(57)【要約】【課題】ＬＳＩパッケージおよびプリント基板のスルーホール間に生じるクロストークノイズの低減を低コストに実現する技術を提供する。【解決手段】ＬＳＩパッケージをプリント基板に実装した電子装置において、複数の送信端子１３と、複数の受信端子１４とを有し、複数の送信端子１３のそれぞれは差動信号を送信する送信端子対１３ｐからなり、複数の受信端子１４のそれぞれは差動信号を受信する受信端子対１４ｐからなるＬＳＩパッケージ１０は、２対の送信端子対１３ｐ、２対の受信端子対１４ｐのそれぞれが、互いに隣接し、各端子対の信号を結ぶ直線同士が交差して配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信端子と、複数の受信端子とを有し、
前記複数の送信端子のそれぞれは差動信号を送信する送信端子対からなり、前記複数の受信端子のそれぞれは差動信号を受信する受信端子対からなるＬＳＩパッケージであって、
前記送信端子対と前記受信端子対とは、２端子分以上離して配置されていることを特徴とするＬＳＩパッケージ。
【請求項２】
複数の送信端子と、複数の受信端子とを有し、
前記複数の送信端子のそれぞれは差動信号を送信する送信端子対からなり、前記複数の受信端子のそれぞれは差動信号を受信する受信端子対からなるプリント基板であって、
前記送信端子対と前記受信端子対とは、２端子分以上離して配置されていることを特徴とするプリント基板。
【請求項３】
請求項１記載のＬＳＩパッケージと、請求項２記載の前記ＬＳＩパッケージを実装するプリント基板とを有する電子装置。
【請求項４】
複数の送信端子と、複数の受信端子とを有し、
前記複数の送信端子のそれぞれは差動信号を送信する送信端子対からなり、前記複数の受信端子のそれぞれは差動信号を受信する受信端子対からなるＬＳＩパッケージであって、
２対の前記送信端子対は、互いに隣接し、各送信端子対の信号を結ぶ直線同士が交差して配置され、
２対の前記受信端子対は、互いに隣接し、各受信端子対の信号を結ぶ直線同士が交差して配置されていることを特徴とするＬＳＩパッケージ。
【請求項５】
請求項１記載のＬＳＩパッケージであって、
２対の前記送信端子対は、互いに隣接し、各送信端子対の信号を結ぶ直線同士が交差して配置され、
２対の前記受信端子対は、互いに隣接し、各受信端子対の信号を結ぶ直線同士が交差して配置されていることを特徴とするＬＳＩパッケージ。
【請求項６】
請求項２記載のプリント基板であって、
２対の前記送信端子対は、互いに隣接し、各送信端子対の信号を結ぶ直線同士が交差して配置され、
２対の前記受信端子対は、互いに隣接し、各受信端子対の信号を結ぶ直線同士が交差して配置されていることを特徴とするプリント基板。
【請求項７】
請求項５記載のＬＳＩパッケージと、請求項６記載の前記ＬＳＩパッケージを実装するプリント基板とを有する電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩパッケージをプリント基板に実装した電子装置に関し、特に、低ノイズＬＳＩパッケージおよびプリント基板のスルーホール配置技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子装置の大容量化に伴いＬＳＩパッケージ間の信号伝送は２倍／３年で高速化しており、特にサーバ、ルータ等の大容量データ処理装置で用いるバックプレーンでは、２０１２年頃に電気伝送の限界である２０Ｇｂｐｓを超える伝送速度が要求され、従来無視していたプリント基板のスルーホール間のクロストークノイズが増大する。このクロストークノイズが伝送距離の短縮やビット誤り率が上昇する要因になってしまう。
【０００３】
そこで、クロストークノイズの低減のため、低クロストークノイズのスルーホール配置が必要となる。例えば、特許文献１には、コネクタのクロストークノイズの低減技術として、スルーホールを千鳥状に配置する例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２５９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記特許文献１のスルーホール配置の技術を、本発明のＬＳＩパッケージおよびプリント基板に対応させた場合に、その端子配置（スルーホール配置）は図８のように示すことができる。図８のＬＳＩパッケージ１０ｘ（プリント基板も同様）の端子配置において、送信端子対１３ｐおよび受信端子対１４ｐは、各端子の間を１ピッチとすると、送信端子対１３ｐ同士、受信端子対１４ｐ同士で上下方向に１／２ピッチずつずらして千鳥状に配置されている（従来例１と称する）。図８においては、信号密度：８対／２４端子の領域を示している。しかし、この特許文献１の技術は、コネクタを対象としたものであり、本発明のようなＬＳＩパッケージやプリント基板に適用したものではない。
【０００６】
また、本発明者は、本発明の前提となるクロストークノイズの低減技術として図９のようなＬＳＩパッケージおよびプリント基板の端子配置（スルーホール配置）を検討した。図９のＬＳＩパッケージ１０ｙ（プリント基板も同様）の端子配置において、送信端子対１３ｐおよび受信端子対１４ｐは、送信端子対１３ｐ同士、受信端子対１４ｐ同士で間隔を広げて端子対同士間の電気結合を疎としている（従来例２と称する）。しかし、この従来例２の技術は、信号密度：８対／４８端子となり、従来例１と比べて信号密度が５０％に低下し、ＬＳＩパッケージのサイズが大きくなりコストが上昇してしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ＬＳＩパッケージおよびプリント基板のスルーホール間に生じるクロストークノイズの低減を低コストに実現する技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
すなわち、代表的なものの概要は、ＬＳＩパッケージ、プリント基板に適用し、複数の送信端子と、複数の受信端子とを有し、複数の送信端子のそれぞれは差動信号を送信する送信端子対からなり、複数の受信端子のそれぞれは差動信号を受信する受信端子対からなる構成において、２対の送信端子対、２対の受信端子対のそれぞれは、互いに隣接し、各端子対の信号を結ぶ直線同士が交差して配置されていることを特徴とする。または、送信端子対と受信端子対とは、２端子分以上離して配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１２】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、ＬＳＩパッケージおよびプリント基板のスルーホール間に生じるクロストークノイズの低減を低コストに実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１の電子装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、ＬＳＩパッケージの端子配置を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１において、プリント基板の端子配置を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、（ａ），（ｂ）はＬＳＩパッケージおよびプリント基板の送信端子対、受信端子対の電流による磁界と電界の作用を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、シミュレーションによるクロストークノイズの低減効果を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２において、ＬＳＩパッケージの端子配置を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２において、プリント基板の端子配置を示す図である。
【図８】特許文献１のスルーホール配置の技術を本発明のＬＳＩパッケージおよびプリント基板に対応させた場合のＬＳＩパッケージの端子配置を示す図である。
【図９】本発明の前提として検討したＬＳＩパッケージの端子配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１５】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１の電子装置およびそれを構成するＬＳＩパッケージおよびプリント基板を、図１〜図５に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態１の電子装置の概略構成を示す図である。
【００１７】
本実施の形態１の電子装置は、ＬＳＩパッケージ１０と、このＬＳＩパッケージ１０を実装するプリント基板２０などを有して構成される。
【００１８】
ＬＳＩパッケージ１０は、回路が形成された半導体チップ１１と、この半導体チップ１１が搭載された拡張基板１２などを有して構成される。このＬＳＩパッケージ１０は、プリント基板２０への実装面に、詳細は後述するが、複数の送信端子１３と、複数の受信端子１４などが配置されている。この送信端子１３および受信端子１４は、拡張基板１２内のスローホール１６，１７に繋がっている。半導体チップ１１と送信端子１３および受信端子１４とは、スルーホール１６，１７および図示しない配線を通じて電気的に接続されている。
【００１９】
プリント基板２０は、ＬＳＩパッケージ１０の実装面に、詳細は後述するが、複数の送信端子２１と、複数の受信端子２２などが配置されている。この送信端子２１および受信端子２２は、プリント基板２０内のスローホール２４，２５に繋がっている。
【００２０】
図２は、ＬＳＩパッケージ１０の端子配置を示す図である。この図２は、ＬＳＩパッケージ１０をプリント基板２０への実装面側から見た図である。
【００２１】
ＬＳＩパッケージ１０は、プリント基板２０への実装面に、複数の送信端子１３として、差動信号を送信する複数の送信端子対１３ｐが配置され、複数の受信端子１４として、差動信号を受信する複数の受信端子対１４ｐが配置されている。このＬＳＩパッケージ１０において、特に、２対の送信端子対１３ｐは、互いに隣接し、各送信端子対１３ｐの信号を結ぶ直線同士が交差して配置され、同様に、２対の受信端子対１４ｐは、互いに隣接し、各受信端子対１４ｐの信号を結ぶ直線同士が交差して配置されている。
【００２２】
図２においては、信号密度：８対／３６端子の例で、８対端子領域を示している。図２において、上側に送信端子対１３ｐが４対配置され、下側に受信端子対１４ｐが４対配置され、それ以外の端子はＧＮＤ・電源（ＧＮＤまたは電源）端子１５である。送信端子対１３ｐおよび受信端子対１４ｐは、差動信号を対象としているため、図２において、奥から手前の方向に電流が流れている端子は○印、手前から奥の方向に電流が流れている端子は×印で示している。
【００２３】
送信端子対１３ｐの２対について、この２対は互いに隣接し、各対の信号を結ぶ直線同士が交差（図２では直交した例を図示）して配置されている。すなわち、一方の対の信号を結ぶ直線と、他方の対の信号を結ぶ直線とが直交する配置となっている。
【００２４】
受信端子対１４ｐの２対についても同様に、この２対は互いに隣接し、各対の信号を結ぶ直線同士が交差（図２では直交した例を図示）して配置されている。
【００２５】
このＬＳＩパッケージ１０の送信端子対１３ｐ、受信端子対１４ｐ、ＧＮＤ・電源端子１５の各端子に繋がる拡張基板１２のスルーホールは、送信端子対１３ｐ、受信端子対１４ｐ、ＧＮＤ・電源端子１５と同様の配置になっている。すなわち、ＬＳＩパッケージ１０の拡張基板１２内のスルーホールも図２のような配置になっている。
【００２６】
図３は、プリント基板２０の端子配置を示す図である。この図３は、プリント基板２０をＬＳＩパッケージ１０の実装面側から見た図である。図３は、図２に対応する部分を示し、信号密度：８対／３６端子の例で、８対端子領域を示している。
【００２７】
プリント基板２０は、ＬＳＩパッケージ１０の実装面に、ＬＳＩパッケージ１０と同様に、複数の送信端子２１として、差動信号を送信する複数の送信端子対２１ｐが配置され、複数の受信端子２２として、差動信号を受信する複数の受信端子対２２ｐが配置されている。このプリント基板２０においても、ＬＳＩパッケージ１０と同様に、特に、送信端子対２１ｐの２対、受信端子対２２ｐの２対について、それぞれ、この２対は互いに隣接し、各対の信号を結ぶ直線同士が交差（図３では直交した例を図示）して配置されている。それ以外の端子はＧＮＤ・電源（ＧＮＤまたは電源）端子２３である。
【００２８】
このプリント基板２０の送信端子対２１ｐ、受信端子対２２ｐ、ＧＮＤ・電源端子２３の各端子に繋がるスルーホールは、送信端子対２１ｐ、受信端子対２２ｐ、ＧＮＤ・電源端子２３と同様の配置になっている。すなわち、プリント基板２０内のスルーホールも図３のような配置になっている。
【００２９】
このプリント基板２０にＬＳＩパッケージ１０を実装した状態では、プリント基板２０の送信端子対２１ｐにＬＳＩパッケージ１０の送信端子対１３ｐが電気的に接続され、同様に、プリント基板２０の受信端子対２２ｐにＬＳＩパッケージ１０の受信端子対１４ｐが電気的に接続される。また、ＧＮＤ・電源端子も、プリント基板２０のＧＮＤ・電源端子２３にＬＳＩパッケージ１０のＧＮＤ・電源端子１５が電気的に接続される。このように、プリント基板２０にＬＳＩパッケージ１０を実装し、ＬＳＩパッケージ１０とプリント基板２０とが電気的に接続されることで、本実施の形態の電子装置が実現される。
【００３０】
図４は、ＬＳＩパッケージ１０およびプリント基板２０の送信端子対１３ｐ，２１ｐ、受信端子対１４ｐ，２２ｐの電流による磁界と電界の作用を示す図である。この送信端子対１３ｐ，２１ｐ、受信端子対１４ｐ，２２ｐに流れる電流は、言い換えれば各端子に繋がるスルーホールを流れてくる電流に対応するので、ここではスルーホールに着目して説明する。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、例えば送信端子対１３ｐ（２１ｐ）の２対（受信端子対１４ｐ，２２ｐの２対の場合も同様）について考えると、この２対は互いに隣接し、各対の信号を結ぶ直線同士が直交して配置されている。この配置を磁界的に見ると、一方の対のスルーホールの＋極が作る磁界と−極が作る磁界とが直交するように、他方の対のスルーホールを配置することで、差動モードの結合をゼロにすることができる。すなわち、＋極磁力線と−極磁力線とが合成された磁力線上では磁界が互いに干渉しないので、スルーホール間に生じるクロストークノイズを低減することができる。
【００３２】
また、図４（ｂ）に示すように、この配置を電界的に見ると、一方の対のスルーホールの＋極と−極の２極から等距離の位置の等電位面上に、他方の対のスルーホールを配置することで、電界の結合をゼロにすることができる。すなわち、対の同相の電圧レベル上下は互いに打ち消し合うので、スルーホール間に生じるクロストークノイズを低減することができる。
【００３３】
図５は、シミュレーションによるクロストークノイズの低減効果を示す図である。図５は、本実施の形態１（後述する実施の形態２の例も図示）と前述した従来例１，２について、伝送周波数［ＧＨｚ］（横軸）に対するクロストークノイズ比［ｄＢ］（縦軸）を示している。
【００３４】
図５から分かるように、本実施の形態１によれば、伝送周波数が５ＧＨｚ（伝送速度が１０Ｇｂｐｓに対応）の時に、クロストークノイズ比を−２０ｄＢ（信号振幅の１０％）から−３４ｄＢ（信号振幅の２．０％）にすることができ、従来例２と同等の効果が得られ、信号密度の低下は、従来例１の８対／２４端子と比べて８対／３６端子となり３３％に留めることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、ＬＳＩパッケージ１０およびプリント基板２０の送信端子対１３ｐ，２１ｐ、受信端子対１４ｐ，２２ｐの端子配置（スルーホール配置）を、互いに隣接し、各対の信号を結ぶ直線同士を直交して配置することにより、スルーホール間のクロストークノイズを低減することができる。この結果、信号密度の低下を最小限に留め、ＬＳＩパッケージ１０のサイズを大きくする必要がないので、コストの上昇を抑えることが可能となり、ＬＳＩパッケージ１０およびプリント基板２０のスルーホール間に生じるクロストークノイズの低減を低コストに実現することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態１のような送信端子対１３ｐ，２１ｐ、受信端子対１４ｐ，２２ｐの端子配置（スルーホール配置）においては、前述したような各対の信号を結ぶ直線同士が直交する場合に限らず、例えば、各端子対の２対が直交を除く任意の角度で交差する端子配置とすることもできる。さらに、各端子対の３対以上が交差する端子配置とすることも可能である。
【００３７】
＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２の電子装置およびそれを構成するＬＳＩパッケージおよびプリント基板を、図６〜図７に基づいて説明する。
【００３８】
本実施の形態２の電子装置の概略構成は、前記実施の形態１の図１と同様なので説明を省略する。本実施の形態２は、前記実施の形態１に対して、ＬＳＩパッケージ１０ａおよびプリント基板２０ａの送信端子対１３ｐ，２１ｐ、受信端子対１４ｐ，２２ｐの端子配置（スルーホール配置）が異なる。以下においては、異なる部分を主に説明する。
【００３９】
図６は、ＬＳＩパッケージ１０ａの端子配置を示す図である。この図６は、ＬＳＩパッケージ１０ａをプリント基板２０ａへの実装面側から見た図である。なお、ＬＳＩパッケージ１０ａの拡張基板１２内のスルーホールも図６のような配置になっている。
【００４０】
ＬＳＩパッケージ１０ａは、プリント基板２０ａへの実装面に、複数の送信端子１３として、差動信号を送信する複数の送信端子対１３ｐが配置され、複数の受信端子１４として、差動信号を受信する複数の受信端子対１４ｐが配置されている。このＬＳＩパッケージ１０ａにおいて、特に、送信端子対１３ｐと受信端子対１４ｐとは、２端子分以上（図６では２端子分の例を図示）離して配置されている。
【００４１】
図６においては、信号密度：８対／２８端子の例で、８対端子領域を示している。図６において、上側に送信端子対１３ｐが４対配置され、下側に受信端子対１４ｐが４対配置され、それ以外の端子はＧＮＤ・電源端子１５である。送信端子対１３ｐおよび受信端子対１４ｐは、差動信号を対象としているため、図６において、奥から手前の方向に電流が流れているピンは○印、手前から奥の方向に電流が流れているピンは×印で示している。
【００４２】
送信端子対１３ｐと受信端子対１４ｐとは、その間が２端子分離して配置されている。すなわち、上側に配置された送信端子対１３ｐと下側に配置された受信端子対１４ｐとの間には、ＧＮＤ・電源端子１５が２端子設けられている。
【００４３】
さらに、上側に配置された送信端子対１３ｐの隣同士は、各端子の間を１ピッチとすると、上下方向に１ピッチずつずらして配置されている。同様に、下側に配置された受信端子対１４ｐの隣同士も、上下方向に１ピッチずつずらして配置されている。
【００４４】
図７は、プリント基板２０ａの端子配置を示す図である。この図７は、プリント基板２０ａをＬＳＩパッケージ１０ａの実装面側から見た図である。図７は、図６に対応する部分を示し、信号密度：８対／２８端子の例で、８対端子領域を示している。なお、プリント基板２０ａ内のスルーホールも図７のような配置になっている。
【００４５】
プリント基板２０ａは、ＬＳＩパッケージ１０ａの実装面に、ＬＳＩパッケージ１０ａと同様に、複数の送信端子２１として、差動信号を送信する複数の送信端子対２１ｐが配置され、複数の受信端子２２として、差動信号を受信する複数の受信端子対２２ｐが配置されている。このプリント基板２０ａにおいても、ＬＳＩパッケージ１０ａと同様に、特に、送信端子対２１ｐと受信端子対２２ｐとは、その間が２端子分以上（図７では２端子分の例を図示）離して配置されている。
【００４６】
本実施の形態２のシミュレーションによるクロストークノイズの低減効果は、前述した図５に示すように、前記実施の形態１には及ばないものの、伝送周波数が５ＧＨｚ（伝送速度が１０Ｇｂｐｓに対応）の時に、クロストークノイズ比を−２９ｄＢにすることができる。信号密度の低下は、従来例１の８対／２４端子と比べて８対／２８端子となり１４％に留めることができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態２によれば、ＬＳＩパッケージ１０ａおよびプリント基板２０ａの送信端子対１３ｐ，２１ｐ、受信端子対１４ｐ，２２ｐの端子配置（スルーホール配置）を、２端子分離して配置することにより、スルーホール間のクロストークノイズを低減することができる。この結果、信号密度の低下を最小限に留め、ＬＳＩパッケージ１０ａのサイズを大きくする必要がないので、コストの上昇を抑えることが可能となり、ＬＳＩパッケージ１０ａおよびプリント基板２０ａのスルーホール間に生じるクロストークノイズの低減を低コストに実現することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態２のような送信端子対１３ｐ，２１ｐ、受信端子対１４ｐ，２２ｐの端子配置（スルーホール配置）においては、前述したような２端子分離す場合に限らず、例えば、３端子分以上離す端子配置とすることもできる。さらに、各端子対の隣同士を上下方向に１ピッチ未満ずつずらす端子配置とすることも可能である。
【００４９】
また、本実施の形態２と前記実施の形態１とを組み合わせた端子配置（スルーホール配置）とすることも可能である。例えば、送信端子対１３ｐ，２１ｐは実施の形態２の端子配置を適用し、受信端子対１４ｐ，２２ｐは実施の形態１の端子配置を適用することができる。このように、特にクロストークノイズの影響が問題となる受信端子対１４ｐ，２２ｐのみに、各対の信号を結ぶ直線同士が交差する端子配置を適用することで、コモンモードからの差動ノイズを回避することができる。
【００５０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、ＬＳＩパッケージをプリント基板に実装した電子装置に関し、特に、低ノイズＬＳＩパッケージおよびプリント基板の端子配置（スルーホール配置）技術に利用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０，１０ａ，１０ｘ，１０ｙ…ＬＳＩパッケージ、１１…半導体チップ、１２…拡張基板、１３…送信端子、１３ｐ…送信端子対、１４…受信端子、１４ｐ…受信端子対、１５…ＧＮＤ・電源端子、１６，１７…スルーホール、
２０，２０ａ…プリント基板、２１…送信端子、２１ｐ…送信端子対、２２…受信端子、２２ｐ…受信端子対、２３…ＧＮＤ・電源端子、２４，２５…スルーホール。
【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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