JP2015082524A - 配線基板、半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】層数の制約を受けることなく信号伝送路上で生じるインピーダンス不整合の抑制を図る。【解決手段】本技術に係る配線基板は、配線層と絶縁層とが交互に複数積層され、前記配線層の間を電気的に接続するビアが複数形成されていると共に、表面側に複数の表面側電極パッド、裏面側に複数の裏面側電極パッドが形成され、前記複数の裏面側電極パッドがアレイ状に配置されており、前記表面側電極パッドと前記裏面側電極パッドとの間を結ぶ導体経路中に、前記配線層に形成された配線と前記ビアとを用いた導体ループとして基板厚さ方向と直交する方向にループが延在する導体ループが形成されている。【選択図】図2
Description
本技術は、配線層と絶縁層とが交互に複数積層された配線基板、及び配線基板上に半導体電子部品が実装された半導体装置に係るものであり、特に、信号伝送路上でのインピーダンス不整合の抑制を図るための技術分野に関する。
コンピューターや携帯電話等におけるマイクロプロセッサ等として使用される半導体電子部品は、近年、益々高速化及び高機能化されており、これに付随して端子数が増え、端子間のピッチも狭くなる傾向にある。
このような半導体電子部品の端子はマザーボードと称される回路基板に形成される接続端子に対してピッチに大きな差があるため、半導体電子部品をマザーボードに直接的に実装することが困難とされている。
そこで、配線基板を介して半導体電子部品をマザーボードに接続するということが行われている。
そこで、配線基板を介して半導体電子部品をマザーボードに接続するということが行われている。
配線基板は、例えばビルドアップ工法によって配線層と絶縁層とを交互に複数積層した積層体として形成されている。配線層同士は、ビアを介して接続されている。
通常、配線基板におけるマザーボードと接続される側の面(裏面)の端子部は、複数の端子(電極パッド及びはんだボール)がアレイ状に形成されたBGA(Ball Grid Array)部として形成されている。
通常、配線基板におけるマザーボードと接続される側の面(裏面)の端子部は、複数の端子(電極パッド及びはんだボール)がアレイ状に形成されたBGA(Ball Grid Array)部として形成されている。
ここで、半導体電子部品が実装された配線基板がマザーボードに対して実装された状態では、配線基板内の信号線とBGA部との間、及びBGA部とマザーボード内の信号線との間でインピーダンスの不整合が生じる。特に、伝送信号の周波数が比較的高い場合にはこのようなインピーダンス不整合による信号劣化が問題になり易い。
通常、配線基板内の信号線とマザーボード内の信号線では、マイクロストリップ線路やストリップ線路の形成によってインピーダンスが一定に保たれている。一方で、BGA部では、電極パッドとその周辺導体との間の寄生容量が比較的大きく、局所的にインピーダンスの低下が生じる。このようなBGA部での局所的なインピーダンスの低下に起因して、信号伝送路上におけるインピーダンス不整合が生じるものである。
このような配線基板のBGA部におけるインピーダンスの低下に起因したインピーダンス不整合の抑制を図るための技術として、上記特許文献1には、配線基板における電極パッドが配置された層から伝送路が配置された層までの導体経路中に渦巻様の導体パターン(導体ループ)を形成するものが開示されている。
このような導体ループは巻線(インダクタ)として機能するため、当該導体ループのセルフインダクタンスによって電極パッドの寄生容量とのバランスをとることができる。すなわち、BGA部で生じるインピーダンスの落ち込みを抑制して、インピーダンス不整合の抑制を図ることができる。
このような導体ループは巻線(インダクタ)として機能するため、当該導体ループのセルフインダクタンスによって電極パッドの寄生容量とのバランスをとることができる。すなわち、BGA部で生じるインピーダンスの落ち込みを抑制して、インピーダンス不整合の抑制を図ることができる。
ここで、BGA部の電極パッドで生じる寄生容量に対して十分なインダクタンスを得るためには、導体ループのループ回数(巻線における巻き数)を多くすることが望ましい。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、導体ループのループ延在方向(ループが延在する方向)は配線基板の厚さ方向と一致しているため、ループ回数を増加させるには配線基板の層数も増加させなければならい。すなわち、特許文献1に記載の技術では、配線基板の層数が少ない場合に導体ループのループ回数を稼げずに十分なインダクタンスを得ることができず、インピーダンス不整合を十分に抑制できない虞がある。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、導体ループのループ延在方向(ループが延在する方向)は配線基板の厚さ方向と一致しているため、ループ回数を増加させるには配線基板の層数も増加させなければならい。すなわち、特許文献1に記載の技術では、配線基板の層数が少ない場合に導体ループのループ回数を稼げずに十分なインダクタンスを得ることができず、インピーダンス不整合を十分に抑制できない虞がある。
そこで、本技術では上記した問題点を克服し、層数の制約を受けることなく信号伝送路上で生じるインピーダンス不整合の抑制を図ることを目的とする。
第1に、本技術に係る配線基板は、配線層と絶縁層とが交互に複数積層され、前記配線層の間を電気的に接続するビアが複数形成されていると共に、表面側に複数の表面側電極パッド、裏面側に複数の裏面側電極パッドが形成され、前記複数の裏面側電極パッドがアレイ状に配置されており、前記表面側電極パッドと前記裏面側電極パッドとの間を結ぶ導体経路中に、前記配線層に形成された配線と前記ビアとを用いた導体ループとして基板厚さ方向と直交する方向にループが延在する導体ループが形成されているものである。
上記のように導体ループのループ延在方向が基板厚さ方向と直交する方向とされたことで、導体ループのループ回数を増やすにあたって配線基板の層数を増やす必要がない。
第2に、上記した本技術に係る配線基板においては、前記導体ループの一端が前記裏面側電極パッド上に位置していることが望ましい。
これにより、導体ループが裏面側電極パッドの近傍に配置される。
第3に、上記した本技術に係る配線基板においては、前記導体ループの内側に前記絶縁層の形成材料とは異なる材料で構成された挿入部材が配置されていることが望ましい。
これにより、配線基板の設計の自由度の向上が図られる。
第4に、上記した本技術に係る配線基板においては、前記導体ループの内側に磁性体が配置されていることが望ましい。
これにより、導体ループにおける単位ループ回数あたりのセルフインダクタンス量がさらに増加する。
第5に、上記した本技術に係る配線基板は、コアレス基板とされていることが望ましい。
コアレス基板は、コア層を有していないことから、裏面側電極パッドとその周囲導体との距離を確保することが困難な場合が多く、その場合はインピーダンス不整合の度合いが比較的大きくなる。
第6に、上記した本技術に係る配線基板は、ディファレンシャル方式による信号伝送が行われる一対の前記導体経路に対してそれぞれ前記導体ループが形成されており、前記一対の前記導体経路に形成された前記導体ループの前記表面側電極パッド側から前記裏面側電極パッド側にかけてのループ方向が逆向きとされていることが望ましい。
これにより、一対の導体経路中にそれぞれ挿入された導体ループを流れる電流のループ方向が一致する。
また、本技術に係る半導体装置は、配線層と絶縁層とが交互に複数積層され、前記配線層の間を電気的に接続するビアが複数形成されていると共に、表面側に複数の表面側電極パッド、裏面側に複数の裏面側電極パッドが形成され、前記複数の裏面側電極パッドがアレイ状に配置されており、前記表面側電極パッドと前記裏面側電極パッドとの間を結ぶ導体経路中に、前記配線層に形成された配線と前記ビアとを用いた導体ループとして基板厚さ方向と直交する方向にループが延在する導体ループが形成されている配線基板と、前記表面側電極パッドを介して前記配線基板と電気的に接続された半導体電子部品とを備えるものである。
上記本技術に係る半導体装置としても、上記した本技術に係る配線基板を備えているため、導体ループのループ回数を増やすにあたって配線基板の層数を増やす必要がない。
本技術によれば、層数の制約を受けることなく信号伝送路上で生じるインピーダンス不整合の抑制を図ることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
以下、本技術に係る実施の形態について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
<1.第1の実施の形態>
[1-1.半導体装置の構成概要]
[1-2.インピーダンス不整合抑制のための構成]
[1-3.第1の実施の形態のまとめ]
<2.第2の実施の形態>
[2-1.半導体装置及び配線基板の構成]
[2-2.第2の実施の形態のまとめ]
<3.変形例>
<4.本技術>
なお、説明は以下の順序で行う。
<1.第1の実施の形態>
[1-1.半導体装置の構成概要]
[1-2.インピーダンス不整合抑制のための構成]
[1-3.第1の実施の形態のまとめ]
<2.第2の実施の形態>
[2-1.半導体装置及び配線基板の構成]
[2-2.第2の実施の形態のまとめ]
<3.変形例>
<4.本技術>
<1.第1の実施の形態>
[1-1.半導体装置の構成概要]
図1は、本技術に係る第1の実施の形態としての配線基板1を備えて構成された半導体装置3の概略断面構造図である。
なお、図1では半導体装置3が実装されたマザーボード100も併せて示している。マザーボード100、及び配線基板1に実装された半導体電子部品2については、内部の断面構造の図示は省略している。
ここで、以下の説明においては、配線基板1の基板厚さ方向と平行な方向を「垂直方向」、基板厚さ方向と直交する方向(「垂直方向」と直交する方向)を「水平方向」と表記する。
また、配線基板1について、半導体電子部品2が接続される側(紙面上側)の面は「表面」と表記し、マザーボード100が接続される側(紙面下側)の面は「裏面」と表記する。
[1-1.半導体装置の構成概要]
図1は、本技術に係る第1の実施の形態としての配線基板1を備えて構成された半導体装置3の概略断面構造図である。
なお、図1では半導体装置3が実装されたマザーボード100も併せて示している。マザーボード100、及び配線基板1に実装された半導体電子部品2については、内部の断面構造の図示は省略している。
ここで、以下の説明においては、配線基板1の基板厚さ方向と平行な方向を「垂直方向」、基板厚さ方向と直交する方向(「垂直方向」と直交する方向)を「水平方向」と表記する。
また、配線基板1について、半導体電子部品2が接続される側(紙面上側)の面は「表面」と表記し、マザーボード100が接続される側(紙面下側)の面は「裏面」と表記する。
図1において、半導体装置1は、配線基板1と配線基板1の表面側に実装された半導体電子部品2とを有している。
半導体電子部品2は、いわゆるIC(Integrated Circuit)チップとして形成されている。半導体電子部品2としては、例えばSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)等のメモリ素子等を挙げることができる。
半導体電子部品2は、いわゆるIC(Integrated Circuit)チップとして形成されている。半導体電子部品2としては、例えばSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)等のメモリ素子等を挙げることができる。
配線基板1は、いわゆるプリント配線基板とされ、配線層11と絶縁層12とが交互に複数積層されて形成され、配線層11の間を電気的に接続するビア13が複数形成されている。配線層11、絶縁層12及びビア13を有する配線基板1の作成は、いわゆるビルドアップ工法により行われている。
本例の場合、配線基板1はコア層を有さないいわゆるコアレス基板とされている。なお、コアレス基板の詳細については例えば以下の参考文献を参照されたい。
・参考文献1:特開2002−26171号公報
・参考文献2:特開2010−161419号公報
・参考文献1:特開2002−26171号公報
・参考文献2:特開2010−161419号公報
配線層11には、配線11aとしての導体が所定のパターンで形成されている。配線11aは、例えば銅などの金属で構成されている。
絶縁層12は、誘電体樹脂で構成され、垂直方向において隣り合う配線層11同士の間を絶縁する。
絶縁層12は、誘電体樹脂で構成され、垂直方向において隣り合う配線層11同士の間を絶縁する。
ビア13は、所定の配線層11に形成された所定の配線11a同士を電気的に接続するように形成されている。ビア13は、絶縁層12に対してスルーホールを形成した上で、当該スルーホールに例えば銅などの導体を充填することで形成されている。
ここで、配線基板1は、ビア13の上にビア13を積み上げた構造部分を有する。具体的には、ビア13と配線11aとが交互に複数積み上げられた構造部分である。以下、このような構造部分を「スタックビア14」と表記する。
絶縁層12のうち最も表面側に位置する絶縁層12(以下「最表の絶縁層12」と表記)の表面には、半導体電子部品2と電気的な接続を行うための複数の表面側電極パッド15が形成されている。ここで、最表の絶縁層12の表面には、ソルダーレジスト層17が形成されている。ソルダーレジスト層17には、所定の位置にそれぞれ開口が設けられており、これらの開口内に表面側電極パッド15がそれぞれ形成されている。
各表面側電極パッド15は、ビア13を介して所定の配線層11における所定の配線11aと接続されている。
各表面側電極パッド15は、ビア13を介して所定の配線層11における所定の配線11aと接続されている。
それぞれの表面側電極パッド15上にははんだボール41が形成され、これらはんだボール41が半導体電子部品2の裏面側に複数形成された電子部品側電極パッド21のうち対応する電極パッド21と接続されている。これにより、半導体電子部品2内に形成された各種の信号伝送を行うための信号配線や電源供給配線、GND(グランド)配線などの諸配線が、配線基板1内に形成された対応する配線に対してそれぞれ電気的に接続されている。
また、多絶縁層12のうち最も裏面側に位置する絶縁層12(以下「最裏の絶縁層12」と表記)の裏面には、マザーボード100と電気的な接続を行うための複数の裏面側電極パッド16が形成されている。最裏の絶縁層12の裏面にはソルダーレジスト層17が形成され、裏面側電極パッド16は、ソルダーレジスト層17の所定位置にそれぞれ形成された開口内にそれぞれ形成されている。
各裏面側電極パッド16は、ビア13を介して所定の配線層11における所定の配線11aと接続されている。
各裏面側電極パッド16は、ビア13を介して所定の配線層11における所定の配線11aと接続されている。
それぞれの裏面側電極パッド16上にははんだボール42が形成され、これらはんだボール42がマザーボード100の表面側に複数形成されたマザーボード側電極パッド101のうち対応する電極パッド101と接続されている。これにより、半導体電子部品2内に形成された各種の信号伝送を行うための信号配線や電源供給配線、GND配線などの諸配線が、配線基板1内に形成された対応する配線を介して、マザーボード100内に形成された対応する配線に対してそれぞれ電気的に接続されている。
本例の配線基板1において、裏面側電極パッド16はアレイ状に形成されており、これら裏面側電極パッド16と裏面側電極パッド16に接続されたはんだボール42はいわゆるBGA(Ball Grid Array)部を構成している。
ここで、配線基板1における表面側電極パッド15から裏面側電極パッド16(BGA部)にかけての信号伝送路に関して、BGA部を除いた信号伝送路部分を以下「信号線部」と表記する。
図示による説明は省略するが、本例の配線基板1においては、「信号線部」のインピーダンス制御はいわゆるストリップラインやマイクロストリップラインにより実施されている。
図示による説明は省略するが、本例の配線基板1においては、「信号線部」のインピーダンス制御はいわゆるストリップラインやマイクロストリップラインにより実施されている。
[1-2.インピーダンス不整合抑制のための構成]
ここで、マザーボード100側と接続される配線基板1のBGA部においては、裏面電極パッド16と周辺導体との間に生じる寄生容量に起因して、BGA部において局所的にインピーダンスの低下が生じる。このようなBGA部での局所的なインピーダンスの低下に起因して、配線基板1内の「信号線部」とBGA部との間、及びBGA部とマザーボード100内の信号線との間でインピーダンス不整合が生じてしまう。
ここで、マザーボード100側と接続される配線基板1のBGA部においては、裏面電極パッド16と周辺導体との間に生じる寄生容量に起因して、BGA部において局所的にインピーダンスの低下が生じる。このようなBGA部での局所的なインピーダンスの低下に起因して、配線基板1内の「信号線部」とBGA部との間、及びBGA部とマザーボード100内の信号線との間でインピーダンス不整合が生じてしまう。
このようなBGA部で生じるインピーダンス不整合の抑制を図るべく、本実施の形態では、表面側電極パッド15と裏面側電極パッド16との間を結ぶ導体経路中に、配線層11に形成された配線11aとビア13とを用いた導体ループ18を形成している。
図2及び図3は、導体ループ18についての説明図であり、それぞれ配線基板1内に形成された導体ループ18、表面側電極パッド15、表面側電極パッド15と導体ループ18との間を接続する配線11a、及び裏面側電極パッド16を斜視図、上視図(配線基板1の表面と正対する方向から見た図)により模式的に表している。
なお、図2及び図3では、配線基板1内に形成されている信号伝送路のうちの1つのみを抽出して示しているが、導体ループ18は、複数の信号伝送路に対してそれぞれ形成することができる。
なお、図2及び図3では、配線基板1内に形成されている信号伝送路のうちの1つのみを抽出して示しているが、導体ループ18は、複数の信号伝送路に対してそれぞれ形成することができる。
本実施の形態における導体ループ18は、図のように複数のスタックビア14と複数の配線11aとを用いて形成されており、ループが延在する方向(以下「ループ延在方向」と表記)が水平方向に一致している。
具体的に、この場合の導体ループ18は、水平方向に複数のスタックビア14を配列させた列が2列形成され、互いの列の間で直近に位置するスタックビア14の一端同士が配線11aによって接続されて形成されている。このとき、スタックビア14の一端同士の配線11aによる接続がスタックビア14の組ごとに基板表面側、裏面側の交互に行われていることで、ループ状の導体としての導体ループ18が形成されている。
具体的に、この場合の導体ループ18は、水平方向に複数のスタックビア14を配列させた列が2列形成され、互いの列の間で直近に位置するスタックビア14の一端同士が配線11aによって接続されて形成されている。このとき、スタックビア14の一端同士の配線11aによる接続がスタックビア14の組ごとに基板表面側、裏面側の交互に行われていることで、ループ状の導体としての導体ループ18が形成されている。
上記のような導体ループ18は、信号伝送路としての導体経路中に挿入された巻線(インダクタ)と等価であるため、導体ループ18のセルフインダクタンスによって裏面側電極パッド16の寄生容量とのバランスをとることができる。すなわち、BGA部で生じるインピーダンスの落ち込みを抑制して、信号伝送路上におけるインピーダンス不整合の抑制を図ることができる。
そして、本実施の形態の導体ループ18は、ループが延在する方向が基板厚さ方向と直交する方向とされている。このため、導体ループ18のループ回数(巻線における巻き数)を増やすにあたって配線基板1の層数を増やす必要がない。具体的に、本実施の形態において導体ループ18の形成に少なくとも必要とされる層数は、ループ回数に関わらず「3」(2つの配線層11と1つの絶縁層12)である。
このように本実施の形態によれば、配線基板1の層数の制約を受けずに信号伝送路上で生じるインピーダンス不整合の抑制を図ることができる。
このように本実施の形態によれば、配線基板1の層数の制約を受けずに信号伝送路上で生じるインピーダンス不整合の抑制を図ることができる。
なお、図2及び図3では、導体ループ18のループ回数が「4」とされた場合を例示したが、導体ループ18のループ回数はインピーダンス不整合の抑制を図る上で必要とされる数に設定されればよく、特定の数に限定されるべきものではない。
また、上記では、導体ループ18における垂直方向に延在する導体部分をスタックビア14で形成する場合を例示したが、当該垂直方向に延在する導体部分は少なくとも1つのビア13で形成することができる。
但し、導体ループ18で発生するインダクタンスの大きさは、ループ回数のみではなくループの断面積(巻線の断面積に相当)によっても左右される。このため、本実施の形態のようにスタックビア14を用いることは、ループ断面積の拡大化してより効率的にインダクタンスを稼ぐ上で有効である。
但し、導体ループ18で発生するインダクタンスの大きさは、ループ回数のみではなくループの断面積(巻線の断面積に相当)によっても左右される。このため、本実施の形態のようにスタックビア14を用いることは、ループ断面積の拡大化してより効率的にインダクタンスを稼ぐ上で有効である。
ここで、本実施の形態のようにループ延在方向が水平方向とされた導体ループ18を用いる場合には、インピーダンス整合に必要なループ回数を設定するにあたって基板水平方向のサイズの拡大化を招く可能性があるが、一般的なプリント配線基板においては水平方向のディメンジョンにおけるサイズ制約が垂直方向のディメンジョンにおけるサイズ制約よりも1桁以上緩いため、水平方向のサイズ拡大化は或る程度許容されるものである。従って、ループ方向が垂直方向とされる従来と比較して、導体ループ18において大きなセルフインダクタンスを得ることが容易であり、インピーダンス不整合の抑制を図る構成をより容易に実現できる。
また、図2及び図3に示されるように、本実施の形態においては、上記のように構成された導体ループ18は、その一方の端部が裏面側電極パッド16上に位置している。具体的に、本実施の形態では、導体ループ18の一方の端部がスタックビア14として形成され、当該スタックビア14の一端が裏面側電極パッド16と接続されている。
これにより、導体ループ18が裏面側電極パッド16の近傍に配置されている。
これにより、導体ループ18が裏面側電極パッド16の近傍に配置されている。
ここで、裏面側電極パッド16としての寄生容量部と導体ループ18としてのインダクタンス部とが空間的/電気的に離れて配置されてしまうと、寄生容量に起因した局所的なインピーダンス低下部とインダクタンスに起因した局所的なインピーダンス上昇部が独立して存在することになり、結果的にインピーダンス不整合部が2ヶ所出現する事態を招いてしまう。この場合、寄生容量とインダクタンスは相殺されないばかりか独立の反射要因となり得る。
そこで、本実施の形態では上記のように導体ループ18を裏面側電極パッド16の近傍に配置したことで、インピーダンス低下部とインピーダンス上昇部を近接させて寄生容量によるインピーダンスの低下を導体ループ18のセルフインダクタンスによるインピーダンスの上昇により十分に相殺されるようにし、インピーダンス不整合の抑制効果を高めている。
そこで、本実施の形態では上記のように導体ループ18を裏面側電極パッド16の近傍に配置したことで、インピーダンス低下部とインピーダンス上昇部を近接させて寄生容量によるインピーダンスの低下を導体ループ18のセルフインダクタンスによるインピーダンスの上昇により十分に相殺されるようにし、インピーダンス不整合の抑制効果を高めている。
[1-3.第1の実施の形態のまとめ]
上記のように本実施の形態の配線基板1は、配線層11と絶縁層12とが交互に複数積層され、配線層11の間を電気的に接続するビア13が複数形成されていると共に、表面側に複数の表面側電極パッド15、裏面側に複数の裏面側電極パッド16が形成され、複数の裏面側電極パッド16がアレイ状に配置されている。
そして、表面側電極パッド15と裏面側電極パッド16との間を結ぶ導体経路中に、配線層11に形成された配線11aとビア13とを用いた導体ループとして基板厚さ方向と直交する方向にループが延在する導体ループ18が形成されている。
上記のように本実施の形態の配線基板1は、配線層11と絶縁層12とが交互に複数積層され、配線層11の間を電気的に接続するビア13が複数形成されていると共に、表面側に複数の表面側電極パッド15、裏面側に複数の裏面側電極パッド16が形成され、複数の裏面側電極パッド16がアレイ状に配置されている。
そして、表面側電極パッド15と裏面側電極パッド16との間を結ぶ導体経路中に、配線層11に形成された配線11aとビア13とを用いた導体ループとして基板厚さ方向と直交する方向にループが延在する導体ループ18が形成されている。
上記のように導体ループ18のループ延在方向が基板厚さ方向と直交する方向とされたことで、導体ループ18のループ回数を増やすにあたって配線基板1の層数を増やす必要がない。
従って、層数の制約を受けずに信号伝送路上で生じるインピーダンス不整合の抑制を図ることができる。
インピーダンス不整合の抑制が図られることで、伝送信号の多重反射を抑え信号品質を高めることができる。
従って、層数の制約を受けずに信号伝送路上で生じるインピーダンス不整合の抑制を図ることができる。
インピーダンス不整合の抑制が図られることで、伝送信号の多重反射を抑え信号品質を高めることができる。
ここで、上記した導体ループ18を有する本実施の形態の配線基板1は、プリント配線基板に一般的なビルドアップ工法により作成可能であるため、特殊な付加構造、付加プロセスを使用する必要がない。従って、ローコストで実現可能である。
また、本実施の形態の配線基板1は、導体ループ18の一端が裏面側電極パッド16上に位置している。
これにより、導体ループ18が裏面側電極パッド16の近傍に配置される。
従って、裏面側電極パッド16としての寄生容量部と導体ループ18としてのインダクタンス部とが独立したインピーダンス不整合部として存在してしまうことを防止でき、裏面側電極パッド16でのインピーダンスの低下を導体ループ18によるインピーダンスの上昇により十分に相殺させてインピーダンス不整合の抑制効果を高めることができる。
従って、裏面側電極パッド16としての寄生容量部と導体ループ18としてのインダクタンス部とが独立したインピーダンス不整合部として存在してしまうことを防止でき、裏面側電極パッド16でのインピーダンスの低下を導体ループ18によるインピーダンスの上昇により十分に相殺させてインピーダンス不整合の抑制効果を高めることができる。
さらに、本実施の形態の配線基板1は、コアレス基板とされている。
コアレス基板は、コア層を有していないことから、裏面側電極パッド16とその周囲導体との距離
を確保することが困難な場合が多く、その場合はインピーダンス不整合の度合いが比較的大きくなる。
従って、導体ループ18を用いたインピーダンス整合を行うことがより好適である。
コアレス基板は、コア層を有していないことから、裏面側電極パッド16とその周囲導体との距離
を確保することが困難な場合が多く、その場合はインピーダンス不整合の度合いが比較的大きくなる。
従って、導体ループ18を用いたインピーダンス整合を行うことがより好適である。
また、コアレス基板は、コア層が省略されたことによりスルーホールが削除される。従って、高周波信号の伝送ロスを低減でき、配線基板1に実装された半導体電子部品(ICチップ)を高速で動作させることができる。
<2.第2の実施の形態>
[2-1.半導体装置及び配線基板の構成]
続いて、第2の実施の形態としての配線基板1Aを備えて構成された半導体装置3Aについて説明する。
第2の実施の形態の半導体装置3Aは、第1の実施の形態の半導体装置3と比較して配線基板1に代えて配線基板1Aが設けられた点が異なる。半導体装置3Aの概略断面構造については図1で説明したものと同様となるため改めての図示による説明は省略する。
第2の実施の形態の配線基板1Aは、第1の実施の形態の配線基板1と比較してインピーダンス不整合抑制のための構成のみが異なることから、以下では配線基板1Aが有するインピーダンス不整合抑制のための構成のみを説明する。
なお、以下の説明では、既に説明済みとなった部分と同様となる部分については同一符号を付して説明を省略する。
[2-1.半導体装置及び配線基板の構成]
続いて、第2の実施の形態としての配線基板1Aを備えて構成された半導体装置3Aについて説明する。
第2の実施の形態の半導体装置3Aは、第1の実施の形態の半導体装置3と比較して配線基板1に代えて配線基板1Aが設けられた点が異なる。半導体装置3Aの概略断面構造については図1で説明したものと同様となるため改めての図示による説明は省略する。
第2の実施の形態の配線基板1Aは、第1の実施の形態の配線基板1と比較してインピーダンス不整合抑制のための構成のみが異なることから、以下では配線基板1Aが有するインピーダンス不整合抑制のための構成のみを説明する。
なお、以下の説明では、既に説明済みとなった部分と同様となる部分については同一符号を付して説明を省略する。
図4及び図5は、第2の実施の形態の配線基板1Aが備えるインピーダンス不整合抑制のための構成についての説明図であり、先の図2、図3と同様に、それぞれインピーダンス不整合抑制のための構成を斜視図、上視図により模式的に表している。
これら図4及び図5においても1つの信号伝送路に形成されたインピーダンス不整合抑制のための構成を抽出して示しているが、この場合も当該構成は複数の信号伝送路に対してそれぞれ形成することができる。
これら図4及び図5においても1つの信号伝送路に形成されたインピーダンス不整合抑制のための構成を抽出して示しているが、この場合も当該構成は複数の信号伝送路に対してそれぞれ形成することができる。
図4及び図5に示されるように、第2の実施の形態では、導体ループ18の内側に絶縁層12の形成材料とは異なる材料で構成された挿入部材19が配置されている。
本例の場合、挿入部材19は磁性体で構成されている。
本例の場合、挿入部材19は磁性体で構成されている。
図6は、導体ループ18を構成するスタックビア14と挿入部材19との位置関係を示した図である。
図6に示すように、本例における挿入部材19は、導体ループ18の内側における垂直方向中央部に位置する配線層11に対して形成されている。具体的に、本例における挿入部材19は、ビルドアップ工法による配線層11と絶縁層12の積層過程において、絶縁層12上に磁性体材料(フェライトシート、ニッケルなど)を積層することで形成されている。
図6に示すように、本例における挿入部材19は、導体ループ18の内側における垂直方向中央部に位置する配線層11に対して形成されている。具体的に、本例における挿入部材19は、ビルドアップ工法による配線層11と絶縁層12の積層過程において、絶縁層12上に磁性体材料(フェライトシート、ニッケルなど)を積層することで形成されている。
このように導体ループ18の内側に磁性体による挿入部材19が配置されたことで、導体ループ18における単位ループ回数あたりのセルフインダクタンス量がさらに増加する。
このため、同じインダクタンス量を得るためのループ回数、ループ断面積は磁性体の寄与の分だけ少なくて済むため、インピーダンス不整合の抑制を図るにあたって導体ループ18のサイズをよりコンパクトにできる。
このため、同じインダクタンス量を得るためのループ回数、ループ断面積は磁性体の寄与の分だけ少なくて済むため、インピーダンス不整合の抑制を図るにあたって導体ループ18のサイズをよりコンパクトにできる。
ここで、導体ループ18の単位ループ回数あたりのセルフインダクタンス量は、内部に挿入された磁性体の透磁率に比例して大きくなる。このため、挿入部材19として用いる磁性体としては、上記で例示したフェライトシートやニッケルなどの強磁性体材料を用いることが望ましい。
シート状の磁性体材料は比較的安価に入手することができ、またプリント配線基板の積層プロセスと親和性も高いため、上記のように導体ループ18内に磁性体としての挿入部材19を配置した配線基板1Aは既存技術で容易に実現が可能である。
なお、上記では、挿入部材19を1つの配線層11にのみ形成する場合を例示したが、挿入部材19は複数の配線層11に対して形成することもできる。磁性体としての挿入部材19の数が増えることで、総合的な透磁率が増大し、導体ループ18の単位ループ回数あたりのセルフインダクタンス量をさらに増加させることができる。
[2-2.第2の実施の形態のまとめ]
上記のように第2の実施の形態の配線基板1Aは、導体ループ18の内側に絶縁層12の形成材料とは異なる材料で構成された挿入部材19が配置されている。
これにより、配線基板1Aの設計の自由度の向上が図られる。
例えば、挿入部材19を導体として、導体ループ18内に配線を通すことを許容すれば、配線経路の設計の自由度を向上できる。或いは、上記のように挿入部材19として磁性体を配置すれば、導体ループ18をコンパクト化でき、その分、他の配線スペースを確保できるため配線経路の設計の自由度を向上できる。
上記のように第2の実施の形態の配線基板1Aは、導体ループ18の内側に絶縁層12の形成材料とは異なる材料で構成された挿入部材19が配置されている。
これにより、配線基板1Aの設計の自由度の向上が図られる。
例えば、挿入部材19を導体として、導体ループ18内に配線を通すことを許容すれば、配線経路の設計の自由度を向上できる。或いは、上記のように挿入部材19として磁性体を配置すれば、導体ループ18をコンパクト化でき、その分、他の配線スペースを確保できるため配線経路の設計の自由度を向上できる。
また、第2の実施の形態では、挿入部材19が絶縁体で構成されて、導体ループ18の内側に磁性体が配置されている。
これにより、導体ループ18における単位ループ回数あたりのセルフインダクタンス量がさらに増加する。
従って、インピーダンス不整合の抑制を図るにあたり、導体ループ18のサイズをよりコンパクトにできる。
これにより、導体ループ18における単位ループ回数あたりのセルフインダクタンス量がさらに増加する。
従って、インピーダンス不整合の抑制を図るにあたり、導体ループ18のサイズをよりコンパクトにできる。
ここで、導体ループ18は言うなれば経路の迂回であり、ループ回数が増大するに従って導体損失も増大する。上記のように磁性体による挿入部材19を配置してループ回数の削減を図ることができれば、迂回の経路長を短縮化でき導体損失の低減を図ることができる。
<3.変形例>
以上、本技術に係る実施の形態について説明したが、本技術は上記で例示した具体例に限定されるべきものではない。
例えば、上記では、信号伝送路がいわゆるシングルエンド方式に対応した伝送路とされる場合を前提としたが、本技術はいわゆるディファレンシャル方式(差動伝送方式)による信号伝送が行われる場合にも好適に適用できる。
以上、本技術に係る実施の形態について説明したが、本技術は上記で例示した具体例に限定されるべきものではない。
例えば、上記では、信号伝送路がいわゆるシングルエンド方式に対応した伝送路とされる場合を前提としたが、本技術はいわゆるディファレンシャル方式(差動伝送方式)による信号伝送が行われる場合にも好適に適用できる。
図7及び図8は、インピーダンス不整合抑制のための構成に係る変形例として、ディファレンシャル方式による信号伝送が行われる場合に対応した構成例について説明するための図である。
ディファレンシャル方式のため、この場合の信号伝送路としては正極性側の信号伝送路と負極性側の信号伝送路の一対の信号伝送路(導体経路)が存在する。ここでは便宜上、正極性側の信号伝送路を構成する表面側電極パッド15、裏面側電極パッド16、導体ループ18、及び導体ループ18と表面側電極パッド15の間を結ぶ配線11aとビア13をそれぞれ表面側電極パッド15p、裏面側電極パッド16p、導体ループ18p、配線11ap、ビア13pと示している。
また、負極性側の信号伝送路を構成する表面側電極パッド15、裏面側電極パッド16、導体ループ18、及び導体ループ18と表面側電極パッド15の間を結ぶ配線11aとビア13についてはそれぞれ表面側電極パッド15m、裏面側電極パッド16m、導体ループ18m、配線11am、ビア13mと示している。
図7及び図8に示すように、正極性側の信号伝送路では、表面側電極パッド15側から裏面側電極パッド16側にかけて電流Ipが流れ、負極性側の信号伝送路では裏面側電極パッド16側から表面側電極パッド15側にかけて電流Imが流れる。
ディファレンシャル方式のため、この場合の信号伝送路としては正極性側の信号伝送路と負極性側の信号伝送路の一対の信号伝送路(導体経路)が存在する。ここでは便宜上、正極性側の信号伝送路を構成する表面側電極パッド15、裏面側電極パッド16、導体ループ18、及び導体ループ18と表面側電極パッド15の間を結ぶ配線11aとビア13をそれぞれ表面側電極パッド15p、裏面側電極パッド16p、導体ループ18p、配線11ap、ビア13pと示している。
また、負極性側の信号伝送路を構成する表面側電極パッド15、裏面側電極パッド16、導体ループ18、及び導体ループ18と表面側電極パッド15の間を結ぶ配線11aとビア13についてはそれぞれ表面側電極パッド15m、裏面側電極パッド16m、導体ループ18m、配線11am、ビア13mと示している。
図7及び図8に示すように、正極性側の信号伝送路では、表面側電極パッド15側から裏面側電極パッド16側にかけて電流Ipが流れ、負極性側の信号伝送路では裏面側電極パッド16側から表面側電極パッド15側にかけて電流Imが流れる。
ディファレンシャル方式による信号伝送が行われる場合には、正極性側の信号伝送路に導体ループ18pを、負極性側の信号伝送路に導体ループ18mをそれぞれ形成すると共に、導体ループ18pと導体ループ18mのループ方向(巻き方向)、具体的には表面側電極パッド15側から裏面側電極パッド16側にかけてのループ方向を逆向きとする(図7中実線矢印で表す)。
これにより、一対の導体経路中にそれぞれ挿入された導体ループ18p,18mを流れる電流のループ方向(図7中破線矢印で表す)が一致する。
従って、図8中の白抜き矢印「M」で示すように導体ループ18pと導体ループ18mの磁界方向を一致させることができる。すなわち、導体ループ18pと導体ループ18mの間で磁界がキャンセルされずにディファレンシャル方式に対応してインピーダンス不整合の抑制を適正に図ることができる。
これにより、一対の導体経路中にそれぞれ挿入された導体ループ18p,18mを流れる電流のループ方向(図7中破線矢印で表す)が一致する。
従って、図8中の白抜き矢印「M」で示すように導体ループ18pと導体ループ18mの磁界方向を一致させることができる。すなわち、導体ループ18pと導体ループ18mの間で磁界がキャンセルされずにディファレンシャル方式に対応してインピーダンス不整合の抑制を適正に図ることができる。
また、第2の実施の形態のように挿入部材19を配置する場合には、次の図9に示すような変形例が可能である。
図9Aは、配線基板1Aに形成されたBGA部に配列されたはんだボール42(裏面側電極パッド16)を示し、図9Bは図9Aの破線で囲って示す1列分のはんだボール42(裏面側電極パッド16)に対してそれぞれ形成された導体ループ18を模式的に示している。
図9Aは、配線基板1Aに形成されたBGA部に配列されたはんだボール42(裏面側電極パッド16)を示し、図9Bは図9Aの破線で囲って示す1列分のはんだボール42(裏面側電極パッド16)に対してそれぞれ形成された導体ループ18を模式的に示している。
図9Bに示すように、挿入部材19は、複数の導体ループ18の内側を挿通するように形成することができる。
このように複数の導体ループ18の内側を挿通する挿入部材19を形成することで、当該挿入部材19を配線基板の水平方向に延在する芯材として機能させることができ、基板の剛性を高めることができる。特に、コアレス基板の場合には基板剛性の低下が懸念されるため、このような構造を採用することが好適である。
このように複数の導体ループ18の内側を挿通する挿入部材19を形成することで、当該挿入部材19を配線基板の水平方向に延在する芯材として機能させることができ、基板の剛性を高めることができる。特に、コアレス基板の場合には基板剛性の低下が懸念されるため、このような構造を採用することが好適である。
また、インピーダンス不整合の抑制を図るにあたっては、図10に示すように裏面側電極パッド16からの配線11aの引き出し部(図中「S」と表記)を細くして寄生インダクタンスを増加させることもできる。
これにより、インダクタンス量をさらに増やすことができるため、導体ループ18のループ回数を削減して導体ループ18をさらに小型化できる。
これにより、インダクタンス量をさらに増やすことができるため、導体ループ18のループ回数を削減して導体ループ18をさらに小型化できる。
また、上記では、マザーボード100との接続部である裏面側電極パッド16側に本技術に係るインピーダンス不整合抑制のための構成を設けたが、半導体電子部品2との間の接続部におけるインピーダンス不整合が問題となる場合には、本技術に係るインピーダンス不整合抑制のための構成を表面側電極パッド15側に設けることもできる。
この場合においても、導体ループ18の一端を表面側電極パッド15上に位置させることで、インピーダンス不整合の抑制効果をより高めることができる。また、第2の実施の形態のように導体ループ18の内側に挿入部材19を配置することも可能である。
この場合においても、導体ループ18の一端を表面側電極パッド15上に位置させることで、インピーダンス不整合の抑制効果をより高めることができる。また、第2の実施の形態のように導体ループ18の内側に挿入部材19を配置することも可能である。
また、これまでの説明では、本技術がコアレス基板としての配線基板に適用される場合を例示したが、本技術はコア層を有する配線基板に対しても好適に適用可能である。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
<4.本技術>
本技術は、以下に示す構成を採ることができる。
(1)
配線層と絶縁層とが交互に複数積層され、前記配線層の間を電気的に接続するビアが複数形成されていると共に、
表面側に複数の表面側電極パッド、裏面側に複数の裏面側電極パッドが形成され、前記複数の裏面側電極パッドがアレイ状に配置されており、
前記表面側電極パッドと前記裏面側電極パッドとの間を結ぶ導体経路中に、前記配線層に形成された配線と前記ビアとを用いた導体ループとして基板厚さ方向と直交する方向にループが延在する導体ループが形成されている
配線基板。
(2)
前記導体ループの一端が前記裏面側電極パッド上に位置している
前記(1)に記載の配線基板。
(3)
前記導体ループの内側に前記絶縁層の形成材料とは異なる材料で構成された挿入部材が配置されている
前記(1)又は(2)に記載の配線基板。
(4)
前記導体ループの内側に磁性体が配置されている
前記(3)に記載の配線基板。
(5)
コアレス基板とされた
前記(1)乃至(4)の何れかに記載の配線基板。
(6)
ディファレンシャル方式による信号伝送が行われる一対の前記導体経路に対してそれぞれ前記導体ループが形成されており、
前記一対の前記導体経路に形成された前記導体ループの前記表面側電極パッド側から前記裏面側電極パッド側にかけてのループ方向が逆向きとされている
前記(1)乃至(5)の何れかに記載の配線基板。
本技術は、以下に示す構成を採ることができる。
(1)
配線層と絶縁層とが交互に複数積層され、前記配線層の間を電気的に接続するビアが複数形成されていると共に、
表面側に複数の表面側電極パッド、裏面側に複数の裏面側電極パッドが形成され、前記複数の裏面側電極パッドがアレイ状に配置されており、
前記表面側電極パッドと前記裏面側電極パッドとの間を結ぶ導体経路中に、前記配線層に形成された配線と前記ビアとを用いた導体ループとして基板厚さ方向と直交する方向にループが延在する導体ループが形成されている
配線基板。
(2)
前記導体ループの一端が前記裏面側電極パッド上に位置している
前記(1)に記載の配線基板。
(3)
前記導体ループの内側に前記絶縁層の形成材料とは異なる材料で構成された挿入部材が配置されている
前記(1)又は(2)に記載の配線基板。
(4)
前記導体ループの内側に磁性体が配置されている
前記(3)に記載の配線基板。
(5)
コアレス基板とされた
前記(1)乃至(4)の何れかに記載の配線基板。
(6)
ディファレンシャル方式による信号伝送が行われる一対の前記導体経路に対してそれぞれ前記導体ループが形成されており、
前記一対の前記導体経路に形成された前記導体ループの前記表面側電極パッド側から前記裏面側電極パッド側にかけてのループ方向が逆向きとされている
前記(1)乃至(5)の何れかに記載の配線基板。
1,1A…配線基板、2…半導体電子部品、3…半導体装置、11…配線層、11a…配線、12…絶縁層、13…ビア、14…スタックビア、15…表面側電極パッド、16…裏面側電極パッド、18…導体ループ、19…挿入部材
Claims (7)
- 配線層と絶縁層とが交互に複数積層され、前記配線層の間を電気的に接続するビアが複数形成されていると共に、
表面側に複数の表面側電極パッド、裏面側に複数の裏面側電極パッドが形成され、前記複数の裏面側電極パッドがアレイ状に配置されており、
前記表面側電極パッドと前記裏面側電極パッドとの間を結ぶ導体経路中に、前記配線層に形成された配線と前記ビアとを用いた導体ループとして基板厚さ方向と直交する方向にループが延在する導体ループが形成されている
配線基板。 - 前記導体ループの一端が前記裏面側電極パッド上に位置している
請求項1に記載の配線基板。 - 前記導体ループの内側に前記絶縁層の形成材料とは異なる材料で構成された挿入部材が配置されている
請求項1に記載の配線基板。 - 前記導体ループの内側に磁性体が配置されている
請求項3に記載の配線基板。 - コアレス基板とされた
請求項1に記載の配線基板。 - ディファレンシャル方式による信号伝送が行われる一対の前記導体経路に対してそれぞれ前記導体ループが形成されており、
前記一対の前記導体経路に形成された前記導体ループの前記表面側電極パッド側から前記裏面側電極パッド側にかけてのループ方向が逆向きとされている
請求項1に記載の配線基板。 - 配線層と絶縁層とが交互に複数積層され、前記配線層の間を電気的に接続するビアが複数形成されていると共に、表面側に複数の表面側電極パッド、裏面側に複数の裏面側電極パッドが形成され、前記複数の裏面側電極パッドがアレイ状に配置されており、前記表面側電極パッドと前記裏面側電極パッドとの間を結ぶ導体経路中に、前記配線層に形成された配線と前記ビアとを用いた導体ループとして基板厚さ方向と直交する方向にループが延在する導体ループが形成されている配線基板と、
前記表面側電極パッドを介して前記配線基板と電気的に接続された半導体電子部品とを備える
半導体装置。
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