JP3457599B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は高速伝送を必要とす
る電子部品を実装するパッケージに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a package for mounting electronic parts which require high speed transmission.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、電子機器は益々小型、高機能化、
動作速度が高速化しモジュール化が進行し、これらに対
応するパッケージとしてBGA(Ball Grid
Array Package)やCSP(Chip S
cale Package)等が開発されている。2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices have become smaller and more sophisticated,
BGA (Ball Grid) is used as a package corresponding to the increase in operating speed and modularization.
Array Package) and CSP (Chip S)
Cale Package) and the like have been developed.
【0003】以下図面を参照しながら、従来の高速伝送
に対応したBGAの一例について説明する。An example of a conventional BGA compatible with high-speed transmission will be described below with reference to the drawings.
【0004】図12は従来の高速伝送に対応したBGA
の断面構成の一例を示すものである。図12において、
1201はBGA1211上に搭載された半導体素子、
1202はワイヤ、1203はモールド樹脂、1204
はソルダレジスト、1205は表層配線、1206は接
地層(以下、GND層と呼ぶ)、1207は電源層、1
208は裏面配線、1209はビア、1210ははんだ
ボールを示す。全体でBGA1211を構成している。FIG. 12 shows a conventional BGA compatible with high-speed transmission.
2 shows an example of the cross-sectional structure of FIG. In FIG.
1201 is a semiconductor element mounted on the BGA 1211,
1202 is a wire, 1203 is a molding resin, 1204
Is a solder resist, 1205 is a surface wiring, 1206 is a ground layer (hereinafter referred to as a GND layer), 1207 is a power layer, 1
Reference numeral 208 is a back surface wiring, 1209 is a via, and 1210 is a solder ball. The BGA1211 is configured as a whole.
【0005】BGA1211は、半導体素子1201を
配線基板である基材上に搭載し、基材に形成されている
表層配線1205にワイヤ1202で半導体素子120
1の電極パッドを接続している。これにより半導体素子
1201の電極パッドは、ワイヤ1202、表層配線1
205、ビア1209および裏面配線1208を介して
はんだボール1210と電気的に接続される。さらに、
はんだボール1210を介して外部と電気的に接続する
ことにより、半導体素子1201の電極パッドへ入力す
ることができる。また、半導体素子1201を搭載する
基材は、複数の誘電体層(BTレジン等)が積層される
とともに表層配線1205、GND層1206、電源層
1207、裏面配線1208等の配線が形成された配線
基板であり、ビア1209により上下の配線を電気的に
接続して所望の配線経路を形成している。なお、ソルダ
レジスト1204は、ワイヤ1202が接続される半導
体素子1201の周囲に近い部分を除いて表層配線12
05を覆うように基材表面に形成されている。表層配線
1205と裏面配線1208は、それぞれGND層12
06と電源層1207に対してマイクロストリップ線路
を構成しており、それぞれの配線自体は所望の特性イン
ピーダンスZ0 となるよう設計されていることになって
いる。In the BGA 1211, the semiconductor element 1201 is mounted on a base material which is a wiring board, and the semiconductor element 120 is connected to the surface wiring 1205 formed on the base material by a wire 1202.
No. 1 electrode pad is connected. As a result, the electrode pad of the semiconductor element 1201 is connected to the wire 1202 and the surface wiring 1.
It is electrically connected to the solder ball 1210 via 205, the via 1209, and the rear surface wiring 1208. further,
By electrically connecting to the outside through the solder ball 1210, it is possible to input to the electrode pad of the semiconductor element 1201. The base material on which the semiconductor element 1201 is mounted has a plurality of dielectric layers (BT resin or the like) laminated and wirings such as the surface wiring 1205, the GND layer 1206, the power supply layer 1207, and the back wiring 1208. It is a substrate, and a via 1209 electrically connects the upper and lower wirings to form a desired wiring path. The solder resist 1204 is used for the surface wiring 12 except for a portion near the periphery of the semiconductor element 1201 to which the wire 1202 is connected.
05 is formed on the surface of the base material. The surface wiring 1205 and the back wiring 1208 are respectively connected to the GND layer 12
06 and the power supply layer 1207 constitute a microstrip line, and each wiring itself is designed to have a desired characteristic impedance Z 0 .
【0006】図13は従来の高速伝送に対応したBGA
の表層配線パターンの一例を示したものである。121
2は、配線を形成するための電解めっき工程に使用され
ためっきスタブを示す。めっきスタブは、BGA上の配
線を複数個一度に電解めっきにより形成する工程におい
て各BGA間の配線を電気的に接続するために使用さ
れ、各BGAを個片にする場合に切り離され、オープン
スタブの状態で取り残されたものである。このため、め
っきスタブは、表層配線層のみならず裏面配線層,GN
D層および電源層などの各層に形成されている。FIG. 13 shows a conventional BGA compatible with high-speed transmission.
2 shows an example of the surface wiring pattern of FIG. 121
Reference numeral 2 denotes a plating stub used in the electroplating process for forming wiring. The plating stub is used to electrically connect the wires between the BGAs in the process of forming a plurality of wires on the BGA at a time by electrolytic plating. It was left in the state of. For this reason, the plating stub can be used not only on the surface wiring layer but also on the backside wiring layer and GN.
It is formed in each layer such as the D layer and the power source layer.
【0007】図14は従来の高速伝送に対応したCSP
の断面構成の一例を示すものである。図14において、
1401はCSP1410上に搭載された半導体素子、
1402はバンプ、1403はアンダーフィル樹脂、1
404は表層配線、1405は接地層(以下、GND層
と呼ぶ)、1406は電源層、1407は裏面配線、1
408はビア、1409は外部パッドを示す。全体でC
SP1410を構成している。FIG. 14 shows a conventional CSP compatible with high-speed transmission.
2 shows an example of the cross-sectional structure of FIG. In FIG.
1401 is a semiconductor device mounted on the CSP 1410,
1402 is a bump, 1403 is an underfill resin, 1
Reference numeral 404 is a surface layer wiring, 1405 is a ground layer (hereinafter referred to as a GND layer), 1406 is a power supply layer, 1407 is a backside wiring, 1
Reference numeral 408 is a via, and 1409 is an external pad. C as a whole
It constitutes SP1410.
【0008】CSP1410は、半導体素子1401を
配線基板である基材上に搭載し、基材に形成されている
表層配線1404にバンプ1402で半導体素子140
1の電極パッドを接続している。これにより半導体素子
1401の電極パッドは、バンプ1402、表層配線1
404、ビア1408および裏面配線1407を介して
外部パッド1409と電気的に接続される。さらに外部
パッド1409を介して外部と電気的に接続することに
より、半導体素子1401の電極パッドへ入力すること
ができる。また、半導体素子1401を搭載する基材
は、複数の誘電体層(アルミナ等)が積層されるととも
に表層配線1404、GND層1405、電源層140
6、裏面配線1407等の配線が形成された配線基板で
あり、ビア1408により上下の配線を電気的に接続し
て所望の配線経路を形成している。表層配線1404と
裏面配線1407は、それぞれGND層1405と電源
層1406に対してマイクロストリップ線路を構成して
おり、それぞれの配線自体は所望の特性インピーダンス
Z0 となるよう設計されていることになっている。In the CSP 1410, the semiconductor element 1401 is mounted on a base material which is a wiring board, and the semiconductor element 140 is bumped 1402 to the surface wiring 1404 formed on the base material.
No. 1 electrode pad is connected. As a result, the electrode pads of the semiconductor element 1401 are connected to the bump 1402 and the surface wiring 1.
It is electrically connected to the external pad 1409 via the 404, the via 1408 and the rear surface wiring 1407. Further, by electrically connecting to the outside through the external pad 1409, the data can be input to the electrode pad of the semiconductor element 1401. In addition, the base material on which the semiconductor element 1401 is mounted has a plurality of dielectric layers (alumina or the like) stacked, and the surface wiring 1404, the GND layer 1405, and the power supply layer 140.
6. The wiring board is formed with wiring such as the back wiring 1407, and the via 1408 electrically connects the upper and lower wirings to form a desired wiring path. The surface wiring 1404 and the back wiring 1407 constitute microstrip lines for the GND layer 1405 and the power supply layer 1406, respectively, and the wirings themselves are designed to have a desired characteristic impedance Z 0. ing.
【0009】図15は従来の高速伝送に対応したCSP
の表層配線パターンの一例を示したものである。141
1は、配線を形成するための電解めっき工程に使用され
ためっきスタブを示す。めっきスタブは、CSP上の配
線を複数個一度に電解めっきにより形成する工程におい
て各CSP間の配線を電気的に接続するために使用さ
れ、各CSPを個片にする場合に切り離され、オープン
スタブの状態で取り残されたものである。このため、C
SPのめっきスタブも、BGA同様、各層に形成されて
いる。FIG. 15 shows a conventional CSP compatible with high-speed transmission.
2 shows an example of the surface wiring pattern of FIG. 141
Reference numeral 1 denotes a plating stub used in an electrolytic plating process for forming wiring. The plating stub is used to electrically connect the wiring between the CSPs in the process of forming a plurality of wirings on the CSP by electrolytic plating at a time, and is cut off when the CSPs are separated into individual pieces. It was left in the state of. Therefore, C
The SP plating stub is also formed in each layer as in the BGA.
【0010】ここで、BGA、またはCSP上の信号線
の半導体素子1201,1401の電極パッドから、は
んだボール1210、または外部パッド1409までの
長さが使用周波数帯域に対し十分短い場合は信号線路の
特性インピーダンスは不問とすることが可能である。Here, when the length from the electrode pad of the semiconductor element 1201 or 1401 of the signal line on the BGA or CSP to the solder ball 1210 or the external pad 1409 is sufficiently shorter than the frequency band used, the signal line of the signal line is changed. The characteristic impedance can be arbitrary.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】高速伝送時、例えばク
ロック周波数3GHzの場合、矩形波の高調波成分とし
て10倍波程度、またはそれ以上が必要とされる場面も
少なくない。この場合、要求される周波数帯域は30G
Hz以上となる。30GHzの正弦波の波長は空気中で
10mm、例えば、BGAの材料であるBTレジン(比
誘電率、約4)上線路上での実効波長λgは約5mmと
なる。At the time of high-speed transmission, for example, when the clock frequency is 3 GHz, there are quite a few cases in which a harmonic component of a rectangular wave requires about a 10th harmonic or more. In this case, the required frequency band is 30G
It becomes more than Hz. The wavelength of the sine wave of 30 GHz is 10 mm in air, and the effective wavelength λg on the BT resin (relative permittivity, about 4), which is a material of BGA, is about 5 mm, for example.
【0012】例えば、BGAを例にとると図12に示す
ように従来の構成では、めっきスタブ1212やはんだ
ボール1210やそれを取りつける電極パッド(以下、
ボールパッドと呼ぶ。)が存在する。めっきスタブは高
周波的にはオープンスタブとして振る舞い、また、ボー
ルパッドも通常は容量として振舞う。このため、パッケ
ージ上の伝送線路は、伝送線路をある特性インピーダン
スZ0 をもつマイクロストリップ線路に設計したとして
も、図16に示すようなブロックに分けられ、めっきス
タブ、ボールパッドの影響を無視できなくなり、伝送路
は必ずしも伝送路単体の設計値どおりの特性インピーダ
ンスとはならない。このため、システムのマザーボード
上信号線路の特性インピーダンスとパッケージ上の線路
のみの特性インピーダンスのみを合わせこむだけでは、
パッケージ全体の特性インピーダンスとマザーボード上
信号線路の特性インピーダンスの不一致が発生し、信号
線上矩形波が大きく揺らぎ、システムの誤動作を誘発す
るという問題を有していた。なお、はんだボールは、例
えば図17に示すように、吸着治具を用いてボールを吸
着し、そのボールを裏面配線と一体的に形成されたボー
ルパッド(図示せず)上に載置した後、リフローするこ
とにより形成される(ボールセット法)。For example, in the case of BGA as an example, as shown in FIG. 12, in the conventional structure, the plating stub 1212, the solder ball 1210, and the electrode pad to which the plating stub 1212 is attached (hereinafter,
Call it a ball pad. ) Exists. The plating stub behaves as an open stub at high frequencies, and the ball pad usually also acts as a capacitance. Therefore, even if the transmission line on the package is designed as a microstrip line having a certain characteristic impedance Z 0 , it is divided into blocks as shown in FIG. 16, and the influence of the plating stub and ball pad can be ignored. The transmission line does not always have the characteristic impedance as designed for the single transmission line. For this reason, only by matching the characteristic impedance of the signal line on the motherboard of the system and the characteristic impedance of only the line on the package,
There is a problem that the characteristic impedance of the entire package and the characteristic impedance of the signal line on the motherboard are inconsistent, the rectangular wave on the signal line fluctuates greatly, and the malfunction of the system is induced. Note that, for example, as shown in FIG. 17, the solder balls are sucked by using a suction jig and placed on a ball pad (not shown) integrally formed with the backside wiring. Formed by reflowing (ball set method).
【0013】また、CSPの場合にも、めっきスタブ1
411が高周波的にはオープンスタブとして振る舞い、
また、外部パッド1409もBGAのボールパッドと同
様、通常は容量として振舞うため、前述のBGAと同様
の問題を有していた。Also in the case of CSP, the plating stub 1
411 behaves as an open stub in high frequency,
Further, the external pad 1409, like the ball pad of the BGA, usually behaves as a capacitance, and therefore has the same problem as the BGA described above.
【0014】本発明は上記問題点に鑑み、半導体素子を
搭載したBGAやCSPのパッケージにおいて、所望周
波数範囲でパッケージ上信号線路全体で均一な特性イン
ピーダンスを実現する構造、特性インピーダンスが不均
一の部分が存在しても伝送上問題とならない長さ範囲を
限定する構造を提案することにより、パッケージ部分で
の信号の歪みをできるだけ小さくすることができる半導
体装置を提供することを目的とする。In view of the above problems, the present invention has a structure for realizing a uniform characteristic impedance in the entire signal line on the package in a desired frequency range in a BGA or CSP package in which a semiconductor element is mounted, and a portion where the characteristic impedance is not uniform. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of minimizing signal distortion in a package portion by proposing a structure that limits a length range in which there is no problem in transmission even if there is a problem.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明は、パッケージ上
線路の特性インピーダンスを一定、または不均一を無視
できる構成として以下のようにした。According to the present invention, the characteristic impedance of the line on the package can be made constant or non-uniform, and the structure is as follows.
【0016】請求項1記載の半導体装置は、複数の電極
パッドを有する半導体素子と、半導体素子を搭載し半導
体素子の電極パッドからの電気信号、電力等を導体配線
を介して外部へ出力または外部から入力する外部電極パ
ッドとを設けた基材とを備え、基材の導体配線にめっき
スタブを有する半導体装置であって、めっきスタブおよ
び外部電極パッドが電気信号のもつ最高周波数において
容量性を示すようにめっきスタブの長さおよび外部電極
パッドの形を設定して、外部電極パッドから半導体素子
の電極パッドと接続する部分までの導体配線の特性イン
ピーダンスが一定である構成にしたことを特徴とする。
請求項2記載の半導体装置は、請求項1記載の半導体装
置において、外部電極パッドから半導体素子の電極パッ
ドと接続する部分までの導体配線のうち、めっきスタブ
または外部電極パッドの存在により導体配線の特性イン
ピーダンスが変化する範囲を超える部分の導体配線の配
線幅を、外部電極パッドから半導体素子の電極パッドと
接続する部分までの導体配線全線で特性インピーダンス
が一定となる配線幅にしたことを特徴とする。 請求項3
記載の半導体装置は、請求項1記載の半導体装置におい
て、外部電極パッドから半導体素子の電極パッドと接続
する部分までの導体配線のうち、めっきスタブまたは外
部電極パッドの存在により導体配線の特性インピーダン
スが変化する範囲を超える部分の導体配線の長さを、電
気信号がもつ最高周波数の実効波長の2分の1の倍数と
同長とし、外部電極パッドからみた導体配線の特性イン
ピーダンスとめっきスタブまたは外部電極パッドの存在
により導体配線の特性インピーダンスが変化する範囲を
超える部分の導体配線の特性インピーダンスとが同じと
なるような負荷を、めっきスタブまたは外部電極パッド
の存在により導体配線の特性インピーダンスが変化する
範囲を超える部分の導体配線の端に形成することによ
り、外部電極パッドから半導体素子の電極パッドと接続
する部分までの導体配線全線で特性インピーダンスが一
定となるようにしたことを特徴とする。 請求項4記載の
半導体装置は、請求項1記載の半導体装置において、外
部電極パッドから半導体素子の電極パッドと接続する部
分までの導体配線のうち、めっ きスタブまたは外部電極
パッドの存在により導体配線の特性インピーダンスが変
化する範囲を超える部分の導体配線の長さを、電気信号
がもつ最高周波数の実効波長の2分の1の倍数と同長と
し、外部電極パッドからみた導体配線の特性インピーダ
ンスとめっきスタブまたは外部電極パッドの存在により
導体配線の特性インピーダンスが変化する範囲を超える
部分の導体配線の特性インピーダンスとが同じとなるよ
うな負荷を、半導体素子の内部に設けることにより、外
部電極パッドから半導体素子の電極パッドと接続する部
分までの導体配線全線で特性インピーダンスが一定とな
るようにしたことを特徴とする。 請求項5記載の半導体
装置は、請求項1記載の半導体装置において、外部電極
パッドから半導体素子の電極パッドと接続する部分まで
の導体配線のうち、めっきスタブまたは外部電極パッド
の存在により導体配線の特性インピーダンスが変化する
範囲を超える部分の導体配線の長さを、電気信号がもつ
最高周波数の実効波長の2分の1の倍数と同長とし、外
部電極パッドからみた導体配線の特性インピーダンスと
めっきスタブまたは外部電極パッドの存在により導体配
線の特性インピーダンスが変化する範囲を超える部分の
導体配線の特性インピーダンスとが同じとなるような負
荷を、半導体素子の電極パッドに持たせることにより、
外部電極パッドから半導体素子の電極パッドと接続する
部分までの導体配線全線で特性インピーダンスが一定と
なるようにしたことを特徴とする。 According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, a semiconductor element having a plurality of electrode pads and an electric signal, electric power, or the like from the electrode pad of the semiconductor element, on which the semiconductor element is mounted, are output or externally output through conductor wiring. and a substrate provided with an external electrode pad input from, a semiconductor device having a plating stub conductor wiring substrate, Oyo plating stubs
And the external electrode pad at the highest frequency of the electrical signal
Plating stub length and external electrode to show capacitive
It is characterized in that the shape of the pad is set so that the characteristic impedance of the conductor wiring from the external electrode pad to the portion connected to the electrode pad of the semiconductor element is constant.
A semiconductor device according to claim 2 is the semiconductor device according to claim 1.
The semiconductor device electrode pad from the external electrode pad.
Out of the conductor wiring up to the
Alternatively, the presence of external electrode pads can
Place the conductor wiring beyond the range where the impedance changes.
The line width is changed from the external electrode pad to the electrode pad of the semiconductor element.
Characteristic impedance of all conductor wiring up to the connection part
Is set to a constant wiring width. Claim 3
The semiconductor device according to claim 1 is the semiconductor device according to claim 1.
Connect the external electrode pad to the electrode pad of the semiconductor element
Of the conductor wiring up to the
Characteristic impedance of conductor wiring due to the presence of partial electrode pads
The length of the conductor wiring beyond the range in which the
A multiple of half the effective wavelength of the highest frequency of the air signal
The same length and the characteristic wiring of the conductor wiring seen from the external electrode pad
Presence of pedestal and plating stubs or external electrode pads
The range in which the characteristic impedance of the conductor wiring changes
If the characteristic impedance of the conductor wiring in the excess part is the same
Load such as plating stub or external electrode pad
Characteristic impedance of conductor wiring changes due to the presence of
By forming it at the end of the conductor wiring that exceeds the range
Connection from external electrode pad to electrode pad of semiconductor element
The characteristic impedance is uniform in all conductor wiring up to the
It is characterized in that it is set to be constant. Claim 4
The semiconductor device is the semiconductor device according to claim 1,
Part that connects from the electrode pad to the electrode pad of the semiconductor element
Of the conductor wire to the minute, plating-out stub or external electrodes
The presence of the pad changes the characteristic impedance of the conductor wiring.
The length of the conductor wiring that exceeds the range
And the same length as a multiple of half the effective wavelength of the highest frequency
The characteristic impedance of the conductor wiring seen from the external electrode pad
And the presence of plating stubs or external electrode pads
Exceeds the range in which the characteristic impedance of the conductor wiring changes
The characteristic impedance of the part of the conductor wiring will be the same.
By providing such a load inside the semiconductor element,
Part that connects from the electrode pad to the electrode pad of the semiconductor element
The characteristic impedance is constant for all conductor wires up to
It is characterized by doing so. The semiconductor according to claim 5.
The device is the semiconductor device according to claim 1, wherein an external electrode is provided.
From the pad to the part that connects to the electrode pad of the semiconductor element
Of the conductor wiring of the plating stub or external electrode pad
Characteristic impedance of conductor wiring changes due to the presence of
The electrical signal has the length of the conductor wiring that exceeds the range.
The same length as a multiple of half the effective wavelength of the highest frequency
Characteristic impedance of the conductor wiring seen from the electrode pad
Conductor placement due to the presence of plating stubs or external electrode pads
Of the part that exceeds the range in which the characteristic impedance of the line changes
Negative impedance that is the same as the characteristic impedance of the conductor wiring
By holding the load on the electrode pad of the semiconductor element,
Connection from external electrode pad to electrode pad of semiconductor element
Characteristic impedance is constant for all conductor wiring up to the part
It is characterized in that
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【0020】[0020]
【0021】[0021]
【0022】[0022]
【0023】請求項6記載の半導体装置は、複数の電極
パッドを有する半導体素子と、半導体素子を搭載し半導
体素子の電極パッドからの電気信号、電力等を導体配線
を介して外部へ出力または外部から入力する外部電極パ
ッドとを設けた基材とを備え、基材の導体配線にめっき
スタブを有する半導体装置であって、外部電極パッドか
ら半導体素子の電極パッドと接続する部分までの導体配
線のうち、めっきスタブまたは外部電極パッドの存在に
より導体配線の特性インピーダンスが変化する範囲を超
える部分の導体配線の長さを、特性インピーダンスが不
均一の部分が存在しても伝送上問題とならない長さであ
る、電気信号がもつ最高周波数の実効波長の4分の1未
満とする構成にしたことを特徴とする。[0023] The semiconductor device according to claim 6, wherein a semiconductor element having a plurality of electrode pads, output or external electrical signals from the electrode pads of the semiconductor device mounted with semiconductor elements, a power, etc. to the outside through the conductor wirings A semiconductor device having a base material provided with an external electrode pad for input from a semiconductor device having a plating stub on the conductor wiring of the base material, wherein the conductor wiring from the external electrode pad to a portion connected to the electrode pad of the semiconductor element among them, the length of the conductor wiring portion exceeding the scope of varying the characteristic impedance of the conductive wire by the presence of the plating stub or external electrode pads, the characteristic impedance is not
The length is such that even if there is a uniform portion, there is no problem in transmission.
It is characterized in that it is configured to be less than a quarter of the effective wavelength of the highest frequency of the electric signal.
【0024】以上のように本発明によれば、外部電極パ
ッドから半導体素子の電極パッドと接続する部分までの
導体配線の特性インピーダンスが一定になる構成にした
ことにより、半導体素子を搭載したBGAやCSPのパ
ッケージにおいて、所望周波数範囲でパッケージ上信号
線路全体で均一な特性インピーダンスを実現し、パッケ
ージ部分での信号の歪みをできるだけ小さくすることが
できる。According to the present onset light as described above, by which the configuration in which the characteristic impedance of the conductor wire to the part to be connected to the electrode pads of the semiconductor element from the external electrode pad is constant, BGA mounting the semiconductor element In a CSP package, a uniform characteristic impedance can be realized in the entire signal line on the package in a desired frequency range, and signal distortion in the package portion can be minimized.
【0025】また、本発明によれば、めっきスタブまた
は外部電極パッドの存在により導体配線の特性インピー
ダンスが変化する範囲を超える部分の導体配線の長さ
を、電気信号がもつ最高周波数の実効波長の4分の1未
満とすることにより、半導体素子を搭載したBGAやC
SPのパッケージにおいて、所望周波数範囲で特性イン
ピーダンスが不均一の部分が存在しても伝送上問題とな
らず、パッケージ部分での信号の歪みをできるだけ小さ
くすることができる。Further, according to this onset bright, the length of the conductor wiring portion exceeding the scope of varying the characteristic impedance of the conductive wire by the presence of the plating stub or external electrode pads, the effective wavelength of the highest frequency electrical signal has It is less than 1/4 of that of BGA and C equipped with semiconductor elements.
In the SP package, even if there is a portion where the characteristic impedance is not uniform in the desired frequency range, there is no problem in transmission, and the signal distortion in the package portion can be minimized.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態では、本
発明の半導体装置の例として高速伝送に対応したBGA
について説明する。なお、以下の説明で用いる図1,図
6,図9〜図11には、ソルダレジスタ1204(図1
2参照)は図示していない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, as an example of the semiconductor device of the present invention, a BGA compatible with high-speed transmission is used.
Will be described. In addition, in FIG. 1, FIG. 6, FIG. 9 to FIG. 11 used in the following description, the solder register 1204 (FIG.
2) is not shown.
【0027】〔第1の実施の形態〕図1は、本発明の第
1の実施の形態における高速伝送対応BGAの断面模式
図である。図1において、1は半導体素子、2はワイ
ヤ、3はBGA基材、4は信号線、5はビア、6はめっ
きスタブ、7はボールパッド(外部電極パッド)、8は
はんだボール、9はGND層、10は電源層を示す。な
お、はんだボール8を取りつける電極パッドであるボー
ルパッド7は、裏面配線(図示せず)と同一材料で同時
に一体的に形成されている。このボールパッド7上に、
例えば図17で示したボールセット法によりはんだボー
ル8を形成する。[First Embodiment] FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a high-speed transmission compatible BGA according to a first embodiment of the present invention. 1, 1 is a semiconductor element, 2 is a wire, 3 is a BGA substrate, 4 is a signal line, 5 is a via, 6 is a plating stub, 7 is a ball pad (external electrode pad), 8 is a solder ball, and 9 is The GND layer 10 indicates a power supply layer. The ball pad 7, which is an electrode pad to which the solder ball 8 is attached, is made of the same material as the backside wiring (not shown) and is integrally formed at the same time. On this ball pad 7,
For example, the solder balls 8 are formed by the ball setting method shown in FIG.
【0028】ここで、信号線4はGND層9または電源
層10に対してマイクロストリップ線路を構成し、ある
特性インピーダンスに設計されている。このときボール
パッド7やめっきスタブ6は、マイクロストリップ線路
に影響しマイクロストリップ線路の特性インピーダンス
を変化させる。このような、ボールパッド7やめっきス
タブ6の電気的影響は、マイクロストリップ線路のある
範囲までおよび、その先以上はおよばない。このよう
に、本発明の実施の形態におけるボールパッド7、めっ
きスタブ6の電気的影響とは、それらが存在することに
より、マイクロストリップ線路を構成する信号線4の特
性インピーダンスを変化させることを言う。Here, the signal line 4 constitutes a microstrip line with respect to the GND layer 9 or the power supply layer 10 and is designed to have a certain characteristic impedance. At this time, the ball pad 7 and the plating stub 6 affect the microstrip line and change the characteristic impedance of the microstrip line. Such electrical influence of the ball pad 7 and the plating stub 6 does not extend to a certain range of the microstrip line and beyond that range. As described above, the electrical influence of the ball pad 7 and the plating stub 6 in the embodiment of the present invention means that the presence of these changes the characteristic impedance of the signal line 4 constituting the microstrip line. .
【0029】図2は、SPICEシミュレータを用いて
図16のブロック図でBGA上線路のボールパッド、め
っきスタブの影響が全ておよぶ場合のTDR(Time
Domain reflection、時間領域反
射)波形を見積もったものであり、図3は、影響がおよ
ばない範囲を有する場合のTDR波形の見積もり結果で
ある。図2,図3のTDR波形は、めっきスタブ、ボー
ルパッド、伝送線路、ビア、ワイヤパッドを備えたBG
A上線路のワイヤパッド部分を開放にした条件でボール
パッド部分から高速に立ち上がるステップ関数を印加し
たときの、BGA上線路を伝搬し、開放端で反射したス
テップ関数の反射波形をシミュレーションしたものであ
る。なお、ここで測定器の入出力インピーダンスは50
Ωに設定されており、終端に単に50Ωを接続した場合
の電圧波形が、図2,図3における50Ω終端理想波形
である。この場合の電圧値を50Ωとして変化した部分
のインピーダンスを計算するために表示している。FIG. 2 is a block diagram of FIG. 16 using a SPICE simulator, in which TDR (Time) when all the influences of ball pads and plating stubs on the BGA line are exerted.
Domain reflection (time domain reflection) waveform is estimated, and FIG. 3 is an estimation result of the TDR waveform when there is a range where the influence is not exerted. The TDR waveforms in FIGS. 2 and 3 are BGs with plating stubs, ball pads, transmission lines, vias, and wire pads.
This is a simulation of the reflection waveform of the step function propagating through the BGA upper line and reflected at the open end when a step function that rises rapidly from the ball pad part is applied under the condition that the wire pad part of the upper line A is open. is there. The input / output impedance of the measuring instrument is 50 here.
The voltage waveform is set to Ω, and the voltage waveform when 50 Ω is simply connected to the terminal end is the ideal 50 Ω termination waveform in FIGS. It is displayed in order to calculate the impedance of the changed portion when the voltage value in this case is 50Ω.
【0030】図2,図3で、プローブ部分と表示してい
る部分は、実際に測定する場合に想定される測定プロー
ブ上に観察される反射波形を表す。このため、BGA線
路はプローブ部分と表示した部分の後の50Ω終端理想
波形から変化し始める部分からスタートし、各時刻での
電圧値がそのまま各伝送路のインピーダンスをあらわし
ており、図2では、伝送路全体がほぼ30Ωで一定であ
り、図3では、ボールパッドやめっきスタブに近い部分
(ボールパッド、めっきスタブの影響下)では約30Ω
で、少し離れた場所では50Ωを超えている事が見積も
られた。右端の電圧が急上昇ししている部分は開放端部
分でインピーダンスが無限大に上昇していることを表し
ている。In FIG. 2 and FIG. 3, the portion indicated as the probe portion represents the reflection waveform observed on the measurement probe that is assumed in the actual measurement. For this reason, the BGA line starts from the portion where the 50Ω termination ideal waveform after the portion labeled as the probe portion starts to change, and the voltage value at each time represents the impedance of each transmission line as it is. The entire transmission line is constant at about 30Ω, and in FIG. 3, it is about 30Ω at the portion near the ball pad and the plating stub (under the influence of the ball pad and the plating stub).
Then, it was estimated that it exceeded 50 Ω at a slightly distant place. The portion where the voltage at the right end sharply rises indicates that the impedance rises to infinity at the open end.
【0031】図2の場合、ボールパッド等の影響で伝送
線路のインピーダンスが低く、一定となっていることが
わかる。これは、電圧がほぼ180mV付近で一定とな
っている部分を指す。ただし、ステップ関数も若干の傾
きを持たせてシミュレーションしているため、一定にな
るまで見かけ上、傾きが生じバスタブのような形になっ
ているが、全線ほぼ一定と考えられる。したがって、マ
イクロストリップ線路(信号線4)の範囲を、ボールパ
ッド7、めっきスタブ6の電気的影響がおよぶ範囲内に
限定することにより、所望の均一なインピーダンス線路
を形成することができる。In the case of FIG. 2, it can be seen that the impedance of the transmission line is low and constant due to the influence of the ball pad and the like. This refers to a portion where the voltage is constant around 180 mV. However, since the step function is also simulated with a slight slope, the slope appears to be constant until it becomes constant, and it looks like a bathtub, but it is considered that the whole line is almost constant. Therefore, a desired uniform impedance line can be formed by limiting the range of the microstrip line (signal line 4) within the range where the ball pad 7 and the plating stub 6 are electrically affected.
【0032】ここで、使用する周波数によってめっきス
タブ6等の線路は、容量性、誘導性、短絡、開放を示
す。オープンスタブ(めっきスタブ)の入力インピーダ
ンスは数1で示される。Here, the line such as the plating stub 6 shows capacitive, inductive, short circuit, and open depending on the frequency used. The input impedance of the open stub (plating stub) is shown by the equation 1.
【0033】[0033]
【数1】 [Equation 1]
【0034】数1において、Zinはオープンスタブ(め
っきスタブ)の入力インピーダンス、Z0 は開放線路の
特性インピーダンス、l(エル)は線路長でここではオ
ープンスタブ(めっきスタブ)の長さ、βは位相定数
で、β=2π/λ(λは波長)である。In Equation 1, Z in is the input impedance of the open stub (plating stub), Z 0 is the characteristic impedance of the open line, l (ell) is the line length, and here the length of the open stub (plating stub), β Is a phase constant, and β = 2π / λ (λ is a wavelength).
【0035】ここで、β=2π/λとなることについて
説明しておく。無限に長い分布定数線路の上の電圧Vと
電流Iの一般解は数2で表される。Here, it will be explained that β = 2π / λ. The general solution of the voltage V and the current I on the infinitely long distributed constant line is expressed by the equation 2.
【0036】[0036]
【数2】 [Equation 2]
【0037】なお、γは伝搬定数である。また、Zは直
列インピーダンス(通常は誘導性)、Yは並列アドミッ
タンス(通常は容量性)で、数3のように表すことがで
きる。Γ is a propagation constant. Further, Z is a series impedance (usually inductive), and Y is a parallel admittance (usually capacitive), which can be expressed as in Equation 3.
【0038】[0038]
【数3】 [Equation 3]
【0039】R、L、C、Gは単位長さ当りの抵抗、イ
ンダクタンス、静電容量、並列コンダクタンスであり、
ωは角周波数である。これらを用いてγを表すと、数4
になる。R, L, C and G are resistance, inductance, capacitance and parallel conductance per unit length,
ω is the angular frequency. If these are used to express γ,
become.
【0040】[0040]
【数4】 [Equation 4]
【0041】一般に伝送線路は損失が小さいようになっ
ているので、数4のα,βは数5のように近似される。Since the transmission line generally has a small loss, α and β in the equation 4 are approximated to the equation 5.
【0042】[0042]
【数5】 [Equation 5]
【0043】無損失線路では、α=0である。LCの平
方根分の1は位相速度を表し、位相定数βは数6とな
る。In the lossless line, α = 0. The square root of LC represents the phase velocity, and the phase constant β is given by the equation 6.
【0044】[0044]
【数6】 [Equation 6]
【0045】さて、tanβlとβlないしlの関係は
図4で示され、その結果、入力インピーダンスZinの特
性は、表1のようになる。The relationship between tan βl and βl to l is shown in FIG. 4, and as a result, the characteristic of the input impedance Z in is as shown in Table 1.
【0046】[0046]
【表1】 [Table 1]
【0047】表1より、前述したようにめっきスタブ6
等の線路が、容量性、誘導性、短絡(Zin=0)、開放
(Zin=∞)を示すことが分かる。From Table 1, as described above, the plating stub 6
It can be seen that the lines, etc. exhibit capacitive, inductive, short circuit (Z in = 0), open (Z in = ∞).
【0048】ベースバンド系(デジタル系)のシステム
では、前述したように矩形波は多様な周波数成分を含ん
でおり、特に、要求される周波数範囲で図2の特性を有
するには、ボールパッド7、めっきスタブ6等は容量性
を示す必要がある。めっきスタブ6、ボールパッド7
が、所望周波数範囲で容量性を示すためには、所望周波
数範囲の最高周波数において容量性を示せばよく、所望
周波数範囲の最高周波数において容量性を示すように、
めっきスタブ6の長さ、ボールパッド7の形を設定して
いる。なお、ボールパッド7は通常円形であり、給電点
を中央とすると、その形は給電点に対して対称となるの
で容量性を示す。誘導性は給電点に対して形が非対称の
場合に生じ、円形で給電点が中央の場合には、給電点か
らみてボールパッド7のある長さのディメンジョンが誘
導性にならない関係を保つとも言える。In the base band system (digital system), the rectangular wave contains various frequency components as described above. In particular, in order to have the characteristics shown in FIG. The plating stub 6 and the like need to show capacity. Plating stub 6, ball pad 7
However, in order to show the capacitance in the desired frequency range, it suffices to show the capacitance at the highest frequency in the desired frequency range.
The length of the plating stub 6 and the shape of the ball pad 7 are set. The ball pad 7 is usually circular and its shape is symmetric with respect to the feeding point when the feeding point is in the center, and therefore exhibits a capacitive characteristic. Inductivity occurs when the shape is asymmetric with respect to the feeding point, and when the feeding point is circular and the center is the feeding point, it can be said that the dimension of the ball pad 7 with respect to the feeding point does not become inductive. .
【0049】上記のように、BGA上の伝送線路の特性
インピーダンスを一定にすることにより、パッケージ伝
送線路上での信号波形の歪みを取り除くことができ、シ
ステムの誤動作を無くすことができる。As described above, by keeping the characteristic impedance of the transmission line on the BGA constant, the distortion of the signal waveform on the package transmission line can be removed, and the malfunction of the system can be eliminated.
【0050】〔第2の実施の形態〕図5は本発明の第2
の実施の形態における高速伝送対応BGAの最表面の配
線パターンを真上から眺めた場合を模式的に示した平面
図である。図6は、第2の実施の形態における高速伝送
対応BGAの断面模式図である。図5,図6において、
1は半導体素子、2はワイヤ、5はビア、6はめっきス
タブ、7はボールパッド、8ははんだボール、9はGN
D層、10は電源層、53はBGA基材、54はめっき
スタブ6、ボールパッド7の電気的影響がおよぶ範囲の
信号線、55はめっきスタブ6、ボールパッド7の電気
的影響がおよばない範囲の信号線を示す。ここで、ボー
ルパッド7とめっきスタブ6は、第1の実施の形態同
様、所望周波数範囲で容量性を示すように形成されてい
るものとする。[Second Embodiment] FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view schematically showing a case where the wiring pattern on the outermost surface of the high-speed transmission compatible BGA in the embodiment is viewed from directly above. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a high-speed transmission compatible BGA according to the second embodiment. 5 and 6,
1 is a semiconductor element, 2 is a wire, 5 is a via, 6 is a plating stub, 7 is a ball pad, 8 is a solder ball, and 9 is GN.
D layer, 10 is a power supply layer, 53 is a BGA base material, 54 is a signal line in a range where the plating stub 6 and the ball pad 7 are electrically affected, and 55 is a plating stub 6 and the ball pad 7 are not electrically affected. The range signal lines are shown. Here, it is assumed that the ball pad 7 and the plating stub 6 are formed so as to show capacitance in a desired frequency range, as in the first embodiment.
【0051】本実施の形態では、めっきスタブ6、ボー
ルパッド7の電気的影響がおよばない範囲の信号線55
は、めっきスタブ6、ボールパッド7の電気的影響がお
よぶ範囲の信号線54のインピーダンスが低くなってい
るため、信号線55のインピーダンスを信号線54のイ
ンピーダンスと一致させるような所望の配線幅に設定し
ている。ここで、信号線55の配線幅は、信号線54の
配線幅よりも広く設定される。これにより、信号線54
と信号線55は同一インピーダンスとなり、BGA上の
インピーダンスを一定の値とすることができる。In the present embodiment, the signal line 55 within a range where the plating stub 6 and the ball pad 7 are not electrically affected.
Indicates that the impedance of the signal line 54 is low in the range where the electrical influence of the plating stub 6 and the ball pad 7 is exerted, so that the impedance of the signal line 55 has a desired wiring width that matches the impedance of the signal line 54. It is set. Here, the wiring width of the signal line 55 is set wider than the wiring width of the signal line 54. As a result, the signal line 54
And the signal line 55 have the same impedance, and the impedance on the BGA can be a constant value.
【0052】上記のように、BGA上の伝送線路の特性
インピーダンスを一定にすることにより、パッケージ伝
送線路上での信号波形の歪みを取り除くことができ、シ
ステムの誤動作を無くすことができる。As described above, by making the characteristic impedance of the transmission line on the BGA constant, the distortion of the signal waveform on the package transmission line can be removed and the malfunction of the system can be eliminated.
【0053】〔第3の実施の形態〕第3の実施の形態の
構成を説明する前に、まず図7を用いて、本実施の形態
における考えかたの一例を説明しておく。[Third Embodiment] Before describing the configuration of the third embodiment, an example of the idea of the present embodiment will be described with reference to FIG.
【0054】図7に示すように、特性インピーダンスZ
0 を持つ伝送線路の終端に負荷ZLを接続したとき、負
荷ZL からLだけ離れた点から見たインピーダンスZin
は、数7で与えられる。As shown in FIG. 7, the characteristic impedance Z
When the load Z L is connected to the end of the transmission line having 0 , the impedance Z in seen from the point separated from the load Z L by L
Is given by equation 7.
【0055】[0055]
【数7】 [Equation 7]
【0056】数7から、L=λ/2,λ,3λ/2,・
・・で、Zin=ZL となる。すなわち、ZL をZ0 のイ
ンピーダンスを持つ伝送路上任意の周波数での2分の1
実効波長の倍数の位置から眺めたインピーダンスZinは
ZL となる。From Equation 7, L = λ / 2, λ, 3λ / 2, ...
··· In, Z in = Z L. That is, Z L is halved at an arbitrary frequency on the transmission line having an impedance of Z 0.
The impedance Z in viewed from the position of the multiple of the effective wavelength is Z L.
【0057】図8は本発明の第3の実施の形態における
高速伝送対応BGAの最表面の配線パターンを真上から
眺めた場合を模式的に示した平面図であり、その断面構
成は、ワイヤ2の接続部およびその近傍の信号線85端
部分が異なるだけで図6と同様である。図8において、
1は半導体素子、2はワイヤ、5はビア、6はめっきス
タブ、83はBGA基材、84はめっきスタブ6、ボー
ルパッド7(図6参照)の電気的影響がおよぶ範囲の信
号線、85はめっきスタブ6、ボールパッド7の電気的
影響がおよばない範囲の信号線、86は、めっきスタブ
6、ボールパッド7の電気的影響がおよばない範囲の信
号線85端に形成された容量性負荷を示す。容量性負荷
86は、信号線85の先端付近(容量性が信号線全てに
及ぶ範囲)に接続され、配線幅の太い線路や、円形パッ
ド等の容量性となる形状の回路パターンを表層に形成し
てもよいし、内層に形成し接続することも可能である
し、チップコンデンサや薄膜容量素子などの外付け部品
を用いることも可能である。また、信号線85の線路長
は、所望の周波数帯域の最高周波数の実効波長の2分の
1の倍数となる長さに設定されている。ここで、第1の
実施の形態同様、ボールパッド7とめっきスタブ6は所
望周波数範囲で容量性を示すように形成されているもの
とする。FIG. 8 is a plan view schematically showing a case where the wiring pattern on the outermost surface of the BGA compatible with high-speed transmission according to the third embodiment of the present invention is viewed from directly above. It is the same as FIG. 6 except that the two connection portions and the end portion of the signal line 85 in the vicinity thereof are different. In FIG.
Reference numeral 1 is a semiconductor element, 2 is a wire, 5 is a via, 6 is a plating stub, 83 is a BGA base material, 84 is a plating stub 6, and a signal line in a range in which the ball pad 7 (see FIG. 6) is electrically affected. Is a signal line in a range where the plating stub 6 and the ball pad 7 are not electrically affected, and 86 is a capacitive load formed at the end of the signal line 85 in a range where the plating stub 6 and the ball pad 7 are not electrically affected. Indicates. The capacitive load 86 is connected near the tip of the signal line 85 (range in which the capacitance extends to the entire signal line), and a circuit pattern having a capacitive shape such as a line with a large wiring width or a circular pad is formed on the surface layer. Alternatively, it may be formed in an inner layer and connected, or an external component such as a chip capacitor or a thin film capacitive element may be used. The line length of the signal line 85 is set to a length that is a multiple of ½ of the effective wavelength of the highest frequency of the desired frequency band. Here, it is assumed that the ball pad 7 and the plating stub 6 are formed so as to exhibit capacitance in a desired frequency range, as in the first embodiment.
【0058】めっきスタブ6、ボールパッド7の電気的
影響がおよばない範囲の信号線85より、めっきスタブ
6、ボールパッド7の電気的影響がおよぶ範囲の信号線
84のインピーダンスが低くなっているため、信号線8
5のインピーダンスを信号線84のインピーダンスと一
致させるような所望の負荷86を信号線85端に形成
し、且つ信号線85の線路長を所望の周波数帯域の最高
周波数の実効波長の2分の1の倍数となる長さに設定す
ることにより、信号線84と信号線85は同一インピー
ダンスとなりBGA上のインピーダンスを一定の値とす
ることができる。ここで、信号線85の線路長を、最高
周波数の実効波長に対して設定しているのは、立ち上が
り,立ち下がりの最もはやい最高周波数で信号伝送の特
性が決定されると仮定しているためである。なお、信号
線84単体のインピーダンスはハイインピーダンスであ
るが、ここで言う信号線85のインピーダンスを一致さ
せる対象となる信号線84のインピーダンスは、めっき
スタブ6、ボールパッド7の電気的影響を加えたもので
あり、外部電極パッドからみた導体配線の特性インピー
ダンスのことである。The impedance of the signal line 84 in the range where the plating stub 6 and the ball pad 7 are electrically affected is lower than the impedance of the signal line 85 where the plating stub 6 and the ball pad 7 are not electrically affected. , Signal line 8
A desired load 86 for matching the impedance of No. 5 with the impedance of the signal line 84 is formed at the end of the signal line 85, and the line length of the signal line 85 is half the effective wavelength of the highest frequency of the desired frequency band. By setting the length to be a multiple of, the signal line 84 and the signal line 85 have the same impedance, and the impedance on the BGA can be a constant value. Here, the line length of the signal line 85 is set with respect to the effective wavelength of the highest frequency because it is assumed that the characteristics of signal transmission are determined at the highest frequency of rising and falling. Is. Note that the impedance of the signal line 84 alone is high impedance, but the impedance of the signal line 84 to be matched here with the impedance of the signal line 85 is an electrical effect of the plating stub 6 and the ball pad 7. The characteristic impedance of the conductor wiring as viewed from the external electrode pad.
【0059】上記のように、BGA上の伝送線路の特性
インピーダンスを一定にすることにより、パッケージ伝
送線路上での信号波形の歪みを取り除くことができ、シ
ステムの誤動作を無くすことができる。As described above, by keeping the characteristic impedance of the transmission line on the BGA constant, the distortion of the signal waveform on the package transmission line can be removed, and the malfunction of the system can be eliminated.
【0060】〔第4の実施の形態〕図9は、本発明の第
4の実施の形態における高速伝送対応BGAの断面模式
図を示す。図9において、2はワイヤ、5はビア、6は
めっきスタブ、7はボールパッド、8ははんだボール、
9はGND層、10は電源層、91は半導体素子、93
はBGA基材、94はめっきスタブ6、ボールパッド7
の電気的影響がおよぶ範囲の信号線、95はめっきスタ
ブ6、ボールパッド7の電気的影響がおよばない範囲の
信号線、96は半導体素子91内に設けられた容量性負
荷を示す。容量性負荷96は、例えば、半導体素子91
内に絶縁層を挟んだ平行平板コンデンサからなり、半導
体素子91の線路を通じてワイヤ2に接続されていても
よいし、また、ワイヤ2に接続されるパッドをコンデン
サの一方の電極とし、その下に絶縁層を挟んで他方の電
極を形成した平行平板コンデンサであってもよい。ここ
で、第1の実施の形態同様、ボールパッド7とめっきス
タブ6は所望周波数範囲で容量性を示すように形成され
ているものとする。[Fourth Embodiment] FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a high speed transmission compatible BGA according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 9, 2 is a wire, 5 is a via, 6 is a plating stub, 7 is a ball pad, 8 is a solder ball,
9 is a GND layer, 10 is a power supply layer, 91 is a semiconductor element, and 93
BGA base material, 94 plating stub 6, ball pad 7
Signal line in the range where the electric influence of the plating stub 6 and the ball pad 7 does not reach the electric line, and 96 represents a capacitive load provided in the semiconductor element 91. The capacitive load 96 is, for example, the semiconductor element 91.
The capacitor may be a parallel plate capacitor having an insulating layer sandwiched therein, and may be connected to the wire 2 through the line of the semiconductor element 91. Further, the pad connected to the wire 2 may be one electrode of the capacitor, and below it. It may be a parallel plate capacitor in which the other electrode is formed with the insulating layer sandwiched therebetween. Here, it is assumed that the ball pad 7 and the plating stub 6 are formed so as to exhibit capacitance in a desired frequency range, as in the first embodiment.
【0061】めっきスタブ6、ボールパッド7の電気的
影響がおよばない範囲の信号線95より、めっきスタブ
6、ボールパッド7の電気的影響がおよぶ範囲の信号線
94のインピーダンスが低くなっているため、半導体素
子91内の容量性負荷96は、信号線95のインピーダ
ンスを信号線94のインピーダンスと一致させるような
所望の容量値に設定している。また、信号線95の線路
長は、第3の実施の形態における信号線85同様、所望
の周波数帯域の最高周波数の実効波長の2分の1の倍数
となる長さに設定されている。これにより、信号線94
と信号線95は同一インピーダンスとなりBGA上のイ
ンピーダンスを一定の値とすることができる。The impedance of the signal line 94 in the range in which the plating stub 6 and the ball pad 7 are electrically influenced is lower than the impedance of the signal line 95 in the range in which the plating stub 6 and the ball pad 7 are not electrically affected. The capacitive load 96 in the semiconductor element 91 is set to a desired capacitance value so that the impedance of the signal line 95 matches the impedance of the signal line 94. The line length of the signal line 95 is set to a length that is a multiple of ½ of the effective wavelength of the highest frequency of the desired frequency band, as in the signal line 85 in the third embodiment. As a result, the signal line 94
And the signal line 95 have the same impedance, and the impedance on the BGA can be a constant value.
【0062】上記のように、BGA上の伝送線路の特性
インピーダンスを一定にすることにより、パッケージ伝
送線路上での信号波形の歪みを取り除くことができ、シ
ステムの誤動作を無くすことができる。As described above, by keeping the characteristic impedance of the transmission line on the BGA constant, the distortion of the signal waveform on the package transmission line can be removed, and the malfunction of the system can be eliminated.
【0063】〔第5の実施の形態〕図10は本発明の第
5の実施の形態における高速伝送対応BGAの断面模式
図を示す。図10において、2はワイヤ、5はビア、6
はめっきスタブ、7はボールパッド、8ははんだボー
ル、9はGND層、10は電源層、1001は半導体素
子、1003はBGA基材、1004はめっきスタブ
6、ボールパッド7の電気的影響がおよぶ範囲の信号
線、1005はめっきスタブ6、ボールパッド7の電気
的影響がおよばない範囲の信号線、1006は半導体素
子1001上に設けられた電極パッドを示す。ここで、
第1の実施の形態同様、ボールパッド7とめっきスタブ
6は所望周波数範囲で容量性を示すように形成されてい
るものとする。[Fifth Embodiment] FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a high speed transmission compatible BGA according to a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 10, 2 is a wire, 5 is a via, 6
Is a plating stub, 7 is a ball pad, 8 is a solder ball, 9 is a GND layer, 10 is a power supply layer, 1001 is a semiconductor element, 1003 is a BGA base material, 1004 is the plating stub 6 and the ball pad 7 have an electrical effect. A signal line in a range 1005 indicates a signal line in a range where the plating stub 6 and the ball pad 7 do not have an electrical influence, and 1006 indicates an electrode pad provided on the semiconductor element 1001. here,
Similar to the first embodiment, it is assumed that the ball pad 7 and the plating stub 6 are formed so as to be capacitive in the desired frequency range.
【0064】第5の実施の形態は、第4の実施の形態に
おける容量性負荷を半導体素子1001内に形成するの
ではなく、半導体素子1001の電極パッド1006部
分の容量により信号線1005のインピーダンスを信号
線1004のインピーダンスと一致させる構造をなして
いる。In the fifth embodiment, the capacitive load in the fourth embodiment is not formed in the semiconductor element 1001, but the impedance of the signal line 1005 is changed by the capacitance of the electrode pad 1006 portion of the semiconductor element 1001. It has a structure that matches the impedance of the signal line 1004.
【0065】上記のように、BGA上の伝送線路の特性
インピーダンスを一定にすることにより、パッケージ伝
送線路上での信号波形の歪みを取り除くことができ、シ
ステムの誤動作を無くすことができる。As described above, by making the characteristic impedance of the transmission line on the BGA constant, the distortion of the signal waveform on the package transmission line can be removed and the malfunction of the system can be eliminated.
【0066】〔第6の実施の形態〕図11は本発明の第
6の実施の形態における高速伝送対応BGAの断面模式
図を示す。図11において、1は半導体素子、2はワイ
ヤ、5はビア、6はめっきスタブ、7はボールパッド、
8ははんだボール、9はGND層、10は電源層、11
03はBGA基材、1104はめっきスタブ6、ボール
パッド7の電気的影響がおよぶ範囲の信号線、1105
はめっきスタブ6、ボールパッド7の電気的影響がおよ
ばない範囲の信号線を示す。ここで、第1の実施の形態
同様、ボールパッド7とめっきスタブ6は所望周波数範
囲で容量性を示すように形成されているものとする。[Sixth Embodiment] FIG. 11 is a schematic sectional view of a high-speed transmission compatible BGA according to a sixth embodiment of the present invention. In FIG. 11, 1 is a semiconductor element, 2 is a wire, 5 is a via, 6 is a plating stub, 7 is a ball pad,
8 is a solder ball, 9 is a GND layer, 10 is a power supply layer, 11
Reference numeral 03 is a BGA base material, 1104 is a signal line in a range where the plating stub 6 and the ball pad 7 are electrically affected.
Indicates a signal line in a range where the plating stub 6 and the ball pad 7 are not electrically affected. Here, it is assumed that the ball pad 7 and the plating stub 6 are formed so as to exhibit capacitance in a desired frequency range, as in the first embodiment.
【0067】第6の実施の形態は、めっきスタブ6、ボ
ールパッド7の電気的影響がおよばない範囲の信号線1
105の線路長を、所望周波数帯域の最高周波数の実効
波長の4分の1未満とする。4分の1実効波長未満とす
ることにより、めっきスタブ6、ボールパッド7の電気
的影響がおよばない範囲の信号線1105を集中定数的
に扱うことが可能となり、インピーダンス不整合の影響
を小さくすることができる。In the sixth embodiment, the signal line 1 is in a range where the plating stub 6 and the ball pad 7 do not have an electrical influence.
The line length of 105 is less than a quarter of the effective wavelength of the highest frequency of the desired frequency band. By setting the wavelength to be less than 1/4 effective wavelength, it is possible to handle the signal line 1105 in a range where the electric influence of the plating stub 6 and the ball pad 7 does not affect as a lumped constant, and reduce the influence of impedance mismatch. be able to.
【0068】上記のようにインピーダンス不整合を小さ
くすることにより、パッケージ伝送線路上での信号波形
の歪みを小さくすることができ、システムの誤動作を無
くすことができる。By reducing the impedance mismatch as described above, the distortion of the signal waveform on the package transmission line can be reduced, and the malfunction of the system can be eliminated.
【0069】上記の第1〜第6の実施の形態では、BG
Aを例に述べたが、CSP等他のアレイパッドパッケー
ジに対しても全て適用可能である。例えばCSPの場
合、外部パッド1409(図14参照)が外部電極パッ
ドである。In the first to sixth embodiments described above, BG
Although A has been described as an example, it is also applicable to all other array pad packages such as CSP. For example, in the case of CSP, the external pad 1409 (see FIG. 14) is the external electrode pad.
【0070】[0070]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体素
子を搭載したBGAやCSPのパッケージにおいて、所
望周波数範囲でパッケージ上信号線路全体で均一な特性
インピーダンスを実現する、あるいは、特性インピーダ
ンスが不均一の部分が存在しても伝送上問題とならない
長さ範囲を限定することにより、パッケージ部分での信
号の歪みをできるだけ小さくすることができる。As described above, according to the present invention, in a BGA or CSP package in which a semiconductor element is mounted, a uniform characteristic impedance is realized in the entire signal line on the package in a desired frequency range, or the characteristic impedance is By limiting the length range that does not cause a transmission problem even if there is a non-uniform portion, signal distortion in the package portion can be minimized.
【図1】本発明の第1実施の形態における高速伝送対応
BGAの断面模式図。FIG. 1 is a schematic sectional view of a high-speed transmission compatible BGA according to a first embodiment of the present invention.
【図2】SPICEシミュレータによる全線にボールパ
ッド、めっきスタブの電気的影響がおよぶ信号線のTD
R波形見積もり結果を示す図。[Fig. 2] TD of signal line where electrical influence of ball pad and plating stub affects all lines by SPICE simulator
The figure which shows a R waveform estimation result.
【図3】SPICEシミュレータによるボールパッド、
めっきスタブの電気的影響がおよばない範囲を有する信
号線のTDR波形見積もり結果を示す図。FIG. 3 is a ball pad by a SPICE simulator,
The figure which shows the TDR waveform estimation result of the signal line which has the range where the electrical influence of a plating stub does not reach.
【図4】tanβlとβlないしlの関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between tan β1 and β1 to β1.
【図5】本発明の第2実施の形態における高速伝送対応
BGAの最表面の配線パターンの平面模式図。FIG. 5 is a schematic plan view of a wiring pattern on the outermost surface of a high speed transmission compatible BGA according to a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第2実施の形態における高速伝送対応
BGAの断面模式図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a high speed transmission compatible BGA according to a second embodiment of the present invention.
【図7】特性インピーダンスZ0 の線路端に負荷ZL を
接続時の負荷方向を眺めたときのZ0 線路上の点での入
力インピーダンスと波長との関係図。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the input impedance and the wavelength at a point on the Z 0 line when the load direction is observed when the load Z L is connected to the line end of the characteristic impedance Z 0 .
【図8】本発明の第3実施の形態における高速伝送対応
BGAの最表面の配線パターンの平面模式図。FIG. 8 is a schematic plan view of a wiring pattern on the outermost surface of a high speed transmission compatible BGA according to a third embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第4の実施の形態における高速伝送対
応BGAの断面構成図。FIG. 9 is a sectional configuration diagram of a high-speed transmission compatible BGA according to a fourth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第5の実施の形態における高速伝送
対応BGAの断面構成図。FIG. 10 is a cross-sectional configuration diagram of a high speed transmission compatible BGA according to a fifth embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第6の実施の形態における高速伝送
対応BGAの断面構成図。FIG. 11 is a cross-sectional configuration diagram of a high speed transmission compatible BGA according to a sixth embodiment of the present invention.
【図12】従来例における高速伝送に対応したBGAの
断面構成図。FIG. 12 is a cross-sectional configuration diagram of a BGA compatible with high-speed transmission in a conventional example.
【図13】従来例における高速伝送に対応したBGAの
表層配線パターンの一例図。FIG. 13 is a diagram showing an example of a BGA surface layer wiring pattern corresponding to high-speed transmission in a conventional example.
【図14】従来例における高速伝送に対応したCSPの
断面構成図。FIG. 14 is a cross-sectional configuration diagram of a CSP compatible with high-speed transmission in a conventional example.
【図15】従来例における高速伝送に対応したCSPの
表層配線パターンの一例図。FIG. 15 is a diagram showing an example of a surface wiring pattern of a CSP compatible with high-speed transmission in a conventional example.
【図16】めっきスタブを含むBGA上の信号線路ブロ
ック図。FIG. 16 is a signal line block diagram on a BGA including a plating stub.
【図17】はんだボールの形成方法を示す工程図。FIG. 17 is a process drawing showing the method of forming solder balls.
1 半導体素子
2 ワイヤ
3 BGA基材
4 信号線
5 ビア
6 めっきスタブ
7 ボールパッド
9 GND層
10 電源層
53 BGA基材
54 めっきスタブ6、ボールパッド7の影響のおよぶ
範囲の信号線
55 めっきスタブ6、ボールパッド7の影響のおよば
ない範囲の信号線
83 BGA基材
84 めっきスタブ6、ボールパッド7の影響のおよぶ
範囲の信号線
85 めっきスタブ6、ボールパッド7の影響のおよば
ない範囲の信号線
86 容量性負荷
91 半導体素子
93 BGA基材
94 めっきスタブ6、ボールパッド7の影響のおよぶ
範囲の信号線
95 めっきスタブ6、ボールパッド7の影響のおよば
ない範囲の信号線
96 半導体素子91内に形成された容量性負荷
1001 半導体素子
1003 BGA基材
1004 めっきスタブ6、ボールパッド7の影響のお
よぶ範囲の信号線
1005 めっきスタブ6、ボールパッド7の影響のお
よばない範囲の信号線
1006 半導体素子1001上に形成された電極パッ
ド
1103 BGA基材
1104 めっきスタブ6、ボールパッド7の影響のお
よぶ範囲の信号線
1105 めっきスタブ6、ボールパッド7の影響のお
よばない範囲の信号線1 semiconductor element 2 wire 3 BGA base material 4 signal line 5 via 6 plating stub 7 ball pad 9 GND layer 10 power supply layer 53 BGA base material 54 signal wire 55 in the range affected by the plating stub 6 and ball pad 55 plating stub 6 , Signal line 83 in a range not affected by ball pad 7 BGA base material 84 plating stub 6, signal line in a range affected by ball pad 7 signal line 85 in a range not affected by plating stub 6, ball pad 7 86 Capacitive load 91 Semiconductor element 93 BGA base material 94 Signal line 95 in a range affected by the plating stub 6 and ball pad 7 Signal line 96 in a range not influenced by the plating stub 6 and ball pad 7 Within the semiconductor element 91 Formed capacitive load 1001 Semiconductor element 1003 BGA base material 1004 Plating stub 6, ball pad Signal line 1005 in the range of influence of the signal line 1006 of the plating stub 6 and the ball pad 7 Signal line 1006 in the range of no influence of the electrode pad 1103 formed on the semiconductor element 1001 BGA substrate 1104 Effect of the plating stub 6 and the ball pad 7 Signal line in the range 1105 Signal line in a range not affected by the plating stub 6 and ball pad 7
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−37201(JP,A) 特開 平6−204357(JP,A) 特開 平8−88294(JP,A) 特開 平10−214917(JP,A) 特開 平10−308470(JP,A) 特開 平10−326860(JP,A) 特開 平11−214581(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-6-37201 (JP, A) JP-A-6-204357 (JP, A) JP-A-8-88294 (JP, A) JP-A-10- 214917 (JP, A) JP 10-308470 (JP, A) JP 10-326860 (JP, A) JP 11-214581 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 23/12
Claims (6)
と、前記半導体素子を搭載し前記半導体素子の電極パッ
ドからの電気信号、電力等を導体配線を介して外部へ出
力または外部から入力する外部電極パッドとを設けた基
材とを備え、前記基材の前記導体配線にめっきスタブを
有する半導体装置であって、前記めっきスタブおよび前記外部電極パッドが前記電気
信号のもつ最高周波数において容量性を示すように前記
めっきスタブの長さおよび前記外部電極パッドの形を設
定して、 前記外部電極パッドから前記半導体素子の電極
パッドと接続する部分までの導体配線の特性インピーダ
ンスが一定である構成にしたことを特徴とする半導体装
置。1. A semiconductor element having a plurality of electrode pads, and an external electrode on which the semiconductor element is mounted and which outputs or inputs electric signals, power, etc. from the electrode pad of the semiconductor element to the outside through conductor wiring. A semiconductor device having a base material provided with a pad, wherein the conductor wiring of the base material has a plating stub , wherein the plating stub and the external electrode pad are electrically connected to each other.
In order to be capacitive at the highest frequency of the signal,
Set the length of the plating stub and the shape of the external electrode pad.
The semiconductor device is characterized in that the characteristic impedance of the conductor wiring from the external electrode pad to the portion connected to the electrode pad of the semiconductor element is constant.
の電極パッドと接続する部分までの導体配線のうち、前
記めっきスタブまたは外部電極パッドの存在により前記
導体配線の特性インピーダンスが変化する範囲を超える
部分の導体配線の配線幅を、前記外部電極パッドから前
記半導体素子の電極パッドと接続する部分までの導体配
線全線で特性インピーダンスが一定となる配線幅にした
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 2. The semiconductor element from the external electrode pad
Of the conductor wiring up to the part connected to the electrode pad of
Due to the presence of plating stubs or external electrode pads
Exceeds the range in which the characteristic impedance of the conductor wiring changes
Set the wiring width of the part of the conductor wiring from the external electrode pad
Conductor layout up to the part that connects to the electrode pad of the semiconductor element
The wiring width is set so that the characteristic impedance is constant for all lines.
The semiconductor device according to claim 1, wherein:
の電極パッドと接続する部分までの導体配線のうち、前
記めっきスタブまたは外部電極パッドの存在により前記
導体配線の特性インピーダンスが変化する範囲を超える
部分の導体配線の長さを、前記電気信号がもつ最高周波
数の実効波長の2分の1の倍数と同長とし、前記外部電
極パッドからみた導体配線の特性インピーダンスと前記
めっきスタブまたは外部電極パッドの存在により前記導
体配線の特性インピーダンスが変化する範囲を超える部
分の導体配線の特性インピーダンスとが同じとなるよう
な負荷を、前記めっきスタブまたは外部電極パッドの存
在により前記導体配線の特性インピーダンスが変化する
範囲を超える部分の導体配線の端に形成することによ
り、前記外部電極パッドから前記半導体素子の電極パッ
ドと接続する部分までの導体配線全線で特性インピーダ
ンスが一定となるようにしたことを特徴とする請求項1
記載の半導体装置。 3. The semiconductor element from the external electrode pad
Of the conductor wiring up to the part connected to the electrode pad of
Due to the presence of plating stubs or external electrode pads
Exceeds the range in which the characteristic impedance of the conductor wiring changes
The length of the conductor wiring of the part, the highest frequency that the electrical signal has
The same length as a multiple of one half of the effective wavelength
The characteristic impedance of the conductor wiring seen from the pole pad and
The presence of plating stubs or external electrode pads
Parts that exceed the range in which the characteristic impedance of body wiring changes
So that the characteristic impedance of the conductor wiring is the same
Load on the plating stub or external electrode pad.
The characteristic impedance of the conductor wiring changes depending on the presence
By forming it at the end of the conductor wiring that exceeds the range
From the external electrode pad to the electrode pad of the semiconductor element.
Characteristic impeder with all conductor wiring up to the part connected to the cable
2. The resistance is set to be constant.
The semiconductor device described.
の電極パッドと接続す る部分までの導体配線のうち、前
記めっきスタブまたは外部電極パッドの存在により前記
導体配線の特性インピーダンスが変化する範囲を超える
部分の導体配線の長さを、前記電気信号がもつ最高周波
数の実効波長の2分の1の倍数と同長とし、前記外部電
極パッドからみた導体配線の特性インピーダンスと前記
めっきスタブまたは外部電極パッドの存在により前記導
体配線の特性インピーダンスが変化する範囲を超える部
分の導体配線の特性インピーダンスとが同じとなるよう
な負荷を、前記半導体素子の内部に設けることにより、
前記外部電極パッドから前記半導体素子の電極パッドと
接続する部分までの導体配線全線で特性インピーダンス
が一定となるようにしたことを特徴とする請求項1記載
の半導体装置。 4. The semiconductor element from the external electrode pad
Of until the portion where the electrode pads to connect conductor wiring, before
Due to the presence of plating stubs or external electrode pads
Exceeds the range in which the characteristic impedance of the conductor wiring changes
The length of the conductor wiring of the part, the highest frequency that the electrical signal has
The same length as a multiple of one half of the effective wavelength
The characteristic impedance of the conductor wiring seen from the pole pad and
The presence of plating stubs or external electrode pads
Parts that exceed the range in which the characteristic impedance of body wiring changes
So that the characteristic impedance of the conductor wiring is the same
By providing a load inside the semiconductor element,
From the external electrode pad to the electrode pad of the semiconductor element
Characteristic impedance of all conductor wiring up to the connection part
2. The method according to claim 1, characterized in that
Semiconductor device.
の電極パッドと接続する部分までの導体配線のうち、前
記めっきスタブまたは外部電極パッドの存在により前記
導体配線の特性インピーダンスが変化する範囲を超える
部分の導体配線の長さを、前記電気信号がもつ最高周波
数の実効波長の2分の1の倍数と同長とし、前記外部電
極パッドからみた導体配線の特性インピーダンスと前記
めっきスタブまたは外部電極パッドの存在により前記導
体配線の特性インピーダンスが変化する範囲を超える部
分の導体配線の特性インピーダンスとが同じとなるよう
な負荷を、前記半導体素子の電極パッドに持たせること
により、前記外部電極パッドから前記半導体素子の電極
パッドと接続する部分までの導体配線全線で特性インピ
ーダンスが一定となるようにしたことを特徴とする請求
項1記載の半導体装置。 5. The semiconductor element from the external electrode pad
Of the conductor wiring up to the part connected to the electrode pad of
Due to the presence of plating stubs or external electrode pads
Exceeds the range in which the characteristic impedance of the conductor wiring changes
The length of the conductor wiring of the part, the highest frequency that the electrical signal has
The same length as a multiple of one half of the effective wavelength
The characteristic impedance of the conductor wiring seen from the pole pad and
The presence of plating stubs or external electrode pads
Parts that exceed the range in which the characteristic impedance of body wiring changes
So that the characteristic impedance of the conductor wiring is the same
Load to the electrode pad of the semiconductor element
The external electrode pad to the electrode of the semiconductor element.
Characteristic impedance can be obtained with all conductor wiring up to the part connected to the pad.
A claim characterized by making the dance constant
Item 1. The semiconductor device according to item 1.
と、前記半導体素子を搭載し前記半導体素子の電極パッ
ドからの電気信号、電力等を導体配線を介して外部へ出
力または外部から入力する外部電極パッドとを設けた基
材とを備え、前記基材の前記導体配線にめっきスタブを
有する半導体装置であって、 前記外部電極パッドから前記半導体素子の電極パッドと
接続する部分までの導体配線のうち、前記めっきスタブ
または外部電極パッドの存在により前記導体配線の特性
インピーダンスが変化する範囲を超える部分の導体配線
の長さを、前記特性インピーダンスが不均一の部分が存
在しても伝送上問題とならない長さである、前記電気信
号がもつ最高周波数の実効波長の4分の1未満とする構
成にしたことを特徴とする半導体装置。6. A semiconductor element having a plurality of electrode pads, and an external electrode on which the semiconductor element is mounted and which outputs or inputs electric signals, electric power, etc. from the electrode pad of the semiconductor element to the outside through conductor wiring. A semiconductor device comprising a base material provided with a pad, wherein the conductor wiring of the base material has a plating stub, of the conductor wiring from the external electrode pad to a portion connected to the electrode pad of the semiconductor element , The length of the conductor wiring exceeds the range in which the characteristic impedance of the conductor wiring changes due to the presence of the plating stub or the external electrode pad, and there is a portion where the characteristic impedance is not uniform.
A semiconductor device characterized in that it has a length less than a quarter of the effective wavelength of the highest frequency of the electric signal , which is a length that does not cause a transmission problem even if present .
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