JP2015056465A - Multilayer substrate, printed circuit board, semiconductor package substrate, semiconductor package, semiconductor chip, semiconductor device, information processing device, and communication device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multilayer substrate capable of suppressing rising of a cost by making a conductor loss for a differential component smaller than a conductor loss for a common component, so that the differential loss is reduced to attenuate common noise.SOLUTION: A multilayer substrate includes a plurality of signal wirings for transferring a differential signal. The plurality of signal wirings include a wiring layer for constituting a pair wiring, a GND layer which faces the wiring layer and contains a GND plane of entire surface or partial one, and a dielectric layer provided between the wiring layer and the GND layer. A wiring width between the plurality of signal wirings is narrower than a wiring width in a case where a characteristic impedance for a single signal wiring is a half of the differential impedance of the pair wiring, and a resistance increase generated by a skin effect on a surface of the plurality of signal wirings is smaller than a resistance increase generated by skin effect on a surface of the GND layer.

Description

この発明は、多層基板、多層基板を用いたプリント回路基板および半導体パッケージ基板、半導体パッケージ基板を用いた半導体パッケージ、再配線層を有する半導体チップおよび半導体チップをパッケージに封止した半導体デバイス、並びにプリント回路基板、半導体チップおよび半導体デバイスの少なくとも1つを用いた情報処理装置および通信装置に関する。   The present invention relates to a multilayer substrate, a printed circuit board and a semiconductor package substrate using the multilayer substrate, a semiconductor package using the semiconductor package substrate, a semiconductor chip having a rewiring layer, a semiconductor device in which the semiconductor chip is sealed in a package, and a print The present invention relates to an information processing apparatus and a communication apparatus using at least one of a circuit board, a semiconductor chip, and a semiconductor device.

樹脂製のプリント回路基板やパッケージ基板等を構成する多層基板、または半導体チップの再配線層では、GND(グランド)層または層内のGNDプレーンを基準電位として、別の層に信号配線(以下、単に「配線」とも称する)を設けた伝送線路構造となっている。   In a multi-layer substrate constituting a resin printed circuit board, a package substrate, or the like, or a semiconductor chip rewiring layer, a GND (ground) layer or a GND plane in the layer is used as a reference potential, and a signal wiring (hereinafter, referred to as a signal wiring) The transmission line structure is simply provided with “wiring”.

ここで、高速な信号、または高い耐ノイズ性が求められる場合には、正相および逆相からなる差動信号が用いられ、配線も2本のペア配線となる。このとき、ドライバは、差動信号を出力し、レシーバは、差動振幅(正相−逆相)の正負で論理信号を識別する。   Here, when a high-speed signal or high noise resistance is required, a differential signal having a normal phase and a reverse phase is used, and the wiring is also two pair wirings. At this time, the driver outputs a differential signal, and the receiver identifies the logic signal based on whether the differential amplitude (positive phase-negative phase) is positive or negative.

差動信号は、1Gbpsを超える高速な信号を伝送する場合、またはケーブル等で長い距離を伝送する場合に多く用いられる。そのため、低周波から、信号周波数またはその数倍までの周波数範囲で、伝送路における周波数依存性の損失が小さいことが必要である。特に、周波数が1GHzを超えると、周波数依存性により、データパターンによる振幅の違いが生じ、受信側波形の振幅低下や、ジッタの増大等の問題が生じやすい。   A differential signal is often used when transmitting a high-speed signal exceeding 1 Gbps, or when transmitting a long distance by a cable or the like. Therefore, it is necessary that the loss of frequency dependence in the transmission line is small in a frequency range from a low frequency to a signal frequency or several times thereof. In particular, when the frequency exceeds 1 GHz, a difference in amplitude due to the data pattern occurs due to frequency dependency, and problems such as a decrease in amplitude of the receiving waveform and an increase in jitter are likely to occur.

なお、周波数依存性の損失には、伝送路の信号導体を囲む誘電体による誘電体損失、および導体の表皮効果による導体損失がある。そこで、これらの損失を低減するために、基板やケーブルについて、材料や製造方法の改善が進められてきた。   The frequency-dependent loss includes a dielectric loss due to a dielectric surrounding the signal conductor of the transmission line and a conductor loss due to the skin effect of the conductor. Therefore, in order to reduce these losses, improvements have been made to materials and manufacturing methods for substrates and cables.

すなわち、基板やケーブルの誘電体損失を低減するために、誘電体材料の物性値である誘電正接(tanδ)の小さい材料が使用されるようになってきた。   That is, in order to reduce the dielectric loss of a substrate or a cable, a material having a small dielectric loss tangent (tan δ), which is a physical property value of the dielectric material, has been used.

また、基板の導体損失を低減するために、誘電体材料との密着性の強化を目的として設けられた導体表面の凹凸(アンカー)の高さを抑え、表面を滑らかにする基板製造方法を採用することにより、高周波電流が導体表面付近に集中する表皮効果による抵抗増大を、導体表面が滑らかな場合の理論値と同程度にまで抑えられるようになってきた。   Also, in order to reduce the conductor loss of the substrate, a substrate manufacturing method that smoothes the surface by suppressing the height of the irregularities (anchors) on the conductor surface provided for the purpose of enhancing the adhesion with the dielectric material is adopted. As a result, the increase in resistance due to the skin effect in which high-frequency currents concentrate near the conductor surface can be suppressed to the same level as the theoretical value when the conductor surface is smooth.

しかしながら、高速差動信号について、低損失であることは、必ずしも利点ばかりではない。以下、この点について説明する。まず、差動信号は、本来コモンノイズが小さい、ひいては放射ノイズを出しにくい信号伝送方式である。また、基準電位であるGNDプレーンにコモンノイズがあっても、差動振幅は、コモン振幅に影響されないので、差動信号は、コモンノイズに対する耐性の高い信号伝送方式である。   However, low loss for high-speed differential signals is not always an advantage. Hereinafter, this point will be described. First, a differential signal is a signal transmission method that inherently has low common noise and thus hardly emits radiation noise. Further, even if there is common noise in the GND plane that is the reference potential, the differential amplitude is not affected by the common amplitude, so that the differential signal is a signal transmission system that is highly resistant to common noise.

ここで、プリント回路基板やパッケージ基板の伝送路設計、または半導体の入出力バッファ設計での非対称性によって、差動振幅の一部がコモン振幅に変わるモード変換により、コモンノイズが発生し、ひいては放射ノイズを生じる場合がある。また、同じ理由により、基準電位であるGNDプレーンに発生したコモンノイズの一部が、差動信号の差動振幅に変換され、レシーバでの差動波形を乱す場合がある。   Here, due to the asymmetry in the transmission circuit design of the printed circuit board and package board, or the semiconductor input / output buffer design, common noise is generated due to mode conversion in which a part of the differential amplitude changes to the common amplitude, and thus radiation. Noise may be generated. For the same reason, part of the common noise generated in the GND plane, which is the reference potential, may be converted into the differential amplitude of the differential signal and disturb the differential waveform at the receiver.

したがって、差動信号伝送を用いるメリットを十分に生かすには、半導体、パッケージ、プリント回路基板、コネクタ、半導体チップ内配線等の信号伝送経路全体で対称性を保つことが重要である。   Therefore, in order to make full use of the merit of using differential signal transmission, it is important to maintain symmetry throughout the entire signal transmission path such as a semiconductor, a package, a printed circuit board, a connector, and wiring within a semiconductor chip.

しかしながら、現実には、モード変換が全く生じない伝送路を実現することは困難である。また、回路は、必ずしも差動信号のみで構成される訳ではなく、シングルエンド信号で構成される回路もあり、この回路で生じたコモンノイズを、高速差動信号に対して完全に遮断することは困難である。また、空間からのノイズを受けて生じたコモンノイズも、同様に完全に遮断することは困難である。   However, in reality, it is difficult to realize a transmission line in which mode conversion does not occur at all. In addition, circuits are not necessarily composed of only differential signals, but some circuits are composed of single-ended signals, and common noise generated in these circuits is completely blocked from high-speed differential signals. It is difficult. Similarly, it is difficult to completely block common noise generated due to noise from the space.

そのため、高速差動信号を扱う各種規格の1つであるSerial−ATAでは、送受信LSIまたはLSIが搭載されたカード基板に対して、周波数ごとにモード変換に対する規制値が設けられていて、ある程度まではモード変換を許容している。   Therefore, in Serial-ATA, which is one of various standards for handling high-speed differential signals, there is a restriction value for mode conversion for each frequency on a transmission / reception LSI or a card board on which an LSI is mounted. Allows mode conversion.

ここで、このような問題に対する1つの解決策として、高速な差動信号の伝送路において、差動成分にとっては低損失であるが、一方でコモン成分にとっては高損失である伝送路を実現することが考えられる。   Here, as one solution to such a problem, in a high-speed differential signal transmission line, a transmission line that has a low loss for the differential component but a high loss for the common component is realized. It is possible.

そこで、このような伝送路を実現するために、差動信号を伝送する信号配線を含む配線層と、全面または部分的なGNDプレーンを含むGND層と、配線層とGND層との間に設けられた誘電体層と、を備え、誘電体層は、誘電正接の互いに異なる配線層側の第1誘電体層およびGND層側の第2誘電体層を有し、第1誘電体層の誘電正接は、第2誘電体層の誘電正接よりも小さい多層基板が提案されている。   Therefore, in order to realize such a transmission path, a wiring layer including a signal wiring for transmitting a differential signal, a GND layer including a whole or partial GND plane, and a wiring layer and a GND layer are provided. A dielectric layer having a first dielectric layer on the side of the wiring layer and a second dielectric layer on the side of the GND layer, each having a dielectric tangent different from each other. A multilayer substrate has been proposed in which the tangent is smaller than the dielectric tangent of the second dielectric layer.

この多層基板によれば、差動成分については、電気力線の一部が誘電正接の小さい第1誘電体層の中だけを通過するので、誘電体損失が低損失となり、コモン成分については、すべての電気力線が第2誘電体層を必ず通過するので、誘電体損失が高損失となる。   According to this multilayer substrate, as for the differential component, a part of the electric lines of force pass only through the first dielectric layer having a small dielectric loss tangent, so the dielectric loss is low, and the common component is Since all electric lines of force always pass through the second dielectric layer, the dielectric loss is high.

また、導体損失については、誘電体の上面に配置された線状の第1の導体と、第1の導体に対向し、誘電体の下面を広く覆うように形成された面状の第2の導体とを有し、第1の導体の下面または上面、または第2の導体の第1の導体と対向する表面に、第1の導体の長手方向に沿って縞状の凹凸を形成したマイクロストリップ線路が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Regarding conductor loss, a linear first conductor disposed on the upper surface of the dielectric, and a planar second conductor formed so as to face the first conductor and cover the lower surface of the dielectric widely. A microstrip having a striped irregularity along the longitudinal direction of the first conductor on the lower surface or the upper surface of the first conductor or the surface of the second conductor facing the first conductor A track has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、絶縁層の一方の面に形成されたグラウンド層または電源層と、絶縁層の他方の面に形成された信号ラインとを備え、グラウンド層または電源層が、信号ラインのアンカー層非形成面と対向して配置されているマイクロストリップライン構造が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, a ground layer or a power supply layer formed on one surface of the insulating layer and a signal line formed on the other surface of the insulating layer, the ground layer or the power supply layer is a surface where the anchor layer of the signal line is not formed A microstrip line structure is proposed that is disposed so as to face each other (see, for example, Patent Document 2).

また、絶縁層を挟んで互いに対向して配置された配線導体層により高周波信号を伝送する高周波伝送部を有し、高周波伝送部における配線導体層の互いに対向した表面について、高周波信号に対する表皮効果による表面抵抗に対して表面抵抗に互いに対向した表面の凹凸の影響を含んだ表面部抵抗を1.5倍以下の大きさとした多層配線基板が提案されている(例えば、特許文献3参照)。   Moreover, it has the high frequency transmission part which transmits a high frequency signal by the wiring conductor layer arrange | positioned facing each other across the insulating layer, and the surface of the wiring conductor layer facing each other in the high frequency transmission part has a skin effect on the high frequency signal There has been proposed a multilayer wiring board in which the surface resistance including the influence of the surface irregularities facing each other with respect to the surface resistance is 1.5 times or less (see, for example, Patent Document 3).

特開平9−232820号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-232820 特開2004−87928号公報JP 2004-87928 A 特開2006−66563号公報JP 2006-66563 A

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献1〜3に記載された手段は、基板の導体表面の凹凸を減らすか、または電流方向に対して凹凸を減らすものであり、差動成分にとっても、コモン成分にとっても、等しく導体損失を低損失とするものである。
However, the prior art has the following problems.
The means described in Patent Documents 1 to 3 reduce the unevenness on the surface of the conductor of the substrate or reduce the unevenness in the current direction, and the conductor loss is equally equal for both the differential component and the common component. Low loss.

そのため、差動信号からモード変換により生じたコモン成分は減衰せず、ひいては変換されたコモン成分に起因する放射ノイズも抑制されない。また、シングルエンド信号で構成された回路で生じたコモンノイズ、または空間からのノイズを受けて生じたコモンノイズが差動信号の伝送路に伝わった場合にも、コモンノイズが減衰せず、モード変換箇所に達したときに生じる差動ノイズが抑制されない。さらに、導体表面の凹凸が少ない、または凹凸がない層を用いて基板を製造することは、基板材料や基板製造のコストアップの要因となる。   For this reason, the common component generated by the mode conversion from the differential signal is not attenuated, and the radiation noise caused by the converted common component is not suppressed. In addition, when common noise generated in a circuit composed of single-ended signals or common noise generated by receiving noise from the space is transmitted to the differential signal transmission path, the common noise is not attenuated and the mode The differential noise generated when the conversion point is reached is not suppressed. Furthermore, manufacturing a substrate using a layer with little or no unevenness on the conductor surface causes an increase in the cost of the substrate material and substrate manufacturing.

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、差動成分に対する導体損失をコモン成分に対する導体損失よりも小さくするとともに、差動損失を小さくしてコモンノイズを減衰させ、さらにコストの上昇を抑制することができる多層基板を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. The conductor loss for the differential component is made smaller than the conductor loss for the common component, and the differential loss is reduced to attenuate the common noise. Another object of the present invention is to obtain a multilayer substrate that can suppress an increase in cost.

この発明に係る多層基板は、差動信号を伝送する複数の信号配線を含み、複数の信号配線はペア配線を構成する配線層と、配線層と対向し、全面または部分的なGNDプレーンを含むGND層と、配線層とGND層との間に設けられた誘電体層とを備え、複数の信号配線間の配線幅は、1本の信号配線についての特性インピーダンスが、ペア配線の差動インピーダンスの半分となる場合の配線幅よりも狭く、複数の信号配線の表面で表皮効果により生じる抵抗増大が、GND層の表面で表皮効果により生じる抵抗増大よりも小さいものである。   The multilayer substrate according to the present invention includes a plurality of signal wirings for transmitting a differential signal, and the plurality of signal wirings include a wiring layer constituting a pair wiring, a wiring layer facing the wiring layer, and a whole or partial GND plane. And a dielectric layer provided between the wiring layer and the GND layer. The wiring width between the plurality of signal wirings is such that the characteristic impedance of one signal wiring is the differential impedance of the pair wirings. Therefore, the increase in resistance caused by the skin effect on the surface of the plurality of signal wirings is smaller than the increase in resistance caused by the skin effect on the surface of the GND layer.

この発明に係る多層基板によれば、複数の信号配線間の配線幅は、1本の信号配線についての特性インピーダンスが、ペア配線の差動インピーダンスの半分となる場合の配線幅よりも狭く、複数の信号配線の表面で表皮効果により生じる抵抗増大が、GND層の表面で表皮効果により生じる抵抗増大よりも小さい。
そのため、差動成分に対する導体損失をコモン成分に対する導体損失よりも小さくするとともに、差動損失を小さくしてコモンノイズを減衰させ、さらにコストの上昇を抑制することができる。
According to the multilayer substrate according to the present invention, the wiring width between the plurality of signal wirings is narrower than the wiring width when the characteristic impedance of one signal wiring is half of the differential impedance of the pair wiring. The increase in resistance caused by the skin effect on the surface of the signal wiring is smaller than the increase in resistance caused by the skin effect on the surface of the GND layer.
Therefore, the conductor loss for the differential component can be made smaller than the conductor loss for the common component, the differential loss can be reduced to attenuate the common noise, and the increase in cost can be suppressed.

(a)、(b)は、一般的な従来の多層基板のペア配線を示す断面図である。(A), (b) is sectional drawing which shows the pair wiring of a general conventional multilayer substrate. (a)、(b)は、図1における差動時の電流分布を示す断面図である。(A), (b) is sectional drawing which shows the electric current distribution at the time of the differential in FIG. (a)、(b)は、図1における同相時の電流分布を示す断面図である。(A), (b) is sectional drawing which shows the electric current distribution at the time of the in-phase in FIG. (a)、(b)は、この発明の実施の形態1に係る多層基板のペア配線を示す断面図である。(A), (b) is sectional drawing which shows the pair wiring of the multilayer board | substrate which concerns on Embodiment 1 of this invention. (a)、(b)は、図4における差動時の電流分布を示す断面図である。(A), (b) is sectional drawing which shows the electric current distribution at the time of the differential in FIG. (a)、(b)は、図4における同相時の電流分布を示す断面図である。(A), (b) is sectional drawing which shows the electric current distribution at the time of the in-phase in FIG. この発明の実施の形態2に係る多層基板における基板配線を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the board | substrate wiring in the multilayer substrate based on Embodiment 2 of this invention.

以下、この発明に係る多層基板の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
この多層基板は、例えば高周波信号を伝送するプリント回路基板および半導体パッケージ基板、半導体パッケージ基板を用いた半導体パッケージ、再配線層を有する半導体チップおよび半導体デバイス、並びにプリント回路基板、半導体チップおよび半導体デバイスの少なくとも1つを用いた情報処理装置および通信装置に用いられる。
Hereinafter, preferred embodiments of a multilayer substrate according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts will be described with the same reference numerals.
This multilayer substrate includes, for example, a printed circuit board and a semiconductor package board that transmit a high-frequency signal, a semiconductor package using the semiconductor package board, a semiconductor chip and a semiconductor device having a redistribution layer, and a printed circuit board, a semiconductor chip, and a semiconductor device. It is used for an information processing apparatus and a communication apparatus using at least one.

なお、基板の導体表面の凹凸に関する呼称については、今後、下記の用語を使用する。
アンカー:表面の突起形状
表面粗さ:アンカーの長さ(の平均値)
プロファイル:表面粗さとほぼ同義
プロファイルフリー:表面がほぼ平坦な様子
低プロファイル:表面粗さが小さい様子
Note that the following terms will be used in the future for the names related to the irregularities on the conductor surface of the substrate.
Anchor: Surface protrusion shape Surface roughness: Anchor length (average value)
Profile: Almost synonymous with surface roughness Profile-free: Surface is almost flat Low profile: Surface roughness is small

実施の形態1.
図1は、一般的な従来の多層基板における、高速信号でよく用いられるペア配線を示す断面図である。図1(a)は、ストリップライン構造を示し、図1(b)は、マイクロストリップ構造を示している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a pair wiring often used for a high-speed signal in a general conventional multilayer substrate. FIG. 1A shows a stripline structure, and FIG. 1B shows a microstrip structure.

図1において、この多層基板は、基板の誘電体材料1、配線層20およびGND層30またはその層内に設けられたGNDプレーン31(以下、代表して「GNDプレーン31」と称する)から構成されている。   In FIG. 1, this multilayer substrate is composed of a dielectric material 1 of the substrate, a wiring layer 20 and a GND layer 30 or a GND plane 31 (hereinafter referred to as “GND plane 31”) provided in the layer. Has been.

配線層20は、それぞれ差動信号の正相信号配線および逆相信号配線となる配線21、22(以下、それぞれ「正相信号配線21」および「逆相信号配線22」とも称する)を有している。また、配線21、22の表面には、アンカー25が設けられ、GNDプレーン31の表面には、アンカー35が設けられている。   The wiring layer 20 has wirings 21 and 22 (hereinafter also referred to as “normal phase signal wiring 21” and “reverse phase signal wiring 22”, respectively) that are respectively a positive phase signal wiring and a negative phase signal wiring for differential signals. ing. An anchor 25 is provided on the surface of the wirings 21 and 22, and an anchor 35 is provided on the surface of the GND plane 31.

なお、アンカー25、35は、配線21、22については、GNDプレーン31と対向する面のみに示し、GNDプレーン31については、配線21、22と対向する面のみに示している。また、上記特許文献1とは異なり、図中の導体表面の突起(アンカー)は、配線方向(紙面奥行き方向)に対して連続していない。   The anchors 25 and 35 are shown only on the surface facing the GND plane 31 for the wirings 21 and 22, and are shown only on the surface facing the wirings 21 and 22 for the GND plane 31. Further, unlike the above-mentioned Patent Document 1, the protrusions (anchors) on the conductor surface in the figure are not continuous with respect to the wiring direction (the depth direction on the paper).

ここで、ストリップライン構造とは、配線層20の上下に、GNDプレーン31を有する層があり、その間が基板の誘電体材料1で満たされている構造を意味する。また、マイクロストリップ構造とは、配線層20に対して、上下の何れか一方にのみGNDプレーン31を有する層があり、その間が基板の誘電体材料1で満たされていて、かつ配線層20の反対側には、基板の誘電体材料1の有無にかかわらずGNDプレーン31がない構造を意味する((b)は、配線層20の上に基板の誘電体材料1がない場合を示す)。   Here, the stripline structure means a structure in which layers having GND planes 31 are provided above and below the wiring layer 20 and the space between them is filled with the dielectric material 1 of the substrate. In addition, the microstrip structure includes a layer having the GND plane 31 only on either the upper or lower side of the wiring layer 20, and the space between the layers is filled with the dielectric material 1 of the substrate. On the opposite side, a structure without the GND plane 31 regardless of the presence or absence of the dielectric material 1 on the substrate is meant ((b) shows the case where the dielectric material 1 on the substrate is not on the wiring layer 20).

また、それぞれの構造において、それぞれ正相信号配線21および逆相信号配線22を形成したペア配線を、ストリップラインペア配線およびマイクロストリップペア配線と称する。また、マイクロストリップ構造の多層基板では、表面の配線層20の上、またはその上の基板の誘電体材料1の上部がソルダーレジストで覆われていることが多いが、ここでは省略する。以上の内容は、他の図においても共通である。   In each structure, the pair wiring formed with the normal phase signal wiring 21 and the negative phase signal wiring 22 is referred to as a stripline pair wiring and a microstrip pair wiring. In a multilayer substrate having a microstrip structure, the upper surface of the wiring layer 20 on the surface or the upper portion of the dielectric material 1 on the substrate is often covered with a solder resist, but is omitted here. The above contents are common to other drawings.

図2は、図1のペア配線に差動交流電流が流れた場合の、導体内の電流密度分布を示す断面図である。図2(a)は、ストリップライン構造の場合を示し、図2(b)は、マイクロストリップ構造の場合を示している。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a current density distribution in a conductor when a differential alternating current flows through the pair wiring of FIG. FIG. 2A shows the case of the stripline structure, and FIG. 2B shows the case of the microstrip structure.

図2において、Ipは正相信号の交流電流(正相信号電流)を示し、Inは逆相信号の交流電流(逆相信号電流)を示し、Igpは正相信号電流Ipに対向するGND電流を示し、Ignは逆相信号電流Inに対向するGND電流を示している。また、図2において、○中に・を合わせた記号は、紙面手前から奥への電流の流れを示し、○中に×を合わせた記号は、紙面奥から手前への電流の流れを示している。   In FIG. 2, Ip represents an alternating current (positive phase signal current) of a positive phase signal, In represents an alternating current (negative phase signal current) of a negative phase signal, and Igp represents a GND current opposed to the positive phase signal current Ip. Ign represents a GND current opposite to the negative phase signal current In. In FIG. 2, the symbol with a circle in the circle indicates the current flow from the front to the back of the paper, and the symbol with a circle in the circle indicates the current flow from the back of the paper to the front. Yes.

これらの交流電流Ip、In、Igp、Ignは、特にGHzを超える交流電流の場合には、表皮効果で導体の表面付近に電流が集まり、かつGND電流Igp、Ignは、導体幅とほぼ等しい範囲に集中する。そのため、電流が流れる断面の厚みが、表皮効果の分だけ薄くなって断面積が小さくなり、この結果高周波で導体抵抗が増大する。さらに、導体表面に細かい凹凸があると、表皮効果の理論値以上に抵抗が増大する。   These AC currents Ip, In, Igp, Ign are particularly in the case of AC currents exceeding GHz, and currents gather near the surface of the conductor due to the skin effect, and the GND currents Igp, Ign are in a range substantially equal to the conductor width. Concentrate on. Therefore, the thickness of the cross section through which the current flows is reduced by the skin effect, and the cross sectional area is reduced. As a result, the conductor resistance increases at high frequencies. Furthermore, if there are fine irregularities on the conductor surface, the resistance increases beyond the theoretical value of the skin effect.

また、正相信号電流Ipと逆相信号電流Inと、正相信号電流IpとそのGND電流Igpと、および逆相信号電流InとそのGND電流Ignとは、それぞれ常に互いに逆向きの関係にある。   Further, the positive phase signal current Ip and the negative phase signal current In, the positive phase signal current Ip and its GND current Igp, and the negative phase signal current In and its GND current Ign are always opposite to each other. .

ここで、差動伝送路とその周辺のGNDの形状とが対称形である場合、次式(1)の関係が成立する。   Here, when the differential transmission line and the surrounding GND shape are symmetrical, the relationship of the following equation (1) is established.

|Ip|=|In| (1)     | Ip | = | In | (1)

さらに、図2に示すような正相信号配線21と逆相信号配線22との結合が弱い場合には、次式(2)、(3)の関係が成立する。   Further, when the coupling between the normal phase signal wiring 21 and the negative phase signal wiring 22 as shown in FIG. 2 is weak, the following expressions (2) and (3) are established.

|Ip|=|Igp| (2)
|In|=|Ign| (3)
| Ip | = | Igp | (2)
| In | = | Ign | (3)

また、式(1)〜(3)から、次式(4)の関係が成立する。   Further, from the equations (1) to (3), the relationship of the following equation (4) is established.

|Igp|=|Ign| (4)     | Igp | = | Ign | (4)

結果的に、式(1)〜(4)から、次式(5)の関係が成立する。すなわち、すべての交流電流が等しくなる。   As a result, the relationship of the following equation (5) is established from the equations (1) to (4). That is, all alternating currents are equal.

|Ip|=|In|
=|Igp|
=|Ign| (5)
| Ip | = | In |
= | Igp |
= | Ign | (5)

図3は、図1のペア配線に同相(コモン)交流電流が流れた場合の、導体内の電流密度分布を示す断面図である。図3(a)は、ストリップライン構造の場合を示し、図3(b)は、マイクロストリップ構造の場合を示している。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing a current density distribution in the conductor when an in-phase (common) alternating current flows through the pair wiring of FIG. FIG. 3A shows the case of a stripline structure, and FIG. 3B shows the case of a microstrip structure.

図3において、図2との違いは、逆相信号電流Inの向きが正相信号電流Ipと同じ向きになっていること、および信号電流Ip、Inと逆向きであるGND電流Igp、Ignが、互いに同じ向きになっていることである。この場合も、図4と同様に、上記式(5)の関係が成立する。   3 differs from FIG. 2 in that the direction of the negative phase signal current In is the same as the direction of the positive phase signal current Ip, and that the GND currents Igp and Ign that are opposite to the signal currents Ip and In are Are in the same direction. Also in this case, the relationship of the above formula (5) is established as in FIG.

図2、3から、差動交流電流であれ、同相交流電流であれ、4つの交流電流Ip、In、Igp、Ignが常に互いに等しくなる。そのため、信号電流のみを減衰させる、またはGND電流のみを減衰させるといった手段を用いても、差動時と同相時との電流の減衰割合に、差が生じないことがわかる。   2 and 3, the four alternating currents Ip, In, Igp, and Ign are always equal to each other, whether they are differential alternating currents or in-phase alternating currents. Therefore, it can be seen that there is no difference in the current attenuation ratio between the differential and the in-phase even if means such as attenuating only the signal current or attenuating only the GND current is used.

図4は、この発明の実施の形態1に係る多層基板のペア配線を示す断面図であり、上述した課題を解決するためのものである。図4(a)は、ストリップライン構造を示し、図4(b)は、マイクロストリップ構造を示している。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing a pair wiring of the multilayer substrate according to the first embodiment of the present invention, and is for solving the above-described problem. 4A shows a stripline structure, and FIG. 4B shows a microstrip structure.

図4において、ペア配線を形成する正相信号配線21と逆相信号配線22とは、互いに近接しており、図2、3と比較して、同じ差動インピーダンスであっても、正相信号配線21と逆相信号配線22との結合が強く、相対的に差動時の配線21、22とGNDプレーン31との結合が弱くなっている。   In FIG. 4, the positive-phase signal wiring 21 and the negative-phase signal wiring 22 forming the pair wiring are close to each other, and even if they have the same differential impedance as compared with FIGS. The coupling between the wiring 21 and the reverse-phase signal wiring 22 is strong, and the coupling between the wirings 21 and 22 and the GND plane 31 at the time of differential is relatively weak.

具体的には、正相信号配線21と逆相信号配線22との配線幅は、1本の信号配線についての特性インピーダンスが、ペア配線の差動インピーダンスの半分となる場合の配線幅よりも狭く、配線21、22の表面で表皮効果により生じる抵抗増大が、GNDプレーン31の表面で表皮効果により生じる抵抗増大よりも小さくなるような構造となっている。   Specifically, the wiring width between the positive-phase signal wiring 21 and the negative-phase signal wiring 22 is narrower than the wiring width when the characteristic impedance of one signal wiring is half of the differential impedance of the pair wiring. In this structure, the resistance increase caused by the skin effect on the surfaces of the wirings 21 and 22 is smaller than the resistance increase caused by the skin effect on the surface of the GND plane 31.

また、GNDプレーン31の、配線21、22と対向する表面には、アンカー35が設けられているが、配線21、22の表面には、アンカーが少ないか、またはアンカーがない構造となっている。そのため、図4の配線21、22は、厚みの均一な部分が、図1〜3に示した配線21、22と比較して厚くなっている。   In addition, anchors 35 are provided on the surface of the GND plane 31 facing the wirings 21 and 22, but the surface of the wirings 21 and 22 has a structure with few or no anchors. . Therefore, the wirings 21 and 22 in FIG. 4 are thicker in thickness than the wirings 21 and 22 shown in FIGS.

図5は、図4のペア配線に差動交流電流が流れた場合の、導体内の電流密度分布を示す断面図であり、図6は、図4のペア配線に同相(コモン)交流電流が流れた場合の、導体内の電流密度分布を示す断面図である。図5(a)、6(a)は、ストリップライン構造の場合を示し、図5(b)、6(b)は、マイクロストリップ構造の場合を示している。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing a current density distribution in the conductor when a differential alternating current flows through the pair wiring of FIG. 4, and FIG. 6 shows an in-phase (common) alternating current in the pair wiring of FIG. It is sectional drawing which shows the current density distribution in a conductor at the time of flowing. 5 (a) and 6 (a) show the case of a stripline structure, and FIGS. 5 (b) and 6 (b) show the case of a microstrip structure.

ここで、図4において、正相信号配線21と逆相信号配線22との結合を強くする構造としたことにより、ペア配線に差動交流電流が流れた図5の場合には、上記式(1)、(4)の関係は成立するものの、上記式(2)、(3)の関係は成立せず、式(2)、(3)に代えて、次式(6)、(7)の関係が成立する。   Here, in FIG. 4, in the case of FIG. 5 in which the differential AC current flows through the pair wiring by the structure in which the coupling between the positive phase signal wiring 21 and the negative phase signal wiring 22 is strengthened, the above formula ( 1) and (4) are satisfied, but the above expressions (2) and (3) are not satisfied. Instead of the expressions (2) and (3), the following expressions (6) and (7) The relationship is established.

|Ip|>>|Igp| (6)
|In|>>|Ign| (7)
| Ip | >>>> Igp | (6)
| In | >>>> Ign | (7)

これに対して、図4において、ペア配線に同相交流電流が流れた図6の場合には、上記式(1)〜(4)の関係が成立する。   On the other hand, in FIG. 4, in the case of FIG. 6 in which the common-mode alternating current flows through the pair wiring, the relationships of the above formulas (1) to (4) are established.

また、図4において、正相信号配線21および逆相信号配線22の表面を、凹凸が少ないか、または凹凸がない構造としたことで、配線21、22では、表皮効果により交流電流が流れる深さが浅くなる以上の抵抗増大は生じないが、GNDプレーン31では、表面の凹凸によって、表皮効果により交流電流が流れる深さが浅くなる以上の抵抗増大が生じる。   Further, in FIG. 4, the surface of the normal phase signal wiring 21 and the reverse phase signal wiring 22 has a structure with little or no unevenness, and the wirings 21 and 22 have a depth at which an alternating current flows due to the skin effect. The GND plane 31 does not increase in resistance beyond the shallowness, but the GND plane 31 causes an increase in resistance beyond the shallowness of the flow of alternating current due to the skin effect due to surface irregularities.

以上の現象から、ペア配線に差動交流電流が流れた場合と同相交流電流が流れた場合とで、高周波電流および抵抗増大について、次のような違いが生じる。まず、正相信号電流Ipと逆相信号電流Inとが、差動時および同相時で互いに等しい場合には、次式(8)の関係が成立する。   From the above phenomenon, the following differences occur in the high-frequency current and the resistance increase between when the differential alternating current flows through the pair wiring and when the in-phase alternating current flows. First, when the positive-phase signal current Ip and the negative-phase signal current In are equal to each other during differential and in-phase, the relationship of the following equation (8) is established.

|差動時のIgp、Ign|<<|同相時のIgp、Ign| (8)     | Igp, Ign | at the time of differential | << | Igp, Ign | at the time of in-phase

そのため、差動時と同相時とで、GND電流の減衰量に差が生じる。すなわち、減衰する割合は同じであるが、同相時のGND電流Igp、Ignが、差動時のGND電流Igp、Ignよりも大きいので、同相時の方が、減衰量が大きくなる。したがって、信号電流Ip、InとGND電流Igp、Ignとのトータルで定義される交流電流の減衰量について、差動時と同相時とで差が生じる。   Therefore, there is a difference in the attenuation amount of the GND current between the differential time and the in-phase time. That is, although the rate of attenuation is the same, the GND currents Igp and Ign at the time of in-phase are larger than the GND currents Igp and Ign at the time of differential, so that the amount of attenuation is larger at the time of in-phase. Therefore, there is a difference between the differential current and the in-phase current with respect to the attenuation amount of the alternating current defined as the total of the signal currents Ip and In and the GND currents Igp and Ign.

以上説明したように、差動時よりも同相時の方が高損失になる信号配線を得ることができる。また、上述した構造を高速な差動信号配線を有する基板に適用することで、同相交流電流の減衰量が、差動交流電流の減衰量よりも大きくなる基板を実現することができる。さらに、高速な差動信号配線がある層のみを、凹凸が少ない(低プロファイルな)層、または凹凸がない(プロファイルフリーな)層とすることで、基板コストの上昇を最小限に抑えることができる。   As described above, it is possible to obtain a signal wiring that has a higher loss in the same phase than in the differential mode. Further, by applying the above-described structure to a substrate having high-speed differential signal wiring, it is possible to realize a substrate in which the attenuation amount of the in-phase alternating current is larger than the attenuation amount of the differential alternating current. Furthermore, only the layer with high-speed differential signal wiring is made a layer with little unevenness (low profile) or a layer without unevenness (profile-free), thereby minimizing the increase in substrate cost. it can.

また、この基板を用いることにより、差動信号配線に対する同相ノイズを基板で減衰させることができる。また、基板の他の部位から入り込んできたノイズや、空間から伝搬してきたノイズが、差動信号配線に対して同相ノイズとなった場合であっても、このノイズを減衰させることができ、モード変換により生じる差動ノイズも抑制することができる。   Further, by using this substrate, the common-mode noise for the differential signal wiring can be attenuated by the substrate. In addition, even if noise that has entered from other parts of the board or noise that has propagated from space becomes in-phase noise for the differential signal wiring, this noise can be attenuated and the mode Differential noise caused by conversion can also be suppressed.

一方、モード変換信号の差動成分がコモン成分(コモンノイズ)に変換された場合であっても、このコモンノイズは、基板上で減衰させることができ、ひいては他の部位へのノイズの伝搬、および放射ノイズを抑制することができる。   On the other hand, even when the differential component of the mode conversion signal is converted to a common component (common noise), this common noise can be attenuated on the substrate, and the propagation of noise to other parts, And radiation noise can be suppressed.

また、このような基板を半導体ICのパッケージ基板として用いることにより、コモンノイズを出しにくく、かつコモンノイズへの耐性が高い半導体デバイスを実現することができる。   Further, by using such a substrate as a package substrate for a semiconductor IC, it is possible to realize a semiconductor device that hardly generates common noise and has high resistance to common noise.

さらに、このような基板を用いることにより、高周波の放射ノイズを抑制することができるので、装置内の空間をノイズが伝搬して別の基板に伝わり、誤動作を生じることを防止することができる。また、このような効果を得るために、例えばノイズ抑制シート等を用いる必要がないので、製品コストおよび組み立てコストを抑制することができる。   Further, by using such a substrate, high-frequency radiation noise can be suppressed, so that it is possible to prevent the noise from propagating through the space in the apparatus to another substrate and causing a malfunction. Moreover, in order to acquire such an effect, it is not necessary to use a noise suppression sheet etc., for example, Therefore Product cost and assembly cost can be suppressed.

また、このような基板を、高周波の無線通信を行う装置に適用することにより、アンテナの出力電力を小さくすることができ、低消費電力化を実現することができる。さらに、アンテナの受信感度の低下を防止することができる。   In addition, by applying such a substrate to a device that performs high-frequency wireless communication, the output power of the antenna can be reduced, and low power consumption can be realized. Furthermore, it is possible to prevent a decrease in reception sensitivity of the antenna.

以上のように、実施の形態1によれば、複数の信号配線間の配線幅は、1本の信号配線についての特性インピーダンスが、ペア配線の差動インピーダンスの半分となる場合の配線幅よりも狭く、複数の信号配線の表面で表皮効果により生じる抵抗増大が、GND層の表面で表皮効果により生じる抵抗増大よりも小さい。
また、ペア配線の、少なくともGNDプレーンに対向する表面の凹凸が、GNDプレーンの、少なくともペア配線に対向する表面の凹凸よりも小さい。
そのため、差動信号の正相信号電流および逆相信号電流の損失は、正相信号電流に対するGND電流および逆相信号電流に対するGND電流の損失よりも小さくなる。
よって、差動信号の正相信号配線と逆相信号配線とが強く結合しているほど、正相および逆相に対するGND電流が小さくなるので、差動信号の減衰が抑えられる。
一方、コモンノイズの場合は、正相信号電流および逆相信号電流に同位相の振幅変動が生じ、それと同じだけのGND電流が生じるが、GND電流の損失が大きくなるので、ひいてはコモンノイズが減衰する。
また、表面の凹凸が大きい(表面が粗い)導体層としては、従来の低コストの材料および製造方法を適用できるので、コストの上昇を抑制することができる。
すなわち、差動成分に対する導体損失をコモン成分に対する導体損失よりも小さくするとともに、差動損失を小さくしてコモンノイズを減衰させ、さらにコストの上昇を抑制することができる。
As described above, according to the first embodiment, the wiring width between the plurality of signal wirings is larger than the wiring width when the characteristic impedance of one signal wiring is half of the differential impedance of the pair wiring. Narrow and the increase in resistance caused by the skin effect on the surface of the plurality of signal wirings is smaller than the increase in resistance caused by the skin effect on the surface of the GND layer.
Further, the unevenness of the surface of the pair wiring facing at least the GND plane is smaller than the unevenness of the surface of the GND plane facing the pair wiring at least.
Therefore, the loss of the positive phase signal current and the negative phase signal current of the differential signal is smaller than the loss of the GND current with respect to the positive phase signal current and the GND current with respect to the negative phase signal current.
Therefore, the stronger the positive-phase signal wiring and the negative-phase signal wiring of the differential signal are coupled, the smaller the GND current with respect to the positive phase and the negative phase is, so that the attenuation of the differential signal is suppressed.
On the other hand, in the case of common noise, amplitude fluctuations in the same phase occur in the positive-phase signal current and the negative-phase signal current, and the same GND current is generated. However, since the loss of the GND current increases, the common noise is attenuated. To do.
Moreover, since the conventional low-cost material and manufacturing method are applicable as a conductor layer with a large unevenness | corrugation of the surface (surface is rough), the raise of cost can be suppressed.
That is, the conductor loss with respect to the differential component can be made smaller than the conductor loss with respect to the common component, the differential loss can be reduced to attenuate the common noise, and the increase in cost can be suppressed.

なお、上記実施の形態1では、信号電流およびGND電流に対する高周波での抵抗増大の差を、表面粗さの程度または表面粗さの有無で実現する例を示したが、これに限定されず、抵抗値が異なる導体材料を用いて実現してもよい。また、GNDプレーン31に、配線幅よりも小さいサイズおよびピッチの穴を多数設けて、実質的にGNDプレーンの抵抗値を上げて実現してもよい。また、これらの手段の組合せによって実現してもよい。   In the first embodiment, an example in which the difference in resistance increase at a high frequency with respect to the signal current and the GND current is realized by the degree of surface roughness or the presence or absence of surface roughness is shown, but the present invention is not limited to this. You may implement | achieve using the conductor material from which resistance value differs. Alternatively, the GND plane 31 may be provided with a large number of holes having a size and pitch smaller than the wiring width to substantially increase the resistance value of the GND plane. Moreover, you may implement | achieve by the combination of these means.

具体的には、ペア配線の導体のDC抵抗値を、GNDプレーン31の導体のDC抵抗値よりも小さくすることが考えられる。このとき、例えばペア配線の導体の主な材料と、GNDプレーン31の導体の主な材料とが、それぞれ金、銅、アルミニウムおよびタングステンのうちの何れかであって、ペア配線の導体の材料の抵抗率を、GNDプレーン31の導体の材料の抵抗率よりも小さくすればよい。   Specifically, it can be considered that the DC resistance value of the conductor of the pair wiring is made smaller than the DC resistance value of the conductor of the GND plane 31. At this time, for example, the main material of the conductor of the pair wiring and the main material of the conductor of the GND plane 31 are any of gold, copper, aluminum, and tungsten, respectively, The resistivity may be made smaller than the resistivity of the conductor material of the GND plane 31.

また、GNDプレーン31の、少なくとも配線21、22と対向する範囲に、ペア配線の配線幅よりも直径および間隔の小さな複数の穴を設けることが考えられる。   In addition, it is conceivable to provide a plurality of holes having a diameter and a distance smaller than the wiring width of the pair wiring in at least a range of the GND plane 31 facing the wirings 21 and 22.

実施の形態2.
図7は、この発明の実施の形態2に係る多層基板における基板配線を例示する説明図である。図7において、この基板配線は、BGA(Ball Grid Array)パッケージ用パッド60、コネクタピン(図示せず)が挿入されるコネクタピン用スルーホール70、正相信号配線21および逆相信号配線22からなる一組のペア配線80、並びに別の正相信号配線21および逆相信号配線22からなるもう一組のペア配線81から構成されている。なお、これらのペア配線80、81は、それぞれ図4に示したこの発明の実施の形態1に係る断面構造を有している。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is an explanatory view illustrating the substrate wiring in the multilayer substrate according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the substrate wiring includes a BGA (Ball Grid Array) package pad 60, a connector pin through hole 70 into which a connector pin (not shown) is inserted, a normal phase signal wiring 21 and a negative phase signal wiring 22. And a pair of pair wirings 81 including another normal phase signal wiring 21 and a reverse phase signal wiring 22. Each of the pair wirings 80 and 81 has a cross-sectional structure according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.

ペア配線80では、コネクタピンおよびコネクタピン用スルーホール70を介して、別の基板からBGAパッケージ用パッド60へ信号が伝送されている。また、ペア配線81では、逆にBGAパッケージ用パッド60から、コネクタピン用スルーホール70およびコネクタピンを介して、別の基板へ信号が伝送されている。   In the pair wiring 80, a signal is transmitted from another substrate to the BGA package pad 60 through the connector pin and the connector pin through hole 70. On the other hand, in the pair wiring 81, a signal is transmitted from the BGA package pad 60 to another substrate via the connector pin through hole 70 and the connector pin.

ここで、ペア配線80、81は、何れもBGAパッケージ用パッド60やコネクタピン用スルーホール70からペア配線80、81を形成するまでは、この基板内の受信側(信号伝送方向の上流側端)のみ等長処理され、送信側(信号伝送方向の下流側端)はされていない。   Here, until the pair wirings 80 and 81 are formed from the BGA package pad 60 and the connector pin through hole 70, the pair wirings 80 and 81 are formed on the receiving side (upstream end in the signal transmission direction) in this board. ) Only isometric processing, not on the transmission side (downstream end in the signal transmission direction).

一般的に、ペア配線80、81を形成するまでの正相信号と逆相信号との長さが異なると、差動振幅の一部がコモン振幅に変わるモード変換が発生し、GNDバウンス等のコモンノイズが誘発され、それが基板上で共振すると、コモンノイズの周波数で大きな放射ノイズが発生する。   In general, when the lengths of the normal phase signal and the reverse phase signal until the pair wirings 80 and 81 are formed are different, a mode conversion in which a part of the differential amplitude is changed to the common amplitude is generated. When common noise is induced and resonates on the substrate, large radiation noise is generated at the frequency of the common noise.

そのため、ペア配線80、81を形成するまでの正相信号と逆相信号との配線(引き出し線)の長さをそろえるのが望ましい。しかしながら、このためには、個別の引き出し線をわざわざ遠回りさせる必要があり、本来は不要な配線領域を占めてしまう。また、差動信号が多数ある場合には、他の信号の配線引き出しを困難にする場合がある。さらに、基板の設計に時間を要し、開発コストの上昇を招くことになる。   For this reason, it is desirable to align the lengths of the wirings (leading lines) of the normal phase signal and the negative phase signal until the pair wirings 80 and 81 are formed. However, for this purpose, it is necessary to bother the individual lead lines and occupy an originally unnecessary wiring area. In addition, when there are a large number of differential signals, it may be difficult to draw out other signals. Furthermore, it takes time to design the substrate, leading to an increase in development cost.

これに対して、上記実施の形態1で示した多層基板であれば、送信側でのモード変換で発生したコモンノイズは、伝搬中に減衰し、共振が発生しにくい。そのため、送信側の引き出し線における等長処理が不要となり、余計な配線領域を必要とせず、さらに基板設計に要する時間をも短縮することができる。   On the other hand, in the multilayer substrate shown in the first embodiment, common noise generated by mode conversion on the transmission side is attenuated during propagation, and resonance hardly occurs. This eliminates the need for equal length processing in the transmission line on the transmission side, eliminates the need for an extra wiring area, and further reduces the time required for board design.

以上説明したように、このような基板を半導体ICのパッケージ基板として用いることにより、コモンノイズを出しにくく、かつコモンノイズへの耐性が高い半導体デバイスを実現することができる。   As described above, by using such a substrate as a package substrate for a semiconductor IC, it is possible to realize a semiconductor device that hardly generates common noise and has high resistance to common noise.

さらに、このような基板を用いることにより、高周波の放射ノイズを抑制することができるので、装置内の空間をノイズが伝搬して別の基板に伝わり、誤動作を生じることを防止することができる。また、このような効果を得るために、例えばノイズ抑制シート等を用いる必要がないので、製品コストおよび組み立てコストを抑制することができる。   Further, by using such a substrate, high-frequency radiation noise can be suppressed, so that it is possible to prevent the noise from propagating through the space in the apparatus to another substrate and causing a malfunction. Moreover, in order to acquire such an effect, it is not necessary to use a noise suppression sheet etc., for example, Therefore Product cost and assembly cost can be suppressed.

また、このような基板を、高周波の無線通信を行う装置に適用することにより、アンテナの出力電力を小さくすることができ、低消費電力化を実現することができる。さらに、アンテナの受信感度の低下を防止することができる。   In addition, by applying such a substrate to a device that performs high-frequency wireless communication, the output power of the antenna can be reduced, and low power consumption can be realized. Furthermore, it is possible to prevent a decrease in reception sensitivity of the antenna.

なお、受信側のパッケージ基板、または受信側のコネクタに接続された別の基板も、上記実施の形態1で示した断面構造であれば、受信側の引き出し線における等長処理が不要となり、さらに設計に要する時間と開発コストを削減することができる。また、この形態は、半導体チップ内の再配線層に対しても、同じ効果を得ることができる。   If the receiving side package substrate or another substrate connected to the receiving side connector is also the cross-sectional structure shown in the first embodiment, it is not necessary to perform equal length processing on the receiving side lead line. Design time and development costs can be reduced. Further, this embodiment can obtain the same effect on the rewiring layer in the semiconductor chip.

1 誘電体材料、20 配線層、21 正相信号配線、22 逆相信号配線、25 配線表面のアンカー、30 GND層、31 GNDプレーン、35 GNDプレーン表面のアンカー、60 BGAパッケージ用パッド、70 コネクタピン用スルーホール、80、81 ペア配線、Ip 正相信号電流、In 逆相信号電流、Igp 正相信号電流に対するGND電流、Ign 逆相信号電流に対するGND電流。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dielectric material, 20 wiring layer, 21 normal phase signal wiring, 22 reverse phase signal wiring, 25 wiring surface anchor, 30 GND layer, 31 GND plane, 35 GND plane surface anchor, 60 BGA package pad, 70 connector Through hole for pins, 80, 81 pair wiring, Ip positive phase signal current, In reverse phase signal current, Igp GND current for positive phase signal current, and GND current for Ign negative phase signal current.

Claims (27)

差動信号を伝送する複数の信号配線を含み、前記複数の信号配線はペア配線を構成する配線層と、
前記配線層と対向し、全面または部分的なGNDプレーンを含むGND層と、
前記配線層と前記GND層との間に設けられた誘電体層と、を備え、
前記複数の信号配線間の配線幅は、1本の信号配線についての特性インピーダンスが、前記ペア配線の差動インピーダンスの半分となる場合の配線幅よりも狭く、
前記複数の信号配線の表面で表皮効果により生じる抵抗増大が、前記GND層の表面で表皮効果により生じる抵抗増大よりも小さい
多層基板。
A plurality of signal wirings for transmitting differential signals, wherein the plurality of signal wirings comprise a wiring layer constituting a pair wiring;
A GND layer facing the wiring layer and including the entire surface or a partial GND plane;
A dielectric layer provided between the wiring layer and the GND layer,
The wiring width between the plurality of signal wirings is narrower than the wiring width when the characteristic impedance of one signal wiring is half of the differential impedance of the pair wiring,
A multilayer substrate in which a resistance increase caused by a skin effect on a surface of the plurality of signal wirings is smaller than a resistance increase caused by a skin effect on the surface of the GND layer.
1つまたは2つ以上の前記配線層に対して、前記GND層が上下に配置されている
請求項1に記載の多層基板。
The multilayer substrate according to claim 1, wherein the GND layer is disposed above and below the one or more wiring layers.
1つまたは2つ以上の前記配線層に対して、前記GND層が片側に配置されている
請求項1に記載の多層基板。
The multilayer substrate according to claim 1, wherein the GND layer is arranged on one side with respect to one or more of the wiring layers.
基板の表面に保護膜が形成された
請求項3に記載の多層基板。
The multilayer substrate according to claim 3, wherein a protective film is formed on the surface of the substrate.
前記ペア配線の、少なくとも前記GNDプレーンに対向する表面の凹凸が、前記GNDプレーンの、少なくとも前記ペア配線に対向する表面の凹凸よりも小さい
請求項1から請求項4までの何れか1項に記載の多層基板。
The unevenness | corrugation of the surface which faces the said GND plane of the said pair wiring is at least smaller than the unevenness | corrugation of the surface which faces the said pair wiring of the said GND plane at least. Multilayer board.
前記ペア配線の導体のDC抵抗値が、前記GNDプレーンの導体のDC抵抗値よりも小さい
請求項1から請求項4までの何れか1項に記載の多層基板。
The multilayer substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein a DC resistance value of the conductor of the pair wiring is smaller than a DC resistance value of the conductor of the GND plane.
前記ペア配線の導体の主な材料と、前記GNDプレーンの導体の主な材料とが、それぞれ金、銅、アルミニウムおよびタングステンのうちの何れかであって、
前記ペア配線の導体の材料の抵抗率が、前記GNDプレーンの導体の材料の抵抗率よりも小さい
請求項6に記載の多層基板。
The main material of the conductor of the pair wiring and the main material of the conductor of the GND plane are each one of gold, copper, aluminum, and tungsten,
The multilayer substrate according to claim 6, wherein a resistivity of a material of a conductor of the pair wiring is smaller than a resistivity of a material of a conductor of the GND plane.
前記GNDプレーンの、少なくとも前記信号配線と対向する範囲に、前記複数の信号配線間の配線幅よりも直径および間隔の小さな複数の穴が設けられている
請求項1から請求項4までの何れか1項に記載の多層基板。
5. The plurality of holes having a diameter and a distance smaller than a wiring width between the plurality of signal wirings are provided at least in a range of the GND plane facing the signal wirings. 2. The multilayer substrate according to item 1.
請求項5、請求項6および請求項8のうち、少なくとも2つを組み合わせた多層基板。   A multilayer substrate comprising a combination of at least two of claims 5, 6, and 8. 請求項5、請求項7および請求項8のうち、少なくとも2つを組み合わせた多層基板。   A multilayer substrate obtained by combining at least two of claims 5, 7, and 8. 前記ペア配線は、前記ペア配線の両端で、信号受信側のペア配線端から先の正相と逆相との配線長がほぼ等しく、信号送信側のペア配線端から先の正相と逆相との配線長に差がある配線形状を有する
請求項1から請求項10までの何れか1項に記載の多層基板。
The pair wirings have substantially the same lengths of the positive phase and the reverse phase from the pair wiring end on the signal reception side at both ends of the pair wiring, and the positive phase and the reverse phase from the pair wiring end on the signal transmission side. The multilayer substrate according to any one of claims 1 to 10, wherein the multilayer substrate has a wiring shape having a difference in wiring length.
前記ペア配線は、前記ペア配線の両端で、信号送信側のペア配線端から先の正相と逆相との配線長がほぼ等しく、信号受信側のペア配線端から先の正相と逆相との配線長に差がある配線形状を有する
請求項1から請求項10までの何れか1項に記載の多層基板。
The pair wirings have substantially the same lengths of the positive phase and the reverse phase from the pair wiring end on the signal transmission side at both ends of the pair wiring, and the positive phase and the reverse phase from the pair wiring end on the signal reception side. The multilayer substrate according to any one of claims 1 to 10, wherein the multilayer substrate has a wiring shape having a difference in wiring length.
前記ペア配線は、前記ペア配線の両端のそれぞれで、ペア配線端から正相と逆相との配線長に差がある配線形状を有する
請求項1から請求項10までの何れか1項に記載の多層基板。
The said pair wiring has wiring shape which has a difference in the wiring length of a normal phase and a reverse phase from the pair wiring end in each of the both ends of the said pair wiring. Multilayer board.
請求項1から請求項13までの何れか1項に記載の多層基板に部品を実装したプリント回路基板。   The printed circuit board which mounted components in the multilayer substrate in any one of Claim 1- Claim 13. 請求項1から請求項13までの何れか1項に記載の多層基板を含む半導体パッケージ基板。   A semiconductor package substrate comprising the multilayer substrate according to any one of claims 1 to 13. 請求項15に記載の半導体パッケージ基板を用いた半導体デバイス。   A semiconductor device using the semiconductor package substrate according to claim 15. 請求項15に記載の半導体パッケージ基板を用いた半導体パッケージ。   A semiconductor package using the semiconductor package substrate according to claim 15. 請求項17に記載の半導体パッケージに半導体チップを実装した半導体デバイス。   A semiconductor device in which a semiconductor chip is mounted on the semiconductor package according to claim 17. 請求項18に記載の半導体デバイスを実装したプリント回路基板。   A printed circuit board on which the semiconductor device according to claim 18 is mounted. 差動信号を伝送する複数の信号配線を含み、前記複数の信号配線はペア配線を構成する配線層と、
前記配線層と対向し、全面または部分的なGNDプレーンを含むGND層と、
前記配線層と前記GND層との間に設けられた誘電体層と、を備え、
前記複数の信号配線間の配線幅は、1本の信号配線についての特性インピーダンスが、前記ペア配線の差動インピーダンスの半分となる場合の配線幅よりも狭く、
前記複数の信号配線の表面で表皮効果により生じる抵抗増大が、前記GND層の表面で表皮効果により生じる抵抗増大よりも小さい
半導体チップ。
A plurality of signal wirings for transmitting differential signals, wherein the plurality of signal wirings comprise a wiring layer constituting a pair wiring;
A GND layer facing the wiring layer and including the entire surface or a partial GND plane;
A dielectric layer provided between the wiring layer and the GND layer,
The wiring width between the plurality of signal wirings is narrower than the wiring width when the characteristic impedance of one signal wiring is half of the differential impedance of the pair wiring,
The increase in resistance caused by the skin effect on the surface of the plurality of signal wirings is smaller than the increase in resistance caused by the skin effect on the surface of the GND layer.
前記ペア配線は、前記ペア配線の両端で、信号受信側のペア配線端から先の正相と逆相との配線長がほぼ等しく、信号送信側のペア配線端から先の正相と逆相との配線長に差がある配線形状を有する
請求項20に記載の半導体チップ。
The pair wirings have substantially the same lengths of the positive phase and the reverse phase from the pair wiring end on the signal reception side at both ends of the pair wiring, and the positive phase and the reverse phase from the pair wiring end on the signal transmission side. The semiconductor chip according to claim 20, having a wiring shape with a difference in wiring length.
前記ペア配線は、前記ペア配線の両端で、信号送信側のペア配線端から先の正相と逆相との配線長がほぼ等しく、信号受信側のペア配線端から先の正相と逆相との配線長に差がある配線形状を有する
請求項20に記載の半導体チップ。
The pair wirings have substantially the same lengths of the positive phase and the reverse phase from the pair wiring end on the signal transmission side at both ends of the pair wiring, and the positive phase and the reverse phase from the pair wiring end on the signal reception side. The semiconductor chip according to claim 20, having a wiring shape with a difference in wiring length.
前記ペア配線は、前記ペア配線の両端のそれぞれで、ペア配線端から正相と逆相との配線長に差がある配線形状を有する
請求項20に記載の半導体チップ。
The semiconductor chip according to claim 20, wherein the pair wiring has a wiring shape in which both ends of the pair wiring have a difference in wiring length between a normal phase and a reverse phase from the pair wiring end.
請求項21から請求項23までの何れか1項に記載の半導体チップをパッケージに搭載した半導体デバイス。   A semiconductor device in which the semiconductor chip according to any one of claims 21 to 23 is mounted on a package. 請求項24に記載の半導体デバイスを実装したプリント回路基板。   A printed circuit board on which the semiconductor device according to claim 24 is mounted. 請求項14、請求項18および請求項25に記載のプリント回路基板の少なくとも1つを用いた情報処理装置。   An information processing apparatus using at least one of the printed circuit boards according to claim 14, claim 18 and claim 25. 請求項14、請求項18および請求項25に記載のプリント回路基板の少なくとも1つを用いた通信装置。   A communication device using at least one of the printed circuit boards according to claim 14, claim 18 and claim 25.
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