JP2022146063A - 電子モジュール及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】電源ノイズの伝搬を抑制する。【解決手段】処理モジュール100のプリント配線板300は、コンデンサ151の電極12とコンデンサ152の電極14とを電気的に接続するグラウンドライン320Gを有する。グラウンドライン320Gは、グラウンドヴィア351Gと、グラウンドヴィア352Gと、絶縁基板の内部に配置されたグラウンドパターン350Gと、を含む。コンデンサ151の電極12は、グラウンドヴィア351Gを介してグラウンドパターン350Gに電気的に接続され、コンデンサ152の電極14は、グラウンドヴィア352Gを介してグラウンドパターン350Gに電気的に接続されている。【選択図】図3
Description
本発明は、電子モジュール、及び電子モジュールを備える電子機器に関する。
電子機器に搭載される電子モジュールは、プリント配線板と、プリント配線板に実装された半導体装置と、を有する。半導体装置の一例として半導体パッケージがある。半導体パッケージは、半導体素子と、半導体素子が実装されたパッケージ基板と、を有する。半導体素子が動作すると、パッケージ基板及びプリント配線板の給電経路に、半導体素子の動作による電流が流れる。給電経路が持っているインピーダンスを電源インピーダンスという。給電経路を流れる電流と電源インピーダンスとの積により電位変動が生じる。この電位変動を電源電位変動又は電源ノイズという。
特許文献1には、電源ノイズを低減する技術として、プリント配線板における半導体装置の搭載部に対する裏面に、複数のバイパスコンデンサを設ける技術が記載されている。
しかし、半導体装置には、複数の回路を備えているものがある。この種の半導体装置において、各回路が動作すると各回路の動作に起因する電源ノイズが発生する。複数のバイパスコンデンサでグラウンドを共通にすると、複数の回路のうち1つの回路の動作によって生じた電源ノイズがグラウンドを介して複数の回路のうちの他の回路に伝搬することがあった。
本発明は、電源ノイズの伝搬を抑制することを目的とする。
本発明の電子モジュールは、絶縁基板を有するプリント配線板と、前記絶縁基板の第1主面の上に配置された第1半導体装置と、前記絶縁基板の前記第1主面とは反対の第2主面の上に配置され、前記第1主面と垂直な方向に視て、前記第1半導体装置と重なる位置に配置された第1コンデンサ及び第2コンデンサと、を備え、前記第1半導体装置は、第1電源端子及び第2電源端子を含む複数の端子と、前記第1電源端子に電気的に接続された第1回路と、前記第2電源端子に電気的に接続された第2回路と、を有し、前記第1コンデンサは、第1電極及び第2電極を有し、前記第2コンデンサは、第3電極及び第4電極を有し、前記プリント配線板は、前記第1半導体装置の前記第1電源端子と前記第1コンデンサの前記第1電極とを電気的に接続する第1電源ラインと、前記第1半導体装置の前記第2電源端子と前記第2コンデンサの前記第3電極とを電気的に接続する第2電源ラインと、前記第1コンデンサの前記第2電極と前記第2コンデンサの前記第4電極とを電気的に接続するグラウンドラインと、を有し、前記グラウンドラインは、第1グラウンドヴィアと、第2グラウンドヴィアと、前記絶縁基板の内部に配置されたグラウンドパターンと、を含み、前記第1コンデンサの前記第2電極は、前記第1グラウンドヴィアを介して前記グラウンドパターンに電気的に接続され、前記第2コンデンサの前記第4電極は、前記第2グラウンドヴィアを介して前記グラウンドパターンに電気的に接続されている、ことを特徴とする。
本発明によれば、電源ノイズの伝搬を抑制することができる。
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、実施形態に係る電子機器の一例としての撮像装置であるデジタルカメラ600の説明図である。撮像装置であるデジタルカメラ600は、レンズ交換式のデジタルカメラであり、カメラ本体601を備える。カメラ本体601には、レンズを含むレンズユニット(レンズ鏡筒)602が着脱可能となっている。カメラ本体601は、筐体611と、筐体611の内部に配置された、処理モジュール100及びセンサモジュール900と、を備えている。処理モジュール100は、電子モジュールの一例であり、プリント回路板で構成されている。処理モジュール100とセンサモジュール900とはケーブル400で電気的に接続されている。筐体611の内部には、不図示のバッテリが設けられている。
センサモジュール900は、撮像素子であるイメージセンサ901と、プリント配線板902と、を有する。イメージセンサ901は、プリント配線板902に実装されている。イメージセンサ901は、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ又はCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサである。イメージセンサ901は、レンズユニット602を介して入射した光を電気信号に変換する機能を有する。
処理モジュール100は、半導体装置200と、電源装置140と、プリント配線板300と、を有する。半導体装置200は、第1半導体装置の一例である。電源装置140は、第2半導体装置の一例である。
半導体装置200及び電源装置140は、プリント配線板300に実装されている。プリント配線板300は、リジッド配線板である。半導体装置200は、例えばデジタルシグナルプロセッサであり、イメージセンサ901から電気信号を取得し、取得した電気信号を補正する処理を行い、画像データを生成する機能を有する。電源装置140は、不図示のバッテリから半導体装置200を含むデジタルカメラ600の各部へ電力を供給する装置である。電源装置140は、電源素子を有するICである。電源装置140は、プリント配線板300を介して半導体装置200に直流電圧を印加して、動作に必要な電力、即ち電源電流を供給する。プリント配線板300には、電源装置140から半導体装置200へ電力、即ち電源電流を供給する、電源ライン及びグラウンドラインを含む給電経路が形成されている。
図2は、実施形態に係る処理モジュール100の一部分を示す斜視図である。半導体装置200は、半導体パッケージであり、本実施形態では、BGA(Ball Grid Array)の半導体パッケージである。半導体装置200は、パッケージ基板201と、パッケージ基板201に実装された半導体素子202と、を有する。
半導体素子202は、半導体チップであり、封止樹脂で封止されたダイ2020を有する。ダイ2020は、受信したデジタル信号を演算処理する複数のコア回路と、複数のコア回路から出力されたデジタル信号を外部機器や他の半導体装置に送信する複数の送信回路(バッファ)と、を有する。本実施形態では、複数の送信回路が、第1回路の一例である回路2021と、第2回路の一例である回路2022と、を含む。回路2021は、例えばLVCMOSの送信回路である。回路2022は、例えばUSBの送信回路である。回路2021が動作する際に回路2021に供給される電源電流は、回路2022が動作する際に回路2022に供給される電源電流よりも大きい。なお、各回路2021,2022は、複数の送信回路のうちのいずれか1つであるが、複数のコア回路のうちのいずれか1つであってもよい。
パッケージ基板201は、インタポーザの一例である。半導体素子202は、複数のはんだバンプ203によってパッケージ基板201に電気的及び機械的に接続されている。半導体装置200は、パッケージ基板201の一対の主面のうち、半導体素子202が実装された主面とは反対側の主面に配置された複数の端子204を有する。パッケージ基板201は、複数の端子204によってプリント配線板300に電気的及び機械的に接続されている。各端子204は、例えばはんだボールで構成されている。複数の端子204は格子状に配列されている。
処理モジュール100は、プリント配線板300に実装された複数のコンデンサ、例えば2つのコンデンサ151,152を有する。コンデンサ151は、第1コンデンサの一例であり、コンデンサ152は、第2コンデンサの一例である。これらコンデンサ151,152は、半導体装置200の動作によって発生する電源電位変動、即ち電源ノイズを抑制するために給電経路に設けられたバイパスコンデンサである。各コンデンサ151,152は、給電経路に含まれる電源ラインとグラウンドラインとの間に設けられている。即ち、各コンデンサ151,152の一対の電極のうち一方の電極は、電源ラインに電気的に接続されており、他方の電極は、グラウンドラインに電気的に接続されている。
プリント配線板300は、絶縁基板310を有する。絶縁基板310は、平板状であり、一対の主面311,312を有する。主面312は、主面311とは反対の主面である。主面311は、第1主面の一例であり、主面312は、第2主面の一例である。本実施形態では、半導体装置200は、プリント配線板300の絶縁基板310の主面311の上に配置されており、各コンデンサ151,152は、プリント配線板300の絶縁基板310の主面312の上に配置されている。各コンデンサ151,152は、Z方向に見て、半導体装置200と重なる位置に配置されている。Z方向は、主面311,312に垂直な方向である。
図3は、実施形態に係る処理モジュール100におけるコンデンサ151,152の実装部分の配線構造を説明するための模式図である。なお、図3において、絶縁基板310の図示は省略している。プリント配線板300は、複数の導体層301,302,303と、不図示のソルダーレジスト層と、を有する。各導体層301~303は、導体パターンが配置される層である。導体層301は、主面311上に配置された外層、即ち表層であり、導体層302は、主面312上に配置された外層、即ち表層である。導体層303は、絶縁基板310の内部、即ち導体層301と導体層302との間に配置された内層である。各導体層301,302の導体パターンにおける、はんだの接合に用いられるパッド以外の部分が、ソルダーレジスト層で覆われている。パッドは、SMD(Solder Mask Defined)又はNSMD(Non-solder Mask Defined)のパッドである。
複数の端子204は、電源端子211E、グラウンド端子211G、電源端子212E、及びグラウンド端子212Gを含む。電源端子211Eは、第1電源端子の一例である。グラウンド端子211Gは、第1グラウンド端子の一例である。電源端子212Eは、第2電源端子の一例である。グラウンド端子212Gは、第2グラウンド端子の一例である。電源端子211Eは、回路2021の電源側に電気的に接続され、グラウンド端子211Gは、回路2021のグラウンド側に電気的に接続されている。電源端子212Eは、回路2022の電源側に電気的に接続され、グラウンド端子212Gは、回路2022のグラウンド側に電気的に接続されている。
プリント配線板300は、電源端子211Eと電気的に接続される電源ライン321Eと、電源端子212Eと電気的に接続される電源ライン322Eと、を有する。電源ライン321Eは、第1電源ラインの一例である。電源ライン322Eは、第2電源ラインの一例である。また、プリント配線板300は、グラウンド端子211G及びグラウンド端子212Gと電気的に接続されるグラウンドライン320Gを有する。即ち、グラウンド端子211G,212Gは、共通のグラウンドライン320Gで電気的に接続されている。
コンデンサ151は、一対の電極11,12を有する。コンデンサ152は、一対の電極13,14を有する。電極11は第1電極の一例であり、電極12は第2電極の一例である。電極13は第3電極の一例であり、電極14は第4電極の一例である。
半導体装置200の電源端子211Eとコンデンサ151の電極11とは、電源ライン321Eで電気的に接続されている。半導体装置200の電源端子212Eとコンデンサ152の電極13とは、電源ライン322Eで電気的に接続されている。半導体装置200のグラウンド端子211G,212Gと、コンデンサ151の電極12と、コンデンサ152の電極14とは、グラウンドライン320Gで電気的に接続されている。電源ライン321E,322E及びグラウンドライン320Gは、電源装置140によって半導体装置200に給電するための給電経路である。よって、半導体素子202の各回路2021,2022は、各電源ライン321E,322Eを介して電源装置140によって電力、即ち電源電流が供給される。
電源ライン321E、電源ライン322E及びグラウンドライン320Gの各々は、絶縁基板310に設けられた導体、例えば銅で構成されている。
電源ライン321Eは、導体層301に形成された電源パターン331Eと、導体層302に形成された電源パターン341Eと、電源パターン331E及び電源パターン341Eに接触して形成された電源ヴィア351Eと、を含む。
電源ヴィア351Eは、電源パターン331Eと電源パターン341Eとをつなぐヴィア導体である。電源パターン331Eは、パッド3311Eを有し、パッド3311Eには、電源端子211Eが接合されている。電源パターン341Eは、パッド3411Eを有し、パッド3411Eには、コンデンサ151の電極11が接合されている。
電源ライン322Eは、導体層301に形成された電源パターン332Eと、導体層302に形成された電源パターン342Eと、電源パターン332E及び電源パターン342Eに接触して形成された電源ヴィア352Eと、を含む。
電源ヴィア352Eは、電源パターン332Eと電源パターン342Eとをつなぐヴィア導体である。電源パターン332Eは、パッド3321Eを有し、パッド3321Eには、電源端子212Eが接合されている。電源パターン342Eは、パッド3421Eを有し、パッド3421Eには、コンデンサ152の電極13が接合されている。
グラウンドライン320Gは、導体層301に形成されたグラウンドパターン331Gと、導体層301に形成されたグラウンドパターン332Gと、を含む。また、グラウンドライン320Gは、導体層302に形成されたグラウンドパターン341Gと、導体層302に形成されたグラウンドパターン342Gと、を含む。また、グラウンドライン320Gは、グラウンドパターン331G及びグラウンドパターン341Gに接触して形成されたグラウンドヴィア351Gを含む。また、グラウンドライン320Gは、グラウンドパターン332G及びグラウンドパターン342Gに接触して形成されたグラウンドヴィア352Gを含む。グラウンドヴィア351Gは、第1グラウンドヴィアの一例であり、グラウンドヴィア352Gは、第2グラウンドヴィアの一例である。
グラウンドヴィア351Gは、グラウンドパターン331Gとグラウンドパターン341Gとをつなぐヴィア導体である。グラウンドパターン331Gは、パッド3311Gを有し、パッド3311Gには、グラウンド端子211Gが接合されている。グラウンドパターン341Gは、パッド3411Gを有し、パッド3411Gには、コンデンサ151の電極12が接合されている。
グラウンドヴィア352Gは、グラウンドパターン332Gとグラウンドパターン342Gとをつなぐヴィア導体である。グラウンドパターン332Gは、パッド3321Gを有し、パッド3321Gには、グラウンド端子212Gが接合されている。グラウンドパターン342Gは、パッド3421Gを有し、パッド3421Gには、コンデンサ152の電極14が接合されている。
電源ヴィア351Eは、コンデンサ151に近接して配置されている。本実施形態では、電源ヴィア351Eは、コンデンサ151,152及び電源装置140のうち、コンデンサ151に相対的に近接して配置されている。
電源ヴィア352Eは、コンデンサ152に近接して配置されている。本実施形態では、電源ヴィア352Eは、コンデンサ151,152及び電源装置140のうち、コンデンサ152に相対的に近接して配置されている。
グラウンドヴィア351Gは、コンデンサ151に近接して配置されている。本実施形態では、グラウンドヴィア351Gは、コンデンサ151,152及び電源装置140のうち、コンデンサ151に相対的に近接して配置されている。
グラウンドヴィア352Gは、コンデンサ152に近接して配置されている。本実施形態では、グラウンドヴィア352Gは、コンデンサ151,152及び電源装置140のうち、コンデンサ152に相対的に近接して配置されている。
電源装置140は、電源回路1401と、不図示の電源端子と、グラウンド端子1402とを有する。不図示の電源端子とグラウンド端子1402は、電源回路1401に電気的に接続されている。電源装置140の不図示の電源端子は、電源ライン321Eに電気的に接続されている。電源装置140のグラウンド端子1402は、グラウンドライン320Gに電気的に接続されている。電源回路1401は、第3回路の一例である。電源回路1401は、各回路2021,2022へ電力を供給するための回路である。
グラウンドライン320Gは、導体層302に形成されたグラウンドパターン363Gと、電源装置140に近接して配置されたグラウンドヴィア353Gと、を有する。グラウンドヴィア353Gは、第3グラウンドヴィアの一例である。本実施形態では、グラウンドヴィア353Gは、コンデンサ151,152及び電源装置140のうち、電源装置140に相対的に近接して配置されている。グラウンドパターン363Gのパッドには、電源装置140のグラウンド端子1402が接合されている。グラウンドパターン363Gは、グラウンドヴィア353Gに接触することでグラウンドヴィア353Gにつながれている。
電源ライン321Eと電源ライン322Eとは、ローパスフィルタ部品、本実施形態ではフェライトビーズ160で電気的に接続されている。フェライトビーズ160は、電気部品の一例である。
以上、電源装置140の電源端子は、電源ライン321E,322E及びフェライトビーズ160を介して、半導体装置200の電源端子211E及び212Eと、コンデンサ151の電極11と、コンデンサ152の電極13とに電気的に接続されている。また、電源装置140のグラウンド端子1402は、グラウンドライン320Gを介して、半導体装置200のグラウンド端子211G及び212Gと、コンデンサ151の電極12と、コンデンサ152の電極14とに電気的に接続されている。
ここで、比較例の処理モジュールについて説明する。図4は、比較例の処理モジュール100Yの一部分を示す斜視図である。処理モジュール100Yは、プリント配線板300Yと、プリント配線板300Yに実装された半導体装置200Yとを備える。半導体装置200Yは、半導体パッケージであり、パッケージ基板201Yと、パッケージ基板201Yに実装された半導体素子202Yとを有する。半導体素子202Yは、半導体チップであり、封止樹脂で封止されたダイ2020Yを有する。ダイ2020Yは、回路2021Yと回路2022Yとを有する。回路2021Yが動作する際に回路2021Yに供給される電源電流は、回路2022Yが動作する際に回路2022Yに供給される電源電流よりも大きい。
半導体素子202Yは、複数のはんだバンプ203Yによってパッケージ基板201Yに電気的及び機械的に接続されている。半導体装置200Yのパッケージ基板201Yは、複数の端子204Yによってプリント配線板300Yに電気的及び機械的に接続されている。各端子204Yは、例えばはんだボールで構成されている。複数の端子204Yは格子状に配列されている。
処理モジュール100Yは、プリント配線板300Yに実装された2つのコンデンサ151Y,152Yを備える。各コンデンサ151Y,152Yは、バイパスコンデンサである。
プリント配線板300Yは、絶縁基板310Yを有する。絶縁基板310Yは、一対の主面311Y,312Yを有する。半導体装置200Yは、絶縁基板310Yの主面311Yの上に配置されており、各コンデンサ151Y,152Yは、絶縁基板310Yの主面312Yの上に配置されている。各コンデンサ151Y,152Yは、Z方向に見て、半導体装置200Yと重なる位置に配置されている。
図5は、比較例の処理モジュール100Yにおけるコンデンサ151Y,152Yの実装部分の配線構造を説明するための模式図である。処理モジュール100Yは、プリント配線板300Yに実装された電源装置140Yを備える。プリント配線板300Yは、複数の導体層301Y,302Yと、不図示のソルダーレジスト層と、を有する。導体層301Yは、主面311Y上に配置された外層、即ち表層であり、導体層302Yは、主面312Y上に配置された外層、即ち表層である。半導体装置200Yの複数の端子204Yは、電源端子211EY、グラウンド端子211GY、電源端子212EY、及びグラウンド端子212GYを含む。電源端子211EYは、回路2021Yの電源側に電気的に接続され、グラウンド端子211GYは、回路2021Yのグラウンド側に電気的に接続されている。電源端子212EYは、回路2022Yの電源側に電気的に接続され、グラウンド端子212GYは、回路2022Yのグラウンド側に電気的に接続されている。
プリント配線板300Yは、電源端子211EYと電気的に接続される電源ライン321EYと、電源端子212EYと電気的に接続される電源ライン322EYと、を有する。また、プリント配線板300Yは、グラウンド端子211GY及びグラウンド端子212GYと電気的に接続されるグラウンドライン320GYを有する。即ち、グラウンド端子211GY,212GYは、共通のグラウンドライン320GYで電気的に接続されている。
コンデンサ151Yは、一対の電極11Y,12Yを有する。コンデンサ152Yは、一対の電極13Y,14Yを有する。半導体装置200Yの電源端子211EYとコンデンサ151Yの電極11Yとは、電源ライン321EYで電気的に接続されている。半導体装置200Yの電源端子212EYとコンデンサ152Yの電極13Yとは、電源ライン322EYで電気的に接続されている。半導体装置200Yのグラウンド端子211GY,212GYと、コンデンサ151Yの電極12Yと、コンデンサ152Yの電極14Yとは、グラウンドライン320GYで電気的に接続されている。電源装置140Yは、半導体素子202Yの各回路2021Y,2022Yに電源ライン321EY,322EYを介して電力、即ち電源電流を供給する。
電源ライン321EYは、導体層301Yに形成された電源パターン331EYと、導体層302Yに形成された電源パターン341EYと、電源パターン331EY及び電源パターン341EYに接触して形成された電源ヴィア351EYと、を含む。
電源ヴィア351EYは、電源パターン331EYと電源パターン341EYとをつなぐヴィア導体である。電源パターン331EYのパッドには、電源端子211EYが接合されている。電源パターン341EYのパッドには、コンデンサ151Yの電極11Yが接合されている。
電源ライン322EYは、導体層301Yに形成された電源パターン332EYと、導体層302Yに形成された電源パターン342EYと、電源パターン332EY及び電源パターン342EYに接触して形成された電源ヴィア352EYと、を含む。
電源ヴィア352EYは、電源パターン332EYと電源パターン342EYとをつなぐヴィア導体である。電源パターン332EYのパッドには、電源端子212EYが接合されている。電源パターン342EYのパッドには、コンデンサ152Yの電極13Yが接合されている。
グラウンドライン320GYは、導体層301Yに形成されたグラウンドパターン331GYと、導体層301Yに形成されたグラウンドパターン332GYと、を含む。また、グラウンドライン320GYは、導体層302Yに形成されたグラウンドパターン341GYと、導体層302Yに形成されたグラウンドパターン342GYと、を含む。また、グラウンドライン320GYは、グラウンドパターン331GY及びグラウンドパターン341GYに接触して形成されたグラウンドヴィア351GYを含む。また、グラウンドライン320GYは、グラウンドパターン332GY及びグラウンドパターン342GYに接触して形成されたグラウンドヴィア352GYを含む。
グラウンドヴィア351GYは、グラウンドパターン331GYとグラウンドパターン341GYとをつなぐヴィア導体である。グラウンドパターン331GYのパッドには、グラウンド端子211GYが接合されている。グラウンドパターン341GYのパッドには、コンデンサ151Yの電極12Yが接合されている。
グラウンドヴィア352GYは、グラウンドパターン332GYとグラウンドパターン342GYとをつなぐヴィア導体である。グラウンドパターン332GYのパッドには、グラウンド端子212GYが接合されている。グラウンドパターン342GYのパッドには、コンデンサ152Yの電極14Yが接合されている。
電源装置140Yは、電源回路1401Yと、不図示の電源端子と、グラウンド端子1402Yとを有する。不図示の電源端子とグラウンド端子1402Yは、電源回路1401Yに電気的に接続されている。電源装置140Yの不図示の電源端子は、電源ライン321EYに電気的に接続されている。電源装置140Yのグラウンド端子1402Yは、グラウンドライン320GYに電気的に接続されている。
グラウンドライン320GYは、導体層302Yに形成されたグラウンドパターン363GYと、グラウンドヴィア353GYと、を有する。グラウンドパターン363GYのパッドには、電源装置140Yのグラウンド端子1402Yが接合されている。グラウンドパターン363GYは、グラウンドヴィア353GYに接触することでグラウンドヴィア353GYにつながれている。
電源ライン321EYと電源ライン322EYとは、フェライトビーズ160Yで電気的に接続されている。
比較例では、グラウンドライン320GYは、導体層302Yに形成された、グラウンドヴィア351GYとグラウンドヴィア352GYとをつなぐグラウンドパターン340GYを有する。グラウンドパターン340GYは、導体層302Yにおいて、グラウンドパターン341GYとグラウンドパターン342GYとをつなぐ導体パターンでもある。グラウンドパターン340GYの幅は、各グラウンドヴィア351GY,352GYの直径よりも広い。また、グラウンドパターン340GYの幅は、各グラウンドヴィア351GY,352GYのヴィアランドの直径以上である。このように比較例では、コンデンサ151Yの電極12Yとコンデンサ152Yの電極14Yとの間の導通経路のうちの最短経路が、グラウンドパターン341GY、幅広のグラウンドパターン340GY及びグラウンドパターン342GYで形成されている。
回路2021Yには、電源ライン321EYを介して電源装置140Yから電力、即ち電源電流が供給される。回路2021Yが動作することにより、その動作に応じた電源電位変動、即ち電源ノイズが、回路2021Yにおいて発生する。電源ヴィア351EYとグラウンドヴィア351GYとの間に配置されたコンデンサ151Yによって回路2021Yへ電荷が供給されることにより、回路2021Yにおける電源電位変動が抑制される。このとき、コンデンサ151Yから回路2021Yに至るまでの配線のインダクタンスに応じた電源電位変動が、コンデンサ151Yにおける電極11Yと電極12Yとの間で発生する。
コンデンサ151Yにおける電極11Yと電極12Yとの間で発生する電源電位変動が、グラウンドライン320GYにおける電位変動となる。本発明者らは、この電位変動が、グラウンドパターン340GYを介してコンデンサ152Yへ伝搬し、コンデンサ152Yにおける電極13Yと電極14Yとの間で電源電位変動が発生することを究明した。コンデンサ152Yに伝搬した電源電位変動は、回路2022Yへ伝搬することにより、回路2022Yの動作が不安定となる虞がある。
なお、回路2022Yが動作した場合についても同様であるが、回路2022Yの動作により回路2022Yに供給される電源電流の電流値は、回路2021Yの動作により回路2021Yに供給される電源電流の電流値よりも小さい。したがって、回路2022Yの動作によって発生する電源電位変動は、回路2021Yの動作によって発生する電源電位変動よりも小さい。
回路2022Yは、動作電流の電流値が比較的小さいため、電源電位変動の許容値が小さい。このような回路2022Yに対しては、プリント配線板300Yにおいてフェライトビーズ160Yによって他の電源ライン321EYからの電源ノイズが流入しないようにするのが好適である。よって、比較例においては、電源ライン321EYから電源ライン322EYに流れ込む電源ノイズはフェライトビーズ160Yによって抑えられている。
しかし、先にも述べた通り、電荷供給源として機能するコンデンサ151Yは回路2021Yに電荷を供給することで、電極11Yと電極12Yとの間に電位変動が生じる。コンデンサ151Yの電極12Yは、グラウンドパターン340GYを介して電源装置140Yのグラウンド端子1402Yに電気的に接続されている。よって、グラウンドパターン340GYが持つインピーダンスに応じて、グラウンドパターン340GYにおいて電位変動が生じる。すると、グラウンドパターン340GYに接続されたコンデンサ152Yを介して回路2022Yの電源パッドとグラウンドパッドとの間で電位変動が生じる。
そこで本実施形態では、プリント配線板300における、コンデンサ151の電極12とコンデンサ152の電極14との間の配線構造のインピーダンスを制御することで、回路2021から回路2022へ電源ノイズが伝搬するのを抑制する。
図3に示すように、グラウンドライン320Gは、絶縁基板310(図2)の内部にある導体層303に配置されたグラウンドパターン350Gを有する。グラウンドパターン350Gは、ベタの導体パターンであり、導体層303のほぼ全体に亘って形成されている。グラウンドパターン350Gは、導体層303においてグラウンドヴィア351G,352G,353Gと接触しており、グラウンドヴィア351G,352G,353Gとつながっている。これにより、コンデンサ151の電極12は、グラウンドヴィア351Gを介してグラウンドパターン350Gと電気的に接続され、コンデンサ152の電極14は、グラウンドヴィア352Gを介してグラウンドパターン350Gと電気的に接続される。
本実施形態では、グラウンドライン320Gは、導体層302においてグラウンドヴィア351Gとグラウンドヴィア352Gとを直接つなぐ導体パターン、即ち図5に示す比較例のグラウンドパターン340GYを備えていない。換言すると、導体層302において、グラウンドパターン341Gは、グラウンドパターン342Gとは、グラウンドパターン340GYのような導体パターンで電気的に接続されていない。本実施形態では、グラウンドパターン340GYが存在しないので、グラウンドパターン350Gは、コンデンサ151の電極12とコンデンサ152の電極14との間の導通経路のうちの最短経路Pに含まれることになる。最短経路Pは、グラウンドヴィア351Gにおける導体層302と導体層303との間の部分、及びグラウンドヴィア352Gにおける導体層302と導体層303との間の部分を含むことになる。つまり、コンデンサ151の電極12は、コンデンサ152の電極14と、導体層303のグラウンドパターン350Gを介して電気的に接続されている。これにより、最短経路Pは、グラウンドパターン350Gを経由することで、グラウンドヴィア351Gとグラウンドヴィア352Gとの直線距離よりも長くなる。このため、電源ノイズの電圧レベルが高くなる高周波数帯において、コンデンサ151の電極12とコンデンサ152の電極14との間の配線におけるインピーダンス値が高まる。したがって、コンデンサ151,152を介して回路2021から回路2022へ電源ノイズが伝搬するのが抑制される。これにより、回路2022の動作がより安定化する。
Z方向に視て、グラウンドヴィア351Gとグラウンドヴィア352Gとの中心間距離D2は、複数の端子204のうち隣り合う2つの端子204の中心間距離D1の2倍以下であるのが好ましい。ここで、各グラウンドヴィア351G,352G,353Gの中心は、各グラウンドヴィア351G,352G,353GをZ方向に視たときの各グラウンドヴィア351G,352G,353Gの円の中心である。中心間距離D2は、Z方向に視てグラウンドヴィア351Gの中心を通る、Z方向に延びる中心線と、Z方向に視てグラウンドヴィア352Gの中心を通る、Z方向に延びる中心線との距離である。各端子204の中心も、各端子204をZ方向に視たときの各端子204の円の中心である。中心間距離D1は、Z方向に視て2つの端子204のそれぞれの中心を通る、Z方向に延びる2つの中心線の距離である。中心間距離D2が中心間距離D1の2倍以下であることにより、プリント配線板300において高密度配線を実現する際に、効果的に回路2021から回路2022へ電源ノイズが伝搬するのを抑制することができる。
高密度配線の観点から、Z方向に視て、中心間距離D2は、中心間距離D1の1倍以下であることが好ましい。以下、本実施形態の図3と比較例の図5とを参照しながら説明する。中心間距離D2が中心間距離D1の1倍以下である場合にコンデンサ151からコンデンサ152へ伝搬するノイズ量をV1とする。また、グラウンドヴィア351GYとグラウンドヴィア352GYとの中心間距離D2Yが、隣り合う2つの端子204Yの中心間距離D1Yの1倍以下である場合に、コンデンサ151Yからコンデンサ152Yへ伝搬するノイズ量をV1Yとする。また、中心間距離D2が中心間距離D1の1倍を超え、かつ中心間距離D1の2倍以下である場合に、コンデンサ151からコンデンサ152へ伝搬するノイズ量をV2とする。また、中心間距離D2Yが中心間距離D1Yの1倍を超え、かつ中心間距離D1Yの2倍以下である場合に、コンデンサ151Yからコンデンサ152Yへ伝搬するノイズ量をV2Yとする。ノイズ量V1Yに対するノイズ量V1の比V1/V1Yは、ノイズ量V2Yに対するノイズ量V2の比V2/V2Yよりも小さくなる。つまり、中心間距離D2が中心間距離D1の1倍以下であることにより、コンデンサ151からコンデンサ152へ伝搬する電源ノイズの低減効果が向上する。よって、本実施形態では、プリント配線板300において高密度配線を実現する際に、回路2021から回路2022へ伝搬する電源ノイズを効果的に低減することができる。
[実施例]
以下、実施例1及び比較例1の実験結果について説明する。実施例1は、上記実施形態の具体例である。比較例1は、上記比較例の具体例である。
以下、実施例1及び比較例1の実験結果について説明する。実施例1は、上記実施形態の具体例である。比較例1は、上記比較例の具体例である。
(実施例1)
プリント配線板300の厚さを、1.2mmとした。プリント配線板300の各導体層301,302の厚さを、0.0043mmとした。導体層303の厚さを、0.0035mmとした。絶縁基板310における導体層301と導体層303との間の誘電体層の厚さを、0.1mmとした。半導体装置200における2つの端子204の中心間距離D1を、0.8mmとした。各ヴィア351E,352E,351G,352G,353Gの直径を、0.25mmとし、各ヴィア351E,352E,351G,352G,353Gにおいて各導体層301,302に形成されたヴィアパッドの直径を0.5mmとした。中心間距離D2を中心間距離D1の2倍以下、具体的には1.6mmとした。
プリント配線板300の厚さを、1.2mmとした。プリント配線板300の各導体層301,302の厚さを、0.0043mmとした。導体層303の厚さを、0.0035mmとした。絶縁基板310における導体層301と導体層303との間の誘電体層の厚さを、0.1mmとした。半導体装置200における2つの端子204の中心間距離D1を、0.8mmとした。各ヴィア351E,352E,351G,352G,353Gの直径を、0.25mmとし、各ヴィア351E,352E,351G,352G,353Gにおいて各導体層301,302に形成されたヴィアパッドの直径を0.5mmとした。中心間距離D2を中心間距離D1の2倍以下、具体的には1.6mmとした。
電源装置140のグラウンド端子1402は、グラウンドヴィア353Gを介してグラウンドパターン350Gに電気的に接続されている。Z方向に視て、グラウンドヴィア351Gとグラウンドヴィア353Gとの中心間距離D3を、1.6mmよりも長く設定した。具体的には、中心間距離D3を100mmとした。また、Z方向に視て、グラウンドヴィア352Gとグラウンドヴィア353Gとの中心間距離D4を、1.6mmよりも長く設定した。具体的には、中心間距離D3を100mmとした。
ここで、中心間距離D3は、Z方向に視てグラウンドヴィア351Gの中心を通る、Z方向に延びる中心線と、Z方向に視てグラウンドヴィア353Gの中心を通る、Z方向に延びる中心線との距離である。中心間距離D4は、Z方向に視てグラウンドヴィア351Gの中心を通る、Z方向に延びる中心線と、Z方向に視てグラウンドヴィア353Gの中心を通る、Z方向に延びる中心線との距離である。各電源パターン341E,342Eの配線幅は0.38mmとした。各コンデンサ151,152は、0603サイズのチップ部品とした。各コンデンサ151,152には、公称の静電容量(定格容量)が1μFのものを用いた。フェライトビーズ160は、1005サイズのチップ部品とした。フェライトビーズ160には、100MHzにおけるインピーダンス値が120Ωのものを用いた。
(比較例1)
複数の端子204Yのうち互いに隣り合う2つの端子204Yの中心間距離D1Yを、0.8mmに設定した。グラウンドヴィア351GYとグラウンドヴィア352GYの中心間距離D2Yを、1.6mmに設定した。
複数の端子204Yのうち互いに隣り合う2つの端子204Yの中心間距離D1Yを、0.8mmに設定した。グラウンドヴィア351GYとグラウンドヴィア352GYの中心間距離D2Yを、1.6mmに設定した。
各コンデンサ151Y,152Yは、0603サイズのチップ部品とした。フェライトビーズ160Yは、1005サイズのチップ部品とした。
プリント配線板300Yの厚さを、1.2mmとした。また、各ヴィア351EY,351GY,352EY,352GY,353GYの直径を、0.25mmとした。各コンデンサ151Y,152Yには、公称の静電容量が1μFのものを用いた。フェライトビーズ160Yには、100MHzにおけるインピーダンス値が120Ωのものを用いた。
以上の構成において、実施例1及び比較例1におけるトランスファーインピーダンス特性(Z21)を測定した。実施例1では、回路2021の電源パッド及びグラウンドパッドと、回路2022の電源パッド及びグラウンドパッドとの間のトランスファーインピーダンス特性を測定した。比較例1では、回路2021Yの電源パッド及びグラウンドパッドと、回路2022Yの電源パッド及びグラウンドパッドとの間のトランスファーインピーダンス特性を測定した。
図6(a)は、実施例1及び比較例1のトランスファーインピーダンス特性のグラフである。トランスファーインピーダンス特性は、一方の回路に電源電流が流れたときに他方の回路へどの程度ノイズ伝搬するかを示している。実線は実施例1、破線は比較例1を示す。なお、回路2021,2022,2021Y,2022Yの動作電流は、互いに同じとした。
実施例1及び比較例1のそれぞれにおいて、各回路2021,2021Yの動作電流をI1とすると、各回路2022,2022Yで観測される伝搬ノイズ電圧V21は、式(1)で示される。
V21=I1×Z21 (1)
V21=I1×Z21 (1)
図6(b)は、実施例1及び比較例1で観測された電源電位変動の波形を示すグラフである。実線は実施例1、破線は比較例1を示す。実施例1については、回路2021と回路2022を動作させたときに回路2022の電源パッドとグラウンドパッドとの間で観測された電源電位変動の波形を図6(b)に図示している。比較例1については、回路2021Yと回路2022Yを動作させたときに回路2022Yの電源パッドとグラウンドパッドとの間で観測された電源電位変動の波形を図6(b)に図示している。
回路2021Yの動作電流は、回路2022Yの動作電流に対して、瞬間的に100倍ほど大きくなる。比較例1における電源電位変動の振幅は約230mVであった。ここで、各回路2022,2022Yの電源電位変動の許容値は50mVである。したがって、比較例1における電源電位変動の振幅は、許容値を超過している。
一方、実施例1においては、図6(a)に示すように、特に1MHzより高い周波数において、トランスファーインピーダンス特性が比較例1に対して1/10以下に低減している。実施例1では、コンデンサ151の電極12からコンデンサ152の電極14に至るまでの導通経路において、低インピーダンスのグラウンドパターン350Gを介在することになる。これにより、実施例1では、コンデンサ151で発生する電源電位変動がコンデンサ152へ伝搬するのが抑制される。
また、図6(b)に示す電源電位変動を参照しても、実施例1では、比較例1に対して電源電位変動が低減されている。具体的には、実施例1における回路2022の電源パッドとグラウンドパッドとの間の電源電位変動の振幅は16mVであった。よって、実施例1における回路2022の電源パッドとグラウンドパッドとの間の電源電位変動は、比較例1における回路2022Yの電源パッドとグラウンドパッドとの間の電源電位変動の1/10以下に低減している。
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。
上述の実施形態では、電源ライン321Eと電源ライン322Eとがフェライトビーズ160を介して電気的に接続されている場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、フェライトビーズ160の代わりに、インダクタなどのローパスフィルタ部品を配置してもよい。また、例えば、電源ライン321Eに印加される電圧と電源ライン322Eに印加される電圧とが異なる場合には、フェライトビーズ160などの電気部品を省略して、電源ライン321Eと電源ライン322Eとが導通しないようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、グラウンドヴィア353Gがある場合について説明したが、グラウンドヴィア353Gがない場合であってもよい。
また、上述の実施形態では、プリント配線板300の導体層302において、グラウンドヴィア351Gとグラウンドヴィア352Gとが接続されていない場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、導体層302において、各グラウンドヴィア351G,352Gの直径以下の導体によって、グラウンドヴィア351Gとグラウンドヴィア352Gとが接続されていてもよい。この場合、導体層302において、各グラウンドヴィア351GY,352GYのヴィアランドの直径未満の導体によって、グラウンドヴィア351Gとグラウンドヴィア352Gとが接続されている方が好ましい。また、例えば、導体層302において、グラウンドヴィア351Gとグラウンドヴィア352Gとが抵抗部品又はフェライトビーズなどの電気部品によって電気的に接続されていてもよい。この場合、電気部品は、電源ノイズが高い電圧レベルとなる周波数帯で高インピーダンス値であるのが好ましい。
また、上述の実施形態では、半導体素子202とパッケージ基板201とがはんだバンプ203によって接続される場合について説明したが、これに限定するものではなく、それ以外の接続方法、例えばワイヤーボンディングで接続されてもよい。
また、上述の実施形態では、回路2021に対して1つのコンデンサ151がプリント配線板300に実装され、回路2022に対して1つのコンデンサ152がプリント配線板300に実装される場合について説明したがこれに限定するものではない。回路2021に対して複数のコンデンサがプリント配線板300に実装されてもよく、回路2022に対して複数のコンデンサがプリント配線板300に実装されてもよい。
また、上述の実施形態では、電源装置140がプリント配線板300に搭載されている場合について説明したが、これに限定するものではない。プリント配線板300を介して半導体装置200に電力が供給されるように構成されていればよく、例えば電源装置140がプリント配線板300と電気的に接続される別の配線板に搭載されていてもよい。その際、電源装置140のグラウンド端子1402はグラウンドライン320Gに電気的に接続されていればよい。
また、上述の実施形態では、電子機器として、デジタルカメラ等の撮像装置に、本発明の電子モジュールを適用した場合について説明したが、これに限定するものではない。本発明の電子ユニットは、電子機器として、例えばモバイル機器、車載機器、画像形成装置等についても適用可能である。画像形成装置には、例えばプリンタ、複写機、ファクシミリ及びこれらの機能を備えた複合機等が含まれる。
11…電極(第1電極)、12…電極(第2電極)、13…電極(第3電極)、14…電極(第4電極)、100…処理モジュール(電子モジュール)、151…コンデンサ(第1コンデンサ)、152…コンデンサ(第2コンデンサ)、200…半導体装置(第1半導体装置)、204…端子、211E…電源端子(第1電源端子)、212E…電源端子(第2電源端子)、300…プリント配線板、310…絶縁基板、311…主面(第1主面)、312…主面(第2主面)、320G…グラウンドライン、321E…電源ライン(第1電源ライン)、322E…電源ライン(第2電源ライン)、351G…グラウンドヴィア(第1グラウンドヴィア)、352G…グラウンドヴィア(第2グラウンドヴィア)、2021…回路(第1回路)、2022…回路(第2回路)
Claims (11)
- 絶縁基板を有するプリント配線板と、
前記絶縁基板の第1主面の上に配置された第1半導体装置と、
前記絶縁基板の前記第1主面とは反対の第2主面の上に配置され、前記第1主面と垂直な方向に視て、前記第1半導体装置と重なる位置に配置された第1コンデンサ及び第2コンデンサと、を備え、
前記第1半導体装置は、第1電源端子及び第2電源端子を含む複数の端子と、前記第1電源端子に電気的に接続された第1回路と、前記第2電源端子に電気的に接続された第2回路と、を有し、
前記第1コンデンサは、第1電極及び第2電極を有し、
前記第2コンデンサは、第3電極及び第4電極を有し、
前記プリント配線板は、前記第1半導体装置の前記第1電源端子と前記第1コンデンサの前記第1電極とを電気的に接続する第1電源ラインと、前記第1半導体装置の前記第2電源端子と前記第2コンデンサの前記第3電極とを電気的に接続する第2電源ラインと、前記第1コンデンサの前記第2電極と前記第2コンデンサの前記第4電極とを電気的に接続するグラウンドラインと、を有し、
前記グラウンドラインは、第1グラウンドヴィアと、第2グラウンドヴィアと、前記絶縁基板の内部に配置されたグラウンドパターンと、を含み、
前記第1コンデンサの前記第2電極は、前記第1グラウンドヴィアを介して前記グラウンドパターンに電気的に接続され、
前記第2コンデンサの前記第4電極は、前記第2グラウンドヴィアを介して前記グラウンドパターンに電気的に接続されている、
ことを特徴とする電子モジュール。 - 前記第1主面に垂直な方向に視て、前記第1グラウンドヴィアと前記第2グラウンドヴィアとの中心間距離は、前記複数の端子のうち隣り合う2つの端子の中心間距離の2倍以下である、
ことを特徴とする請求項1に記載の電子モジュール。 - 前記第1主面に垂直な方向に視て、前記第1グラウンドヴィアと前記第2グラウンドヴィアとの中心間距離は、前記複数の端子のうち隣り合う2つの端子の中心間距離の1倍以下である、
ことを特徴とする請求項1に記載の電子モジュール。 - 前記複数の端子は、前記第1回路に電気的に接続された第1グラウンド端子と、前記第2回路に電気的に接続された第2グラウンド端子と、を含み、
前記第1グラウンド端子及び前記第2グラウンド端子は、前記グラウンドラインに電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電子モジュール。 - 前記グラウンドパターンは、前記第1コンデンサの前記第2電極と前記第2コンデンサの前記第4電極との間の導通経路のうちの最短経路に含まれる、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子モジュール。 - 前記グラウンドラインに電気的に接続されるグラウンド端子を有する第2半導体装置を更に備え、
前記グラウンドラインは、第3グラウンドヴィアを有し、
前記グラウンド端子は、前記第3グラウンドヴィアを介して前記グラウンドパターンに電気的に接続され、
前記第1主面に垂直な方向に視て、前記第1グラウンドヴィアと前記第2グラウンドヴィアとの中心間距離は、前記第1グラウンドヴィアと前記第3グラウンドヴィアとの中心間距離、及び前記第2グラウンドヴィアと前記第3グラウンドヴィアとの中心間距離のそれぞれよりも短い、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電子モジュール。 - 前記第2半導体装置は、前記第1半導体装置に電力を供給する電源装置である、
ことを特徴とする請求項6に記載の電子モジュール。 - 前記第1電源ラインと前記第2電源ラインとを電気的に接続する電気部品を更に備える、
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電子モジュール。 - 前記電気部品は、ローパスフィルタ部品である、
ことを特徴とする請求項8に記載の電子モジュール。 - 前記ローパスフィルタ部品は、フェライトビーズである、
ことを特徴とする請求項9に記載の電子モジュール。 - 筐体と、
前記筐体の内部に配置された、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の電子モジュールと、を備える電子機器。
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