(57)【要約】【課題】  信号線に接続されるパッドの密度を高く維持しつつ、パッド間での信号のクロストークを低減する半導体実装基板および半導体装置を提供する。【解決手段】  正方格子状にパッドが配置されている半導体実装基板の、当該正方格子状に配置されているパッドの内の斜めに隣接する２つのパッドのそれぞれにスルーホールを接続し、当該斜めに隣接する２つのパッドのそれぞれに接続されているスルーホールの間に、さらにスルーホールを配置する。【選択図】図４
2011061050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路と、
前記半導体集積回路に接続されている半導体実装基板とを備え、
前記半導体実装基板は、
正方格子状に配列されている複数のパッドと、
前記複数のパッドの内に、前記半導体集積回路からの信号を出力する第１パッドと、
前記複数のパッドの内に、前記第１パッドに対して前記正方格子状の配列の斜め方向に隣接して配置されている、前記半導体集積回路への信号を入力する第２パッドと、
前記複数のパッドの内に、前記第１パッドと前記第２パッドの両方に隣接する、接地している若しくは定電位とされている、第３パッドおよび第４パッドと、
前記第１パッドに接続されている第１スルーホールと、
前記第２パッドに接続されている第２スルーホールと、
前記第３パッドに接続されている第３スルーホールと、
前記第４パッドに接続されている第４スルーホールと、
前記第１スルーホールと前記第２スルーホールの間に、接地している若しくは定電位とされている第３スルーホールとを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第３パッドと前記第４パッドとを一部としてジグザグに、スルーホールに接続され、かつ、接地している若しくは定電位とされているパッドが配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記ジグザグの配置を境界として、前記複数のパッドの内の、前記第１パッドを含む前記半導体集積回路からの信号を出力するパッドのグループと、前記複数のパッドの内の、前記第２パッドを含む前記半導体集積回路への信号を入力するパッドのグループとが存在することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置において、
前記ジグザグの配置から、２列のパッドの間隔を空けて、さらに接地している若しくは定電位とされているパッドのジグザグの配置を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
第１の半導体集積回路と、
第２の半導体集積回路と、
前記第１の半導体集積回路に接続されている第１の半導体実装基板と、
前記第２の半導体集積回路に接続されている第２の半導体実装基板と、
前記第１の半導体実装基板と前記第２の半導体実装基板を、前記第１の半導体集積回路からの信号を送信するための少なくとも一つの第１信号線と前記第２の半導体集積回路からの信号を送信するための少なくとも一つの第２信号線とで接続する接続部とを備え、
前記第１の半導体実装基板は、
正方格子状に配列されている複数のパッドと、
前記複数のパッドの内に、前記第１信号線の内の一に接続されている第１パッドと、
前記複数のパッドの内に、前記第１パッドに対して前記正方格子状の配列の斜め方向に隣接して配置され、前記第２信号線の内の一に接続されている第２パッドと、
前記複数のパッドの内に、前記第１パッドと前記第２パッドの両方に隣接する、接地している若しくは定電位とされている、第３パッドおよび第４パッドと、
前記第１パッドに接続されている第１スルーホールと、
前記第２パッドに接続されている第２スルーホールと、
前記第３パッドに接続されている第３スルーホールと、
前記第４パッドに接続されている第４スルーホールと、
前記第１スルーホールと前記第２スルーホールとの間に、接地している若しくは定電位とされている第３スルーホールとを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置において、
前記第３パッドと前記第４パッドとを一部としてジグザグに、スルーホールに接続され、かつ、接地している若しくは定電位とされているパッドが配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置において、
前記ジグザグの配置を境界として、前記複数のパッドの内の、前記第１信号線に接続されるパッドのグループと、前記複数のパッドの内の、前記第２信号線に接続されるパッドのグループとが分かれて存在していることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置において、
前記ジグザグの配置から２列のパッドの間隔を空けて、さらに接地している若しくは定電位とされているパッドのジグザグの配置を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
正方格子状に配列されている複数のパッドを有し、
前記複数のパッドの内の第１パッドと、
前記複数のパッドの内の、前記第１パッドに対して前記正方格子状の配列の斜め方向に隣接して配置されている第２パッドと、
前記第１パッドに接続されている第１スルーホールと、
前記第２パッドに接続されている第２スルーホールと、
前記第１スルーホールと前記第２スルーホールの間に、第３スルーホールとを有することを特徴とする半導体実装基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体実装基板および半導体装置に関するものであり、特に半導体実装基板のパッドとスルーホール構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
互いにデータの長距離伝送を行う２つの半導体集積回路の接続では、２つの半導体集積回路のそれぞれの半導体実装基板のアレイ状のパッドが、バックプレーンボード上の配線を介して接続される。パッドはスルーホール（以下、THと呼ぶ）を介して半導体集積回路に接続されている。一方の半導体集積回路に接続されている半導体実装基板のパッドから送信された信号は、他方の半導体集積回路のパッドに届くまでに減衰してしまうために、当該他方の半導体集積回路に接続されている実装基板のパッドから送信される信号とのクロストークを抑制する必要がある。このような伝送では半導体集積回路が受信する信号は送信時に比べて−２０ｄＢ程度かそれ以下にまで減衰してしまうため、送信信号からのクロストークを−６０ｄＢ程度以下にまで抑える必要がある。
【０００３】
クロストークを低減するための技術として、信号線に接続されるパッド（以下、信号パッドと呼ぶ）の周辺にグラウンド（以下、ＧＮＤと呼ぶ）電位のパッドを配置する方法が知られている（特許文献１、特許文献２）。また、半導体実装基板の各信号パッドに接続されているスルーホール（以下、信号ＴＨと呼ぶ）のまわりに５個以上の接地しているスルーホール（以下、ＧＮＤＴＨと呼ぶ）を設ける事によってクロストーク低減と特性インピーダンス制御を図る技術が提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４９１９２
【特許文献２】特開昭６１−００５５４９
【特許文献３】特開平０５−２０６６７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、信号パッドの周辺にＧＮＤ電位のパッドを配置する従来技術では、総パッド数に占める信号パッド数の割合が低下してしまい、同一信号数を引き出す為にはより多くのパッドを用意しなければならない、すなわちパッケージサイズを大きくしなければならない問題があった。
【０００６】
また、信号ＴＨのまわりにＧＮＤＴＨを設置する場合、加工コストが増加する問題がある。また、パッドの狭ピッチ化への制約、すなわちパッケージサイズの増大の問題がある。例えば、半導体実装基板である多層配線基板の一種のビルドアップ基板においてパッドピッチが１ｍｍ以下の場合、信号ＴＨのまわりに５個のＧＮＤＴＨを設置することは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、半導体集積回路間の長距離伝送の為に、信号パッドの密度を高く保ちながら、クロストークを抑える半導体実装基板および半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、正方格子状にパッドが配置されている半導体実装基板の、当該正方格子状に配列されたパッドの内の斜めに隣接する２つのパッドのそれぞれにスルーホールを接続し、当該斜めに隣接する２つのパッドのそれぞれに接続されているスルーホールの間に、さらにスルーホールを配置することにより、上述の課題を解決する。これにより、半導体実装基板に接続される半導体集積回路の、信号パッドを介した信号の送受信におけるクロストークを低減する事が可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、信号パッドの密度を高く維持しつつ、信号のクロストークを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】半導体集積回路間の長距離伝送の一形態を示す模式図であって、バックプレーンボードを介した伝送系を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態の一例の模式図であって、パッドの配置の平面図である。
【図３】図２の点線に囲まれた部分の拡大図である。
【図４】図３の破線に囲まれた部分の拡大図である。
【図５】図４におけるＡ−Ｂでの断面模式図である。
【図６】本発明の遮蔽スルーホールを有する場合と、遮蔽スルーホールが無い場合とで行った、差動信号間のクロストークのシミュレーション結果である。
【図７】パッドピッチを変化させた場合の、ＢＧＡボール間及びＴＨ間の相互インダクタンスをシミュレーションした結果である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１１】
図１に、本発明の半導体装置の一実施例を示す。互いに送受信する半導体集積回路１０１及び１０２が半導体実装基板である多層配線基板１０３のＢＧＡボール１０４によりプリント配線基板１０５に接続されており、それぞれのプリント配線基板１０５が、接続部となる、コネクタ１０６とバックプレーンボード１０７とを介して接続されている。この接続により、半導体集積回路１０１の半導体実装基板のＢＧＡボール１０４と半導体集積回路１０２の半導体実装基板のＢＧＡボール１０４との間に、少なくとも一つの半導体集積回路１０１から半導体集積回路１０２への信号の送信用の信号線と、少なくとも一つの半導体集積回路１０２から半導体集積回路１０１への信号の送信用の信号線とが設けられている。半導体集積回路１０１から半導体集積回路１０２への信号の送信用の信号線を介して、半導体集積回路１０１から半導体集積回路１０２へ信号１０８が送信され、半導体集積回路１０２から半導体集積回路１０１への信号の送信用の信号線を介して半導体集積回路１０２から半導体集積回路１０１へ信号１０９が送信され、半導体集積回路同士の通信が行われる。この場合、半導体集積回路１０１が信号１０９を受信する際には、接続部であるコネクタ１０６とバックプレーンボード１０７とを通過する長距離伝送により、信号振幅が減衰している。信号１０８と減衰した信号１０９との間でクロストークが発生すると、半導体集積回路１０１が正しい信号を受信することが困難になる。従って、送受信信号間のクロストークを抑制する必要がある。
【００１２】
図２は、図１における半導体集積回路１０１に接続されている多層配線基板１０３の、ＢＧＡボール１０４を有するパッド２０１の配置の模式図である。半導体集積回路１０２に接続されている多層配線基板１０３については、同様なので省略する。図２に示したように、ＢＧＡボール１０４を有するパッド２０１は、多層配線基板１０３に正方格子状に配置されている。本実施例では、半導体集積回路１０１からの信号の送信用の信号パッド２０２と半導体集積回路１０２からの信号の受信用の信号パッド２０３とを、一点鎖線で囲んだグループ２０４と二点鎖線で囲んだグループ２０５とに分けて配置する。グループ２０４とグループ２０５とに分けて配置することで、伝送により減衰している受信信号と、伝送により減衰している受信信号に比べて信号振幅が大きい送信信号との間でのクロストークを防ぐことができる。送信用の信号パッド２０２を含むグループ２０４と受信用の信号パッド２０３を含むグループ２０５とは隣接して配置され、その境界となる箇所に、定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されているパッド２０６をジグザグに配置している。ここで、定電圧電源に接続されているパッド２０６は定電位となる。従って、パッド２０６が定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されていることで、パッド２０６は定電位となるか若しくは接地される。
【００１３】
信号線にはノイズ低減のためにループの小さいリターンパスを要するところ、定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されているパッド２０６のジグザグの配置によって、パッド２０６に隣接する信号パッド２０２とパッド２０６に隣接する信号パッド２０３とにそれぞれ接続される信号線に対して、ループを小さくした信号のリターンパスを確保することができる。ここで、隣接するパッドとは、一つのパッド２０１に対して、それを取り囲む８つのパッド２０１のことを指す。例えば、図２のパッド２０８の隣接するパッドとは、破線２０９で囲まれた範囲にあるパッド２０８を囲む８つのパッドを指す。すなわち、正方格子状の配置によって定まる最も近い距離にある４つのパッドと、その次に近い距離にある正方格子の斜め方向に隣接する４つのパッドとを指す。さらに、定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されているパッド２０６を、グループ２０４およびグループ２０５の外周に配置し、ジグザグの配列の間には２列の信号パッド２０２または２列の信号パッド２０３を設けることで、グループ２０４の信号パッド２０２それぞれと、グループ２０５の信号パッド２０３それぞれに、少なくとも一つ、隣接するパッド２０６を配置することができる。この配置により、送信用の信号パッド２０２と受信用の信号パッド２０３の数の和と、定電圧電源またはＧＮＤに接続されているパッド２０６の数の比は３：１となり、多数の信号パッドを確保する事が可能となる。
【００１４】
図３は、図２の点線で囲まれた部分２０７の拡大図である。本実施例の半導体実装基板１０３では、グループ２０４とグループ２０５との境界に、さらに、定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されているスルーホール３０１（以下、遮蔽ＴＨ３０１と呼ぶ）を設ける。ここで、定電圧電源に接続されている遮蔽ＴＨ３０１は定電位となる。従って、遮蔽ＴＨ３０１が定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されていることで、遮蔽ＴＨ３０１は定電位となるか若しくは接地される。遮蔽ＴＨ３０１によって、送信用の信号パッド２０２を介して送信される信号と、受信用の信号パッド２０３を介して受信される信号との間で生じる、信号のクロストークを防ぐことができる。なお、差動配線による信号伝送の場合には、図３の点線で囲んだパッドの対３０２が、差動ペアに割り当てられる。
【００１５】
図４は、図３の破線で囲まれた部分３０３の拡大図である。図４に示したように、グループ２０４とグループ２０５との境界部では、正方格子状の配列の斜め方向に互いに隣接する、定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されているパッド２０６を２つと、この定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されている２つのパッド２０６の間に設置されている遮蔽ＴＨ３０１とがある。さらに、図４に示したように、遮蔽ＴＨ３０１を間に挟んで、半導体集積回路１０１からの送信信号を伝送する信号線に接続されている送信用の信号パッド２０２と、半導体集積回路１０２からの送信信号の受信用の信号パッド２０３とがある。各パッドの位置関係としては、図４の送信用の信号パッド２０２と受信用の信号パッド２０３の両方に隣接して、定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されているパッド２０６が２つ配置されている。すなわち、図４の定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されているパッド２０６の２つの両方に隣接して、信号パッド２０２と信号パッド２０３とが設けられている。
【００１６】
図５は、図４のＡ−Ｂでの半導体実装基板１０３の断面を示したものである。半導体実装基板１０３は多層配線基板であるが、図５では簡単のため、ＢＧＡボールとビアを介して接続されるスルーホールを備える１層のみの断面を示した。送信用の信号パッド２０２となるＢＧＡボール５０１は、ビア５０２を介して送信用スルーホール５０３（以下、送信用ＴＨ５０３と呼ぶ）に接続される。送信用ＴＨ５０３は半導体集積回路１０１の信号の出力に接続されている。受信用の信号パッド２０３となるＢＧＡボール５０４は、ビア５０５を介して受信用スルーホール５０６（以下、受信用ＴＨ５０６と呼ぶ）に接続される。受信用ＴＨ５０６は半導体集積回路１０１の信号の入力に接続されている。隣接する送信用ＴＨ５０３と受信用ＴＨ５０６との間に、遮蔽ＴＨ３０１が設けられる。なお、定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されているパッド２０６にも、それぞれビアを介してスルーホールが接続される。従って、２つのパッド２０６にそれぞれ接続されているＴＨの間に、遮蔽ＴＨ３０１が配置されている。
【００１７】
図６は、図４で示した定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されているパッド２０６の２つの両方に隣接する、信号パッド２０２と信号パッド２０３とを介して送受信される差動信号間のクロストークを電磁界解析よりシミュレーションした結果である。なお、差動信号間のクロストークを計算するために、図４に示した各パッドと遮蔽ＴＨ３０１とに、図４の信号パッド２０２の差動ペアとなる信号パッド２０２と、信号パッド２０３の差動ペアとなる信号パッド２０３とを加えて計算した。差動ペアの位置関係は、図３に示した通りである。図６の縦軸は、隣接する差動信号間のクロストークの大きさをデシベルで示し、横軸は差動信号の周波数を示している。実線で示した遮蔽ＴＨ３０１を設けた場合の結果と、破線で示した遮蔽ＴＨ３０１を設けない場合の結果との比較から、遮蔽ＴＨ３０１を配置することによって、配置しない場合と比べて１０ｄＢ以上クロストークを低減する事が可能となることが分かる。また、遮蔽ＴＨ３０１を配置することによって、クロストークを、５ＧＨｚ程度の周波数まで、−６０ｄＢ以下に抑えることが出来ることが分かる。ここで、電磁界解析を行った条件はパッドピッチ１ｍｍ、ＴＨ長８００μｍである。従って、クロストークを抑えた高速伝送を、信号線の密度を保ちながら実現できる。
【００１８】
図６に示したシミュレーションで、送受信の信号のクロストークを遮蔽する働きを有するのは、それぞれが定電位とされているか若しくは接地されている、遮蔽ＴＨ３０１と遮蔽ＴＨ３０１を挟む２つのパッド２０６と２つのパッド２０６のそれぞれに接続されているスルーホールである。従って、本実施例に用いる半導体実装基板としては、正方格子状に配列されている複数のパッドを有し、当該正方格子状に配列されたパッドの内の斜めに隣接する２つのパッドのそれぞれにスルーホールを接続し、当該斜め方向に隣接する２つのパッドのそれぞれに接続されているスルーホールの間に、さらにスルーホールを有するものを準備すれば良い。
【００１９】
また、パッドピッチが狭ピッチ化した場合にも本発明によりクロストーク低減が可能であることを図７に示す。図７はクロストークの発生原因となるＢＧＡボール及びスルーホール間の相互インダクタンスをシミュレーションした結果である。なお、相互インダクタンスの値が大きいほどクロストークも大きいという関係がある。縦軸は相互インダクタンスを示し、横軸はパッドピッチを示す。ここで図７より、パッドピッチが１ｍｍから０．８ｍｍへと小さくなることによってＢＧＡボール間及びスルーホール間の相互インダクタンスが小さくなること、つまりクロストークが減少することが判る。また、スルーホールの長さを短くすることによっても、相互インダクタンスを小さくすることができる。従って、本発明は、樹脂製の多層配線基板に限らず、よりパッドピッチが小さく、基板の厚さの薄いセラミック基板にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１０１・・・信号の送受信を行う半導体集積回路、１０２・・・信号の送受信を行う半導体集積回路、１０３・・・多層配線基板、１０４・・・ＢＧＡボール、１０５・・・プリント配線基板、１０６・・・プリント配線基板とバックプレーンボードを接続するコネクタ、１０７・・・バックプレーンボード、１０８・・・半導体集積回路１０１から半導体集積回路１０２への信号伝送、１０９・・・半導体集積回路１０２から半導体集積回路１０１への信号伝送、２０１・・・パッド、２０２・・・送信用の信号パッド、２０３・・・受信用の信号パッド、２０４・・・送信用の信号パッド２０２を含むグループ、２０５・・・受信用の信号パッド２０３を含むグループ、２０６・・・定電圧電源若しくはＧＮＤに接続されているパッド、３０１・・・定電圧電源に接続されているか若しくは接地されているスルーホール、５０１・・・送信用の信号パッド２０２となるＢＧＡボール、５０２・・・ビア、５０３・・・送信用スルーホール、５０４・・・受信用の信号パッド２０３となるＢＧＡボール、５０５・・・ビア、５０６・・・受信用スルーホール
【図１】
2011061050.tif 000003
【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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