JP2008227168A - Method for arranging via, and method for manufacturing wiring substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配線基板における信号配線層と誘電体層を介して対向する電源系パターンに設けられるビアの配置方法、及び配線基板の製造方法に関し、特に、ビアの配置を最適化するためのビアの配置方法、及び配線基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for arranging vias provided in a power supply system pattern facing a signal wiring layer and a dielectric layer in a wiring board, and a method for manufacturing a wiring board, and in particular, a via for optimizing the arrangement of vias. The present invention relates to a method for arranging a wiring board and a method for manufacturing a wiring board.
近年の半導体デバイスは、機能統合などによる大型化と端子数増加に伴い、半導体デバイスの端子が何列もアレイ状に配列されたものが多くなってきている。半導体デバイスの端子の配置は、半導体デバイスを搭載するための配線基板を設計する前に既に決められていることが多いので、配線基板の設計では、半導体デバイスの端子配置によらずアレイ状に並んだ任意の端子からの配線を実現することが要求されるため、ビアを介した配線も必要となっている。 2. Description of the Related Art In recent years, with increasing size and increasing the number of terminals due to functional integration and the like, an increasing number of semiconductor device terminals are arranged in an array. In many cases, the layout of the terminals of the semiconductor device is already determined before designing the wiring board for mounting the semiconductor device. Therefore, in designing the wiring board, the terminals are arranged in an array regardless of the terminal arrangement of the semiconductor device. However, since wiring from an arbitrary terminal is required, wiring through vias is also necessary.
アレイ状に規則正しく配置された端子配列を有する2つの半導体デバイスを配線基板に実装し、両半導体デバイスの端子間の電気的接続を考えるとき、基板表層の信号配線のみを用いて電気的に接続する場合には、一方の半導体デバイスの端子が基板表層側の信号配線と接し、他方の半導体デバイスの端子が別の位置で当該基板表層側の信号配線と接することで、両半導体デバイスの端子間が電気的に接続される。また、配線基板における他の層(例えば、内層)の信号配線を用いて電気的に接続する場合は、一方の半導体デバイスの端子が基板表層側の信号配線と接し、当該基板表層側の信号配線がビアと接し、当該ビアが他の層の信号配線と接し、当該他の層の信号配線が別の位置のビアと接し、当該別の位置のビアが別の位置の基板表層側の信号配線と接し、当該別の位置の基板表層側の信号配線が他方の半導体デバイスの端子と接することで、両半導体デバイスの端子間が電気的に接続されることになる。 When two semiconductor devices having terminal arrangements regularly arranged in an array are mounted on a wiring board, and electrical connection between terminals of both semiconductor devices is considered, electrical connection is made using only signal wiring on the substrate surface layer. In this case, the terminal of one semiconductor device is in contact with the signal wiring on the substrate surface layer side, and the terminal of the other semiconductor device is in contact with the signal wiring on the substrate surface layer side in another position, so that the terminals of both semiconductor devices are connected. Electrically connected. In addition, in the case of electrical connection using the signal wiring of another layer (for example, inner layer) in the wiring board, the terminal of one semiconductor device is in contact with the signal wiring on the substrate surface layer side, and the signal wiring on the substrate surface layer side Is in contact with the via, the via is in contact with the signal wiring in the other layer, the signal wiring in the other layer is in contact with the via in another position, and the via in the other position is in the signal wiring on the substrate surface layer side in another position. And the signal wiring on the substrate surface side in another position is in contact with the terminal of the other semiconductor device, whereby the terminals of both semiconductor devices are electrically connected.
ビアを用いた配線基板では、図10に示すように、基板表層側の信号配線103を介して半導体デバイス101の端子102と電気的に接続されるビア104が、電源系パターン106(GNDや電源のベタ層)と繋がらないようにするため、ビア104の周囲にクリアランス105を設けている。なお、図10(B)は、電源系パターン106を基板内層に配設した場合をイメージしたものであるが、配線基板108の半導体デバイス101側の面に配された信号配線103の周囲に電源系パターン(図示せず)が敷き詰められた場合も、信号配線103及びビア104の周囲にあるクリアランス(図示せず)によってくりぬかれた状態で電源系パターン(図示せず)が配置される。
In the wiring board using vias, as shown in FIG. 10, the
ここで、電源系パターン106は、信号配線103に対するリファレンスプレーンのパターンとしての役割がある(図11参照)。つまり、電源系パターン106上に信号配線103が配されている部分では、信号配線103に信号電流ISが流れると、電源系パターン106において信号電流ISと逆行する向きにリターン電流IRが流れる。信号電流ISは進行方向に対して垂直な方向に電磁場を発生しており、同じく信号配線103下のリターン電流IRが発生する電磁場と互いに結合し、信号配線103下ではインピーダンスが低い状態となり、半導体デバイスの誤動作を抑えることができる。
Here, the power
しかしながら、従来のビアの配置方法では、ビアが半導体デバイスの端子直近に安易に配置されてしまうことが多く、いくつかの問題がある。 However, in the conventional via arrangement method, the via is often easily arranged near the terminal of the semiconductor device, and there are some problems.
第1の問題点は、信号線に係るビアのクリアランス同士が繋がるおそれがあることである。つまり、半導体デバイスの端子の狭ピッチ化に伴って、リターン電流経路としての電源系パターンが存在しないという状況にまでなってきており、極端な場合では、半導体デバイスの端子間にさえも信号線に係るビアを配置することが不可能な状況になってきている。このような場合には、半導体デバイスの端子から離れたところに信号線に係るビアを配置することになるが、信号線に係るビアが集中することによって、信号線に係るビアのクリアランス同士が繋がってしまうことがある。例えば、ビア同士が近接して配置(狭ピッチで配置)されると、ビアの周囲に存在するクリアランス同士がこれまで以上に近接し、クリアランス間に残る電源系パターンはだんだん細くなってゆくことになるが、このとき電源系パターンの尖った角のパターンは丸められることが行われるので、クリアランスがある程度近づけば、図12(A)のようにクリアランス105間に存在すべき電源系パターン106そのものがなくなってしまうことが生じる。また、図12(B)のように、電流量や発熱量に応じてビア104の直径そのものが大きい場合にもクリアランス105同士が繋がるおそれがある。また、図12(C)のように、電流量や発熱量に応じてビア104のクリアランス径そのものが大きい場合にもクリアランス105同士が繋がるおそれがある。さらに、図12(A)〜(B)のように、クリアランス105同士が繋がるところが多数生じて、電源系パターン106がない領域、つまり、信号配線103が延在する方向に直接的なリターン電流経路がない状態の箇所が広範囲でできてしまうことになる。
The first problem is that the via clearances associated with the signal lines may be connected. In other words, with the narrowing of the pitch of the terminals of the semiconductor device, there is a situation where there is no power supply system pattern as a return current path, and in extreme cases, even between the terminals of the semiconductor device, the signal line It is becoming impossible to place such vias. In such a case, vias related to the signal lines are arranged away from the terminals of the semiconductor device, but vias related to the signal lines are concentrated to connect the clearances of the vias related to the signal lines. May end up. For example, when vias are arranged close to each other (with a narrow pitch), the clearances around the vias are closer together than before, and the power supply system pattern that remains between the clearances becomes gradually thinner. However, since the sharp corner pattern of the power supply system pattern is rounded at this time, the power
第2の問題点は、電源系パターンが、インピーダンスの低い理想の電源供給経路、または信号のリターン電流経路としての役割を果たさなくなってしまうことである。この問題が発生する原因は、隣り合うビアのクリアランスが近接することによって電源系パターンが理想である電源供給経路又はリターン電流経路に比べて幅が狭くなってしまったり、最悪の場合にはクリアランス同士が繋がって電源供給経路又はリターン電流経路そのものがなくなってしまうことに起因している。電源系パターンは、信号に対するリファレンスプレーンのパターンとしての役割があるところ、例えば、図13(A)のようにクリアランス105間の電源系パターン106が十分な幅で存在すれば、電源系パターン106が網状であっても電源系インピーダンスは低くなるが、図13(B)のようにクリアランス105間の電源系パターン106が細くなれば、その細い部分の電源系インピーダンスが高くなり、理想の電源供給経路又はリターン電流経路ではなくなる。また、図11のようにクリアランス105同士が繋がっていなければ、信号配線103における信号電流経路ISに対するリターン電流経路IRは信号配線103の真下の電源系パターン106を通るが、図12(A)〜(C)のようにクリアランス105同士が繋がってしまうと信号電流経路ISに対するリターン電流経路IRが迂回することになる。電源系パターン106のインピーダンスが増加したり、信号電流経路ISに対するリターン電流経路IRが迂回してしまったりすると、配線基板から電磁波放射ノイズが発生し、特に高速動作では信号の乱れや遅延等が顕著になって半導体デバイスが誤動作を起こすおそれがある。そのため、配線基板の設計でなるべくこういった状況を避けるように、原因の基礎になっているビアの配置を考える必要がある。
The second problem is that the power supply system pattern does not serve as an ideal power supply path having a low impedance or a signal return current path. The cause of this problem is that the clearance between adjacent vias is close, making the power supply pattern narrower than the ideal power supply path or return current path, or in the worst case the clearances between This is because the power supply path or the return current path itself is lost. The power supply system pattern serves as a reference plane pattern for the signal. For example, if the power
第3の問題点は、アレイ状でも特に周回形状に配置された端子を有する半導体デバイスを配線基板に実装する場合、半導体デバイスの真下の領域に存在する電源系パターンと本来用意されている半導体デバイスの外側の領域に存在する同一電源の電源系パターンとの繋がりが薄くなる傾向にあり、最悪の場合には、半導体デバイスの真下の領域の電源系パターンと、その外側の領域の電源系パターンとが完全に断絶してしまうということである。この問題が発生する原因は、半導体デバイスが実装される面で直接配線できない端子があることや、半導体デバイスの狭ピッチ化などによって端子間に通すことができる信号配線の本数が制限されてきていることなどにより、半導体デバイスの内周側にある端子102の接続にはビア104を用いることが必須であり、さらに多数のビア104が端子ピッチでアレイ配置されるため、ビア104のクリアランス105a同士の繋がりによって電源系パターン106a、106bが存在しない枠状の領域ができてしまい、結果として、電源系パターン106a、106bが分断してしまうことに起因している(図14参照)。アレイ状に配置された端子群を有する半導体デバイスでは、端子が狭ピッチ化されることによりその端子間に通すことのできる配線本数や配置することができるビア数はともに少なくなってきているため、通常、ビアが必要になれば、図15のように、ビア104は、半導体デバイスの端子102に囲まれた中央に1個配置された形で、端子102と同じようなアレイ配置になる。端子間の配線の本数が1本という制限があれば、特に3周以上の周回形状も配置された端子を有する半導体デバイスの場合、通常は最外周から3周目より内周側にある端子からの配線にはビアを使用しての配線接続が必須となる。このときに、内周側に置かれたビアは、半導体デバイスの端子の近辺に端子ピッチでアレイ状に置かれることになるために、隣り合うビアのクリアランス同士が広範囲で繋がり、それに伴いクリアランス間に用意されるはずであった電源系パターンが存在しない枠状の領域が半導体デバイスの端子近辺で発生してしまうことになる。
The third problem is that when a semiconductor device having terminals arranged in an array shape, particularly in a circular shape, is mounted on a wiring board, a power supply system pattern existing directly under the semiconductor device and a semiconductor device originally prepared In the worst case, the power system pattern in the region directly under the semiconductor device and the power system pattern in the outer region Is completely cut off. The cause of this problem is that there are terminals that cannot be directly wired on the surface where the semiconductor device is mounted, and the number of signal wirings that can be passed between the terminals has been limited due to the narrow pitch of the semiconductor devices. For this reason, it is indispensable to use the
以上のようなクリアランス同士が互いに繋がることを回避する手段として、信号配線接続用のスルーホール(ビア)をアレイ状接続型IC(半導体デバイス)の接続パッド(端子)に対して、千鳥状に配置するものが開示されている(特許文献1参照)。特許文献1では、端子間2本の配線の配線例が示されているが、半導体デバイスの端子の狭ピッチ化に伴って端子間に通すことができる配線が1本に限定されてしまう状況では、ビアの千鳥配置が根本的な解決方法とはならない。 As a means for avoiding the above clearances from being connected to each other, through holes (vias) for signal wiring connection are arranged in a staggered manner with respect to connection pads (terminals) of an array connection type IC (semiconductor device). Is disclosed (see Patent Document 1). In Patent Document 1, an example of wiring between two terminals is shown. However, in a situation where the number of wirings that can be passed between terminals is limited as the pitch of the terminals of the semiconductor device is reduced. The staggered arrangement of vias is not the fundamental solution.
例えば、図16のように半導体デバイスの端子102の周回数が3周(3行)存在する場合、端子102間に配設可能な信号配線103が1本に制限されてしまうと、ビア104が端子102に囲まれた中央に1個配置されるとともにX方向に連続して配置され、クリアランス105がX方向に連続して繋がることになるので、図17のようにビア104の配置を千鳥状に変更すれば、ビア104が連続して配置されないので、そのクリアランス105同士が繋がることが免れる。しかしながら、この手段は、基板設計するときの都合に合わせて半導体デバイスの端子配置を変更できる場合であるところ、基板設計する前に半導体デバイスの端子配置は決められていることが多いので、その端子配置に融通が利かないのが普通であり、有用性に欠ける。
For example, as shown in FIG. 16, when the number of turns of the
また、クリアランス間の電源系パターンが細くなったり、尖ったパターンの丸め込みによって電源系パターンが切れてしまったりしたとき、図18の電源系強化未処理領域(NR)に対する電源系強化領域(ST)のように橋渡しパターン109を電源系パターン106に追加することも考えられる。しかしながら、このような橋渡しパターン109は基板設計ルールに適合した範囲でしか入れられないため、電源強化に限界があり、毎度そういった処理をするのでは基板設計工数がかかるため、適切な手段とはいえない。
Further, when the power supply system pattern between the clearances becomes thin or the power supply system pattern is cut off due to the rounding of the sharp pattern, the power supply system reinforcement region (ST) with respect to the power supply system reinforcement unprocessed region (NR) in FIG. It is also conceivable to add the
本発明の第1の課題は、電源系パターンに十分に幅広となるパターン幅を確保し、基板特性を悪化させる要因を抑制させることである。 A first problem of the present invention is to secure a sufficiently wide pattern width in a power supply system pattern and suppress factors that deteriorate substrate characteristics.
本発明の第2の課題は、半導体デバイスの端子配置に依存せず、アレイ状に並んだ任意の端子からの信号配線を実現させることである。 A second problem of the present invention is to realize signal wiring from arbitrary terminals arranged in an array without depending on the terminal arrangement of the semiconductor device.
本発明の第1の視点においては、信号配線層と誘電体層を介して対向する電源系パターンに設けられるビアの配置方法であって、前記ビアを配置する工程の際に、前記ビアの周囲のクリアランスを予め決められた個数で連続させたクリアランス領域に区分し、隣り合う前記クリアランス領域間に所定幅の前記電源系パターンが連続して配置されるように前記ビアを配置することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for arranging vias provided in a power supply system pattern facing a signal wiring layer and a dielectric layer, and in the step of arranging the vias, The clearance is divided into clearance areas that are continuously arranged in a predetermined number, and the vias are arranged so that the power supply system pattern having a predetermined width is continuously arranged between the adjacent clearance areas. To do.
本発明の前記ビアの配置方法において、前記ビアを配置する工程の際に、前記信号配線層に配される信号配線が、前記クリアランス領域を横断せず、かつ、前記電源系パターンが配された領域に配されるように前記ビアを配置することが好ましい。 In the via arrangement method of the present invention, the signal wiring arranged in the signal wiring layer does not cross the clearance region and the power supply system pattern is arranged in the step of arranging the via. It is preferable to arrange the vias so as to be arranged in the region.
本発明の前記ビアの配置方法において、前記ビアを配置する工程の際に、少なくとも半導体デバイスの端子がX方向及びY方向に等ピッチで配された端子配置領域内の所定の位置において前記端子に囲まれた中央に前記ビアを配置することが好ましい。 In the via arrangement method of the present invention, at the time of the step of arranging the via, at least a terminal of the semiconductor device is arranged on the terminal at a predetermined position in a terminal arrangement region in which the terminals are arranged at equal pitches in the X direction and the Y direction. It is preferable to arrange the via in the center of the circle.
本発明の前記ビアの配置方法において、前記ビアを配置する工程の際に、前記ビアの自動配置によって前記ビアがX方向に3個以上、かつ、Y方向にm個(m≧1)のアレイ状に並んで配置され、前記クリアランス同士がX方向に繋がってしまう場合、前記ビアをX方向に3個、かつ、Y方向にm個のユニットに区分し、1つのユニット内の前記ビアの何れかを移動して、X方向に2個、かつ、Y方向にm+1個のアレイ状に並び、かつ、X方向で連続性が途切れるように前記ビアを配置することが好ましい。 In the via arrangement method of the present invention, in the step of arranging the vias, an array of three or more vias in the X direction and m (m ≧ 1) in the Y direction by the automatic arrangement of the vias. When the clearances are connected in the X direction, the vias are divided into three units in the X direction and m units in the Y direction. It is preferable that the vias are arranged so that two are arranged in the X direction and m + 1 in the Y direction, and the continuity is interrupted in the X direction.
本発明の前記ビアの配置方法において、前記ビアを配置する工程の際に、前記ビアの自動配置によって前記ビアがY方向にn個(n≧2)のアレイ状に並んで配置され、前記クリアランス同士がY方向に繋がってしまう場合、多くともY方向には連続ビア数が3個となる制限をかけたユニットに区分し、前記ユニットのいずれかをY方向に移動して、Y方向で連続性が途切れるように前記ビアを配置することが好ましい。 In the via arrangement method of the present invention, in the step of arranging the vias, the vias are arranged in an array of n (n ≧ 2) in the Y direction by the automatic arrangement of the vias, and the clearance If they are connected to each other in the Y direction, at most, the unit is divided into units with a limit of 3 consecutive vias in the Y direction, and one of the units is moved in the Y direction, and is continuous in the Y direction. It is preferable to arrange the vias so that the characteristics are interrupted.
本発明の前記ビアの配置方法において、半導体デバイスの端子がX方向に信号系端子、電源系端子、信号系端子の順に並んでいる場合、前記ビアを配置する工程の際に、前記電源系端子が電源系配線及び電源系ビアを介して前記電源系パターンと電気的に接続され、かつ、前記クリアランス間の前記電源系パターンが配された領域内に前記電源系ビアが配されるように前記ビアを配置することが好ましい。 In the via arrangement method of the present invention, when the terminals of the semiconductor device are arranged in the order of the signal system terminal, the power supply system terminal, and the signal system terminal in the X direction, the power supply system terminal in the step of arranging the via Is electrically connected to the power supply system pattern via a power supply system wiring and a power supply system via, and the power supply system via is arranged in a region where the power supply system pattern is arranged between the clearances. It is preferable to arrange vias.
本発明の前記ビアの配置方法において、半導体デバイスの端子がX方向に信号系端子、ダミー端子、信号系端子の順に並んでいる場合、前記ビアを配置する工程の際に、前記ダミー端子を前記信号配線層及び前記電源系プレーンに電気的に接続されず、かつ、前記クリアランス間の前記電源系パターンが配された領域内に他のビアが配されないように前記ビアを配置することが好ましい。 In the via arrangement method of the present invention, when the terminals of the semiconductor device are arranged in the order of the signal system terminal, the dummy terminal, and the signal system terminal in the X direction, the dummy terminal is inserted into the via in the step of arranging the via. Preferably, the vias are arranged so that no other vias are arranged in a region where the power supply system pattern between the signal wiring layer and the power supply system plane is not electrically connected and between the clearances.
本発明の前記ビアの配置方法において、前記ビアを配置する工程の際に、半導体デバイスの最外周の端子のうち、前記信号配線層の第1信号配線を介して前記ビアと電気的に接続される第1端子と、内周側から引き出された前記信号配線層の第2信号配線と電気的に接続される第2端子と、が交互に並ぶように前記ビアを配置することが好ましい。 In the via arrangement method of the present invention, during the step of arranging the via, the via is electrically connected to the via via the first signal wiring of the signal wiring layer among the outermost terminals of the semiconductor device. Preferably, the vias are arranged so that the first terminal and the second terminal electrically connected to the second signal wiring of the signal wiring layer drawn out from the inner periphery side are alternately arranged.
本発明の第2の視点においては、配線基板の製造方法において、前記ビアの配置方法に従いビアを形成する工程を含むことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the method for manufacturing a wiring board includes a step of forming vias according to the via arrangement method.
本発明によれば、半導体デバイスの端子配置に依存せず、アレイ状に並んだ任意の端子からの配線及びビアの配置を最適化することができる。また、配線に必要となったビアの一部を決まったルールに従って故意に移動させることで、電源系パターンに十分に幅広となるパターン幅が確保され、リファレンスプレーンとしての信号電流に対するリターン電流の迂回経路の最小化と、電源系パターンのインピーダンスの低減化とを同時に実現できる。 According to the present invention, it is possible to optimize the arrangement of wiring and vias from arbitrary terminals arranged in an array without depending on the terminal arrangement of the semiconductor device. In addition, by deliberately moving a part of the vias required for wiring according to a predetermined rule, a sufficiently wide pattern width is secured in the power supply system pattern, and the return current is bypassed for the signal current as the reference plane It is possible to simultaneously realize the minimization of the path and the reduction of the impedance of the power supply system pattern.
(実施形態1)
本発明の実施形態1に係るビアの配置方法について比較例と対比しながら説明する。図1は、本発明の実施形態1に係るビアの配置方法で形成された配線基板の配線パターンの一例を模式的に示した部分平面図である。図2は、比較例1に係るビアの配置方法で形成された配線基板の配線パターンの一例を模式的に示した部分平面図である。
(Embodiment 1)
The via arrangement method according to the first embodiment of the present invention will be described in comparison with a comparative example. FIG. 1 is a partial plan view schematically showing an example of a wiring pattern of a wiring board formed by a via arrangement method according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a partial plan view schematically showing an example of a wiring pattern of a wiring board formed by the via arrangement method according to Comparative Example 1.
なお、ここでは、便宜上、端子アレイが並んだ状態のある決まった一定方向をX方向と定義し、それに直交する方向をY方向と定義することにする。また、各図面で示されている配線は、ビアの配置方法に対して半導体デバイスの端子からの配線が可能であるということを確認した一例である。また、ここでは、配線基板にアレイ状に配置された端子を有する半導体デバイスを搭載した場合における必要な最低限の部分のみについて述べている。さらに、半導体デバイスの端子配置や基板設計における配線方針に応じて、端子直近に配置されるビアも変化するため、必ずしもここで述べているビアの配置が全てを言い表しているわけではないので、以下の実施形態はビアを配置するときの一例を述べたものに過ぎない。 Here, for the sake of convenience, a certain fixed direction in which the terminal arrays are arranged is defined as the X direction, and a direction orthogonal to the defined direction is defined as the Y direction. Further, the wiring shown in each drawing is an example in which it is confirmed that wiring from the terminal of the semiconductor device is possible with respect to the via arrangement method. Here, only the minimum necessary part when a semiconductor device having terminals arranged in an array is mounted on a wiring board is described. Furthermore, depending on the terminal layout of the semiconductor device and the wiring policy in the board design, the vias arranged closest to the terminals also change, so the via arrangement described here does not necessarily represent all, so the following This embodiment is merely an example when placing vias.
ビアの配置方法の対象となる配線基板は、図10のように、半導体デバイス(101)を表面実装するための配線基板(108)である。配線基板(108)は、導体よりなる電源系パターン(106)上に誘電体層(107)を介して導体よりなる信号配線(103)を有し、信号配線(103)と接続されるとともに電源系パターン(106)を貫通するビア(104)を有し、電源系パターン(106)とビア(104)が繋がらないようにするためビア(104)の周囲にクリアランス(105)が設けられている。なお、実施形態1では、図1のようにクリアランス5の領域内に複数のビア4が配される。ビア4は、半導体デバイスの端子2がX方向及びY方向に等ピッチで配された端子配置領域内において端子2に囲まれた中央の所定の位置に1個配置され、端子配置領域の周囲においてX方向及びY方向のそれぞれに半ピッチずれた所定の位置に1個配置される。信号配線3は、ビア4から対応する半導体デバイスの端子2までのクリアランス5の領域上に配置されることがあるが、クリアランス5の領域上を横断しないように配置される。
As shown in FIG. 10, the wiring board that is the target of the via placement method is the wiring board (108) for surface mounting the semiconductor device (101). The wiring board (108) has a signal wiring (103) made of a conductor via a dielectric layer (107) on a power supply system pattern (106) made of a conductor, and is connected to the signal wiring (103) and also has a power supply. There is a via (104) that penetrates the system pattern (106), and a clearance (105) is provided around the via (104) so that the power system pattern (106) and the via (104) are not connected. . In the first embodiment, a plurality of
実施形態1に係るビアの配置方法では、端子配置領域においてビア4の配置が必要となる場合であって、配線設計用のコンピュータ装置で信号配線3及びビア4を自動配置する際に、端子配置領域においてX方向に3個以上、かつ、Y方向にm個(m≧1)のアレイ状に並んだビア4群が配置され、ビア4のクリアランス5同士がX方向に繋がってしまうことになる場合、X方向に3個、かつ、Y方向にm個のユニットに区切り、1つのユニット内のビア4の何れかを端子配置領域の周囲に移動して、X方向に2個、かつ、Y方向にm+1個のアレイ状に並ぶようにビア4を配置し、かつ、ビア4の連続がX方向で途切れた形状とする。
In the via arrangement method according to the first embodiment, it is necessary to arrange the via 4 in the terminal arrangement area. When the
例えば、配線設計用のコンピュータ装置での自動配線設計の際に、図2のように半導体デバイスの端子2の配線接続で用いるビア4がX方向に連続して配置され、かつ、ビア4のクリアランス5同士がX方向に繋がってしまうことになる場合、X方向に3個、かつ、Y方向に2個のユニットに区切り、図1のように一部のビア4の配置を端子配置領域の周囲に移動し、X方向に連続して配置されるビア4を2個分、かつ、Y方向に連続して配置されるビア4を3個分になるように配置し、X方向にビア4の連続が一旦途切れるようにする。つまり、X方向に3個、かつ、Y方向に2個のアレイ状に並んだビア群の配置を、一部のビア4の配置移動によってX方向に2個、かつ、Y方向に3個に連続したビア4群に変更し、クリアランス5間にある電源系パターン6のX方向の幅を、ビア4の連続数の差分となる1個分(ビア4の1ピッチ分)にあたる幅Lとなるように形成する。
For example, when automatic wiring design is performed by a computer device for wiring design, vias 4 used for wiring connection of
(実施形態2)
本発明の実施形態2に係るビアの配置方法について比較例と対比しながら説明する。図3は、本発明の実施形態2に係るビアの配置方法で形成された配線基板の配線パターンの一例を模式的に示した部分平面図である。図4は、比較例2に係るビアの配置方法で形成された配線基板の配線パターンの一例を模式的に示した部分平面図である。
(Embodiment 2)
A via arrangement method according to
実施形態2に係るビアの配置方法では、端子配置領域及びその周囲においてビア4の配置が必要となる場合であって、配線設計用のコンピュータ装置で信号配線3及びビア4を自動配置する際に、実施形態1に係るビアの配置方法を適用すると、図4のように半導体デバイスの端子2のY方向の個数が多くなった場合には、ビア4がY方向にも連続して配置され、ビア4のクリアランス5同士がY方向に繋がってしまい、X方向の電源系パターン6の結びつきが弱くなることがある。このようにY方向にn個(n≧2)のアレイ状に並んだビア4の配置になった場合には、多くともY方向には連続ビア数が3個となる制限をかけたユニットに区切り、区切られた一方のユニット(端子配置領域の周囲寄りのユニット)をさらにY方向に1ピッチ分移動して、ビア4の連続がY方向にも途切れた形状とする。
In the via arrangement method according to the second embodiment, it is necessary to arrange the
例えば、配線設計用のコンピュータ装置での自動配線設計の際に、図4のように半導体デバイスの端子2の配線接続で用いるビア4がY方向に連続して配置され、かつ、ビア4のクリアランス5同士がY方向に繋がってしまうことになる場合、図3のようにY方向の連続ビア数が3個になるように2つのユニットに区切り、区切られた端子配置領域の周囲寄りのユニットをさらに1ピッチ分Y方向に配置をシフト移動し、クリアランス5間にある電源系パターン6のY方向の幅を、ビア4の1ピッチ分にあたる幅Lとなるように形成する。
For example, when automatic wiring design is performed by a computer device for wiring design, vias 4 used for wiring connection of
(実施形態3)
本発明の実施形態3に係るビアの配置方法について図面を用いて説明する。図5は、本発明の実施形態3に係るビアの配置方法で形成された配線基板の配線パターンの一例を模式的に示した部分平面図である。図6は、本発明の実施形態3に係るビアの配置方法で形成された配線基板の配線パターンの一例を模式的に示した部分平面図であり、(A)は電源系ビアを斜めに配置した場合、(B)は電源系ビアをY方向に並べて配置した場合である。なお、図6では電源パターン上の配線層と半導体デバイスの端子を省略している。
(Embodiment 3)
A via arrangement method according to
実施形態3に係るビアの配置方法では、実施形態1、2の配線基板における電源系パターンのリターン電流経路を拡充するために、図5のように半導体デバイスの端子がX方向に信号系端子2、電源系端子10、信号系端子2の順に並んでいる場合には、配線設計用のコンピュータ装置で信号配線3、電源系配線13、電源系ビア11及び信号ビア4を自動配置する際に、電源系端子10を電源系配線13及び電源系ビア11を介して電源系パターン6と電気的に接続されるようにする。これにより、ビア4が連続して配置されないので、そのクリアランス5同士が繋がることが免れる。つまり、電源系端子10が配置された位置に対する電源系ビア11の周囲には、電位的に一致する電源系パターン6に対してクリアランスが存在しないため、電源系ビア11の周囲に電源系パターン6が残り、隣接する信号ビア4のクリアランス5とは繋がらない。
In the via arrangement method according to the third embodiment, in order to expand the return current path of the power supply system pattern in the wiring board of the first and second embodiments, the terminals of the semiconductor device are arranged in the X direction as shown in FIG. When the
また、例えば、ビア4のアレイが2行分存在する場合、半導体デバイスの端子の第1行目及び第2行目がX方向に信号系端子、電源系端子、信号系端子の順に並んでいる場合であって、2つの電源系端子に対応する電源系ビア11が斜めに配置され、両方の電源系ビア11と電源系パターン6の全てが同じ極性(電源かGND)である場合には、配線設計用のコンピュータ装置で信号配線、電源系配線、電源系ビア11及び信号ビア4を自動配置する際に、電源系端子を電源系配線及び電源系ビア11を介して電源系パターン6と電気的に接続されるようにする(図6(A)参照)。これにより、電源系ビア11の周囲に電源系パターン6が残り、隣接する信号ビア4のクリアランス5a、5bとは繋がらない。
Further, for example, when there are two rows of via 4 arrays, the first row and the second row of the terminals of the semiconductor device are arranged in the X direction in the order of signal system terminals, power system terminals, and signal system terminals. In the case where the
また、ビア4のアレイが2行分存在する場合、半導体デバイスの端子の第1行目及び第2行目がX方向に信号系端子、電源系端子、信号系端子の順に並んでいる場合であって、2つの電源系端子に対応する電源系ビア11がY方向に並べて配置され、両方の電源系ビア11と電源系パターン6の全てが同じ極性(電源かGND)である場合には、配線設計用のコンピュータ装置で信号配線、電源系配線、電源系ビア11及び信号ビア4を自動配置する際に、電源系端子を電源系配線及び電源系ビア11を介して電源系パターン6と電気的に接続されるようにする(図6(B)参照)。これにより、電源系ビア11の周囲に電源系パターン6が残り、隣接する信号ビア4のクリアランス5a、5bとは繋がらない。なお、図6(B)のように電源系ビア11がY方向に並べて配置されている場合の方が、図6(A)のように電源系ビア11を斜めに配置されている場合よりも、クリアランス5a、5b間の電源系パターン6の幅が太くなるので、図6(B)の方が配置的にはよい。
Also, when there are two rows of via 4 arrays, the first row and the second row of the semiconductor device terminals are arranged in the X direction in the order of signal system terminals, power supply system terminals, and signal system terminals. If the
(実施形態4)
本発明の実施形態4に係るビアの配置方法について図面を用いて説明する。図7は、本発明の実施形態4に係るビアの配置方法で形成された配線基板の配線パターンの一例を模式的に示した部分平面図である。図8は、本発明の実施形態4に係るビアの配置方法で形成された配線基板の配線パターンの一例を模式的に示した部分平面図であり、(A)は半導体デバイスのダミー端子が斜めに配置されている場合、(B)は半導体デバイスのダミー端子がY方向に並んで配置されている場合である。なお、図8では電源パターン上の配線層と半導体デバイスの端子を省略している。
(Embodiment 4)
A via arrangement method according to
実施形態4に係るビアの配置方法では、実施形態1、2の配線基板における電源系パターンのリターン電流経路を拡充するために、図7のように半導体デバイスの端子がX方向に信号系端子2、ダミー端子12(配線基板の何れにも電気的に接続されない空き端子)、信号系端子2の順に並んでいる場合には、配線設計用のコンピュータ装置で信号配線3及び信号ビア4を自動配置する際に、ダミー端子12を配線基板の何れにも電気的に接続されないようにする。これにより、ビア4が連続して配置されないので、そのクリアランス5同士が繋がることが免れる。つまり、ダミー端子12に対して配線やビアが必要でなくクリアランスが存在しないため、クリアランス5間に電源系パターン6が残り、隣接する信号ビア4のクリアランス5とは繋がらない。
In the via arrangement method according to the fourth embodiment, in order to expand the return current path of the power supply system pattern in the wiring boards of the first and second embodiments, the terminals of the semiconductor device are arranged in the X direction as shown in FIG. When the dummy terminals 12 (empty terminals not electrically connected to any of the wiring boards) and the
また、例えば、ビア4のアレイが2行分存在する場合、半導体デバイスの端子の第1行目及び第2行目がX方向に信号系端子、ダミー端子、信号系端子の順に並んでいる場合であって、2つのダミー端子が斜めに配置されている場合には、配線設計用のコンピュータ装置で信号配線及び信号ビア4を自動配置する際に、ダミー端子を配線基板の何れにも電気的に接続されないようにする(図8(A)参照)。これにより、ダミー端子に対応する部分に電源系パターン6が残り、隣接する信号ビア4のクリアランス5a、5bとは繋がらない。
For example, when there are two rows of via 4 arrays, the first row and the second row of the semiconductor device terminals are arranged in the order of the signal system terminals, dummy terminals, and signal system terminals in the X direction. In the case where the two dummy terminals are arranged obliquely, the dummy terminal is electrically connected to any of the wiring boards when the signal wiring and the signal via 4 are automatically arranged by the computer device for wiring design. (See FIG. 8A). As a result, the power
また、ビア4のアレイが2行分存在する場合、半導体デバイスの端子の第1行目及び第2行目がX方向に信号系端子、ダミー端子、信号系端子の順に並んでいる場合であって、2つのダミー端子がY方向に並んで配置されている場合には、配線設計用のコンピュータ装置で信号配線及び信号ビア4を自動配置する際に、ダミー端子を配線基板の何れにも電気的に接続されないようにする(図8(B)参照)。これにより、ダミー端子に対応する部分に電源系パターン6が残り、隣接する信号ビア4のクリアランス5a、5bとは繋がらない。なお、ダミー端子がY方向に並んで配置されている場合の方が、ダミー端子が斜めに配置されている場合よりも、クリアランス5a、5b間の電源系パターン6の幅が太くなるので、図8(B)の方が配置的にはよい。
In addition, when two arrays of
(実施形態5)
本発明の実施形態5に係るビアの配置方法について図面を用いて説明する。図9は、本発明の実施形態5に係るビアの配置方法で形成された配線基板の配線パターンの一例を模式的に示した部分平面図である。
(Embodiment 5)
A via arrangement method according to
実施形態5に係るビアの配置方法では、実施形態1、2の配線基板における電源系パターンのリターン電流経路を拡充するために、配線設計用のコンピュータ装置で信号配線3a、3b及び信号ビア4を自動配置する際に、図9のように半導体デバイスの最外周の端子のうち、信号配線3aを介してビア4と電気的に接続される端子2aと、内周側から引き出された信号配線3bと電気的に接続される端子2bと、が交互に並ぶように信号配線3a、3b及び信号ビア4を配置する。これにより、ビア4が連続して配置されないので、そのクリアランス5同士が繋がることが免れる。これによって、半導体デバイスの端子2間の配線3bが1本という限定があっても、最外周の端子2aに対してビアを用いずにすみ、クリアランス5間に電源系パターン6が残り、隣接する信号ビア4のクリアランス5とは繋がらない。また、電源系パターン6上に信号配線3bが配されるので、信号配線3bがクリアランス5上を横切ることがない。
In the via arrangement method according to the fifth embodiment, in order to expand the return current path of the power supply system pattern in the wiring board of the first and second embodiments, the signal wirings 3a and 3b and the signal via 4 are connected by a computer device for wiring design. During automatic placement, as shown in FIG. 9, among the outermost terminals of the semiconductor device, the terminal 2a electrically connected to the via 4 via the signal wiring 3a, and the signal wiring 3b drawn from the inner peripheral side The signal wirings 3a and 3b and the
実施形態1−5によれば、以下のような効果を奏する。 According to Embodiment 1-5, there exist the following effects.
第1の効果は、電源系パターンがインピーダンスの低い理想といえる電源供給経路として与えられることである。その理由は、ビアの配置移動によって電源系パターンとして十分なパターン幅をX方向にもY方向にも確保しているからである。例えば、図17(B)に示すように、ビア104の千鳥配置の場合にはビア104の対角間隔(ピッチの√2倍)のクリアランス105間に電源系パターン106ができるが、実施形態1−5(図6(A)、図8(B)に関するものを除く)ではビアの2ピッチ間隔(図17(B)のW)のクリアランス間にそのパターンができるので、より広いパターン幅が確保できる(W>Nとなる)ことになり、特に、半導体デバイスの端子が狭ピッチとなったときでも本手法にメリットがある。
The first effect is that the power supply system pattern is provided as an ideal power supply path having a low impedance. The reason is that a sufficient pattern width as a power supply system pattern is secured in both the X direction and the Y direction by moving the vias. For example, as shown in FIG. 17B, in the case of the staggered arrangement of the
第2の効果は、信号電流に対するリターン電流の迂回が十分に小さくなった状態でその経路を確保できることにある。その理由は、ビアの連続数が最小限となるように配置することで、クリアランス間における電源系パターンがX方向にもY方向にも配置されるからである。このような電源系パターンの配置によりリファレンスプレーンとしての信号電流に対するリターン電流の迂回経路の最小化と、電源系パターンのインピーダンスの低減化とを同時に実現できる。 The second effect is that the path can be secured in a state where the return current bypassing the signal current is sufficiently small. The reason is that the power supply system pattern between the clearances is arranged in both the X direction and the Y direction by arranging the vias to be minimized. By such arrangement of the power supply system pattern, it is possible to simultaneously realize the minimization of the detour path of the return current with respect to the signal current as the reference plane and the reduction of the impedance of the power supply system pattern.
第3の効果は、周回形状に配置された端子を有する半導体デバイスを実装する場合でも、半導体デバイスの真下の領域に存在する電源系パターンが、その他の部分に存在する電源系パターンと切断されることなく、その接続が強化された状態となることである。その理由は、ビアを所定ユニットに集約して連続を回避した配置とすることで、クリアランス間に電源系パターンを残すようにしているためである。 The third effect is that even when a semiconductor device having terminals arranged in a circular shape is mounted, the power supply system pattern that exists in the region immediately below the semiconductor device is disconnected from the power supply system pattern that exists in other portions. Without being connected. This is because the power supply system pattern is left between the clearances by arranging the vias in a predetermined unit and avoiding continuity.
第4の効果は、半導体デバイスの端子配置を検討する際に、その後工程となりがちな基板設計のことを考えることなく、自由に検討できることである。つまり、半導体デバイスの端子配置に依存せず、アレイ状に並んだ任意の端子からの配線及びビアの配置を最適化することができる。その理由は、半導体デバイスの全ての端子からビアを介して端子間に1本で配線することができるようにビアの配置を工夫しているからである。 The fourth effect is that when examining the terminal arrangement of a semiconductor device, it can be freely examined without considering the substrate design that tends to be a subsequent process. That is, the arrangement of wirings and vias from arbitrary terminals arranged in an array can be optimized without depending on the terminal arrangement of the semiconductor device. The reason is that the arrangement of vias is devised so that wiring can be made between all terminals of the semiconductor device via the vias.
第5の効果は、基板作成にかかるコストを削減できることにある。その理由は、基本的な積層基板や貫通ビアを用いても、基板特性を損なうことなくその配線を実現できるからである。なお、半導体デバイスの端子の直近にビアが配置されるのを嫌ってパッドオンビアを用いたり、ビルドアップ基板でブラインドビアを利用して、ビアの周囲のクリアランスが電源系パターンに影響しないようにしたりする必要はない。 The fifth effect is that the cost for substrate production can be reduced. The reason is that even if a basic laminated substrate or through via is used, the wiring can be realized without impairing the substrate characteristics. Use pad-on vias to avoid placing vias close to semiconductor device terminals, or use blind vias on build-up boards to prevent clearances around vias from affecting power system patterns. There is no need.
第6の効果は、基板設計の工数を削減できることにある。その理由は、尖ったパターンの丸め込みなどによって電源系パターンが弱くなっている部分を把握して、電源系パターンの補強として橋渡しパターン(図18の109)を入れることに費やす時間を割かなくともよく、どんな場合でも行う必要があるビアの配置で問題を解決しているからである。なお、実施形態1−5では、橋渡しパターンよりも太くて強い電源系パターンが確保できる。 The sixth effect is that the number of man-hours for board design can be reduced. The reason for this is that it is not necessary to grasp the portion where the power supply system pattern is weakened due to rounding of a sharp pattern and to spend time for inserting a bridging pattern (109 in FIG. 18) as a reinforcement of the power supply system pattern. This is because it solves the problem with the placement of vias that need to be done in any case. In Embodiment 1-5, a power system pattern that is thicker and stronger than the bridging pattern can be secured.
第7の効果は、実装される半導体デバイスの端子間の配線本数が1本になってもその接続は可能になることである。 The seventh effect is that the connection is possible even if the number of wirings between the terminals of the mounted semiconductor device becomes one.
2、2a、2b、102 端子
3、3a、3b、103 配線(信号配線)
4、104、104a、104b ビア(信号ビア)
5、5a、5b、105、105a、105b クリアランス
6、106、106a、106b 電源系パターン(電源パターン、GNDパターン)
7、107 誘電体層
10 電源系端子(電源端子、GND端子)
11 電源系ビア
12 空き端子(ダミー端子)
13 電源系配線(電源配線、GND配線)
101 半導体デバイス
108 配線基板
109 電源系の橋渡しパターン
X 周回形状を持つ端子の場合は、列方向
Y 周回形状を持つ端子の場合は、周方向(行方向)
F 周回形状を持つ端子の場合は、周方向の外周側
B 周回形状を持つ端子の場合は、周方向の内周側
IS 信号電流経路
IR リターン電流経路
ST 橋渡しパターンによる電源系強化領域
NR 電源系強化未処理領域
N ビアの千鳥配置によるクリアランス間距離
W ビアの2ピッチ配置によるクリアランス間距離
2, 2a, 2b, 102
4, 104, 104a, 104b Via (signal via)
5, 5a, 5b, 105, 105a, 105b
7, 107
11 Power supply via 12 Empty terminal (dummy terminal)
13 Power supply wiring (power supply wiring, GND wiring)
101
F In the case of a terminal having a circular shape, the outer peripheral side in the circumferential direction B In the case of a terminal having a circular shape, the inner peripheral side in the circumferential direction IS signal current path IR return current path ST Power supply system reinforcement region by bridging pattern NR Power supply system Reinforced unprocessed area N Clearance distance by staggered via arrangement W Clearance distance by via pitch arrangement
Claims (9)
前記ビアを配置する工程の際に、前記ビアの周囲のクリアランスを予め決められた個数で連続させたクリアランス領域に区分し、隣り合う前記クリアランス領域間に所定幅の前記電源系パターンが連続して配置されるように前記ビアを配置することを特徴とするビアの配置方法。 A method of arranging vias provided in a power supply system pattern facing a signal wiring layer and a dielectric layer,
In the step of arranging the vias, the clearance around the vias is divided into clearance regions that are continuously arranged in a predetermined number, and the power supply system pattern having a predetermined width is continuously provided between the adjacent clearance regions. A method for arranging vias, wherein the vias are arranged so as to be arranged.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007063717A JP2008227168A (en) | 2007-03-13 | 2007-03-13 | Method for arranging via, and method for manufacturing wiring substrate |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014107298A (en) * | 2012-11-22 | 2014-06-09 | Canon Inc | Printed wiring board and printed circuit board |
-
2007
- 2007-03-13 JP JP2007063717A patent/JP2008227168A/en not_active Withdrawn
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