JP2022071887A - 電子装置および半導体装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022071887000001
【課題】電子装置の性能を向上させる。
【解決手段】電子装置は、ロジック回路を備える半導体装置SC1と、半導体装置SC1と電気的に接続され、メモリ回路を備える第2半導体装置と、半導体装置SC1および第2半導体装置が搭載される配線基板と、を有する。半導体装置SC1は、主面SCtに配置される複数の端子BSCを有する。複数の端子BSCは、第2半導体装置に電気的に接続され、差動信号が伝送される複数の差動対端子を含む。複数の差動対端子のそれぞれは、X方向に沿って配列され、かつ、X方向と直交するY方向に沿って配列される一対の端子B1およびB2から成る差動対端子BD1と、Y方向に沿って配列される一対の端子B3およびB4から成る差動対端子BD2と、を含む。差動対端子BD1と差動対端子BD2とは、Y方向に沿って配置されている。
【選択図】図4

Description

本発明は、電子装置、および電子装置に搭載される半導体装置に関する。
配線基板上に、ロジック回路を備える半導体装置と、メモリ回路を備える半導体装置とが搭載され、これらを電気的に接続する電子装置(半導体モジュール)がある(例えば、特許文献1参照)。
特開2007-213375号公報
上記したような電子装置に対する性能向上の要求の一つとして、例えば、ロジック回路とメモリ回路との間での伝送速度の高速化の要求、あるいは、装置の小型化の要求がある。ところが、伝送速度の高速化を図れば、電子装置のサイズは増大する傾向がある。伝送速度の高速化に伴う電子装置のサイズの増大を抑制させるためには、多数の信号伝送経路を高密度で実装する技術が必要である。また、高速伝送を行うためには、電力を供給する経路を安定化させる必要があり、多数の信号伝送経路の他、安定的な電力の供給経路を確保する必要がある。
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電子装置は、ロジック回路を備える第1半導体装置と、上記第1半導体装置と電気的に接続され、メモリ回路を備える第2半導体装置と、上記第1半導体装置および上記第2半導体装置が搭載される配線基板と、を有する。上記第1半導体装置は、第1面に配置される複数の端子を有する。上記複数の端子は、上記第2半導体装置に電気的に接続され、差動信号が伝送される複数の差動対端子を含む。上記複数の差動対端子のそれぞれは、上記第1方向に沿って配列され、かつ、上記第1方向と直交する第2方向に沿って配列される一対の端子から成る第1差動対端子と、上記第2方向に沿って配列される一対の端子から成る第2差動対端子と、を含む。上記第1差動対端子と上記第2差動対端子とは、上記第2方向に沿って配置されている。
上記一実施の形態によれば、電子装置の性能を向上させることができる。
一実施の形態の電子装置の上面視のレイアウトを示す平面図である。 図1のA-A線に沿った断面図である。 図1に示す電子装置の電気的な接続関係の一例を示す回路ブロック図である。 図1に示すSoC(半導体装置)の端子配置面を示す平面図である。 図2に示す配線基板が備える複数の配線層の構成例と、各配線層に主に配置される配線や導体パターンの接続関係の一例を模式的に示す説明図である。 図5に示す配線基板の第4層目の配線層における導体パターンのレイアウトの例を示す拡大平面図である。 図5に示す配線基板の第7層目の配線層における導体パターンのレイアウトの例を示す拡大平面図である。 図4に対する検討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、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。
また、本明細書において、「半導体装置」とは、半導体内の電子を利用した部品である。この「半導体装置」の例としては、半導体チップや、半導体チップがパッケージングされた半導体パッケージを挙げることができる。したがって、「半導体チップ」および「半導体パッケージ」を包含する語句が「半導体装置」である。また、配線基板上に複数の半導体装置が搭載され、複数の半導体装置が互いに電気的に接続され、モジュール化されたものを「電子装置」と呼ぶ。電子装置のことを半導体モジュールと呼ぶ場合もある。なお、複数のメモリチップを含む複数枚の半導体チップが積層され、パッケージ化されたものは、半導体装置に含まれる。
<電子装置>
本実施の形態では、複数の半導体チップが配線基板を介して電気的に接続された半導体装置、および上記半導体装置が搭載された電子装置、の一例として、半導体装置(SoC(System on Chip))と、SoCに接続されるメモリ回路が形成された半導体装置と、が搭載された電子装置を取り上げて説明する。SoCは、ロジック回路を含むコンピュータシステムを構成するシステム回路が形成された半導体チップである。SoC自身がメモリ回路を含む場合もあるが、SoC内のメモリ回路の記憶容量を増加させるとSoCのサイズが増大する。このため、SoCがメモリ回路を有する場合でも、多くのデータを処理するため、SoCは、外部のメモリ部品と通信する必要がある。
本実施の形態で一例として取り上げる電子装置には、一つの装置内に様々な機能(システム)を付与して、高機能化を図る取り組みがある。電子装置の高機能化を図る場合、信号伝送経路の増大、および電力供給の安定化が必要になる。一方、電子装置のサイズに対しては、小型化の要求がある。このため、電子装置の開発においては、信号の伝送速度を高速化し、かつ、電子装置のサイズの増大を抑制する技術が重要になっている。
上記のような複数のシステムを備える電子装置は、マザーボード上に機能の異なる複数の半導体装置(例えば制御用の半導体装置と記憶用の半導体装置)を搭載して、複数の半導体装置間をマザーボードの配線で電気的に接続する方法が考えられる。以下の説明では、マザーボードとしての配線基板上にロジック回路を備える半導体パッケージと、メモリ回路を備える半導体パッケージとが搭載された、電子装置について説明する。ただし、変形例としては、配線基板上に複数の半導体チップが搭載された、所謂、マルチチップモジュール(MCM:Multi-Chip Module)に、以下で説明する技術を適用する場合もある。
図1は、本実施の形態の電子装置の上面視のレイアウトを示す平面図である。図2は、図1のA-A線に沿った断面図である。図1に示す電子装置(電子機器)100は、配線基板(マザーボード、実装基板)MB1と、配線基板MB1に搭載される半導体装置(半導体装置)SC1と、配線基板MB1に搭載される半導体装置(半導体装置)MP1と、を有する。なお、図1に示す例では、見易さのため、シンプルな一例を示している。このため、変形例としては、図1に図示しない他の電子部品(例えばコンデンサや電源用レギュレータなど)が配線基板MB1上に搭載される場合もある。また、図1および図2に示す例では、配線基板MB1上に1個の半導体装置SC1および1個の半導体装置MP1が搭載された例を示しているが、変形例として3個以上の半導体装置が搭載されている場合もある。例えば、1個の半導体装置SC1に2個以上の半導体装置MP1が接続される実施態様などを例示できる。
図2に示すように、電子装置100が有する配線基板MB1は、半導体装置SC1の搭載面である主面(面、上面、半導体装置搭載面)MBt、および主面MBtの反対側の主面(面、下面)MBbを有する。
図3は、図1に示す電子装置の電気的な接続関係の一例を示す回路ブロック図である。図1に示すように、半導体装置SC1は、ロジック回路C01およびロジック回路C01と電気的に接続される入出力回路C02を有する。また、半導体装置MP1は、メモリ回路C03およびメモリ回路C03と電気的に接続される入出力回路C04を有する。半導体装置SC1および半導体装置MP1とは、複数の信号伝送経路を介して電気的に接続されている。複数の信号伝送経路には、差動信号が伝送される複数の差動信号伝送経路TPDSと、シングルエンドの電気信号が伝送される複数の信号伝送経路TPSSと、が含まれる。また、半導体装置SC1および半導体装置MP1のそれぞれには、電源電位VD1および基準電位VS1が供給される。図3では、半導体装置SC1および半導体装置MP1に供給される複数種類の電源電位のうち、半導体装置SC1および半導体装置MP1で兼用される電源電位VD1の供給経路を図示している。電源電位VD1は、例えば、半導体装置SC1および半導体装置MP1において、信号の入出力用の電力として利用される。このため、図3に示す例では、電源電位VD1の供給経路VDP1は、半導体装置SC1の入出力回路C02および半導体装置MP1の入出力回路C04に接続されている。基準電位VS1は、例えば接地電位であり、半導体装置SC1および半導体装置MP1の様々な回路で利用される。図3では、各半導体装置SC1およびMP1内での基準電位VS1の供給経路VSP1の接続先は、図示を省略しているが、半導体装置SC1および半導体装置MP1が備える複数の回路(ロジック回路C01、入出力回路C02、メモリ回路C03および入出力回路C04を含む)のそれぞれに接続されている。
電子装置100は、差動信号伝送経路TPDSおよび信号伝送経路TPSSを、それぞれ多数本ずつ有している。図3では、見易さのため、例示的に2本の差動信号伝送経路TPDSおよび3本の信号伝送経路TPSSを示している。信号伝送経路TPSSの数は、差動信号伝送経路TPDSよりも多い。
半導体装置MP1は、例えば「LPDDR(Low Power Double Data Rate)5」と呼ばれるJEDEC規格に適合したメモリパッケージである。LPDDR5の規格は、データ入出力のタイミング制御用の信号として、DQS信号(データストローブ信号)に加えて、WCK信号が追加される点が特徴の一つである。このため、64Bitの動作に必要な差動信号の伝送経路の数は、従来の12対から20対になる。詳しくは、差動信号の伝送経路としてLPDDR5で要求される伝送経路の数は、コマンド信号およびアドレス信号のタイミング制御用の信号であるCK信号(コマンドアドレスクロック信号)用に4対、DQS信号用に8対、WCK信号用に8対の差動信号配線がそれぞれ必要になる。上記した差動信号の伝送経路に加えて、シングルエンドの伝送経路として、DQ信号(データ信号)用、DM信号(データマスク信号)用、コマンド信号用、およびアドレス信号用の信号伝送経路が必要である。シングルエンド信号用の伝送経路は、差動信号の伝送経路よりもさらに多くの本数が必要である。例えば64Bitのバス幅とすれば、DQ信号用の信号伝送経路が64本必要である。
半導体装置SC1は、半導体装置MP1との間でデータの伝送を行うので、半導体装置SC1も、LPDDR5の規格に適合する伝送経路を備えている。すなわち、例えば64Bitで動作する半導体装置SC1の信号伝送システムは、差動信号の伝送経路として、CK信号用に4対、DQS信号用に8対、WCK信号用に8対の差動信号配線をそれぞれ備える。また、半導体装置SC1は、上記した差動信号の伝送経路に加えて、シングルエンドの伝送経路として、DQ信号用、DM信号(データマスク信号)用、コマンド信号用、およびアドレス信号用等の信号伝送経路を備える。
このように、多数の信号伝送経路を要する半導体装置SC1において、製品サイズ(物理的な実装面積)の増大を抑制しようとすれば、信号伝送経路の配置密度が増大する。また、多数の信号伝送経路において、誤動作を抑制するためには、電力供給の安定化が必要であり、電力の供給経路の経路断面積を大きくする必要がある。このため、電力の供給経路の断面積の低下を抑制しつつ、信号伝送経路の配置密度を増大させる必要がある。特に、半導体装置SC1の外部端子が配列される部分では、電気的な接続信頼性を確保するため、配線部分と比較して大面積のパターンが必要である。そこで、本願発明者は、電力供給の安定化および信号伝送経路の増加を実現させる技術開発の一環として、外部端子の配列を工夫することについて検討した。
<SoC>
まず、図1に示す半導体装置SC1について説明する。図4は、図1に示すSoC(半導体装置)の端子配置面を示す平面図である。図8は、図4に対する検討例を示す拡大平面図である。図4および図8では、差動対端子と、電源端子と、基準電位端子とが識別できるようにこれらの端子に互いに異なるハッチングまたは黒パターンを付している。
半導体装置SC1は、複数の端子BSCが配置される端子配置面である主面(面)SCtを有する。図2に示すように電子装置100において、主面SCtは、配線基板MB1の実装面である主面(面)MBtと対向する。図4に示すように、主面SCtは、X方向に延びる辺SCs1、辺SCs1の反対側の辺SCs2、辺SCs1および辺SCs2と交差し、X方向に直交するY方向に延びる辺SCs3、および辺SCs3の反対側の辺SCs4を有する。主面SCtにおいて、辺SCs1は、半導体装置MP1(図1参照)と対向する辺である。
主面SCtが備える複数の端子BSCは、主面SCtにおいて、マトリクス状に配置されている。複数の端子BSCのそれぞれは、例えば半田ボール、あるいは柱状の電極(ピラー電極)である。複数の端子BSCは、半導体装置MP1(図3参照)と電気的に接続され、差動信号が伝送される複数の差動対端子BDを含む。また複数の端子BSCは、基準電位VS1(図3参照)が供給される基準電位端子BS1と、電源電位VD1(図3参照)が供給される電源端子BV1と、を含む。
半導体装置SC1は、例えばシリコンから成る基板に形成される複数の半導体素子を含む回路を備える半導体チップである。一般的には、半導体チップの複数の外部端子は、端子形成面の周辺領域に配置される。主面SCtに複数の端子BSCをマトリクス状に配列する方法としては、例えば、半導体チップの端子形成面上に再配線層を形成し、図4に例示するように、再配線層のうちの端子BSCとなる部分がマトリクス状に配列するように再配線する方法がある。あるいは、SoCを図示しないインタポーザ基板上に搭載してパッケージ化し、インタポーザ基板の端子形成面を主面SCtとする方法もある。
本実施の形態では、主面SCtにおける端子BSCの配置密度を向上させるため、複数の端子BSCのそれぞれは、狭ピッチで配置される。例えば互いに隣り合う端子BSCの中心間距離は、0.5mm~0.8mm程度である。
また、主面SCtは、複数の電源端子BV1が配置される領域SCr1と、辺SCs1および領域SCr1の間に配置される領域SCr2と、を備える。領域SCr2には、複数の差動対端子BDの他、複数の基準電位端子BS1およびシングルエンドの信号端子(例えばDQ信号用端子、コマンド信号用端子、あるいはアドレス信号用端子)等が配置されている。このように主面SCtのうち、半導体装置MP1(図1参照)までの距離が近い領域SCr2に、半導体装置MP1と電気的に接続される信号用の端子BSCが集約して配置されている。一方、電源端子BV1は、領域SCr2よりは半導体装置MP1までの距離が遠い領域SCr1に配置される。本実施の形態では、図4に示すように、領域SCr1は主面SCtの中央部であり、領域SCr2は主面SCtの周縁部である。
また、複数の差動対端子BDは、Y方向に沿って配列される一対の端子B1およびB2から成る差動対端子BD1と、Y方向に沿って配列される一対の端子B3およびB4から成る差動対端子BD2と、を含む。複数の差動対端子BDのうち、差動対端子BD1と差動対端子BD2とは、Y方向において互いに隣り合って配置されている。
複数の差動対端子BDと半導体装置MP1(図1参照)との距離を最小化しようとすれば、辺SCs1に最も近い第1列目に複数の差動対端子BDを集約して配置する方法が考えられる。ところが、本願発明者の検討によれば、辺SCs1に最も近い第1列目に複数の差動対端子BDを集約して配置する方法には、差動信号以外の信号用の伝送経路、あるいは電力供給経路との関係で、改善の余地があることが判った。図3を用いて説明したように、電源電位VD1は、半導体装置SC1と半導体装置MP1とで兼用(共用)される。電源電位VD1の電力供給を安定化するため、半導体装置SC1および半導体装置MP1の近くに、半導体装置SC1および半導体装置MP1を電気的に接続し、かつ、電源電位VD1が供給される大面積の導体プレーンが設けられていることが好ましい。また、半導体装置MP1に供給する電源電位のうち、信号の入出力用の電力である電源電位VD1は、他の電源電位(例えば、メモリ回路を構成するメモリセル駆動用の電源電位)と比較してその電位が低い。そして、このような比較的低い電位が安定して供給されないと、図3に示す入出力回路C04を正常に動作させることが出来ない恐れがある。そこで、上記したように、半導体装置SC1と半導体装置MP1とで電源電位VD1を兼用(共用)しておくことが好ましい。言い換えると、半導体装置MP1の電源電位(例えば、入出力回路C04用)の供給経路となる端子と、この電源電位と同じ電位が供給される半導体装置SC1の端子とを、互いに、かつ、電気的に接続しておくことが好ましい。さらには、上記した2つの端子同士を互いに繋ぐ経路(導体プレーン)の長さについても、できるだけ短いことが好ましい。ところが、検討例として図8に示すように、辺SCs1に最も近い第1列目に複数の差動対端子BDが狭いピッチで配置されている場合(具体的には、上記した各一対の差動対端子BDをX方向に沿って配列した場合)、半導体装置SC1および半導体装置MP1のそれぞれを接続するように伸びる電源電位VD1用の導体プレーンを配置することが難しい。すなわち、上記電源電位VD1用の経路の長さを短くすることが難しい。
そこで、本実施の形態の場合、辺SCs1に沿って延在する領域SCr2には、複数の差動対信号端子BDのうち、X方向において互いに隣り合う差動対端子BDの間に、差動対端子BD以外の端子BSCが配置されている。複数の差動対端子BDのうちの一部が、Y方向に沿って配列されている場合、X方向に沿って配列される差動対端子BDの数を低減させることができる。言い換えれば、複数の差動対端子BDのうちの一部が、Y方向に沿って配列されている場合、X方向において互いに隣り合う差動対端子BDの間にスペースを確保することができる。詳細は後述するが、主面SCtにおいて、互いに隣り合う差動対端子BDの間にスペースが確保されれば、配線基板MB1(図1参照)において互いに隣り合う差動信号用のスルーホール配線の間にスペースを確保することができる。本実施の形態では、このスペースを利用して、電源電位VD1用の電源プレーン(電源電位VD1用の大面積の導体パターン)を配置する。
また、複数の差動対端子BDのうち、X方向において互いに隣り合う差動対端子BDの間には、複数の差動対端子BD以外の端子BSCが配置されている。例えば、図4に示す例では、複数の差動対端子BDは、Y方向に沿って配列される一対の端子B5およびB6から成り、X方向において差動対端子BD1の隣に配置される差動対端子BD3を含む。差動対端子BD1と差動対端子BD3との間には、複数の差動対端子BD以外の端子が配置されている。差動対端子BD以外の端子BSCには、例えば、基準電位端子BS1の他、DQ信号用端子、コマンド信号用端子、アドレス信号用端子など、シングルエンドの信号用の端子BSCを例示することができる。このように、X方向において隣り合う差動対端子BDの間のスペースを、差動対端子BD以外の端子の配置スペースとして活用することにより、当該スペースを有効に活用できる。
<配線基板>
次に、図1~図3に示す配線基板MB1の構成例について説明する。図5は、図2に示す配線基板が備える複数の配線層の構成例と、各配線層に主に配置される配線や導体パターンの接続関係の一例を模式的に示す説明図である。図5では、差動信号が伝送される差動信号伝送経路TPDSを一点鎖線で示し、シングルエンドの電気信号が伝送される複数の信号伝送経路TPSSを点線で示している。また、図5では、複数の配線層を貫通するスルーホール配線THWを二重線で示している。
図5に示す配線基板MB1は、配線層WL1,WL2,WL3,WL4,WL5,WL6,WL7,WL8,WL9,およびWL10から成る10層の配線層を備える。配線基板MB1は、製法の異なる2種類の基板を重ね合わせた構造を備える。配線層WL4から配線層WL7までの各層は、複数層の配線層を一括して形成する基材層MBL1である。基材層MBL1は、配線層間の電気的な接続に、スルーホール配線THWが用いられる。配線層WL1から配線層WL3までの各層、および配線層WL8から配線層WL10までの各層のそれぞれは、一層毎に穴あけ加工、配線を含む導体パターン形成などを繰り返す、ビルドアップ工法により形成されたビルドアップ層MBL2である。ビルドアップ層MBL2では、図示しないビア配線を介して配線層間が電気的に接続される。
配線基板MB1は、多数の信号伝送経路を備えるので、配線、端子、電源プレーン、グランドプレーン、およびスルーホール配線を含め、配線基板MB1が備える導体パターンは、ファインなデザインルールに則って配置されている。例えば、配線パターンの幅(延在方向に対して直交する方向の長さ)は、65~100μm程度である。互いに隣り合い、かつ、電気的に分離される導体パターンの離間距離は、75~100μm程度である。隣り合うスルーホール配線の中心間距離は、650~800μm程度である。また、基材層MLB1において、各配線層WL4~WL7のそれぞれには、スルーホール配線THWの一部として形成されたランドパターンが形成される。このスルーホール配線THWのランドパターンの直径は、例えば450~500μm程度である。このため、互いに隣り合うスルーホール配線THWのランドパターンの離間距離は、200~300μm程度である。
配線基板MB1は、複数の電子部品が搭載され、これらの電子部品を電気的に接続するマザーボードである。このため、配線基板MB1には、搭載された複数の電子部品を支持可能な程度の強度が要求される。基材層MBL1を厚さ方向に貫通するスルーホール配線THWを設ける方式の場合、基材層MBL1を構成する絶縁層に、ガラス繊維を含むプリプレグなど、強固な材料を用いることができるので、配線基板MB1の強度を向上させることができる。また、複数のスルーホール配線THWは一括して形成されるので、配線基板MB1の全ての配線層をビルドアップ工法で形成する場合と比較して、配線基板の製造効率を向上させることができる。一方、ビルドアップ工法の場合、各配線層および配線層間を接続するビア配線を順に形成するので、製造工程は複雑になるが、各配線層に平面視において互いに異なる位置にビア配線を配置することができる。このため、ビルドアップ層MBL2は、基材層MBL1と比較して設計の自由度が高い。本実施の形態の場合、基材層MBL1とビルドアップ層MBL2とを組み合わせることにより、設計の自由度を向上させつつ、配線基板MB1の強度を向上させることができる。
図3に示す電子装置100は、多数の信号伝送経路を有し、多数の信号伝送経路のそれぞれは、高周波で伝送される。このため、各信号伝送経路の相互の干渉を抑制するため、配線基板MB1において、多数の信号伝送経路のそれぞれは、例えばマイクロストリップライン構造で配線される。マイクロストリップライン構造の場合、例えば、一つの信号層(信号配線を配置する配線層)の上層および下層に、導体プレーン(大面積の導体パターン)が設けられ、各導体プレーンには例えば基準電位VS1や電源電位VD1などの固定電位が供給される。多数の信号伝送経路のそれぞれに高周波信号が流れることによる電磁波の広がりを抑制することができる。
図5に示すように、配線基板MB1の厚さ方向であるZ方向において、半導体装置SC1およびMP1のそれぞれに最も近い配線層WL1には、主にグランドプレーン(大面積の導体パターン,グランドパターン,基準電位パターン)VSPが配置される。グランドプレーンVSPは、基準電位VS1(図3参照)の供給経路VSP1の一部である。また、配線層WL1には、グランドプレーンVSPの他、半導体装置SC1の複数の端子BSC(図4参照)に接続される複数のパッド(基板端子)が配置される。配線層WL1の他、配線層WL3、配線層WL5、および配線層WL8のそれぞれにも主にグランドプレーンVSPが配置される。
配線層WL10には、電源電位や基準電位の供給源に接続される導体パターンが配置される。図5では図示を省略するが、基準電位の供給経路VSP1、電源電位の供給経路VDP1、および電源プレーン(大面積の導体パターン,電源パターン)VDHPのそれぞれは、配線層WL10側に搭載された電源部品(レギュレータなど)に電気的に接続されている。図5に示す電子装置100の場合、配線層WL1、WL3、WL5、WL7およびWL8のそれぞれに形成された基準電位用の各供給経路VSP1と、配線層WL4およびWL9に形成された電源電位用の各供給経路VDP1と、のそれぞれは、配線層WL10に形成された導体パターンと電気的に接続され、図示しないレギュレータのような電源部品から供給される電源電位または基準電位は、この配線層WL10に形成された導体パターンを介して、各配線層に形成された供給経路VSP1およびVDP1に流れる。
配線層WL2および配線層WL4には、シングルエンド信号が伝送される信号配線SSWが主に配置される。また、配線層WL7には、差動信号が伝送される差動信号配線SDWが主に配置される。シングルエンド信号用の信号伝送経路TPSSと、差動信号用の伝送経路TPDSとは互いに異なる配線層に配置される。これにより、配線レイアウトの自由度が増加するので、多数の配線を高密度で配置することができる。シングルエンド信号用の信号伝送経路TPSSは、差動信号用の伝送経路TPDSよりも数が多いので、信号配線SSWの大部分は、設計上の自由度が高いビルドアップ層MBL2に含まれる配線層WL2に形成される。図5では、配線層WL4に電源プレーンVDPが配置されることを図示しているが、図6を用いて後述するように、配線層WL4には、電源プレーンVDPの他、配線層WL2に配置しきれない信号配線SSWが配置される。また、差動信号配線SDWの大部分(配線基板MB1のすべての差動信号配線SDWである場合も含む)は、基材層MBL1に含まれる配線層WL7に形成される。
また、配線層WL4には、主に電源プレーン(大面積の導体パターン,電源パターン)VDPが配置される。配線層WL4の電源プレーンVDPは、電源電位VD1(図3参照)の供給経路VDP1の一部である。半導体装置SC1における電力の安定供給を考慮すると、半導体装置SC1の近傍に電源プレーンVDPを配置することが好ましい。そこで、本実施の形態の場合、配線層WL4に電源プレーンVDPが配置される。この配線層WL4のレイアウトの詳細については後述する。また、配線層WL9には、配線層WL4よりも大面積の電源プレーンVDPが配置されている。電源プレーンVDPを配線層WL4および配線層WL9のそれぞれに配置することにより、配線層WL4および配線層WL9のいずれか一方に配置する場合と比較して、電源電位VD1(図3参照)の安定化を図ることができる。
また、配線層WL6には、主に電源プレーンVDHPが配置される。配線層WL6の電源プレーンVDHPには、図3に示す電源電位VD1とは異なる電源電位(第2電源電位)が供給される。この第2電源電位は、例えば、図3に示す半導体装置SC1のロジック回路C01用のコア電源、あるいは、半導体装置MP1のメモリ回路C03用のコア電源として利用される。なお、図5には、1個の電源プレーンVDHPを示しているが、互いに電位が異なる複数種類の電源電位が半導体装置SC1および半導体装置MP1に供給される場合がある。この場合、電源プレーンVDHPは、電気的に分離された複数の電源プレーンであってもよい。
次に、図5に示す配線基板MB1の複数の配線層のうち、電源プレーンVDPが配置される配線層WL4について説明する。図6は、図5に示す配線基板の第4層目の配線層における導体パターンのレイアウトの例を示す拡大平面図である。図7は、図5に示す配線基板の第7層目の配線層における導体パターンのレイアウトの例を示す拡大平面図である。なお、図6では、複数の信号伝送経路TPSSの一部が、電源プレーンVDPの周囲を囲むように配置されるように配置されていることを明示するため、信号伝送経路TPSSの一部分が二点鎖線で記載されている。
図6に示すように、配線層WL4には、電源プレーンVDP、複数の信号配線SSWおよび複数のスルーホール配線THWが配置されている。平面視において、配線層WL4および図7に示す配線層WL7のそれぞれは、半導体装置SC1(図1参照)と重なる領域SCrと、半導体装置MP1(図1参照)と重なる領域MPrと、を含む。複数の信号配線SSWのそれぞれは、配線層WL4において、領域SCrと領域MPrとを接続するように延びている。詳しくは、複数の信号配線SSWのうちの一部(例えばコマンド信号やアドレス信号の伝送経路)は、Y方向に沿って直線的に延びている。また、複数の信号配線SSWのうちの他の一部(例えばDQ信号を伝送する伝送経路)は、電源プレーンVDPの周囲を回りこんで領域SCrと領域MPrとを接続するように配置されている。
また、複数のスルーホール配線THWは、半導体装置MP1(図3参照)と電気的に接続され、差動信号が伝送される複数の差動対スルーホール配線TDを含む。また複数のスルーホール配線THWは、基準電位VS1(図3参照)が供給される基準電位スルーホール配線TS1と、電源電位VD1(図3参照)が供給される電源スルーホール配線TV1と、を含む。複数の電源スルーホール配線TV1のそれぞれは、電源プレーンVDPを介して互いに電気的に接続されている。また、複数の基準電位スルーホール配線TS1のそれぞれは、図5に示す配線層WL5に配置されるグランドプレーンVSPを介して互いに電気的に接続されている。また、複数の差動対スルーホール配線TDのそれぞれは、図7に示す配線層WL7において、差動信号配線SDWに接続されている。
図7に示すように、複数の差動信号配線SDWのそれぞれは、配線層WL7において、領域SCrと領域MPrとを接続するように延びている。詳しくは、複数の信号配線SDWの少なくとも一部(例えばDQS信号やWCK信号)は、Y方向に沿って直線的に延びている。言い換えれば、配線層WL7は、領域SCrと領域MPrとの間の中間領域WArを有する。差動信号配線SDWは、中間領域WArを経由して、領域SCrおよび領域MPrの一方から他方に向かって延びている。差動信号配線SDWの周囲には、グランドプレーンVSPが配置されている。スルーホール配線THWは、複数の配線層を貫通するように形成されるので、図7に示す配線層WL7に配置される複数のスルーホール配線THWと、図6に示す配線層WL4に配置される複数のスルーホール配線THWはそれぞれ同じ位置(厚さ方向に重なる位置)に配置されている。このため、図6に示す配線層WL4では、スルーホール配線THWのレイアウトを考慮する必要があるので、図5に示す配線層WL1~配線層WL3のそれぞれと比較すると、配線レイアウトの自由度が低い。
ここで、図6および図7に示すように、複数の差動対スルーホール配線TDは、Y方向に沿って配列される一対のスルーホール配線T1およびT2から成る差動対スルーホール配線TD1と、Y方向に沿って配列される一対のスルーホール配線T3およびT4から成る差動対スルーホール配線TD2と、を含む。差動対スルーホール配線TD1および差動対スルーホール配線TD2は、Y方向に沿って配置されている。
図6および図7に示す複数の差動対スルーホール配線TDのレイアウトは、図4を用いて説明した複数の差動対端子BDのレイアウトと同様である。本実施の形態の場合、図4に示すように半導体装置SC1の主面SCtにおいて、差動対端子BD1および差動対端子BD2がY方向に沿って配置されているので、図6に示すように、差動対スルーホール配線TD1および差動対スルーホール配線TD2がY方向に沿って並ぶように配置することが容易である。図4に示す半導体装置SC1の複数の端子BSCのレイアウトが図6に示す配線層WL4における複数のスルーホール配線THWのレイアウトと同様のルールに基づいて配列されることにより、配線層WL1~WL3(図5参照)での配線の引き回しを生じることなく、図6に示すスルーホール配線THWのレイアウトを実現できる。
差動対スルーホール配線TD1およびTD2がY方向に沿って配列されていることにより、X方向における差動対スルーホール配線TDの専有面積を低減させることができる。例えば、複数の差動対スルーホール配線TDは、Y方向に沿って配列される一対のスルーホール配線T5およびT6から成り、X方向において差動対スルーホール配線TD1の隣に配置される差動対スルーホール配線TD3を含む。差動対スルーホール配線TD1と差動対スルーホール配線TD3との間には、電源プレーンVDPの一部が配置されている。言い換えれば、本実施の形態の場合、差動対スルーホール配線TD1およびTD2がY方向に沿って配列されていることにより得られるスペースを活用し、電源電位VD1(図3参照)の供給経路を配置している。
図3を用いて説明したように、電源電位VD1は、半導体装置SC1および半導体装置MP1のそれぞれに供給される。このため、電源電位VD1の供給経路を強化するために設けられる電源プレーンVDPは、図6および図7のそれぞれに示すように、領域SCrおよび領域MPrを接続するように延びていることが好ましい。図6に示すように、配線層WL4には、シングルエンドの信号を伝送する複数の信号伝送経路TPSSが配置される。複数の信号伝送経路TPSSの一部は、電源プレーンVDPの周囲を囲むように配置される。本実施の形態の場合、複数の差動対スルーホール配線TDのうち、X方向において互いに隣り合う差動対スルーホール配線TDの間に電源プレーンVDPが配置されているので、平面視において、電源プレーンVDPはY方向において途中で分断されない。このレイアウトにより、配線層WL4において、電源プレーンVDPを領域SCrと領域MPrとを接続するように配置することが実現される。
また、図6に示す例の場合、電源プレーンVDPに囲まれた領域内に複数の信号配線SSWが配置されている。電源プレーンVDPに囲まれた領域内に配置される複数の信号配線SSWのそれぞれは、領域SCrおよび領域MPrのうち、一方から他方に向かってY方向に沿って延びている。
また、図4に示すように、差動対端子BD1と差動対端子BD2との間には、複数の基準電位端子BS1の一部が配置されている。図4では、1個の基準電位端子BS1が配置される例を示している。同様に、図6に示すように、差動対スルーホール配線TD1と差動対スルーホール配線TD2との間には、複数の基準電位スルーホール配線TS1の一部(図6では、1個)が配置されている。このように、Y方向において隣り合う差動対端子BD(または差動対スルーホール配線TD)の間に基準電位が供給される基準電位端子BS1(または基準電位スルーホール配線TS1)を配置することにより、隣り合う差動対間での、信号の干渉を抑制することができる。また、基準電位端子BS1および基準電位スルーホール配線TS1のそれぞれは、差動信号伝送経路TPDSのリファレンスとして利用することができる。
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。
(変形例1)
例えば、図4では、Y方向において隣り合う差動対端子BD(または差動対スルーホール配線TD)の間に基準電位が供給される基準電位端子BS1(または基準電位スルーホール配線TS1)を配置する例について説明したが、Y方向において隣り合う差動対端子BD(または差動対スルーホール配線TD)の間には、基準電位が供給される基準電位端子BS1(または基準電位スルーホール配線TS1)ではなく、シングルエンド信号用の伝送経路となる端子BSC(またはスルーホール配線THW)を配置してもよい。ただし、シングルエンド信号用の伝送経路となる端子(またはスルーホール配線THW)を配置した場合は、この端子を、差動信号伝送経路TPDSのリファレンスとして利用することができない。
(変形例2)
また例えば、図4では、Y方向において2対の差動対端子BD1およびBD2が配列されている例について説明した。しかし、Y方向に配列される差動対端子BDの数は2個には限定されず、例えば必要な差動対端子BDの数がさらに多い半導体装置の場合、Y方向において、3対以上の差動対が配列されてもよい。ただし、図4に示すように、配線基板MB1の主面SCtの領域SCr1には複数の電源端子BV1が配置される。そのため、使用する配線基板MB1(すなわち、半導体装置SC1)のサイズにもよるが、Y方向において配列する差動対端子の数は、3対以下とするのが好ましい。
100 電子装置(電子機器)
B1,B2,B3,B4,B5,B6,BSC 端子
BD,BD1,BD2,BD3 差動対端子
BS1 基準電位端子
BV1 電源端子
C01 ロジック回路
C02,C04 入出力回路
C03 メモリ回路
MB1 配線基板(マザーボード、実装基板)
MBb,MBt,SCt 主面(面)
MBL1 基材層
MBL2 ビルドアップ層
MPr,SCr,SCr1,SCr2 領域
MP1,SC1 半導体装置
SCs1,SCs2,SCs3,SCs4 辺
SDW 差動信号配線
SSW 信号配線
T1,T2,T3,T4,T5,T6,THW スルーホール配線
TD,TD1,TD2,TD3 差動対スルーホール配線
TPDS 差動信号伝送経路
TPSS 信号伝送経路
TS1 基準電位スルーホール配線
TV1 電源スルーホール配線
VD1 電源電位
VDHP,VDP 電源プレーン(導体パターン,電源パターン)
VDP1,VSP1 供給経路
VS1 基準電位
VSP グランドプレーン(導体パターン,グランドパターン)
VSP1 (図)の供給経路
WAr 中間領域
WL1,WL2,WL3,WL4,WL5,WL6,WL7,WL8,WL9,WL10 配線層

Claims (14)

  1. ロジック回路を備える第1半導体装置と、
    前記第1半導体装置と電気的に接続され、メモリ回路を備える第2半導体装置と、
    前記第1半導体装置および前記第2半導体装置が搭載された配線基板と、
    を有し、
    前記第1半導体装置は、
    前記配線基板と対向するように配置された第1面と、
    前記第1面に配置された複数の端子と、
    を有し、
    前記複数の端子は、
    前記第2半導体装置に電気的に接続され、差動信号が伝送される複数の差動対端子と、
    基準電位が供給される複数の基準電位端子と、
    第1電源電位が供給される複数の第1電源端子と、
    を含み、
    前記第1面は、
    第1方向に延びる第1辺と、
    前記複数の第1電源端子が配列される第1領域と、
    前記第1辺および前記第1領域との間に配置される第2領域と、
    を備え、
    前記複数の差動対端子は、前記第2領域において、前記第1辺に沿って配列され、
    前記複数の差動対端子は、
    前記第1方向と直交する第2方向に沿って配列される一対の端子から成る第1差動対端子と、
    前記第2方向に沿って配列される一対の端子から成る第2差動対端子と、
    を含み、
    前記複数の差動対端子のうち、前記第1差動対端子と前記第2差動対端子とは、前記第2方向において互いに隣り合って配置されている、電子装置。
  2. 請求項1において、
    前記複数の差動対端子は、前記第2方向に沿って配列される一対の端子から成り、前記第1方向において前記第1差動対端子の隣に配置される第3差動対端子を含み、
    前記第1差動対端子と前記第3差動対端子との間には、前記複数の差動対端子以外の端子が配置されている、電子装置。
  3. 請求項1において、
    前記複数の差動対端子のうち、前記第1方向において互いに隣り合う前記複数の差動対端子の間には、前記複数の差動対端子以外の端子が配置されている、電子装置。
  4. 請求項1において、
    前記第1差動対端子と前記第2差動対端子との間には、前記複数の基準電位端子の一部が配置されている、電子装置。
  5. 請求項1において、
    前記配線基板は、複数の配線層を有し、
    前記複数の配線層のうちの第1配線層は、
    前記前記第1電源電位が供給される導体パターンである第1電源パターンと、
    前記配線基板の厚さ方向において前記複数の配線層を貫通する複数のスルーホール配線と、
    前記差動信号とは異なる信号が伝送される複数の信号配線と、
    を有し、
    前記複数のスルーホール配線は、
    前記複数の差動対端子のそれぞれと電気的に接続される差動対スルーホール配線と、
    前記第1電源パターンに接続され、前記第1電源電位が供給される複数の第1電源スルーホール配線と、
    基準電位が供給される複数の基準電位スルーホール配線と、
    を含み、
    前記複数の差動対スルーホール配線は、
    前記第2方向に沿って配列される一対のスルーホール配線から成る第1差動対スルーホール配線と、
    前記第2方向に沿って配列される一対のスルーホール配線から成る第2差動対スルーホール配線と、
    を含み、
    前記第1差動対スルーホール配線と前記第2差動対スルーホール配線とは、前記第2方向に沿って配置されている、電子装置。
  6. 請求項5において、
    前記複数の差動対スルーホール配線は、前記第2方向に沿って配列される一対のスルーホール配線から成り、前記第1方向において前記第1差動対スルーホール配線の隣に配置される第3差動対スルーホール配線を含み、
    前記第1差動対スルーホール配線と前記第3差動対スルーホール配線との間には、前記第1電源パターンの一部が配置されている、電子装置。
  7. 請求項6において、
    前記第1電源電位は、前記第1半導体装置および前記第2半導体装置の両方に供給され、
    前記第1配線層は、平面視において前記第1半導体装置と重なる第3領域と、前記第2半導体装置と重なる第4領域と、を有し、
    前記第1電源パターンは前記第3領域および前記第4領域を接続するように延びている、電子装置。
  8. 請求項7において、
    前記第1電源パターンは、前記第2方向に沿って延びている、電子装置。
  9. 請求項5において、
    前記第1差動対スルーホール配線と前記第2差動対スルーホール配線との間には、前記複数の基準電位スルーホール配線の一部が配置されている、電子装置。
  10. 請求項5において、
    前記配線基板は、
    前記第1配線層とは異なる第2配線層を有し、
    前記第2配線層は、
    平面視において前記第1半導体装置と重なる第3領域と、
    前記第2半導体装置と重なる第4領域と、
    前記差動対スルーホール配線を介して、前記複数の差動対端子のそれぞれと電気的に接続される差動信号配線と、
    を有し、
    複数の前記差動信号配線のそれぞれは、前記第2方向に沿って前記第3領域と前記第4領域とを接続するように延びている、電子装置。
  11. 第1面と、
    前記第1面に配置される複数の端子と、
    を有し、
    前記複数の端子は、
    差動信号が伝送される複数の差動対端子と、
    基準電位が供給される複数の基準電位端子と、
    第1電源電位が供給される複数の第1電源端子と、
    を含み、
    前記第1面は、
    第1方向に延びる第1辺と、
    前記複数の第1電源端子が配列される第1領域と、
    前記第1辺および前記第1領域との間に配置される第2領域と、
    を備え、
    前記複数の差動対端子は、前記第2領域において、前記第1辺に沿って配列され、
    前記複数の差動対端子は、
    前記第1方向と直交する第2方向に沿って配列される一対の端子から成る第1差動対端子と、
    前記第2方向に沿って配列される一対の端子から成る第2差動対端子と、
    を含み、
    前記複数の差動対端子のうち、前記第1差動対端子と前記第2差動対端子とは、前記第2方向において互いに隣り合って配置されている、半導体装置。
  12. 請求項11において、
    前記複数の差動対端子は、前記第2方向に沿って配列される一対の端子から成り、前記第1方向において前記第1差動対端子の隣に配置される第3差動対端子を含み、
    前記第1差動対端子と前記第3差動対端子との間には、前記複数の差動対端子以外の端子が配置されている、半導体装置。
  13. 請求項11において、
    前記複数の差動対端子のうち、前記第1方向において互いに隣り合う前記複数の差動対端子の間には、前記複数の差動対端子以外の端子が配置されている、半導体装置。
  14. 請求項11において、
    前記第1差動対端子と前記第2差動対端子との間には、前記複数の基準電位端子の一部が配置されている、半導体装置。
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