JP6598614B2 - Printed circuit board and semiconductor package - Google Patents
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Description
本発明は、半導体パッケージがプリント配線板に実装されたプリント回路板、及びプリント配線板に実装される半導体パッケージに関する。 The present invention relates to a printed circuit board in which a semiconductor package is mounted on a printed wiring board, and a semiconductor package mounted on the printed wiring board.
半導体パッケージは、半導体素子としての半導体集積回路と、半導体集積回路が実装されたパッケージ基板とを有し、プリント配線板に実装されて動作する。プリント配線板には、動作に必要な直流電圧を半導体パッケージに供給する電源回路が実装されており、プリント配線板の電源線を通じて、電源回路から半導体パッケージに直流電圧が供給される。半導体集積回路が動作すると、半導体集積回路、パッケージ基板及びプリント配線板の給電経路に、半導体集積回路の動作による電流が流れ、給電経路の電源インピーダンスとその給電経路を流れる電流との積で決まる電源電位変動が発生する。 The semiconductor package has a semiconductor integrated circuit as a semiconductor element and a package substrate on which the semiconductor integrated circuit is mounted, and operates by being mounted on a printed wiring board. A power supply circuit that supplies a DC voltage necessary for operation to the semiconductor package is mounted on the printed wiring board, and the DC voltage is supplied from the power supply circuit to the semiconductor package through the power supply line of the printed wiring board. When a semiconductor integrated circuit operates, a current due to the operation of the semiconductor integrated circuit flows through the power supply path of the semiconductor integrated circuit, the package substrate, and the printed wiring board, and a power source determined by the product of the power supply impedance of the power supply path and the current flowing through the power supply path Potential fluctuation occurs.
一般に、給電経路において、様々な周波数において反共振と呼ばれる電源インピーダンスの高いピークが発生する。反共振が発生する周波数と半導体集積回路の動作周波数とが一致すると、電源電位変動が大きくなる。半導体集積回路の動作周波数において電源電位変動が大きいと、別の半導体パッケージとの通信において信号の遅延が発生するなどの半導体集積回路の誤動作が懸念される。したがって、半導体集積回路の誤動作を防止するためには、反共振ピーク値を低減することが重要である。 In general, high power supply impedance peaks called anti-resonance occur at various frequencies in the power feeding path. When the frequency at which anti-resonance occurs coincides with the operating frequency of the semiconductor integrated circuit, the power supply potential fluctuation increases. If the power supply potential fluctuation is large at the operating frequency of the semiconductor integrated circuit, there is a concern about malfunction of the semiconductor integrated circuit such as signal delay in communication with another semiconductor package. Therefore, to prevent malfunction of the semiconductor integrated circuit, it is important to reduce the antiresonance peak value.
これに対し、特許文献1では、半導体集積回路の内部容量に直列に抵抗素子を付加することで、半導体集積回路の内部容量と外部インダクタンスとの並列回路中の抵抗成分を増大させ、反共振ピーク値を低減している。
On the other hand, in
しかしながら、上述した特許文献1では、給電経路において、半導体集積回路の内部容量と直列に抵抗素子が存在する。ここで、半導体集積回路の内部容量を含む給電経路の電源インピーダンスをZとし、内部容量をCdie、設置した抵抗素子の抵抗値をRdieとすると、周波数が高い領域では、電源インピーダンスZは(式1)で表される。
However, in
即ち、電源インピーダンスZは、高い周波数帯ほど半導体集積回路の動作による電流が半導体集積回路近傍のループで流れるため、(式1)で近似され、反共振の周波数よりも高い周波数において抵抗値Rdieの分のインピーダンス上昇が発生する。そのため、高い周波数帯での電源インピーダンスZの上昇を抑制しようとすると、反共振が生じる周波数帯における電源インピーダンスの低減効果が低くなるという問題があった。 That is, the power source impedance Z is approximated by (Equation 1) because the current due to the operation of the semiconductor integrated circuit flows in a loop near the semiconductor integrated circuit in the higher frequency band, and the resistance value Rdie is higher at a frequency higher than the antiresonance frequency. The impedance rises for a minute. Therefore, if an attempt is made to suppress an increase in the power supply impedance Z in a high frequency band, there is a problem that the effect of reducing the power supply impedance in a frequency band where anti-resonance occurs is reduced.
そこで、本発明は、反共振が生じる周波数よりも高い周波数帯における電源インピーダンスの上昇を抑制しつつ、反共振が生じる周波数帯では電源インピーダンスを低減することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to reduce power supply impedance in a frequency band where anti-resonance occurs while suppressing an increase in power supply impedance in a frequency band higher than the frequency where anti-resonance occurs.
本発明のプリント回路板は、複数のデジタル信号を同時に送信可能な第1半導体素子と、前記複数のデジタル信号を受信可能な第2半導体素子と、前記第1半導体素子及び前記第2半導体素子が実装され、グラウンド線と、基幹電源線と、前記基幹電源線から分岐して、前記第1半導体素子の電源端子に接続された第1電源線と、前記第1電源線又は前記基幹電源線から接続部を介して分岐して前記第2半導体素子の電源端子に接続された第2電源線とが形成された基板群と、前記基板群に実装され、前記第1電源線と前記グラウンド線との間に接続された第1コンデンサと、前記基板群に実装され、前記第2電源線と前記グラウンド線との間に接続された第2コンデンサと、前記基板群に実装され、前記接続部に配置された、前記第2電源線よりも高抵抗の抵抗素子と、前記基板群に実装され、前記基幹電源線に接続され、直流電圧を発生する電源回路と、を備え、前記第1半導体素子は、前記電源回路によって前記抵抗素子を介さずに前記基幹電源線及び前記第1電源線を介して直流電圧が印加されることを特徴とする。 The printed circuit board of the present invention includes a first semiconductor element capable of transmitting a plurality of digital signals simultaneously, a second semiconductor element capable of receiving the plurality of digital signals , the first semiconductor element, and the second semiconductor element. A ground line, a main power line, a first power line branched from the main power line and connected to a power terminal of the first semiconductor element, and the first power line or the main power line A substrate group formed with a second power supply line branched from the connection portion and connected to a power supply terminal of the second semiconductor element; and mounted on the substrate group; the first power supply line and the ground line; a first capacitor connected between the, is mounted on the substrate group, and a second capacitor connected between said ground line and said second power supply line, is mounted on the substrate group, the connecting portion Arranged, the second power supply A resistance element of higher resistance than is mounted on the board group, which is connected to the main power line, comprising: a power supply circuit for generating a DC voltage, wherein the first semiconductor element, the resistive element by said power supply circuit the basic power line and the DC voltage through the first power supply line and said Rukoto applied not through.
本発明によれば、反共振が生じる周波数帯では、第1及び第2コンデンサ、並びに第1電源線、第2電源線及び基幹電源線の寄生インダクタンスを含む並列回路に、抵抗素子が付加されたこととなる。そして、抵抗素子が第2電源線の電気抵抗値よりも高い電気抵抗値であっても、抵抗素子は第1又は第2半導体素子の内部容量に直列の抵抗の上昇には寄与しない。したがって、反共振が生じる周波数よりも高い周波数帯において電源インピーダンスの上昇を抑制しつつ、電源インピーダンスにおける反共振のピークを効果的に低減することができる。 According to the present invention, in a frequency band where anti-resonance occurs, a resistance element is added to the parallel circuit including the first and second capacitors and the parasitic inductances of the first power supply line, the second power supply line, and the main power supply line. It will be. Even if the resistance element has an electrical resistance value higher than the electrical resistance value of the second power supply line, the resistance element does not contribute to an increase in resistance in series with the internal capacitance of the first or second semiconductor element. Accordingly, it is possible to effectively reduce the anti-resonance peak in the power supply impedance while suppressing an increase in the power supply impedance in a frequency band higher than the frequency at which the anti-resonance occurs.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1(a)は、第1実施形態に係るプリント回路板を示す概略図である。図1(b)は、図1(a)におけるプリント配線板を示す平面図である。プリント回路板100は、プリント配線板200と、プリント配線板200に実装された半導体パッケージ300と、を備えている。また、プリント回路板100は、第1コンデンサであるバイパスコンデンサ205と、第2コンデンサであるバイパスコンデンサ206と、を備えている。また、プリント回路板100は、接続部であって抵抗成分である抵抗素子(チップ抵抗)207と、電源回路208と、を備えている。電源回路208は、半導体パッケージ300の半導体素子に電力を供給するために、半導体素子に印加する直流電圧を生成する回路であり、プリント配線板200に実装されている。
[First Embodiment]
FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a printed circuit board according to the first embodiment. FIG.1 (b) is a top view which shows the printed wiring board in Fig.1 (a). The printed
半導体パッケージ300は、PoP(Package on Package)型の積層半導体装置であり、第1半導体装置である半導体装置301と、半導体装置301上に実装された第2半導体装置である半導体装置302とを有する。半導体装置301,302は、例えばBGA型又はLGA型の半導体パッケージである。
The
半導体装置301は、第1パッケージ基板であるパッケージ基板311と、パッケージ基板311に実装された第1半導体素子である半導体集積回路321と、を有している。半導体装置302は、第2パッケージ基板であるパッケージ基板312と、パッケージ基板312に実装された第2半導体素子である半導体集積回路322と、を有している。パッケージ基板311がプリント配線板200に実装(接合)され、パッケージ基板312がパッケージ基板311に実装(接合)されている。
The semiconductor device 301 includes a
これら複数のパッケージ基板311,312を有してパッケージ基板群350が構成され、パッケージ基板群350とプリント配線板200とを有して基板群400が構成されている。
The
半導体集積回路321は、ASIC等であり、例えばコントローラとして機能し、信号(デジタル信号)を送信する。半導体集積回路322は、例えばメモリであり、半導体集積回路321からの信号(デジタル信号)を受信する。第1実施形態では、半導体集積回路321は、複数の信号送信部を有し、半導体集積回路322は、複数の信号受信部を有する。半導体集積回路321の各信号送信部は、基板群400(第1実施形態ではパッケージ基板群350)に形成された不図示の信号線を介して半導体集積回路322の各信号受信部に接続されている。これにより、半導体集積回路321,322は、電源回路208から直流電圧が印加されて動作し、信号の授受を行う。
The semiconductor integrated
基板群400には、電源回路208から各半導体集積回路321,322に電力を供給する給電経路を構成する、グラウンド線401、基幹電源線402、第1電源線である電源線410、及び第2電源線である電源線420が形成されている。
The substrate group 400 includes a
基幹電源線402は、電源回路208の電源端子209に接続されている。電源線410は、基幹電源線402から分岐して、半導体集積回路321の電源端子323に接続されている。電源線420は、電源線410から抵抗素子207を介して分岐して、半導体集積回路322の電源端子324に接続されている。
The main power supply line 402 is connected to the
基幹電源線402は、基板群400のプリント配線板200に形成されている。電源線410は、基板群400のプリント配線板200とパッケージ基板311とに跨って形成されている。電源線420は、基板群400のプリント配線板200とパッケージ基板311,312とに跨って形成されている。したがって、電源線410は、プリント配線板200側の電源線411と、パッケージ基板群350側の電源線412とで構成される。電源線420は、プリント配線板200側の電源線421と、パッケージ基板群350側の電源線422とで構成される。グラウンド線401は、各基板200,311,312にそれぞれ形成されており、互いに電気的に接続されている。
The main power supply line 402 is formed on the printed wiring board 200 of the board group 400. The power supply line 410 is formed across the printed wiring board 200 and the
プリント配線板200側の電源線411と、パッケージ基板311側の電源線412とは、パッケージ基板311のパッケージ端子(はんだボール)351で接続されている。プリント配線板200側の電源線421と、パッケージ基板311,312側の電源線422とは、パッケージ基板311のパッケージ端子(はんだボール)351で接続されている。なお、電源線422のパッケージ基板312側と電源線422のパッケージ基板311側とは、パッケージ基板312のパッケージ端子(はんだボール)352で接続されている。パッケージ基板311において、電源線412と電源線422とは物理的に分離されている。
The power supply line 411 on the printed wiring board 200 side and the
図1(b)には、プリント配線板200に形成された、グラウンド線401及び基幹電源線402の一部、並びに電源線411及び電源線421が図示されている。
FIG. 1B shows the
バイパスコンデンサ205は、基板群400のうちいずれかの基板(第1実施形態ではプリント配線板200)に実装され、電源線410(第1実施形態では電源線411)とグラウンド線401との間に接続されている。具体的には、バイパスコンデンサ205の一対の端子のうち、一方の端子が電源線411に接続され、他方の端子がグラウンド線401に接続されている。
The
バイパスコンデンサ206は、基板群400のうちいずれかの基板(第1実施形態ではプリント配線板200)に実装され、電源線420(第1実施形態では電源線421)とグラウンド線401との間に接続されている。具体的には、バイパスコンデンサ206の一対の端子のうち、一方の端子が電源線421に接続され、他方の端子がグラウンド線401に接続されている。
The
図1(b)に示すように、プリント配線板200には、パッケージ基板311のパッケージ端子351が接合される接続パッド250が複数形成されている。複数の接続パッド250には、グラウンド用の接続パッド251、電源用の接続パッド252,253、及び信号用その他の接続パッド254が含まれている。半導体集積回路321の電源用の接続パッド252、半導体集積回路322の電源用の接続パッド253、グラウンド用の接続パッド251が4辺に存在している。
As shown in FIG. 1B, a plurality of
電源用の接続パッド252は、プリント配線板200の表層に形成された、電源線411を構成する導体パターン416の一部である。電源用の接続パッド253は、プリント配線板200の表層に形成された、電源線421を構成する導体パターンの一部である。グラウンド用の接続パッド251は、プリント配線板200の表層に形成された、グラウンド線401を構成する導体パターンの一部である。
The
ここで、表層とは、プリント配線板200において、半導体パッケージ300が実装される面であって、最外配線層(導体パターンが配置される導体層)を意味する。なお、表層及び裏層は相対的なものであり、表層を一方の表層又は第1表層、表層とは反対側の裏層を他方の表層又は第2表層ともいう。また、プリント配線板200の表層を表面、裏層を裏面ともいう。表層(導体層)と裏層(導体層)との間には、絶縁体層を介して内層(導体層)が配置されている。
Here, the surface layer means a surface on which the
第1実施形態では、電源線411は、基幹電源線402から分岐するヴィア導体(ヴィアに形成された導体)415と、ヴィア導体415に接続された導体パターン416とを有して構成されている。なお、第1実施形態では、基幹電源線402は、表層以外の導体層(内層又は裏層)に配線された導体パターンである。 In the first embodiment, the power supply line 411 includes a via conductor (conductor formed in the via) 415 branched from the main power supply line 402 and a conductor pattern 416 connected to the via conductor 415. . In the first embodiment, the main power supply line 402 is a conductor pattern wired to a conductor layer (inner layer or back layer) other than the surface layer.
電源線411と電源線421とは、抵抗素子207を介して接続されている。抵抗素子207は、基板群400のうちいずれかの基板、第1実施形態ではプリント配線板200に実装されている。
The power supply line 411 and the power supply line 421 are connected via a
図2は、第1実施形態に係るプリント回路板の電源配線構造を示す等価回路図である。半導体集積回路321は、内部容量(内部電源容量)601と寄生抵抗602との直列回路で表される。パッケージ基板311の電源線412は、寄生インダクタンス603と寄生抵抗604との直列回路で表される。プリント配線板200の電源線411は、寄生インダクタンス605と寄生抵抗606との直列回路で表される。バイパスコンデンサ205は、容量607、寄生抵抗608及び寄生インダクタンス609の直列回路で表される。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing the power supply wiring structure of the printed circuit board according to the first embodiment. The semiconductor integrated
半導体集積回路322は、内部容量(内部電源容量)610で表される。パッケージ基板312の電源線422は、寄生インダクタンス611と寄生抵抗612との直列回路で表される。プリント配線板200の電源線421は、寄生インダクタンス613と寄生抵抗614との直列回路で表される。バイパスコンデンサ206は、容量615、寄生抵抗616及び寄生インダクタンス617の直列回路で表される。
The semiconductor integrated
基幹電源線402は、寄生インダクタンス618及び寄生抵抗619の直列回路で表され、電源回路208は、直流電源620で表される。
The main power supply line 402 is represented by a series circuit of a
電源線411と電源線412との接続部については、インダクタンス621及び抵抗622の直列回路で表される。接続部が抵抗素子207である第1実施形態の場合、抵抗622は抵抗素子207の抵抗である。また、インダクタンス621には、抵抗素子207の内部の寄生インダクタンスが含まれている。
A connection portion between the power supply line 411 and the
図2に示す等価回路に基づき、第1実施形態のプリント回路板100と比較例1,2のプリント回路板についてシミュレーションを行った。比較例1のプリント回路板では、接続部の抵抗622を電源線420よりも低抵抗(1[mΩ])とした。第1実施形態では、抵抗素子207を電源線420よりも高抵抗(250[mΩ])とした。また、比較例2のプリント回路板では、比較例1の構成に対し、半導体集積回路321の寄生抵抗602を0[Ω]とした。比較例1、比較例2及び第1実施形態のパラメータをそれぞれ以下の表1〜表3に示す。
Based on the equivalent circuit shown in FIG. 2, the printed
比較例1と第1実施形態との違いは、電源線421と電源線422との接続部のパラメータ(抵抗622)である。第1実施形態における抵抗622は、抵抗素子207の電気抵抗であり、比較例1における抵抗622は、図1に示す抵抗素子207が存在せず、配線のみの寄生抵抗である。
The difference between the first comparative example and the first embodiment is the parameter (resistor 622) of the connection portion between the power supply line 421 and the
また、比較例2と第1実施形態との違いは、接続部のパラメータである抵抗622と、半導体集積回路321の寄生抵抗602である。第1実施形態における抵抗622は、抵抗素子207の電気抵抗であり、比較例2における抵抗622は、図1に示す抵抗素子207が存在せず、配線のみの寄生抵抗である。また、第1実施形態における寄生抵抗602は、50.0[mΩ]であり、比較例2における寄生抵抗602は、0[Ω]である。
Further, the difference between the comparative example 2 and the first embodiment is a
図3は、第1実施形態、比較例1及び比較例2において第1半導体素子である半導体集積回路321側から見た電源インピーダンスの周波数特性を示すグラフである。図3において、実線が、表3に基づく第1実施形態のシミュレーション結果、鎖線が表1に基づく比較例1のシミュレーション結果、一点鎖線が表2に基づく比較例2のシミュレーション結果である。なお、図3において、電源インピーダンスの反共振について、周波数の低い側から順に、反共振1、反共振2、反共振3、反共振4とした。
FIG. 3 is a graph showing the frequency characteristic of the power supply impedance as viewed from the semiconductor integrated
図3において、比較例1と比較例2とを比較すると、比較例1では、寄生抵抗602により、比較例2よりも反共振2、反共振3、反共振4のピーク値がそれぞれ低減しているものの、低減量が小さく、反共振1に至っては変化がない。
In FIG. 3, when Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are compared, the peak values of
具体的には、反共振1のピーク値は0.42[Ω]のまま変化が無い。また、反共振2〜反共振4のピーク値は、2.02[Ω]から1.87[Ω]、1.80[Ω]から1.45[Ω]、1.93[Ω]から1.20[Ω]にそれぞれ低減している。これら反共振1〜反共振4のピーク値を更に低減させるべく、寄生抵抗602の電気抵抗値を更に高くすると、反共振4の周波数よりも高い周波数帯において、電源インピーダンスが更に上昇してしまう。
Specifically, the peak value of
これに対し、抵抗622に電気抵抗値250[mΩ]を付与した第1実施形態では、反共振1、反共振2、反共振3、反共振4のピーク値がそれぞれ比較例1の場合よりも低減している。具体的には、反共振1〜反共振4のピーク値が0.42[Ω]から0.16[Ω]、1.87[Ω]から1.43[Ω]、1.45[Ω]から0.39[Ω]、1.20[Ω]から1.03[Ω]にそれぞれ低減している。
On the other hand, in the first embodiment in which an electric resistance value of 250 [mΩ] is applied to the
また、反共振4より周波数が高い領域、即ち半導体集積回路321の内部容量601のインピーダンスが支配的となる周波数領域においては、比較例1と第1実施形態とで電源インピーダンスに差が無い、即ち抵抗622の影響が小さいことがわかる。
Further, in the region where the frequency is higher than that of the anti-resonance 4, that is, the frequency region where the impedance of the
なお、回路シミュレーションには、Synopsys社製回路シミュレータHspice(H−2013.03.SP2)を用いた。以降の回路シミュレーションも同様である。 For circuit simulation, a circuit simulator Hspice (H-2013.03.SP2) manufactured by Synopsys was used. The same applies to subsequent circuit simulations.
このように、抵抗成分である抵抗素子207を付加したことにより、半導体集積回路321の内部容量が支配的となる周波数領域の電源インピーダンスの上昇を抑制しながら、電源インピーダンスの反共振を低減することができる。これにより、電源電位変動を抑制することができ、信号の遅延が発生するのを抑制することができる。特に、半導体集積回路321の複数の信号送信部から同時に信号を送信する場合の電源電位変動(同時スイッチングノイズ)を効果的に抑制することができる。
Thus, by adding the
以下、電源インピーダンスの反共振のピークの低減原理、および半導体集積回路の内部容量と回路間の電源インピーダンスの上昇を抑制する原理について、詳細に説明する。 Hereinafter, the principle of reducing the anti-resonance peak of the power supply impedance and the principle of suppressing the rise of the power supply impedance between the internal capacitance of the semiconductor integrated circuit and the circuit will be described in detail.
図4(a)は、比較例3として接続部の電気抵抗値が0[Ω]の場合に第1半導体素子である半導体集積回路321側から見たプリント回路板の等価回路図である。なお、説明を簡単にするため、半導体集積回路が1つ、反共振の発生主要因であるパラメータで等価回路を表している。具体的には、バイパスコンデンサや半導体パッケージの寄生抵抗、プリント配線板の微小な配線インダクタンスを省略している。
4A is an equivalent circuit diagram of a printed circuit board viewed from the semiconductor integrated
図4(a)に示すように、半導体集積回路321を内部容量801、パッケージ基板311を寄生インダクタンス802で表している。また、バイパスコンデンサ205を容量803と寄生インダクタンス805、バイパスコンデンサ206を容量806と寄生インダクタンス808、基幹電源線402を寄生インダクタンス809で表している。比較例3のパラメータをそれぞれ以下の表4に示す。
As shown in FIG. 4A, the semiconductor integrated
図4(b)は、比較例3のプリント回路板における電源インピーダンスの周波数特性を示すグラフである。図4(b)に示す表4に基づく回路シミュレーションの結果、4.9[MHz]に反共振1が、107.2[MHz]に反共振2が発生していることが分かる。
FIG. 4B is a graph showing the frequency characteristic of the power supply impedance in the printed circuit board of Comparative Example 3. As a result of the circuit simulation based on Table 4 shown in FIG. 4B, it can be seen that
図4(c)は、反共振1の発生時の等価回路図である。図4(d)は、反共振2の発生時の等価回路図である。反共振はインダクタンスと容量が並列回路を構成した際に発生するため、等価回路は同じであるが、それぞれの容量及びインダクタンスの内容が異なる。以下、反共振1および反共振2の発生メカニズムについて説明する。
FIG. 4C is an equivalent circuit diagram when
反共振1の場合、内部容量801は、バイパスコンデンサ205,206の容量803,806に対して小さく、周波数が低いため、交流として開放とみなすことができる。さらに、パッケージ基板311のインダクタンス802及びバイパスコンデンサ205,206の寄生インダクタンス805,808は、基幹電源線402の寄生インダクタンス809に対して小さいため、交流として短絡とみなすことができる。
In the case of
その結果、図4(c)に示す並列回路を構成する容量810は、バイパスコンデンサ205の容量803と、バイパスコンデンサ206の容量806の合成容量が支配的となる。また、図4(c)に示す並列回路を構成するインダクタンス811は、基幹電源線402のインダクタンス809が支配的となる。
As a result, in the
一方、反共振2の場合、反共振1に対して周波数が高いため、内部容量801の影響が顕在化する。バイパスコンデンサ205,206の容量803,806は、インピーダンスが低くなるため、交流として短絡とみなすことができる。さらに、パッケージ基板311のインダクタンス802及びバイパスコンデンサ205,206の寄生インダクタンス805,808の影響が顕在化する。基幹電源線402の寄生インダクタンス809はインピーダンスが高くなるため、交流として開放とみなすことができる。
On the other hand, in the case of
その結果、図4(d)に示す並列回路を構成する容量812は、半導体集積回路321の内部容量801が支配的となる。図4(d)に示す並列回路を構成するインダクタンス813は、バイパスコンデンサ205,206の寄生インダクタンス805,808の合成インダクタンスとパッケージ基板311の寄生インダクタンス802を直列に接続したインダクタンスが支配的となる。
As a result, the
なお、図4(a)に示す等価回路は、すべてインダクタンスと容量のみで記載しているため、反共振のピークは原理的に無限大であるが、図4(b)のグラフにおける反共振のピーク値は有限の値になっている。これは、回路シミュレーション上、周波数掃引を有限の値としていることに起因している。 The equivalent circuit shown in FIG. 4 (a) is described only with inductance and capacitance. Therefore, the peak of antiresonance is infinite in principle, but the antiresonance in the graph of FIG. The peak value is a finite value. This is due to the fact that the frequency sweep is a finite value in the circuit simulation.
図5(a)は、第1実施形態において第1半導体素子である半導体集積回路321側から見たプリント回路板の等価回路図である。図5(a)に示すように、容量803及び寄生インダクタンス805と並列であって容量806及び寄生インダクタンス808と直列に、抵抗901(Radd)が設置されている。
FIG. 5A is an equivalent circuit diagram of the printed circuit board viewed from the semiconductor integrated
先に説明したように、反共振1および反共振2の発生時、反共振を発生させるインダクタンスと容量の並列回路には、バイパスコンデンサ205とバイパスコンデンサ206の特性が合成容量または合成インダクタンスとして含まれる。
As described above, when the
図5(a)に示すように抵抗901を付加した場合、これら合成容量及び合成インダクタンスの中に抵抗が加わる。つまり、インダクタンスと容量の並列回路の中に、反共振ピークを減衰させる抵抗を入れることが可能となる。
When a
以下、この原理について数式を用いて詳細に説明する。図5(b)は反共振1の発生時の等価回路図である。図5(c)は反共振2の発生時の等価回路図である。
Hereinafter, this principle will be described in detail using mathematical expressions. FIG. 5B is an equivalent circuit diagram when
反共振1の発生時の電源インピーダンスの大きさ、即ち反共振1のピーク|Z’|は、抵抗903の抵抗値R’、容量902の容量値C’、およびインダクタンス904のインダクタンス値L3を用いて、式2で表現できる。
The magnitude of the power supply impedance when
式を簡易化するためにバイパスコンデンサ205,206の容量803,806の容量値を同じ値C(C1=C2=C)とすると、(式2)のR’、C’は、(式3)、(式4)で表すことができる。
In order to simplify the equation, assuming that the capacitance values of the
ω1は反共振1発生時の角周波数である。(式3)、(式4)を(式2)に代入して整理すると、(式2)は(式5)で表せる。
ω 1 is an angular frequency when
(式5)におけるC、L3、ω1は固定値であるから、|Z’|はRaddを変数とする関数である。ここで、Raddがゼロに近い場合を考えると、|Z’|の値は(式5)の右辺中、 C in Equation (5), L3, since omega 1 is a fixed value, | Z '| is a function whose variable is the Radd. Here, considering the case where Radd is close to zero, the value of | Z ′ |
一方、Raddの増加に伴い、|Z’|の支配項が(式5)の右辺中、 On the other hand, as Radd increases, the governing term of | Z ′ |
同様に、反共振2の発生時の電源インピーダンスの大きさ|Z”|は、抵抗906の抵抗値R”、容量905の容量値C0、およびインダクタンス907のインダクタンス値L”を用いて、(式6)で表現できる。
Similarly, the magnitude of the power supply impedance | Z ″ | at the occurrence of
ここで、式を簡易化するためにパッケージ基板311の寄生インダクタンス802、バイパスコンデンサ205,206の寄生インダクタンス805,808が同じインダクタンス値L(L0=L1=L2=L)とする。(式6)のR”、L”は、(式7)、(式8)で表すことができる。
Here, in order to simplify the equation, it is assumed that the
なお、ω2は反共振2発生時の角周波数である。
Note that ω 2 is an angular frequency when
(式7)、(式8)を(式6)に代入して整理すると、(式6)は(式9)で表せる。 By substituting (Equation 7) and (Equation 8) into (Equation 6) and rearranging, (Equation 6) can be expressed by (Equation 9).
(式8)における右辺の (Equation 8)
(式10)を見ると、Raddを付与してRaddを増加させると共に|Z”|を低減可能であることが分かる。 Looking at (Equation 10), it can be seen that by adding Radd, Radd can be increased and | Z ″ | can be reduced.
図5(d)は、電源インピーダンスの周波数特性を示すグラフである。図5(d)に示すグラフは、図5(a)の回路モデルにおけるパラメータを以下の表5に基づき、回路シミュレーションによって求めた回路から見た電源インピーダンスのシミュレーション結果である。 FIG. 5D is a graph showing the frequency characteristic of the power supply impedance. The graph shown in FIG. 5D is a simulation result of the power source impedance as seen from the circuit obtained by the circuit simulation based on the following Table 5 for the parameters in the circuit model of FIG.
図5(d)に示すように、抵抗値Raddの上昇に伴い、反共振1及び反共振2のピーク値が低減している。
As shown in FIG. 5D, the peak values of
次に、内部容量801の部位に着目すると、図4(a)と図5(a)とで差異が無い。つまり、抵抗901を付加しても、半導体集積回路321の内部容量801が支配的となる周波数領域の電源インピーダンス|Zdie|は、図4(a)及び図5(a)のどちらも(式11)で同じある。したがって、半導体集積回路321の内部容量801が支配的となる周波数領域の電源インピーダンスの上昇は、抵抗901を付加しても原理的に発生しない。
Next, paying attention to the site of the
図6は、第1実施形態における抵抗622を50[mΩ]、100[mΩ]、250[mΩ]、500[mΩ]、1000[mΩ]と変化させ、図3における反共振2及び反共振3の比較例1に対するピーク値低減率をプロットしたグラフである。
6 shows that the
図6を見ると、50[mΩ]を設置した場合に約10[%]を超える低減効果が表われ、抵抗値を増加させるにつれて低減率が上昇する傾向となる。ただし、500[mΩ]を超えると低減率が飽和し始める。 Referring to FIG. 6, when 50 [mΩ] is installed, a reduction effect exceeding about 10 [%] appears, and the reduction rate tends to increase as the resistance value is increased. However, when it exceeds 500 [mΩ], the reduction rate starts to saturate.
ところで、図2に示すように、抵抗素子207(抵抗622)は、電源回路208から半導体集積回路322への直流給電経路上に直列に配置されるため、半導体集積回路322の消費電流と抵抗素子207の電気抵抗値の積による直流電圧降下が発生する。たとえば、半導体集積回路322の消費電流を0.1[A]とすると、1000[mΩ]の設定抵抗部だけで0.1[V]の直流電圧降下が発生する。
By the way, as shown in FIG. 2, the resistance element 207 (resistance 622) is arranged in series on the DC power supply path from the
一方、90[nm]以降の半導体プロセス技術を用いた半導体装置の電源電圧において、1.0[V]付近の電圧を用いる場合が増えている。例えば使用電圧が1.0[V]の場合、0.1[V]の電圧降下は使用電圧の10[%]を消費する。 On the other hand, in the power supply voltage of the semiconductor device using the semiconductor process technology after 90 [nm], a case of using a voltage near 1.0 [V] is increasing. For example, when the operating voltage is 1.0 [V], a voltage drop of 0.1 [V] consumes 10 [%] of the operating voltage.
一般的に、使用電圧の−5[%]〜−10[%]程度が許容電圧降下量であることを考えると、設置抵抗として1000[mΩ]を超える抵抗を使用することは現実的に困難である。 In general, considering that the allowable voltage drop is about −5 [%] to −10 [%] of the operating voltage, it is practically difficult to use a resistance exceeding 1000 [mΩ] as the installation resistance. It is.
以上のことから、抵抗素子207の電気抵抗値の範囲は、50[mΩ]以上1000[mΩ]以下が好ましい。
From the above, the range of the electric resistance value of the
また、抵抗素子207の電気抵抗値の範囲は、100[mΩ]以上400[mΩ]以下とするのがより好ましい。抵抗素子207の電気抵抗値を100[mΩ]以上とすることで、比較例1に対し10[%]を超える反共振のピーク値の低減効果を確実に得ることができる。また、500[mΩ]で飽和するので、400[mΩ]以下とすることで、より確実に電圧降下を抑制することができる。
The range of the electric resistance value of the
以上、第1実施形態によれば、反共振が生じる周波数帯では、バイパスコンデンサ205,206及び電源線402,410,420の寄生インダクタンスを含む並列共振回路に、抵抗素子207の抵抗成分が付加されたこととなる。したがって、電源インピーダンスにおける反共振のピークを低減することができる。
As described above, according to the first embodiment, in the frequency band where anti-resonance occurs, the resistance component of the
そして、抵抗素子207が電源線420の電気抵抗値よりも高い電気抵抗値であっても、抵抗素子207は半導体集積回路321の内部容量に直列の抵抗の上昇には寄与しない。したがって、反共振が生じる周波数よりも高い周波数帯において電源インピーダンスの上昇を抑制することができる。
Even if the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るプリント回路板について説明する。図7(a)は、第2実施形態に係るプリント回路板を示す概略図である。図7(b)は、図7(a)におけるプリント配線板を示す平面図である。
[Second Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7A is a schematic view showing a printed circuit board according to the second embodiment. FIG.7 (b) is a top view which shows the printed wiring board in Fig.7 (a).
第1実施形態では、抵抗素子がプリント配線板の表層に実装されているのに対し、第2実施形態では、プリント配線板の裏層に実装されている点が第1実施形態と異なる。他の構成は第1実施形態と同じである。したがって、同様の構成については説明を省略し、第1実施形態と異なる点について説明する。 In the first embodiment, the resistance element is mounted on the surface layer of the printed wiring board, whereas the second embodiment is different from the first embodiment in that it is mounted on the back layer of the printed wiring board. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Therefore, the description of the same configuration is omitted, and the points different from the first embodiment will be described.
第2実施形態のプリント回路板100Aは、プリント配線板200Aと、プリント配線板200Aに実装された、第1実施形態と同様の構成の半導体パッケージ300と、を備えている。また、プリント回路板100Aは、第1コンデンサであるバイパスコンデンサ205と、第2コンデンサであるバイパスコンデンサ206と、を備えている。また、プリント回路板100Aは、接続部であって抵抗成分である抵抗素子(チップ抵抗)207と、電源回路208と、を備えている。電源回路208は、プリント配線板200Aに実装されている。
A printed
第2実施形態では、複数のパッケージ基板311,312を有してパッケージ基板群350が構成され、パッケージ基板群350とプリント配線板200Aとを有して基板群400Aが構成されている。
In the second embodiment, a
基板群400Aには、電源回路208から各半導体集積回路321,322に電力を供給する給電経路を構成する、グラウンド線401、基幹電源線402A、第1電源線である電源線410A、及び第2電源線である電源線420Aが形成されている。
The
基幹電源線402Aは、電源回路208の電源端子209に接続されている。電源線410Aは、基幹電源線402Aから分岐して、半導体集積回路321の電源端子323に接続されている。電源線420Aは、基幹電源線402Aから抵抗素子207を介して分岐して、半導体集積回路322の電源端子324に接続されている。
The main power supply line 402 </ b> A is connected to the
基幹電源線402Aは、基板群400Aのプリント配線板200Aに形成されている。電源線410Aは、基板群400Aのプリント配線板200Aとパッケージ基板311とに跨って形成されている。電源線420Aは、基板群400Aのプリント配線板200Aとパッケージ基板311,312とに跨って形成されている。したがって、電源線410Aは、プリント配線板200A側の電源線411Aと、パッケージ基板群350側の電源線412とで構成される。電源線420Aは、プリント配線板200A側の電源線421Aと、パッケージ基板群350側の電源線422とで構成される。グラウンド線401は、各基板200A,311,312にそれぞれ形成されており、互いに電気的に接続されている。
The
図7(b)には、プリント配線板200Aに形成された、グラウンド線401及び基幹電源線402Aの一部、並びに電源線411A及び電源線421Aが図示されている。
FIG. 7B illustrates the
バイパスコンデンサ205は、基板群400Aのうちいずれかの基板(第2実施形態ではプリント配線板200A)に実装され、電源線410A(第2実施形態では電源線411A)とグラウンド線401との間に接続されている。具体的には、バイパスコンデンサ205の一対の端子のうち、一方の端子が電源線411Aに接続され、他方の端子がグラウンド線401に接続されている。
The
バイパスコンデンサ206は、基板群400Aのうちいずれかの基板(第2実施形態ではプリント配線板200A)に実装され、電源線420A(第2実施形態では電源線421A)とグラウンド線401との間に接続されている。具体的には、バイパスコンデンサ206の一対の端子のうち、一方の端子が電源線421Aに接続され、他方の端子がグラウンド線401に接続されている。
The
図7(b)に示すように、プリント配線板200Aには、パッケージ基板311のパッケージ端子351が接合される接続パッド250が複数形成されている。複数の接続パッド250には、グラウンド用の接続パッド251、電源用の接続パッド252,253、及び信号用その他の接続パッド254が含まれている。半導体集積回路321の電源用の接続パッド252、半導体集積回路322の電源用の接続パッド253、グラウンド用の接続パッド251が4辺に存在している。
As shown in FIG. 7B, a plurality of
電源用の接続パッド252は、プリント配線板200Aの表層に形成された、電源線411Aを構成する導体パターンの一部である。電源用の接続パッド253は、プリント配線板200Aの表層に形成された、電源線421Aを構成する導体パターンの一部である。グラウンド用の接続パッド251は、プリント配線板200Aの表層に形成された、グラウンド線401を構成する導体パターンの一部である。
The power
第2実施形態では、基幹電源線402A(電源線411A)と電源線421Aとが、抵抗素子207を有する接続部450Aを介して接続されている。電源線411A,421Aは、プリント配線板200Aの表層に形成され、基幹電源線402Aは、内層に形成されている。抵抗素子207は、プリント配線板200Aの裏層に実装されている。
In the second embodiment, the main power supply line 402 </ b> A (power supply line 411 </ b> A) and the power supply line 421 </ b> A are connected via a connection portion 450 </ b> A having a
接続部450Aは、プリント配線板200Aの裏層に形成された導体パターン451A,452Aを有している。導体パターン451Aには、抵抗素子207の一方の端子が接続され、導体パターン452Aには、抵抗素子207の他方の端子が接続されている。また、接続部450Aは、導体パターン451Aと電源線411A(導体パターン)とを接続するヴィア導体453Aと、導体パターン452Aと電源線421A(導体パターン)とを接続するヴィア導体454Aと、を有している。なお、基幹電源線402Aは内層に配線されているが、裏層に配線されていても良い。
450 A of connection parts have the
図8は、第2実施形態に係るプリント回路板の電源配線構造を示す等価回路図である。第1実施形態の等価回路との違いは、プリント配線板200Aにおける接続部450Aの配線部分の寄生インダクタンス723,724、接続部450Aの抵抗素子207の寄生インダクタンス721、抵抗722のみであり、その他は図2と同様である。したがって、図2と同じ部位の説明は省略する。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram showing the power supply wiring structure of the printed circuit board according to the second embodiment. The only difference from the equivalent circuit of the first embodiment is the
図7(b)における各ヴィア導体453A,454Aの寄生インダクタンスが、図8中、各寄生インダクタンス723,724である。導体パターン451A,452Aの合成の寄生インダクタンスが、寄生インダクタンス721である。抵抗素子207の抵抗が抵抗722である。なお、抵抗素子207は、内部の寄生インダクタンス成分が存在するが、等価回路上、寄生インダクタンス721に含めて考えることができる。
The parasitic inductances of the via
図8の等価回路に基づく比較例4,5と第2実施形態のパラメータをそれぞれ表6、表7に示している。比較例4と第2実施形態との違いは、接続部450Aのパラメータである抵抗722のみである。また、比較例4と第2実施形態との違いは、接続部450Aのパラメータである抵抗722と、半導体集積回路321の内部容量601に直列に接続された寄生抵抗602である。
Tables 6 and 7 show parameters of Comparative Examples 4 and 5 and the second embodiment based on the equivalent circuit of FIG. The difference between the comparative example 4 and the second embodiment is only the
比較例4では、寄生抵抗602の電気抵抗値を50.0[mΩ]とし、比較例5では、寄生抵抗602の電気抵抗値を0[Ω]とした。比較例4,5において、寄生抵抗602以外の部位は、同様の設定値とした。
In Comparative Example 4, the electrical resistance value of the
第2実施形態における抵抗722は、抵抗素子207の電気抵抗値を表す。また、比較例4,5における抵抗722は、抵抗素子207が存在せず、配線の寄生抵抗値を表す。
The
図9は、第2実施形態、比較例4及び比較例5において第1半導体素子である半導体集積回路321側から見た電源インピーダンスの周波数特性を示すグラフである。図9において、実線が、表7に基づく第2実施形態のシミュレーション結果、鎖線が表6に基づく比較例4のシミュレーション結果、一点鎖線が表6に基づく比較例5のシミュレーション結果である。なお、図9において、電源インピーダンスの反共振について、周波数の低い側から順に、反共振1、反共振2、反共振3、反共振4とした。
FIG. 9 is a graph showing the frequency characteristics of the power supply impedance as viewed from the semiconductor integrated
図9において、比較例4と比較例5とを比較すると、比較例4では、寄生抵抗722により、比較例5よりも反共振2、反共振3、反共振4のピーク値がそれぞれ低減しているものの、低減量が小さく、反共振1に至っては変化がない。
9, when Comparative Example 4 and Comparative Example 5 are compared, in Comparative Example 4, the peak values of
具体的には、反共振1のピーク値が0.47[Ω]のまま変化が無い。また、反共振2〜反共振4のピーク値が、5.33[Ω]から4.40[Ω]、4.05[Ω]から3.44[Ω]、0.98[Ω]から0.78[Ω]にそれぞれ低減している。これら反共振1〜反共振4のピーク値を更に低減させるべく、寄生抵抗722の電気抵抗値を更に高くすると、反共振4の周波数よりも高い周波数帯において、電源インピーダンスが更に上昇してしまう。
Specifically, the
これに対し、抵抗722に電気抵抗値250[mΩ]を付与した第2実施形態では、反共振1、反共振2、反共振3、反共振4のピーク値がそれぞれ比較例1の場合よりも低減している。具体的には、反共振1〜反共振4のピーク値が0.47[Ω]から0.18[Ω]、4.40[Ω]から2.00[Ω]、3.44[Ω]から1.44[Ω]、0.78[Ω]から0.77[Ω]にそれぞれ低減している。
On the other hand, in the second embodiment in which an electric resistance value of 250 [mΩ] is given to the
また、反共振4より周波数が高い領域、即ち半導体集積回路321の内部容量601のインピーダンスが支配的となる周波数領域においては、比較例4と第2実施形態とで電源インピーダンスに差が無い、即ち抵抗722の影響が小さいことがわかる。
Further, in the region where the frequency is higher than that of the antiresonance 4, that is, the frequency region where the impedance of the
このように、抵抗成分である抵抗素子207を付加したことにより、半導体集積回路321の内部容量が支配的となる周波数領域の電源インピーダンスの上昇を抑制しながら、電源インピーダンスの反共振を低減することができる。これにより、電源電位変動を抑制することができ、信号の遅延が発生するのを抑制することができる。特に、半導体集積回路321の複数の信号送信部から同時に信号を送信する場合の電源電位変動(同時スイッチングノイズ)を効果的に抑制することができる。
Thus, by adding the
図10は、第2実施形態における抵抗722を50[mΩ]、100[mΩ]、250[mΩ]、500[mΩ]、1000[mΩ]と変化させ、図9における反共振2及び反共振3の比較例4に対するピーク値低減率をプロットしたグラフである。
10, the
図10を見ると、50[mΩ]を設置した場合に約10[%]を超える低減効果が表われ、抵抗値を増加させるにつれて低減率が上昇する傾向となる。ただし、500[mΩ]を超えると低減率が飽和し始め、1000[mΩ]の場合、低減効果は約65[%]と高いものの、500[mΩ]の時よりも低減率が低下していることが分かる。 Referring to FIG. 10, when 50 [mΩ] is installed, a reduction effect exceeding about 10 [%] appears, and the reduction rate tends to increase as the resistance value is increased. However, when it exceeds 500 [mΩ], the reduction rate starts to saturate. When it is 1000 [mΩ], the reduction effect is as high as about 65 [%], but the reduction rate is lower than that at 500 [mΩ]. I understand that.
ところで、図8に示すように、抵抗素子207(抵抗722)は、電源回路208から半導体集積回路322への直流給電経路上に直列に配置されるため、半導体集積回路322の消費電流と抵抗素子207の電気抵抗値の積による直流電圧降下が発生する。たとえば、半導体集積回路322の消費電流を0.1[A]とすると、1000[mΩ]の設定抵抗部だけで0.1[V]の直流電圧降下が発生する。
By the way, as shown in FIG. 8, since the resistance element 207 (resistance 722) is arranged in series on the DC power supply path from the
一方、90[nm]以降の半導体プロセス技術を用いた半導体装置の電源電圧において、1.0[V]付近の電圧を用いる場合が増えている。例えば使用電圧が1.0[V]の場合、0.1[V]の電圧降下は使用電圧の10[%]を消費する。 On the other hand, in the power supply voltage of the semiconductor device using the semiconductor process technology after 90 [nm], a case of using a voltage near 1.0 [V] is increasing. For example, when the operating voltage is 1.0 [V], a voltage drop of 0.1 [V] consumes 10 [%] of the operating voltage.
一般的に、使用電圧の−5[%]〜−10[%]程度が許容電圧降下量であることを考えると、設置抵抗として1000[mΩ]を超える抵抗を使用することは現実的に困難である。 In general, considering that the allowable voltage drop is about −5 [%] to −10 [%] of the operating voltage, it is practically difficult to use a resistance exceeding 1000 [mΩ] as the installation resistance. It is.
以上のことから、設置する抵抗素子207の電気抵抗値の範囲は、50[mΩ]以上1000[mΩ]以下が好ましい。
From the above, the range of the electric resistance value of the
また、抵抗素子207の電気抵抗値の範囲は、100[mΩ]以上400[mΩ]以下とするのがより好ましい。抵抗素子207の電気抵抗値を100[mΩ]以上とすることで、比較例1に対し10[%]を超える反共振のピーク値の低減効果を確実に得ることができる。また、500[mΩ]で飽和するので、400[mΩ]以下とすることで、より確実に電圧降下を抑制することができる。
The range of the electric resistance value of the
以上、第2実施形態によれば、反共振が生じる周波数帯では、バイパスコンデンサ205,206及び電源線402A,410A,420Aの寄生インダクタンスを含む並列共振回路に、抵抗素子207の抵抗成分が付加されたこととなる。したがって、電源インピーダンスにおける反共振のピークを低減することができる。
As described above, according to the second embodiment, the resistance component of the
そして、抵抗素子207が電源線420Aの電気抵抗値よりも高い電気抵抗値であっても、抵抗素子207は半導体集積回路321の内部容量に直列の抵抗の上昇には寄与しない。したがって、反共振が生じる周波数よりも高い周波数帯において電源インピーダンスの上昇を抑制することができる。
Even if the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係るプリント回路板について説明する。図11(a)は、第3実施形態に係るプリント回路板を示す概略図である。図11(b)は、図11(a)におけるプリント配線板を示す平面図である。なお、第1〜第2実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a third embodiment of the invention will be described. FIG. 11A is a schematic view showing a printed circuit board according to the third embodiment. FIG.11 (b) is a top view which shows the printed wiring board in Fig.11 (a). In addition, about the structure similar to 1st-2nd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図11(a)に示すように、プリント回路板100Bは、プリント配線板200Bと、プリント配線板200Bに平置き状態で直接実装された半導体装置301B,302Bとを備えている。また、プリント回路板100Bは、第1実施形態と同様、バイパスコンデンサ205,206と、抵抗素子207と、電源回路208と、を備えている。電源回路208は、プリント配線板200Bに実装されている。
As shown in FIG. 11A, the printed
半導体装置301B,302Bは、例えばBGA型又はLGA型の半導体パッケージである。半導体装置301Bは、第1パッケージ基板であるパッケージ基板311Bと、パッケージ基板311Bに実装された第1半導体素子である半導体集積回路321と、を有している。半導体装置302Bは、第2パッケージ基板であるパッケージ基板312Bと、パッケージ基板312Bに実装された第2半導体素子である半導体集積回路322と、を有している。パッケージ基板311B,312Bがプリント配線板200Bに実装(接合)されている。
The
これら複数のパッケージ基板311B,312Bを有してパッケージ基板群350Bが構成され、パッケージ基板群350Bとプリント配線板200Bとを有して基板群400Bが構成されている。
The
基板群400Bには、電源回路208から各半導体集積回路321,322に電力を供給する給電経路を構成する、グラウンド線401B、基幹電源線402B、第1電源線である電源線410B、及び第2電源線である電源線420Bが形成されている。
The
基幹電源線402Bは、電源回路208の電源端子209に接続されている。電源線410Bは、基幹電源線402Bから分岐して、半導体集積回路321の電源端子323に接続されている。電源線420Bは、電源線410Bから抵抗素子207を介して分岐して、半導体集積回路322の電源端子324に接続されている。
The main power supply line 402 </ b> B is connected to the
基幹電源線402Bは、基板群400Bのプリント配線板200Bに形成されている。電源線410Bは、基板群400Bのプリント配線板200Bとパッケージ基板311Bとに跨って形成されている。電源線420Bは、基板群400Bのプリント配線板200Bとパッケージ基板312Bとに跨って形成されている。したがって、電源線410Bは、プリント配線板200B側の電源線411Bと、パッケージ基板311B側の電源線412Bとで構成される。電源線420Bは、プリント配線板200B側の電源線421Bと、パッケージ基板312B側の電源線422Bとで構成される。グラウンド線401Bは、各基板200B,311B,312Bにそれぞれ形成されており、互いに電気的に接続されている。
The main
プリント配線板200B側の電源線411Bと、パッケージ基板311B側の電源線412Bとは、パッケージ基板311Bのパッケージ端子(はんだボール)351Bで接続されている。プリント配線板200B側の電源線421Bと、パッケージ基板312B側の電源線422Bとは、パッケージ基板312Bのパッケージ端子(はんだボール)352Bで接続されている。
The
図11(b)には、プリント配線板200Bに形成された、グラウンド線401B及び基幹電源線402Bの一部、並びに電源線411B及び電源線421Bが図示されている。
FIG. 11B illustrates the
バイパスコンデンサ205は、基板群400Bのうちプリント配線板200Bに実装され、電源線410B(第3実施形態では電源線411B)とグラウンド線401Bとの間に接続されている。具体的には、バイパスコンデンサ205の一対の端子のうち、一方の端子が電源線411Bに接続され、他方の端子がグラウンド線401Bに接続されている。バイパスコンデンサ206は、基板群400Bのうちプリント配線板200Bに実装され、電源線420B(第3実施形態では電源線421B)とグラウンド線401Bとの間に接続されている。具体的には、バイパスコンデンサ206の一対の端子のうち、一方の端子が電源線421Bに接続され、他方の端子がグラウンド線401Bに接続されている。
The
第3実施形態では、図11(b)に示すように、電源線411B,421Bは、プリント配線板200Bの表層に形成された導体パターンで構成されている。また、グラウンド線401Bの一部がプリント配線板200Bの表層に形成された導体パターンであり、基幹電源線402Bの一部がプリント配線板200Bの内層又は裏層に形成された導体パターンである。
In the third embodiment, as shown in FIG. 11B, the
図11(b)に示すように、プリント配線板200Bには、パッケージ基板311Bのパッケージ端子351Bが接合される接続パッド251Bが複数形成されている。また、プリント配線板200Bには、パッケージ基板312Bのパッケージ端子352Bが接合される接続パッド252Bが複数形成されている。複数の接続パッド251Bには、電源用の接続パッド253Bが含まれている。複数の接続パッド252Bには、電源用の接続パッド254Bが含まれている。電源用の接続パッド253Bは、プリント配線板200Bの表層に形成された、電源線411Bを構成する導体パターンの一部である。電源用の接続パッド254Bは、プリント配線板200Bの表層に形成された、電源線421Bを構成する導体パターンの一部である。基幹電源線402Bと電源線411Bとは、ヴィア導体415Bによって接続されている。
As shown in FIG. 11B, a plurality of
第3実施形態では、電源線411Bと電源線421Bとが抵抗素子207を介して接続されている。抵抗素子207は、基板群400Bのうちプリント配線板200Bの表層に実装されている。第3実施形態においても、第1実施形態と同様、電源インピーダンスにおける反共振のピークを低減することができ、反共振が生じる周波数よりも高い周波数帯において電源インピーダンスの上昇を抑制することができる。
In the third embodiment, the power supply line 411 </ b> B and the power supply line 421 </ b> B are connected via the
なお、第3実施形態では、プリント配線板200Bの表層に抵抗素子207が実装されている場合について説明したが、プリント配線板の裏層に抵抗素子207が実装されている場合であってもよい。この場合、裏層の抵抗素子207と表層の電源線411B,421Bとは、ヴィア導体を介して接続すればよい。
In the third embodiment, the case where the
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係るプリント回路板について説明する。図12(a)は、第4実施形態に係るプリント回路板を示す概略図である。図12(b)は、図12(a)におけるプリント配線板及び第3パッケージ基板を示す平面図である。なお、第1〜第3実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a fourth embodiment of the invention will be described. FIG. 12A is a schematic view showing a printed circuit board according to the fourth embodiment. FIG. 12B is a plan view showing the printed wiring board and the third package substrate in FIG. In addition, about the structure similar to 1st-3rd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
第1〜第3実施形態では、接続部を構成する抵抗素子が、半導体パッケージが搭載されるプリント配線板に実装されている場合について説明した。第4実施形態では、半導体パッケージのパッケージ基板に抵抗素子が実装されている場合、即ち半導体パッケージが抵抗素子を有する場合について説明する。 In the first to third embodiments, the case has been described in which the resistance element constituting the connection portion is mounted on the printed wiring board on which the semiconductor package is mounted. In the fourth embodiment, a case where a resistance element is mounted on a package substrate of a semiconductor package, that is, a case where the semiconductor package has a resistance element will be described.
第4実施形態のプリント回路板100Cは、プリント配線板200Cと、プリント配線板200Cに実装された、半導体パッケージ300C及び電源回路208と、を備えている。
The printed
半導体パッケージ300Cは、第3パッケージ基板であるパッケージ基板(インタポーザ)313Cと、パッケージ基板313Cに実装された、第3実施形態と同様の構成の半導体装置301B,302Bと、を備えている。また、半導体パッケージ300Cは、バイパスコンデンサ205,206と、抵抗素子207と、を備えている。半導体装置301B,302Bは、パッケージ基板313Cに平置き状態で直接実装されている。即ち、半導体装置301B,302Bのパッケージ基板311B,312Bがパッケージ基板313Cに実装(接合)されている。
The
これら複数のパッケージ基板311B,312B,313Cを有してパッケージ基板群350Cが構成され、パッケージ基板群350Cとプリント配線板200Cとを有して基板群400Cが構成されている。
A
基板群400Cには、電源回路208から各半導体集積回路321,322に電力を供給する給電経路を構成する、グラウンド線401C、基幹電源線402C、第1電源線である電源線410C、及び第2電源線である電源線420Cが形成されている。
The
基幹電源線402Cは、電源回路208の電源端子209に接続されている。電源線410Cは、基幹電源線402Cから分岐して、半導体集積回路321の電源端子323に接続されている。電源線420Cは、電源線410Cから抵抗素子207を介して分岐して、半導体集積回路322の電源端子324に接続されている。
The
基幹電源線402Cは、基板群400Cのプリント配線板200Cに形成されている。電源線410Cは、パッケージ基板群350Cのパッケージ基板313Cとパッケージ基板311Bとに跨って形成されている。電源線420Cは、パッケージ基板群350Cのパッケージ基板313Cとパッケージ基板312Bとに跨って形成されている。したがって、電源線410Cは、パッケージ基板311B側の電源線412Bと、パッケージ基板313C側の電源線411Cとで構成される。電源線420Cは、パッケージ基板312B側の電源線422Bと、パッケージ基板313C側の電源線421Cとで構成される。グラウンド線401Cは、各基板200C,311B,312B,313Cにそれぞれ形成されており、互いに電気的に接続されている。
The
図12(b)には、プリント配線板200Cに形成された基幹電源線402Cの一部と、パッケージ基板313Cに形成された、グラウンド線401Cの一部並びに電源線411C及び電源線421Cが図示されている。
FIG. 12B illustrates a part of the main
バイパスコンデンサ205は、基板群400Cのうちパッケージ基板群350Cのパッケージ基板313Cに実装され、電源線410C(第4実施形態では電源線411C)とグラウンド線401Cとの間に接続されている。具体的には、バイパスコンデンサ205の一対の端子のうち、一方の端子が電源線411Cに接続され、他方の端子がグラウンド線401Cに接続されている。
The
バイパスコンデンサ206は、基板群400Cのうちパッケージ基板群350Cのパッケージ基板313Cに実装され、電源線420C(第4実施形態では電源線421C)とグラウンド線401Cとの間に接続されている。具体的には、バイパスコンデンサ206の一対の端子のうち、一方の端子が電源線421Cに接続され、他方の端子がグラウンド線401Cに接続されている。
The
第4実施形態では、図12(b)に示すように、電源線411C,421Cは、パッケージ基板313Cの表層に形成された導体パターンで構成されている。また、グラウンド線401Cの一部がパッケージ基板313Cの表層に形成された導体パターンである。基幹電源線402Cの一部がプリント配線板200Cの内層又は裏層に形成された導体パターンである。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 12B, the
図12(b)に示すように、パッケージ基板313Cには、パッケージ基板311Bのパッケージ端子351Bが接合される接続パッド251Cが複数形成されている。また、パッケージ基板313Cには、パッケージ基板312Bのパッケージ端子352Bが接合される接続パッド252Cが複数形成されている。複数の接続パッド251Cには、電源用の接続パッド253Cが含まれている。複数の接続パッド252Cには、電源用の接続パッド254Cが含まれている。電源用の接続パッド253Cは、パッケージ基板313Cの表層に形成された、電源線411Cを構成する導体パターンの一部である。電源用の接続パッド254Cは、パッケージ基板313Cの表層に形成された、電源線421Cを構成する導体パターンの一部である。パッケージ基板313Cの裏層には、複数のパッケージ端子(はんだボール)が形成されており、複数のパッケージ端子がプリント配線板200Cの表層に形成された複数の接続パッドに接合されている。また、基幹電源線402Cと電源線411Cとは、プリント配線板200C及びパッケージ基板313Cに形成されたヴィア導体415C,416C、プリント配線板200Cに形成された接続パッド417C等によって接続されている。
As shown in FIG. 12B, a plurality of
第4実施形態では、電源線411Cと電源線421Cとが抵抗素子207を介して接続されている。抵抗素子207は、基板群400Cのうちパッケージ基板群350Cのパッケージ基板313Cに実装されている。第4実施形態においても、第1実施形態と同様、電源インピーダンスにおける反共振のピークを低減することができ、反共振が生じる周波数よりも高い周波数帯において電源インピーダンスの上昇を抑制することができる。
In the fourth embodiment, the
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態に係るプリント回路板について説明する。図13は、第5実施形態に係るプリント回路板を示す概略図である。なお、第1〜第4実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a fifth embodiment of the invention will be described. FIG. 13 is a schematic view showing a printed circuit board according to the fifth embodiment. In addition, about the structure similar to 1st-4th embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
第4実施形態では、半導体装置(半導体パッケージ)が実装されたパッケージ基板に抵抗素子が実装されている場合について説明したが、第5実施形態では、半導体装置のパッケージ基板に抵抗素子が実装されている場合について説明する。 In the fourth embodiment, the case where the resistance element is mounted on the package substrate on which the semiconductor device (semiconductor package) is mounted has been described. In the fifth embodiment, the resistance element is mounted on the package substrate of the semiconductor device. The case will be described.
第5実施形態のプリント回路板100Dは、プリント配線板200Dと、プリント配線板200Dに実装された、半導体パッケージ300D及び電源回路208と、を備えている。
A printed
半導体パッケージ300Dは、PoP型の積層半導体装置であり、第1半導体装置である半導体装置301Dと、半導体装置301D上に実装された第2半導体装置である半導体装置302Dとを有する。半導体装置301D,302Dは、例えばBGA型又はLGA型の半導体パッケージである。
The
半導体装置301Dは、第1パッケージ基板であるパッケージ基板311Dと、パッケージ基板311Dに実装された第1半導体素子である半導体集積回路321と、を有している。半導体装置302は、第2パッケージ基板であるパッケージ基板312Dと、パッケージ基板312Dに実装された第2半導体素子である半導体集積回路322と、を有している。パッケージ基板311Dがプリント配線板200Dに実装(接合)され、パッケージ基板312Dがパッケージ基板311Dに実装(接合)されている。
The semiconductor device 301D includes a
これら複数のパッケージ基板311D,312Dを有してパッケージ基板群350Dが構成され、パッケージ基板群350Dとプリント配線板200Dとを有して基板群400Dが構成されている。
A
第5実施形態では、基板群400Dのうち、パッケージ基板群350Dのパッケージ基板311Dに、バイパスコンデンサ205,206と、抵抗素子207とが実装されている。
In the fifth embodiment, the
基板群400Dには、電源回路208から各半導体集積回路321,322に電力を供給する給電経路を構成する、グラウンド線401D、基幹電源線402D、第1電源線である電源線410D、及び第2電源線である電源線420Dが形成されている。
The
基幹電源線402Dは、基板群400Dのプリント配線板200Dに形成されている。電源線410Dは、パッケージ基板群350Dのパッケージ基板311Dに形成されている。電源線420Dは、パッケージ基板群350Dのパッケージ基板311Dとパッケージ基板312Dとに跨って形成されている。したがって、電源線420Dは、パッケージ基板312D側の電源線422Dと、パッケージ基板311D側の電源線421Dとで構成される。グラウンド線401Dは、各基板200D,311D,312Dにそれぞれ形成されており、互いに電気的に接続されている。
The main
バイパスコンデンサ205は、基板群400Dのうちパッケージ基板群350Dのパッケージ基板311Dに実装され、電源線410Dとグラウンド線401Dとの間に接続されている。具体的には、バイパスコンデンサ205の一対の端子のうち、一方の端子が電源線410Dに接続され、他方の端子がグラウンド線401Dに接続されている。
The
バイパスコンデンサ206は、基板群400Dのうちパッケージ基板群350Dのパッケージ基板311Dに実装され、電源線420D(第4実施形態では電源線421D)とグラウンド線401Dとの間に接続されている。具体的には、バイパスコンデンサ206の一対の端子のうち、一方の端子が電源線421Dに接続され、他方の端子がグラウンド線401Dに接続されている。
The
第5実施形態では、電源線410Dと電源線421Dとが抵抗素子207を介して接続されている。抵抗素子207は、基板群400Dのうちパッケージ基板群350Dのパッケージ基板311Dに実装されている。第5実施形態においても、第1実施形態と同様、電源インピーダンスにおける反共振のピークを低減することができ、反共振が生じる周波数よりも高い周波数帯において電源インピーダンスの上昇を抑制することができる。
In the fifth embodiment, the
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications are possible within the technical idea of the present invention. In addition, the effects described in the embodiments of the present invention only list the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the embodiments of the present invention.
上記実施形態では、接続部における抵抗成分が抵抗素子207である場合であって、抵抗素子207の数が1つの場合について説明したが、複数個の抵抗素子で抵抗成分が構成されていてもよい。また、抵抗成分が、配線で構成されていてもよく、配線の長さ及び幅(太さ)で電気抵抗値を設定すればよいが、基板の制約上、抵抗素子で構成するのが好ましい。
Although the case where the resistance component in the connection portion is the
また、上記実施形態では、半導体集積回路321が、信号送信部を有して信号を送信し、半導体集積回路322が、信号受信部を有して信号を受信する場合について説明したが、これに限定するものではない。半導体集積回路322が、信号送信部を有して信号を送信し、半導体集積回路321が、信号受信部を有して信号を受信する場合であってもよい。また、半導体集積回路321と半導体集積回路322とが互いに独立に動作する場合であってもよい。
In the above embodiment, the semiconductor integrated
100…プリント回路板、200…プリント配線板、205…バイパスコンデンサ(第1コンデンサ)、206…バイパスコンデンサ(第2コンデンサ)、207…抵抗素子(抵抗成分)、311,312…パッケージ基板、321…半導体集積回路(第1半導体素子)、322…半導体集積回路(第2半導体素子)、400…基板群、401…グラウンド線、402…基幹電源線、410…電源線(第1電源線)、420…電源線(第2電源線)
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記複数のデジタル信号を受信可能な第2半導体素子と、
前記第1半導体素子及び前記第2半導体素子が実装され、グラウンド線と、基幹電源線と、前記基幹電源線から分岐して、前記第1半導体素子の電源端子に接続された第1電源線と、前記第1電源線又は前記基幹電源線から接続部を介して分岐して前記第2半導体素子の電源端子に接続された第2電源線とが形成された基板群と、
前記基板群に実装され、前記第1電源線と前記グラウンド線との間に接続された第1コンデンサと、
前記基板群に実装され、前記第2電源線と前記グラウンド線との間に接続された第2コンデンサと、
前記基板群に実装され、前記接続部に配置された、前記第2電源線よりも高抵抗の抵抗素子と、
前記基板群に実装され、前記基幹電源線に接続され、直流電圧を発生する電源回路と、を備え、
前記第1半導体素子は、前記電源回路によって前記抵抗素子を介さずに前記基幹電源線及び前記第1電源線を介して直流電圧が印加されることを特徴とするプリント回路板。 A first semiconductor element capable of simultaneously transmitting a plurality of digital signals ;
A second semiconductor element capable of receiving the plurality of digital signals ;
A first power line on which the first semiconductor element and the second semiconductor element are mounted; a ground line; a main power line; and a first power line branched from the main power line and connected to a power terminal of the first semiconductor element; A substrate group in which a second power supply line branched from the first power supply line or the main power supply line via a connection portion and connected to a power supply terminal of the second semiconductor element is formed;
A first capacitor mounted on the substrate group and connected between the first power supply line and the ground line;
A second capacitor mounted on the substrate group and connected between the second power supply line and the ground line;
A resistance element mounted on the substrate group and disposed at the connection portion, the resistance element having a higher resistance than the second power supply line;
A power supply circuit mounted on the substrate group, connected to the main power supply line and generating a DC voltage ,
Wherein the first semiconductor element, a printed circuit board, characterized in Rukoto DC voltage is applied through the basic power line and the first power supply line not through the resistive element by the power supply circuit.
前記第1半導体素子が実装された第1パッケージ基板と、前記第2半導体素子が実装された第2パッケージ基板とを有するパッケージ基板群と、
前記パッケージ基板群が実装されたプリント配線板と、を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のプリント回路板。 The substrate group includes:
A package substrate group including a first package substrate on which the first semiconductor element is mounted and a second package substrate on which the second semiconductor element is mounted;
The printed circuit board according to claim 1, further comprising a printed wiring board on which the package substrate group is mounted.
前記第2パッケージ基板は、前記第1パッケージ基板に実装され、
前記第1電源線は、前記第1パッケージ基板に形成され、
前記第2電源線は、前記第1パッケージ基板及び前記第2パッケージ基板に形成されていることを特徴とする請求項5に記載のプリント回路板。 The first package substrate is mounted on the printed wiring board;
The second package substrate is mounted on the first package substrate;
The first power line is formed on the first package substrate,
The printed circuit board according to claim 5, wherein the second power supply line is formed on the first package substrate and the second package substrate.
前記第1電源線は、前記第1パッケージ基板及び前記プリント配線板に形成され、
前記第2電源線は、前記第2パッケージ基板及び前記プリント配線板に形成されていることを特徴とする請求項5に記載のプリント回路板。 The first package substrate and the second package substrate are mounted on the printed wiring board,
The first power supply line is formed on the first package substrate and the printed wiring board,
The printed circuit board according to claim 5, wherein the second power line is formed on the second package substrate and the printed wiring board.
前記第1電源線は、前記第1パッケージ基板及び前記第3パッケージ基板に形成され、
前記第2電源線は、前記第2パッケージ基板及び前記第3パッケージ基板に形成されていることを特徴とする請求項5に記載のプリント回路板。 The package substrate group further includes a third package substrate on which the first package substrate and the second package substrate are mounted,
The first power line is formed on the first package substrate and the third package substrate,
The printed circuit board according to claim 5, wherein the second power supply line is formed on the second package substrate and the third package substrate.
前記複数のデジタル信号を受信可能な第2半導体素子と、
前記第1半導体素子及び前記第2半導体素子が実装され、グラウンド線と、前記第1半導体素子の電源端子に接続された第1電源線と、前記第1電源線から接続部を介して分岐して前記第2半導体素子の電源端子に接続された第2電源線とが形成されたパッケージ基板群と、
前記パッケージ基板群に実装され、前記第1電源線と前記グラウンド線との間に接続された第1コンデンサと、
前記パッケージ基板群に実装され、前記第2電源線と前記グラウンド線との間に接続された第2コンデンサと、
前記パッケージ基板群に実装され、前記接続部に配置された、前記第2電源線よりも高抵抗の抵抗素子と、を備え、
前記第1半導体素子は、前記第1電源線に接続される電源回路によって前記抵抗素子を介さずに前記第1電源線を介して直流電圧が印加されることを特徴とする半導体パッケージ。 A first semiconductor element capable of simultaneously transmitting a plurality of digital signals ;
A second semiconductor element capable of receiving the plurality of digital signals ;
The first semiconductor element and the second semiconductor element are mounted, and a ground line, a first power supply line connected to a power supply terminal of the first semiconductor element, and a branch from the first power supply line via a connection portion. A package substrate group formed with a second power supply line connected to the power supply terminal of the second semiconductor element;
A first capacitor mounted on the package substrate group and connected between the first power supply line and the ground line;
A second capacitor mounted on the package substrate group and connected between the second power supply line and the ground line;
A resistance element mounted on the package substrate group and disposed at the connection portion and having a higher resistance than the second power supply line ,
Wherein the first semiconductor element, a semiconductor package according to claim Rukoto DC voltage is applied via the first power supply line not through the resistive element by the power supply circuit connected to the first power supply line.
前記第1半導体素子が実装された第1パッケージ基板と、前記第2半導体素子が実装された第2パッケージ基板とを有することを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の半導体パッケージ。 The package substrate group includes:
14. The semiconductor according to claim 10, comprising: a first package substrate on which the first semiconductor element is mounted; and a second package substrate on which the second semiconductor element is mounted. package.
前記第1電源線は、前記第1パッケージ基板に形成され、
前記第2電源線は、前記第1パッケージ基板及び前記第2パッケージ基板に形成されていることを特徴とする請求項14に記載の半導体パッケージ。 The second package substrate is mounted on the first package substrate;
The first power line is formed on the first package substrate,
The semiconductor package according to claim 14, wherein the second power supply line is formed on the first package substrate and the second package substrate.
前記第1電源線は、前記第1パッケージ基板及び前記第3パッケージ基板に形成され、
前記第2電源線は、前記第2パッケージ基板及び前記第3パッケージ基板に形成されていることを特徴とする請求項14に記載の半導体パッケージ。 The package substrate group further includes a third package substrate on which the first package substrate and the second package substrate are mounted,
The first power line is formed on the first package substrate and the third package substrate,
The semiconductor package according to claim 14, wherein the second power supply line is formed on the second package substrate and the third package substrate.
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