JP5497266B2

JP5497266B2 - 半導体モジュール、基板および配線方法

Info

Publication number: JP5497266B2
Application number: JP2008020088A
Authority: JP
Inventors: 亘塚田
Original assignee: PS4 Luxco SARL
Current assignee: PS4 Luxco SARL
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: JP2009182163A; US20090196009A1; US8054643B2

Description

本発明は、複数の半導体装置を基板上に配列させて電気的に接続した半導体モジュールに関し、特に、その基板および配線方法に関する。

近年、半導体装置のパッケージ形状は、高機能化を実現するため、縦長（矩形形状）になる傾向がある。このため、半導体装置をモジュール化するにあたり、規格や顧客要求などによって定められた形状の基板上に、同じく規格などで定められた数量の半導体装置を配置することが困難になっている。

この問題を回避するための対策の１つとして、図１１および図１２に示すように、複数の半導体装置の向きを９０度ずつ変えて縦横に配置する配置方法がある。

図１１および図１２は、基板２００上に複数の半導体装置２０を備えた半導体モジュールを、上から見た図（平面図）である。図１１は、半導体モジュールの簡略図、図１２は、より製品イメージに近い図であって、図１１に対応する配線パターン図である。

図１１および図１２において、半導体装置２０の各々は、基板２００に設けられた信号配線群１１およびビア群４０を介して、隣接する他の半導体装置に電気的に接続されている。

基板２００は、例えば、多層配線基板などが用いられる。また、半導体装置２０としては、例えば、ＤＲＡＭなどの半導体記憶装置、あるいは、システムＬＳＩなどの半導体集積回路装置などがある。

一方、信号間のスキューを無くすための配線方法としては、既にさまざまなものが提案されている（例えば、特許文献１乃至４参照）。

特開平１１−１６３５３１号公報特開２０００−０８２７４３号公報特開２００４−０９６０９５号公報特開平１１−３４０４３８号公報

一般に、半導体装置間を接続する信号配線群に含まれる複数の信号配線は、電気的な特性を揃えて信号間スキューの影響を低減するために、等長とする必要がある。ところが、図１１および図１２に示すように、隣接する半導体装置２０の向きが９０度異なる半導体モジュールでは、配線領域の制約から、半導体装置２０間を結ぶ信号配線群１１が、半導体装置のパッド配置に合わせて蛇行するレイアウトにならざるを得ない。このため、必然的に大回りと小回りの信号配線が生じ、信号配線を互いに等長にすることが困難となる。その結果、信号配線間のスキュー（遅延時間差）が増大し、半導体装置に要求される高速動作を実現できなくなる。

そこで、本発明は、隣接する半導体装置の向きを互いに９０度異ならせた半導体モジュールにおいて、半導体装置間を接続する複数の信号配線を互いに等長とし、信号間スキューを低減することを目的とする。

なお、上記特許文献１乃至４には、隣接する半導体装置の向きを互いに９０度異ならせた半導体モジュールについての記載はなく、このような半導体モジュールにおいて配線長を等しくする技術についてなんら開示するものでも示唆するものでもない。特に、複数の半導体装置を２列に並べて配置し、一方の列に属する半導体装置の近傍に位置するビアと、他方の列に属する半導体装置の近傍に位置するビアとを、互い違いの信号配線で接続することについて、これら特許文献１乃至４は全く開示も示唆もしていない。

本発明は、矩形形状の複数の半導体装置を、隣接する半導体装置の向きが互いに９０度異なるように２列に配列した半導体モジュールにおいて、同一方向に向けられた半導体装置同士を接続するように、一方の列に含まれる半導体装置を他方の列に含まれる半導体装置に接続したことを特徴とする。

本発明によれば、矩形形状の複数の半導体装置を、隣接する半導体装置の向きが互いに９０度異なるように２列に配列した半導体モジュールにおいて、一の半導体装置と他の半導体装置とを接続する複数の信号配線を互いに等長とし、信号間のスキューを低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体モジュールの概念図である。

図示の半導体モジュールは、基板１００と、その上に搭載された複数の半導体装置２０，２０’とを有している。また、基板１００は、半導体装置２０，２０’が接続されるビア群４０，４０’と、これらビア群４０，４０’に含まれるビア同士を接続する信号配線群１０，１０’を有している。

半導体装置２０と２０’は、同一の構成を有している。また、これら半導体装置２０，２０’には、図示しないインデックス（半導体装置の向きを表すマーク）が設けられている。半導体装置２０は全て、インデックスが同一方向、例えば図の上方向、へ向くように配置される。半導体装置２０’もまた、全てが同一方向、例えば図の右方向、へ向くように配置される。なお、半導体装置２０’は、一方向に向かうよう配置された半導体装置２０に対して、９０度異なる方向に向かうように（あるいは、回転させて）配置されている。こうして、半導体装置２０と２０’とは交互に且つ２列に配置されている。

ビア群４０，４０’は、半導体装置２０，２０’の配置位置に対応して設けられている。半導体装置２０，２０’の各々は、基板１００に搭載される際、近傍に設けられたビア郡４０，４０’に接続される。

信号配線群１０に含まれる各配線は、半導体装置２０の近傍に配置されるビア群４０に含まれるビアと接続される。同様に、信号配線群１０‘に含まれる各配線は、半導体装置２０’の近傍に配置されるビア群４０’に含まれるビアと接続される。

図１より明らかなように、本実施の形態に係る半導体モジュールでは、信号配線群１０が、一方の列（図の上方の列）の半導体装置２０に対応するビア群４０と他方の列（図の下方の列）の半導体装置２０に対応するビア群４０とをジグザクに接続する。同様に、信号配線群１０’は、一方の列（図の上方の列）の半導体装置２０’に対応するビア群４０’と他方の列（図の下方の列）の半導体装置２０に対応するビア群４０’とをジグザクに接続する。つまり、一方の列に属する半導体装置２０，２０’と他方の列に属する半導体装置２０，２０’とが互い違いに接続され、半導体装置２０同士、半導体装置２０’同士がそれぞれ接続されている。

図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図１におけるビア群４０と信号配線群１０との関係を説明するための図である。

図２（ａ）は、ビア群４０，４０’の中心を通る補助線５０を描いたとき、４本の補助線５０で囲まれた領域５１が矩形となる場合を示している。この場合、ビア群４０に含まれる複数（ここでは３つ）のビアは基板１００の長手方向（図の左右方向）に平行に並んでおり、これらビアに接続される信号配線群１０に含まれる複数の配線は、領域５１の対角線と平行となり、互いに等長である。また、ビア群４０’に含まれる複数（ここでは３つ）のビアは基板１００の長手方向（図の左右方向）に垂直に並んでおり、これらビアに接続される信号配線群１０’に含まれる複数の配線もまた、領域５１の対角線と平行となり、互いに等長である。よって、これらの信号配線群１０または１０’により接続される２つの半導体装置間において信号間スキューの発生を抑制できる。

また、図２（ａ）に示す場合は、ビア群４０に含まれるビアに接続される信号配線群１０の配線と、ビア群４０’に含まれるビアに接続される信号配線群１０’の配線の長さも等しい。つまり、上方の列から下方の列に向かう配線は、互いに等長であり、同様に、下方の列から上方の列に向かう配線も、互いに等長である。

図２（ｂ）は、ビア群４０，４０’の中心を通る補助線５０を描いたとき、４本の補助線で囲まれた領域５１が台形となる場合を示している。この場合においても、上方の列から下方の列に向かう信号配線と、下方の列から上方の列に向かう信号配線とは、互いに等長となる。

つまり、補助線５０で囲まれた領域５１が、その中心線５２に対して線対称であれば、上方の列から下方の列に向かう信号配線と、下方の列から上方の列に向かう信号配線とは、互いに等長となる。

このように、本実施の形態に係る半導体モジュールでは、大回り配線や小回り配線を行うことなく、等長配線を行うことができる。そして、その結果として、信号間のスキューを低減することができる。

次に、基板１００について、さらに詳細に説明する。基板１００は、多層配線基板を用いて実現することができる。多層配線基板は、例えば、図３および図４に示すような配線パターンを有する配線層を有する。なお、図３は、配線パターンの一例を示す簡略図であり、図４は、図３の配線パターンに対応する、より製品イメージに近い配線パターン図である。

図３および図４において、半導体装置２０と２０’とは、図１を参照して説明したように、互いに９０度異なる方向に向けて基板１００上に配置される。半導体装置２０に対応して設けられたビア群４０に含まれる複数のビアは、基板１００の長手方向と平行に並んでいる。

信号配線群１０−１に含まれる各配線は、上方の列のビア群４０に含まれるビアと、下方の列のビア群４０に含まれるビアとを接続して、インデックスの向きが同じ半導体装置２０同士を電気的に接続する。この配線層では、信号配線群１０−１が、上方の列のビア群４０を左斜め下に位置する下方の列のビア群４０に接続している。この信号配線群１０−１は、図１に示した信号配線群１０の半分に相当する。

なお、図４の一点破線５０は、各ビア群４０の中心を通る補助線である。また、信号配線群１０−１に含まれる配線以外の配線も、この配線層に形成されてよい。

図４の配線パターンでは、信号配線群１０−１のうち、両端に位置する配線の配線長が２０ｍｍであるとき、中央部に位置する配線の配線長は１８ｍｍであり、配線長の差は２ｍｍ程度である。これに対し、従来技術である図１２の信号パターンにおける、隣接する半導体装置２０と２０’との間を接続する信号配線群１１では、配線基板２００の外側寄りに配置された最も大回りの配線長が２０ｍｍであるとき、中央部では１６ｍｍ、最も小回りの配線で１３ｍｍとなり、信号間のばらつきが、図４の配線パターンよりも大きいことが明らかである。

図５および図６は、基板１００の他の配線層における配線パターンを示す図である。図５は、配線パターンの簡略図であり、図６は、図５の配線パターンに対応する、より製品イメージに近い配線パターン図である。

図５および図６に示す配線層には、半導体装置２０’に対応して設けられたビア群４０’を接続する信号配線群１０’−１が設けられている。この信号配線群１０’−１は、下方の列のビア群４０’に含まれるビアと、左斜め上に位置する上方の列のビア群４０’に含まれるビアとを接続し、これらビア群に対応するインデックスの向きが同じ半導体装置２０’同士を電気的に接続する。この信号配線群１０’−１は、図１に示した信号配線群１０’の半分に相当する。

図５から明らかなように、基板１００の長手方向に垂直に並んだビア群４０’を接続する信号配線群１０’−１もまた、両端の配線と中央部の配線とで、その配線長が等しい。実際の配線層においても、図６から理解されるように、信号配線群１０’の各配線の配線長はほぼ等しい。

図７および図８は、さらに他の配線層における配線パターンを示す図である。図７は、配線パターンの簡略図であり、図８は、図７の配線パターンに対応する、より製品イメージに近い配線パターン図である。

図７および図８に示す配線層には、半導体装置２０に対応して設けられたビア群４０を接続する信号配線群１０−２が設けられている。この信号配線群１０−２は、下方の列のビア群４０に含まれるビアと、左斜め上に位置する上方の列のビア群４０に含まれるビアとを接続し、これらビア群４０に対応するインデックスの向きが同じ半導体装置２０同士を電気的に接続する。この信号配線群１０−１は、図１に示した信号配線群１０の残りの半分に相当する。この信号配線群１０−２もまた、両端の配線と中央部の配線とで、その配線長が等しい。

図９および図１０は、さらに他の配線層における配線パターンを示す図である。図９は、配線パターンの簡略図であり、図１０は、図９の配線パターンに対応する、より製品イメージに近い配線パターン図である。

図９および図１０に示す配線層には、半導体装置２０’に対応して設けられたビア群４０’を接続する信号配線群１０’−２が設けられている。この信号配線群１０’−２は、上方の列のビア群４０’に含まれるビアと、左斜め下に位置する下方の列のビア群４０’に含まれるビアとを接続し、これらビア群４０’に対応するインデックスの向きが同じ半導体装置２０’同士を電気的に接続する。この信号配線群１０’−２は、図１に示した信号配線群１０の残りの半分に相当する。この信号配線群１０’−２もまた、両端の配線と中央部の配線とで、その配線長が等しい。

図３、図５、図７および図９（あるいは、図４、図６、図８および図１０）に示す配線パターンを重ね合わせることにより、基板１００が構成される。

本実施の形態では、同じ列に含まれる隣接する半導体同士を接続するのではなく、一方の列に含まれる半導体装置を他方の列に含まれ同一方向に向けられた（インデックスの向きが同じ）半導体装置と接続するようにしたことで、信号配線の等長化を実現することができる。これにより、互いに接続された二つの半導体装置間における信号間スキューの低減を図ることができる。

なお、図３、図５、図７および図９に示す配線パターンでは、ビア群４０，４０’の中心を通る補助線が描く形状が、図２（ａ）および（ｂ）を参照した説明とは異なり、線対称になっていない。そのため、信号配線群１０−１，１０−２と信号配線群１０−１’、１０−２’との配線長は必ずしも等長とはならない。しかしながら、このような構成であっても、上述したように、互いに接続された二つの半導体装置間における信号間スキューの低減を図ることができる。

以上、本発明について一実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更等が可能である。例えば、上記実施の形態では４つの配線層を用いる場合について説明したが、それより多い又は少ない配線層からなる多層配線基板を用いてもよい。

本発明の一実施の形態に係る半導体モジュールの概念図である。（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図１の半導体モジュールにおけるビア群と信号配線群との関係を説明するための図である。図１の半導体モジュールに用いられる基板を構成する配線層における配線パターンの一例を示す概略図である。図３の配線パターンの詳細を示す詳細図である。図１の半導体モジュールに用いられる基板を構成する他の配線層における配線パターンの一例を示す概略図である。図５の配線パターンの詳細を示す詳細図である。図１の半導体モジュールに用いられる基板を構成するさらに他の配線層における配線パターンの一例を示す概略図である。図７の配線パターンの詳細を示す詳細図である。図１の半導体モジュールに用いられる基板を構成するさらに他の配線層における配線パターンの一例を示す概略図である。図９の配線パターンの詳細を示す詳細図である。従来の半導体モジュールの配線パターンを示す概略図である。図１１の配線パターンの詳細を示す詳細図である。

符号の説明

１０，１０−１，１０−２，１０’，１０’−１，１０’−２信号配線群
１１信号配線群
２０，２０’ 半導体装置
４０，４０’ ビア群
５０補助線
５１補助線に囲まれた領域
５２中心線
１００基板
２００基板

Claims

矩形形状の複数の半導体装置を、隣接する半導体装置の向きが互いに９０度異なるように２列に配列した半導体モジュールにおいて、
同一方向に向けられた半導体装置同士を異なる方向に向けられた半導体装置を介在させることなく接続するように、一方の列に含まれる半導体装置を他方の列に含まれる半導体装置に接続したことを特徴とする半導体モジュール。
請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
一の半導体装置と他の半導体装置とを接続する複数の配線の長さが互いに等しくなるように配線したことを特徴とする半導体モジュール。
請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
一方の列に属する半導体装置と他方の列に属する半導体装置とを互い違いに接続するようにしたことを特徴とする半導体モジュール。
請求項１，２又は３に記載の半導体モジュールにおいて、
多層配線基板を用いて前記複数の半導体装置間を接続するようにしたことを特徴とする半導体モジュール。
矩形形状の複数の半導体装置を、隣接する半導体装置の向きが互いに９０度異なるように２列に配列した半導体モジュールの配線方法において、
同一方向に向けられた半導体装置同士を異なる方向に向けられた半導体装置を介在させることなく接続するように、一方の列に含まれる半導体装置を他方の列に含まれる半導体装置に接続することを特徴とする配線方法。
請求項５に記載の配線方法において、
一の半導体装置と他の半導体装置とを接続する複数の配線の長さが互いに等しくなるように配線することを特徴とする配線方法。
請求項５に記載の配線方法において、
一方の列に属する半導体装置と他方の列に属する半導体装置とを互い違いに接続するようにしたことを特徴とする配線方法。
請求項５，６又は７に記載の配線方法において、
多層配線基板を用いて前記複数の半導体装置間を接続するようにしたことを特徴とする配線方法。
矩形形状の複数の半導体装置を、隣接する半導体装置の向きが互いに９０度異なるように２列に配列させて搭載する半導体モジュール用の基板において、
同一方向に向けられた半導体装置同士を異なる方向に向けられた半導体装置を介在させることなく接続するように、一方の列に含まれる半導体装置を他方の列に含まれる半導体装置に接続する配線を備えることを特徴とする基板。
請求項９に記載の基板において、
前記配線は、一の半導体装置と他の半導体装置とを接続する複数の配線を含み、これら複数の配線の長さが互いに等しくなるように設けられていることを特徴とする基板。
請求項９に記載の基板において、
一方の列に属する半導体装置と他方の列に属する半導体装置とを互い違いに接続するよう前記配線が設けられていることを特徴とする基板。
請求項９，１０又は１１に記載の基板において、
多層配線基板であることを特徴とする基板。