JP4957670B2 - 配線基板及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば実装基板やパッケージ基板などの配線基板、およびそれを用いた半導体装置に関する。

従来、例えば、下記の特許文献１に開示されているように、高周波の信号を伝送するための配線構造にかかる技術が知られている。この従来技術によれば、高周波信号の伝送損失を抑えるために、高周波信号が流れる配線の全長をできるだけ短くしている。

特開２００２−１９８７０９号公報

現実的に配線基板の設計を行う際には種々の制約が存在するので、配線の全長を常に十分に短くできるとは限らない。むしろ、ある程度長い距離を配線で結び、この配線で高周波信号を伝送させざるを得ない場合は、少なくないと考えられる。

通常、ある長さを有する配線に信号を流し、信号周波数を増加させていくと（つまり伝送レートを増加していくと）、伝送特性は周波数の増加に応じて比例的に悪化していく。さらに、配線の長さに対して特定の関係を有する信号周波数においては、上記の比例的な伝送損失の増加に加えて、伝送特性の局所的な落ち込み（以下、これを「リップル」とも称する）が発生する。

配線の長さと信号周波数とが、定在波を生じさせるような特定の関係になっていると、この周波数の信号はリップルの影響を直接受ける。何らの対策も講じずに配線の設計を行うと、特定の周波数の信号が既述したリップルの影響を大きく受けてしまい、信号の伝送が不安定になったり信号を高品質に伝送できなくなったりするおそれがある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高周波信号を安定的に伝送することができる配線基板及びそれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施例にかかる配線基板は１つ以上の配線を備え、この配線は入力端、出力端およびこれらを結ぶ線路部を備えている。線路部には、１個以上のインピーダンス不連続構造部が設けられる。線路部をインピーダンス不連続構造部で分断した場合の各々の部分の長さは、配線を通過する信号の波長の最小値λ_ｍｉｎの１／２よりも短い。λ_ｍｉｎの値は、配線を通過する信号の最大周波数ｆ_ｍａｘ、線路部の周囲を覆う誘電体の比誘電率ε_ｒおよび真空中の光速度ｃ_０とを用いてλ_ｍｉｎ＝ｃ_０／｛ε_ｒ ^１／２×ｆ_ｍａｘ｝で表される。

この実施例によれば、リップルの悪影響によって信号伝送が損なわれるのを防止し、高周波信号を安定的に伝送することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の配線基板２の断面図である。配線基板２は、半導体チップを有するパッケージ３０および３４の実装に用いられる基板、すなわち実装基板である。配線基板２は、紙面の左端側および右端側に、ランド１４をそれぞれ備えている。半導体チップを有するパッケージ３０、３４は、ボール３２、３６をそれぞれ介して、ランド１４に接続している。ボール３２，３６は例えば半田ボールである。

配線基板２は、２つのランド１４を結ぶ、全長ｌ_０の配線８を内部に備えている（ここでは、便宜上、配線８の一端のスルーホール１０の中心から、配線８の他端のスルーホール１０の中心までの距離をｌ_０とする）。実施の形態１では、配線８の全長ｌ_０を４０ｃｍにする。配線８は、図に示すように、配線基板２の内部に設けられたいわゆる内層配線である。この配線８は、より詳細には、２つのランド１４間に並べられた１０個のスルーホール１０と、個々のスルーホール１０を接続する複数の線路部１２とを有している。

線路部１２は、個々のスルーホール１０の上端側同士を結ぶように設けられている。図１に示すように、以下、個々の線路部１２の長さをｌ_１とも称する。なお、実施の形態１では、線路部１２の長さを全て同じ長さにしている。既述したように、実施の形態１ではｌ_０＝４０ｃｍなので、ｌ_１は、少なくとも、ｌ_０を９分割した４４．４ｍｍより小さい。

図１に示すように、スルーホール１０は、２つの線路部１２の間に介在している。一方、スルーホール１０は、線路部１２との接続位置から分岐する分岐部１０ａも備えている。高周波信号の配線としてみた場合、この分岐部１０ａは、スタブとして機能する。線路部１２の両端では、スルーホール１０の存在によってインピーダンスが不連続になる。言い換えれば、スルーホール１０により、線路部１２の端部でインピーダンスの不整合が生じている。

スルーホール１０が１つにつきインピーダンス不連続点が１つ存在しているとみなせば、配線８は、２つのランド１４の間に、１０個のインピーダンス不連続点を備えると言うことができる。以下、このスルーホール１０を、配線の中にインピーダンス不連続点を生じさせるという意味で、「インピーダンス不連続構造部」とも称す。

なお、実施の形態１のスルーホール１０は、ロングスタブ型の構成と言うことができる。ここで、ロングスタブ型のスルーホールとは、スルーホールのうちスタブとして利用する部分（実施の形態１のスルーホール１０では分岐部１０ａ）が長くなるように設計されたスルーホールを言うものとする。また、実施の形態１では、スルーホール１０は、線路部１２に比して大きな幅や厚みを有する構造とする。このような場合、スルーホール１０の分岐部１０ａは、容量性スタブとして機能する。

実施の形態１では、配線基板２の基材４を、比誘電率ε_ｒが４程度の材料を用いて形成する。線路部１２やスルーホール１０の周囲は、比誘電率ε_ｒ＝４の誘電体で覆われることになる。

配線基板２は、以下述べるように、配線８と、この配線８を流れる信号の周波数との間に、特定の関係が成立するように設計されている。つまり、配線８に流すべき高周波信号の周波数（換言すれば伝送レート）に応じて、配線８の構造が決定されている。

図２は、実施の形態１の構成と、配線８を流れる信号との関係を説明するための図である。図２（ａ）には、配線８が伝送する高周波信号の一例を示している。図２（ａ）に示すように、配線８に与えられる信号は一定の周波数とは限らない。しかしながら、信号伝達に用いられる以上、仕様などにより、配線８を通過する信号の周波数には上限が存在する。このため、配線８を流れる信号の周波数は、設計時に仕様として定められたある範囲の中で変動することになる。

以下、配線８に流れうる信号の周波数の範囲の上限を最大周波数ｆ_ｍａｘと、下限を最小周波数ｆ_ｍｉｎと、それぞれ称する。また、最大伝送レートＸ_ｍａｘ（ｂｐｓ）は、最大周波数ｆ_ｍａｘの２倍の値になる。例えば、ｆ_ｍａｘ＝１（ＧＨｚ）であればＸ_ｍａｘ＝２（Ｇｂｐｓ）である。

図２（ｂ）に示すように、最大伝送レートＸ_ｍａｘの信号の波長が、配線８に流れる信号の波長の最小値（以下、最小波長λ_ｍｉｎとも称す）となる。実施の形態１では、個々の線路部１２の長さｌ_１が、下記の関係を満たす長さに定められている。

[数１]
ｌ_１ ＜ λ_ｍｉｎ／２

比誘電率ε_ｒの誘電体材料中の伝送線路を伝播する光の速度ｃは、真空中の高速度をｃ_０として、ｃ＝ｃ_０／（ε_ｒ）^１／２で表される。ここで、ｃ＝ｆ×λの関係に従うと、配線８を伝わる信号の最小波長λ_ｍｉｎは、最大周波数ｆ_ｍａｘ（Ｈｚ）、基材４の比誘電率ε_ｒおよび真空中の光速度ｃ_０（ｍ／ｓ）を用いて、次の式で表すことができる。

[数２]
λ_ｍｉｎ＝ｃ_０／｛ε_ｒ ^１／２×ｆ_ｍａｘ｝
このように、実施の形態１の配線基板２では、全ての線路部１２の長さｌ_１が、数式２で規定される最小波長λ_ｍｉｎの１／２よりも短い。

なお、正確には、数式２における光速度ｃ_０などの具体的数値は、基礎定数の値２９．９７９２４５８×１０^８（ｍ／ｓ）などに従う。但し、実施の形態１では、数値計算を簡便にするため、真空中の光速度ｃ_０を３．０×１０^８（ｍ／ｓ）とみなして説明を行うものとする。簡便化した条件に従うと、実施の形態１の場合には、ｃ＝ｃ_０／（４）^１／２＝ｃ_０／２＝１．５×１０^８（ｍ／ｓ）である。また、数式２に従って、λ_ｍｉｎ＝１．５×１０^８／１×１０^９＝０．１５(ｍ)が得られる。最終的に、実施の形態１では、λ_ｍｉｎ／２＝７５(ｍｍ)である。このため、数式１に従って、個々の線路部１２の長さｌ_１は、７５ｍｍよりも短く設計されている。

また、実施の形態１では、配線８の全長ｌ_０が、下記の式を満たしているものとする。
[数３]
ｌ_０ ≧ λ_ｍｉｎ／２
つまり、実施の形態１の配線基板２では、配線８の長さｌ_０が、７５ｍｍ以上の長さである。

前述したように、実施の形態１ではｌ_０＝４０ｃｍ（＝４００ｍｍ）およびｌ_１＜４４．４ｍｍであるから、数式２および３の条件を共に満たしている。

［実施の形態１の作用効果］
以下、図３乃至８を用いて、本願発明者が行った実験の結果も参照しながら、実施の形態１の作用効果について説明する。

図３は、実施の形態１の作用効果の説明に用いるべく準備した、比較例の配線基板３０２を示している。配線基板３０２は、配線８に代えて配線３０８を備えている点を除き、実施の形態１の配線基板２と同様の構造を備えている。配線基板３０２の配線３０８は、配線基板２の配線８とは異なり、スルーホールによって区切られていない。よって、線路部３１２の長さはｌ_０とほぼ同じである。また、配線基板３０２は、配線３０８の両端にあるスルーホールが、実施の形態１とは異なり、ショートスタブ型の構造とされている。ショートスタブ型とは、スルーホールのうちスタブとして利用する部分（図３の破線６０ａの部位）が短いスルーホールである。

以下、配線基板３０２の構造を基本構造として本願発明者が行った実験について説明する。図４は、本願発明者が配線基板３０２の伝送特性（具体的にはＳパラメータ）を調べた結果を示している。この実験では、配線基板３０２の構造を基本として、配線の特性インピーダンスＺ_０の値が異なる３種類のサンプルを準備し、これら３種類のサンプルの測定を行った。特性インピーダンスＺ_０の異なるサンプルは、絶縁層の厚みを調整して作製した。配線層のパターンは同仕様で、絶縁材等は同基材とし、特性インピーダンスＺ_０の高いものは絶縁層を厚く低いものは薄くした。

図４において、ＭＩＮと記した線は、Ｚ_０が最小の値（４２Ω）のサンプルの測定結果を、ＴＹＰと記した線は、Ｚ_０が中間の値（５０Ω）のサンプルの測定結果を、ＭＡＸと記した線は、Ｚ_０が最大の値（５８Ω）のサンプルの測定結果を、それぞれ示している。いずれの測定結果も、信号の周波数が大きくなるほど、Ｓ_２１パラメータの値が低下していることがわかる。つまり、Ｚ_０がＭＡＸ、ＴＹＰ、ＭＩＮの順に、伝送損失が大きくなっている。

図５（ａ）は、配線基板３０２の配線３０８を実施の形態1の様に配線基板上層に配置してスルーホール６０をロングスタブ型にして、図３の矢印３１０の位置にスルーホールを追加して、図４と同様の実験を行った結果を示している。追加したスルーホールは合計４つであり、実施の形態１のスルーホール１０と同様、ロングスタブ型のスルーホールである。スルーホールを４つ追加した合計６つのロングスタブ型スルーホールの形態では、長さがほぼｌ_０であった線路部３１２が、長さｌ_２の５本の線路部に分割される。図５（ｂ）は、図５（ａ）のうち、周波数０〜５（ＧＨｚ）およびＳパラメータ０〜−２０（ｄＢ）の領域（つまり、図５（ａ）の紙面左上の象限）を拡大した図である。図４と図５（ａ）を比較すると明らかなように、図５の条件では、特定の周波数においてＳ_２１パラメータが顕著に落ち込んでおり、リップルが顕在化している。

図５（ｂ）の破線４０で囲った位置（１ＧＨｚ付近）のリップルは、本実験の条件下で、周波数０Ｈｚ側から周波数を増大させていく過程で顕著に表れた最初のリップルである。このリップルのＳ_２１パラメータが最も低くなる点（リップルのピーク）に対応する周波数を、ｆ_Ｒと記す。

配線基板３０２は、実施の形態１の配線基板２と同じく、比誘電率ε_ｒ＝４の基材を用いている。また、線路部３１２を５分割した場合の１つの線路部の長さｌ_２は、ｌ_０／５＝８０ｍｍと考えることができる。前述した図５（ｂ）を参照すると、破線４０で囲まれたリップルの周波数ｆ_Ｒは、１（ＧＨｚ）より若干低い値である。

リップルは、配線の長さと信号周波数との間に特定の関係が成立して生ずる定在波がもたらすものである。破線４０の位置のリップルは、周波数ｆ_Ｒの信号の波長λ_Ｒと線路部の長さｌ_２との間で、ｌ_２＝λ_Ｒ／２の関係が成立することにより生じているものだと考えられる。

以下、便宜上、配線長ｌと信号波長λとの間でｌ＝λ／２の条件が成立することにより生ずるリップルを、「λ／２共振によるリップル」とも称す。また、リップルによる落ち込みが最も大きくなるポイントを、「リップルのピーク」とも称す。

図６は、スルーホールの数およびスルーホールの構造が異なる合計６種類のサンプルについて、測定を行った結果を示している。スルーホールの合計数は、２個、６個、１０個の３種類である。また、図６（ａ）はロングスタブ型のスルーホールの測定結果、図６（ｂ）はショートスタブ型のスルーホールの測定結果である。図６（ａ）（ｂ）に示すように、スルーホールの数や形状が異なると、リップルの発生具合が異なってくる。

スルーホール数が２個のサンプルの構成は、図３に示した構造と同様である。スルーホール合計数が６個のサンプルの構成は、図５の測定を行ったときの構成と同様である。この場合には、長さｌ_０の１本の線路部が、５本の長さｌ_２の線路部に分割されたものとみなせる。また、スルーホール合計数が１０個のサンプルの構成は、実施の形態１の配線基板２と同様の構成である。この場合には、長さｌ_０の１本の線路部が、９本の長さｌ_１の線路部に分割されたものとみなせる。

スルーホールの合計数が多ければ、インピーダンス不連続点の数が多いと考えることができる。インピーダンス不連続点が多いほど、長さｌ_０の１本の線路部が多くのより短い線路部に分割される。同じ長さの１本の配線に対して設けられるスルーホールの個数が変われば、インピーダンス不連続点に挟まれた１つの線路部の長さが変わってくる。図６に現れているスルーホール数に応じたリップルの発生具合の相違は、分割後の個々の線路部の長さに応じて定在波の立ち方が異なる事と、インピーダンス不連続部の度合いに起因すると考えられる。

上記説明したように、配線に高周波信号を与える際、配線基板の基材の比誘電率ε_ｒや、配線上のインピーダンス不連続点で区分された個々の線路部の長さに応じて、リップルのピークが位置する周波数が変わってくる。

そこで、実施の形態１では、これらの要素の相互の関係を利用して、伝送する信号がリップルのピークに落ち込むことを避けるように配線８の構造を決定している。

ある１本の配線に通過させる信号の周波数の範囲は、仕様などによって予め決定しておくことができる。つまり、ある配線に対して、通過させるべき信号の最大周波数ｆ_ｍａｘは、予め特定しておくことが可能である。例えば、図７（ａ）に示すような、Ａ点とＢ点との間を結ぶ長さｌ_ａの配線に、ある周波数の範囲（最小周波数ｆ_ｍｉｎ〜最大周波数ｆ_ｍａｘ）を有する信号を伝送させることを予定したとする。配線の長さｌ_ａおよびこの配線が設けられている基材の比誘電率により、λ／２共振のリップルのピークが位置する周波数ｆ_Ｒが定まる。その結果、図８（ａ）に示すように、ｆ_Ｒが、最小周波数ｆ_ｍｉｎ〜最大周波数ｆ_ｍａｘの中に位置していることが判明したとする。

このような場合には、図８（ｂ）に示すように、スルーホール１０を２つ加えることにより、図８（ａ）の配線の線路部を長さｌ_ａ１、ｌ_ａ２、ｌ_ａ３の３つの線路部に分割する。このとき、長さｌ_ａ１、ｌ_ａ２、ｌ_ａ３は、いずれも、最小波長λ_ｍｉｎの１／２よりも小さな値にする。

前述したように、最小波長λ_ｍｉｎは、最大周波数ｆ_ｍａｘの信号の波長を意味する。最大周波数ｆ_ｍａｘよりも低い周波数の信号は、いずれも、その波長が最小波長λ_ｍｉｎよりも長くなる。例えば、ｆ_ｍａｘよりも低いある周波数ｆ_ｍｉｄの信号について考えた場合、この周波数ｆ_ｍｉｄの信号の波長をλ_ｍｉｄで表すと、ｆ_ｍａｘ＞ｆ_ｍｉｄかつλ_ｍｉｎ＜λ_ｍｉｄが成立している。長さｌ_ａ１、ｌ_ａ２、ｌ_ａ３をいずれもλ_ｍｉｎ／２より小さくした場合、周波数ｆ_ｍｉｄの信号が流れてきても、この周波数ｆ_ｍｉｄの信号の波長λ_ｍｉｄの１／２の値はｌ_ａ１、ｌ_ａ２およびｌ_ａ３よりも大きくなる。つまり、次式の関係が成立する。

[数４]
ｌ_ａ１、ｌ_ａ２、ｌ_ａ３ ＜ λ_ｍｉｎ／２ ＜ λ_ｍｉｄ／２
このような場合、周波数ｆ_ｍｉｄの信号の波長であるλ_ｍｉｄは、長さｌ_ａ１、ｌ_ａ２、ｌ_ａ３の線路部のうちいずれの線路部とも、ｌ＝λ／２の関係が成立しない。よって、周波数ｆ_ｍｉｄの信号は、図５を用いて述べたλ／２共振のリップルのピークに落ち込むことなく、長さｌ_ａ１、ｌ_ａ２、ｌ_ａ３の線路部を通過していくことができる。

同様に、ｆ_ｍａｘ以下のいかなる周波数の信号が流れてきても、これらの信号の波長λの１／２は、長さｌ_ａ１、ｌ_ａ２、ｌ_ａ３のいずれよりも大きい。このため、ｆ_ｍａｘ以下のいかなる周波数の信号も、長さｌ_ａ１、ｌ_ａ２、ｌ_ａ３の線路部のいずれともｌ＝λ／２の関係が成立しない。よって、ｆ_ｍａｘ以下のいかなる周波数の信号も、λ／２共振のリップルのピークに落ち込むことなく、ｌ_ａ１、ｌ_ａ２、ｌ_ａ３が連結されてなる配線を通過していくことができる。従って、ｆ_ｍｉｎ〜ｆ_ｍａｘの範囲の周波数の信号を、λ／２共振のリップルのピークを避けつつ、Ａ点−Ｂ点の間で安定的に伝送させることができる。

リップルのピークが位置する周波数は、配線（線路部）の長さが短いほど、高周波側にシフトすると考えることができる。例えば図６（ａ）を見ると、スルーホール数が６のサンプルの測定結果に比して、スルーホール数が１０のサンプルの測定結果は、全体的に高周波側にリップルの位置がシフトしている。図７（ａ）における長さｌａの配線を図７（ｂ）に示すようにより短い３つの区間に分割した場合、図８（ａ）に示すような伝送特性が図８（ｂ）に示すように変化して、最初に現れるリップルがより高周波側にシフトすると予想される。つまり、インピーダンス不連続点によって配線を細かく分割することにより、リップルのピークを、信号の最大周波数ｆ_ｍａｘよりも高周波側へと追いやることができる。

実施の形態１の配線基板２の構造には、上記の内容が反映されている。実施の形態１の構成の説明で述べたように、配線基板２の配線８は、数式１および数式２の条件を満たすように設計されている。

数式１が規定するのは、配線８をインピーダンス不連続点で分割した場合の個々の線路部１２の長さｌ_１（線路部１２の長さｌ_１）が、配線８に与えられる信号の最小波長λ_ｍｉｎの１／２よりも小さいという条件である。数式２は、最小波長λ_ｍｉｎの内容を規定している。従って、実施の形態１の配線基板２によっても、上述した長さｌ_ａ１、ｌ_ａ２、ｌ_ａ３の配線と同様に、ｆ_ｍｉｎ〜ｆ_ｍａｘの範囲の周波数の信号を、λ／２共振のリップルのピークを避けつつ、２つのランド１４間で安定的に伝送させることができる。

なお、実施の形態１では、数式３の条件が満たされており、配線８の全長ｌ_０がλ_ｍｉｎ／２以上の長さを有している。ｌ_０≧λ_ｍｉｎ／２の関係が成立している場合、周波数ｆ_ｍａｘ以下のいずれかの周波数の信号において、ｌ_０＝λ／２の関係が成立しうる。これはつまり、周波数ｆ_ｍａｘ以下のいずれかの周波数の信号が、λ／２共振のリップルのピークに落ち込んでしまうことを意味している。このように、２つの入出力点を結ぶ配線の全長がλ_ｍｉｎ／２以上の長さを有している場合、リップルの問題が確実に顕在化してしまう。このような状況下では、実施の形態１の手法が、確実にその効果を発揮することになる。

また、実施の形態１によれば、下記に述べるような種々の問題に鑑みても、リップルの悪影響を防ぐ上で効果的な対策だと言える。

現実的に配線基板の設計を行う際には、種々の制約が存在する。ある程度長い距離を配線で結び、この配線で高周波信号を伝送させざるを得ない場合は、少なくないと考えられる。また、例えば、配線基板の表面を延びる２つの配線を、立体的に交差させるような状況が考えられる。このような場合、２つの配線のうち一方の配線を、スルーホールを用いて配線基板の下層側へと逃がし（例えば、下層配線に接続し）、２つの配線のうち他方の配線の下を潜らせるように設計する場合が考えられる。このような場合、実施の形態１で述べた事項を考慮せずに配線中に無造作にスルーホールが設けられてしまうと、線路部の長さと信号周波数（波長）との間に定在波を生じさせる関係が成立して、特定の周波数の信号がリップルの影響を大きく受けてしまうおそれが高い。

また、近年、信号の伝送レートは増加の一途を辿り、信号の波長は益々短くなっている。信号の波長が短ければ、配線長を短く抑えるように努力しても、配線長ｌと信号の最小波長λ_ｍｉｎの関係がｌ≧λ_ｍｉｎ／２を満たすような場合を避けきれない可能性が高い。実施の形態１によれば、これらの種々の現実的な問題が並立するなかで、リップルの問題を効果的に解消することができる。

なお、実施の形態１では、配線基板２の内層配線の１本（ここでは、入力端子と出力端子との間を結ぶ１単位の配線を１本と数えている）を対象にしたが、本発明はこれに限られるものではない。表層配線、多層配線といった種々の配線構造を備えた配線基板を対象にして、本発明を適用することができる。配線基板が備える配線のなかから、１本だけを対象にしても良いし（例えば、数ＧＨｚ以上の高周波信号を通す配線のみを対象にしてもよい）、或いは、全ての配線を対象にしても良い。ある入力端子とある出力端子（実施の形態１では２つのランド１４）とを結ぶ１本の配線に、実施の形態１で述べた規則に従ってインピーダンス不連続構造部が配置されていれば、当該配線について既述した効果を得ることができる。

［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
実施の形態１では、配線基板２に、インピーダンス不連続構造部として、スルーホール１０を設けている。図６の説明でも言及したように、インピーダンス不連続構造部として用いるスルーホールの構成は、ショートスタブ型の構成と、ロングスタブ型の構成という、２つのタイプの構成に分類することができる。

図９は、実施の形態１の第２変形例である配線基板５２を示している。配線基板５２は、実施の形態１の配線８に代えて、配線５８を備えている。配線５８は、ショートスタブ型のスルーホール６０と、線路部６２とが、交互に接続されることにより形成されている。線路部６２には、２つのスルーホール６０の上端側同士を結ぶものと、２つのスルーホール６０の下端側同士を結ぶものとがある。これにより、スルーホール６０の分岐部６０ａが分岐部１０ａに比して短くなり、分岐部６０ａが短めのスタブとして機能することになる。このように、ショートスタブ型の構成のスルーホールを用いることができる。

（第２変形例）
実施の形態１では、スルーホール１０をインピーダンス不連続構造部として用いた。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。インピーダンスの不整合を引き起こすことができる種々の構造を、スルーホール１０に代えて用いることができる。

以下、図１０および図１１を用いて、実施の形態２の第２変形例を説明する。図１０は、線路１１２および接地導体１１４を有する、所謂マイクロストリップ線路の配線基板１０２の断面図である。基材４の表面には、ソルダーレジスト１１５が線路１１２を覆うように設けられる。線路１１２が、２つのランド１１３を結んでいる。配線基板に設けられる配線が、実施の形態１のような内層配線ではなく、図１０に示すような、表層のみのマイクロストリップ線路である場合がある。

このような配線基板において、例えば、図１０の構成の破線Ｅの部位にインピーダンス不連続構造部を設けたい場合には、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すような構成を用いてインピーダンス不連続構造部を実現することができる。図１１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１０（ａ）の紙面上方側から、配線基板の線路１１２が設けられた表面を見下ろした図である。ここでは、線路１１２は、差動の信号を伝達させるための線路１１２ａ、１１２ｂの組として示している。

図１１（ａ）は、線路１１２ａと１１２ｂに、幅広の部位１３０ａと１３０ｂをそれぞれ設けている。線路の途中で幅を広くすることにより、この幅広の部位でインピーダンス不整合を発生させることができる。また、図１１（ｂ）のような構造も可能である。図１１（ｂ）は、図１０（ａ）の紙面上方から、基材４を透視して、線路１１２および接地導体１１４を示した図である。接地導体１１４の破線Ｅの部位に開口１３２を設けることによっても、線路１１２ａ、１１２ｂの破線Ｅの部位でインピーダンス不整合を生じさせることができる。また、図１１（ｃ）のように、線路１１２ａと１１２ｂに、ＤＣカットのコンデンサ１３４ａ、１３４ｂを設けても良い。

また、上記の種々の構造以外でも、配線中にインピーダンス不整合を生じさせることができる種々の構造を用いることができる。通常、伝送線路で用いられているように、伝送線路を途中で部分的に分岐させてスタブを形成し、これをインピーダンス不整合構造部として用いることができる。

また、図１０の構成は表層配線のみのマイクロストリップ線路を用いているが、例えば、ストリップ線路とマイクロストリップ線路とをスルーホールやビアホールを介して接続するなどして、２つのランド１１３を接続してもよい。

（第３変形例）
実施の形態１では、λ／２共振のリップルに着目してこれを避けるべく、数式１および２の条件を満たすように配線８を設計した。

ところで、理論的な考察によれば、ある長さｌの配線に対してｌ＝λ／４の関係が成立するような波長λは、共振波長に該当する。この場合、当該波長λの信号はリップルのピークに落ち込んでしまい、伝送ロスが非常に大きくなると考えられる。

そこで、第３変形例では、スルーホール１０の数を更に増やし、個々の線路部１２の長さｌ_１をλ_ｍｉｎ／４より短くする。記述したように、実施の形態１ではλ_ｍｉｎ＝１５０(ｍｍ)と考えているので、ｌ_１をλ_ｍｉｎ／４＝３７．５(ｍｍ)よりも短くする。このようにすれば、λ／２共振のリップルのピークを回避したのと同様に、λ／４共振のリップルのピークをも回避することができる。つまり、λ／４の共振を起こさせない長さまで、配線を短く分割することができる。

なお、本願発明者の考察によれば、１つの配線の両端のインピーダンス不連続点の終端状況によっても、リップルの現れ方が異なってくると考えられる。図５や図６ではλ／４共振のリップルが認められないものの、終端状況によっては、λ／４共振のリップルが顕著に現れるものと予想される。

なお、実施の形態１では、スルーホール１０の間隔を等間隔にしたが、本発明はこれに限られない。インピーダンス不連続構造部を配置する間隔は、等間隔でなくともよい。つまり、線路部１２の長さｌ_１は、均等でなくとも良い。

なお、本発明は、配線８の全長ｌ_０がλ_ｍｉｎ／２以上である場合のみに限らず、全長がλ_ｍｉｎ／２より短い配線に対しても利用することができる。

なお、配線基板の構造の寸法、比誘電率、或いは信号の周波数などは、実施の形態１で示した具体的な数値以外の値を用いることができる。例えば、実施の形態１では、配線基板２の基材４を、比誘電率ε_ｒが４の材料で形成したが、これ以外の比誘電率の種々の材料を用いることができる。用いる材料に応じて、数式２に代入する数値を変更すればよい。

実施の形態２．
実施の形態１の配線基板は、半導体チップを有するパッケージの実装用の実装基板である。一方、半導体チップのパッケージ用の配線基板（以下、「パッケージ基板」とも称す）にも、実施の形態１で述べた内容を適用することが可能である。

図１２は、本発明の実施の形態２にかかる半導体装置２００を示している。図１２（ａ）は、半導体装置２００の斜視図である。図１２（ａ）に示すように、半導体装置２００は、半田ボール２３６を有するパッケージ基板２０２と、パッケージ基板２０２に取り付けられた半導体チップ２３０と、アンダーフィル樹脂２３１と、ヒートスプレッダ２３３とを備えている。

図１２（ｂ）は、図１２（ａ）における半導体装置２００のＡ−Ａ矢印線に従う断面図である。半導体装置２００は、パッケージ基板２０２に半導体チップ２３０が実装されている。パッケージ基板２０２のランド２１４は、半導体チップ２３０とバンプ２３２を介して接続している。

パッケージ基板２０２は、ソルダーレジスト２０２ａ、ビルドアップ層２０２ｂ、コア層２０２ｃからなる。パッケージ基板２０２は、ランド２１４から半田ボール２３６側まで延びる内層配線２０８を備えている。パッケージ基板２０２は、裏面に、内層配線２０８と接続する半田ボール２３６を備えている。ヒートスプレッダ２３３と半導体チップ２３０の間には、放熱樹脂２３４が設けられている。

内層配線２０８は、その途中にスルーホール２１０を有している。このスルーホール２１０が、インピーダンス不連続構造部として機能する。その結果、図１２（ｂ）に模式的に示すように、内層配線２０８が長さｌ_３と長さｌ_４の２つの配線に分割されている。このスルーホール２１０は、ビアであってもよい。実施の形態２では、ｌ_３およびｌ_４を、内層配線２０８を伝わる信号の最大周波数ｆ_ｍａｘから定まる最小波長λ_ｍｉｎとの間でｌ_３、ｌ_４＜λ_ｍｉｎ／２の関係が成立するような長さに設計する。このような構成とすることで、実施の形態１と同様に、内層配線２０８に安定的に信号を通すことができる。

なお、実施の形態２でも、実施の形態１で述べた変形例を適用することができる。例えば、λ／４共振のリップルを避けるべく、ｌ_３、ｌ_４＜λ_ｍｉｎ／４の条件を満たすように内層配線２０８を設計することもできる。

本発明の実施の形態１の構成を示す図である。 実施の形態１の配線に流れる信号を説明する図である。 実施の形態１にかかる実験に用いた、比較用の配線基板の構成を示す図である。 実施の形態１にかかる実験で行った、Ｓ_２１パラメータの測定結果を示す図である。 実施の形態１にかかる実験で行った、Ｓ_２１パラメータの測定結果を示す図である。 実施の形態１にかかる実験で行った、Ｓ_２１パラメータの測定結果を示す図である。 実施の形態１の作用効果を説明するための図である。 実施の形態１の作用効果を説明するための図である。 実施の形態１の変形例を示す図である。 実施の形態１の変形例を説明するための図である。 実施の形態１の変形例を説明するための図である。 本発明の実施の形態２の構成を示す図である。

符号の説明

２、５２、１０２ 配線基板
４ 基材
８ 配線
１０、６０ スルーホール
１０ａ、６０ａ 分岐部
１２ 線路部
１４ ランド
３０ 半導体チップを有するパッケージ
３２ ボール
１１２ 線路
１１２ａ、１１２ｂ 線路
１１４ 接地導体
１１５ ソルダーレジスト
１３０ａ 幅広部位
１３２ 開口
１３４ａ、１３４ｂ コンデンサ
２００ 半導体装置
２０２ パッケージ基板
２０２ａ ソルダーレジスト
２０２ｂ ビルドアップ層
２０２ｃ コア層
２０８ 内層配線
２１０ スルーホールまたはビア
２１４ ランド
２３０ 半導体チップ
２３１ アンダーフィル樹脂
２３２ バンプ
２３３ ヒートスプレッダ
２３４ 放熱樹脂
２３６ 半田ボール
３０２ 比較例の配線基板

Claims (4)

1. 信号を入力するための入力部と、該入力部と接続して前記信号を伝送し誘電体で周囲を覆われた線路部と、該線路部と接続して前記信号を出力する出力部と、を有する配線を１つ以上備え、
   前記１つ以上の配線のうち、少なくとも１つの配線は、前記線路部に１個以上のインピーダンス不連続構造部を有しており、かつ、該線路部を該１個以上のインピーダンス不連続構造部で分断した場合の各々の部分の長さが、該少なくとも１つの配線を通過する信号の最大周波数ｆ_ｍａｘ、該線路部の周囲を覆う誘電体の比誘電率ε_ｒおよび真空中の光速度ｃ_０とを用いてλ＝ｃ_０／｛ε_ｒ ^１／２×ｆ_ｍａｘ｝で表される波長λの１／２の値よりも短いことを特徴とする配線基板。
2. 前記各々の部分の長さは、いずれも、前記波長λの１／４の値よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記少なくとも１つの配線の長さが、前記波長λの１／２の値以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
4. 信号を入力するための入力部と、該入力部と接続して前記信号を伝送し誘電体で周囲を覆われた線路部と、該線路部と接続して前記信号を出力する出力部と、を有する配線を１つ以上備えた配線基板と、
   前記配線基板の入力部及び出力部のいずれか一方に電気的に接続された半導体チップと、
   前記配線基板の入力部及び出力部の他方に接続された外部接続端子と、を備え、
   前記入力部及び前記出力部は、前記配線基板の互いに向かい合う２つの面に設けられ、
   前記１つ以上の配線のうち、少なくとも１つの配線は、前記線路部に１個以上のインピーダンス不連続構造部を有しており、かつ、該線路部を該１個以上のインピーダンス不連続構造部で分断した場合の各々の部分の長さが、該少なくとも１つの配線を通過する信号の最大周波数ｆ_ｍａｘ、該線路部の周囲を覆う誘電体の比誘電率ε_ｒおよび真空中の光速度ｃ_０とを用いてλ＝ｃ_０／｛ε_ｒ ^１／２×ｆ_ｍａｘ｝で表される波長λの１／２の値よりも短いことを特徴とする半導体装置。

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