JP2015012168A - Printed circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント配線板に半導体装置を実装したプリント回路板に関する。 The present invention relates to a printed circuit board in which a semiconductor device is mounted on a printed wiring board.
半導体集積回路(Large-Scale Integration:LSI)等の半導体装置は、プリント配線板に実装されており、プリント配線板の電源導体とグラウンド導体を通して、電力が供給されて動作する。 A semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit (Large-Scale Integration: LSI) is mounted on a printed wiring board, and operates by being supplied with power through a power supply conductor and a ground conductor of the printed wiring board.
LSI内のトランジスタのスイッチング動作によって、電源導体とグラウンド導体に瞬時的に電流が発生する。電源導体及びグラウンド導体の寄生インダクタンス成分とLSI動作時の瞬時的な電流との積により、LSIの電源端子−グラウンド端子間に電位変動(電源ノイズ)が発生する。 Due to the switching operation of the transistors in the LSI, current is instantaneously generated in the power supply conductor and the ground conductor. Due to the product of the parasitic inductance components of the power supply conductor and ground conductor and the instantaneous current during LSI operation, potential fluctuation (power supply noise) occurs between the power supply terminal and the ground terminal of the LSI.
この電源ノイズによって、LSIの入出力回路に配置されているトランジスタの出力特性が不安定となり、信号配線を伝搬するデジタル信号の遅延時間が変動してタイミングエラーが発生する。 Due to the power supply noise, the output characteristics of the transistors arranged in the input / output circuit of the LSI become unstable, the delay time of the digital signal propagating through the signal wiring fluctuates, and a timing error occurs.
タイミングエラーを解消するためには、電源導体とグラウンド導体との給電インダクタンス(LSIからバイパスコンデンサまでのインダクタンス)を低減させ、電源ノイズの低減を図ればよい。しかし、電源導体及びグラウンド導体の給電インダクタンスを低減させると、LSIの動作で発生した電源ノイズが基幹電源配線へ伝搬し易くなる。電源ノイズが基幹電源配線へ伝搬すると、他のLSIの動作不良やEMI(Electro Magnetic Interference)の原因になる場合がある。 In order to eliminate the timing error, the power supply noise (inductance from the LSI to the bypass capacitor) between the power supply conductor and the ground conductor can be reduced to reduce power supply noise. However, if the power supply inductance of the power supply conductor and the ground conductor is reduced, the power supply noise generated by the operation of the LSI is easily propagated to the main power supply wiring. If power supply noise propagates to the main power supply wiring, it may cause malfunction of other LSIs or EMI (Electro Magnetic Interference).
そこで、従来、LSIに接続される電源導体及びグラウンド導体の給電インダクタンスを低減しつつ、ノイズ伝搬経路のインダクタンス(バイパスコンデンサから基幹電源までのインダクタンス)を増大させるデカップリングが行われてきた。例えば、特許文献1では、LSIとバイパスコンデンサとの間を低インダクタンスになるように接続する一方で、バイパスコンデンサと基幹電源パターンとの接続を、別の電源ヴィア導体を介して接続している。このような構造にすることでバイパスコンデンサ−基幹電源導体パターン間のインダクタンスを上げ、給電インダクタンスの低減とデカップリングを両立している。
Therefore, conventionally, decoupling has been performed that increases the inductance of the noise propagation path (inductance from the bypass capacitor to the main power supply) while reducing the power supply inductance of the power supply conductor and the ground conductor connected to the LSI. For example, in
しかしながら、上記特許文献1に記載の従来例では、LSIとバイパスコンデンサとの接続の他に、別の電源ヴィア導体が必要とされるため、デカップリング構造のために、バイパスコンデンサの設置面積よりも多くの面積が必要になるという問題があった。その結果、プリント配線板の面積を大きくする必要があった。
However, the conventional example described in
そこで、本発明は、プリント配線板の面積の増大させることなく、デカップリングのためのインダクタンスを増大させることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to increase the inductance for decoupling without increasing the area of the printed wiring board.
本発明のプリント回路板は、信号端子、電源端子及びグラウンド端子を有する半導体装置と、前記半導体装置が実装された第1導体層、前記電源端子に電源ヴィア導体を介して接続される電源導体パターンが配置された第2導体層、及び前記グラウンド端子にグラウンドヴィア導体を介して接続されるグラウンド導体パターンが配置された第3導体層が、絶縁体層を介して積層されたプリント配線板と、を備え、前記電源導体パターンには、前記半導体装置を前記第2導体層に投影したときの投影領域内に第1スリットが形成され、前記グラウンド導体パターンには、前記第1スリットを前記第3導体層に投影した投影像に交差するように第2スリットが形成されていることを特徴とする。 A printed circuit board according to the present invention includes a semiconductor device having a signal terminal, a power supply terminal, and a ground terminal, a first conductor layer on which the semiconductor device is mounted, and a power supply conductor pattern connected to the power supply terminal via a power via conductor. A printed wiring board in which a second conductor layer is disposed, and a third conductor layer in which a ground conductor pattern connected to the ground terminal via a ground via conductor is laminated via an insulator layer; The power supply conductor pattern has a first slit formed in a projection region when the semiconductor device is projected onto the second conductor layer, and the ground conductor pattern has the first slit formed in the third slit. A second slit is formed so as to intersect the projected image projected on the conductor layer.
本発明によれば、プリント配線板の面積の増大を招くことなくデカップリングのためのインダクタンスを増大させ、電源ノイズの伝搬を抑制することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to increase the inductance for decoupling without increasing the area of the printed wiring board and to suppress the propagation of power supply noise.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。図1(a)は、プリント回路板の断面図、図1(b)は、プリント回路板の半導体装置、並びにプリント配線板の第2導体層及び第3導体層を示す斜視図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a printed circuit board according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view of a printed circuit board, and FIG. 1B is a perspective view showing a semiconductor device of the printed circuit board, and second and third conductor layers of the printed wiring board.
プリント回路板100は、マザーボードであるプリント配線板200と、プリント配線板200に実装された半導体装置である半導体パッケージ300と、を備えている。また、プリント回路板100は、プリント配線板200に実装された、電源である電源回路400及びバイパスコンデンサ500を備えている。
The printed
プリント配線板200は、複数の導体層201,202,203,204が絶縁体層205,206,207を介して積層されて構成された多層基板であり、本第1実施形態では、4層基板である。導体層(第1導体層)201は、一方の表層であり、導体層204は、一方の表層とは反対側の他方の表層であり、導体層(第3導体層)202及び導体層(第2導体層)203は、これら一対の導体層201,204に挟まれて配置された内層である。
The printed
半導体パッケージ300及び電源回路400は、導体層201に実装され、バイパスコンデンサ500は、導体層204に実装されている。
The
また、半導体パッケージ300は、1つ以上の電源端子301、1つ以上のグラウンド端子302、及び複数の信号端子303を有している。これら端子301,302,303は、本第1実施形態では、半田ボールで構成されている。なお、本第1実施形態の半導体パッケージ300は、BGA型(Ball Grid Array)の半導体パッケージであり、複数の電源端子301、複数のグラウンド端子302、複数の信号端子303を有している。これら信号端子303は、デジタル信号を送信する送信端子又はデジタル信号を受信する受信端子である。そして、これら端子301,302,303は、アレイ状(より具体的には正方格子状)に配列されている。
The
本第1実施形態では、半導体パッケージ300において、複数の電源端子301及び複数のグラウンド端子302が互いに間隔をあけて正方形状に配列されて端子群305を構成している。そして、複数の信号端子303が、端子群305を囲うように、端子群305の外周に沿って互いに間隔をあけて配置されている。
In the first embodiment, in the
電源回路400は、直流電源回路であり、電源端子401及びグラウンド端子402を有し、外部からの電源供給により、半導体パッケージ300の動作に必要な直流電圧を電源端子401及びグラウンド端子402から出力するものである。
The
プリント配線板200は、導体層203に配置された電源導体パターン211と、導体層202に配置されたグラウンド導体パターン212と、を有している。電源導体パターン211は、絶縁体層206を介してグラウンド導体パターン212に対向するように配置されている。本実施形態では、グラウンド導体パターン212は、電源導体パターン211よりも大面積であり、電源導体パターン211は、半導体パッケージ300の投影領域から電源回路400の投影領域まで延びて形成されている。
The printed
図2は、プリント配線板の各導体層の一部を示す平面図である。図2(a)は、プリント配線板の第1導体層の一部を示す平面図、図2(b)は、プリント配線板の第3導体層の一部を示す平面図、図2(c)は、プリント配線板の第2導体層の一部を示す平面図である。 FIG. 2 is a plan view showing a part of each conductor layer of the printed wiring board. 2A is a plan view showing a part of the first conductor layer of the printed wiring board, FIG. 2B is a plan view showing a part of the third conductor layer of the printed wiring board, and FIG. ) Is a plan view showing a part of the second conductor layer of the printed wiring board.
図2(a)に示すように、プリント配線板200は、半導体パッケージ300の電源端子301が接合される電源パッド213、及び半導体パッケージ300のグラウンド端子302が接合されるグラウンドパッド214を有している。
As shown in FIG. 2A, the printed
本実施形態では、直線状に配列された複数の電源端子301と、直線状に配列された複数のグラウンド端子302とが、電源端子301又はグラウンド端子302の配列方向と直交する方向に交互に配列されている。
In the present embodiment, a plurality of
なお、電源パッド213は各電源端子301に対向するように電源端子301と同数配置されており、グラウンドパッド214は各グラウンド端子302に対向するようにグラウンド端子302と同数配置されている。したがって、これら電源パッド213及びグラウンドパッド214は、電源端子301及びグラウンド端子302と同じ配列である。
The
これら電源パッド213(電源端子301)の近傍には、プリント配線板200を貫通する第1スルーホール(貫通ヴィア)であるスルーホール221が複数形成されている。そして、各スルーホール221には、電源端子301と電源導体パターン211とを電気的に接続する電源ヴィア導体231が配置されている。
A plurality of through
同様に、これらグラウンドパッド214(グラウンド端子302)の近傍には、プリント配線板200を貫通する第2スルーホール(貫通ヴィア)であるスルーホール222が複数形成されている。そして、各スルーホール222には、グラウンド端子302とグラウンド導体パターン212とを電気的に接続するグラウンドヴィア導体232が配置されている。
Similarly, a plurality of through
つまり、プリント配線板200は、各スルーホール221に配置された電源ヴィア導体231、各スルーホール222に配置されたグラウンドヴィア導体232を複数有している。これらヴィア導体231,232は、図2においてスルーホール221,222が中空となるように形成されているが、スルーホール221,222内で中実となるように形成されていてもよい。
That is, the printed
ここで、電源端子301(電源パッド213)の数と電源ヴィア導体231との数とが1対1で対応していなくてもよく、複数(例えば2つ)の電源端子301(電源パッド213)に1つの電源ヴィア導体231が接続されていてもよい。同様に、グラウンド端子302の数とグラウンドヴィア導体232との数とが1対1で対応していなくてもよく、複数(例えば2つ)のグラウンド端子302(グラウンドパッド214)に1つのグラウンドヴィア導体232が接続されていてもよい。
Here, the number of power supply terminals 301 (power supply pads 213) and the number of power supply via
本実施形態では、導体層204に実装されたバイパスコンデンサ500は、一端が電源ヴィア導体231、他端がグラウンドヴィア導体232に電気的に接続されている。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、電源回路400は、図1(a)に示すように、電源端子401が電源ヴィア導体241を介して導体層203の電源導体パターン211に電気的に接続されている。また、グラウンド端子402がグラウンドヴィア導体242を介して導体層202のグラウンド導体パターン212に電気的に接続されている。
In the present embodiment, in the
以上の構成により、電源回路400の電源端子401は、電源ヴィア導体241、電源導体パターン211、電源ヴィア導体231、電源パッド213等を介して半導体パッケージ300の電源端子301に電気的に接続されている。また電源回路400のグラウンド端子402は、グラウンドヴィア導体242、グラウンド導体パターン212、グラウンドヴィア導体232、グラウンドパッド214等を介して半導体パッケージ300のグラウンド端子302に電気的に接続されている。これにより、半導体パッケージ300の電源端子301及びグラウンド端子302間に半導体パッケージ300内の半導体素子の動作に必要な直流電圧が印加される。
With the above configuration, the
なお、図1(b)に示すように、プリント配線板200は、半導体パッケージ300の信号端子303に電気的に接続される信号ヴィア導体233を複数有している。そして、複数の電源ヴィア導体231及び複数のグラウンドヴィア導体232からなるヴィア導体群の外周に複数の信号ヴィア導体233が互いに間隔をあけて配置されている。
As shown in FIG. 1B, the printed
電源導体パターン211には、第1スリットであるスリット(欠損)251が複数形成されている。これら複数のスリット251は、半導体パッケージ300、即ち半導体パッケージ300の端子群305を囲む領域を導体層203に導体層201〜204の積層方向に投影したときの投影領域内(図1(b)中、投影領域R1内)に形成されている。これら複数のスリット251は、互いに交差しないように形成され、本実施形態では、互いに平行に形成されている。
The power
また、グラウンド導体パターン212には、図2(b)に示すように、スリット251を導体層202に積層方向に投影した投影像R251に交差するように、第2スリットであるスリット(欠損)252が複数形成されている。これら複数のスリット252は、半導体パッケージ300、即ち半導体パッケージ300の端子群305を囲む領域を導体層202に積層方向に投影したときの投影領域内(図1(b)中、投影領域R2内)に形成されている。これら複数のスリット252は、互いに交差しないように形成され、本実施形態では、互いに平行に形成されている。
Further, in the
スリット251,252によって導体パターン211,212におけるデカップリング用のインダクタンス(電源インダクタンス)を増大させる原理について、図3を用いて説明する。
The principle of increasing the decoupling inductance (power supply inductance) in the
図3は、電源電流I1及びグラウンド電流I2の流れる方向を説明するための図であり、図3(a)は比較例としてスリット251,252がない場合、図3(b)は、本第1実施形態のスリット251,252がある場合を示している。
FIG. 3 is a diagram for explaining the flow direction of the power supply current I 1 and the ground current I 2. FIG. 3A shows a comparative example when there are no
比較例(図3(a))における電源導体パターン211及びグラウンド導体パターン212間のループインダクタンスLloopを考えた場合、電源電流I1とグラウンド電流I2が逆向きに対向して流れる。そのため、以下の式(1)でLloopを考えることができる。
Lloop=LD+LG−2×M 式(1)
Comparative Example Considering the loop inductance L loop between the power
L loop = L D + L G −2 × M Formula (1)
LDとLGは、それぞれ電源導体パターン211、グラウンド導体パターン212の自己インダクタンスであり、Mは電源導体パターン211とグラウンド導体パターン212との間に発生する相互インダクタンスである。
L D and L G are self-inductances of the power
次に、本第1実施形態(図3(b))における電源導体パターン211及びグラウンド導体パターン212間のループインダクタンスLloop’を考える。LD’とLG’をそれぞれ電源導体パターン211、グラウンド導体パターン212の自己インダクタンス、M’を電源導体パターン211とグラウンド導体パターン212との間に発生する相互インダクタンスとする。ループインダクタンスLloop’は以下の式(2)となる。
Lloop’=LD’+LG’−2×M’ 式(2)
Next, consider the loop inductance L loop ′ between the power
L loop '= L D' + L G '-2 × M' (2)
ここで、式(1)と式(2)で表わされるインダクタンスの大小関係を考える。 Here, the magnitude relationship between the inductances expressed by the equations (1) and (2) is considered.
図3(b)では、電源電流I1を妨げない方向に電源導体パターン211にスリット251が形成されているため、LD’とLDの関係は、以下の式(3)と考えることができる。
LD’≒LD 式(3)
In FIG. 3 (b), since the
L D '≒ L D (3)
一方、スリット252は、スリット251の投影像R251と直交するようにグラウンド導体パターン212に形成されている。そのため、グラウンド電流I2は、グラウンド導体パターン212のスリット252を迂回し、電流経路が長くなる。従って、LGとLG’を比較した場合、以下の式(4)の関係となる。
LG’>LG 式(4)
On the other hand, the
L G '> L G formula (4)
また、グラウンド導体パターン212のスリット252を迂回した電流と電源導体パターン211の電流とが直交する領域では、相互インダクタンスが発生しない。そのため、MとM’を比較した場合、式(5)の関係となる。
M>M’ 式(5)
Further, mutual inductance does not occur in a region where the current bypassing the
M> M ′ Formula (5)
以上から、Lloop’とLloopとの大小関係は、式(3)、式(4)及び式(5)から、以下の式(6)の関係となる。
Lloop’>Lloop 式(6)
From the above, the magnitude relationship between L loop 'and L loop is the relationship of the following equation (6) from the equations (3), (4), and (5).
L loop '> L loop expression (6)
つまり、本第1実施形態によって、半導体パッケージ300の電源グラウンド接続部から基幹電源グラウンド配線部までのインダクタンス、即ちデカップリング用の電源インダクタンスを比較例よりも高めることができる。換言すると、半導体パッケージ300の電源端子301及びグラウンド端子302から電源回路400の電源端子401及びグラウンド端子402に至る経路の電源インダクタンスを比較例よりも高めることができる。
That is, according to the first embodiment, the inductance from the power ground connection portion of the
また、本第1実施形態では、図1(b)に示すように、半導体パッケージ300の直下の投影領域R1,R2にスリット251,252を設けるだけで電源インダクタンスを増大できる。したがって、従来例のように電源ヴィア導体の追加などの面積消費が発生しない。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1B, the power supply inductance can be increased only by providing the
また、給電抵抗を低減するために必要な電源ヴィア導体231及びグラウンドヴィア導体232やバイパスコンデンサ500の配置位置や数を制限するものではないため、給電抵抗の低減は従来通りの方法で実施できる。
Further, since the arrangement position and the number of the power supply via
また、本第1実施形態では、スリット251が、直線状に並ぶ複数のスルーホール222同士(第2スルーホール同士)をつなぐように直線状に形成されている。そして、スリット251の延びる方向が電源導体パターン211の長手方向(つまり、電源導体パターン211の電源に向かう方向)になっている。また、スリット252が、直線状に並ぶ複数のスルーホール221同士(第1スルーホール同士)をつなぐように直線状に形成されている。そして、スリット252の延びる方向が、スリット251の延びる方向と交差(本実施形態では直交)している。これにより、電源インダクタンスをより効果的に高めることができる。
In the first embodiment, the
次に、シミュレーションによって求めた第1実施形態の効果について、図4、図5及び図6を用いて説明する。 Next, the effect of 1st Embodiment calculated | required by simulation is demonstrated using FIG.4, FIG.5 and FIG.6.
図4は、シミュレーションモデルの全体を示す模式図である。なお、導体層201における電源パッド213は、16個×8個の格子状に配置され、グラウンドパッド214は、16個×9個の格子状に配置されているものとした。そして、電源、グラウンド共に2つ若しくは1つのパッドから1つのヴィア導体へ接続されている構成とした。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the entire simulation model. The
表1にシミュレーションモデルの詳細なパラメータを示す。 Table 1 shows the detailed parameters of the simulation model.
図5は、端子群305を囲う領域を各導体層202,203に投影した投影領域R1,R2内の構造を示す平面図である。図5(a)はスリット251,252がない場合、図5(b)はグラウンド導体パターン212のみにスリット252がある場合、図5(c)はスリット251,252がある場合を示している。
FIG. 5 is a plan view showing the structure in the projection regions R1 and R2 in which the region surrounding the
シミュレーションでは、デカップリング用の電源インダクタンスを求めるために、導体層201の電源パッド213及びグラウンドパッド214をそれぞれ短絡したPortを1つ設定している。更に、投影領域R1,R2の端部から6.5[mm]の位置で、電源導体パターン211とグラウンド導体パターン212とを短絡線S1で短絡させている。
In the simulation, in order to obtain the power supply inductance for decoupling, one Port is set in which the
電磁界解析ツールは、Sigrity社のPowerSI(Ver11)を用いた。図6は、図4及び図5のモデルをシミュレーションした結果を示すグラフである。 As an electromagnetic field analysis tool, PowerSI (Ver11) manufactured by Sigrity was used. FIG. 6 is a graph showing the result of simulating the models of FIGS. 4 and 5.
なお、図6中、Laは、図5(a)に示すモデルの電源インピーダンスの周波数特性、Lbは、図5(b)に示すモデルの電源インピーダンスの周波数特性、Lcは、図5(c)に示すモデルの電源インピーダンスの周波数特性である。100[MHz]でのインピーダンスからインダクタンスを求めると、図5(a)の形態で636[pH]、図5(b)の形態で1209[pH]、図5(c)に示す本第1実施形態で1718[pH]であった。 In FIG. 6, La is the frequency characteristic of the power supply impedance of the model shown in FIG. 5A, Lb is the frequency characteristic of the power supply impedance of the model shown in FIG. 5B, and Lc is FIG. 5C. It is the frequency characteristic of the power supply impedance of the model shown in FIG. When the inductance is obtained from the impedance at 100 [MHz], 636 [pH] in the form of FIG. 5A, 1209 [pH] in the form of FIG. 5B, and the first implementation shown in FIG. 5C. It was 1718 [pH] in form.
以上から、グラウンド導体パターン212に、投影像R251に交差(直交)するスリット252を形成したことで、グラウンド電流迂回でグラウンド導体パターン212の自己インダクタンスが上昇する。更に、電源導体パターン211とグラウンド導体パターン212のそれぞれにスリット251,252を形成し、スリット251,252を交差(直交)させることによる相互インダクタンス低減の効果によって、インダクタンスが上昇する。
From the above, by forming the
したがって、プリント配線板200の面積の増大を招くことなくデカップリングのためのインダクタンスを増大させ、電源ノイズの伝搬を抑制することが可能となる。
Therefore, it is possible to increase the inductance for decoupling without increasing the area of the printed
また、スリット251を、電源導体パターン211の電源回路400に向かう方向に沿って延びて形成したので、電源インダクタンスを増大させつつ、電源導体パターン211の直流電流密度が局所的に上昇するのを抑えることができる。
In addition, since the
また、スリット251,252を複数形成したことで、より効果的に電源インダクタンスを増大させることができ、より効果的に電源ノイズの伝搬を抑制することが可能である。
In addition, since a plurality of
また、各スリット251,252を、スルーホール同士をつなぐように形成したことで、狭い投影領域R1,R2でよりより効果的に電源インダクタンスを増大させることができ、より効果的に電源ノイズの伝搬を抑制することが可能である。
Further, by forming the
なお、端子群305を囲む領域の内部には、同一種の電源端子とグラウンド端子のみが存在している。これにより、スリットによる他の信号、電源の配線性の低下を防ぐことが可能となる。
Note that only the same type of power supply terminals and ground terminals exist within the region surrounding the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るプリント回路板について説明する。図7は、本発明の第2実施形態に係るプリント回路板のプリント配線板の各導体層の一部を示す平面図である。図7(a)は、プリント配線板の第3導体層の一部を示す平面図、図7(b)は、プリント配線板の第2導体層の一部を示す平面図である。本第2実施形態において、上記第1実施形態とは導体パターン211,212に形成されるスリットの数が異なり、それ以外の構成は上記第1実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a plan view showing a part of each conductor layer of the printed wiring board of the printed circuit board according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7A is a plan view showing a part of the third conductor layer of the printed wiring board, and FIG. 7B is a plan view showing a part of the second conductor layer of the printed wiring board. In the second embodiment, the number of slits formed in the
本第2実施形態では、上記第1実施形態と比較して、投影領域R1,R2における導体層203の電源導体パターン211及び導体層202のグラウンド導体パターン212に形成されるスリット251,252の数が少なくなっている。
In the second embodiment, as compared with the first embodiment, the number of
このように、スリット251,252の数や位置は、デカップリング用の電源インダクタンスの要求値と電源導体パターン211の直流電流密度を低減するなどの別の設計要求値が混在する場合、要求値に応じて決めればよい。
As described above, the number and position of the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係るプリント回路板について説明する。図8は、本発明の第3実施形態に係るプリント回路板のプリント配線板の各導体層の一部を示す平面図である。図8(a)は、プリント配線板の第3導体層の一部を示す平面図、図8(b)は、プリント配線板の第2導体層の一部を示す平面図である。
[Third Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a third embodiment of the invention will be described. FIG. 8 is a plan view showing a part of each conductor layer of the printed wiring board of the printed circuit board according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8A is a plan view showing a part of the third conductor layer of the printed wiring board, and FIG. 8B is a plan view showing a part of the second conductor layer of the printed wiring board.
本第3実施形態において、上記第1、第2実施形態との違いは、導体層203の電源導体パターン211に形成されるスリット251と導体層202のグラウンド導体パターン212に形成されるスリット252とが平面視で直交していない点である。
The third embodiment is different from the first and second embodiments in that the
電源導体パターン211のスリット251を導体層202に積層方向に投影した投影像とグラウンド導体パターン212のスリット252との交差角度による相互インダクタンス低減の効果は、直交する場合で最も低減する。しかし、直交する場合に限定するものではなく、交差角度が90度ではない場合でも低減効果を得ることができる。この理由を図9を用いて説明する。
The effect of reducing the mutual inductance due to the intersection angle between the projected image obtained by projecting the
図9は、スリット251の延びる方向とスリット252の延びる方向との交差角度の説明図である。図9(a)は、投影領域R1,R2におけるスリット251,252の延びる方向を示す説明図であり、図9(b)は、平面視でスリット251,252が交差する交差角度に対する相互インダクタンスの低減効果を示すグラフである。
FIG. 9 is an explanatory diagram of an intersection angle between the direction in which the
図9(a)に示すように、スリット251を導体層202に投影した際の投影像とスリット252との成す角、即ちスリット251の延びる方向とスリット252の延びる方向との成す角を交差角度θとする。電源導体パターン211とグラウンド導体パターン212との間の相互インダクタンスMは、交差角度θ=0のときの相互インダクタンスをM(θ=0)とすると、以下の式で表現できる。
M=M(θ=0)×cosθ
As shown in FIG. 9A, the angle formed between the projected image when the
M = M (θ = 0) × cos θ
ここで、θ=90度の場合に低減効果が最大になることから、θ=90度のときの低減効果を100%とすると、低減効果は以下の式で表現できる。この低減効果をグラフ化したものが図9(b)である。
低減効果=(1−cosθ)×100
Here, since the reduction effect is maximized when θ = 90 degrees, assuming that the reduction effect when θ = 90 degrees is 100%, the reduction effect can be expressed by the following expression. FIG. 9B is a graph showing this reduction effect.
Reduction effect = (1-cos θ) × 100
図9(b)を見ると、交差角度θが60度以上あれば、相互インダクタンスの低減効果を50%以上確保できることが分かる。即ち、交差角度θが、60度以上かつ90度以下であるのが好ましい。 As can be seen from FIG. 9B, when the crossing angle θ is 60 degrees or more, the effect of reducing the mutual inductance can be secured by 50% or more. That is, it is preferable that the crossing angle θ is 60 degrees or more and 90 degrees or less.
このように、本第3実施形態では、交差角度θを60度以上かつ90度以下とすることで、相互インダクタンスの低減効果を50%以上確保でき、より効果的に電源ノイズの伝搬を抑制することができる。 As described above, in the third embodiment, by setting the crossing angle θ to 60 degrees or more and 90 degrees or less, the reduction effect of the mutual inductance can be ensured by 50% or more, and the propagation of power supply noise is more effectively suppressed. be able to.
また、交差角度θに60度以上かつ90度以下の範囲内で自由度を与えることができるため、スリットの数、位置、方向の設計自由度を上げることができる。したがって、デカップリング用の電源インダクタンスの要求値、電源導体パターン211の直流電流密度を低減するなどの別の設計要求値に応じ易くなる。
In addition, since the degree of freedom can be given to the intersection angle θ within the range of 60 degrees or more and 90 degrees or less, the degree of freedom in designing the number, position, and direction of the slits can be increased. Therefore, it becomes easy to respond to other required design values such as a required value of power supply inductance for decoupling and a reduced direct current density of the power
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係るプリント回路板について説明する。図10は、本発明の第4実施形態に係るプリント回路板のプリント配線板の各導体層の一部を示す平面図である。図10(a)は、プリント配線板の第3導体層の一部を示す平面図、図10(b)は、プリント配線板の第2導体層の一部を示す平面図である。
[Fourth Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a fourth embodiment of the invention will be described. FIG. 10 is a plan view showing a part of each conductor layer of the printed wiring board of the printed circuit board according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 10A is a plan view showing a part of the third conductor layer of the printed wiring board, and FIG. 10B is a plan view showing a part of the second conductor layer of the printed wiring board.
上記第1、第2、第3実施形態では、少なくとも一方のスリット、特に両方のスリット251,252が直線状に形成されている場合が好適であると説明したが、各スリット251,252が直線状に限定するものではなく、折れ曲がっていてもよい。このように、各スリット251,252が状況に応じて折れ曲がって形成されていてもよいので、プリント回路板の設計自由度を更に高めることが可能となる。
In the first, second, and third embodiments, it has been described that it is preferable that at least one slit, particularly both
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態に係るプリント回路板について説明する。図11は、本発明の第5実施形態に係るプリント回路板のプリント配線板の各導体層の一部を示す平面図である。図11(a)は、プリント配線板の第1導体層の一部を示す平面図、図11(b)は、プリント配線板の第3導体層の一部を示す平面図、図11(c)は、プリント配線板の第2導体層の一部を示す平面図である。
[Fifth Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a fifth embodiment of the invention will be described. FIG. 11 is a plan view showing a part of each conductor layer of the printed wiring board of the printed circuit board according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 11A is a plan view showing a part of the first conductor layer of the printed wiring board, FIG. 11B is a plan view showing a part of the third conductor layer of the printed wiring board, and FIG. ) Is a plan view showing a part of the second conductor layer of the printed wiring board.
本第5実施形態では、図11(a)に示すように、導体層201において、中央に電源パッド213が4辺に沿って並び、コーナー部にグラウンドパッド214が並んでいる。電源パッド213は、スルーホール221内の電源ヴィア導体231で導体層203の電源導体パターン211に電気的に接続されている。
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 11A, in the
また、グラウンドパッド214は、スルーホール222内のグラウンドヴィア導体232で導体層202のグラウンド導体パターン212に電気的に接続されている。なお、導体層201において、電源パッド213及びグラウンドパッド214以外のパッドは、信号パッド1001である。
In addition, the
図11(b)に示すように、投影領域R2の内部にグラウンド導体パターン212のスリット252が形成されており、図11(c)に示すように、投影領域R1の内部に電源導体パターン211のスリット251が形成されている。なお、図面を簡単にするため、図11(b)及び図11(c)には、信号パッド1001と接続される信号ヴィアを図示していないが、実際には信号ヴィアが存在する。
As shown in FIG. 11B, the
以上、領域R1,R2の内部が電源、グラウンド構造のみで構成される必要はなく、スリット251,252を設ける領域を任意に定め、領域内部において電源導体パターンのスリットとグラウンド導体パターンのスリットとが交差していればよい。
As described above, the regions R1 and R2 do not need to be configured only by the power supply and ground structure. The regions where the
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications can be made by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention.
上記実施形態では、プリント配線板200に電源である電源回路400が実装される場合について説明したが、これに限定するものではなく、外部の電源から直流電圧が印加される場合であっても本発明は適用可能である。例えば、プリント配線板に、電源導体パターン及びグラウンド導体パターンにそれぞれ接続される不図示の電源端子及びグラウンド端子が設けられ、これら電源端子及びグラウンド端子を介して外部の電源から直流電圧が印加されるようにしてもよい。
Although the case where the
また、上記実施形態では、スリット251,252が複数形成されている場合が好適であると説明したが、これに限定するものではなく、それぞれ1つずつ形成されている場合であってもよい。
Moreover, although the said embodiment demonstrated that the case where two or
また、上記実施形態では、スリット251,252がスルーホール同士をつなぐように形成されているが、これに限定するものではなく、スリット251,252がスルーホールを通過しない場合であってもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、プリント配線板が4層基板である場合について説明したが、これに限定するものではなく、少なくとも3つの導体層がある多層基板であれば、本発明は適用可能である。また、第1導体層、第2導体層、第3導体層の積層順も上記実施形態に限定するものではない。例えば、第1導体層、第2導体層、第3導体層の順に積層される場合や、これら導体層の間に他の導体層が介在する場合等であってもよい。 Moreover, although the case where the printed wiring board was a four-layer board | substrate was demonstrated in the said embodiment, it is not limited to this, If this is a multilayer board | substrate with at least three conductor layers, this invention is applicable. . Further, the stacking order of the first conductor layer, the second conductor layer, and the third conductor layer is not limited to the above embodiment. For example, the first conductor layer, the second conductor layer, and the third conductor layer may be laminated in this order, or another conductor layer may be interposed between these conductor layers.
100…プリント回路板、200…プリント配線板、201…導体層(第1導体層)、202…導体層(第3導体層)、203…導体層(第2導体層)、211…電源導体パターン、212…グラウンド導体パターン、231…電源ヴィア導体、232…グラウンドヴィア導体、251…スリット(第1スリット)、252…スリット(第2スリット)、300…半導体パッケージ(半導体装置)、301…電源端子、302…グラウンド端子、303…信号端子、305…端子群
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記半導体装置が実装された第1導体層、前記電源端子に電源ヴィア導体を介して接続される電源導体パターンが配置された第2導体層、及び前記グラウンド端子にグラウンドヴィア導体を介して接続されるグラウンド導体パターンが配置された第3導体層が、絶縁体層を介して積層されたプリント配線板と、を備え、
前記電源導体パターンには、前記半導体装置を前記第2導体層に投影したときの投影領域内に第1スリットが形成され、
前記グラウンド導体パターンには、前記第1スリットを前記第3導体層に投影した投影像に交差するように第2スリットが形成されていることを特徴とするプリント回路板。 A semiconductor device having a signal terminal, a power supply terminal, and a ground terminal;
A first conductor layer on which the semiconductor device is mounted; a second conductor layer in which a power supply conductor pattern connected to the power supply terminal via a power via conductor; and a ground via conductor connected to the ground terminal. A third conductive layer in which a ground conductor pattern is disposed, and a printed wiring board laminated via an insulator layer,
In the power supply conductor pattern, a first slit is formed in a projection region when the semiconductor device is projected onto the second conductor layer,
The printed circuit board according to claim 1, wherein a second slit is formed in the ground conductor pattern so as to intersect a projected image obtained by projecting the first slit onto the third conductor layer.
前記グラウンド導体パターンには、前記第2スリットが複数形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプリント回路板。 A plurality of the first slits are formed in the power supply conductor pattern,
4. The printed circuit board according to claim 1, wherein a plurality of the second slits are formed in the ground conductor pattern. 5.
前記各電源ヴィア導体が、前記プリント配線板を貫通するそれぞれの第1スルーホールに形成されており、
前記各グラウンドヴィア導体が、前記プリント配線板を貫通するそれぞれの第2スルーホールに形成されており、
前記第1スリットが、前記第2スルーホール同士をつなぐように形成されており、
前記第2スリットが、前記第1スルーホール同士をつなぐように形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のプリント回路板。 The printed wiring board has a plurality of power via conductors and ground via conductors, respectively.
Each of the power via conductors is formed in each first through hole that penetrates the printed wiring board,
Each ground via conductor is formed in each second through hole penetrating the printed wiring board,
The first slit is formed so as to connect the second through holes,
5. The printed circuit board according to claim 1, wherein the second slit is formed so as to connect the first through holes. 6.
前記第1スリットは、前記端子群を囲む領域を前記第2導体層に投影した投影領域内に形成されており、
前記第2スリットは、前記端子群を囲む領域を前記第3導体層に投影した投影領域内に形成されていることを特徴とする請求項6に記載のプリント回路板。 In the semiconductor package, the plurality of signal terminals are arranged along an outer periphery of a terminal group including the plurality of power supply terminals and the plurality of ground terminals,
The first slit is formed in a projection region obtained by projecting a region surrounding the terminal group onto the second conductor layer,
The printed circuit board according to claim 6, wherein the second slit is formed in a projection region obtained by projecting a region surrounding the terminal group onto the third conductor layer.
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