JPS60263491A - 配線相互接続構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は集積回路基板又は相互接続板上の構成素子間の
電気接続の布線（ルート設定）に関するものである。

Ｂ、開示の概要 大規模集積回路又はＶＬＳ集積回路及び相互接続パッケ
ージ上の個々の素子の電気的相互接続は、接続されるべ
き地点（又はピン）間の金属性配線径路を用いて達成さ
れる。相互接続されるべき各ピンの組、及びこれらのピ
ンを延長線により接続する配線径路をネットと呼ぶ。ネ
ットから「ピンからピンへ」の布線（ルート設定）を分
離したとき、ネットの個々の「ピンからピンへ」の部分
は接続と呼ばれる。配線径路によっては１以上の接続に
なることがある。径路は１枚以上の信号面（又は配線面
とも呼ぶ）上に形成される。幾つかの信号面が集って基
板（又はボード）を構成する。

接続は通常一連の水平セグメント、垂直セグメント及び
信号面間セグメントに分解される。垂直の配線径路セグ
メント即ちｙ軸に並行に走るセグメントは、ｙと表示さ
れた１枚以上の信号面上に主として配置される。これに
反して水平の配線径路セグメント即ちＸ軸に並行に走る
セグメントは、Ｘと表示された別の信号面上に主として
配置される。信号面に於ける配線の望ましい方向は、そ
の信号面の軸に並行な方向である。信号面上の各配線径
路可能区域をトラックと呼ぶ。信号面と信号面の間を食
刻又はドリル穿孔した配線セグメントをバイアと呼ぶ。

バイアには貫通バイアと部分的（又はセグメント）バイ
アの２形式のものがある。

貫通バイアは基板（ボード）の厚さを貫通しているので
、その両面上の配線セグメントを相互接続することを可
能にする。貫通バイアはボード上に素子のピンを装着す
るために通す穴と同じである場合がある。部分的バイア
には、（１）信号面間の１　距離に等しい長さの任意信
号面間のリンク、又は（２）特定の隣接信号面間のリン
ク、の２つの形がある。角度をつけて配置された配線ト
ラックを有する信号面は、取りわけ部分的バイアによっ
てリンクされたとき信号面ペアと呼ぶ。

信号面は１つ以上のｒ繰出しくエスケープ）領域」を持
つことがある。その面の残りの領域を「全体的（グロー
バル）領域」と呼ぶ。線出し領域が全体的領域と相異す
る点は、ボード上に装着された（又は装着されるべき）
１つ以上、おそらくそれ以上の素子のピンを囲んだ長四
角形領域の境界と一致する境界を持った隣接領域である
点である。ここで「ピン」なる用語は接続の終点の意味
で使用する。密集したテストポイントを取囲んでいる領
域又はボードからの出力点を取囲んでいる領域が線出し
領域である。

線出し領域にはｒ繰出し問題」がからむことがある。線
出し問題は、線出し領域内のピンに接続するため線出し
領域へ出入りしなければならない接続の数が、線出し領
域の周囲と交差するトラックの数（このトラックの数は
各面の望ましい布線方向に於けるトラックのみの数を数
える）に近づくか又は超えるときに存在する。線出し問
題が存在するときは、全体的領域でうまく行く配線布線
方法が線出し領域ではうまく行かない。多数のピンを有
する大形素子が最近現れたので、繰出し領域内のピンに
対する接続が配線を完成するのに必要な面の数を決定す
る際に線出し領域間の接続に優越することがある。本発
明は線出し問題が必要な面の数を決定する場合に面の数
を減するための方法及び結果のパターンに関するもので
ある。

Ｃ１従来の技術 米国特許第３５６７９１４号（自動化製造システム）は
特定の径路に対して利用しうる最も望ましいルートを発
見するため、成る種の布線ペナルティ（減点法）を取入
れた布線装置を開示している。

米国特許第４３２０４３８号（多層セラミック・パッケ
ージ）は１つの素子のすべてのピンを異った信号面に割
当てることにより、相互接続パッケージの素子密度を高
めることを開示している。

ＩＢＭ社の技術公開文献（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ４− Ｄｊ、５ｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ）第１３巻
、第８号、１９７１年１月発行、第２４３６頁は、チッ
プに対する配線接続数の減少をもたらす時間多重化方法
を採用することにより、モノリシック記憶チップの実装
密度を増加する方法を開示している。

ＩＢＭ社の同技術公開文献第２４巻、第１１ａ号、１９
８２年４月発行、第５５５８−５５６０頁は、個々の信
号面に対して特別の機能を割当てた結果として最少限の
配線層を持った半導体パッケージを開示している。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 線出し問題に対する従来の解決策は、（１）素子のピン
に接続しない布線用配線を取りやめること、（２）信号
面の数を増すこと、（３）標準的な布線方法によってす
べての相互接続を続行するのに十分なトラックがある場
合には、素子を超える距離までｒ繰出しパターン」を伸
ばして多素子毎に特別仕様化（カスタマイズ）すること
、（４）前項（３）と同様に十分に大きい距離だけすべ
ての類似の素子に対し線出しパターンを指定することで
ある。

各素子に対して特別仕様（カスタム）の線出しパターン
を作ろうとすると、めんどうな手作業、処理時間の増大
、エラーの生ずる危険性などを伴うのが普通である。予
じめ定められた線出しパターンを用いると、最初に定め
た後は処理時間の増大及びエラーの可能性を回避するこ
とができるが、使うかも知れないすべての接続を作って
おく必要があり、特定の領域に於ける径路の数を増加さ
せることになるのが普通である。若しもビン当り唯一つ
の電気的接続しかその周囲になされないならば、ネット
はポイント・ツウ・ポイントではなく中間的な受手と言
べきであり、高速遷移のための電気的性能を低下させる
。そればかりかエスケープ・パターン内のエスケープ径
路の方向がランダムになり、従って１部をなすネットの
全体的な方向に対して最適化されない。

Ｅ９問題点を解決するための手段 １１″ｌｆ［ｙＨ−ＦｌＦ）！！“（１）＠＊ｔ、　１
１１ＡＩＪ５ＬＭ＊から出ているすべての配線をそのボ
ードの残りの全体的領域の許容された配線トラックに割
当てるのに十分なほど、多くなければならない。本発明
は上記の制約が絶対的である場合に於て、通常必要とさ
れる信号面の数よりも減少することができる配線布線（
ルート設定）パターンを提供する。

信号面の数は２の倍数で減少される。

更に具体的に言えば、線出し長四角形に対し、全体的領
域にある配線トラックのＸ及びＸ方向と並行な側面を持
たせる。１つの特定の信号面ペアに於て、１つの線出し
長四角形に東縁Ｅにに本の出線が形成された線出しパタ
ーンを想定する。そのＫはＭよりも大きいものとする。

但しＭは全体的領域の東側境界にある配線に対する配線
容量である。この場合、全体的領域は１つの信号面に主
としてＸ方向の配線を持ち、その信号面ペアの他の信号
面にＸ方向の配線を持つ。この場合にはに本すべての配
線を線出し境界から東向きに布線することはできない。

その結果としてｎ、即ち信号面ペアの数は、すべての線
出し長四角形のすべての縁に於て、その縁から出た配線
の合計数が全体的領域に於ける配７− 線容量（上記の例ではｎ−Ｍ）を超えないように、十分
多いことが必要である。そればかりか個々の信号面ペア
に対する個々の出線は、すべての信号面ペアに対して、
各線へ向う出線の数がその信号面ペアの全体的領域の配
線容量を超えないようでなければならない。

これらのことはコスト及び生産性の両面で潜在的に極め
て広範な制約である。何故ならさもなければ必要とされ
るよりも多数の信号面を必要とすることなるからである
。

本発明は上記の制約（即ちすべての出線は利用可能な全
体的領域配線トラックと「釣合う」こと）により必要と
される信号面の数を２の倍数で減少する。現実の事例で
はこのことは、線出し境界に於けるこの「釣合い」要件
が必要な信号面の最少数を決定する際にからむ制約とは
もはやならないことを意味する。

これは特別仕様化された線出しパターン又は予じめ定め
られた固定的な線出しパターンの何れに対しても上述の
ような不利をもたらすことなく達８− 成される。

面の数を減らすことは、通常の線出し領域と全体的領域
との間に介在する「拡張された線出し領域」を設けるこ
とによって達成される。通常の線出し領域と拡張された
線出し領域との間の境界に於て配線径路は拡張された線
出し領域へ入る。その入り方は一般的に、「正しい」方
向（例えばＸ信号面ではＸ方向）、及び「正しくない方
向」（例えばＸ信号面ではＸ方向）の両方への方向性及
び信号面割当てに従う。拡張された線出し領域に規定さ
れるべき配線パターンは、拡張された線出し領域から出
るすべての配線径路（及び全体的領域へ入るすべての配
線径路）は「正しい」方向にのみ走ると言う性質を持つ
。

拡張された線出し領域へ（通常の線出し領域から）入る
配線径路は、拡張された線出し領域の１つの信号面にあ
るすべての径路が相互に、基本的に並行に且つ基本的に
直線状に走るように、これに反して他の信号面にあるす
べての径路は１つの信号面内で交差しないように且つ拡
張された線出し領域内でバイアが生じないように、そし
て拡張された線出し領域から出る各径路部分が全体的領
域の対応する径路部分に連結されるように１組になった
径路形態に従って方向が変えられる。

本発明の目的は線出し領域及び全体的領域間に拡張され
た線出し領域を設けて、線出し領域を出るすべての配線
を全体的領域にある配線トラックへ接続するため通常必
要とされる数よりも少くすることである。

本発明の他の目的は線出し領域のために選択された如何
なる配線形状にも適合する拡張された線出し領域を提供
することである。

Ｆ、実施例 第２図は２つの次元、Ｘ及びｙで信号面ペアを描いた線
出し領域１０を示す。そこにはに本の線出し配線径路が
信号面ペア内の線出し領域の［東」即ち右側境界（Ｅ）
に造られている。説明の都合上、「南」　（Ｓ）はｙ面
の成る値のところ例えば％　ｙｉ、位置を占める線出し
領域１０の最下境界に相当し、「北」　（Ｎ）はｙ面の
他の値のところｙ２１１− （但しｙ　２＞ｙ　１）に位置する線出し領域１０の最
上境界に相当するものと想定する。同様に「西」（Ｗ）
はＸ面の成る値のところｘｌに位置する線出し領域の左
側境界に相当し、「東」　（Ｅ）はＸ面の他の値のとこ
ろｘ２（但しｘ２＞ｘｉ）に位置する線出し領域の右側
境界に相当する。

作図の都合上、ビンの「集団」　（そのうちの１本だけ
に参照番号１２が付されている）へ向って境界から内側
に延びる３本の配線径路だけが図示されている。実際に
は、−団のビンの数は極めて多数であり、密集したビン
格子領域を形成していること勿論である。線出し領域内
で使用される特定の配線径路形状は本発明の要旨とする
ところではないことを承知されたい。本発明は回路設計
者のニーズに最も適した任意の態様及び配置関係で線出
し領域に配線を布線する自由を与える。

線出し領域１０の東境界へ延びているに本の配線径路の
右隣りに示したものは、全体的領域のＸ信号面上で利用
できる配線径路トラック１４（Ｍ本）である。ｙ面にＸ
方向径路を設けることができない通常の制約があるため
、ｙ面には利用可能なｘトラックが存在しない。単一の
実線は、単一の配線径路セグメントが線出し領域の東境
界のＸ面のその点に於て線出し領域から出ることを示し
ている。実線と点線のペアは、東境界の信号面ペアのそ
の地点で出ようとしている２本の配線径路セグメントが
存在することを示す。かくて第２図は出ようとしている
合計に＝１５本の配線径路セグメントを示しているが、
大括弧に付したＭで示すように全体的領域で利用可能な
径路はＭ＝１０本しかない。若しもＭ≧にであるなら、
すべてのエスケープ配線径路を全体的領域へ布線するこ
とができる。その場合でさえ、本発明の方法は２つの信
号面間の配線分布のバランスを良好にすることにより配
線の混雑を減らすために使用できる。

しかし第２図の東境界に示すようにＫ＞Ｍの場合には、
Ｋ本すべての配線経路を線出し領域境界から東向きに布
線することが出来ない。他の境界を横切るトラックが実
質的に占有しているものと仮定すると、これが線出し問
題であることは明白で１２− ある。何故ならば線出し領域境界を交差するのに必要な
配線の数は望ましい布線方向に交差するトラックの数よ
りも多いからである。

本発明は、下記の態様で［拡張された線出し領域」及び
布線配線径路を設けることによりこの問題を解決する。

Ｋ及びＭは前述と同じ意味を持つものとする。

即ちに本の配線が特定の信号面ペアの線出し領域の東縁
から出て、たったＭ本（但しＭ＜Ｋ）の配線トラックが
全体的領域のＸ面（東−西面）にあるこの縁から東向き
に出るものとする。説明の都合上、更にに６２Ｍである
と仮定する。

Ｋ本の配線の組は各々Ｋ１本及びに２本の配線を有する
２つの組に分割される。ここでに１及びに２は夫々Ｍよ
りも大きくない。Ｋ１本の配線の組は第１の信号面、即
ちＸ面で東向きに布線される（簡単化のため図示省略）
。

第３図を見るとに２の配線の組は更に２つの組に再分割
されている。Ｋ２配線径路の第１の再分割組に２Ｎは隣
りの信号面（信号面Ｘの裏面、即ちｙ面）で先ず東向き
に布線され、その後７面上のままで北向きに布線される
。第３の再分割組に２Ｓはｙ面で最初東向きに布線され
、その後７面上のまま南向きに布線される。かくて配線
径路のに２Ｎ及びに２Ｓ組はｙ面内で交差を生じないよ
うにカギ形「入れ子」状に配置される。

かくて拡張された線出し領域へ入る配線経路セグメント
は、主配線方向に対して並行又は垂直に配置可能になる
ことがわかる。拡張された線出し領域から出るすべての
配線セグメントは夫々の信号面の主配線方向に配置され
る。

拡張された線出し領域１１は長四角形であって、その四
縁は線出し領域の東線Ｅであり、北縁はエスケープ地域
の北境界の延長縁Ｎ′であり、その東線Ｅ′は東線Ｅか
ら距離りの位置にある。ここでＬはに２Ｎ及びに２Ｓが
占める距離に等しいか又はそれよりも大きい。第４番目
の宿縁Ｓ′はエスケープ地域の宿縁Ｓの延長線に相当す
る。

１　□。ｆｌ−ＬイＪＵ”Ｆ（１）Ｒ＃ＪＬｔ　１　ｖ
ｎＭ＋’Ｗｔ４７＃。おける線出し領域の東線にあるに
２本の配線の布線に関する。Ｘは線出し領域の東線の水
平座標である。Ｋ本の配線が通常の方法によりこの縁へ
向って線出し領域内で布線されている。

これらのに配線径路のうちのＫｌ（図示省略）はＸ信号
面中のトラックを使って通常の態様で線出し領域の境界
に向けて東向きに布線された後、拡張された線出し領域
１１の境界Ｅ′に向って東向きに延長される。

残りのに２配線はｙ面で境界Ｅへ向って布線される。そ
れらの配線は７面上でＥと交差するので、それらは水平
配線であって、ｙ面の全体的トラックと整合しない。Ｅ
と交差しているｙ面中のトラックのｙ座標は下側から小
さい順に（大きさが増える順に）記号ｙｗ　（１）〜ｙ
ｗ　（Ｋ２）が付されている（この例でｒＷＪは「正し
くない方向」即ちこれらの径路はｙ信号面のＸ方向セグ
メントを用いて布線される）。その座標はＸ及びｙの各
整数値が単一の配線トラックと対応するように付されて
いる。

Ｋ２配線径路はに２Ｓ及びに２Ｎセグメントな１５− る２つの群に再分割され、下記の要領ですべてｙ面に布
線される。これらの配線径路のうちの最南端の配線は座
標（ｘ、ｙｗ　（１））から座標（Ｘ＋１、ｙｗ　（１
））へ布線されそこで下に向って座１１（Ｘ＋１、ｙＢ
ＯＴ）へと布線される。ここでｙＢｏ’ｒは拡張された
線出し領域の南境界Ｓ′であり、ＢＯＴはＢＯＴＴＯＭ
　（底）の略記号である。ｋ′番目の配線径路は（ｘ、
ｙｗ　（ｋ））から（ｘ＋に、ｙｗ　（ｋ））へ布線さ
れそこで下へ向って（ｘ十に、ｙＢＯＴ）へと布線され
る。

ここでに＝２、・・・、Ｋ２Ｓである。最北端のに２配
線径路は（ｘ、ｙｗ（Ｋ２））から（Ｘ＋１、ｙｗ　（
Ｋ２））　へ、次に上に向って（Ｘ＋１、ｙＴＯＰ）へ
布線される。ここでｙ’ｒｏｐは拡張された線出し領域
の北境界Ｎ′であり、ＴＯＰはＴＯＰ　（頂上）を指す
記号である。これらの配線のうちの（Ｋ２−ｐ）番目の
配線は（ｘ、ｙｗ（Ｋ２−ｐ））から（Ｘ＋Ｐ＋１．ｙ
ｗ　（Ｋ２−ｐ）へ、次に上に向って（ｘ　＋　ｐ　＋
１、ｙ’ｒｏｐ）へと布線される。ｐ＝１、・・・、（
Ｋ２Ｎ−１）１６− である。

本発明によれば全体的領域への食込みが如何に少いかを
示すため、例えば全体的領域が８５％を占める（即ち基
板面積の１５％が線出し領域で占有されている）、相互
接続基板について考察する。

Ｋの代表的な大きさはＭの１．１倍であるものと想定す
る（各素子毎に）。若しもに１＝Ｍでに２Ｎ＝に２Ｓな
らば、Ｌ＝０．０５Ｍである。がくて線出し領域は平均
１０％だけＸ方向に拡張される。即ち東西面境界が夫々
５％だけ拡張される。

従って合計の線出し領域は（１，ｔｏ）”＝ｉ。

２１の係数で増加する。つまり１５％がら１８％へ増加
する。かくて全体的面積は基板面積の８５％から８２％
へ減少するが、これは相対的に僅がな減少である。

上述は説明を簡単化する目的で１つの縁、即ち東線につ
いてのみ説明した。本発明の方法は、繰出し領域のすべ
ての縁に対して用いることができ、線出し領域拡張に益
すること大である。一般に、信号面ペアが異なれば異っ
た拡張線出し領域が得られる。線出し領域の北西及び重
縁についても拡゛張を要するときは、全く同様な手法で
拡張された線出し領域を規定することができる。線出し
領域の北又は重縁から出る線に対しては、Ｘ面及びｙ面
の役割が交換される。四縁から出る線に対しては、「東
」と「西」の役割が交換される。

第４図は本発明に従って線出し領域の４つの縁Ｎ、Ｅ、
Ｓ、Ｗすべてが拡張された例を示す。斜線の引かれてい
る四隅は拡張された線出し領域に含めてもよく、又は回
路設計者が任意に全体的領域の一部と考えてもよい。

第１図は本発明に従って拡張された線出し領域のＸ面及
びｙ面に配縁径路がどのように現われるかを示す。同図
に於て実線はＸ面上にあり、破線は７面上にある。点線
で示す長四角形１２は四隅の領域を含む、拡張された線
出し領域を示す。

種々の目標を達成するために種々のやり方でに１及びに
２を選ぶことが可能である。その例を例１　オ。１、□
お１ｏオオ。

全体的領域に於けるＸ面及びｙ面の配線トラック配設数
のバランスはに１及びに２を適切に選ぶことによって達
成される。例えば若しもに１＝に２ならば、配線径路は
２つの信号面に均等に分布することになる。

線出し領域拡張距離りを出来るだけ小さく保つことによ
り、拡張された線出し領域が全体的領域に食込む程度を
相対的に小さくするには、Ｋ２＝に−Ｍ、且つに２Ｎ＝
に２Ｓ＝に２／２となるように、Ｋ１＝Ｍに選ぶ。その
ときＬ＝（Ｋ−Ｍ）／２となる。若しもに２が奇数であ
るならば、すべての数値が整数になるように式の値を変
更すればよい。

若しも全体的領域に於ける配線布線を容易化するために
、拡張領域の１つの広い方の縁から多くの線を出したく
なるような素子配置であるならば、例えばに２Ｓをに２
Ｎよりも大きく選べばよい。

極端な例として、ｙ面のすべての配線径路を１方向、例
えば南向きに布線することを望むことがある。そのとき
は拡張された線出し領域は第５図に示すようなものとな
ろう。

１９− 任意の特定の線出しをに１又はに２グループに割当てる
ことは完全に自由である。こ自由さを利用して、相互接
続の１部をなす特定の相互接続に対して一層適切な方向
に、配線径路を拡張線出し領域に布線することができる
。

１つの信号面ペアの拡張された線出し領域に於ける１つ
の面の配線布線が、説明を簡単化するため及び１実施例
としてＬ字形の入れ子形状で例示した。面内での交差を
避けるための及び、拡張された線出し領域及び全体的領
域間の境界に於て好ましい方向（夫々の面内に於ける）
にすべての配線を走らせるための、他の配線布線が本発
明に従って採用可能である。そのような布線の例は、面
を変更することなく両方向に交互に各配線を走らせる「
階段」形状である。

Ｇ０発明の効果 全体的基板面積への食込みを最少限に抑えつつ、相互接
続密度の高い集積回路チップに対する線出し配線数を増
加して布線を容易化する効果がある。

２０−

【図面の簡単な説明】

第１図は信号面ペアの両信号面に於ける拡張された線出
し領域の配線パターンを夫々実線及び破線で示し、第２
図は全体的領域と線出し領域の関係を示す信号面ペアの
部分図であり、第３図は配線径路が第１の方向に曲る第
１の組及び第２の方向に曲る第２の組の２つの組に分割
された拡張線出し領域の１つの信号面に於ける配線パタ
ーンを示し、第４図は相互接続基板の線出し領域の４つ
の側面に於ける拡張された線出し領域を示し、第５図は
線出し径路が単一の方向に曲った他の配線パターンを示
す。 １０・・・・線出し領域、１１．１１′・・・・拡張さ
れた線出し領域、１２・・・・四隅を含む拡張された線
出し領域、Ｎ・・・・北、Ｅ・・・・東、Ｓ・・・・南
、Ｗ・・・・西。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回路素子の接続ビンに対する接続を分線するための少く
   とも一対の信号面を有する配線相互接続構造体であって
   、 上記回路素子の接続ビン集団及び上記一対の信号面の接
   続のための線出しセグメントに持ち、長四角形境界によ
   って規定される形状を有する少くとも１つの線出し領域
   と、 上記線出し領域の境界の１つの側面の１部分と接する長
   四角形境界によって規定される形状を有する少くとも１
   つの拡張された線出し領域とを含み、 上記拡張された線出し領域の線出しセグメントは長四角
   形境界のＸ軸方向に一旦延びた後左に曲ってｙ軸の正方
   向に延びる第１の組及びＸ軸方向に一旦延びた後右に曲
   ってｙ軸の負方向に延びる第２の組に分割されて、夫々
   信号面の全体的領域に接続されることを特徴とする配線
   相互接続構造体。