JP2015142149A - 半導体装置 - Google Patents

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修一 仮屋崎
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隆一 及川
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Abstract

【課題】半導体装置のノイズ耐性を向上させる。
【解決手段】半導体装置が有する配線基板2は、信号が伝送される配線2dが形成された第1配線層と、上記第1配線層の上層または下層に隣接して設けられた第2配線層と、を有する。また、上記第2配線層には、配線2dの一部と厚さ方向に重なる位置に開口部PLhが形成された導体プレーン2PL、および導体プレーン2PLの開口部PLh内に配置された導体パターンMP1が形成される。また、導体パターンMP1は、導体プレーン2PLと離間する本体部(メッシュパターン部)MPm、および本体部MPmと導体プレーン2PLとを連結する複数の連結部MPjを有する。
【選択図】図7

Description

本発明は、半導体装置の技術に関し、例えば、複数の配線層が積層された配線基板上に半導体チップが搭載されている半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
半導体チップが搭載される配線基板には、半導体チップに形成された回路と外部機器とを電気的に接続する、信号伝送経路が形成される。この信号伝送経路に形成されたインピーダンス不連続を無効化するため、インピーダンス不連続を逆向きのインピーダンス不連続で打ち消す技術(discontinuity cancellation)がある。
例えば、特開2004−253947号公報(特許文献1)には、第1の平面線路と第1の平面線路より高い特性インピーダンスを有する第2の平面線路との間に、第1の平面線路よりも高い特性インピーダンスを有する第3の平面線路と、第2の平面線路よりも高い特性インピーダンスを有する第4の平面線路とを直列に接続する技術が記載されている。
また例えば、下記、非特許文献1には、貫通ビア(スルービア:through via)とソルダーボールパッド(solder ball pad)からなる低インピーダンス部の前後を高インピーダンス線路で挟むことで、平均インピーダンスを50オームに合わせる技術が記載されている。
また例えば、下記、非特許文献2には、小さなビアと配線パターンを組み合わせて作成したインダクタの形状の導電層により、貫通ビアとソルダーボールパッドからなる低インピーダンス部を含む信号伝送路の平均インピーダンスを50オームに合わる技術が記載されている。
特開2004−253947号公報
Nanju Na, Mark Bailey and Asad Kalantarian, "Package Performance Improvement with Counter−Discontinuity and its Effective Bandwidth", Proceedings of 16th Topical meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging, p.163〜p.168 (2007) Namhoon Kim, Hongsik Ahn, Chris Wyland, Ray Anderson, Paul Wu, "Spiral Via Structure in a BGA Package to Mitigate Discontinuities in Multi−Gigabit SERDES System", Proceedings of 60th Electronic Components and Technology Conference, p.1474〜p.1478 (2010)
ところが、インピーダンス不連続の部分を打ち消すために逆向きのインピーダンス不連続の部分を伝送路内に追加する方法の場合、信号の周波数が高くなってくると、インピーダンスを打ち消すことができず、二個のインピーダンス不連続として作用する場合がある。つまり、高周波信号の信号伝送経路では、約2倍のインピーダンス不連続を持つインピーダンス不連続の境界で信号が反射してしまう。このため、インピーダンス不連続の部分が所定のインピーダンス(例えば50オーム)に近づくように対策する必要がある。
また、容量性のインピーダンス不連続を解消するため、インピーダンス不連続が生じる部分を覆う別層の導体パターンに開口部を形成した場合、信号伝送経路に対応するリターンパス(還流電流経路)と信号伝送経路の距離が局所的に離れるので、当該部分で誘導性のクロストークノイズの影響を受けやすくなる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態による半導体装置が有する配線基板は、第1信号が伝送される第1配線が形成された第1配線層と、上記第1配線層の上層または下層に隣接して設けられた第2配線層と、を有する。また、上記第2配線層には、上記第1配線の一部と厚さ方向に重なる位置に第1開口部が形成された第1導体板、および上記第1導体板の上記第1開口部内に配置された第1導体パターンが形成される。また、上記第1導体パターンは、上記第1導体板と離間するメッシュパターン部、および上記メッシュパターン部と上記導体板とを連結する複数の連結部を有するものである。
上記一実施の形態によれば、半導体装置のノイズ耐性を向上させることができる。
実施の形態の半導体装置の斜視図である。 図1に示す半導体装置の下面図である。 図1に示す放熱板を取り除いた状態で配線基板上の半導体装置の内部構造を示す透視平面図である。 図1のA−A線に沿った断面図である。 ストリップラインの配線構造例を示す拡大断面図である。 マイクロストリップラインの配線構造例を示す拡大断面図である。 電磁波吸収体である導体パターンの平面形状の例を示す拡大平面図である。 図7に点線で示す配線の延在方向に沿った拡大断面図である。 図8とは異なる位置における拡大断面図である。 図9に示す拡大断面における導体パターンの要部構造を示す拡大斜視図である。 図9に対する変形例を示す拡大断面図である。 図7に対する変形例を示す拡大平面図である。 図7に対する他の変形例を示す拡大平面図である。 図13に示す導体パターン周辺の拡大斜視図である。 図1〜図4に示す半導体装置の組立工程のフローを示す説明図である。 図15に示す基板準備工程において配線基板に電磁波吸収体である導体パターンを形成する工程を模式的に示す説明図である。 図7に対する変形例を示す拡大平面図である。 図7に対する他の変形例を示す拡大平面図である。 図7に対する他の変形例を示す拡大平面図である。 図7に対する他の変形例を示す拡大平面図である。
(本願における記載形式・基本的用語・用法の説明)
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、A以外の要素を含むものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe(シリコン・ゲルマニウム)合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。また、金めっき、Cu層、ニッケル・めっき等といっても、そうでない旨、特に明示した場合を除き、純粋なものだけでなく、それぞれ金、Cu、ニッケル等を主要な成分とする部材を含むものとする。
さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
また、本願では、平面や側面という用語を用いるが、半導体チップの半導体素子形成面を基準面として、その基準面に平行な面を平面として記載する。また、平面に対して交差する面を側面として記載する。また、側面視において、離間して配置される二つの平面間を結ぶ方向を厚さ方向として記載する。
また、本願では、上面、あるいは下面という用語を用いる場合があるが、半導体パッケージの実装態様には、種々の態様が存在するので、半導体パッケージを実装した後、例えば上面が下面よりも下方に配置される場合もある。本願では、半導体チップの素子形成面側の平面、または配線基板のチップ搭載面側の平面を上面、上面とは反対側に位置する面を下面として記載する。
また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。
(実施の形態)
図1は本実施の形態の半導体装置の斜視図、図2は、図1に示す半導体装置の下面図である。また、図3は、図1に示す放熱板を取り除いた状態で配線基板上の半導体装置の内部構造を示す透視平面図である。また、図4は図1のA−A線に沿った断面図である。なお、図1〜図4では、見易さのため、端子数を少なくして示している。また、図4では、見易さのため、図2に示す例よりも半田ボール4の数を少なくして示している。図示は省略するが、端子(ボンディングパッド2PD、ランド2LD、半田ボール4)の数は、図1〜図4に示す態様以外にも種々の変形例が適用できる。
<半導体装置>
まず、本実施の形態の半導体装置1の概要構成について、図1〜図4を用いて説明する。本実施の形態の半導体装置1は、配線基板2、および配線基板2上に搭載された半導体チップ3(図4参照)を備えている。
図4に示すように、配線基板2は、半導体チップ3が搭載された上面(面、主面、第1面、チップ搭載面)2a、上面2aとは反対側の下面(面、主面、第2面、実装面)2b、および上面2aと下面2bの間に配置された複数の側面2s(図1〜図3参照)を有し、図2および図3に示すように平面視において四角形の外形形状を成す。
配線基板2は、上面2a側に搭載された半導体チップ3と図示しない実装基板を電気的に接続するためのインタポーザ(中継基板)であって、チップ搭載面である上面2a側と実装面である下面2b側を電気的に接続する複数の配線層(図4に示す例では6層)を有する。配線基板2は、例えば、ガラス繊維に樹脂を含浸させたプリプレグ材からなる絶縁層(コア層、コア材、コア絶縁層)2CRの上面2Caおよび下面2Cbに、それぞれ複数の配線層をビルドアップ工法により積層することで、形成されている。また、絶縁層2CRの上面2Ca側の配線層と下面2Cb側の配線層とは、上面2Caと下面2Cbのうちの一方から他方までを貫通するように設けられた複数の貫通孔(スルーホール)に埋め込まれた、複数のスルーホール配線2TWを介して電気的に接続されている。
なお、図4では、配線基板の一例としてコア層である絶縁層2CRを有する配線基板2を示しているが、図4に対する変形例として、コア層を有しない、所謂、コアレス基板を用いることもできる。この場合、スルーホール配線2TWは形成されず、上面2a側の配線層と下面2b側の配線層は、各配線層を連絡する複数のビア配線2Vを介して電気的に接続される。
配線基板2の上面2aには、半導体チップ3と電気的に接続される複数のボンディングパッド(端子、半導体チップ接続用端子)2PDが形成されている。また、配線基板2の下面2bには、半導体装置1の外部入出力端子である複数のランド(端子、外部端子、電極、外部電極)2LDが形成されている。複数のボンディングパッド2PDと複数のランド2LDは、配線基板2に形成された複数の配線2d、および層間導電路である複数のビア配線2Vを介して、それぞれ電気的に接続されている。また、図4に示す例では、配線基板2にはコア層である絶縁層2CRが含まれる。このため、絶縁層2CRの上面2Ca側と下面2Cb側は、絶縁層2CRの上面2Caおよび下面2Cbのうち、一方から他方まで貫通するように形成されたスルーホールに導体(例えば銅などの金属)が埋め込まれた、スルーホール配線2TWを介して接続される。配線基板2が有する各配線層の詳細な構成は、後述する。
また、図4に示す例では、複数のランド2LDのそれぞれには、半田ボール(半田材、端子、外部端子、電極、外部電極)4が接続されている。半田ボール4は、半導体装置1を図示しない実装基板に実装する際に、実装基板側の複数の端子(図示は省略)と複数のランド2LDを電気的に接続する、導電性部材である。半田ボール4は、例えば、鉛(Pb)入りのSn−Pb半田材や、Pbを実質的に含まない、所謂、鉛フリー半田からなる半田材である。鉛フリー半田の例としては、例えば錫(Sn)のみ、錫−ビスマス(Sn−Bi)、または錫−銅−銀(Sn−Cu−Ag)、錫−銅(Sn−Cu)などが挙げられる。ここで、鉛フリー半田とは、鉛(Pb)の含有量が0.1wt%以下のものを意味し、この含有量は、RoHS(Restriction of Hazardous Substances)指令の基準として定められている。
また、図2に示すように複数の半田ボール4は、行列状(アレイ状、マトリクス状)に配置されている。また、図2では図示を省略するが、複数の半田ボール4が接合される複数のランド2LD(図4参照)も行列状(マトリクス状)に配置されている。このように、配線基板2の実装面側に、複数の外部端子(半田ボール4、ランド2LD)を行列状に配置する半導体装置を、エリアアレイ型の半導体装置と呼ぶ。エリアアレイ型の半導体装置は、配線基板2の実装面(下面2b)側を、外部端子の配置スペースとして有効活用することができるので、外部端子数が増大しても半導体装置の実装面積の増大を抑制することが出来る点で好ましい。つまり、高機能化、高集積化に伴って、外部端子数が増大する半導体装置を省スペースで実装することができる。
なお、図1、図2および図4に示す例では、外部端子として、半田ボール4を用いた、所謂、BGA(Ball Grid Array)型の半導体パッケージを例示的にしめしているが、外部端子の配列および構造には、種々の変形例がある。例えば、図4に示す下面2bにおいて、複数のランド2LDを露出させた構造、あるいは、下面2bにおいて露出する複数のランド2LDに、薄い半田材を接合した構造などの変形例がある。これらの変形例の半導体パッケージは、LGA(Land Grid Array)型と呼ばれる。
また、半導体装置1は、配線基板2上に搭載される半導体チップ3を備えている。図4に示すように、半導体チップ3のそれぞれは、表面(主面、上面)3a、表面3aとは反対側の裏面(主面、下面)3b、および、表面3aと裏面3bとの間に位置する側面3sを有し、図3に示すように平面視において配線基板2よりも平面積が小さい四角形の外形形状を成す。図3に示す例では、半導体チップ3は、四つの側面3sのそれぞれが、配線基板2の四つの側面2sのそれぞれに沿って延びるように配線基板2の上面2aの中央部に搭載されている。
また、図4に示すように、半導体チップ3の表面3aには、複数のパッド(ボンディングパッド)3PDが形成されている。本実施の形態では、半導体チップ3の表面3aには、複数のパッド3PDが行列状(マトリクス状、アレイ状)に配置されている。半導体チップ3の電極である複数のパッド3PDを行列状に配置することで、半導体チップ3の表面3aを電極の配置スペースとして有効活用することができるので、半導体チップ3の電極数が増大しても平面積の増大を抑制することが出来る点で好ましい。ただし、図示は省略するが、本実施の形態に対する変形例としては、複数のパッドが表面3aの周縁部に形成されるタイプの半導体チップに適用することもできる。
また、図4に示す例では、半導体チップ3は、表面3aが配線基板2の上面2aと対向配置された状態で、配線基板2上に搭載されている。このような搭載方式は、フェイスダウン実装方式、あるいはフリップチップ接続方式と呼ばれる。
また、図示は省略するが、半導体チップ3の主面(詳しくは、半導体チップ3の基材である半導体基板の素子形成面に設けられた半導体素子形成領域)には、複数の半導体素子(回路素子)が形成されている。複数のパッド3PDは、半導体チップ3の内部(詳しくは、表面3aと図示しない半導体素子形成領域の間)に配置される配線層に形成された配線(図示は省略)を介して、この複数の半導体素子と、それぞれ電気的に接続されている。
半導体チップ3(詳しくは、半導体チップ3の基材)は、例えばシリコン(Si)から成る。また、表面3aには、半導体チップ3の基材および配線を覆う絶縁膜が形成されており、複数のパッド3PDのそれぞれの表面は、この絶縁膜に形成された開口部において、絶縁膜から露出している。また、複数のパッド3PDは、それぞれ金属からなり、本実施の形態では、例えばアルミニウム(Al)からなる。
また、図4に示すように、複数のパッド3PDにはそれぞれ突起電極3BPが接続され、半導体チップ3の複数のパッド3PDと、配線基板2の複数のボンディングパッド2PDとは、複数の突起電極3BPを介して、それぞれ電気的に接続されている。突起電極3BPは、半導体チップ3の表面3a上に突出するように形成された金属部材である。突起電極3BPは、本実施の形態では、パッド3PD上に、下地金属膜(アンダーバンプメタル)を介して半田材が積層された、所謂、半田バンプである。下地金属膜は、例えば、パッド3PDとの接続面側からチタン(Ti)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)が積層された積層膜(ニッケル膜上にさらに金(Au)膜を形成する場合もある)を例示することができる。また、半田バンプを構成する半田材としては、上記した半田ボール4と同様に、鉛入りの半田材や鉛フリー半田を用いることができる。半導体チップ3を配線基板2に搭載する際には、複数のパッド3PDおよび複数のボンディングパッド2PDの双方に、予め半田バンプを形成しておき、半田バンプ同士を接触させた状態で加熱処理(リフロー処理)を施すことで、半田バンプ同士が一体化して、突起電極3BPが形成される。また、本実施の形態に対する変形例としては、銅(Cu)やニッケル(Ni)からなる導体柱の先端面に半田膜を形成したピラーバンプを突起電極3BPとして用いても良い。
また、図4に示すように半導体チップ3と配線基板2の間には、アンダフィル樹脂(絶縁性樹脂)5が配置される。アンダフィル樹脂5は、半導体チップ3の表面3aと配線基板2の上面2aの間の空間を塞ぐように配置される。また、アンダフィル樹脂5は、絶縁性(非導電性)の材料(例えば樹脂材料)から成り、半導体チップ3と配線基板2の電気的接続部分(複数の突起電極3BPの接合部)を封止するように配置される。このように、複数の突起電極3BPの接続部を封止するようにアンダフィル樹脂5を配置することで、半導体チップ3と配線基板2の電気的接続部分に生じる応力を緩和させることができる。
<信号伝送経路の配線構造>
次に、図1〜図4に示す配線基板2のうち、信号伝送経路の配線構造について説明する。図5は、ストリップラインの配線構造例を示す拡大断面図である。また図6は、マイクロストリップラインの配線構造例を示す拡大断面図である。また、図7は、本実施の形態の電磁波吸収体である導体パターンの平面形状の例を示す拡大平面図である。また、図8は、図7に点線で示す配線の延在方向に沿った拡大断面図である。
なお、図7では、電磁波吸収体の各構成部分と電磁波吸収体の周囲の導体プレーン2PLの区別を見やすくするため、平面図であるが、導体プレーン2PLにハッチングを付し、導体パターンMP1の本体部MPmにドットパターンを付している。また、図7では、電磁波吸収体とは別の配線層に形成された配線2dと電磁波吸収体との平面的な位置関係を明示するため、信号伝送経路を構成する配線2dのレイアウトの一例を点線で示している。また、図8では、見易さのため、図4に示す半田ボール4については、図示を省略する。
本実施の形態の配線基板2が有する複数の伝送経路には、例えば、10Gbps(Gigabit per second)〜25Gbps程度の伝送速度で信号が伝送される伝送経路(高速伝送経路)が含まれる。このように信号伝送経路における伝送速度を高速化する場合、信号伝送経路のノイズ耐性を向上させる観点から、信号伝送経路の周囲に広がる電界および磁界の広がりを抑制することが好ましい。言い換えれば、信号伝送経路で発生する電磁波の散乱を抑制することで、信号伝送経路のノイズ耐性を向上させることができる。
信号伝送経路の周囲に広がる電界および磁界の広がりを抑制する配線構造として、図5や図6に示すように、信号伝送経路を構成する配線2dと厚さ方向に重なるように板状に形成された金属膜である導体プレーン(導体板)2PLを形成し、導体プレーンに2PLに例えば接地電位などの基準電位を供給する技術がある。
図5に示す配線構造例では、配線2dの上層の配線層、および配線2dの下層の配線層には、板状に形成された金属膜である導体プレーン2PLが、それぞれ形成されている。言い換えれば、側面視において、配線2dは、上層の配線層に形成された導体プレーン2PLと下層の配線層に形成された導体プレーン2PLの間に挟まれている。また、配線2dと同層の配線層には、配線2dと離間するように導体プレーン2PLが形成され、配線2dの周囲は導体プレーン2PLに囲まれている。図5に示す配線構造は、ストリップラインと呼ばれる。
一方、図6に示す配線構造例では、配線2dの下層の配線層には、導体プレーン2PLが配置されている。また、配線2dと同層の配線層には、配線2dと離間するように導体プレーン2PLが形成され、配線2dの周囲は導体プレーン2PLに囲まれている。しかし、図6に示す配線構造例では、配線2dは最上層の配線層に形成されているため、配線2dの上層には導体プレーン2PLが形成されていない。図6に示す配線構造は、マイクロストリップラインと呼ばれる。
図6に示すマイクロストリップラインの場合、配線2dの下方には、配線2dと厚さ方向に重なる位置に、導体プレーン2PLが配置されている。このため、配線2dの下方では、電界や磁界が広がり難い。また、配線2dと同層の配線層には、配線2dと離間するように導体プレーン2PLが形成され、配線2dの周囲は導体プレーン2PLに囲まれている。このため、平面視における配線2dの周囲においては、電界や磁界が広がり難い。しかし、配線2dの上方には、導体プレーン2PLが形成されていないので、配線2dの上方では、電界や磁界が配線2dの下方と比較して広がり易い。このため、図5に示すストリップラインと比較して、電磁波の散乱の影響、あるいは、近傍に配置される他の配線からのノイズ伝播の影響を受け易い。
したがって、高速で信号を伝送する経路では、図5に示すストリップラインの配線構造を適用した方が、図6に示すマイクロストリップラインの配線構造よりも有利である。
しかし、図4に示すように、配線基板2では、積層された複数の配線層を電気的に接続して、上面2a側と下面2b側とを電気的に接続する。このため、伝送経路の全ての部分でストリップライン構造を適用することは困難であり、伝送経路中には、配線構造が変化する部分が含まれることになる。配線構造が変化する部分の例としては、隣接する配線層間を電気的に接続するビア配線2Vの部分がある。特に、信号伝送経路の一部を構成する配線2dとランド2LDを接続する部分や、配線2dとスルーホールランド2TLを接続する部分では、ビア配線2Vの接続部分で大きな信号反射が発生し易い。このため、信号反射に起因する電磁波の散乱が発生し易い。
また、配線構造が変化する部分の別の例としては、例えばストリップラインの構造からマイクロストリップラインの構造に変化する部分や、マイクロストリップラインの構造からストリップラインの構造に変化する部分が例示できる。
ここで、配線構造が変化する部分では、伝送経路に沿って進行する電磁波が散乱しやすい。そして、散乱した電磁波の一部が元来た方向に戻ると(言い換えれば信号反射が発生すると)、伝送経路の配線構造が変化する部分はインピーダンス不連続の部分として観測される。したがって、電気信号を高速で伝送する信号伝送経路を備える半導体装置の信頼性を向上させるためには、インピーダンス不連続の部分を無効化する技術が必要になる。
上述したように、インピーダンス不連続の部分を打ち消すために、逆向きのインピーダンス不連続の部分を伝送路内に追加する方法がある。しかし、この方法の場合、信号の周波数が高くなってくると、インピーダンスを打ち消すことができず、二個のインピーダンス不連続として作用する場合がある。
また、容量性のインピーダンス不連続を解消するため、インピーダンス不連続が生じる部分を覆う別層の導体パターン(導体プレーン2PL)に開口部を形成し、容量結合を抑制する方法が考えられる。しかしこの方法の場合、信号伝送経路に対応するリターンパス(還流電流経路)と信号伝送経路の距離が局所的に離れるので、当該部分で誘導性のクロストークノイズの影響を受けやすくなる。
そこで、本願発明者は、高速の伝送経路において、インピーダンス不連続を効果的に無効化できる技術について検討を行った。この結果、インピーダンス不連続と信号反射とには、以下の関係があることが判った。すなわち、インピーダンス不連続があるから信号反射が起こるのではなく、散乱した電磁波の一部が元来た方向に戻ることによりインピーダンス不連続として観測されることが判った。このことから、インピーダンスの不連続の符号(容量性・誘導性)に関わらず、散乱電磁波を除去してしまえば、インピーダンスの不連続を無効化させることができることを、本願発明者は見出した。
本実施の形態では、インピーダンス不連続として観測される部分、言い換えれば、信号伝送経路において、配線構造が変化する部分と厚さ方向に重なる位置に、散乱電磁波を熱エネルギーに変換することで消滅させる電磁波吸収体を設ける。電磁波吸収体は、金属などの導体により構成される。
図7および図8に示す例では、電磁波吸収体である導体パターン(金属パターン)MP1は、平面視において、導体プレーン2PLに形成された開口部PLh内に形成される。導体プレーン2PLは、例えば基準電位(GND)が供給されるグランドプレーン(基準電位供給用導体板)であって、図8に示すように開口部PLhは、導体プレーン2PLを厚さ方向に貫通するように形成されている。また、導体パターンMP1は、導体プレーン2PLと離間する本体部(メッシュパターン部)MPm、および本体部MPmと導体プレーン2PLとを連結する複数の連結部MPjを有する。本体部MPmおよび連結部MPjは、それぞれ導体プレーン2PLと同じ金属材料(例えば銅を主体とする金属)により形成されている。
信号伝送経路の一部を構成する配線2dに信号が伝送される(信号電流が流れる)と、配線2dの周囲に向かって電磁波が散乱する。そして、導体パターンMP1の本体部MPmに信号伝送経路で発生した電磁波が到達すると、本体部MPmに電流が流れる。信号伝送経路の信号帯域、すなわち、信号伝送経路で使用する周波数帯が高周波であれば、表皮効果の影響により、本体部MPmの導体抵抗が高くなる。このため、電気的エネルギーが熱エネルギーに変換され、電磁波の少なくとも一部が消滅する。すなわち、導体パターンMP1は、電磁波の少なくとも一部をジュール変換により消滅させる、電磁波吸収体として機能する。
ここで、図7に示す本体部MPmとは別の実施態様として、複数の開口部MPhが形成されたメッシュ形状にせず、例えば図示しない平面円形の板状の導体パターンであっても、電磁波により電流が流れれば電磁波の一部を消滅させることができる。しかし、電磁波のエネルギーを熱エネルギーに変換する効率を向上させる観点からは、本体部MPmの表面積が大きい方が好ましい。このため、本実施の形態の導体パターンMP1の本体部MPmは、複数の開口部MPhが規則的に配置されたメッシュパターン(網目形状)にすることが好ましい。
また、電磁波吸収体としての機能のみを考慮すれば、導体パターンMP1のように、導体プレーン2PLと本体部MPmを連結する必要はない。しかし、本実施の形態では、後で詳細に説明するように、電磁波吸収体の一部を、信号伝送経路のリターンパスとして利用する。このため、導体プレーン2PLと本体部MPmは、連結部MPjを介して電気的に接続されている。また、本体部MPmと導体プレーン2PLを電気的に接続すれば、電磁波吸収体である導体パターンMP1の電位が、導体プレーン2PLの電位と同電位(例えば接地電位)で安定する。
ここで、電磁波吸収体は信号伝送経路における電磁波の散乱を抑制する目的で形成されるので、図8に示すように信号伝送経路を構成する配線2dの一部と厚さ方向に重なる位置に形成される。上記したように、導体プレーン2PLは、基準電位(例えば接地電位)が供給されるグランドプレーンであって、信号伝送経路に対応するのリターンパスの一部を構成する。図7に示すように、電磁波吸収体は導体プレーン2PLの開口部PLh内に形成されるので、電磁波吸収体と導体プレーン2PLを電気的に接続しなければ、信号伝送経路に対応するリターンパス(リターン経路)は、開口部PLhの縁を迂回することになる。つまり、信号伝送経路とリターンパスの離間距離が、部分的に大きくなる。
複数の信号伝送経路間のクロストークノイズを低減する観点からは、信号伝送経路とリターンパスの離間距離は、小さく、かつ、一定であることが好ましい。しかし、上記の通り、リターンパスが導体プレーン2PLに形成された開口部PLhの縁に沿って迂回する場合、信号伝送経路とリターンパスの離間距離が部分的に大きくなる。この結果、離間距離が大きくなった箇所において、クロストークノイズの影響を受けやすくなる。言い換えれば、電磁波吸収体と導体プレーン2PLとを接続しなければ、部分的にクロストークノイズ耐性が低下する。そこで、本願発明者は、電磁波吸収体の一部をリターンパスとして利用する技術について更に検討を行い、本実施の形態の構成を見出した。。
まず、図7および図8に示すように、本実施の形態では、電磁波吸収体である導体パターンMP1は、信号伝送経路に対するリターンパスを構成するグランドプレーンである導体プレーン2PLと電気的に接続されている。これにより、電磁波吸収体である導体パターンMP1の一部を信号伝送経路に対するリターンパスとして利用することができる。
また、図7に示すように導体パターンMP1の本体部MPmは、複数の開口部MPhが規則的に配置されたメッシュパターン(網目形状)になっている。開口部MPhのそれぞれは、導体パターンMP1を構成する金属膜を厚さ方向に貫通する貫通孔になっており、図7に示す例では、格子状(グリッド状)に配列されている。このように、本体部MPmの平面形状をメッシュパターンにすると、リターンパスがメッシュ形状に沿って形成される。このため、導体パターンMP1と厚さ方向に重なる位置に形成された配線2dのレイアウトに関わらず、配線2dの延在方向に沿ってリターンパスを形成することができる。
また、本実施の形態では、本体部MPmを導体プレーン2PLと連結する連結部MPjを複数設けている。このため、平面視において、複数の連結部MPjのうちのいずれか一つが配線2dの近くに形成されていれば、連結部MPjに沿って配線2dを形成することができる。例えば、図7に示す例では、平面視において、導体パターンMP1の複数の連結部MPjのうちの一つは、配線2dと厚さ方向に重なっている。そして、平面視において、配線2dのもっとも近くに配置される連結部MPjが信号伝送経路に対応するリターンパスを構成する。図7に示す例では、複数の連結部MPjのうちの一つが配線2dと重なっているので、この連結部MPjがリターンパスを構成する。
つまり、本実施の形態によれば、インピーダンス不連続が観測される部分における電磁波の散乱を電磁波吸収体により抑制しつつ、かつ、電磁波吸収体の一部をリターンパスとして利用することで信号伝送経路とリターンパスの距離が局所的に離れてしまうことを抑制できる。また、電磁波吸収体をリターンパスとして利用可能であれば、電磁波吸収体を形成することが配線レイアウト状の制約になり難いので、配線基板2に多くの電磁波吸収体を形成できる。この結果、図4に示す半導体装置1のノイズ耐性を向上させることができる。
また、配線レイアウトの設計の自由度を向上させる観点からは、本実施の形態は、以下のように考えることができる。すなわち、本実施の形態によれば、平面形状がメッシュパターンである本体部MPmを有する導体パターンMP1が配線2dの一部と厚さ方向に重なる位置に配置され、かつ、導体プレーン2PLと電気的に接続されている。このため、配線2dのレイアウトに関わらず、配線2dの延在方向に沿ってリターンパスを形成することができるので、配線2dの設計の自由度を向上させることができる。
なお、配線2d(すなわち信号伝送経路)の延在方向に沿ってリターンパスを形成する、という表現には、開口部PLhと重なる位置において、配線2dとリターンパスの全体が厚さ方向に重なっている場合の他、以下の場合も含む。
例えば、図7および図8に示す例では、開口部PLh内において、配線2dの平面形状と、導体パターンMP1の本体部MPmのメッシュパターン(グリッドパターン)は完全には一致せず、開口部MPhと配線2dが重なっている部分が存在する。言い換えれば、平面視において、リターンパスを構成する導体パターンMP1の位置と配線2dの位置がずれる部分が存在する。
しかし、本体部MPmはメッシュパターンになっているので、リターンパスはメッシュパターンに沿って形成される。したがって、メッシュパターンの開口部MPhのそれぞれの開口径を小さくすれば、リターンパスと配線2dのずれ量を低減できる。本願発明者の検討によれば、リターンパスと配線2d(信号伝送経路)のずれ量は、要求されるリターンロス特性に依存するが50μm以下にすることが好ましい。
図7に示す例では、開口部MPhの平面形状は四角形であり、開口部MPhの一辺の長さが、例えば30μm〜200μm程度の正方形である。なお、開口部MPhの平面形状や大きさは種々の変形例がある。例えば、開口部MPhの形状が円形、三角形、あるいは多角形であっても良い。また例えば、開口部MPhの平面形状は正多角形や正円以外の形状(例えば長方形や楕円形等)であっても良い。ただし、動作周波数が高くなるにしたがって開口サイズを小さくする必要が有る。
また、図7に示す例では、平面視において、導体パターンMP1の複数の連結部MPjのうちの一つは、配線2dと厚さ方向に重なっている。ただし、上記したように、平面視において、リターンパスを構成する導体パターンMP1(例えば連結部MDj)の位置と配線2dの位置がずれても、ずれ量が小さければ、クロストークノイズを低減できる。
本実施の形態では、配線2dのレイアウトを任意に設計しても、連結部MPjと配線2dのずれ量を低減するため、複数の連結部MPjは、互いの離間距離が同程度になるように配置されている。図7に示す例では、複数の連結部MPjには、X方向に沿って開口部PLhの中心を通る仮想線VLxに沿って、本体部MPmを挟むように配置される二個の連結部MPjxが含まれる。また、複数の連結部MPjには、X方向に直交するY方向に沿って開口部PLhの中心を通る仮想線VLyに沿って、本体部MPmを挟むように配置される二個の連結部MPjyが含まれる。また、二個の連結部MPjxおよび二個の連結部MPjyのうち、互いに隣り合う連結部MPjxと連結部MPjyのそれぞれの間に、二個の連結部MPjsが配置されている。また、各連結部MPjは、互いの離間距離が揃うように(略同じになるように)配置されている。
なお、連結部MPjxと連結部MPjyの間に配置する連結部MPjsの数は、開口部PLhの大きさに応じて、種々の変形例を適用できる。例えば、開口部PLhの開口面積が十分に小さく、配線2dが連結部MPjxと連結部MPjyの間のどの位置にあっても、ずれ量が許容範囲内である場合は、連結部MPjsを配置しなくても良い。また例えば、連結部MPjxと連結部MPjyの間に連結部MPjsを1個配置すれば、配線2dとのずれ量が許容範囲内になる場合には、連結部MPjsを1個配置する場合もある。また、開口部PLhの開口面積が大きい場合には、連結部MPjxと連結部MPjyの間に3個以上の連結部MPjsを配置しても良い。ただし、配線2dのレイアウトの設計上の自由度を向上させる観点からは、連結部MPjsが何個配置される場合であっても、導体パターンMP1の平面形状は、開口部PLhの中心に対して点対称であることが好ましい。
また、図7に示すように、複数の連結部MPjsのそれぞれは、X方向およびY方向に対して、45度傾斜した方向に延びる。このように連結部MPjsの延在方向が、X方向およびY方向に対して、45度傾斜していることで、複数の連結部MPjsの離間距離を揃え易い。また、配線レイアウトの設計では、基準となる二軸(例えばX軸とY軸)、および基準となる二軸に対して45度傾斜する第三番目の軸を組み合わせて配線を引き回す場合が多い。例えば、図7に例示するように信号伝送経路を構成する配線2dは、複数の屈曲部を有し、屈曲部の角度は、45度の倍数(180度未満の部分の角度が45度、90度、または135度のうちの何れか)になっている。したがって、図7に示すように、このように連結部MPjsの延在方向が、X方向およびY方向に対して、45度傾斜している場合、配線2dの延在方向と連結部MPjsの延在方向を一致させ易い。
<電磁波吸収体を配置する位置>
次に、図7および図8を用いて説明した電磁波吸収体である導体パターンMP1を配置する位置について説明する。図9は、図8とは異なる位置における拡大断面図である。また、図10は、図9に示す拡大断面における導体パターンの要部構造を示す拡大斜視図である。また、図11は、図9に対する変形例を示す拡大断面図である。
なお、図9および図11では、導体パターンMP1に形成された複数の開口部は図示せず、導体パターンMP1の本体部MPmが配置された部分をハッチングを付して示している。また、図9および図11では、導体プレーン2PLと導体パターンMP1の本体部MPmが電気的に接続されていることを模式的に示すため、連結部MPjを点線で示している。また、図10では、見易さのため、導体パターンMP1に接続される導体プレーン2PLは図示を省略している。
上記したように、電磁波吸収体である導体パターンは、配線構造が変化する部分に形成される。例えば、図8に示す例では、ランド2LDと厚さ方向に重なる位置に導体パターンMP1が形成されている。
図8に示す例では、配線基板2は、信号伝送経路である配線2dが形成される配線層WL1、配線層WL1の上層側(チップ搭載面側)に隣接し、導体パターンMP1が形成されるWL2、および配線層WL1の下層側(実装面側)に隣接し、信号伝送経路であるランド2LDが形成される配線層WL3を有する。配線2dとランド2LDとは、層間導電路であるビア配線2Vを介して電気的に接続されている。ランド2LDは、半導体装置1(図4参照)の外部端子であり、半田ボール4(図4参照)を接続する部分なので、配線2dの幅よりも十分に大きい幅を備えている必要がある。
図8において、配線2dに信号が伝送される(信号電流が流れる)と、信号の周波数が十分に高い場合、ランド2LDと配線2dを電気的に接続するビア配線2Vの接続部分で大きな信号反射が起こり、散乱電磁波が発生する。細長い線形に形成された配線2dと、配線2dよりも十分に幅が大きい金属パターンであるランド2LDを電気的に接続する部分では、配線2d同士を接続する部分よりも信号反射が発生しやすい。この散乱電磁波が広がると信号伝送経路の伝送性能が低下する。そこで、本実施の形態では、ランド2LDと厚さ方向に重なる位置に導体パターンMP1を形成し、導体パターンMP1とランド2LDの間に信号が伝送される(信号電流が流れる)配線2dを配置する。また、図6に示す例では、ビア配線2Vは、ランド2LDと導体パターンMP1の間に(言い換えれば、ランド2LDおよび導体パターンMP1と厚さ方向に重なる位置に)形成されている。
これにより、配線構造が変化する部分で発生した散乱電磁波の少なくとも一部は、導体パターンMP1によりトラップされ、熱エネルギーに変換されて消滅する。散乱電磁波をトラップしやすくする観点からは、開口部MPhの開口径(平面形状が四角形の場合、一辺の長さ)は、伝送される信号の信号帯域に対応する電磁波の波長よりも小さいことが好ましい。また、開口部MPhの開口径(平面形状が四角形の場合、一辺の長さ)は、上記電磁波の波長の1/20以下であることが特に好ましい。
また、本実施の形態によれば、配線層WL2において、導体パターンMP1と導体プレーン2PLを、複数の連結部MPj(図7参照)を介して電気的に接続するので、信号伝送経路とリターンパスの離間距離を一定に保つことができる。このため信号伝送経路とリターンパスが局所的に離れることに起因するクロストークノイズを抑制できる。
また、図7および図8に示す例では、ランド2LDと重なる位置に導体パターンMP1を形成する例を説明した。しかし、配線構造が変化する部分は他にも存在する。例えば、図9に示すように、配線基板2が備える複数の絶縁層2eに、プリプレグ材から成る絶縁層(コア層、コア絶縁層)2CRが含まれる場合、絶縁層2eの上面2Caと下面2Cbを電気的に接続するスルーホール配線2TWは、配線2dよりも幅(径)が大きいスルーホールランド2TLに接続される。
図9に示す例では、配線基板2は、コア層である絶縁層2CRの下面2Cb側に、信号伝送経路である配線2dが形成される配線層WL1、配線層WL1の下層側(実装面側)に隣接し、導体パターンMP1が形成される配線層WL2、および配線層WL1の上層側(チップ搭載面側)に隣接し、スルーホールランド2TLが形成される配線層WL3を有する。また、配線基板2は、コア層である絶縁層2CRの上面2Ca側に、信号伝送経路である配線2dが形成される配線層WL4、配線層WL4の上層側(チップ搭載面側)に隣接し、導体パターンMP1が形成される配線層WL5、および配線層WL4の下層側(実装面側)に隣接し、スルーホールランド2TLが形成される配線層WL6を有する。
スルーホールランド2TLは、例えば平面形状が円形の導体パターンである。また、スルーホールランド2TLの径(幅)は、図8に示すランド2LDよりは径が小さいが、配線2dの幅よりも大きい。コア層である絶縁層2CRは、ビルドアップ工法により形成される他の絶縁層(ビルドアップ層)2eと比較して硬く、厚さが大きいので、スルーホール配線2TWの直径は、ビルドアップ層に形成されるビア配線2Vの直径よりも大きくなる。このため、スルーホール配線2TWの両端に形成されるスルーホールランド2TLの幅は、配線2dの幅およびビア配線2Vの直径よりも大きい。
図9において、配線2dに信号が伝送される(信号電流が流れる)と、信号の周波数が十分に高い場合、スルーホールランド2TLと配線2dを電気的に接続するビア配線2Vの接続部分で信号反射が起こり、散乱電磁波が発生する。信号反射は、コア層である絶縁層2CRの上面2Ca側および下面2Cb側でそれぞれ発生する。
そこで、本実施の形態では、スルーホールランド2TLと厚さ方向に重なる位置に導体パターンMP1をそれぞれ形成し、導体パターンMP1とスルーホールランド2TLの間に信号が伝送される(信号電流が流れる)配線2dを配置する。また、図9に示す例では、ビア配線2Vは、スルーホールランド2TLと導体パターンMP1の間に(言い換えれば、スルーホールランド2TLおよび導体パターンMP1と厚さ方向に重なる位置に)形成されている。
これにより、スルーホールランド2TLと配線2dを電気的に接続するビア配線2Vの接続部分で発生した散乱電磁波の少なくとも一部は、導体パターンMP1によりトラップされ、熱エネルギーに変換されて消滅する。導体パターンMP1の好ましい形状は、図7および図8を用いて既に説明した通りなので重複する説明は省略する。
ところで、図9に示す例では、導体パターンMP1が形成される配線層WL3と図8に示すランド2LDが形成される配線層WL3を兼用しているので、ランド2LDの位置によっては、配線層WL3が形成できない場合もある。この場合、ランド2LD(図8参照)の配置を優先させて、導体パターンMP1は、ランド2LDとスルーホールランド2TLが重ならない部分に形成することができる。
また、ランド2LDやスルーホールランド2TLの数やレイアウトの関係で、スルーホールランド2TLとランド2LDが厚さ方向に重なる場合、図11や図12に示す変形例のように、配線層の数を増やして厚さ方向に重なるランド2LDとスルーホールランド2TLの間に導体パターンMP1を形成しても良い。
図11に示す変形例の配線基板2Aは、導体パターンMP1が形成される配線層WL3のさらに下層側(実装面側)に隣接して、ランド2LDが形成される配線層WL7が設けられている点で、図9に示す配線基板2と相違する。異なる見方をすれば、図11に示す変形例の配線基板2Aは、複数の導体パターンMP1が配線層WL3に形成され、かつ、複数のランド2LDが配線層WL3とは異なる配線層WL7に形成されている点で図9に示す配線基板2と相違する。また、配線基板2Aは、スルーホールランド2TLが形成される配線層WL2とランド2LDが形成される配線層WL7の間に、信号が伝送される(信号電流が流れる)配線2dが形成された配線層WL1、および導体パターンMP1が形成された配線層WL3が設けられている。
配線基板2Aの場合、配線層数は図8や図9に示す配線基板2よりも増加する。しかし、ランド2LDとスルーホールランド2TLが、厚さ方向に重なっている場合でも、スルーホールランド2TLおよびランド2LDの両方と厚さ方向に重なる位置に電磁波吸収体である導体パターンMP1を配置することができる。このため、スルーホールランド2TLと配線2dの接続部分で発生した散乱電磁波が、ランド2LDに向かって広がることを抑制できる。
図11に示すランド2LDは、基準電位の供給用の外部端子である。このため、導体プレーン2PLの一部を絶縁層2eから露出させて、ランド2LDとして使用している。この場合、配線層WL7の導体プレーン2PLと配線層WL3の導体プレーン2PLを接続するビア配線2Vは、導体パターンMP1と重ならない位置に配置できる。したがって、例えば図7に示す導体パターンMP1と同じ平面形状の導体パターンMP1を、電磁波吸収体として形成することができる。
また、図12に示す変形例の配線基板2Bは、導体パターンMP1が形成される配線層WL3とランド2LDが形成される配線層WL7の間にランド2LDに接続される配線2dが形成される配線層WL9が設けられている点で、図11に示す配線基板2Aと相違する。配線層WL9に形成されている配線2dは、配線層WL1に形成された配線2dと同じ、あるいは異なる信号が伝送される(信号電流が流れる)信号伝送経路の一部であって、ビア配線2Vを介してランド2LDに接続されている。別の見方をすれば、図12に示す変形例の配線基板2Bは、導体パターンMP1の上層と下層に、それぞれ信号経路を構成する(信号電流が流れる)配線2dが形成されている点で、図11に示す配線基板2Aと相違する。
配線基板2Bの場合、配線層数は図11に示す配線基板2Aよりもさらに増加する。しかし、信号伝送経路を構成するランド2LDと、信号伝送経路を構成するスルーホールランド2TLが、厚さ方向に重なっている場合でも、スルーホールランド2TLに接続される配線2d、およびランド2LDに接続される配線2dの両方と厚さ方向に重なる位置に電磁波吸収体である導体パターンMP1を配置することができる。このため、スルーホールランド2TLと配線2dの接続部分で発生した散乱電磁波が、ランド2LDに向かって広がることを抑制できる。また、ランド2LDと配線2dの接続部分で発生した散乱電磁波が、スルーホールランド2TLに向かって広がることを抑制できる。つまり配線基板2Bの場合、配線層WL3に形成された導体パターンMP1により、導体パターンMP1の下層で発生した電磁波と導体パターンMP1の上層で発生した電磁波の影響をそれぞれ低減できる。
また、配線基板2Bの場合、配線層WL9に形成された配線2dを流れる信号電流と配線層WL1に形成された配線2dを流れる信号電流とが、同じ信号電流であっても良いし、異なる信号電流であっても良い。つまり、配線層WL9に形成された配線2dと配線層WL1に形成された配線2dが一つの信号伝送経路を構成している場合にも適用できるし、別の信号伝送経路を構成している場合にも適用できる。
なお、図11に示す配線基板2Aは、導体パターンMP1が形成された配線層WL5のさらに上層に導体プレーン2PLが形成された配線層WL8を有する。また、図12に示す配線基板2Bは、配線層WL8と配線層WLの間に、導体プレーン2PLが形成された配線層WL10を有する。絶縁層2CRの上面2Ca側に、ランド2LDなどの径(幅)が大きいパターンが形成されていない場合には、図11や図12に示す配線層WL8や図12に示す配線層WL10は省略することもできる。ただし、コア層である絶縁層2CRの上面2Ca側と下面2Cb側で、線膨張係数の値を近くして、配線基板の反り変形を抑制する観点からは、絶縁層2CRの上面2Ca側と下面2Cb側に形成される配線層の層数を同じにすることが好ましい。
また、配線基板2の一つの配線層に、多数の導体パターンMP1を形成した場合、一つの導体パターンMP1に複数の信号伝送経路が重なる場合がある。例えば、図13および図14に示す例では、導体パターンMP1が形成された配線層に隣接する下層の配線層に、第1信号が伝送される配線2d1が形成されている。また、導体パターンMP1が形成された配線層に隣接する上層の配線層に、第1信号電流とは異なる第2信号が伝送される配線2d2が形成されている。配線2d1と配線2d2には、それぞれ異なる種類の信号が伝送されるので、各信号伝送経路のリターンパスが重なると、クロストークノイズが発生する。
しかし、上記したように、本実施の形態の導体パターンMP1は、グランドプレーンである導体プレーン2PL(図13参照)に複数の連結部MPjを介して電気的に接続される。このため、導体パターンMP1の一部をリターンパスとして利用できるので、各信号伝送経路のリターンパスが重なり難くなる。また、本実施の形態によれば、上記したように、信号伝送経路とリターンパスの距離を近づけることができる。したがって、信号経路間のクロストークノイズの影響を低減できる。
<半導体装置の製造方法>
次に、図1〜図4に示す半導体装置1の製造方法(組立工程)について、図15に示すフロー図を用いて説明する。図15は、図1〜図4に示す半導体装置の組立工程のフローを示す説明図である。なお、以下の製造方法の説明においては、予め製品サイズに形成された配線基板2を準備して、一つの半導体装置1を製造する方法について説明する。しかし、変形例としては、複数の製品形成領域に区画された、所謂、多数個取り基板を準備して、複数の製品形成領域のそれぞれについて組立を行ったあと、製品形成領域毎に分割して複数の半導体装置を取得する、多数個取り方式にも適用できる。このため、図15では、多数個取り方式の時に適用する個片化工程について、括弧書きで記載している。
まず、図15に示す基板準備工程では、図4に示す配線基板2を準備する。なお、配線基板2を準備する、という表現には、配線基板2を製造することにより準備する他、完成品の配線基板2を購入して準備する事も含まれる。本工程で準備する配線基板2は、図4に示す半田ボール4が未だ接続されていない点、半導体チップ3が搭載されていない点を除き、図1〜図14を用いて説明した構成部材が予め形成されている。ただし、配線基板2の複数のボンディングパッド2PD上には、それぞれ、突起電極3BPと接合される半田材(半田バンプ)が予め形成されている。
なお、図7〜図14に示す導体パターンMP1は、例えば以下のように形成される。図16は、図15に示す基板準備工程において配線基板に電磁波吸収体である導体パターンを形成する工程を模式的に示す説明図である。
図7〜図14に示す導体パターンMP1は、図4に示す配線2dや導体プレーン2PLなど、同層(同じ配線層)に形成される他の金属パターンと同時に、一括して形成される。図16に示す例では、まず、マスク形成工程として、絶縁層2eの導体パターン形成面に、フィルム状のマスクMSKを形成する。マスクMSKは、導体パターンMP1(図7参照)を形成しない位置に形成され、例えば、図7に示す例では、複数の開口部MPhや開口部PLhに対応する部分に、マスクMSKが形成される。
次に、導体パターン形成として、マスクMSKの開口部に、金属を堆積させてパターニングされた金属膜を形成する。この金属膜には導体パターンMP1や導体プレーン2PLが含まれる。
次に、マスク除去工程では、フィルム状のマスクMSKを除去する。マスクMSKが除去されると、マスクMSKが存在した部分に、開口部MPhや開口部PLhが形成される。
次に、絶縁層形成工程では、導体パターンMP1や導体プレーン2PLを覆うように、ビルドアップ層である絶縁層2eを形成する。本工程では、導体パターンMP1の開口部MPh内および開口部PLh内に絶縁層2eが埋め込まれる。
上記のように、本実施の形態の導体パターンMP1は、導体プレーン2PLや配線2d(図4参照)と同時に一括して形成できるので、導体パターンMP1を形成した場合でも、製造工程は増加しない。
また、図15に示す半導体チップ準備工程では、図4に示す半導体チップ3を準備する。半導体チップ3の表面3aには、半導体チップ3の基材および配線を覆う絶縁膜が形成されており、複数のパッド3PDのそれぞれの表面は、この絶縁膜に形成された開口部において、絶縁膜から露出している。また、複数のパッド3PDは、それぞれ金属からなり、本実施の形態では、例えばアルミニウム(Al)からなる。複数のパッド3PDにはそれぞれ突起電極3BPが接続され、半導体チップ3の複数のパッド3PDと、配線基板2の複数のボンディングパッド2PDとは、複数の突起電極3BPを介して、それぞれ電気的に接続されている。突起電極3BPは、例えば、パッド3PD上に、下地金属膜(アンダーバンプメタル)を介して半田材が積層された、所謂、半田バンプである。
次に、半導体チップ搭載工程では、図4に示すように半導体チップ3を配線基板2のチップ搭載面である上面2a上に搭載する。本実施の形態では、図4に示すように、複数のパッド3PDが形成された表面3aが配線基板2の上面2aと対向するように、フェイスダウン実装方式(あるいはフリップチップ接続方式)により搭載する。この場合、複数の突起電極3BPと配線基板の複数のボンディングパッド2PDのそれぞれに形成された半田バンプとを接合することにより、半導体チップ3に形成された回路と、配線基板2に形成された回路(伝送経路)とを、電気的に接続する。
次に、アンダフィル充填工程では、図4に示すように半導体チップ3と配線基板2の間には、アンダフィル樹脂(絶縁性樹脂)5が配置する。アンダフィル樹脂5は、半導体チップ3の表面3aと配線基板2の上面2aの間の空間を塞ぐように配置される。また、アンダフィル樹脂5は、絶縁性(非導電性)の材料(例えば樹脂材料)から成り、半導体チップ3と配線基板2の電気的接続部分(複数の突起電極3BPの接合部)を封止するように充填する。
なお、アンダフィル樹脂5の変形例として、図15に示す半導体チップ搭載工程の前に、半導体チップ3を搭載する予定領域であるチップ搭載領域上に、フィルム状、あるいはペースト状の絶縁材料(図示は省略)を予め塗布しておき、この絶縁材料上から半導体チップ3を押し付けて搭載する方式を適用することもできる。
次に、ボールマウント工程では、配線基板2の実装面である下面2b側に、複数の半田ボール4を取り付ける。本工程では、図4に示す実装面側の絶縁層2eから露出するランド2LD上に半田ボール4を配置して、リフロー処理(加熱して半田成分を溶融接合させた後、冷却する処理)を施すことにより半田ボール4を取り付けられる。
また、個片化工程を行う場合には、複数の製品形成領域を区画するダイシングライン(分割ライン)に沿って、多数個取りの配線基板を切断することにより、製品形成領域毎に個片化し、複数の半導体装置1を取得する。
その後、外観検査や電気的試験など、必要な検査、試験を行い、出荷、あるいは、図示しない実装基板に実装する。
<変形例>
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。上記実施の形態では、既にいくつかの変形例について説明したが、以下では上記実施の形態に対する代表的な変形例を挙げて説明する。
まず、上記実施の形態では、半導体装置1の例として、図4に示すように、プリプレグ材から成る絶縁層2CRをコア層として有する配線基板2を使用する実施態様について説明した。しかし、上記実施の形態で説明した技術は、コア層を有さず、ビルドアップ層が積層されることにより形成される、所謂、コアレス基板にも適用可能である。この場合、コア層を貫通するスルーホール配線2TWおよびスルーホールランド2TLは形成されない。したがって、導体パターンMP1は、図8に示すように、主にランド2LDと厚さ方向に重なる位置に形成すれば、半導体装置1のノイズ耐性を向上させることができる。
また、上記実施の形態では、信号の種類として、接地電位を基準に信号の電圧レベルで“H”レベルと“L”レベルを決定する、所謂、シングルエンド信号を利用する例を取り上げて説明した。しかし、信号の種類には、対になる二本の信号伝送経路(差動対)にそれぞれ信号電位を供給し、差動対間の電位差で“H”レベルと“L”レベルを決定する、差動信号がある。上記実施の形態で説明した技術は、差動信号を伝送する信号伝送経路にも適用できる。図17は、図7に対する変形例を示す拡大平面図である。
図17に示す配線基板2Dは、配線2dに差動信号が流れる点で図7に示す配線基板2と相違する。詳しくは、配線基板2Dの配線層のうち、導体パターンMP1が形成される配線層の導体プレーン2PLには、差動対の一方を構成する配線2d3の一部と厚さ方向に重なる位置に開口部PLhが形成される。また、導体プレーン2PLには、差動対の他方を構成する配線2d4の一部と厚さ方向に重なる位置に、別の開口部PLhが形成される。また、異なる2つの開口部PLhには、それぞれ導体パターンMP1が形成される。
配線2d3および配線2d4は差動対を成し、差動信号が伝送される信号伝送経路を構成する。また、配線2d3および配線2d4は、互いに同じ配線層に形成され、導体パターンMP1が形成された配線層と配線2d3および配線2d4が形成される配線層は隣接している。
上記実施の形態で説明したシングルエンド信号の場合、信号伝送経路とリターンパスの離間距離を一定に保つ事が、ノイズ対策として重要であることを説明した。差動信号の場合、各信号伝送経路とリターンパスの離間距離を一定に保つ事に加えて、対になる信号伝送経路間のインピーダンス整合を図ることが重要である。図17に示す変形例の場合、導体パターンMP1のそれぞれをグランドプレーンである導体プレーン2PLと電気的に接続することで、電磁波吸収体である導体パターンMP1が各信号伝送経路のリターンパスの一部を構成する。
また、導体パターンMP1の本体部MPmは、複数の開口部MPhが規則的に配置されたメッシュパターン(網目形状)になっている。このように、本体部MPmの平面形状をメッシュパターンにすると、リターンパスがメッシュ形状に沿って形成される。このため、導体パターンMP1と厚さ方向に重なる位置に形成された配線2d3、2d4のレイアウトに関わらず、配線2d3、2d4の延在方向に沿ってリターンパスを形成することができる。
このため、図17に示す配線基板2Dは、差動対を構成する配線2d3と配線2d4の形状を揃えれば、差動対間のインピーダンス整合をとり易くなる。また、上記実施の形態で説明したように、本体部MPmを導体プレーン2PLと連結する連結部MPjを複数設ることで、連結部MPjに沿って配線2d3、2d4を形成することができる。
また、重複する説明は省略するが、上記実施の形態で説明した導体パターンMP1の好ましい形状(例えば、配線レイアウトの自由度を向上させる観点から好ましい形状等)は、図17に示す差動信号を伝送する実施態様の場合にも同様に適用できる。この場合、インピーダンス整合をとる観点から、配線2d3と重なる導体パターンMP1と配線2d4と重なる導体パターンMP1を同じ形状にすることが好ましい。
また、上記実施の形態では、導体パターンMP1の本体部MPmの平面形状の例として、正方形を成す複数の開口部MPhが格子状(グリッド状)に配列された例を説明したが、種々の変形例を適用できる。例えば、図18に示す配線基板2Eでは、導体パターンMP1の本体部(メッシュパターン部)MPmに形成された複数の開口部MPhの開口形状は円形を成す。また例えば、図19に示す配線基板2Fは、導体パターンMP1の本体部(メッシュパターン部)MPmに形成された複数の開口部MPhの開口形状は長方形を成す。
図16を用いて説明したように、メッシュパターンである導体パターンMP1を形成する際に、マスクMSKを用いる場合、開口部MPhの開口径が小さくなると、マスクMSKが製造工程中に剥離する懸念がある。図19に示す配線基板2Fのように、開口部MPhの開口形状を長方形にすれば、マスクMSKの平面積が大きくなるので、図16に示す導体パターン形成工程の前にマスクMSKが剥離することを抑制できる。
また、図20に示す配線基板2Gは、導体パターンMP1の本体部(メッシュパターン部)MPmに形成された複数の開口部MPhはの形状は長方形と正方形が混在している。また、配線基板2Fの複数の開口部MPhは、長方形の輪郭を構成する長辺LSと短辺SSのうち、短辺SSがY方向に対して一列に並ばないように千鳥格子状に配列されている。この場合、開口部MPhの平面積を大きくした場合でも、リターンパスと配線2dのずれの程度を抑制できる。なお、図20では、千鳥格子状に配列するために長方形の開口部MPhと正方形の開口部MPhを混在させた例を示しているが、長方形のMPhのみで構成することもできる。
図20に示す配線基板2Gのように、長方形の開口部MPhと正方形の開口部MPhが混在する場合、図16に示す配線基板2のように、開口部PLhの中心に対して点対称になるように導体パターンMP1の平面形状を構成することが難しい。この場合、配線2dのレイアウトの設計上の自由度を向上させる観点からは、連結部MPjsが何個配置される場合であっても、導体パターンMP1の平面形状は、開口部PLhの中心を通る中心線のうちの一つ(例えば図20に示す例では、仮想線VLy)に対して線対称であることが好ましい。
また、例えば、上記実施の形態では種々の変形例について説明したが、上記で説明した各変形例同士を組み合わせて適用することができる。
また、実施の形態やその変形例で説明した半導体装置および半導体装置の製造方法について技術的思想を抽出すれば、下記のように表現することができる。
〔付記1〕
(a)チップ搭載面、前記チップ搭載面の反対側に位置する実装面、前記チップ搭載面に配置される複数の第1端子、前記実装面に配置される複数の第2端子、および前記複数の第1端子と前記複数の第2端子を電気的に接続する複数層の配線層を有する配線基板を準備する工程、
(b)複数の電極パッドが形成された表面、および前記表面の反対側に位置する裏面を有する半導体チップを前記配線基板の前記チップ搭載面に搭載し、前記半導体チップの前記複数の電極パッドと前記配線基板の前記複数の第1端子とをそれぞれ電気的に接続する工程、
を含み、
前記複数層の配線層は、第1信号が伝送される第1配線が形成された第1配線層と、前記第1配線層の上層または下層に隣接して設けられた第2配線層と、を含み、
前記第2配線層には、前記第1配線の一部と厚さ方向に重なる位置に第1開口部を有する第1導体板、および前記第1導体板の前記第1開口部内に配置された第1導体パターンが形成され、
前記第1開口部は、前記第1導体板を厚さ方向に貫通するように形成され、
前記第1導体パターンは、前記第1導体板と離間するメッシュパターン部、および前記メッシュパターン部と前記第1導体板とを連結する複数の連結部を有する、半導体装置の製造方法。
1 半導体装置
2、2A、2B、2D、2E、2F、2G 配線基板
2a 上面(第1面、チップ搭載面)
2b 下面(第2面、実装面)
2Ca 上面
2Cb 下面
2CR 絶縁層(コア層、コア材、コア絶縁層)
2d、2d1、2d2、2d3、2d4 配線
2e 絶縁層(ビルドアップ層)
2LD ランド(端子、外部端子、電極、外部電極)
2PD ボンディングパッド(端子、半導体チップ接続用端子)
2PL 導体プレーン(導体板)
2s 側面
2TL スルーホールランド
2TW スルーホール配線
2V ビア配線
3 半導体チップ
3a 表面(主面、上面)
3b 裏面(主面、下面)
3BP 突起電極
3PD パッド(ボンディングパッド)
3s 側面
4 半田ボール(半田材、端子、外部端子、電極、外部電極)
5 アンダフィル樹脂(絶縁性樹脂)
LS 長辺
MP1 導体パターン(金属パターン)
MPh 開口部
MPj、MPjs、MPjx、MPjy 連結部
MPm 本体部(メッシュパターン部)
MSK マスク
PLh 開口部
SS 短辺
VLx、VLy 仮想線
WL、WL1、WL2、WL3、WL4、WL5、WL6、WL7、WL8、WL9、WL10 配線層

Claims (18)

  1. 複数の電極パッドが形成された表面、および前記表面の反対側に位置する裏面を有する半導体チップと、
    前記半導体チップが搭載されたチップ搭載面、前記チップ搭載面の反対側に位置する実装面、前記チップ搭載面に配置され、前記半導体チップの前記複数の電極パッドと電気的に接続される複数の第1端子、前記実装面に配置される複数の第2端子、および前記複数の第1端子と前記複数の第2端子を電気的に接続する複数層の配線層を有する配線基板と、
    を有し、
    前記複数層の配線層は、第1信号が伝送される第1配線が形成された第1配線層と、前記第1配線層の上層または下層に隣接して設けられた第2配線層と、を含み、
    前記第2配線層には、前記第1配線の一部と厚さ方向に重なる位置に第1開口部を有する第1導体板、および前記第1導体板の前記第1開口部内に配置された第1導体パターンが形成され、
    前記第1開口部は、前記第1導体板を厚さ方向に貫通するように形成され、
    前記第1導体パターンは、前記第1導体板と離間するメッシュパターン部、および前記メッシュパターン部と前記第1導体板とを連結する複数の連結部を有する、半導体装置。
  2. 請求項1において、
    前記複数の連結部は、
    平面視において、第1方向に沿って前記第1開口部の中心を通る第1仮想線に沿って前記メッシュパターン部を挟むように配置される二個の第1連結部と、
    平面視において、前記第1方向と直交する第2方向に沿って前記第1開口部の中心を通る第2仮想線に沿って前記メッシュパターン部を挟むように配置される二個の第2連結部と、
    を含む、半導体装置。
  3. 請求項2において、
    前記複数の連結部は、
    平面視において、前記二個の第1連結部および前記二個の第2連結部のうち、隣り合う第1連結部と第2連結部のそれぞれの間に配置される複数の第3連結部をさらに含む、半導体装置。
  4. 請求項3において、
    前記複数の第3連結部のそれぞれは、前記第1方向および前記第2方向に対して、45度の方向に延びる、半導体装置。
  5. 請求項4において、
    前記第1配線は、平面視において、複数の屈曲部を有し、前記複数の屈曲部の角度は、それぞれ45度の倍数になっている、半導体装置。
  6. 請求項3において、
    前記第1、第2および第3連結部は、互いの離間距離が揃うように配置される、半導体装置。
  7. 請求項1において、
    前記第1導体パターンの平面形状は、前記第1開口部の中心に対して点対称である、半導体装置。
  8. 請求項1において、
    前記第1導体パターンの平面形状は、前記第1開口部の中心を通る中心線に対して線対称である、半導体装置。
  9. 請求項1において、
    前記第1配線は、平面視において、前記複数の連結部のうちの一つに沿って延びる、半導体装置。
  10. 請求項1において、
    前記第1配線は、平面視において、前記複数の連結部のうちの一つと重なる、半導体装置。
  11. 請求項1において、
    前記複数層の配線層は、前記第2配線層に隣接し、かつ前記第1配線層とは異なる第3配線層をさらに含み、
    前記第3配線層には、前記第1信号とは異なる第2信号が伝送される第2配線が形成され、
    前記第2配線の一部は、前記第1導体パターンと厚さ方向に重なる、半導体装置。
  12. 請求項1において、
    前記第1導体パターンの前記メッシュパターン部は、長方形の開口形状である複数の第2開口部が規則的に配置される、半導体装置。
  13. 請求項12において、
    前記複数の第2開口部は、前記長方形の短辺が、前記短辺の延在方向に対して一列に並ばないように千鳥格子状に配列されている、半導体装置。
  14. 請求項1において、
    前記第1配線層は、前記複数の第2端子が形成された第3配線層と前記第2配線層の間に形成され、
    前記第1導体パターンは、前記複数の第2端子のうちの一つと厚さ方向に重なる、半導体装置。
  15. 請求項14において、
    前記第1配線は、前記第1導体パターンと厚さ方向に重なる位置でビア配線を介して前記複数の第2端子のうちの一つと電気的に接続される、半導体装置。
  16. 請求項1において、
    前記配線基板は、
    プリプレグ材から成り、前記配線基板のチップ搭載面側に位置する第1面、および前記第1面の反対側の第2面を有するコア層と、
    前記コア層の前記第1面および前記第2面のうち、一方から他方までを貫通するスルーホール配線と、
    前記第1面において、前記スルーホール配線に接続される第1スルーホールランドと、
    前記第2面において、前記スルーホール配線に接続される第2スルーホールランドと、
    を有し、
    前記第1導体パターンは、前記第1スルーホールランドの上方、および前記第2スルーホールランドの下方に、それぞれ形成され、
    前記第1導体パターンは、前記第1および第2スルーホールランドと厚さ方向に重なる、半導体装置。
  17. 複数の電極パッドが形成された表面、および前記表面の反対側に位置する裏面を有する半導体チップと、
    前記半導体チップが搭載されたチップ搭載面、前記チップ搭載面の反対側に位置する実装面、前記チップ搭載面に配置され、前記半導体チップの前記複数の電極パッドと電気的に接続される複数の第1端子、前記実装面に配置される複数の第2端子、および前記複数の第1端子と前記複数の第2端子を電気的に接続する複数層の配線層を有する配線基板と、
    を有し、
    前記複数層の配線層は、差動信号が伝送される差動対を構成する第1配線および第2配線が形成された第1配線層と、前記第1配線層の上層または下層に隣接して設けられた第2配線層と、を含み、
    前記第2配線層には、
    前記第1配線の一部と厚さ方向に重なる位置に形成された第1開口部、および前記第2配線の一部と厚さ方向に重なる位置に形成された第2開口部を有する第1導体板と、
    前記第1導体板の前記第1開口部内に配置された第1導体パターンと、
    前記第1導体板の前記第2開口部内に配置された第2導体パターンと、
    が形成され、
    前記第1開口部および前記第2開口部のそれぞれは、前記第1導体板を厚さ方向に貫通するように形成され、
    前記第1導体パターンおよび前記第2導体パターンのそれぞれは、前記第1導体板と離間するメッシュパターン部、および前記メッシュパターン部と前記第1導体板とを連結する複数の連結部を有する、半導体装置。
  18. 請求項17において、
    前記第1導体パターンと前記第2導体パターンは同じ形状である、半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017212327A (ja) * 2016-05-25 2017-11-30 京セラ株式会社 配線基板および電子装置
WO2020054414A1 (ja) * 2018-09-11 2020-03-19 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 回路基板、半導体装置、および、電子機器
JP2020119917A (ja) * 2019-01-18 2020-08-06 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140107304A (ko) * 2011-12-22 2014-09-04 데이진 가부시키가이샤 성형체의 제조 방법 및 성형체
JP6324738B2 (ja) * 2014-01-27 2018-05-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
CN107204325B (zh) * 2017-05-25 2023-06-02 成都线易科技有限责任公司 电容器阵列及制造方法
JP2019114675A (ja) * 2017-12-25 2019-07-11 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP7025948B2 (ja) * 2018-02-13 2022-02-25 ローム株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
US11387187B2 (en) * 2018-06-28 2022-07-12 Intel Corporation Embedded very high density (VHD) layer
US11605581B2 (en) 2021-01-08 2023-03-14 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device having conductive patterns with mesh pattern and differential signal wirings

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08506696A (ja) * 1993-02-02 1996-07-16 エイ・エス・ティー・リサーチ・インコーポレイテッド 遮蔽グリッドを含む回路基板配列およびその構成
JP2000188478A (ja) * 1998-10-16 2000-07-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 多層回路基板、その製造方法、および、その特性インピ―ダンス調整方法
US20030148077A1 (en) * 2002-02-07 2003-08-07 Devnani Nurwati S. High-performance laminate for integrated circuit interconnection
JP2012094646A (ja) * 2010-10-26 2012-05-17 Daisho Denshi Co Ltd 特性インピーダンスコントロール対応プリント配線基板

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07235741A (ja) * 1993-12-27 1995-09-05 Ngk Spark Plug Co Ltd 多層配線基板
JP3307597B2 (ja) * 1998-09-30 2002-07-24 株式会社 アドテック 印刷配線装置
US6184477B1 (en) * 1998-12-02 2001-02-06 Kyocera Corporation Multi-layer circuit substrate having orthogonal grid ground and power planes
KR100882664B1 (ko) * 2001-03-14 2009-02-06 이비덴 가부시키가이샤 다층 프린트 배선판
US6977345B2 (en) * 2002-01-08 2005-12-20 International Business Machines Corporation Vents with signal image for signal return path
JP2004253947A (ja) 2003-02-19 2004-09-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> インピーダンス変換回路
KR101131760B1 (ko) * 2004-02-04 2012-04-06 이비덴 가부시키가이샤 다층프린트배선판
DE102004060962A1 (de) * 2004-12-17 2006-07-13 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Mehrlagige gedruckte Schaltung mit einer Durchkontaktierung für Hochfrequenzanwendungen
US7504904B1 (en) * 2006-04-04 2009-03-17 Unisys Corporation Printed-circuit impedance control using skewed reference mesh
CN101594732A (zh) * 2008-05-27 2009-12-02 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 电路板
US8058954B2 (en) * 2009-03-05 2011-11-15 Apple Inc. Transmission line with a cross-hatched ground plane that is either filled with conductive paint or covered by a conductive foil
CN102473993B (zh) * 2009-07-13 2014-01-22 株式会社村田制作所 信号线路及电路基板
US8704104B2 (en) * 2010-07-19 2014-04-22 Asml Netherlands B.V. Electrical connector, electrical connection system and lithographic apparatus
JP6324738B2 (ja) * 2014-01-27 2018-05-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08506696A (ja) * 1993-02-02 1996-07-16 エイ・エス・ティー・リサーチ・インコーポレイテッド 遮蔽グリッドを含む回路基板配列およびその構成
JP2000188478A (ja) * 1998-10-16 2000-07-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 多層回路基板、その製造方法、および、その特性インピ―ダンス調整方法
US20030148077A1 (en) * 2002-02-07 2003-08-07 Devnani Nurwati S. High-performance laminate for integrated circuit interconnection
JP2012094646A (ja) * 2010-10-26 2012-05-17 Daisho Denshi Co Ltd 特性インピーダンスコントロール対応プリント配線基板

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017212327A (ja) * 2016-05-25 2017-11-30 京セラ株式会社 配線基板および電子装置
WO2020054414A1 (ja) * 2018-09-11 2020-03-19 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 回路基板、半導体装置、および、電子機器
JP2020119917A (ja) * 2019-01-18 2020-08-06 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP7163205B2 (ja) 2019-01-18 2022-10-31 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

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