JP4275032B2 - 回路基板の設計方法 - Google Patents

Description

本発明は回路基板の設計方法に関し、特に電子機器に適用される回路基板をＣＡＤにより設計する方法の改良に関する。

電子機器は、半導体素子及び／或いはその他の電気／電子素子などの電子デバイス単体、或いは電子デバイスを搭載した回路基板を含む。
最近の電子機器の小型化、軽量化の要求を満足すべく、電子機器を構成する電子デバイス及び回路基板はより小形化、高密度化が図られている。
高密度化された回路基板の設計は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）により行われる。尚、
回路基板は配線基板とも称されるが、ここでは回路基板と呼ぶことにする。

ＣＡＤによる回路基板の設計にあっては、対象となる基板にラッツネスト（Ratsnest）を形成し、ラッツネストを道標にして、配線を引き回す手法が執られる（例えば、特許文献１，２，３，４参照）。
例えば、図１８に示されるように、ステップＳ１００において、半導体デバイス（電子デバイス）を作図する。
次に、ステップＳ１０１において、電子デバイスの端子が接続されるパッド（ワイヤボンディングの場合にはボンディングパッド、フリップチップの場合にはフリップチップ接続用のパッド）、及び外部接続端子を作図する。
外部接続端子は、例えばはんだボールを取付けるボールランドからなり、配線は回路基板を貫通するビア及びビアの両端のビアランドを含む。

次に、ステップＳ１０２において、電子デバイスを回路基板の指定された領域（回路基板の外形に対応する領域に）に仮置き（フロアプランと称する）する。
ステップＳ１０３において、電子デバイスの端子が接続されるパッドと外部接続用端子とを直線で結び、さらに複数の電子デバイスの端子が相互に接続されるようパッドとパッドとを直線で結ぶ。この直線群をラッツネストといい、配線の引回しの道標となる。
しかる後、ステップＳ１０４において、ラッツネストの密集度を確認する。

ラッツネストが密な領域は配線も密集する。
従って、そのままでは配線の引回しが困難となる可能性がある。従って、ラッツネストはできるだけ疎になっている方が好ましい。
そこで、ラッツネストの密集度が高い領域がある（ＮＯ）の場合には、ステップＳ１０２に戻り、ラッツネストが疎になるように、電子デバイスの位置そのものを移動させる（フロアプランの修正）。
ラッツネストの密集度があまり高くない（ＹＥＳ）の場合には、ステップＳ１０５へ進む。
このようにしてラッツネストを改善した後、かかるラッツネストを道標として配線の引回しを行う。
次いで、ステップＳ１０６において、配線の配置・引き回しの可否を確認し、ＮＯの場合にはステップＳ１０２に戻ってさらにフロアプランのやり直しを行う。
ＹＥＳであれば、ステップＳ１０７において回路基板の図面が完成する。

このような従来の回路基板の設計方法は、部品搭載スペースに余裕のある回路基板、すなわちパソコンなどのマザーボードといった比較的に大きな回路基板の設計方法としては、有効な手段と言える。
しかしながら、部品搭載スペースに余裕のない回路基板、例えば携帯端末のマザーボード、あるいは例えばＳＩＰ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎ Ｐａｃａｋｇｅ）を構成するに用いられるインターポーザといった比較的に小さな回路基板の設計においては、搭載する半導体デバイスを移動させるだけのスペースに制限があるため、その度毎にフロアプランのやり直しを行う従来方法では行き詰まってしまう場合がある。

また、配線の引回しを行い、配線の引回しの最終段階まできたときに配線の引回しが不可能であることが判明した場合であっても、初期のフロアプランまで戻り、半導体デバイスの配置を変更し、そしてラッツネストを形成し、配線の引回しを再度行っている。
このため、設計にかける工数が非常に多く、設計期間の増加、従って電子機器の開発に多くの時間を要することになる。
このように回路基板の開発時間が長期化することは、商品サイクルの短い電子機器の開発にとっては大きな障害となる。

特開平４−３４９５１号公報 特開平９−９１３１８号公報 特開平１０−１７１８５６号公報 特開２００３−３４５８４４号公報

本発明の目的は、高密度な配線の引回しを、より効率的に実施することができる回路基板の設計方法を提供することである。

本発明によるコンピュータを利用した回路基板の設計方法は、回路基板に対する、電子デバイスの搭載位置、該電子デバイスの端子が接続されるパッドの位置、及び外部接続用端子の位置を設定するステップと、該パッドと外部接続用端子とを線で結んでラッツネストを形成するステップと、該ラッツネストの線の密集度が最も高い領域を抽出するステップと、該ラッツネストの線の密集度が最も高い領域において配線の経路及び寸法に関する初期の設計ルールを設定するステップと、該ラッツネストの線の密集度が最も高い領域において配線の引回しを行うステップと、該ラッツネストの線の密集度が最も高い領域において該配線の引回しが可能かどうかを確認するステップと、該配線の引回しが不可能な場合、設計ルールを更新及び該更新した設計ルールにしたがった配線の引回しを繰り返し行うステップと、該配線の引回しが可能な場合、設定した設計ルールで残りの領域の配線の引回しを行うステップと、の各ステップを実行するコンピュータ・ソフトウェアによる回路基板の設計方法から成ることを特徴とするものである。

この構成によれば、ラッツネストの線の密集度が最も高い領域において配線の引回しが可能な設計ルールを設定し、かつ、配線の引回しを実施する。その後で、ラッツネストの線の密集度が最も高い領域において配線の引回しが可能な設計ルールを用いて、残りの領域の配線の引回しを実施する。ラッツネストの線の密集度が最も高い領域は、配線の引回しを最も実施しにくい領域であるから、そこで設定した設計ルールを用いれば、その他の領域でも確実に配線の引回しを実施することができる。従って、配線の引回しの最終段階まできたときに配線の引回しが不可能であるという事態を回避することができ、工程の戻りが少なく、短い時間で確実に配線の引回しを行うことができる。

本発明によれば、設計工数を大幅に、従来の方法に比べ約１／２程度にまで短縮することが可能になる。

以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
本発明による回路基板の設計方法が適用される回路基板を含む半導体装置の一例を、図１に示す。
同図において、半導体装置１０は、回路基板１２と、接着剤１４により回路基板１２に搭載された半導体デバイス１６と、半導体デバイス１６を封止する樹脂１８とからなる。
半導体デバイス１６は集積回路が形成された半導体チップであり、集積回路とともに形成された端子２０を有する。

かかる構造において、回路基板１２は、ガラスエポキシなどの絶縁基板からなり、その一方の主面に、前記半導体デバイス１６の端子２０が接続されるパッド２２を有する。
前記半導体デバイス１６の端子２０は、ボンディングワイヤ２４により回路基板１２のパッド２２に接続される。
図示のパッド２２はワイヤボンディングのためのパッドであるが、半導体デバイスの電極形態がフリップチップであればこれに対応して、パッド２２はフリップチップ接続に適したものとすることができる。

前記回路基板１２は、その他方の主面に外部接続用端子２６を有する。外部接続用端子２６は、はんだボール２８が取付けられるボールランドとして形成される。
以後、外部接続用端子２６をボールランドと呼ぶが、外部接続用端子はボールランドに限定されるものではない。
図１に示す半導体装置１０は、一般にＢＧＡ（Ball Grid Array）型半導体装置と称されるものであり、はんだボール２８を用いて電子機器のマザーボード（図示せず）などに搭載される。

図２は、図１に示した半導体装置における回路基板１２の、配線部分の典型例を示す図であり、（Ａ）は図１のＡ部に於ける回路基板１２の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の上面図、（Ｃ）は（Ａ）の底面を示す当該回路基板１２の透視図である。
回路基板１２にあって、パッド２２とボールランド２６は、配線３０により電気的に接続されている。
配線３０は、回路基板１２の半導体デバイス１６が搭載された第一の主面（以後第１側と言う）に設けられる第１線部分３２と、回路基板１２のボールランド２６が設けられた第二の主面（以後第２側と言う）に設けられる第２線部分３４と、第１線部分３２と第２線部分３４を接続するビア３６とを含む。
ビア３６の第１側の端部にはビアランド３８が設けられ、ビア３６の第２側の端部にはビアランド４０が設けられる。
一方、ビアランド３８，４０はビア３６よりも大きな面積を有し、第１側のビアランド３８と第２側のビアランド４０とは通常同じ直径である。
ボールランド２６の直径は、ビアランド３８，４０の直径よりも大きい。
回路基板１２には、複数の配線３０が高密度に形成される。
配線３０は、以下に説明する手順で作図され、回路基板１２に銅等の導体層を選択的に配設して形成される。

図３は、本発明による回路基板の設計方法を実施するために用いる、ＣＡＤシステムの構成を示す。
同図において、５０はＣＡＤ制御部、５１はインプット情報、５２はアウトプット情報を示す。
インプット情報５１としては、部品情報（半導体デバイスの外形寸法、ピン数など）５３、ネットリスト（結線情報）５４、設計ルール（初期値）５５がある。
かかるインプット情報５１について、ユーザーである回路基板設計者はＣＡＤ制御部５０に対して、マウスあるいはキーボードなどの入力装置を用いて入力する。

ＣＡＤ制御部５０では、部品情報５３を元に半導体デバイスを作図し、また部品情報５３から、パッド及びボールランドを作図し、これらを回路基板の適切な箇所に配置する（部品配置５６）。
次に、部品配置５６とネットリスト５４から、ラッツネスト（Ratsnest）を表示させる（ラッツネスト表示５７）。
電子デバイスの配置情報及びラッツネストは、アウトプット情報５２としてモニター６３の画面に表示される。また、種々の情報は必要に応じてモニター６３の画面に表示される。
なお、これらの情報はＣＡＤ制御部５０の中の部品ライブラリ６２に蓄積され、別品種の設計に役立てられる。
ここで、表示されているラッツネストが最も密集している領域を抽出する（密集領域抽出５８）。

かかる密集領域抽出５８を行ったら、その結果に従って、配線引回し制御５９を行う。
ユーザーが入力した設計ルール（初期値）５５は、一旦ＣＡＤ制御部５０内の設計定義ファイル領域６０に取り込まれる。
その設計ルール（初期値）５５を配線の設計ルールの初期値とし、配線引回し制御５９にて配線引回しを行う。
この初期値により配線の引回しが実行できれば、そのままラッツネストの最密集部の配線データと、その時の設計ルールをデータファイルとして出力し、同時にモニター６３に表示させる。

しかしながら、この初期値にて配線の引回しが実行できなかった場合は、ＣＡＤ制御部５０に蓄積されているデータベース６１の値と比較しながら、設計ルールを変更し、配線引回しが可能となるように設計ルールを検索し、配線引回しを行う。

アウトプット情報５２として、データファイル６４がある。配線引回しが可能な場合（ＯＫ時）、ラッツネストの最密集部の配線データ及びその際の設計ルールがデータ６５として出力される。
なお、データベースの全設計ルールの組合せでも、配線引回しが不可能な場合（ＮＧ時）は、配線引回しが不可であることを示すメッセージと、途中までの配線データがデータ６６として出力される。この場合には、フロアプラン工程まで戻り、再びフロアプランを検討する。

本発明による回路基板の設計方法を説明するフローチャートを図４に示す。
この設計方法は、マザーボードあるいはインターポーザなど、多くの回路基板にわたって適用することができるが、ここでは図１及び図２に示されるインターポーザを例にとって説明する。
なお、マザーボードあるいはインターポーザなどの回路基板は、ポリイミドあるいはガラスエポキシといった絶縁基板（誘電体基板）の表面及び／あるいは内部に、導電性の配線が選択的に配設されたものであり、配線材料としては一般的に銅（Ｃｕ）を主体とした材料が適用される。

本発明によれば、ＣＡＤを用い、ステップＳ１１において、部品情報５３（図３）に基いて、回路基板１２に搭載する半導体デバイス１６を作図する。
この場合、回路基板１２に、１つの半導体デバイス１６が搭載される場合もあれば、複数の半導体デバイス１６が共通の回路基板１２に搭載される場合もある。
あるいは半導体デバイス１６及びその他の部品が、一つの回路基板１２に搭載される場合もある。

ステップＳ１２において、ネットリスト５４（図３）に基づいて、回路基板の一方の主面（第１面）に、半導体デバイス１６の電極と対応するパッド２２を作図し、回路基板の他方の主面（第２面）にボールランド２６を作図する。
次いで、ステップＳ１３において、半導体デバイス１６を、指定された領域（回路基板１２の外形に相当する領域）内にフロアプラン（仮置き）する。これは部品配置５６（図３）に相当する。
次いで、ステップＳ１４において、ラッツネストを表示させる。（ラッツネスト表示５７（図３）に相当。）

図５はコンピュータの表示画面を示す図であり、（Ａ）は前記ステップＳ１１（図４）において作図された半導体デバイス１６の外形（最大外形）を示し、（Ｂ）は前記ステップＳ１２（図４）において作図された半導体デバイス１６及び半導体デバイス１６の電極に対応したパッド２２を示す。更に（Ｃ）は前記ステップＳ１３，Ｓ１４（図４）において仮置きされた半導体デバイス１６及びラッツネスト４４を示す。
ここで、ラッツネスト４４は、一部のみ示されている。
前記ステップＳ１２（図４）において作図されたボールランド２６を、図５（Ｃ）に示す。

図６にボールランド２６を集中して配置した場合のラッツネスト４４の一部を示す。
ラッツネスト４４は、対応する即ち電気的接続が必要とされるパッド２２とボールランド２６について、パッド２２を始点とし、ボールランド２６を終点とする線４２を結ぶことにより形成される。
ラッツネスト４４は、全ての線４２を含む線群を称する。

配線３０（図２）は、パッド２２とボールランド２６とを結ぶものであるから、ラッツネスト４４の線４２の延在する方向、及び密度は配線３０の延在する方向及び密度と概略一致している。
従って、配線３０は基本的にはラッツネスト４４の線４２に沿って引回し（作図）することができる。しかしながら、ラッツネスト４４の線４２は直線であり、線幅も小さく、一方実際の配線３０は必ずしも直線とはならず、線幅を考慮しなければならない。従って、実際の配線３０の引回しには困難を伴うこともある。

次いで、ステップＳ１５（図４）において、ラッツネスト４４の密集度を確認し、ラッツネスト４４の線４２の密集度が最も高い領域を抽出する。
これが密集領域抽出５８（図３）に相当する。
ラッツネスト４４の線４２が密集している領域は配線３０も密集することになり、ラッツネスト４４の線４２の密集度が最も高い領域では、配線３０の引回しも難しい。

ラッツネスト４４の密集度を確認する手法の一例を、図７に示す。
図７に示す手法においては、回路基板１２（回路基板１２に相当するコンピュータの表示の部分）を複数の領域に分割し、ラッツネスト４４の線４２の密集度が最も高い領域を抽出する。
即ち、同図の如く、配線基板１２を１６の領域１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ〜１２Ｐに分割し、それぞれの領域におけるラッツネストの密集度を比較する。
図示する例にあっては、領域１２Ａにおいてラッツネスト４４の線４２の密集度が最も高いと判断することができる。
なお、図７において、ラッツネスト４４の線４２は、説明を解り易くするために簡略化して示されている。

ラッツネスト４４が密集する領域にあっては、ラッツネスト４４の線４２により塗りつぶされる程に至るということである。
なお、領域の分割数を増加すると、各領域の面積が小となり、ラッツネストの密集度の差が見え難くなるので、領域の分割は４〜１６程度（携帯機器用の回路基板の場合）にするのが好ましい。
尚、図７に示す実施例にあっては、分割される領域の外形を均等に正方形としているが、正方形以外の形状とすることも可であり、また均等に分割することも要せず、必要に応じて選択することができる。
かかる方法により、ラッツネスト４４の線４２が最も密集する領域を特定する。

次いで、前記配線引回し制御５９（図３）に相当する処理を行う。
ステップＳ１６（図４）において、ラッツネスト４４の線４２の密集度が最も高い領域において配線３０の経路及び寸法に関する設計ルールを設定し、ラッツネスト４４の線４２の密集度が最も高い領域において配線３０を引き回す。
次に、ステップＳ１７（図４）において、ラッツネスト４４の線４２の密集度が最も高い領域において、配線３０の引回しが可能か否かを確認する。

実施例においては、設計ルールを、
ａ）ビアランド３８，４０の位置、
ｂ）配線の線幅と配線間距離（スペース）、
ｃ）ビアランド３８，４０の直径、
ｄ）ボールランド２６の直径
を対象として設定する。
これらのファクターについては、この順番ａ乃至ｄの優先度をもって設定する。そしてかかる設計ルールに基づいて、ラッツネスト密集領域の配線引回しを行う。

最初に、入力された設計ルール（初期値）５５を用いて、ステップＳ１６の配線引回しを行う。
次いで、ステップＳ１７において、ラッツネスト４４の線４２の密集度が最も高い領域において配線３０の引回しが可能か否かを確認する。
もし設定した設計ルール（初期値）５５で配線の引回しができない場合には、ステップＳ１６に戻り、ラッツネスト４４の線４２の密集度が最も高い領域において設計ルールの設定及び配線の引回しを繰り返す。この場合、配線引回し制御５９（図３）では、データベース６１から設計ルール（初期値）５５の代替値を検索し、設計ルールを更新する。そして、配線の引回しを行い、ステップＳ１７の結果を調べる。
このようにして、ラッツネスト４４の線４２の密集度が最も高い領域において、配線３０の引回しが可能になる設計ルールを求める。

ステップＳ１７において、ラッツネスト４４の線４２の密集度が最も高い領域において配線３０の引回しが可能であると判断されたら、ステップＳ１８（図４）において、残りの領域において配線３０の引回しを行う。
この場合、ステップＳ１６で設定した設計ルールに従って配線３０の引回しを行う。ラッツネスト４４の線４２の密集度が最も高い領域は、配線３０の引回しが最も難しい領域であるから、そこで設定した設計ルールを用いれば、その他の領域では確実に且つ容易に配線の引回しを実施することができる。

ステップＳ１９（図４）において、配線図面を完成させる。
配線図面の設計が完了したならば、かかる配線図面に基づいて、回路基板１２上に配線３０を形成する。

本発明による回路基板の設計方法にあっては、前記ステップＳ１６，Ｓ１７（図４）におけるラッツネスト密集領域の設計ルールの設定が重要である。
従来方法にあっては、このような工程が無く、例えば、ステップＳ１８（図４）の全ての配線の引回しまで進み、配線の引回しの最終段階で配線の引回しが可能であるか否かを判断し、不可能であれば、ステップＳ１３（図４）に戻って設計をやり直していた。
回路基板１２の設計においては、ステップＳ１８（図４）の配線の引回しが最も時間を要する工程であり、ほとんど全ての配線の引回しを行った後で前の工程に戻ると設計工数が大きく増加する。
本発明にあっては、ステップＳ１６，Ｓ１７でフィードバックを行う。
このフィードバックは、ステップＳ１８の配線の引回しを行う前に実施され、しかもステップＳ１７から直前のステップＳ１６に戻るだけであるため、従来の方法に比べ設計工数を大幅に、約１／２程度まで短縮することができる。

本発明において、設計ルールを設定する基本的な優先順位としては、（１）適切な径を考慮したビアランドの配置、（２）配線の線幅と配線間距離、（３）ビアランドの直径、（４）ボールランドの直径、（５）ボールレイアウトとする。
ただし、これは絶対ではなく、順序が入れ替わることもある。

この優先順位を基本とした根拠は、回路基板を製造する上で、ビアランドの配置は初期段階である程度決めておくことができ、また配線の線幅と配線間距離を変更することは、比較的に容易に実施することが可能であることに基づく。
次に、ビアランドの直径は、ビアを形成するためにドリルやレーザーで穴あけする際の精度と関係する。またボールランドの直径は、これを小さくするとはんだボールとの接触面積が小さくなり、マザーボードに実装した際の強度が低下するため、できるだけ小さくしたくない。
一方、ボールレイアウトは、組立治具（試験ソケットや出荷トレイ）や接続先のマザーボードとの関係がある。
ただし、この時点でボールレイアウトが決定していない場合には、優先順位を一部変更し、（１）ボールレイアウト、（２）適切な径を考慮したビアランドの配置、（３）配線の線幅と配線間距離、（４）ビアランドの直径、（５）ボールランドの直径としてもよい。

本発明による、回路基板設計方法の他の実施例を、図８に示す。
図８に示す実施例にあっては、１つの回路基板１２に３つの電子デバイス１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃが搭載される構成を対象とする。
かかる場合にも、前記図４に示す、ステップＳ１１乃至Ｓ２０に示される手順により回路基板１２を設計することができる。
図８に示す構成にあっては、前記図４のステップＳ１４にある状態を示し、回路基板１２に搭載される３個の電子デバイス１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃがフロアプランされ、ラッツネスト４４が形成されている。
かかるラッツネスト４４は、パッド２２とボールランド２６を結ぶ線（図８には図示せず）とともに、３個の電子デバイス１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃのそれぞれに対応するパッド２２と、他の半導体デバイスに対応するパッド２２との間を相互に結ぶ線４２により構成されている。
従って、例えば電子デバイス１６Ｂのパッド２２と電子デバイス１６Ｃのパッド２２相互間を結ぶ線により形成されたラッツネスト４４が、基板１２を１２分割したうちの領域１２Ｘにおいて密度が最も高い場合には、この領域１２Ｘを対象として設計ルールの設定を行う。

以下に、設計ルールの設定についての基本的なアルゴリズムをさらに詳細に説明する。
ここでは、２層の導体層を含むインターポーザ（図１，２）を例にとって説明するが、本発明は３層以上の導体層を含む回路基板にも適用することができる。
回路基板の設計は、導体層の層数を増やすことにより、導体層毎の設計ルールが緩和されるためより簡単になる。しかしながら、導体層の多層化は大幅な製造コストの上昇を招く。（２層から４層にすると約２倍のコストになる。）
携帯電話などの民生品用途では、低コストが必須であり、設計者はできるだけ回路基板の導体層の層数を少なくし、且つ所定の電子デバイスを搭載可能に設計する必要がある。

図９は、設計ルールを設定する上での基準例を説明する回路基板の一例を示し、同図（Ａ）は当該回路基板の上面を示し、（Ｃ）は当該基板を上面側より透視した状態にて下面を示し、（Ｂ）は（Ａ）あるいは（Ｃ）における線Ｘ−Ｘに沿う断面を示す。
同図において、前記図５に示す構成に対応する部位には、同図５と同じ符号を付している。
ここでは、最初にビアランド３８，４０の配置を次のようにして設定する。
まず回路基板１２の、配線可能な面積が小さい側、即ちボールランドが配設される側に於ける配線の部分を少なくするように、ビアランド３８，４０を、ラッツネスト４４の線４２の端部付近に配置する。

かかる回路基板１２の第１側（上面）には第１線部分３２と、ビアランド３８が配設され、回路基板１２の第２側（下面）には第２線部分３４と、ビアランド４０と、ボールランド２６が配設される。
即ち、図１１（Ｃ）を参照すると、第２側にはボールランド２６を配置する必要があるため、配線引回しを行うスペースに余裕がない（配線自由度が低い）。
従って、ビアランド３８，４０をラッツネスト４４の線４２の端部付近、すなわちボールランド２６の近くに配置し、回路基板１２の第２側の第２線部分３４を短くするのが好ましい。

図１０は、前記図９の設計ルールに従って引き回された配線の例を示し、同図（Ａ）は上面、（Ｃ）は透視した状態の下面、（Ｂ）は、（Ａ）あるいは（Ｃ）における線Ｘ−Ｘに沿う断面を示す。
同図において、ビアランド３８，４０はボールランド２６の近くにあり、回路基板１２の第１側には第１線部分３２とビアランド３８が配設されている。
回路基板１２の第２側にあっては、ビアランド４０とボールランド２６が直接に、又は短い第２線部分３４を介して接続されている。
ビアランド４０とボールランド２６が直接に接していなくても、第２線部分３４を短くし、ボールランド２６の近くに配置できるので、第２線部分３４の引回しを容易に行うことができる。

図１１は配線の参考例を示し、同図（Ａ）は上面、（Ｃ）は透視した状態の下面、（Ｂ）は、（Ａ）あるいは（Ｃ）における線Ｘ−Ｘに沿う断面を示す。
同図に示すように、ビアランド３８，４０をパッド２２近傍に配置した場合、回路基板１２の第１側には第１線部分３２とビアランド３８があり、一方回路基板１２の第２側には第２線部分３４がある。
このような場合には、複数の第２線部分３４を、隣接するボールランド２６の列の間に設定する必要がある。

例えば、４列のボールランド２６−１乃至２６−４を設ける場合、最も内側のボールランド列２６−４において隣接する２つのボールランド２６−４ａと２６−４ｂ（図面上点線で囲む）との間に、３本の第２線部分３４を通さなくてはならないとすると、２つのボールランド２６の間には、３本の配線の線幅、２つの配線間分離用間隔、及び２つの配線−ランド間分離用スペースの合計値以上の間隔が必要となる。
例えば、ボールランド２６間のピッチが０．８mm、ボールランド２６の直径が０．５５mmとすると、２個のボールランド２６相互の間隔は０．２５mmになる。
ここで配線の線幅が５０μｍ、配線間距離が５０μｍであるとすると、配設可能な配線数は２本に制限される。

従って、配線はできるだけ回路基板１２の第１側（チップ搭載面側）で引回し、ビアランド３８，４０はボールランド２６の付近に配置して、回路基板１２の第２側（ボールランド側）での配線の引回しを減少させるのが望ましい。

次に、配線の線幅と配線間距離を設定する。
所望の配線の設置箇所として、配線自由度が高い回路基板１２の第１側を用いることにより設計ルールに余裕が生じる。
前記図１０（Ａ）に示す実施例において、ビアランド３８，４０の直径を０．３５mmとすると、隣接するビアランド３８の列の間の間隔は０．４５mmである。
配線の線幅が５０μｍ、配線間距離が５０μｍの設計ルールにおいても、４本の配線を通すことができる（０．４５mm÷（配線４本＋スペース５本）＝０．０５mm）。
すなわち、同じ設計ルールでも、前記図１１（Ｃ）に示す構成に比較して、２倍の数の配線を配設することができる。これは、ビアランド３８，４０の直径がボールランド２６の直径よりも小さく、配線引回しを行うスペースが大きいことに基づく。
尚、図１０（Ａ）に示す実施例にあっては、隣接するビアランド３８の列の間の間隔０．４５mmに配線を最多であっても３本配設すればよいので、配線の幅を０．０６４mmとすることもできる（０．４５mm÷（配線３本＋スペース４本）＝０．０６４mm）。

図１２は、配線の線幅と配線間距離を設定する例を示す。
図１３は、当該図１２のラッツネストを基に形成した配線の例を示し、同図（Ａ）は上面、（Ｃ）は透視した状態の下面、（Ｂ）は（Ａ）あるいは（Ｃ）における線Ｘ−Ｘに沿う断面を示す。
図１２に示すパッド，ビアランドの配置構成にあっては、回路基板１２の一方の端縁１２Ｅ側に位置するパッド２２Ｂとビアランド３８とを結ぶラッツネスト４４が密になっている。
この様なパッド，ビアランドの配置構成にあっては、パッド２２Ｂとビアランド３８とを接続する配線３２は、図１３（Ａ）に示されるように、パッド２２Ｂと当該回路基板１２の端縁１２Ｅとの間に距離Ｌをもって形成される領域に配設される。
パッド２２Ｂと回路基板１２の端縁１２Ｅとの間の距離Ｌが１．１mmであるとすると、ここに１０本の配線を引き回す場合、配線１０本と配線間距離が１１本必要となり、１．１mm÷（１０本＋１１本）≒０．０５２mmとなる。すなわち、配線３２の線幅が５０μｍ、配線間距離が５０μｍであれば、配線を引き回すことができる。
なお、計算を容易にするために、配線の線幅と配線間距離の数値を同じにしている（５０μｍ／５０μｍ）。
配線の線幅と配線間距離の数値が異なる場合は、それを最初から考慮すればよい（例、配線の線幅＝４０μｍ、配線間距離＝５０μｍ）。
また、ここでは、最下方の配線と回路基板１２の端縁１２Ｅとの間の距離と、配線間距離とは同じとしているが、これも異なるものとすることができる。

図１４は設計ルールを設定する上での基準例を示し、同図（Ａ）は平面(上面)、（Ｃ）は透視した状態の下面、（Ｂ）は（Ａ）あるいは（Ｃ）における線Ｘ−Ｘに沿う断面を示す。
図１４に示す実施例においては、３本の配線が回路基板１２の第１側で引き回され、そのビアランド３８，４０はボールランド２６の近傍に配設される。
残りの１本の配線は、ビアランド３８，４０がボールランド２６とは異なる位置に配置され、回路基板１２の第２側において引き回された第２線部分３４により相互に接続されている。

図１４（Ａ）においては、４本目の配線を、矢印で示すように回路基板１２の第１側で引き回したいが、そうできないことがある。
例えば、２本の配線を電源の配線のように太くしなければならない場合、２本の配線の線幅を１５０μｍとし、残りの配線の線幅を５０μｍ、配線間距離を５０μｍ、隣接するビアランド３８の列の間の間隔が０．４５mmとする。
この場合、全ての配線を回路基板１２の第１側で引き回そうとすると、４本のうちの１本の配線はビアランド３８へ向かって直線状に延びているので、残りの３本の配線を隣接するビアランド３８の列の間に配設して引き回す必要がある。
すると、（１５０μｍ×２本）＋（５０μｍ×１本）＋（５０μｍ×４本）＝０．５５mmとなり、３本の配線を０．４５mmの間隔内で通すことができない。
従って、残る１本の配線は回路基板の第２側で引き回すことになる。

即ち、１本の配線は回路基板の第２側において、ビアランド４０の列とボールランド２６の列の間を通って引き回される。
ボールランド２６の直径が０．５５mm、隣接するボールランド２６の列の間の間隔が０．２５mm、ビアランド４０の直径が０．３５mmであると、ビアランド４０の列とボールランド２６の列の間に１本の配線を通すのが難しい。そこで、ビアランドの直径を０．３５mmから０．３０mmへ変更することで、ビアランド４０の列とボールランド２６の列の間に配線幅５０μｍの配線を１本通すことが可能となる。逆にビアランド４０の直径をそのままにして、ボールランドの直径を０．５５mmから０．５０mmへ変更してもよい。

図１５は、設計ルールを設定する上での基準例を示し、同図（Ａ）は上面、（Ｃ）は透視した状態の下面、（Ｂ）は、（Ａ）あるいは（Ｃ）における線Ｘ−Ｘに沿う断面を示す。
配線を回路基板の第１側で引き回すことができなかった場合、一部の配線を回路基板の第２側で引き回せばよいが、それでも対応できない場合が考えられる。
前記図１４に示した例では、ビアランド３８，４０の直径を０．３５mmから０．３０mmへ変更することで対応したが、それでも、ビアランド４０の列とボールランド２６の列の間に１本の配線を通すのが難しいことがある。
図１５に示す構成にあっては、４列のボールランド２６から３列のボールランド２６へ、ボールランド２６のレイアウトを変更している。当然であるが、ボールランド２６のレイアウトの変更に伴い、ネットリストも変更となる。
従って、かかる設計ルール決定基準はできるだけ使わないことが望ましい。

図１６は、本発明の他の実施例による回路基板の設計方法を説明するフローチャートを示す。図１７は、図１６の設計方法で形成された配線を有する回路基板を示す。
本実施例では、特定の配線を優先して引回し、その後ラッツネストの線の密集度が最も高い領域を抽出し、残りの配線を引き回す。
図１７に示す実施例にあっては、特定の配線として４本のクリティカルネットの配線３２Ｃがあり、これらの配線３２Ｃは、例えば電源配線など、小さなインダクタンス値が要求される配線である。

本実施例にあっては、前記図４に示す実施例におけるステップＳ１１乃至Ｓ１３と同様のステップを行った後、図４に示す実施例と同様のステップＳ１４を実行し、ラッツネストを表示させる。
しかる後、ステップＳ２１乃至ステップＳ２４（図１６）においてクリティカルネットの配線３２Ｃの引回しを行う。
次いで、ステップＳ１６乃至ステップＳ１９（図１６）において、ラッツネストの線の密集度が最も高い領域を抽出し、設計ルールを設定しながら、残りの配線の引回しを行う。
このように、回路基板上にあって、電気的特性などの観点から、配線に制約条件のあるネット（クリティカルネット）が存在する場合には、かかるクリティカルネットについて優先的に設計ルールを決め、次いでラッツネストを適用して配線引回しを完了させ、その後で全ての配線の引回しを行う。

以上のように、本発明によれば、ラッツネストが密集するような小型の回路基板を、ＣＡＤを用いて効率よく設計することができる。
配線の線幅や配線間の距離、ビアランドの位置や直径、ボールランドや直径などの設計ルールをラッツネストの密集度から設定し、配線引回しを行う。
実配線の引回しの前に、ほとんどの配線を引き回すことができる設計ルールを設定することができるので、設計工程の戻りを大きく抑制することができ、従来の製造方法に比して設計工数を大幅に短縮することができる。

図１は、本発明により設計された半導体装置の一例を示す断面図である。 図２は、図１の一部の配線の典型例を示す図であり、（Ａ）は図１のＡ部の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の上面図、（Ｃ）は（Ａ）の透視した状態の下面図である。 図３は、ＣＡＤを用いて回路基板の設計を行う設計ルールを設定する制御プログラムを示す図である。 図４は、本発明の第１実施例による回路基板の設計方法を説明するフローチャートである。 図５は、コンピュータの表示画面を示す図であり、（Ａ）は半導体デバイスを示す図、（Ｂ）は半導体デバイス及びパッドを示す図、（Ｃ）は仮置きされた半導体デバイス及びラッツネストを示す図である。 図６は、ラッツネストの一部を示す図である。 図７は、ラッツネストの密集度を確認する例を示す図である。 図８は、回路基板の設計方法の他の例を説明する図である。 図９は、設計ルールを設定する上での基準例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は底面図である。 図１０は、図９の設計ルールに従って引き回された配線の例を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は透視した状態の下図である。 図１１は、配線の参考例を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は透視した状態の下面図である。 図１２は、配線の線幅と配線間距離を設定する例を示す図である。 図１３は、図１２のラッツネストを基に形成した配線の例を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は透視した状態の下面図である。 図１４は、設計ルールを設定する上での基準例を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は透視した状態の下面図である。 図１５は、設計ルールを設定する上での基準例を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は透視した状態の下面図である。 図１６は、本発明の第２実施例による回路基板の設計方法を説明するフローチャートである。 図１７は、図１６の設計方法で形成された配線を有する回路基板を示す図である。 図１８は、従来の回路基板の設計方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 半導体装置
１２ 回路基板
１４ 接着剤
１６ 半導体デバイス
１８ 樹脂
２０ 端子
２２ パッド
２４ ボンディングワイヤ
２６ 外部接続用端子
２８ はんだボール
３０ 配線
３２ 第１線部分
３４ 第２線部分
３６ ビア
３８ ビアランド
４０ ビアランド
４２ 線
４４ ラッツネスト

Claims (7)

1. 回路基板に対する、電子デバイスの搭載位置、該電子デバイスの端子が接続されるパッドの位置、及び外部接続用端子の位置を設定するステップと、
   該パッドと外部接続用端子とを線で結んでラッツネストを形成するステップと、
   該ラッツネストの線の密集度が最も高い領域を抽出するステップと、
   該ラッツネストの線の密集度が最も高い領域において配線の経路及び寸法に関する初期の設計ルールを設定するステップと、
   該ラッツネストの線の密集度が最も高い領域において配線の引回しを行うステップと、
   該ラッツネストの線の密集度が最も高い領域において該配線の引回しが可能かどうかを確認するステップと、
   該配線の引回しが不可能な場合、設計ルールを更新及び該更新した設計ルールにしたがった配線の引回しを繰り返し行うステップと、
   該配線の引回しが可能な場合、設定した設計ルールで残りの領域の配線の引回しを行うステップと、の各ステップを実行するコンピュータ・ソフトウェアによる回路基板の設計方法。
2. ラッツネストの線の密集度が最も高い領域を抽出するステップは、回路基板を複数の領域に分割し、該複数の領域の中から該当の領域を抽出するサブステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の回路基板の設計方法。
3. 電子デバイス及びパッドは回路基板の第１の表面に形成され、外部接続用端子は回路基板の第２の表面に形成され、配線は回路基板の第１の表面からビアを通って第２の表面に引き回されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の設計方法。
4. 該設計ルールの設定するステップは、配線の線幅と、配線間距離と、ビアランド位置と、ビアランド寸法と、外部接続用端子寸法、及び外部接続用端子位置の少なくとも１つを設定するサブステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の回路基板の設計方法。
5. 該設計ルールの設定するステップは、定められた優先順位に従って、配線の線幅と、配線間距離と、ビアランド位置と、ビアランド寸法と、外部接続用端子寸法、及び外部接続用端子位置のうちの少なくとも２つを設定するサブステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の回路基板の設計方法。
6. 特定の配線を引回し、その後に、残りの領域の配線の引回しを行うステップは、該残りの領域の中でラッツネストの線の密集度が最も高い領域を抽出し、該領域の配線の引回を行うサプステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の回路基板の設計方法。
7. 回路基板に対する、複数の電子デバイスの搭載位置、該電子デバイスの端子が接続されるパッドの位置、及び外部接続用端子の位置を設定するステップと、
   該パッドと外部接続用端子とを線で結んで並びに複数の電子デバイスの端子が接続されるパッドとパッドとを線で結んでラッツネストを形成するステップと、
   該ラッツネストの線の密集度が最も高い領域を抽出するステップと、
   該ラッツネストの線の密集度が最も高い領域において配線の経路及び寸法に関する初期の設計ルールを設定するステップと、
   該ラッツネストの線の密集度が最も高い領域において配線を引回し、
   該ラッツネストの線の密集度が最も高い領域において該配線の引回しが可能かどうかを確認するステップと、
   該配線の引回しが不可能な場合、設計ルールの更新及び該更新した設計ルールにしたがた配線の引回しを繰り返し行うスタッフと、
   該配線の引回しが可能な場合、設定した設計ルールで残りの領域の配線の引回しを行うステップと、の各ステップを実行するコンピュータ・ソフトウェアによる回路基板の設計方法。

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