JP6149382B2

JP6149382B2 - 特性インピーダンス管理用テストクーポンおよびこれを備えたプリント基板

Info

Publication number: JP6149382B2
Application number: JP2012241605A
Authority: JP
Inventors: 基田辺
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2032-11-01
Also published as: JP2014093340A

Description

本発明は、プリント基板の特性インピーダンスを測定し管理するためのテストクーポンおよびこれを備えたプリント基板に関する。

ＬＳＩパッケージなどのボールグリッドアレイ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ、以下、ＢＧＡと略す）において、配線幅と配線間隔を表すラインアンドスペース（以下、Ｌ／Ｓと略す）のピッチが狭い仕様となるＢＧＡ内側の製品配線や、Ｌ／Ｓのピッチが広めの仕様となるＢＧＡ外側の製品配線の、特性インピーダンス（以下、Ｚ０と略す）の仕上り値を保証するテストクーポンは、プリント基板上にあって製品配線の領域とは異なる領域に設けられ、プリント基板の製造工程の終了後にそのＺ０を測定することによって、製品配線のＺ０を保証している。

テストクーポンは、プリント基板上に形成される製品の配線のＬ／Ｓや配線厚といった配線仕様（デザインルール）と同じ仕様の配線を、製品の外側に任意の長さに配置したものである。また、Ｚ０は上記の配線仕様により一意の値に決定される。したがって、テストクーポンのＺ０を測定することで、製品の配線のＺ０が確認され管理される。

しかしながら、製造工程における配線のエッチング量やめっき膜厚は、配線の密集の程度や製造工程の様々な要因によって変動するために、プリント基板上でばらつきを引き起こす。このばらつきのテストクーポンのＺ０への影響を抑制するために、特許文献１や特許文献２の技術が開示されている。

特許文献１では、テストクーポンのパタンの両側にダミーパタンを設けることで、製品配線領域の配線パタンとテストクーポン領域のテストクーポンパタンのエッチングの際に、両者のエッチング条件が同等になるようにしている。これにより、製品領域の配線とテストクーポンとが同等の仕上がりになるようにしている。

一方、特許文献２では、プリント基板上の製品配線領域とは異なる領域に、配線間隔が一定となるようにジグザグに配線されるジグザグ配線部と、直線に配線される直線配線部とを備えた特性インピーダンス測定用テストクーポンを設ける。これにより、隣接配線間隔の最大および最小による仕上がり差が主要因となって生じる特性インピーダンスのばらつきの確認および管理を行うことができるとしている。

特開２００５−１９７５５６号公報特開２０１１−１８１７８５号公報

しかしながら、これら特許文献１や特許文献２の技術には、以下の課題がある。すなわち、特許文献１の技術では、直線形状のテストクーポンであるために、エッチング液の流動性の影響を受けていた。エッチング液の流動性とは、一つにはエッチング液の配線などのパタンに対する流れる方向である。例えば、製品領域の配線の方向に対して、テストクーポンの配線方向が一致している場合は、製品領域の配線とテストクーポンの配線が同じ様に仕上がるため、製品領域の配線のＺ０をテストクーポンのＺ０で確認し管理できる。しかしながら、一致しない場合は相互のＺ０にずれが生じるため、テストクーポンで確認し管理することができなかった。また、製品領域のＢＧＡの内側と外側のように、デザインルールの異なる配線領域を有する場合、デザインルールの異なる双方の配線領域のＺ０に同時に対応することができなかった。さらには、ダミーパタンを形成するための領域を余分に必要としていた。

特許文献２の技術では、テストクーポンはジグザグに配線されるジグザグ配線部と、直線に配線される直線配線部とを備えた構造としている。これにより、隣接配線間隔の最大および最小による仕上がり差が主要因となって生じる特性インピーダンスのばらつきの確認および管理を行うことができるとしている。しかしながら、この場合も、エッチング液の流動性の影響を受けていた。すなわち、特許文献２のテストクーポンの直線配線部とジグザグ配線部の直線部分とは、前記の特許文献１の直線形状のテストクーポンと同様の課題を抱えていた。また、製品領域のＢＧＡの内側と外側のように、デザインルールの異なる配線領域を有する場合、デザインルールの異なる双方の配線領域のＺ０に同時に対応することができなかった。

本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、エッチング液の流動性などの製造要因が変化しても、プリント基板上の製品領域のデザインルールの異なる配線領域の、デザインルールの異なる配線領域ごとのＺ０の確認と管理を同時に行うことができる、特性インピーダンス管理用テストクーポンを提供することにある。

プリント基板上のテストクーポン領域内に形成される特性インピーダンス管理用テストクーポンにおいて、第１のデザインルールによる第１の配線が、第１の直線部を有し、前記第１のデザインルールによる第２の配線が、前記第１の直線部と略垂直である第２の直線部を有し、第２のデザインルールによる第３の配線が、前記第１の直線部と前記第２の直線部のいずれかと略垂直である第３の直線部を有し、前記第１の配線と前記第２の配線と前記第３の配線とが直列接続された特性インピーダンス管理用テストクーポンである。

本発明による特性インピーダンス管理用テストクーポンによれば、エッチング液の流動性などの製造要因が変化しても、プリント基板上の製品領域のデザインルールの異なる配線領域の、デザインルールの異なる配線領域ごとのＺ０の確認と管理を同時に行うことができる、特性インピーダンス管理用テストクーポンを提供することができる。

本発明の実施形態の特性インピーダンス管理用テストクーポンの構造を示す図である。本発明の実施形態の特性インピーダンス管理用テストクーポンの構造を示す図である。本発明の実施形態の特性インピーダンス管理用テストクーポンの特性インピーダンスＺ０の測定結果を示す図である。本発明の実施形態の特性インピーダンス管理用テストクーポンの特性インピーダンスＺ０の測定結果を示す図である。比較例としての特性インピーダンス管理用テストクーポンの構造を示す図である。比較例としての特性インピーダンス管理用テストクーポンの特性インピーダンスＺ０の測定結果を示す図である。本発明の特性インピーダンス管理用テストクーポンを有するプリント基板の構成例を示す図である。

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。

図１は、本発明の実施形態の特性インピーダンス管理用テストクーポンの構造を示す図である。テストクーポン１０は、図６に示すプリント基板３０上にあって、ＢＧＡなどが形成される製品領域３２に対して、テストクーポン領域３１に形成される。

図１において、テストクーポン１０の左側略半分である、第１のデザインルールの配線領域対応縦配線１１と第１のデザインルール配線領域対応横配線１２とは、図６の製品領域３２の第１のデザインルールの配線領域３４のように、狭ピッチな配線幅と配線間隔および配線方向に対応した配線である。これは例えば、プリント基板上のＢＧＡ内側の配線仕様に相当する。また、テストクーポン１０の右側略半分である第２のデザインルールの配線領域対応縦配線１３とは、図５の製品領域３２の第２のデザインルールの配線領域３５のように、広ピッチな配線幅と配線間隔および配線方向に対応した配線である。これは例えば、プリント基板上のＢＧＡ外側の配線仕様に相当する。

さらに、左側略半分のテストクーポンは、相互に平行に延びる複数の縦直線部３を有する配線（第１のデザインルールの配線領域対応縦配線１１）と、縦直線部３を略９０度回転させた相互に平行に延びる複数の横直線部５を有する配線（第１のデザインルール配線領域対応横配線１２）を有する。縦直線部３は縦折り返し部４で各々繋がり折り返し、横直線部５は横折り返し部６で各々繋がり折り返す。

また、第２のデザインルールの配線領域対応縦配線１３は、相互に平行に延びる複数の縦直線部７が縦折り返し部８で各々繋がり折り返す構成である。ここで、縦直線部７は縦直線部３とは略平行、横直線部５とは略垂直である。第１のデザインルールの配線領域対応縦配線１１、第１のデザインルールの配線領域対応横配線１２、第２のデザインルールの配線領域対応縦配線１３は直列接続している。直列接続する際の各配線を並べる順序は図１に限定されない。

第２のデザインルールの配線領域対応縦配線１３はまた、縦直線部７に垂直な、相互に平行に延びる複数の横直線部が横折り返し部で各々繋がり折り返す構成とすることもできる（図１中に記載なし）。また、縦直線部７に垂直な、相互に平行に延びる複数の横直線部が横折り返し部で各々繋がり折り返す構成を、第２のデザインルールの配線領域対応縦配線１３に連結することもできる（図１中に記載なし）。

図１において、第２のデザインルールの配線領域対応縦配線１３のみとし、第２のデザインルールの配線領域対応横配線を備えなくてもよしとされるのは、広ピッチな配線幅と配線間隔のデザインルールであるために、製造工程によるばらつきを受けにくいことによる。

第１のデザインルールの配線領域対応縦配線１１と第１のデザインルールの配線領域対応横配線１２においては、製品領域の配線の方向が縦直線部３の方向のみである場合は、第１のデザインルールの配線領域対応横配線１２を省略することができる。また、製品領域の配線の方向が横直線部５の方向のみである場合は、第１のデザインルールの配線領域対応縦配線１１を省略することができる。さらに、第２のデザインルールの配線領域対応縦配線１３においては、製品領域の配線の方向が、縦直線部７に垂直である場合は、縦直線部７を９０度回転させた横直線部とするＢＧＡ外対応クーポンとすることができる。

以上のように、第１のデザインルールの配線領域対応縦配線１１、第１のデザインルールの配線領域対応横配線１２、第２のデザインルールの配線領域対応縦配線１３は、製品領域における異なるデザインルールを有する異なる領域の配線方向に対応して、その組合せ方を変えることができる。

なお、図１では、第１のデザインルールの配線領域対応縦配線１１、第１のデザインルールの配線領域対応横配線１２、第２のデザインルールの配線領域対応縦配線１３は、相互に平行に延びる複数の直線部が折り返し部で各々繋がり折り返す構成としているが、図２に示すように、本発明の実施形態では、第１のデザインルールの配線領域対応縦配線１５、第１のデザインルールの配線領域対応横配線１６、第２のデザインルールの配線領域対応縦配線１７の各配線が各々一本の３縦直線部、５横直線部、７縦直線部からなるテストクーポン１４の場合を排除しない。また、図１、図２のテストクーポンの配線は単線構造であるが、差動配線に対応する２重線構造とすることも可能である。

プリント基板の製造時において、配線方向や隣接する配線との間隔（粗密）の影響で、配線の仕上り幅にはばらつきが生じる。一般的なプリント基板を想定した場合、配線方向や隣接する配線との間隔の大小により、銅箔のエッチング量に差が生じ、配線幅や配線間隔が異なる仕上がりとなる。配線の間隔を例に取ると、配線の間隔が大きい時は、エッチング量が多くなる傾向となり、配線幅は細く仕上る。その結果、Ｚ０は設計値より高くなる。逆に、配線の間隔が小さい時は、エッチング量が少なくなる傾向となり、配線幅は太く仕上る。その結果、Ｚ０は設計値より低くなる。

また、ビルドアップ基板を例に取ると、パネルめっき法において、隣接する配線との間隔の大小（粗密）により、めっき厚（配線厚）に差が生じる。配線の間隔が大きい時は、めっき電流密度が大きくなり、めっき厚が厚く仕上る。その結果、Ｚ０は設計値より低くなる。逆に、配線の間隔が小さい時は、めっき電流密度が小さくなり、めっき厚が薄く仕上る。その結果、Ｚ０は設計値より高くなる。

また、配線方向によりエッチング液の流動性が変化する。配線方向によって流動性が良い場合は、エッチング量が多くなり配線幅は細く仕上り、Ｚ０は設計値より高くなる。逆に、流動性が悪い場合は、エッチング量が少なくなり配線幅は太く仕上り、Ｚ０は設計値より低くなる。

図１のように、特性インピーダンス管理用テストクーポン１０の配線を、製品内の配線方向と配線幅および配線間隔による仕上がり差を代表する、第１のデザインルールの配線領域と第２のデザインルールの配線領域の各々に対応した配線とすることによって、配線方向や配線幅および隣接する配線の間隔の大小に起因した仕上りばらつき（エッチングばらつき）が主要因となって生じる製品内配線のＺ０ばらつきを確認し管理することが可能となる。さらに、双方のデザインルールの配線領域の配線仕様を有する一体型のクーポンとすることで、一度の測定で各々のデザインルールによる配線領域のＺ０を把握することが可能となり、測定工数の低減を図ることができる。

図３Ａは、図１の特性インピーダンス管理用テストクーポン１０のＺ０の測定結果の一例を示す。縦軸はＺ０、横軸は時間である。Ｚ０の測定はＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｅｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ（ＴＤＲ）法による。本テストクーポンのＺ０の測定に際しては、測定器１から測定端子部２に向けて信号を入力し、他端端子部９から戻る反射波の電圧値から各配線のＺ０を得る。図３Ａでは、第１のデザインルールの配線領域対応縦配線１１、第１のデザインルールの配線領域対応横配線１２、第２のデザインルールの配線領域対応縦配線１３のＺ０のいずれもが、規格内にあることが確認されている。

図３Ｂは、図１の特性インピーダンス管理用テストクーポン１０のＺ０の測定結果の別の例を示す。図３Ｂで測定したテストクーポンは、図３Ａのテストクーポンを製造した際のエッチング工程のエッチング液の流れを９０度変えて製造されている。そのため、図３Ｂの第１のデザインルールの配線領域対応縦配線１１のＺ０と第１のデザインルールの配線領域対応横配線１２のＺ０との大小関係は、図３Ａのそれとは逆になっている。すなわち、本実施形態の特性インピーダンス管理用テストクーポン１０は、製造工程が変化したことによるばらつきの変化を確認することができている。

図３Ｂでは、第１のデザインルールの配線領域対応縦配線１１と第１のデザインルールの配線領域対応横配線１２のＺ０は規格内にあり、第２のデザインルールの配線領域対応縦配線１３のＺ０は規格内にないことが確認されている。この結果から、この製品は規格外であると判別される。

比較例として、図４に、特許文献２で開示された特性インピーダンス管理用テストクーポン２７を示す。図４において、テストクーポン２７は、左側略半分は直線部２３と折り返し部２４とからなるジグザグクーポン２８、右側略半分は直線部２５からなる直線クーポン２９からなる。また、テストクーポン２７の配線は、第１のデザインルールの配線領域あるいは第２のデザインルールの配線領域のいずれかのデザインルールとすることができる。図４では第１のデザインルールの配線領域のデザインルールとしている。すなわち、第２のデザインルールの配線領域のデザインルールとする必要がある場合は、図４とは別に、第２のデザインルールの配線領域のデザインルールの配線を有する特性インピーダンス管理用テストクーポンを設ける必要がある。

図５は、図４の特性インピーダンス管理用テストクーポン２７のＺ０の測定結果の一例を示す。Ｚ０の測定は、測定器２１から測定端子部２２に向けて信号を入力し、他端端子部２６から戻る反射波の電圧値から各配線のＺ０を得るＴＤＲ法による。図５では、ＢＧＡ内対応ジグザグクーポン２８、ＢＧＡ内対応直線クーポン２９のＺ０のいずれもが規格内にあることが確認されている。しかしながら、この結果から、第２のデザインルールの配線領域の配線のＺ０が規格内にあるか否かを確認することはできない。よって、図５の結果をもって、この製品が規格内であるか否かの判別は付かない。

以上のように、本発明の実施形態の特性インピーダンス管理用テストクーポンによれば、エッチング液の流動性などの製造要因が変化しても、プリント基板上の製品領域のデザインルールの異なる配線領域の、デザインルールの異なる配線領域ごとのＺ０の確認と管理を一度に行うことができる、特性インピーダンス管理用テストクーポンを提供することができる。

なお、本実施形態では第１と第２の２種類の異なるデザインルールの場合について説明したが、本発明においては、任意の複数の異なるデザインルールの場合についても２種類の異なるデザインルールの場合の構造を繰り返すことによって、特性インピーダンス管理用テストクーポンを得ることが可能である。

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

１、２１測定器
２、２２測定端子部
３縦直線部
４縦折り返し部
５横直線部
６横折り返し部
７縦直線部
８縦折り返し部
９、２６他端端子部
１０、２７テストクーポン
１１第１のデザインルールの配線領域対応縦配線
１２第１のデザインルールの配線領域対応横配線
１３第２のデザインルールの配線領域対応縦配線
２３直線部
２４折り返し部
２５直線部
２８ＢＧＡ内対応ジグザグクーポン
２９ＢＧＡ内対応直線クーポン
３０プリント基板
３１テストクーポン領域
３２製品領域
３３テストクーポン
３４第１のデザインルールの配線領域
３５第２のデザインルールの配線領域

Claims

プリント基板上のテストクーポン領域内に形成される特性インピーダンス管理用テストクーポンにおいて、
第１のデザインルールによる第１の配線が、第１の直線部を有し、
前記第１のデザインルールによる第２の配線が、前記第１の直線部と略垂直である第２の直線部を有し、
第２のデザインルールによる第３の配線が、前記第１の直線部と前記第２の直線部のいずれかと略垂直である第３の直線部を有し、
前記第１の配線と前記第２の配線と前記第３の配線とが直列接続された特性インピーダンス管理用テストクーポン。
前記第１の配線が、相互に平行に延びる複数の前記第１の直線部と、前記第１の直線部を相互に繋ぐ第１の折り返し部とを有し、
前記第２の配線が、相互に平行に延びる複数の前記第２の直線部と、前記第２の直線部を相互に繋ぐ第２の折り返し部とを有し、
前記第３の配線が、相互に平行に延びる複数の前記第３の直線部と、前記第３の直線部を相互に繋ぐ第３の折り返し部とを有する、請求項１記載の特性インピーダンス管理用テストクーポン。
前記第１のデザインルールが前記第２のデザインルールに対して、配線幅と配線間隔の双方あるいは一方が小さい、請求項１から２の何れか１項記載の特性インピーダンス管理用テストクーポン。
前記第１のデザインルールが、前記特性インピーダンス管理用テストクーポンの形成されるプリント基板上の製品領域に形成されるボールグリッドアレイ内の配線のデザインルールに対応し、前記第２のデザインルールが前記ボールグリッドアレイ外の配線のデザインルールに対応する、請求項１から３の何れか１項記載の特性インピーダンス管理用テストクーポン。
前記第２のデザインルールによる第４の配線を有し、前記第４の配線が前記第３の直線部と略垂直な第４の直線部を有する、請求項１から４の何れか１項記載の特性インピーダンス管理用テストクーポン。
前記第４の配線が、相互に平行に延びる複数の前記第４の直線部と、前記第４の直線部を相互に繋ぐ第４の折り返し部とを有する、請求項５記載の特性インピーダンス管理用テストクーポン。
請求項１から６の何れか１項記載の特性インピーダンス管理用テストクーポンを有するプリント基板。