(57)【要約】【課題】電流の集中を減少させる半導体装置の給電ネットワークのためのシステムを提供する。【解決手段】半導体装置のパッケージの給電ネットワークのためのシステムは、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ボールの行のセット６１−６７と、面のセット１１−１４、２１−２３とを具備する。ＢＧＡボールの行の少なくとも１つ６１からの少なくとも１つのＢＧＡボールは前記面の少なくとも１つ１１、２１に結合され、第１の面１２−１４、２２−２３は第１のＢＧＡボールには結合されない。【選択図】図５
2006128688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置のパッケージの給電ネットワークのためのシステムであって、
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ボールの行のセットと、
面のセットと、ここで、前記ＢＧＡボールの行の少なくとも１つからの少なくとも１つのＢＧＡボールは前記面の少なくとも１つに結合され、第１の面は第１のＢＧＡボールには結合されないことと、
を具備する。
【請求項２】
半導体装置のパッケージの給電ネットワークのためのシステムであって、
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ボールの行のセットと、
面のセットと、ここで、前記ＢＧＡボールの行の少なくとも１つからの少なくとも１つのＢＧＡボールは前記面の少なくとも１つに結合され、第１の面はダイに近接する第１のＢＧＡボールに結合されないことと、
を具備する。
【請求項３】
給電ネットワークのためのシステムであって、
印刷回路板を具備し、前記印刷回路板は、
電源に近接する第１の取付け点を含む取付け点のセットと、ここで、前記各取付け点は半導体パッケージのＢＧＡボールの１つを前記印刷回路板に結合するように作用することと、
層のセットと、ここで、前記層と前記第１の取付け点との間には直接的な物理的接続は存在しないことと、
を具備する。
【請求項４】
半導体装置のパッケージの給電ネットワークのための方法であって、
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ボールの行のセットを形成するステップと、
面のセットを形成するステップと、ここで、前記ＢＧＡボールの行の少なくとも１つからの少なくとも１つのＢＧＡボールは前記面の少なくとも１つに結合され、第１の面は第１のＢＧＡボールには結合されないことと、
を具備する。
【請求項５】
半導体装置のパッケージの給電ネットワークのための方法であって、
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ボールの行のセットを形成するステップと、
面のセットを形成するステップと、ここで、前記ＢＧＡボールの行の少なくとも１つからの少なくとも１つのＢＧＡボールは前記面の少なくとも１つに結合され、第１の面はダイに近接する第１のＢＧＡボールには結合されないことと、
を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置及び印刷回路板における給電方法及びシステムに関し、特に電流の集中を減少させた給電ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ時代の到来により、電子システムは現代の生活の中心になっており、ある意味ではそれらは必需品のようにさえも思われる。この技術の広がりに関する本質的な部分はこれらの電子システムからより多くの機能を更に推進することである。この機能増加を追求する縮図は種々の半導体装置のサイズと容量である。オリジナルアップルＩの８ビットマイクロプロセッサから、オリジナルＩＢＭ  ＰＣ  ＡＴの１６ビットマイクロプロセッサを経て今日まで、半導体の処理パワーは成長するが、その一方でこれらの半導体のサイズは一貫して減少する。実際に、ムーアの法則はシリコンの所定のサイズの部片におけるトランジスタの数が１８ヶ月毎に倍になっていることを述べている。
【０００３】
強力なコンピュータ処理アーキテクチャで利用される半導体がこれらの複雑なシステムに進化するにつれて、ほぼ全般的に、これらの半導体の接続性とパワー要求は増加する。実際に、マイクロプロセッサのクロック周波数が高くなる程、マイクロプロセッサのパワー消費は大きくなる（全ての他の条件は同じである）。
【０００４】
図１を簡単に参照すると、半導体パッケージ１００の１例が示される。マイクロプロセッサのような集積回路を含むダイ１１０は基板１２０へ取付けられる。ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ボール１３０はダイ１１０を電源または信号入力／出力ラインへ結合する。典型的に、マイクロプロセッサまたは半導体がパッケージに収容される基板１２０は（エポキシ樹脂のような）有機物材料から形成される。基板１２０はビルドアップ技術を使用して製造されることができ、この技術は細線のビルドアップ層を、より粗いコア基板の両側に配置することによりさらに高い配線能力を可能にする。典型的に、基板１２０のこれらの層または面はビアホールの使用によってＢＧＡボール１３０に結合される。
【０００５】
これらのＢＧＡボール１３０はその後、電源を含む印刷回路板（ＰＣＢ）へ結合されることができる。しかしながらほとんどの場合、パッケージ１００のインピーダンスはパッケージ１００へ結合されたＰＣＢのインピーダンスよりも小さい。これらの類似しないインピーダンスによって電流はＰＣＢ２２０よりも容易にパッケージ１００の給電ネットワークへ流れる。このことによってより多くの電流がＰＣＢ上の電源に近接するＢＧＡボール１３０を通って流れる。
【０００６】
従って、ネットワーク中の電流の集中を減少させ、さらに均等な電流の分配を実現する給電ネットワークが必要とされる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ＰＣＢからパッケージ上で半導体装置までの給電を意図する給電ネットワークの改良された構造のシステム及び方法が開示される。これらの改良された給電ネットワークはパッケージのＢＧＡボールの電流の集中を減少させ、パッケージのＢＧＡボールを通る電流をさらに均一に分配できる。これを実現するために、これらのシステム及び方法はパッケージとそれが取付けられるＰＣＢとの間のインピーダンスを同等にする努力を行っている。典型的にこの等化はパッケージのインピーダンスを増加させ、またはパッケージが結合されるＰＣＢのインピーダンスを減少させることによって実現される。これらのシステム及び方法はＢＧＡボールとパッケージの面との間の結合の種々の配置によってパッケージのインピーダンスを増加することができる。反対に、これらのシステム及び方法はＰＣＢとパッケージのＢＧＡボールとの間の結合の種々の配置によってパッケージに結合されるＰＣＢのインピーダンスを減少させることができる。
【０００８】
１実施形態では、半導体装置のパッケージはボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）のセットと面のセットとを含み、ここで前記ＢＧＡボールの行の少なくとも１つからの少なくとも１つのＢＧＡボールは少なくとも１つの面に結合され、第１の面は第１のＢＧＡボールに結合されていない。
【０００９】
幾つかの実施形態では、第１のＢＧＡボールは電源に近接する。
【００１０】
他の実施形態では、ＢＧＡボールのセットは行のセットを有し、第１のＢＧＡボールは第１の行に位置する。
【００１１】
更に別の実施形態では、第１の面は第１の行に結合されていない。
【００１２】
更に別の実施形態では、第１の行は電源に近接し、第１の面は第１の行のＢＧＡボールから最も離れている。
【００１３】
別の実施形態では、半導体パッケージは第２の面を含み、この第２の面は第１の行に結合されていない。
【００１４】
更に別の実施形態では、半導体パッケージはＢＧＡボールの第２の行を有し、第１の面と第２の面は第２の行には結合されていない。
【００１５】
更に他の実施形態では、第２の行は第１の行に近接し、第２の面は第１の面に近接する。
【００１６】
更にもう１つの実施形態では、半導体パッケージはダイに近接して第３の面と第２のＢＧＡボールとを含み、第３の面は第２のＢＧＡボールに結合されていない。
【００１７】
幾つかの他の実施形態では、第２のＢＧＡボールはＢＧＡボールの第３の行に配置されており、第３の面は第３の行には結合されていない。
【００１８】
１実施形態では、半導体パッケージは第４の面を含み、この第４の面は第３の行には結合されていない。
【００１９】
別の実施形態では、印刷回路板は取付け点のセットと層のセットとを含み、各取付け点は半導体パッケージのＢＧＡボールのセットの１つを印刷回路板に結合するように作用し、電源に近接する第１の取付け点を含み、層と第１の取付け点との間には直接的な物理的接続は存在しない。
【００２０】
他の実施形態では、印刷回路板は電源に近接する取付け点の第１の行を含み、第１の取付け点は取付け点の第１の行中にある。
【００２１】
幾つかの実施形態では、取付け点の第１の行と層のセットとの間には直接的な物理的接続は存在しない。
【００２２】
１実施形態では、半導体パッケージが製造され、この半導体パッケージはボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ボールのセットと面のセットとを含み、第１の面は第１のＢＧＡボールには結合されていない。
【００２３】
さらにもう１つの実施形態では、印刷回路板が製造され、これは取付け点のセットと層のセットとを含み、各取付け点は半導体パッケージのＢＧＡボールのセットの１つを印刷回路板に結合するように作用し、電源に近接して第１の取付け点を含み、層と第１の取付け点との間には直接的な物理的接続は存在しない。
【００２４】
本発明のこれら及びその他の特徴は、以下の説明及び添付図面を共に考察してさらに良好に認識され、理解されるであろう。以下の説明は本発明の種々の実施形態及びその多くの特別の詳細を示すが、例示として与えられているものであり、これらに限定ではない。多くの置換、変更、付加または再構成が本発明の技術的範囲内で行われることができ、本発明はこのような置換、変形、付加または再構成の全てを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
添付され、この明細書の一部を形成する図面は本発明のある特徴を示すために含まれている。本発明のコンポーネント、本発明で行われるシステムの動作の明瞭な考察は、この図面に示される例示的で、それ故限定ではない実施形態を参照にすることによって、更に容易に明白になるであろう。同じ参照符号は同じコンポーネントを示す。図面に示される特徴は必ずしも実寸大で描かれていないことに注意すべきである。
【００２６】
本発明及びその種々の特徴とその効果の詳細を、添付図面を参照にした以下の説明で詳細に述べられている限定ではない実施形態によって更に十分に説明する。よく知られた出発物質、処理技術、コンポーネント及び装置の説明は本発明の詳細を不必要に曖昧にしないために省略される。しかしながら、当業者は本発明の好ましい実施形態が開示されるが、詳細な説明及び特定の例が本発明の技術的範囲を限定するためではなく単なる例示として与えられることを理解すべきである。基礎的な本発明の概念の技術的範囲内にある種々の置換、変形、付加、再構成はこの説明を読んだ後、当業者に明白になるであろう。
【００２７】
添付図面に示される本発明の例示的な実施形態を詳細に参照する。可能である場合は必ず、同一または類似の部品（素子）を示すために図面を通して同一の参照符号を使用する。
【００２８】
この明細書を通して使用される用語の理解を促すために幾つかの用語を定義し、または明瞭にする。用語「取付ける」は物理的、電気的または任意の他のタイプの結合或いはこれらの種々のタイプの結合の任意の組合せを意味し、「結合された」は直接的、間接的、物理的、電気的等の任意のタイプの接続を意味することを意図する。
【００２９】
用語「行」は通常、少なくとも１つの軸上で整列するグループを意味することを意図する。例えば、ＢＧＡボールのセットが１つの行中にあるならば、これらは通常、少なくとも１つの軸上に整列される。
【００３０】
用語「セット」は、これが「１セットの」のように数学的な意味で使用されるとき、ゼロ以上の素子の集合を意味することを意図する。
【００３１】
用語「パワーボール」は１以上のパワー面に取付けられたＢＧＡのボールを意味することを意図する。
【００３２】
用語「グランドボール」は１以上のグランド面に取付けられたＢＧＡのボールを意味することを意図する。
【００３３】
用語「給電ネットワーク」は電源からのパワーをダイ（この構造の任意のサブセットまたは部分を含む）に供給する構造を意味することを意図する。例えばパワーはＰＣＢの面、ＰＣＢのＰＴＨ、ＰＣＢ上のＢＧＡのボールの取付け点、ＢＧＡのボール、ＢＧＡ内のボールにまたはパッケージの面間に取付けられたビア、ＢＧＡ、ビアに取付けられたパッケージ基板の面等に供給される。
【００３４】
本発明の実施形態を参照する前に、これらの種々の実施形態の説明に使用される通常のハードウェアの説明を行う。最初に、ボールグリッドアレイのボールに対して基板を結合する典型的な構成を図２で更に明白に示す。ＢＧＡボール１３０はビア１３２に結合され、そのビアは次に基板１２０の面１１−１４、２１−２３に結合される。あるボール１３０はパワー面１１−１４に結合され、他のボール１３０はグランド面２１−２３に結合されることができることが当業者に理解されるであろう。多くの場合、パワー面１１−１４とグランド面２１−２３に結合されたボールはＢＧＡボール１３０の同一の行６１−６７で交互に位置する。
【００３５】
ダイ１１０上の半導体の接続及びパワー要求の増加につれて、更に多数の信号及びパワーピンが必要とされ、これらはＢＧＡボール１３０を通して接続される。これは通常、パッケージ１００のサイズを大型にする。パッケージ１００のサイズを減少させる１つの可能な方法は、ダイ１１０が必要とする信号をＢＧＡボール１３０へ伝送するために使用されるダイ１１０のピンを、ダイ１１０周辺のパッケージ１００の全ての４つの側面周辺に取付けることである。しかしながら、給電ネットワークに使用されるＢＧＡボール１３０が信号の入力／出力線に使用されるＢＧＡボール１３０と共に散在されなければならないとき、この方法論はパッケージ１００と、それが通常取付けられる印刷回路板（ＰＣＢ）の給電ネットワークを劣化させる。
【００３６】
それ故、給電ネットワークではパッケージ１００の１側面を使用することが望ましい。パッケージ１００の１側面上のＢＧＡボール１３０は給電ネットワークのために開かれることができ、パッケージ１００が取付けられるＰＣＢ上の主電源は、給電ネットワークで開かれているパッケージ１００のその側面の近くに位置されることができる。図３はこの方法を更に詳細に示す。電源２１０は給電ネットワークに対して開かれているパッケージ１００の側面に近接してＰＣＢ２２０に結合される。電流は電源２１０からＰＣＢ２２０の層を通って、ＢＧＡのボール１３０がそれに取付けられるビア１３２を通して基板の面１１−１４及び２１−２３に結合されるＰＣＢ２２０の区域に流れ、最終的にはダイ１１０へ流れる。
【００３７】
パッケージ１００と、それが結合されるＰＣＢ２００はビルドアップ層から構成されてもよく、ここではパッケージ１００の１側面が給電ネットワークに対して使用される。これらの層はパッケージ１００の面１１−１４及び２１−２３と、パッケージ１００が取付けられるＰＣＢ２２０を構成する層から構成される。電源モジュール２１０はパッケージ１００の中心においてダイ１１０へ電流を供給することもできる。この電流はＰＣＢ２２０からＰＣＢ２２０の層におけるプレート貫通孔（ＰＴＨ）を通ってパッケージ１００のＢＧＡボール１３０へ流れ、電流はその後、ＢＧＡボール１３０からＢＧＡボール１３０のビアに取付けられるパッケージ１００の面１１−１４及び２１−２３を通ってダイ１１０へ流れることができる。
【００３８】
しかしながら、典型的にパッケージ１００のインピーダンスはパッケージ１００に結合されたＰＣＢ２２０のインピーダンスよりも小さい。これらの類似しないインピーダンスによって電流はＰＣＢ２２０よりも容易にパッケージ１００の給電ネットワークへ流れる。これによってより多くの電流が電源２１０に近いＢＧＡボール１３０を通って流れることができる。
【００３９】
図４はこの電流の集中を更に詳細に示す。図４では、パッケージ１００の給電ネットワークの各ＢＧＡボール１３０を通って流れる電流が示される。認められるように、電流は電源２１０に近いＢＧＡボール１３０の行に集中し、任意の１つのＢＧＡボール１３０を通して流れる最大の電流は２．９アンペアである。この電流の集中はパッケージ１００の他のＢＧＡボール１３０を流れる電流の量に影響するだけでなく、特定のセットのボール１３０における大きな電流の成長はこれらのＢＧＡボール１３０及びそれらに関連するビア１３２の長期間の信頼性を減少する。必要とされるのは、この電流の集中を減少させ、ネットワークを通しての電流の分布を改良する給電ネットワークである。
【００４０】
パワーをＰＣＢからパッケージの半導体装置へ分配することを意図する給電ネットワーク構造のシステム及び方法に注目する。これらの改良された給電ネットワークはパッケージのＢＧＡボールの電流の集中を減少させ、パッケージのＢＧＡボールを通る電流をさらに均等に分配できる。これを実現するため、これらのシステム及び方法はパッケージとそれが取付けられるＰＣＢとの間のインピーダンスを等化する努力を行っている。典型的にこの等化はパッケージのインピーダンスを増加させ、またはパッケージが結合されるＰＣＢのインピーダンスを減少させることによって実現される。これらのシステム及び方法はパッケージのＢＧＡボールと面のビアとの間の結合の種々の構成によってパッケージのインピーダンスを増加することができる。同様に、これらのシステム及び方法はＰＣＢとパッケージのＢＧＡボールとの間の結合の構成によってパッケージに結合するＰＣＢのインピーダンスを減少させることができる。
【００４１】
図５を参照すると、電流の集中を緩和し、パッケージ内の電流の更に均等な分配を実現するパッケージの給電ネットワークの１例が示される。前述し、図２で示したように、パッケージ１００は層を含むことができる。それらの層は面１１−１４及び２１−２３として配置され、１実施形態では面１１−１４はパワーのためのものであり、一方面２１−２３は技術でよく知られているようにグランド用である。ＢＧＡボール１３０は代りにビア１３２を通って面１１−１４と２１−２３に結合される。電流はＰＣＢ２２０から、ビア１３２によりパワー面１１−１４に結合されたＢＧＡボール１３０へ流れ、さらにパワー面１１−１４からダイ１１０へ、及びビア１３２を介してダイ１１０からグランド面２１−２３と、グランド面２１−２３に結合されるＢＧＡボールへ流れる。あるＢＧＡボール１３０はパワーボールであり、パワー面１１−１４のみに結合され、一方で他のＢＧＡボールはグランドボールであり、グランド面２１−２３のみに結合される。これらのパワーボールとグランドボールはＢＡＧボール１３０の所定の行６１−６７内で交互に配置されることができる。
【００４２】
前述したように、電流は電源２１０に近接するパッケージ１００のエッジにあるＢＧＡボール１３０の行６１に集中する傾向がある。しかしながら、全てのパワー面１１−１４がＢＧＡの全てのパワーボールに取付けられるか、パッケージ１００の全てのグランド面２１−２３がＢＧＡ内のあらゆるグランドボールに取付けられる必要はない。実際に、あらゆるパワー面１１−１４をあらゆるパワーボールに取付け、あらゆるグランド面２１−２３をあらゆるグランドボールに取付けると、ＢＧＡボール１３０からダイ１１０へ流れる電流に対して低い抵抗の均一な通路が与えられる。
【００４３】
電源２１０に近接したパッケージ１００のエッジにあるＢＧＡボール１３０の行６１における電流の集中を減少するために、パッケージ１００のインピーダンスが上昇される。１実施形態では、これは電源に近いＢＧＡボールの行の１以上のＢＧＡボールを、その行のＢＧＡボールから最も離れたパワー及びグランド面のみに結合することによって達成することができる。
【００４４】
図５はパッケージ１００内の面をＢＧＡボール１３０へ接続するためのこのような構造の１実施形態を示す。図５で認められるように、行６１では、近接する電源２１０と、ＢＧＡボール１３０から最も離れたパワー面１１だけが行６１のパワーボールのビア１３２に結合される。同様に、ＢＧＡボール１３０から最も離れたグランド面２１に近いパワー面１１だけが行６１のグランドボールのビア１３２に結合される。面１２−１４、２２、２３はそれぞれ給電ＢＧＡの残りのパワー及びグランドボールに結合されることができる。結果として、図５の電源２１０に近接した行６１のＢＧＡボール１３０は図２の行６１のＢＧＡボール１３０よりも高いインピーダンスを示しており、これらは全てのパワー面１１−１４とグランド面２１−２３に結合される。それ故、図５に示される構造を使用して形成された半導体パッケージは図２に示される構造に従って形成された半導体パッケージよりも高いインピーダンスを示す。
【００４５】
これと同一の方法が（ＢＧＡボール１３０がパワーボールであるならば）面１１のみに、または（ＢＧＡボール１３０がグランドボールであるならば）面２１のみを電源２１０に近接した個々のＢＧＡボール１３０へ結合することによって、電源２１０に近接した任意の単一のＢＧＡボール１３０に適応できることが理解されるであろう。これは次に、電源２１０に近接したＢＧＡボール１３０の電流集中を少なくする。
【００４６】
この電流集中における改良は経験的に観察されることができる。図６はＢＧＡボール１３０をパッケージ１００の面１１−１４及び２１−２３へ接続するために図５に示される構造を使用するシミュレーション結果を示す。１００アンペアの電源を仮定すると、電源２１０に近接するＢＧＡボール１３０の行に対して集中する電流の大きさが著しく減少することが認められる。特に、図５に示される構造を使用する任意の１つのＢＧＡボール１３０の最大の電流は１．９アンペアにまで減少する。
【００４７】
この明細書を読んだ後、ＢＧＡボール１３０とパッケージ１００の面１１−１４及び２１−２３は種々の構造で結合されることができ、パッケージ１００の面１１−１４及び２１−２３の少なくとも１つの面がＢＧＡの少なくとも１つのボール１３０へ接続されていない限り、改良された給電特性が得られ、所望される順列または配置は任意の種類の経験的または理論的手段により決定されることが当業者により理解されるであろう。
【００４８】
例えば、図７は改良された給電パワー分配特性を示す給電ネットワークの構造の別の実施形態を示す。この場合、電源２１０に近いＢＧＡボールの２つの行６１、６３のＢＧＡボール１３０は面１１−１４及び２１−２３の限定された数の面のみに接続されることができる。１つの特定の実施形態では、電源２１０に近いＢＧＡボール１３０の第１の行６１のパワーボールとグランドボールは図５の構造に類似したパワー面１１とグランド面２１にのみ結合される。
【００４９】
しかしながら、図５に示される構造の第２の行６３のＢＧＡボール１３０はパッケージ１００の全てのパワー面１１−１４または全てのグランド面２１−２３に結合されるが、図７に示される構造の第２の行６３のＢＧＡボール１３０はパッケージ１００のパワー面１１と、１２またはグランド面２１と、２２にのみ結合される。パッケージ１００の給電ネットワークの残りのＢＧＡボール１３０はパッケージ１００の全てのパワー面１１−１４または全てのグランド面２１−２３に結合されることができる。結果として、図７の行６１に近接する行６３のＢＧＡボール１３０は全てのパワー面１１−１４及びグランド面２１−２３に結合される図５の行６３のＢＧＡボール１３０よりも高いインピーダンスを示す。それ故、図７に示される構造を使用して形成された半導体パッケージは図５に示される構造に従って形成された半導体パッケージよりも高いインピーダンスを示す。
【００５０】
先の説明から想像できるように、図７に示される給電ネットワークは、電源２１０に近接するＢＧＡボール１３０における電流集中の減少を含む改良された給電特性を示す。これらの有効な給電特性は図８に示される。図８はパッケージ１００のグランド面２１−２３とパッケージ１００のパワー面１１−１４の有効な視点から取った図７で示されるような給電ネットワーク中でＢＧＡボール１３０を通って流れる電流を示す。再び１００アンペアの電源を仮定すると、電流の集中が減少し、パワー面のＢＧＡの任意の１つのボール１３０を通って流れる最大の電流が１．７Ａであり、一方グランド面のＢＧＡの任意の１つのボール１３０を通って流れる最大の電流も１．７Ａであることが注目される。
【００５１】
前述したように、種々の構造がパッケージ１００の面１１−１４及び２１−２３をＢＧＡボール１３０のビア１３２へ取付けるときに使用されることができる。これらの幾つかの構造はあるＢＧＡボール１３０をパッケージ１００の特定の面１１−１４、２１−２３へ結合させ、他のＢＧＡボール１３０をパッケージ１００の他の面１１−１４、２１−２３へ結合させることができる。他のこれらの構造はＢＧＡボール１３０のある行をパッケージ１００の面のセット１１−１４、２１−２３へ結合し、ＢＧＡボール１３０の他の行を別の面のセット１１−１４、２１−２３へ結合することができる。同じラインに沿って、ＢＧＡボール１３０のある行は面のセット１１−１４、２１−２３内のある面１１−１４、２１−２３のみに結合され、一方、ＢＧＡボール１３０の他の行は別の面のセット１１−１４、２１−２３内のある面１１−１４、２１−２３にのみ結合されることができる。
【００５２】
図９の（ａ）及び（ｂ）は本発明のシステム及び方法により構成された給電ネットワークの別の実施形態を示す。図９の（ａ）では、給電ネットワーク構造の断面が示される。行６７内のパワーボールはパワー面２１、２２に結合され、行６９内のグランドボールはグランド面１１−１３に結合されることができる。図９の（ｂ）は給電ネットワーク構造の１実施形態を示し、これはより望ましい給電特性を有し、図９の（ａ）に示される構造を変更することによって得られる。図９の（ａ）に示される給電ネットワーク内のあるビア１３２の部分を消去することによって、あるＢＧＡボール１３０は特定の面のセット１１−１４、２１−２３内のある面１１−１４、２１−２３のみに結合されることができ、一方、他のＢＧＡボール１３０は別のセットの面１１−１４、２１−２３内のある面１１−１４、２１−２３に結合されることができる。
【００５３】
１実施形態では、行６９内のグランドボールはグランド面１３に結合されるが、グランド面１３とグランド面１２との間のビア１３３を消去したために、行６９のグランドボールはもはやパッケージ１００の他のグランド面１２、１１には結合しない。同様に、行６７内のパワーボールはパワー面２２、２１に結合されるが、パワー面２２とパワー面２１との間のビア１３４を消去したために、行６７のパワーボールはもはやパッケージ１００の残りのパワー面２１には結合しない。説明を容易にするために、図９の（ｂ）は行６９のグランドボールと行６７のパワーボールの断面を示すように描かれているが、これらの同じ構造はＢＧＡボール１３０の行６１−６９全体に適用できることが認識されよう。例えば、電源２１０から最も遠く、ダイ１１０に近接する行６９のグランドボールとパワーボールはそれぞれ１つのグランド面とパワー面のみに結合されており、行６９の電流集中を減少させている。
【００５４】
図１０は図９の（ｂ）で示される給電ネットワークの構造で実現されることのできる改良された給電特性を示す。図１０はパッケージ１００のグランド面２１−２３とパッケージ１００のパワー面１１−１４の視点から、図９の（ｂ）で示される給電ネットワークに類似する給電ネットワークのＢＧＡボール１３０を通って流れる電流を示す。再び１００アンペアの電源を仮定すると、パワー面を通って流れる最大の電流は１．５Ａであり、一方、グランド面を通って流れる最大の電流は１．４Ａである。ＢＧＡボールの任意の１つのボールを通って流れる最大の電流は１．５アンペアであり、これは電源２１０から最も離れ、ダイ１１０に近接するＢＧＡボールの行中のＢＧＡボール１３０で生じる。
【００５５】
認められるように、前述の本発明のシステム及び方法はパワーが分配されるパッケージのインピーダンスの増加によって給電ネットワークの給電特性を改良する構造を提供する。多くの場合、これは前述のシステム及び方法の実施形態を使用して、電流が流れなければならない通路を限定することによって実現される。しかしながら、反対の策をとることもできる。給電ネットワークの給電特性を改良するためにパッケージ１００が結合されるＰＣＢ２２０の設計は多くの場合、より低いインピーダンスを得るために改良されることができる。
【００５６】
これらの改良は図１１の（ａ）及び（ｂ）に示される。ＰＣＢ２２０はパッケージ１００のＢＧＡボール１３０がＰＣＢ２２０へ取付けられる区域を有する。ほとんどのこれらの取付け点１３１では、電流はＰＣＢ２２０の面からＰＴＨを通ってパッケージ１００のＢＧＡのボール１３０へ流れる。しかしながら、ＰＣＢ２２０の少なくとも１つの層が電源２１０に近接した取付け点１３１の行に直接的及び物理的に結合されるのが典型的な場合である。例えば、電源２１０に近接するパワーボールの取付け点１３１は図１１の（ａ）に示されるように、ＰＣＢ２２０の上部層上においてＰＣＢ２２０のパワー面２２１に直接取付けられることができる。この構造によって、取付け点１３１に結合されたパワー面２２１とＢＧＡボール１３０との間のインピーダンスはパワー面２２１と他のＢＧＡボール１３０との間のインピーダンスよりも小さくなる。
【００５７】
１以上のこれらの直接的な物理的接続を除去することによって、改良された給電特性が全てのＢＧＡボール１３０を横切ってインピーダンスを均等化することにより給電ネットワークで得られる。このタイプのＰＣＢ２２０の構造の１実施形態が図１１の（ｂ）に示される。この実施形態では、ＰＣＢ２２０のパワー面２２１とＰＣＢ２２０上のパワーボールのＢＧＡ取付け点１３１との間には直接的な物理的接続は存在しない。更に、幾つかの実施形態では、ＰＣＢ２２０のインピーダンスを更に減少するために、付加的にプレート貫通孔が取付け点１３１近くでＰＣＢ２２０部分に付加されることができる。
【００５８】
比較のために、図１２の（ａ）及び（ｂ）は図１１の（ａ）で示したようなＰＣＢ２２０を使用して３つの給電ネットワークのＢＧＡボール１３０を通って流れる電流と、図１１の（ｂ）で示したようなＰＣＢ２２０を使用して３つの給電ネットワークのＢＧＡボール１３０を通って流れる電流との比較を示しており、電源は１００アンペアである。図１２の（ａ）は図１１の（ａ）で示したＰＣＢ構造と共に使用される図２、５、９に示された３つのパッケージ構造の実施形態を通る電流の流れを示しており、図１２の（ｂ）は図１１の（ｂ）で示したＰＣＢ構造と共に使用されるこれらの同一のパッケージ構造を通る電流の流れを示す。図１２の（ｂ）の任意のＢＧＡボール１３０を通って流れる最大の電流は１．８アンペアであることに注意する。さらに、図１１の（ｂ）に示される給電ネットワークを含むＢＧＡボール１３０を通る電流の相対的な分布は更に均一であることに注目すべきである。例えば、図１２の（ａ）を図１２の（ｂ）と比較する。図１１の（ｂ）に示されるＰＣＢ２２０を使用すると、電源２１０の近くに位置されるＢＧＡのボール１３０における電流の集中は少なくなり、図１１の（ａ）に示されるＰＣＢ２２０を使用する給電ネットワークよりも、他の３つの側面全体で均等に分配される。
【００５９】
この明細書を読んだ後、伝統的な製造プロセスがここで説明された給電ネットワークを実現するために使用できることは当業者には明白であろう。本発明のシステム及び方法に関して説明した構造を形成するために、マスク、フォトマスク、Ｘ線マスク、機械的マスク、酸化マスク、リソグラフィ等の使用が含まれている。また、パッケージのインピーダンスの増加により給電特性を改良するための開示されたシステム及び方法と、ＰＣＢのインピーダンスの減少によりこれらの改良された給電特性を実現するシステム及び方法が更に効果を大きくするために共に使用されることができることも明白であろう。
【００６０】
さらに、説明したシステム及び方法の組合せ及び実施形態はいかなるタイプのパッケージまたは給電ネットワークが使用されても、給電ネットワークの改良に使用されることができる。例えば、パッケージのＢＧＡの２以上の側面が給電ネットワークに使用されるパッケージがその例である。
【００６１】
前述の説明では、本発明を特定の実施形態を参照して説明した。しかしながら、当業者は、種々の変形及び変更が特許請求の範囲に記載される本発明の技術的範囲を逸脱せずに行われることができることを認識するであろう。従って、明細書及び図面は本発明を限定するためではなく、例示として考慮され、全てのこのような変形は本発明の技術的範囲内に含まれることが意図される。
【００６２】
利点、その他の効果、及び問題に対する解決策について特定の特別な実施形態に関して前述した。しかしながら、利点、その他の効果、問題に対する解決策、及びこのような任意の利点、その他の効果または解決策を生じ、或いはより決定的にする任意のコンポーネントは一部または全ての特許請求の範囲の臨界的で、必要とされ、または本質的な特徴或いはコンポーネントとして解釈されるべきではない。
【００６３】
例えば、本発明によれば、下記のようなシステム、方法、及び給電ネットワークを提供することができる。
【００６４】
（１）半導体装置のパッケージの給電ネットワークのためのシステムであって、
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ボールの行のセットと、
面のセットと、ここで、前記ＢＧＡボールの行の少なくとも１つからの少なくとも１つのＢＧＡボールは前記面の少なくとも１つに結合され、第１の面は第１のＢＧＡボールには結合されないことと、
を具備する。
【００６５】
（２）前記第１のＢＧＡボールは電源に近接する前記（１）のシステム。
【００６６】
（３）前記第１のＢＡＧボールはＢＧＡボールの第１の行に存在し、前記第１の面はＢＧＡボールの前記第１の行に結合されず、ＢＧＡボールの前記第１の行は前記電源に近接し、前記第１の面は前記第１の行のＢＧＡボールに近接する前記（２）のシステム。
【００６７】
（４）第２の面を具備し、前記第２の面はＢＧＡボールの前記第１の行には結合されない前記（３）のシステム。
【００６８】
（５）ＢＧＡボールの第２の行を具備し、前記第１の面及び前記第２の面はＢＧＡボールの前記第２の行には結合されない前記（４）のシステム。
【００６９】
（６）前記第２の行はＢＧＡボールの前記第１の行に近接し、前記第２の面は前記第１の面に近接する前記（５）のシステム。
【００７０】
（７）前記面のセットはグランド面のセットとパワー面のセットとが交互に配置された面を有する前記（６）のシステム。
【００７１】
（８）前記第１の面はパワー面であり、前記第２の面はグランド面である前記（７）のシステム。
【００７２】
（９）第３の面と、
ダイに近接する第２のＢＧＡボールと、ここで、前記第３の面は前記第２のＢＧＡボールには結合されないことと、
を具備する前記（６）のシステム。
【００７３】
（１０）前記第２のＢＧＡボールはＢＧＡボールの第３の行中にあり、前記第３の面はＢＧＡボールの前記第３の行には結合されない前記（９）のシステム。
【００７４】
（１１）第４の面を具備し、前記第４の面はＢＧＡボールの前記第３の行には結合されない前記（１０）のシステム。
【００７５】
（１２）第４の行を具備し、前記第３の面及び前記第４の面はＢＧＡボールの前記第４の行には結合されない前記（１１）のシステム。
【００７６】
（１３）印刷回路板を更に具備し、前記印刷回路板は、
前記電源に近接する第１の取付け点を含む取付け点のセットと、ここで、前記各取付け点は前記半導体パッケージの前記ＢＧＡボールの１つを前記印刷回路板に結合するように作用することと、
層のセットと、ここで、前記層と前記第１の取付け点との間には直接的な物理的接続は存在しないことと、
を具備する前記（１２）のシステム。
【００７７】
（１４）前記電源に近接する取付け点の第１の行を具備し、前記第１の取付け点は取付け点の前記第１の行中にある前記（１３）のシステム。
【００７８】
（１５）取付け点の前記第１の行と前記層のセットとの間には直接的な物理的接続は存在しない前記（１４）のシステム。
【００７９】
（１６）半導体装置のパッケージの給電ネットワークのためのシステムであって、
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ボールの行のセットと、
面のセットと、ここで、前記ＢＧＡボールの行の少なくとも１つからの少なくとも１つのＢＧＡボールは前記面の少なくとも１つに結合され、第１の面はダイに近接する第１のＢＧＡボールに結合されないことと、
を具備する。
【００８０】
（１７）前記第１のＢＡＧボールはＢＧＡボールの第１の行に配置され、前記第１の面はＢＧＡボールの前記第１の行には結合されず、ＢＧＡボールの前記第１の行は前記ダイに近接する前記（１６）のシステム。
【００８１】
（１８）第２の面を具備し、前記第２の面はＢＧＡボールの前記第１の行には結合されない前記（１７）のシステム。
【００８２】
（１９）ＢＧＡボールの第２の行を具備し、前記第１の面と前記第２の面とはＢＧＡボールの前記第２の行には結合されない前記（１８）のシステム。
【００８３】
（２０）ＢＧＡボールの前記第２の行はＢＧＡボールの前記第１の行に近接し、前記第２の面は前記第１の面に近接する前記（１９）のシステム。
【００８４】
（２１）前記面のセットはグランド面のセットとパワー面のセットとが交互に配置された面を有する前記（２０）のシステム。
【００８５】
（２２）前記第１の面はパワー面であり、前記第２の面はグランド面である前記（２１）のシステム。
【００８６】
（２３）第３の面と、
電源に近接する第２のＢＧＡボールと、ここで、前記第３の面は前記第２のＢＧＡボールには結合されないことと、
を具備する前記（２０）のシステム。
【００８７】
（２４）前記第２のＢＧＡボールはＢＧＡボールの第３の行中に配置され、前記第３の面はＢＧＡボールの前記第３の行には結合されず、前記第３の面は前記ＢＧＡボールに近接する前記（２３）のシステム。
【００８８】
（２５）第４の面を具備し、前記第４の面はＢＧＡボールの前記第３の行には結合されない前記（２４）のシステム。
【００８９】
（２６）ＢＧＡボールの第４の行を具備し、前記第３の面及び前記第４の面はＢＧＡボールの前記第４の行には結合されず、前記第４の面は前記第３の面に近接する前記（２５）のシステム。
【００９０】
（２７）印刷回路板を更に具備し、前記印刷回路板は、
前記電源に近接する第１の取付け点を含む取付け点のセットと、ここで、前記各取付け点は前記半導体パッケージの前記ＢＧＡボールの１つを前記印刷回路板に結合するように作用することと、
層のセットと、ここで、前記層と前記第１の取付け点との間には直接的な物理的接続は存在しないことと、
を具備する前記（２６）のシステム。
【００９１】
（２８）前記電源に近接した取付け点の第１の行を具備し、前記第１の取付け点は取付け点の前記第１の行中にある前記（２７）のシステム。
【００９２】
（２９）取付け点の前記第１の行と前記層のセットとの間には直接的な物理的接続は存在しない前記（２８）のシステム。
【００９３】
（３０）給電ネットワークのためのシステムであって、
印刷回路板を具備し、前記印刷回路板は、
電源に近接する第１の取付け点を含む取付け点のセットと、ここで、前記各取付け点は半導体パッケージのＢＧＡボールの１つを前記印刷回路板に結合するように作用することと、
層のセットと、ここで、前記層と前記第１の取付け点との間には直接的な物理的接続は存在しないことと、
を具備する。
【００９４】
（３１）前記電源に近接した取付け点の第１の行を具備し、前記第１の取付け点は取付け点の前記第１の行中にある前記（３０）のシステム。
【００９５】
（３２）取付け点の前記第１の行と前記層のセットとの間には直接的な物理的接続は存在しない前記（３１）のシステム。
【００９６】
（３３）半導体装置のパッケージの給電ネットワークのための方法であって、
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ボールの行のセットを形成するステップと、
面のセットを形成するステップと、ここで、前記ＢＧＡボールの行の少なくとも１つからの少なくとも１つのＢＧＡボールは前記面の少なくとも１つに結合され、第１の面は第１のＢＧＡボールには結合されないことと、
を具備する。
【００９７】
（３４）前記第１のＢＧＡボールは電源に近接する前記（３３）の方法。
【００９８】
（３５）前記第１のＢＡＧボールはＢＧＡボールの第１の行中にあり、前記第１の面はＢＧＡボールの前記第１の行には結合されず、ＢＧＡボールの前記第１の行は前記電源に近接し、前記第１の面はＢＧＡボールの前記第１の行のＢＧＡボールに近接する前記（３４）の方法。
【００９９】
（３６）第２の面がＢＧＡボールの前記第１の行には結合されない前記（３５）の方法。
【０１００】
（３７）前記第１の面及び前記第２の面はＢＧＡボールの第２の行には結合されない前記（３６）の方法。
【０１０１】
（３８）ＢＧＡボールの前記第２の行はＢＧＡボールの前記第１の行に近接して形成され、前記第２の面は前記第１の面に近接して形成される前記（３７）の方法。
【０１０２】
（３９）前記面のセットはグランド面のセットとパワー面のセットとが交互に配置された面として形成される前記（３８）の方法。
【０１０３】
（４０）前記第１の面はパワー面であり、前記第２の面はグランド面である前記（３９）の方法。
【０１０４】
（４１）第３の面を形成するステップと、
ダイに近接して第２のＢＧＡボールを形成するステップと、ここで、前記第３の面は前記第２のＢＧＡボールには結合されないことと、
を具備する前記（３８）の方法。
【０１０５】
（４２）前記第２のＢＧＡボールはＢＧＡボールの第３の行中に形成され、前記第３の面はＢＧＡボールの前記第３の行には結合されない前記（４１）の方法。
【０１０６】
（４３）第４の面を形成するステップを具備し、前記第４の面はＢＧＡボールの前記第３の行には結合されない前記（４２）の方法。
【０１０７】
（４４）ＢＧＡボールの第４の行を形成するステップを具備し、前記第３の面及び前記第４の面はＢＧＡボールの前記第４の行には結合されない前記（４３）の方法。
【０１０８】
（４５）印刷回路板を形成するステップを更に具備し、前記印刷回路板の形成は、
前記電源に近接する第１の取付け点を含む取付け点のセットを形成するステップと、ここで、前記各取付け点は前記半導体パッケージの前記ＢＧＡボールの１つを前記印刷回路板に結合するように作用することと、
層のセットを形成するステップと、ここで、前記層と前記第１の取付け点との間には直接的な物理的接続は存在しないことと、
を具備する前記（４４）の方法。
【０１０９】
（４６）取付け点の第１の行は前記電源に近接して形成され、前記第１の取付け点は取付け点の前記第１の行中にある前記（４５）の方法。
【０１１０】
（４７）取付け点の前記第１の行と前記層のセットとの間には直接的な物理的接続は形成されない前記（３６）の方法。
【０１１１】
（４８）半導体装置のパッケージの給電ネットワークのための方法であって、
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ボールの行のセットを形成するステップと、
面のセットを形成するステップと、ここで、前記ＢＧＡボールの行の少なくとも１つからの少なくとも１つのＢＧＡボールは前記面の少なくとも１つに結合され、第１の面はダイに近接する第１のＢＧＡボールには結合されないことと、
を具備する。
【０１１２】
（４９）前記第１のＢＡＧボールはＢＧＡボールの第１の行中にあり、前記第１の面はＢＧＡボールの前記第１の行には結合されず、ＢＧＡボールの前記第１の行は前記ダイに近接する前記（４８）の方法。
【０１１３】
（５０）第２の面がＢＧＡボールの前記第１の行には結合されない前記（４９）の方法。
【０１１４】
（５１）第２の行を具備し、前記第１の面及び前記第２の面は前記第２の行には結合されない前記（５０）の方法。
【０１１５】
（５２）前記第２の行はＢＧＡボールの前記第１の行に近接して形成され、前記第２の面は前記第１の面に近接して形成される前記（５１）の方法。
【０１１６】
（５３）前記面のセットはグランド面のセットとパワー面のセットとが交互に配置された面として形成される前記（５２）の方法。
【０１１７】
（５４）前記第１の面はパワー面であり、前記第２の面はグランド面である前記（５３）の方法。
【０１１８】
（５５）第３の面を形成するステップと、
電源に近接して第２のＢＧＡボールを形成するステップと、ここで、前記第３の面は前記第２のＢＧＡボールには結合されないことと、
を具備する前記（５２）の方法。
【０１１９】
（５６）前記第２のＢＧＡボールはＢＧＡボールの第３の行中に位置され、前記第３の面はＢＧＡボールの前記第３の行には結合されず、前記第３の面は前記ＢＧＡボールに近接する前記（５５）の方法。
【０１２０】
（５７）第４の面を形成するステップを具備し、前記第４の面はＢＧＡボールの前記第３の行には結合されない前記（５６）の方法。
【０１２１】
（５８）ＢＧＡボールの第４の行を形成するステップを具備し、前記第３の面及び前記第４の面はＢＧＡボールの前記第４の行には結合されず、前記第４の面は前記第３の面に近接する前記（５７）の方法。
【０１２２】
（５９）印刷回路板を形成するステップを更に具備し、前記印刷回路板の形成は、
前記電源に近接する第１の取付け点を含む取付け点のセットを形成するステップと、ここで、前記各取付け点は前記半導体パッケージの前記ＢＧＡボールの１つを前記印刷回路板に結合するように作用することと、
層のセットを形成するステップと、ここで、前記層と前記第１の取付け点との間には直接的な物理的接続は存在しないことと、
を具備する前記（５８）の方法。
【０１２３】
（６０）前記印刷回路板は前記電源に近接する取付け点の第１の行を具備し、前記第１の取付け点は取付け点の前記第１の行中にある前記（５９）の方法。
【０１２４】
（６１）取付け点の前記第１の行と前記層のセットとの間には直接的な物理的接続は形成されない前記（６０）の方法。
【０１２５】
（６２）印刷回路板の給電ネットワークのための方法であって、
電源に近接する第１の取付け点を含む取付け点のセットを形成するステップと、ここで、前記各取付け点は前記半導体パッケージの前記ＢＧＡボールの１つを前記印刷回路板に結合するように作用することと、
層のセットを形成するステップと、ここで、前記層と前記第１の取付け点との間には直接的な物理的接続は存在しないことと、
を具備する。
【０１２６】
（６３）前記印刷回路板は前記電源に近接する取付け点の第１の行を具備し、前記第１の取付け点は取付け点の前記第１の行に位置する前記（６２）の方法。
【０１２７】
（６４）取付け点の前記第１の行と前記層のセットとの間には直接的な物理的接続は形成されない前記（６３）の方法。
【０１２８】
（６５）半導体装置のパッケージの給電ネットワークであって、
電源に近接するＢＧＡボールの第１の行を含むボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ボールの行のセットと、
前記ＢＧＡボールから最も離れている第１のグランド面を含むグランド面のセットと、
前記ＢＧＡボールから最も離れている第１のパワー面を含むパワー面のセットと、
を具備し、ＢＧＡボールの前記第１の行の各ボールは前記第１のグランド面または前記第１のパワー面のみに結合される。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】半導体パッケージを示す図。
【図２】半導体パッケージの面及びＢＧＡボールの断面図。
【図３】電源を含む印刷回路板に結合される半導体パッケージを示す図。
【図４】図２で示される半導体パッケージに類似して構成された半導体パッケージのＢＧＡボールを通って流れる電流を表す説明図。
【図５】本発明のシステム及び方法による給電ネットワークの構造の１実施形態を示す図。
【図６】図５で示される半導体パッケージに類似して構成された半導体パッケージのＢＧＡボールを通って流れる電流を表す説明図。
【図７】本発明のシステム及び方法による給電ネットワークの構造の１実施形態を示す図。
【図８】図７で示される半導体パッケージに類似して構成された半導体パッケージのＢＧＡボールを通って流れる電流を表す説明図。
【図９】本発明のシステム及び方法による給電ネットワークの構造の１実施形態を示す図。
【図１０】図９の（ｂ）で示される半導体パッケージに類似して構成された半導体パッケージのＢＧＡボールを通って流れる電流を表す説明図。
【図１１】給電ネットワークの構造及び本発明のシステム及び方法による給電ネットワークの構造の１実施形態を示す図。
【図１２】本発明の実施形態により構成された給電ネットワークの比較を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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