JP2008078314A - 高速信号回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に特性インピーダンスの整合を取ることができ、かつ安定した電源電位を得ることができる高速信号回路装置を提供する。
【解決手段】高速信号回路装置１において、高速信号を出力する電子部品２と、電子部品２がはんだボール３を介して接合された接続パッド４を有する接続層６と、接続層６に第１絶縁層７を介して設けられ、電子部品２から出力された高速信号が流れる信号線８を有する信号層９と、信号層９に第２絶縁層１０を介して設けられ、電位を一定に保持する定電位層１１と、接続層６と信号層９との間に設けられ、接続パッド４と信号線８とを電気的に接続するビアホール導体１４とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、高速信号を出力する電子部品を備える高速信号回路装置に関する。

近年、電子部品が具備するＬＳＩ（大規模集積回路）等の動作速度が高速化し、Ｇｂｐｓ級の高速信号がプリント配線板上を伝搬するようになってきている。ＬＳＩから出た高速信号は、半導体パッケージ内の伝送路を通り、プリント配線板を通過して他のパッケージ及びＬＳＩへと伝搬される。このとき、高速信号が伝搬される全伝送径路に渡って特性インピーダンスは一定であることが必要とされるが、特性インピーダンスに不連続が生じている場合には、そこで反射ノイズが生じ、信号波形が歪むため、伝送特性が劣化してしまう。

ＬＳＩを封止する半導体パッケージとしては、様々な形態があるが、２００ピン以上の半導体パッケージには、はんだボールを用いて接続するＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）がよく用いられる。また、プリント配線板は、電子計算機や携帯電話等の様々な電子機器に使用されている。このプリント配線板は、通常、信号層、グランド層及び電源層としての導体層と、それらの間を電気的に分離する絶縁層とにより構成されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、例えば、４層導体からなるプリント配線板では、信号線や接続パッド等を有する第１信号層が第１層に、グランド層が第２層に、電源層が第３層に、さらに、信号線を有する第２信号層が第４層にプリント配線板の表面側から裏面側に向かって順次設けられている場合が多い。信号線が第１層から第４層に突き抜ける場合、第２層のグランド層には、スルーホール導体が貫通する貫通孔が形成され、信号線とグランド層とが短絡しないように絶縁状態が維持されている。このとき、半導体パッケージは、はんだボールにより第１信号層の接続パッドに接合されている。
特開２００４−１１９５９８号公報

しかしながら、半導体パッケージ内の信号線は半導体パッケージのはんだボールを介してプリント配線板上の接続パッドに接合され、半導体パッケージ内の信号線とプリント配線板の信号線とは電気的に接続されている。このため、はんだボール（接続パッド）とグランド層との容量結合により、特性インピーダンスが低下してしまい、特性インピーダンスの不連続が生じるという問題がある。

また、前述のプリント配線板では、グランド層が第１信号層と第２信号層との間に設けられているため、スルーホール導体が通過する開口部をグランド層に形成する必要がある。このため、グランド層のインダクタンス（ベタ面のインダクタンス）は、グランド層に開口部を形成しない場合に比べて増加してしまう。これにより、グランド電位の揺れが増大するので、安定した電源電位を得ることができないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、容易に特性インピーダンスの整合を取ることができ、かつ安定した電源電位を得ることができる高速信号回路装置を提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、高速信号回路装置において、高速信号を出力する電子部品と、電子部品がはんだボールを介して接合された接続パッドを有する接続層と、接続層に第１絶縁層を介して設けられ、電子部品から出力された高速信号が流れる信号線を有する信号層と、信号層に第２絶縁層を介して設けられ、電位を一定に保持する定電位層と、接続層と信号層との間に設けられ、接続パッドと信号線とを電気的に接続するビアホール導体とを備えることである。

本発明によれば、容易に特性インピーダンスの整合を取ることができ、かつ安定した電源電位を得ることができる。

本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態に係る高速信号回路装置１は、高速信号を出力する電子部品２と、その電子部品２がはんだボール３を介してそれぞれ接合された複数の接続パッド４を有する基板５とを備えている。

電子部品２は、ＬＳＩ等のＩＣチップを具備する半導体パッケージ等の電子部品である。この電子部品２は、はんだボール３を格子状に有するＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）パッケージである。なお、はんだボール３は、電子部品２の電極２ａ上に設けられており、外部接続端子として機能する。

基板５は、電子部品２が実装されるプリント配線板等のベース基板である。この基板５は、各接続パッド４を有する接続層６と、その接続層６に第１絶縁層７を介して設けられ、電子部品２から出力された高速信号がそれぞれ流れる複数の信号線８を有する信号層９と、その信号層９に第２絶縁層１０を介して設けられたグランド層１１と、そのグランド層１１に第３絶縁層１２を介して設けられた電源層１３と、接続層６と信号層９との間にそれぞれ設けられ、接続パッド４と信号線８とを電気的にそれぞれ接続する複数のビアホール導体１４とを備えている。ここで、接続層６、信号層９、グランド層１１及び電源層１３は、その順番で第１導体層、第２導体層、第３導体層及び第４導体層として機能する。

接続層６は、電子部品２がはんだボール３を介して接合される各接続パッド４を有する層である。これらの接続パッド４は、例えば円形状に形成され、基板５の表面５ａ上に例えば６個設けられている。各接続パッド４には、接合用のはんだボール３が固着される。すなわち、電子部品２は、複数のはんだボール３により各接続パッド４にそれぞれ接合されており、電子部品２内の信号線は、対応する接続パッド４に電気的に接続されている。

ここで、はんだボール３の直径は、例えば３００〜５００μｍ程度であり、接続パッド４のサイズは５００〜８００μｍ程度である。なお、従来通りの層構成では、パッドサイズが大き過ぎるため、第２導体層をグランド層１１とした場合には、その間に大きな容量が形成されるが、本実施の形態のように第３導体層にグランド層１１を移動することによって、容量の増大を抑えることが可能となり、特性インピーダンスの低下を回避することができる。

信号層９は、Ｇｂｐｓ級のパルス信号等の高速信号が流れる各信号線８を有する層である。これらの信号線８の線幅は、例えば１００μｍ〜１５０μｍ程度である。各信号線８は、ビアホール導体１４により対応する各接続パッド４にそれぞれ電気的に接続されている。これにより、各信号線８は、電子部品２内の信号線と電気的に接続されている。

グランド層１１は、導体が基板５の略一面に広がる導体ベタ層であり、グランドに電気的に接続されてグランド電位となるグランド層である。このグランド層１１は、電位を一定に保つ定電位層として機能する。また、グランド層１１は、貫通スルーホール導体１５により対応する接続パッド４に電気的に接続されている。ここで、貫通スルーホール導体１５は、基板５を貫通するように形成された貫通スルーホールＨ２に設けられた導体である。この貫通スルーホール導体１５は、例えばめっきにより貫通スルーホールＨ２の内部に形成されている。貫通スルーホールＨ２の直径は、例えば１００μｍ程度である。

電源層１３は、導体が基板５の略一面に広がる導体ベタ層であり、電源に電気的に接続されて電源電位となる層である。この電源層１３は、電位を一定に保つ定電位層として機能する。また、電源層１３には、貫通スルーホール導体１５が通過する貫通孔である開口部１３ａが形成されている。この開口部１３ａの直径は、貫通スルーホール導体１５、すなわち貫通スルーホールＨ２の直径より大きい。これにより、電源層１３と貫通スルーホール導体１５との接触が防止され、接続層６及びグランド層１１と、電源層１３との絶縁状態が維持されている。

ここで、グランド層１１と電源層１３とでは、お互いの電位が短絡しないように貫通スルーホールＨ２の周りに導体がない開口部１３ａが形成されているが、信号線８はグランド層１１及び電源層１３を垂直に跨がないので、信号線８に対して開口部１３ａのような開口を設ける必要がない。このため、グランド層１１及び電源層１３をほとんどベタ層の状態に維持することが可能になるので、インダクタンスの増大を防止することができる。

各ビアホール導体１４は、接続層６と信号層９との間にそれぞれ設けられており、接続パッド４とそれに対応する信号線８とをそれぞれ接続している。詳しくは、ビアホール導体１４は、接続層６と信号層９との間に形成されたビアホールＨ１に設けられた導体である。このビアホール導体１４は、ビルドアップ法やブラインドビア法等を用いて、例えばめっきによりビアホールＨ１の内部に形成されている。ビアホールＨ１の直径は、例えば１００μｍ程度である。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、基板５にその表面５ａから内部に向かって順次、接続層６、信号層９、グランド層１１及び電源層１３をそれぞれ絶縁層７、１０、１２を介して設け、ビアホール導体１４により接続パッド４と信号線８とを電気的に接続することによって、グランド層１１が接続層６と信号層９との間ではなく、信号層９と電源層１３との間に設けられるので、はんだボール３（接続パッド４）とグランド層１１との容量結合が避けられる。これにより、それらの容量結合により特性インピーダンスが低下することが防止されるので、容易に特性インピーダンスの整合を取ることができる。

さらに、グランド層１１が接続層６と信号層９との間ではなく、信号層９と電源層１３との間に設けられていることから、ビアホール導体１４がグランド層１１を通過することがなくなり、グランド層１１に貫通孔である開口部を形成する必要がなくなる。これにより、グランド層１１のインダクタンス（ベタ面のインダクタンス）の増加が抑えられ、グランド電位の揺れの増大が防止されるので、安定した電源電位を得ることができる。

（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば、前述の実施の形態においては、接続層６として、基板５の表面５ａ上に複数の接続パッド４だけを設けているが、これに限るものではなく、例えば、複数の接続パッド４に加えて信号線を設けるようにしてもよい。

さらに、前述の実施の形態においては、複数の接続パッド４をそれぞれ円形状に形成しているが、これに限るものではなく、例えば、複数の接続パッド４をそれぞれ四角状に形成するようにしてもよく、その形状は限定されない。

また、前述の実施の形態においては、電源層１３をグランド層１１より接続層６から離間させて基板５の内部に設けているが、これに限るものではなく、例えば、電源層１３とグランド層１１との位置を逆にするようにしてもよい。

最後に、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。

本発明の実施の一形態に係る高速信号回路装置の概略構成を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１…高速信号回路装置、２…電子部品、３…はんだボール、４…接続パッド、６…接続層、７…第１絶縁層、８…信号線、９…信号層、１０…第２絶縁層、１１…定電位層（グランド層）、１３…定電位層（電源層）、１４…ビアホール導体

Claims (1)

1. 高速信号を出力する電子部品と、
   前記電子部品がはんだボールを介して接合された接続パッドを有する接続層と、
   前記接続層に第１絶縁層を介して設けられ、前記電子部品から出力された前記高速信号が流れる信号線を有する信号層と、
   前記信号層に第２絶縁層を介して設けられ、電位を一定に保持する定電位層と、
   前記接続層と前記信号層との間に設けられ、前記接続パッドと前記信号線とを電気的に接続するビアホール導体と、
   を備えることを特徴とする高速信号回路装置。

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