JPH11251525A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】信頼性の低下を招かずに不要電磁波の放射の低
減化を図れる配線基板を実現すること。 【解決手段】メイン配線２と、このメイン配線２の下に
形成されたグランド層６と、メイン配線２の両側に沿っ
て形成された１対のサブ配線３と、グランド層６に対し
てメイン配線２よりも上に形成されたフローティング配
線５とを備え、サブ配線３にはメイン配線２に入力する
入力信号の反転信号が入力され、かつ入力信号の振幅を
Ｖ１、前記反転信号の振幅をＶ２とした場合に、０．３
Ｖ１≦Ｖ２≦０．８Ｖ１の関係を満たすようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配線基板などにお
ける不要電磁波の放射抑制を図った半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】マルチメディアの発展に伴い、高速デー
タ処理やデータ通信の要求が増している。これらの要求
に対し、ハードウエア、ソフトウエアの両面で研究開発
が活発に行われ、著しい性能の向上がなされている。

【０００３】特に、半導体技術の分野では、コンピュー
タの核となるマイクロプロセッサの高速化・高機能化や
メモリセルの高速化・大容量化が進み、安価なパーソナ
ルコンピュータでも高速なデータ処理やデータ通信が可
能となっている。

【０００４】ところがＬＳＩの高速化・高機能化によ
り、電子機器から放射される不要電磁波も強度、周波数
とともに増加し、他の電子機器へ悪影響を与えるばかり
でなく、人体への影響も懸念されている。

【０００５】不要電磁波の放射の多くは、配線基板にＬ
ＳＩや受動部品などの電子部品類を搭載した回路基板
で、信号反射や配線間クロストーク、半導体素子のスイ
ッチングなどにより、信号配線や電源層とグランド層間
に誘起されるノイズが原因である。このノイズにより不
要電磁波が回路基板から放射され、さらに筐体の放熱用
穴などから機器外部に放射される。

【０００６】これらの不要電磁波の放射は、クロック信
号などの高速信号が伝搬する回路パターンが形成された
基板表面からの放射と、電源層とグランド層との間での
共振現象による基板側面からの放射に分けられる。

【０００７】電源層とグランド層との間での共振現象に
よる電磁波放射に関しては、回路実装学会第１１回回路
実装技術講演大会講演論文集「プリント配線基板の電源
・グランド層に起因する不要輻射低減手法」に記載され
ているように、電源層の両面に絶縁層を介してグランド
層を形成することで抑制できる。

【０００８】一方、回路パターンが形成された基板表面
からの不要電磁波の放射は、例えば特開平８−２２８０
５５号公報に記載されているように、回路パターン表面
上にソルダレジストを介して銅ペーストを塗布し、この
銅ペーストをグランドに接続してシールドする方法が知
られている。

【０００９】また、特開平９−１８０９９号公報に記載
されているように、信号配線をグランド配線で挟んで対
称には位置し、それぞれの信号配線から誘起される電磁
波を相互にキャンセルすることによって不要電磁波の発
生自体を防ぐ方法も知られている。

【００１０】しかしながら、これらの方法には信頼性、
性能の面で以下のような問題があった。すなわち、特開
平８−２２８０５５号公報に記載されている銅ペースト
によるシールド方法は、銅ペーストとソルダレジストの
密着力が弱いために剥離を生じ、信頼性上問題がある。

【００１１】一方、特開平９−１８０９９号公報に記載
されている信号配線をグランド線で挟んで対称に配置
し、それぞれの信号配線から誘起される電磁波を相互に
キャンセル方法は、放射される電磁波の低減効果が１０
％以下と小さく、性能上問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、特開平８
−２２８０５５号公報や特開平９−１８０９９号公報に
開示された、回路基板の信号配線から放射される不要電
磁波の抑制技術は、信頼性や性能の面で十分ではないと
いう問題があった。

【００１３】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、信頼性の低下を招かず
に不要電磁波の放射の低減化を図れる半導体装置を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】［構成］上記目的を達成
するために、本発明（請求項１）に係る半導体装置は、
第１の信号配線と、この第１の信号配線の下または上に
形成されたグランド層と、前記第１の信号配線の両側に
沿って形成された１対の第２の信号配線と、前記グラン
ド層に対して前記第１の信号配線よりも上に形成された
フローティング配線とを備え、前記第２の信号配線には
前記第１の信号配線に入力する入力信号の反転信号が入
力され、かつ前記入力信号の振幅をＶ１、前記反転信号
の振幅をＶ２とした場合に、０．３Ｖ１≦Ｖ２≦０．８
Ｖ１の関係を満たすことを特徴とする。

【００１５】［作用］本発明者の研究によれば、グラン
ド層が形成された基板上に第１の信号配線およびその両
側に沿って第２の信号配線を形成し、グランド層に対し
て第１の信号配線よりも上にフローティング配線を形成
し、さらに第２の信号配線に第１の信号配線に入力する
入力信号の反転信号を入力し、かつ反転信号の振幅を入
力信号の振幅の０．３倍以上０．８倍以下に設定するこ
とにより、不要電磁波の放射を十分に抑制できることが
分かった。

【００１６】また、このような不要電磁波の放射抑制技
術であれば、基本的には信号線および信号源の追加だけ
済み、銅ペーストが不要であるので、特開平８−２２８
０５５号公報に記載されている銅ペーストによるシール
ド方法とは異なり、銅ペーストとソルダレジストとの剥
離によって信頼性が低下するなどの問題もない。したが
って、本発明によれば、信頼性の低下を招かずに、不要
電磁波の放射の低減化を図れる半導体装置を実現できる
ようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係る配線基板を示す断面図である。

【００１８】図中１は、ガラスエポキシ材などの絶縁材
料からなる絶縁基板を示しており、この絶縁基板１上に
はクロック信号等の高速信号が伝搬する第１の信号配線
( 以下、メイン配線という) ２が形成されている。ま
た、絶縁基板１上にはメイン配線２の両側に沿って１対
の第２の信号配線( 以下、サブ配線という) ３が形成さ
れている。

【００１９】メイン配線２およびサブ配線３はエポキシ
樹脂からなる保護膜４で覆われている。また、メイン配
線２上には保護膜４を介してフローティング配線５が形
成されている。

【００２０】ここで、一般的な高速信号伝送方式とし
て、メイン配線の片側に高速信号の反転信号が伝搬する
サブ配線を形成する方法があるが、本実施形態ではメイ
ン配線２の両側にサブ配線３を形成し、さらにメイン配
線２の上方にフローティング配線５を形成している。

【００２１】これはメイン配線２の両側にサブ配線３を
形成し、メイン配線２上にフローティング配線５を形成
した場合、サブ配線３に後述するような反転信号を印加
することにより、メイン配線の片側に形成された１本の
サブ配線に反転信号を印加する場合の２倍以上の不要電
磁波の放射抑制効果が得られるからである。

【００２２】また、絶縁基板１内にはグランド層６、電
源層７が形成され、絶縁基板１の裏面には配線層８が形
成されている。本実施形態では、図２に示すように、メ
イン配線２に印加する高速信号と位相が１８０度ずれ、
かつ電圧振幅が上記高速信号の電圧振幅Ｖ１の０．３以
上０．８以下の反転信号をサブ配線３に印加する。

【００２３】なお、上述したメイン配線の片側に形成さ
れた１本のサブ配線に反転信号を印加する方式では、高
速信号と位相が１８０度ずれた反転信号を印加するがそ
の振幅は高速信号と同じである。

【００２４】図３には、メイン配線２に印加する高速信
号の電圧振幅を５Ｖとし、サブ配線３に印加する反転信
号の電圧振幅( 以下、反転信号振幅という) を０．０〜
６．０Ｖの範囲で変化させた場合の実測結果を示す。

【００２５】なお、メイン配線２およびサブ配線３の配
線幅はともに１２５μｍで同じであり、またメイン配線
２とサブ配線３との間隔は１２５μｍとした。図３か
ら、放射ノイズレベルは最初は反転信号振幅の増加に伴
って低下し、そして反転信号振幅がある値を超えると今
度は反転信号振幅の増加に伴って上昇することが分か
る。すなわち、図３から、放射ノイズレベルは反転信号
振幅に関して極小値を持つことが分かる。

【００２６】また、配線幅を２５０μｍ、３７５μｍ、
５００μｍに変えて同様の測定を行ったところ、図３の
測定結果と同様に、放射ノイズレベルは反転信号振幅に
関して極小値を持つことが確認された。また、各配線幅
における極小値の値（放射ノイズレベル）は従来に比べ
て十分に小さかった。

【００２７】そして、どの配線幅についても極小値が得
られるためには、メイン配線２に印加する高速信号の電
圧振幅の０．３以上０．８以下の反転信号をサブ配線３
に印加すれば良いことが分かった。

【００２８】このような結果が得られた理由としては、
高速信号と反転信号がそれぞれ発生する磁界が効果的に
相互に打ち消し合ったことと、フローティング配線５が
反射器としてはたらき、不要電磁波が配線基板の外部に
放射されることが効果的に防止されたことが考えられ
る。なお、配線基板の内側に伝搬する不要電磁波は、グ
ランド層６でシールドされるので外部には放射されな
い。

【００２９】このように本実施形態によれば、メイン配
線２の両側に沿ってサブ配線３を形成し、メイン配線２
の上方にフローティング配線５を形成し、さらにサブ配
線３にメイン配線２に入力する入力信号の反転信号を入
力し、かつその反転信号の電圧振幅を入力信号の電圧振
幅の０．３倍以上０．８Ｖ以下に設定することにより、
不要電磁波の放射を十分に抑制できるようになる。

【００３０】しかも、このような不要電磁波の放射抑制
技術であれば、基本的にはサブ配線３および反転信号源
の追加だけ済み、銅ペーストを必要とする従来技術（特
開平８−２２８０５５号公報）の場合とは異なり、銅ペ
ーストとソルダレジストとの剥離によって信頼性が低下
するなどの問題もない。

【００３１】しかも、本実施形態では、保護膜４の材料
として密着性の高いエポキシ樹脂を用いているので、こ
れによっても信頼性の低下を防止することができる。ま
た、反転信号振幅は高速信号の振幅よりも小さくて済む
ので、消費電力の増加も抑制できるようになる。

【００３２】かくして本実施形態によれば、信頼性の低
下や消費電力の増加を招かずに、人体や電子機器に多大
な影響を与える不要電磁波の放射の低減化を図れる配線
基板を実現でき、これにより近年世界的に問題となって
いる環境電磁問題に貢献することができるようになる。 （第２の実施形態）図４は、本発明の第２の実施形態に
係る配線基板を示す断面図である。なお、図１と対応す
る部分には図１と同一符号を付してあり、詳細な説明は
省略する。

【００３３】本実施形態が第１の実施形態と異なる点
は、フローティング配線５がグランド層６に対してメイ
ン配線２の下に形成されていることにある。このような
構成にするために、絶縁基板１内にフローティング配線
５を形成し、さらに絶縁基板１内に別のグランド層６ａ
を形成してある。本実施形態でも第１の実施形態と同様
な効果が得られる。

【００３４】なお、本発明は種々の基板に適用でき、例
えば一般的な配線基板であるプリント配線基板の他に
も、マルチチップモジュール用の薄膜基板または膜厚基
板、ビルドアップ型プリント基板、セラミック多層配線
基板、樹脂基板またはセラミック基板で構成される半導
体パッケージなどの基板にも適用できる。

【００３５】また、図には各配線の幅や厚さが同じに示
されているが、各配線の幅や厚さが異なっていても本発
明は適用でき、基板の種類や搭載する半導体などの種類
によって、最適化して使用することもできる。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施で
きる。

【００３６】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、第
１の信号配線およびその両側に沿って第２の信号配線を
形成し、グランド層に対して前記第１の信号配線よりも
上にフローティング配線第１の信号配線上を形成し、さ
らに第２の信号配線に第１の信号配線に入力する入力信
号の反転信号を入力し、かつ反転信号の振幅を入力信号
の振幅の０．３倍以上０．８以下に設定することによ
り、信頼性の低下を招かずに、不要電磁波の放射の低減
化を図れる半導体装置を実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る配線基板を示す
断面図

【図２】図１の配線基板のメイン配線およびサブ配線３
に印加する電圧信号の波形を示す図

【図３】図１の配線基板のメイン配線の放射ノイズとサ
ブ配線に印加する反転信号の電圧振幅との関係を示す特
性図

【図４】本発明の第２の実施形態に係る配線基板を示す
断面図

【符号の説明】

１…絶縁基板 ２…メイン配線（第１の信号配線） ３…サブ配線（第２の信号配線） ４…保護膜 ５…フローティング配線 ６，６ａ…グランド層 ７…電源層 ８…配線層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土田 勝也 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の信号配線と、 この第１の信号配線の下または上に形成されたグランド
   層と、 前記第１の信号配線の両側に沿って形成された１対の第
   ２の信号配線と、 前記グランド層に対して前記第１の信号配線よりも上に
   形成されたフローティング配線とを具備してなり、 前記第２の信号配線には前記第１の信号配線に入力され
   る入力信号の反転信号が入力され、かつ前記入力信号の
   振幅をＶ１、前記反転信号の振幅をＶ２とした場合に、
   ０．３Ｖ１≦Ｖ２≦０．８Ｖ１の関係を満たすことを特
   徴とする半導体装置。