JP5165912B2 - 低ノイズ半導体装置 - Google Patents
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Description
一方で、低周波のインピーダンスを低く保ちながら、高周波側の反共振を抑制する手段として、例えば、特許文献2、特許文献3、および特許文献4のようにプリント基板の電源・グランドプレーンに対して、周囲に高抵抗な材料や高抵抗な構造(穴を開ける等)を設けたり、導電率の高い導体の上下を導電率の低い導体で挟んだり構造をとることで、低周波では低抵抗で、高周波では高抵抗、すなわち低Qを実現する技術がある。このような技術は電源プレーンで生じる反共振を抑えるのに有効であり、100MHz超の反共振現象に対しては効果的である。
1.半導体パッケージ給電配線部及び電源層部
2.デカップリングコンデンサ実装部
本発明の基本的な考え方は図3の等価回路を用いて説明できる。すなわち、LSIチップとデカップリングコンデンサを繋ぐ経路について、低周波用の経路と中周波用の経路に分けて、異なる電気パラメータを与える。具体的には、低周波経路は高インダクタンスで低抵抗、中周波用は低インダクタンスで高抵抗になるようにする。
内部電源層3−2とグランド層3−1の間には電源装置(図示せず)からの電圧が印加される。半導体チップ13の電源端子と接続するための電極5−1には、配線6と配線7が接続される。配線6はNiやNiPのような高抵抗率材料で形成され、半導体パッケージ1の底面に並ぶボール電極のうちの外側のボール電極(電源ピン2−1a)に接続される。配線7はCuなどの低抵抗材料で形成され、内側のボール電極(電源ピン2−1b)に接続される。同様に、半導体チップ13のグランド端子と接続するための電極5−2にも高抵抗材料の配線と低抵抗材料の配線が接続され、それぞれ半導体パッケージ底面のボール電極であるグランドピン2−2aと、グランドピン2−2bに接続される。プリント基板に搭載されたデカップリングコンデンサ4から半導体チップの電源端子に至る経路として、プリント基板表面の電源層3からVIA8−1、内部電源層3−2、VIA8−2、電源ピン2−1b、低抵抗配線7を順に経由する第1経路と、電源層3、電源ピン2−1a、高抵抗配線6と経由する第2経路がある。第1経路に近接する戻り経路は、半導体チップ13のグランド端子に接続する電極5−2、低抵抗配線、グランドピン2−2b、VIA8−4、グランド層3−1、VIA8−5と経由してデカップリングコンデンサ4に戻る。また、第2経路に近接する戻り経路は、電極5−2、高抵抗配線、グランドピン2−2a、VIA8−3を介してグランド層3−1に入り、VIA8−5を経由してデカップリングコンデンサ4に戻る。
上記第2経路は、デカップリングコンデンサ4が接続された電源層3に直接つながるため、そのインダクタンスは多数のVIAホールを有す内部電源層3−2とVIA8−1とVIA8−2とを経由する第1経路のインダクタンスの数分の一となる。すなわち実施例1の特徴は、デカップリングコンデンサからの経路に、従来の第1経路に比べて経路抵抗が高く、経路インダクタンスが低い上記第2経路が追加されている点である。この第2経路は数十MHz以上の領域で第1経路より低いインピーダンスとなり、図3の等価回路上に示す中周波用経路に相当する。この第2経路を有することにより、図2に示す「本発明」のインピーダンスプロファイルを得ることができる。
上記効果を充分に得るには、高抵抗部6に、抵抗率が低抵抗部7の10倍以上である部材を用いるのが好ましい。具体的には低抵抗部7としてはCu、Alが一般的であるが、Mo、Pt、Au、Ir、Pb、Rh、及びAgのいずれかを主成分とする金属材料が適する。これに対し高抵抗部6としてはNi、NiP、W、Cr、Srのいずれかを主成分とする材料、または有機化合物、または金属酸化物を採用することができる。数十MHzから百MHzにおける銅の表皮厚は7〜20[μm]、Niは10〜30[μm]であることから、低抵抗部7に幅数百[μm]の銅、高抵抗部6に幅10〜20[μm]のNiを用いた配線構造にすると効果が大きい。
図8a)は実施例6のデカップリングコンデンサの実装部分近傍の平面図である。デカップリングコンデンサ4は半導体パッケージを搭載するプリント基板の表面に実装される。図8b)は図8a)と同一部分の、デカップリングコンデンサが未実装の状態の平面図である。
プリント基板の内部の電源層(図1b)の電源層3−2を参照)は半導体パッケージの電源ピンに接続されている。またプリンタ基板の内部のグランド層(図1b)のグランド層3−1を参照)も上記半導体パッケージのグランドピンに接続されている。その電源層にVIAを介して接続するプリント基板表面のVIA電極8aからは配線7aが伸ばされ、その先端はコンデンサ実装電極となる。同様にグランド層にVIAを介して接続するVIA電極8bからは配線7bが伸ばされ、その先端はもう一つのコンデンサ実装電極となる。これら二つのコンデンサ実装電極にデカップリングコンデンサ4の両端が接続される。これらコンデンサ実装電極の互いに近接する内側領域18a、18bはともに高抵抗材料で形成されている。また、高抵抗領域18aの直下には上記電源層に接続するVIA20aが存在する。同様に高抵抗領域18bの直下にはグランド層に接続するVIA20bが存在する。すなわちVIA20aと20bはパッドオンVIAである。この構造により、デカップリングコンデンサ4と半導体チップ内の回路との間には、低抵抗領域19a、配線7a、VIA電極8aを経由する第1経路に加え、高抵抗領域18a、VIA20aを経由する第2経路が形成される。グランド側も同様に2つの経路が形成される。これにより図3の等価回路の給電系が実現する。
図9は実施例7のプリント基板のデカップリングコンデンサ実装部分近傍の平面図である。デカップリングコンデンサ4を実装するためのコンデンサ実装電極の内側領域18a、18bは図8の実施例と同様に高抵抗領域である。これに加え、VIA電極8a、8bからそれぞれ伸ばされた配線7a、7bの対向する内側部分にも、それぞれ高抵抗領域6a、6bが設けられている。本実施例ではパッドの高抵抗部18a、18bの直下にVIAは存在しない。
本実施例は、実施例2で示した構造をデカップリングコンデンサの実装電極に適用したものであり、作用効果は実施例2と同等である。
図10は実施例8のプリント基板のデカップリングコンデンサ実装部分近傍の平面図である。VIA電極8a、8bから伸ばされた配線7a、7bおよびコンデンサ実装電極の対向する内側だけでなく、外側部分にも高抵抗領域(斜線部)がそれそれ付加されている。
2-1,2-1a,2-1b,2-2,2-2a,2-2b…半導体パッケージ内BGAボール電極部、
3…電源層、
3−1…グランド層
3−2…内部電源層
4…デカップリングコンデンサ、
5-1,5-2…チップ接続端子、
6…高抵抗部(配線付加部または突起部)、
7…低抵抗部(配線幹部分)
8, 8-1, 8-2, 8-3, 8-4, 8-5…VIA、
8a ,8b…VIA電極
9…パッド間接続配線、
10…プリント基板上BGAボール実装パッド、
11…BGAボール、
13…半導体チップ、
14…バンプ電極、
15…パッケージ基板内グランド層、
16…パッケージ基板内高抵抗電源層、
17…パッケージ基板内低抵抗電源層、
18a,18b…コンデンサ実装電極の高抵抗領域、
19a,19b…低抵抗材料コンデンサ実装電極の低抵抗領域
20a,20b…パッドオンVIA
21…プリント基板。
Claims (14)
- 電源端子と接地端子を少なくとも有する半導体チップと、
前記電源端子および前記接地端子にそれぞれ電気的に接続するための第1の端子および第2の端子と、外部接続のための第3の端子および第4の端子と、前記第1の端子と前記第3の端子の間を接続する第1の給電経路と、前記第2の端子と前記第4の端子の間を接続する第2の給電経路とを有する半導体パッケージとを備え、
前記第1の給電経路は、第1の抵抗率を有する第1の導電体と、前記第1の抵抗率より高い第2の抵抗率を有する第2の導電体とで形成されることを特徴とする半導体装置。 - 前記第2の導電体は前記第1の導電体の10倍以上の抵抗率を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1の給電経路を形成する第1の接続配線と、前記第2の給電経路を形成する第2の接続配線とが対になって配置され、
前記対をなす第1の接続配線と第2の接続配線の対向する内側の領域が、それぞれ前記第2の抵抗率を有する材料からなり、前記内側の領域以外の外側の領域が前記第1の抵抗率を有する材料からなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1の給電経路を形成する第1の接続配線と、前記第2の給電経路を形成する第2の接続配線とが対になって配置され、
前記対をなす第1の接続配線と第2の接続配線のそれぞれの幹部分が前記第1の抵抗率を有する材料で形成され、前記それぞれの幹部分の互いに対向する内側には前記第2の抵抗率を有する材料からなる複数の突起部を有し、
前記第1の接続配線と前記第2の接続配線の突起部同士が、入れ子構造をなすことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1の給電経路を形成する第1の接続配線と、前記第2の給電経路を形成する第2の接続配線とが対になって配置され、
前記対をなす第1の接続配線と第2の接続配線のそれぞれは、第1の抵抗率を有する材料からなり、その表面に前記第2の抵抗率を有する材料からなる複数の突起部を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。 - 前記第2の電流経路の一部は前記半導体パッケージの基板に設けられたグランド層で形成され、前記第1の電流経路の一部は、前記グランド層と平行して設けられた前記第1の抵抗率を有する材料からなる第1の電源層と、該第1の電源層よりも前記グランド層に近接して設けられた第2の電源層とで形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 電源端子と接地端子を少なくとも有する半導体チップと、
前記電源端子に電気的に接続するための第1の端子と、前記接地端子に電気的に接続するための第2の端子と、外部接続のための第3の端子、第4の端子、第5の端子および第6の端子を有し、前記第1の端子と第3の端子とを繋ぐ第1配線、第1の端子と第4の端子を繋ぐ第2配線、第2の端子と第5の端子を繋ぐ第3配線、および第2の端子と第6の端子を繋ぐ第4配線を備え、かつ前記第1配線と第3配線は第1の抵抗率を有する第1の導電体で形成され、前記第2配線と第4配線は第1の抵抗率より高い第2の抵抗率を有する第2の導電体で形成されてなる半導体パッケージとを備え、
一つのデカップリングコンデンサから互いに別々の経路を介して前記第3の端子と第4の端子にそれぞれ接続をとり、前記第5の端子および第6の端子からの戻り経路を介して前記デップリングコンデンサにもどる給電回路を形成することを特徴とする半導体装置。 - 半導体チップを搭載し、かつ該半導体チップに給電するために外部から接続をおこなう電源端子および接地端子を有する半導体パッケージと、
前記半導体パッケージを搭載し、前記電源端子に電気的に接続する電源層と、前記接地端子に電気的に接続するグランド層とを内層に備えるプリント基板と、
前記プリント基板の表面の対をなす第1実装電極と第2実装電極に接続されて前記プリント基板に取り付けられるデカップリングコンデンサとを備え、
前記デカッププリングコンデンサから前記半導体チップに至り、再び戻る給電回路の一部として、前記電源層に接続する第1VIA電極と前記第1実装電極とを繋ぐ第1配線と、前記グランド層に接続する第2VIA電極と前記第2実装電極とを繋ぐ第2配線とを有し、
前記第1配線および前記第2配線が、第1の抵抗率を有する第1の導電体と、前記第1の抵抗率より高い第2の抵抗率を有する第2の導電体とでそれぞれ形成されることを特徴とする半導体装置。 - 前記第2の導電体は前記第1の導電体の10倍以上の抵抗率を有することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 前記第1実装電極と第2実装電極、および前記第1配線と第2配線がそれぞれ互いに対向する内側の領域が、前記第2の導電体で形成され残る外側の領域が前記第1の導電体で形成されることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 前記第1実装電極と第2実装電極、および前記第1配線と第2配線のそれぞれの幅方向の両端が前記第2の導電体で形成され、残る幅方向の中央領域が前記第1の導電体で形成されることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 前記第1配線と第2配線の幹部分が前記第1の導電体で形成され、前記それぞれの幹部分の互いに対向する内側には前記第2の導電体で形成する複数の突起部を有し、第1配線と第2配線の突起部同士が入れ子構造をなすことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 前記第1配線と第2配線は前記記第1の導電体で形成され、その表面に前記第2の導電体で形成される複数の突起部を有することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 半導体チップを搭載し、かつ該半導体チップに給電するために外部から接続をおこなう電源端子および接地端子を有する半導体パッケージと、
前記半導体パッケージを搭載し、前記電源端子に電気的に接続する電源層と、前記接地端子に電気的に接続するグランド層とを少なくとも備えるプリント基板と、
前記プリント基板の表面の対をなす第1実装電極と第2実装電極に接続されて前記プリント基板に取り付けられるデカップリングコンデンサとを備え、
前記第1実装電極および第2実装電極は、第1の抵抗率の低抵抗領域と、前記第1の抵抗率より高い第2の抵抗率の高抵抗領域とをそれぞれ有し、該第1実装電極の低抵抗領域から前記プリント基板表面の第1配線を介して前記電源層に至る電流経路と、該第1実装電極の高抵抗領域に直接繋がる第1のパッドオンVIAを介して前記電源層に至る電流通路と、該第2実装電極の低抵抗領域から前記プリント基板表面の第2配線を介して前記グランド層に至る電流通路と、該第2実装電極の高抵抗領域に直接繋がる第2のパッドオンVIAを介して前記グランド層にいた電流通路とを前記プリント基板に備えたことを特徴とする半導体装置。
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