなどを用いる。
In addition, as the
図6はこの発明の実施の形態1に係るプリント配線板の信号電流100およびリターン電流101の経路を表す図であり、図7はこの発明の実施の形態1に係るプリント配線板の上面透視図である。
上述のように、グランドスルーホール6aを、コプレーナ線路310の信号導体311の両側に近接する位置で、コプレーナ線路310のリファレンスグランド導体312におけるマイクロストリップ線路300方向への終端領域とマイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302aにおけるコプレーナ線路310方向への終端領域を接続するように配置し、グランドスルーホール6bを、マイクロストリップ線路300の信号導体301に接続されるLSI信号端子用ランド9aの両側に配置されたLSIグランド端子用ランド9bとマイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302aを接続するように配置している。このような配置によって、図6,図7に示すとおり、高周波信号である信号電流100のリターン電流101を、図15に示す同軸コネクタ2内の同軸線路部220の内導体221部分から、同軸コネクタグランド端子接続用ランド8b、コプレーナ線路310のリファレンスグランド導体312、グランドスルーホール6a、マイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302a、グランドスルーホール6b、LSI3のグランド端子用ランド9bの短い経路で、LSI3まで通すことが可能となる。
6 is a diagram showing paths of signal current 100 and return current 101 of the printed wiring board according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 7 is a top perspective view of the printed wiring board according to Embodiment 1 of the present invention. It is.
As described above, the ground through
この構成によれば、例えば30GbpsNRZ信号の基本周波数である15GHzにおいても良好な通過特性が得られる。図8は、この発明の実施の形態1に係るプリント配線板の通過特性を説明する図である。基本周波数で要求される通過特性は例えば−3dB以上であるが、評価用として信号入力部と信号出力部に2箇所同軸コネクタを実装し、同軸コネクタ間をコプレーナ線路−マイクロストリップ線路−コプレーナ線路の構造で接続したプリント配線板をネットワークアナライザにて測定した結果を図8において示す。測定結果から−3dB以上の特性が確保できておりであり、30GbpsNRZ信号を問題なく伝送させることが可能であることが判断できる。 According to this configuration, good pass characteristics can be obtained even at 15 GHz, which is the fundamental frequency of a 30 Gbps NRZ signal, for example. FIG. 8 is a diagram for explaining pass characteristics of the printed wiring board according to Embodiment 1 of the present invention. The pass characteristic required at the fundamental frequency is, for example, -3 dB or more. For evaluation, two coaxial connectors are mounted on the signal input part and the signal output part, and the coplanar line-microstrip line-coplanar line is connected between the coaxial connectors. The result of measuring the printed wiring board connected by the structure with a network analyzer is shown in FIG. From the measurement result, it can be determined that the characteristics of −3 dB or more can be secured, and it is possible to transmit the 30 Gbps NRZ signal without any problem.
一方、図9は、従来の端面スルーホールを使ったプリント配線板の通過特性を説明する図である。図9において、従来の端面スルーホールを使ったプリント配線板を同様の方法で測定した結果を図9に示す。
この場合、同軸コネクタグランド端子用ランド8bとマイクロストリップ線路のリファレンスグランド導体における共振により、30GHzで通過特性の劣化がみられ、広帯域が必要となる高周波デジタル信号においては使用することが難しい結果となった。この共振はグランドスルーホールの数を増やすことと、その配置の仕方によって高い周波数に移動させることができるが、プリント配線板の製造上、グランドスルーホールを限りなく多くできない点と、更に高い周波帯域を含めると根本的な解決手段とはならない。
On the other hand, FIG. 9 is a diagram for explaining pass characteristics of a printed wiring board using a conventional end face through hole. In FIG. 9, the result of measuring the printed wiring board using the conventional end face through hole by the same method is shown in FIG.
In this case, due to resonance in the coaxial connector ground
以上説明したように、この発明の実施の形態1によれば、同軸コネクタ2に対してプリント配線板1の端面スルーホールや端面めっき無しでリターン電流が短くなる構成とすることができ、これによって電磁界の伝搬モードの急激な変化を防ぐことができるため高周波特性が確保でき、リターン電流経路に端面スルーホールを使用した場合に比べ製造工程や製造コストの削減が図れる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the return current can be shortened with respect to the
また、従来の端面スルーホールや端面めっきを配置したプリント配線板を使用した場合、共振が起こる可能性があるが、この発明の実施の形態1によれば、コプレーナ線路310のリファレンスグランド導体312とマイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302a同士の対向領域340の面積を小さくすることができるため、数十GHz以上で起こりやすい共振による高周波特性劣化を抑制することができる。
Further, when a conventional printed wiring board having end face through holes or end face plating is used, resonance may occur. According to the first embodiment of the present invention, the
また、従来技術のように端面スルーホールを設けた場合、はんだがスルーホール壁面に流れ込むことがあり、はんだ付けが安定しないという課題があるが、この発明の実施の形態1によれば、同軸コネクタ2は、同軸コネクタグランド端子用ランド8bに直接はんだ付けできるようにプリント配線板端1aに配置し、端面スルーホールや端面めっきを設けないことで、はんだがプリント配線板1の壁面に流れ込まない構造とすることによって、端面スルーホールや端面めっきを設けた場合と比較して安定したはんだ付けを行うことができ、同軸コネクタの高周波特性が確保できるため、歩留まりを向上させることができる。また、端面スルーホールを使用せずにグランドスルーホール6aを使用したことにより、リフローはんだ付け工程における同軸コネクタ2のはんだ付けの際の端面スルーホールや端面めっきからの熱の逃げを抑制し、はんだなどの濡れ広がりを良くすることができる。
Further, when the end surface through hole is provided as in the prior art, the solder may flow into the wall surface of the through hole, and there is a problem that the soldering is not stable, but according to the first embodiment of the present invention, the
なお、この実施の形態1では、マイクロストリップ線路300をLSI3に接続しているが、LSI3の代わりにその他の半導体素子や電気素子にマイクロストリップ線路300を接続してもよい。
In the first embodiment, the
実施の形態2.
図10は、この発明の実施の形態2に係るプリント配線板の表層面を示す図である。
図11,12は、この発明の実施の形態2に係るプリント配線板の内層面を示す図である。
図13は、この発明の実施の形態2に係るプリント配線板のリターン電流の密度分布を示す図である。
この発明の実施の形態2に係るプリント配線板1について、図10〜13を用いて説明する。
FIG. 10 is a view showing a surface layer surface of a printed wiring board according to
11 and 12 are views showing an inner layer surface of a printed wiring board according to
FIG. 13 is a diagram showing a density distribution of return currents of the printed wiring board according to
A printed wiring board 1 according to
図10に示すように、プリント配線板1上のマイクロストリップ線路300では高周波信号である信号電流100は信号導体301を流れ、その信号に対応したリターン電流101は主に信号導体301の直下を流れる。そのリターン電流101は、図13に示すとおり、ある電流密度の分布をもって流れる。
As shown in FIG. 10, in the
そのため、図11に示すように、マイクロストリップ線路300のコプレーナ線路310との接続部近傍において、マイクロストリップ線路300の信号導体301を中心とした両側でマイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302aを徐々に狭めた、傾斜部302cを有した構造とすることによって、つまり、マイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302aの導体幅をグランドスルーホール6aに向かって徐々に狭めてマイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302aにグランドスルーホール6aに向かう傾斜部302cを備えることによって、リターン電流101の分布により広がった成分を含め経路を短くできる。併せてコプレーナ線路310のリファレンスグランド導体312とマイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302a同士の対向領域340の面積を実施の形態1よりもさらに少なくすることができるため、共振をさらに抑制することができる。
Therefore, as shown in FIG. 11, the
また、図12に示すように、マイクロストリップ線路300のリファレンスグランド導体302aの傾斜部302cの頂点にグランドスルーホール6aの周囲に沿った切り欠き部302dを設けることで、リターン電流101の経路をさらに短くすることができ、共振をさらに抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 12, by providing a
実施の形態3.
LSI3を搭載したプリント配線板1を高周波で動作させる際には、他の部品ランドとして、LSI3で使用するバイアスを調整するためのACカップリングコンデンサやバイアスティー用の高周波対応インダクタが必要となる場合がある。従来技術では、ACカップリングコンデンサやインダクタを実装するためのパッドはマイクロストリップ線路の信号導体よりも大きく、マイクロストリップ線路やグランド付きマイクロストリップ線路において容量成分となり、高周波において伝送特性を悪くする要因となる。
When the printed wiring board 1 on which the
この発明の実施の形態3に係るプリント配線板は、このような課題を解決するためのものである。
図14は、この発明の実施の形態3に係るプリント配線板の上面図とその拡大図である。
図14(a)は、インダクタ4を実装したプリント配線板1の上面図および拡大図である。
コプレーナ線路310に例えばインダクタ信号端子接続用ランド4aをコプレーナ線路310の信号導体311に配置し、インダクタ電源端子接続用ランド4bを電源配線導体に配置した構成とする。このときコプレーナ線路310の信号導体311の幅は、インダクタ信号端子接続用ランド4aの幅と同程度の大きさとする。つまり、コプレーナ線路310の信号導体311の導体幅内に電子部品を搭載するためのランドが形成されている。
The printed wiring board according to
FIG. 14 is a top view and an enlarged view of a printed wiring board according to
FIG. 14A is a top view and an enlarged view of the printed wiring board 1 on which the
In the
マイクロストリップ線路300上に実装するインダクタ4が大きい場合、信号導体幅よりもインダクタ信号端子接続用ランド4aが大きくなってしまうことがあるが、信号導体301上にそのようなインダクタ信号端子接続用ランド4aを配置すると、その部分の特性インピーダンスが低くなるため、結果的に特性インピーダンスが一定とならない。これは、信号導体301−リファレンスグランド導体302a間の距離を部分的に調整できないためである。また、インダクタ信号端子接続用ランド4aの幅に信号導体301の幅を合わせると、全体の特性インピーダンスが低くなる。
When the
これに対し、コプレーナ線路310上に実装するインダクタ4が大きく、インダクタ信号端子接続用ランド4aも大きい場合、信号導体幅をインダクタ信号接続用ランド4aの幅に合わせ、信号導体311−リファレンスグランド導体312間の距離を調整することができる。このことにより、特性インピーダンスを一定に保つことが可能となる。
On the other hand, when the
以上のように、マイクロストリップ線路300では信号導体幅より大きいインダクタ信号端子接続用ランド4aを配置して信号導体幅を大きくすると信号導体301の特性インピーダンスが低下してしまうが、コプレーナ線路310では、信号導体311の導体幅をインダクタ信号端子接続用ランド4aと同程度まで大きくした場合でも、信号導体311の特性インピーダンスを一定とすることができるので、高周波における不連続性をなくすことができ、高周波特性が確保できる。コプレーナ線路310の信号導体311の導体幅を大きくする際には、信号導体311とリファレンスグランド導体312間の距離を大きくすることで、所定のインピーダンス、例えば50Ωに合わせることができる。
As described above, in the
図14(b)は、コンデンサ5を実装したプリント配線板1の上面図および拡大図である。
コプレーナ線路310に、例えばコンデンサ接続用ランド5aを配置し、コンデンサ接続用ランド5aと同程度に導体幅を合わせることによって、つまり、コプレーナ線路310の信号導体311の導体幅内に電子部品を搭載するためのランドを形成することによって、図14(a)の場合同様、特性インピーダンスを一定に保つことができ高周波特性が確保できる。
FIG. 14B is a top view and an enlarged view of the printed wiring board 1 on which the
For example, the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1 プリント配線板、1a プリント配線板端、2 同軸コネクタ、3 LSI、4 インダクタ、4a インダクタ信号端子接続用ランド、4b インダクタ電源端子接続用ランド、5 コンデンサ、5a コンデンサ端子接続用ランド、6a,6b グランドスルーホール、8a 同軸コネクタ信号端子用ランド、8b 同軸コネクタグランド端子用ランド、9a LSI信号端子用ランド、9b LSIグランド端子用ランド、100 信号電流、101 リターン電流、110 端面スルーホール、210 同軸ケーブル接続部、220 同軸線路部、221 内導体、222 外導体、223 内部誘電体層、230 プリント配線板接続部、231 信号端子、232 同軸コネクタグランド端子、300 マイクロストリップ線路、301,311 信号導体、302a,312 リファレンスグランド導体、302b グランド導体、302c 傾斜部、302d 切り欠き部、310 コプレーナ線路、320,321 特性インピーダンス調整部、330 誘電体、340 対向領域。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Printed wiring board, 1a Printed wiring board edge, 2 Coaxial connector, 3 LSI, 4 Inductor, 4a Inductor signal terminal connection land, 4b Inductor power supply terminal connection land, 5 Capacitor, 5a Capacitor terminal connection land, 6a, 6b Ground through hole, 8a coaxial connector signal terminal land, 8b coaxial connector ground terminal land, 9a LSI signal terminal land, 9b LSI ground terminal land, 100 signal current, 101 return current, 110 end face through hole, 210 coaxial cable Connection part, 220 coaxial line part, 221 inner conductor, 222 outer conductor, 223 inner dielectric layer, 230 printed wiring board connection part, 231 signal terminal, 232 coaxial connector ground terminal, 300 microstrip line, 301, 31 1 Signal conductor, 302a, 312 Reference ground conductor, 302b Ground conductor, 302c Inclined part, 302d Notch part, 310 Coplanar line, 320, 321 Characteristic impedance adjusting part, 330 Dielectric, 340 Opposite region
Claims (5)
信号導体及びリファレンスグランド導体が同一の表層に形成され、前記同軸コネクタと接続するコプレーナ線路と、
信号導体が前記表層に形成され、リファレンスグランド導体が前記表層と異なる他の層に形成されると共に、前記コプレーナ線路と前記集積回路を接続するマイクロストリップ線路と、
前記コプレーナ線路の信号導体の両側に近接して形成され、前記コプレーナ線路のリファレンスグランド導体における前記マイクロストリップ線路方向への終端領域と前記マイクロストリップ線路のリファレンスグランド導体における前記コプレーナ線路方向への終端領域を接続する第1のグランドスルーホールと、
前記マイクロストリップ線路の信号導体に接続される前記集積回路の信号端子の両側に配置された前記集積回路のグランド端子のランドと前記マイクロストリップ線路のリファレンスグランド導体を接続する第2のグランドスルーホールと、
前記マイクロストリップ線路のリファレンスグランド導体の導体幅を、前記第1のグランドスルーホールに向かって徐々に狭めることにより前記マイクロストリップ線路のリファレンスグランド導体に前記第1のグランドスルーホールに向かう傾斜部と
を備えたことを特徴とするプリント配線板。 In printed wiring boards for mounting coaxial connectors and integrated circuits,
A signal conductor and a reference ground conductor are formed on the same surface layer, and a coplanar line connected to the coaxial connector;
A signal conductor is formed on the surface layer, a reference ground conductor is formed on another layer different from the surface layer, and a microstrip line that connects the coplanar line and the integrated circuit;
A termination region in the direction of the microstrip line in the reference ground conductor of the coplanar line and a termination region in the direction of the coplanar line in the reference ground conductor of the microstrip line, formed close to both sides of the signal conductor of the coplanar line. A first ground through hole connecting the
A ground terminal land of the integrated circuit disposed on both sides of the signal terminal of the integrated circuit connected to the signal conductor of the microstrip line and a second ground through hole connecting the reference ground conductor of the microstrip line ; ,
An inclined portion toward the first ground through hole in the reference ground conductor of the micro strip line by gradually narrowing a conductor width of the reference ground conductor of the micro strip line toward the first ground through hole;
Printed wiring board comprising the.
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