(57)【要約】      （修正有）【課題】８０ＧＨｚ以上の高周波信号の信号伝送特性を向上する構造の配線基板を提供する。【解決手段】半導体装置は、平面視において、信号用ビア構造（ビア構造ＶＳ１）とグランド用ビア構造（ビア構造ＶＳ２）とが互いに重なる部分を有する構造の配線基板ＷＢを含む。【選択図】図８
2019009319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップと接続された配線基板と、
を備え、
前記配線基板は、
信号線と接続された信号用ビア構造と、
グランド線と接続されたグランド用ビア構造と、
を有し、
平面視において、前記信号用ビア構造と前記グランド用ビア構造とは、互いに重なる部分を有する、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、
前記配線基板は、
前記半導体チップが搭載された第１ビルドアップ層と、
前記第１ビルドアップ層の下層に位置するコア層と、
前記コア層の下層に位置する第２ビルドアップ層と、
を有し、
前記信号用ビア構造は、
前記コア層の表面に形成された表面ランドと、
前記表面ランドと接続され、かつ、前記コア層を貫通する信号用貫通ビアと、
前記信号用貫通ビアと電気的に接続され、かつ、前記第２ビルドアップ層の裏面に形成された裏面端子と、
を含み、
前記グランド用ビア構造は、
前記コア層の前記表面に形成されたグランド用表面パターンと、
前記グランド用表面パターンと接続され、かつ、前記コア層を貫通するグランド用貫通ビアと、
を含み、
平面視において、前記裏面端子と前記グランド用表面パターンとは、互いに重なる部分を有する、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、
前記グランド用ビア構造は、前記グランド用貫通ビアと電気的に接続され、かつ、前記第２ビルドアップ層の前記裏面に形成されたグランド用裏面パターンを含み、
前記配線基板は、前記半導体装置を搭載する実装基板と接続され、
前記実装基板は、前記信号用ビア構造と電気的に接続される信号用配線パターンを有し、
平面視において、前記グランド用裏面パターンと前記信号用配線パターンとは、互いに重なる部分を有する、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、
平面視において、前記裏面端子は、部分的に前記グランド用裏面パターンで囲まれている、半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記第１ビルドアップ層の表面には、前記半導体チップと前記信号用ビア構造とを電気的に接続する第１配線構造が形成され、
平面視において、前記第１配線構造の延在する第１方向の延長上には、前記グランド用裏面パターンに設けられた切り欠き部が存在する、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、
前記グランド用裏面パターンには、平面視において、前記切り欠き部と連通し、かつ、前記裏面端子を部分的に囲む開口パターンが形成され、
前記切り欠き部の前記第１方向と交差する第２方向の幅をＷ１とし、
前記開口パターンの前記第２方向における最大幅をＷ２とするとき、
Ｗ１／Ｗ２≧０．４の関係が成立する、半導体装置。
【請求項７】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、複数の前記グランド用ビア構造を有し、
前記グランド用表面パターンは、複数の前記グランド用ビア構造と接続されている、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、
複数の前記グランド用ビア構造は、前記裏面端子を離散的に囲むように配置されている、半導体装置。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記信号線は、８０ＧＨｚ以上の周波数の信号を伝搬する、半導体装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記コア層の厚さは、４００μｍ以下である、半導体装置。
【請求項１１】
半導体チップと、
前記半導体チップと接続された配線基板と、
を備え、
前記配線基板は、
信号線と接続された信号用ビア構造と、
グランド線と接続されたグランド用ビア構造と、
を有し、
前記配線基板は、
前記半導体チップが搭載された第１ビルドアップ層と、
前記第１ビルドアップ層の下層に位置するコア層と、
前記コア層の下層に位置する第２ビルドアップ層と、
を有し、
前記信号用ビア構造は、
前記コア層の表面に形成された表面ランドと、
前記表面ランドと接続され、かつ、前記コア層を貫通する信号用貫通ビアと、
前記信号用貫通ビアと電気的に接続され、かつ、前記第２ビルドアップ層の裏面に形成された裏面端子と、
を含み、
前記グランド用ビア構造は、
前記コア層の前記表面に形成されたグランド用表面パターンと、
前記グランド用表面パターンと接続され、かつ、前記コア層を貫通するグランド用貫通ビアと、
を含み、
前記配線基板の厚さ方向と並行する一断面であって、前記信号用ビア構造と前記グランド用ビア構造との両方を切断する前記一断面において、
前記裏面端子の第１端部と前記グランド用表面パターンの第２端部とを結ぶ線分と、前記第１端部を通る垂直線とのなす角度をφとするとき、
ｃｏｓφ≧０．８９の関係が成立する、半導体装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置において、
前記信号線は、８０ＧＨｚ以上の周波数の信号を伝搬する、半導体装置。
【請求項１３】
表面と裏面とを有する半導体チップと、
前記半導体チップの前記裏面に形成された配線構造と、
前記配線構造と接続された外部接続端子と、
を備え、
前記半導体チップは、前記外部接続端子を介して実装基板と接続され、
前記実装基板は、前記外部接続端子と接続され、かつ、第１方向に延在する信号用配線パターンを有し、
前記配線構造は、
前記第１方向に延在する信号線と、
前記信号線の端部に形成されたランドと、
平面視において、前記信号線と前記ランドとを部分的に囲むグランドパターンと、
を有し、
平面視において、前記グランドパターンと前記信号用配線パターンとは、互いに重なる部分を有する、半導体装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体装置において、
前記信号線は、８０ＧＨｚ以上の周波数の信号を伝搬する、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、例えば、８０ＧＨｚ以上の高周波信号の送受信を行なう機能を有する半導体装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１４−１７５３５６号公報（特許文献１）には、配線基板に形成された貫通ビアにおける信号伝送帯域を向上させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７５３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、自動運転向けのミリ波レーダシステムでは、８０ＧＨｚを超える高周波信号の送受信を実現する半導体装置の開発が必要とされている。ところが、本発明者の検討によると、８０ＧＨｚを超える高周波信号の送受信を実現する場合、今までの半導体装置で採用されている配線基板を使用すると、配線基板の厚さ方向の信号伝送特性が充分ではないことが新たに明らかになった。したがって、８０ＧＨｚを超える高周波信号を低損失で伝送することができる構造を有する半導体装置の実現が望まれている。
【０００５】
その他の課題と新規な特徴は、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】
【０００６】
一実施の形態における半導体装置は、平面視において、信号用ビア構造とグランド用ビア構造とが互いに重なる部分を有する構造の配線基板を含む。
【発明の効果】
【０００７】
一実施の形態における半導体装置によれば、８０ＧＨｚ以上の高周波信号の信号伝送特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】信号伝送特性が低下するメカニズムを説明するための図である。
【図２】信号配線と接続されたビア構造から電磁波が拡散する様子を模式的に示す図である。
【図３】ビア構造における電磁波の漏洩損失を抑制する対策を説明するための図である。
【図４】第１ビア構造の周囲にグランド電位が供給される複数の第２ビア構造を配置することにより、信号配線と接続された第１ビア構造から拡散する電磁波が抑制される様子を模式的に示す図である。
【図５】第１ビア構造を伝搬する電磁波の波長が、第１ビア構造および第２ビア構造の深さに比べて充分に長い場合を模式的に示す図である。
【図６】第１ビア構造を伝搬する信号の波長が、第１ビア構造および第２ビア構造の深さに比べて同程度になった場合を模式的に示す図である。
【図７】第２ビア構造の内部に電位差が生じることに起因して漏洩電磁波が発生する様子を示す模式図である。
【図８】実施の形態１における技術的思想を説明する図である。
【図９】実施の形態１における技術的思想を説明する図である。
【図１０】従来の信号伝送方法と実施の形態１における信号伝送方法とを比較して示す図である。
【図１１】変形例において、「水平伝送モード」を実現する構成例を模式的に示す図である。
【図１２】実装基板に形成された配線パターンと、多層配線層を有する配線基板の各配線層に形成されている導体パターンとを平面的に重ねて示す平面図である。
【図１３】第１ビルドアップ層の表面に形成されている信号配線およびグランドパターンを省略して、コア層の表面を示す図である。
【図１４】コア層の表面に形成されているランドおよびグランド用表面パターンを省略して、コア層の裏面を示す図である。
【図１５】コア層の裏面に形成されているランドおよびグランド用中間パターンを省略して、第２ビルドアップ層の裏面を示す図である。
【図１６】第２ビルドアップ層の裏面に形成されている裏面端子およびグランド用裏面パターンを省略して、実装基板の表面を示す図である。
【図１７】関連技術について、信号の周波数と信号の反射ロス（リターンロス）との関係、および、信号の周波数と挿入ロスとの関係を示すグラフである。
【図１８】信号の周波数と信号の反射ロス（リターンロス）との関係、および、信号の周波数と挿入ロスとの関係を示すグラフである。
【図１９】開口比を説明する図である。
【図２０】開口比と挿入ロスとの関係を示すグラフである。
【図２１】変形例において、実装基板に形成された配線パターンと、多層配線層を有する配線基板の各配線層に形成されている導体パターンとを平面的に重ねて示す平面図である。
【図２２】図２１に対応する図であって、第２ビルドアップ層よりも上層のコア層および第１ビルドアップ層のそれぞれに形成されている導体パターンを省略して示す図である。
【図２３】実装基板に形成された配線パターンと、多層配線層を有する配線基板の各配線層に形成されている導体パターンとを平面的に重ねて示す平面図である。
【図２４】第１ビルドアップ層の表面に形成されている信号配線およびグランドパターンを省略して、コア層の表面を示す図である。
【図２５】信号の周波数と信号の反射ロス（リターンロス）との関係、および、信号の周波数と挿入ロスとの関係を示すグラフである。
【図２６】実装基板に形成された配線パターンと、多層配線層を有する配線基板の各配線層に形成されている導体パターンとを平面的に重ねて示す平面図である。
【図２７】第１ビルドアップ層の表面に形成されている信号配線およびグランドパターンを省略して、コア層の表面を示す図である。
【図２８】コア層の表面に形成されているランドおよび大面積のグランド用表面パターンを省略して、コア層の裏面を示す図である。
【図２９】コア層の裏面に形成されているランドおよびグランド用中間パターンを省略して、第２ビルドアップ層の裏面を示す図である。
【図３０】半導体チップの表面に形成された再配線と実装基板の表面に形成された配線との接続構造における平面レイアウトを示す模式図である。
【図３１】図３０のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図３２】図３０のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。
【図３３】関連技術におけるウェハレベルパッケージ構造における信号伝送特性を示すグラフである。
【図３４】実施の形態５におけるウェハレベルパッケージ構造における信号伝送特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１０】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１１】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１２】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１３】
また、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。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００１４】
（実施の形態１）
＜改善の検討＞
例えば、８０ＧＨｚを超える高周波信号の送受信を実現する半導体装置においては、今までの半導体装置で採用されている配線基板を使用すると、配線基板の厚さ方向の信号伝送特性が充分ではなくなることが顕在化する。例えば、配線基板は、コア層を挟むようにビルドアップ層が形成された多層基板から構成され、通常、コア層の厚さは、薄くとも、４００μｍ程度である。つまり、コア層の厚さが４００μｍ程度の配線基板を、８０ＧＨｚを超える高周波信号の送受信を実現する半導体装置に適用する場合、配線基板の厚さ方向における信号伝送特性の低下が顕在化するのである。
【００１５】
この点に関する直接的な解決策は、配線基板の厚さを薄くすることである。ただし、配線基板の厚さを薄くすると、配線基板の機械強度が低下することになる。つまり、８０ＧＨｚを超える高周波信号の信号伝送特性を向上するために、配線基板の厚さを薄くすると、信号伝送特性の向上と引き換えに、以下に示す不都合が顕在化する。すなわち、配線基板の薄厚化は、（１）半導体装置のパッケージング自体やパッケージング後の取り扱いが難しい、（２）配線基板に歪みが蓄積しやすく、半導体装置の長期信頼性を確保することが難しい、（３）半導体装置の多機能化に必要な半導体装置の多ピン化および大型化が難しい、という不都合を招くことになる。
【００１６】
そこで、本発明者は、機械強度が充分で、かつ、取扱いが容易な今までの厚さの配線基板では、なぜ、ミリ波帯（８０ＧＨｚ超の周波数帯）の高周波信号の信号伝送特性の低下を招くことになるのかを物理現象の根本に立ち返って検討した。この結果、本発明者は、従来の常識とは異なる技術的思想に基づく新たな信号伝送方式を採用すれば、今までの厚さの配線基板を使用しながらも、ミリ波帯の高周波信号を低損失で伝送可能であることを新規に見出したのである。以下に説明する実施の形態１では、従来の常識とは相違する技術的思想の想到過程について説明した後、この技術的思想について説明する。そして、実施の形態２以降では、この技術的思想を具現化する半導体装置の具体的なパッケージ構造について説明することにする。
【００１７】
＜＜寄生容量の低減による信号伝送特性の向上対策＞＞
例えば、半導体チップに形成された内部回路と半導体チップの外部機器との信号のやり取りを実現するために、配線基板を使用することが行なわれている。具体的には、配線基板の表面に半導体チップを搭載し、かつ、配線基板の表面に形成された配線と半導体チップとを接続する。そして、配線基板には、配線基板の厚さ方向に貫通するスルーホールが形成されており、このスルーホールを介して、配線基板の表面に形成された配線と、配線基板の裏面に形成された配線とを電気的に接続することができる。さらに、配線基板の裏面には、例えば、半田ボールに代表される外部接続端子が形成されており、配線基板の裏面に形成されている配線は、外部接続端子と電気的に接続される。このように構成されている半導体装置は、配線基板の裏面に形成されている外部接続端子によって、マザーボートと呼ばれる実装基板に搭載された他の電子部品と電気的に接続される。つまり、半導体チップに形成されている内部回路は、配線基板の表面に形成されている配線→配線基板を貫通するスルーホール→配線基板の裏面に形成されている配線→外部接続端子→実装基板という経路によって、外部機器と信号のやり取りを実現することができる。
【００１８】
ここで、配線基板の表面に形成された配線は、例えば、ストリップラインから構成されている。そして、ストリップラインは、均一な断面構造と均一な特性インピーダンス分布を有するため、高い信号伝送帯域を持っている。すなわち、配線を構成するストリップラインは、特性インピーダンスの周波数依存性が少ないことから、幅広い信号周波数帯にわたって均一な特性インピーダンスを実現できる。このことは、配線基板の表面に形成された配線は、幅広い周波数帯域にわたってインピーダンス整合を取ることが容易になることを意味している。同様に、実装基板に形成されている配線も、ストリップラインやマイクロストリップラインから構成されているため、幅広い信号周波数帯にわたって均一な特性インピーダンスを実現できる結果、幅広い周波数帯域にわたってインピーダンス整合を取ることが容易になる。
【００１９】
一方、上述したように、配線基板の表面に形成されている配線と、実装基板に形成されている配線とは、配線基板を貫通するスルーホールと配線基板の裏面に搭載された外部接続端子（半田ボール）を介して接続される。このとき、スルーホールや外部接続端子は、配線基板の表面に形成された配線と実装基板に形成された配線とのどちらに対しても、特性インピーダンスおよび断面構造が異なる不連続構造体である。したがって、半導体チップから実装基板に至る伝送路における全体の信号伝送帯域は、不連続構造体であるスルーホールおよび外部接続端子における信号伝送帯域によって制限されることになる。つまり、不連続構造体における信号の反射を抑制するため、不連続構造体であるスルーホールと外部接続端子における特性インピーダンスを配線の特性インピーダンスと合わせる必要がある。ただし、スルーホールの上端部と下端部には、ランドが形成されているとともに、外部接続端子も配線基板の裏面に形成されたランドに接着するように形成されている。そして、このランドには、部分的に配線基板に形成されたグランドパターンと重なる部分が存在する。この結果、ランドとグランドパターンの平面的な重なりによって、寄生容量が発生する。つまり、不連続構造体であるスルーホールと外部接続端子における特性インピーダンスを配線の特性インピーダンスと合わせるように設計しても、寄生容量によって、特性インピーダンスがずれてしまうのである。すなわち、抵抗を無視すると、特性インピーダンスは、√（Ｌ／Ｃ）で表されることから、寄生容量が存在すると「Ｃ」が変化する結果、必然的に√（Ｌ／Ｃ）で表される特性インピーダンスが変化してしまうのである。
【００２０】
そこで、寄生容量を低減することができれば、特性インピーダンスのずれを抑制することができることに着目して、例えば、ランドと平面的に重ならないように、グランドパターンのレイアウトを設計する対策が考えられる。この対策によれば、不連続構造体であるスルーホールと外部接続端子における特性インピーダンスと配線の特性インピーダンスとのずれが抑制される。これにより、幅広い信号周波数帯にわたってインピーダンス整合を確保することができる。言い換えれば、高い周波数の信号に対しても、インピーダンス整合を確保することによって、信号伝送特性の向上を図ることができる。この対策は、寄生容量を低減することにより、不連続構造体でのインピーダンス不整合を抑制して、高い周波数の信号に対しても信号伝送特性を向上するという思想である。ただし、本発明者が検討したところ、さらに高い周波数の信号の信号伝送特性を向上するためには、上述したインピーダンス整合に着目した対策だけでは、不充分であることを見出した。そこで、高い周波数の信号伝送特性を向上するさらなる対策について説明することにする。
【００２１】
＜＜寄生容量を低減する対策だけでは不充分な理由＞＞
上述したように、不連続構造体における寄生容量を低減する対策は、インピーダンス不整合を抑制する観点からの対策である。この点に関し、高い周波数の信号における信号伝送特性の向上を図るためには、インピーダンス不整合に起因する信号反射による損失の他に、新たなメカニズムによって、不連続構造体であるスルーホールおよび外部接続端子での信号伝送特性の低下が顕在化することを防ぐ必要がある。
【００２２】
以下に、この点について説明する。
【００２３】
図１は、信号伝送特性が低下するメカニズムを説明するための図である。図１において、例えば、コア層ＣＬと、コア層ＣＬの表面上に形成されたビルドアップ層ＢＬ１と、コア層ＣＬの裏面下に形成されたビルドアップ層ＢＬ２とからなる配線基板ＷＢのビルドアップ層ＢＬ１上には、半導体チップＣＨＰが搭載されている。そして、ビルドアップ層ＢＬ１の表面には、例えば、ストリップラインやマイクロストリップラインからなる信号配線ＳＬ１が形成されており、この配線は、半導体チップＣＨＰと接続されている。
【００２４】
次に、図１に示すように、コア層ＣＬの表面には、グランド配線ＧＬ１が形成されているとともに、ランドＬＮＤ１が形成されている。さらに、コア層ＣＬには、コア層ＣＬを貫通するスルーホールＴＨ１が形成されており、このスルーホールＴＨ１は、ランドＬＮＤ１と接続されている。また、コア層ＣＬの裏面には、スルーホールＴＨ１と接続されるランドＬＮＤ２が形成されており、このランドＬＮＤ２と電気的に接続される裏面端子ＢＴが、ビルドアップ層ＢＬ２の裏面に形成されている。ここで、本明細書では、ランドＬＮＤ１と、スルーホールＴＨ１と、ランドＬＮＤ２と、裏面端子ＢＴとを合わせた構造体をビア構造ＶＳ１と呼ぶことにする。
【００２５】
そして、裏面端子ＢＴには、外部接続端子である半田ボールＳＢ１が接着しており、この半田ボールＳＢ１は、実装基板ＭＢと接続されている。具体的に、実装基板ＭＢの表面には、信号配線ＳＬ２が形成されている一方、実装基板ＭＢの裏面には、グランド配線ＧＬが形成されており、半田ボールＳＢ１は、実装基板ＭＢの表面に形成されている信号配線ＳＬ２と接続されている。さらに、配線基板ＷＢの裏面には、グランド電位が供給される半田ボールＳＢ２も接着しており、半田ボールＳＢ２を介しても、配線基板ＷＢと実装基板ＭＢとが接続される。
【００２６】
ここで、図１において、太い矢印は、信号の伝送方向を示している。すなわち、半導体チップＣＨＰから出力された信号は、信号配線ＳＬ１の延在方向であるｘ方向に沿って進行した後、コア層ＣＬの厚さ方向であるｚ方向に沿って、ビア構造ＶＳ１の内部を進行する。そして、信号は、ｚ方向に沿って、配線基板ＷＢと実装基板ＭＢとの間に介在する半田ボールＳＢ１を進行した後、実装基板ＭＢの表面に形成されている信号配線ＳＬ２の延在方向であるｘ方向に沿って進行する。このとき、ビア構造ＶＳ１を信号が伝搬する際、ビア構造ＶＳ１によって電磁波が励起され、この励起された電磁波は、図１の波線に示すように、ビア構造ＶＳ１を中心として放射状に拡散する。この結果、電磁波の放射に伴う損失が生じて、信号伝送特性の低下を招くことになる。特に、信号の周波数が高くなるほど、電磁波の励起効率が上昇するため、周波数の高い信号ほどビア構造ＶＳ１を伝搬する際の損失が大きくなり、信号伝送特性の低下が顕在化するのである。例えば、図２は、信号配線ＳＬ１と接続されたビア構造ＶＳ１から電磁波が拡散する様子を模式的に示す図である。図２に示すように、ビア構造ＶＳ１から放射状に電磁波が拡散していく。
【００２７】
以上のことから、たとえ、ビア構造ＶＳ１の寄生容量を低減してインピーダンス不整合を抑制したとしても、ビア構造ＶＳ１における電磁波の漏洩損失によって、信号伝送特性の低下を招くことになるのである。
【００２８】
＜＜電磁波の漏洩損失の抑制対策＞＞
そこで、図１に示すビア構造ＶＳ１における電磁波の拡散を抑制するために、図３に示す構造が提案されている。図３は、ビア構造における電磁波の漏洩損失を抑制する対策を説明するための図である。図３において、ビア構造ＶＳ１の周囲には、グランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２が形成されている。このビア構造ＶＳ２は、図３に示すように、グランド用表面パターンＧＳＰ１と、スルーホールＴＨ２と、グランド用裏面パターンＧＢＰ１とを含んでおり、グランド用表面パターンＧＳＰ１とスルーホールＴＨ２とグランド用裏面パターンＧＢＰ１とは、互いに電気的に接続されている。
【００２９】
このように、信号が通過するビア構造ＶＳ１の周囲にグランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２を配置することによって、ビア構造ＶＳ１からの電磁波の拡散が抑制される。なぜなら、図４に示すように、ビア構造ＶＳ１の周囲に設けられたグランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２によるシールド効果と、ビア構造ＶＳ１の周囲に複数のビア構造ＶＳ２を配置することによる拡散スペースの縮小効果によって、電磁波の拡散が抑制されるからである。
【００３０】
図４では、グランド電位が供給される複数のビア構造ＶＳ２をビア構造ＶＳ１の周囲に設けることにより、ビア構造ＶＳ１から電磁波の拡散が抑制される様子を模式的に示している。図４から、ビア構造ＶＳ１の周囲にグランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２を設けることによって、電磁波の拡散が抑制されることがわかる。このことは、ビア構造ＶＳ１を進行する信号の漏洩損失が抑制されることを意味し、これによって、信号伝送特性の向上を図ることができる。
【００３１】
＜＜本発明者が新たに見出した信号伝送特性の低下を招く新たな現象＞＞
ところが、例えば、８０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚという高周波信号を伝送する場合においては、ビア構造ＶＳ１の周囲にグランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２を設けるという図３に示す構造では、信号伝送特性の向上を充分に図ることができなくなる新たな現象が顕在化することを本発明者は新たに見出した。以下に、この点について説明する。
【００３２】
まず、図５は、ビア構造ＶＳ１を伝搬する電磁波の波長が、ビア構造ＶＳ１およびビア構造ＶＳ２の深さに比べて充分に長い場合を模式的に示す図である。図５において、ビア構造ＶＳ１の周囲にグランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２が設けられており、このビア構造ＶＳ２を設けることにより、電磁波の拡散が抑制される結果、ビア構造ＶＳ１を伝搬する信号の漏洩損失が抑制される。すなわち、図５においては、ビア構造ＶＳ１を伝搬する信号の波長が、ビア構造ＶＳ１およびビア構造ＶＳ２の深さに比べて充分に長いため、ビア構造ＶＳ２の上端部における電場の大きさと、ビア構造ＶＳ２の下端部における電場の大きさは、等しいとみなすことができる。このことは、ビア構造ＶＳ２の全体が均一なグランド電位になっていることを意味し、この場合には、グランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２の遮蔽効果によって、ビア構造ＶＳ１を伝搬する信号の漏洩損失が抑制される。
【００３３】
一方、図６は、ビア構造ＶＳ１を伝搬する信号の波長が、ビア構造ＶＳ１およびビア構造ＶＳ２の深さに比べて同程度になった場合を模式的に示す図である。すなわち、図６は、信号の周波数が８０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚという高い周波数になる場合の解析に使用される模式図である。図６において、ビア構造ＶＳ１の周囲にグランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２が設けられており、ビア構造ＶＳ１を伝搬する信号の電場がビア構造ＶＳ２によって終端している。ただし、図６の場合は、ビア構造ＶＳ１の深さおよびビア構造ＶＳ２の深さに比べて、ビア構造ＶＳ１を伝搬する信号の波長が同程度となる結果、グランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２においては、ビア構造ＶＳ２の内部に電位差が生じる。これは、信号の波長がビア構造ＶＳ２の深さと同程度となる結果、ビア構造ＶＳ２の深さ位置に応じて、電磁波の位相が異なることになるからである。例えば、単一正弦波の電磁波を考えると、ビア構造ＶＳ２の上端部とビア構造ＶＳ２の下端部の位相差がπ／２のときにビア構造ＶＳ２に生じる電位差は最大となる。つまり、ビア構造ＶＳ２の深さが、１／４波長のときに、ビア構造ＶＳ２の電位差が最大となる。このように、ビア構造ＶＳ１を伝搬する信号の波長が、ビア構造ＶＳ１およびビア構造ＶＳ２の深さと同程度となると、本来グランド電位に固定されているはずのビア構造ＶＳ２の内部にｚ方向の電位差が生じることになるのである。そして、ビア構造ＶＳ２の内部にｚ方向の電位差があるということは、ｚ方向に電場が生じることを意味している。このとき、ｚ方向の電場が生じているということは、図７の太い破線矢印で示すように、ｚ方向と直交するｘ方向に進行する漏洩電磁波が生じることを意味する。つまり、ビア構造ＶＳ１を伝搬する信号の波長が、ビア構造ＶＳ１およびビア構造ＶＳ２の深さと同程度となると、ビア構造ＶＳ２からｘ方向に進行する漏洩電磁波が生じてしまうのである。この結果、ビア構造ＶＳ１の深さ方向であるｚ方向に信号が流れると、図７に示す漏洩電磁波がビア構造ＶＳ２から漏れ出ることになり、ビア構造ＶＳ１をｚ方向に伝搬する信号の損失が大きくなってしまうのである。これにより、ビア構造ＶＳ１を伝搬する信号の波長が、ビア構造ＶＳ１およびビア構造ＶＳ２の深さと同程度となると、たとえ、ビア構造ＶＳ１の周囲にグランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２を設けたとしても、図７に示す漏洩電磁波の発生によって、信号伝送特性の低下を招くことになるのである。
【００３４】
以上のことから、８０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚといった非常に高い周波数の信号を伝送する場合においては、グランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２を設けたとしても、信号の進行方向とは垂直な方向に漏洩電磁波が発生するのである。特に、ビア構造ＶＳ１の内部を深さ方向（ｚ方向）に進む信号を前提として、ビア構造ＶＳ１の特性インピーダンスと信号配線ＳＬ１の特性インピーダンスとのインピーダンス整合が行なわれている。ただし、ビア構造ＶＳ１における信号の進行方向によって、特性インピーダンスが異なることから、信号の波長がビア構造ＶＳ１の深さに近づいて、本来の進行方向とは垂直な方向の漏洩電磁波が発生すると、ビア構造ＶＳ１の特性インピーダンスは急激に変化することになる。したがって、８０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚといった非常に高い周波数の信号を伝送する場合においては、信号配線ＳＬ１とのインピーダンス整合が失われてビア構造ＶＳ１の内部に信号が入り込みにくくなる、いわゆる信号反射が大きくなるとともに、ビア構造ＶＳ１の内部に入り込んだ信号も漏洩電磁波として周囲に漏れ出ることになる。このことから、８０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚといった非常に高い周波数の信号を伝送する場合においては、ビア構造ＶＳ１の周囲にグランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２を設けるだけでは、信号伝送特性の向上を図ることが困難となるのである。
【００３５】
そこで、本実施の形態１では、８０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚといった非常に高い周波数の信号を伝送する場合においても、信号伝送特性を向上できる工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態１における技術的思想について説明することにする。
【００３６】
＜実施の形態１における技術的思想＞
本実施の形態１における技術的思想は、例えば、８０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚといった非常に高い周波数の高周波信号を伝送する場合においては、ビア構造における高周波信号の進行方向をビア構造の深さ方向ではなく、ビア構造の深さ方向と垂直で、かつ、ビア構造と接続される信号配線における高周波信号の進行方向と並行する方向にする思想である。これにより、本実施の形態１における技術的思想によれば、配線基板の表面に形成されている信号配線からビア構造を通って実装基板に形成された信号配線までの伝送路において、高周波信号の進行方向が変化しない。このことは、本実施の形態１における技術的思想によれば、配線基板の表面に形成されている信号配線からビア構造を通って実装基板に形成された信号配線までの伝送路において、高周波信号の進行方向の屈曲がなくなることを意味する。つまり、本実施の形態１における技術的思想によれば、幾何学的にはビア構造が存在しても、電気的な高周波信号の伝搬を考えた場合には、ビア構造が消滅したように見えるのである。すなわち、本実施の形態１における技術的思想によれば、電気的な高周波信号の伝搬を考えた場合、配線基板の表面に形成されている信号配線からビア構造を通って実装基板に形成された信号配線までの伝送路は、あたかも配線基板の表面に形成されている信号配線と実装基板に形成された信号配線が連続した一本の配線とみなすことができる。この結果、本実施の形態１における技術的思想によれば、配線基板に形成されたビア構造に起因する高周波信号の信号伝送特性の低下を抑制することができる。言い換えれば、本実施の形態１における技術的思想によれば、高周波信号の伝送路にビア構造が存在しても、ビア構造に起因する悪影響を受けにくくなる結果、高周波信号の信号伝送特性を向上できる。
【００３７】
本実施の形態１における技術的思想は、非常に高い周波数の高周波信号を伝送する場合においては、例えば、図７に示すように、高周波信号が伝搬するビア構造ＶＳ１の周囲にグランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２を設けても、グランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２の内部に電位差が発生する結果、太い破線矢印で示す方向に漏洩電磁波が発生してしまうことを考慮したものである。つまり、ビア構造ＶＳ１の深さ方向であるｚ方向に高周波信号が流れると、図７に示す漏洩電磁波がビア構造ＶＳ２から漏れ出ることになり、ビア構造ＶＳ１をｚ方向に伝搬する高周波信号の損失が大きくなってしまう。これにより、ビア構造ＶＳ１を伝搬する高周波信号の波長が、ビア構造ＶＳ１およびビア構造ＶＳ２の深さと同程度となると、たとえ、ビア構造ＶＳ１の周囲にグランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２を設けたとしても、図７に示す漏洩電磁波の発生によって、信号伝送特性の低下を招くことになる。以上の理由から、本実施の形態１における技術的思想では、ビア構造ＶＳ１およびビア構造ＶＳ２の深さと同程度の波長を有する高周波信号に対しては、ビア構造ＶＳ１における高周波信号の進行方向をビア構造ＶＳ１の深さ方向ではなく、ビア構造ＶＳ１の深さ方向と垂直で、かつ、ビア構造ＶＳ１と接続される信号配線における高周波信号の進行方向と並行する方向にしているのである。
【００３８】
本実施の形態１における技術的思想をまとめると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態１における半導体装置は、半導体チップと、半導体チップと接続され、かつ、実装基板と接続可能な配線基板とを備える。このとき、配線基板は、第１方向（ｘ方向）に延在する第１配線を含む第１配線構造と、第１配線と接続され、かつ、第１方向と直交する第２方向（ｚ方向）に延在する貫通ビアを含むビア構造とを有する。そして、実装基板は、第１方向に延在し、かつ、貫通ビアと電気的に接続される第２配線を含む第２配線構造を有する。ここで、本実施の形態１における技術的思想は、第１配線構造とビア構造と第２配線構造とにわたって伝搬される第１周波数（例えば、８０ＧＨｚ以上）の第１信号のビア構造における進行方向を第１方向とする思想である。
【００３９】
＜実施の形態１における技術的思想を実現するための概念的な特徴＞
以下では、上述した本実施の形態１における技術的思想を実現するための概念的な特徴点について、図面を参照しながら説明することにする。
【００４０】
図８は、本実施の形態１における技術的思想を説明する図である。図８において、本実施の形態１における半導体装置では、半導体チップＣＨＰと接続されている第１配線構造がｘ方向に延在しており、この延在方向であるｘ方向に高周波信号が伝搬する。具体的に、図８に示すように、本実施の形態１における半導体装置には、信号配線ＳＬ１とグランド配線ＧＬ１とがｘ方向に並行して延在する第１配線構造が設けられている。このとき、図８の細い矢印に示すように、信号配線ＳＬ１とグランド配線ＧＬ１との間に電場の振動が発生する。したがって、高周波信号の進行方向は、電場の振動方向と垂直方向になることから、高周波信号の進行方向は、図８の太い矢印に示すように、第１配線構造が延在するｘ方向となる。
【００４１】
次に、図８に示すように、信号配線ＳＬ１は、ビア構造ＶＳ１と接続される一方、グランド配線ＧＬ１は、ビア構造ＶＳ２と接続されている。このとき、本実施の形態１における半導体装置では、図８の太い矢印で示すように、ビア構造ＶＳ１における高周波信号の進行方向は、ビア構造ＶＳ１の深さ方向（ｚ方向）ではなく、ビア構造ＶＳ１の深さ方向と垂直で、かつ、ビア構造ＶＳ１と接続される信号配線ＳＬ１における高周波信号の進行方向と並行するｘ方向となる。
【００４２】
続いて、図８に示すように、配線基板ＷＢと実装基板ＭＢとは、半田ボールＳＢ１で接続されており、半田ボールＳＢ１における高周波信号の進行方向もｘ方向となる。さらに、図８に示すように、実装基板ＭＢでは、第２配線構造がｘ方向に延在しており、この延在方向であるｘ方向に高周波信号が伝搬する。具体的に、図８に示すように、本実施の形態１における実装基板ＭＢには、信号配線ＳＬ２とグランド配線ＧＬとがｘ方向に並行して延在する第２配線構造が設けられている。このとき、図８の細い矢印に示すように、信号配線ＳＬ２とグランド配線ＧＬとの間に電場の振動が発生する。したがって、高周波信号の進行方向は、電場の振動方向と垂直方向になることから、高周波信号の進行方向は、図８の太い矢印に示すように、第２配線構造が延在するｘ方向になる。
【００４３】
以上のことから、図８の太い矢印で示すように、配線基板ＷＢの表面に形成されている信号配線ＳＬ１からビア構造ＶＳ１を通って実装基板ＭＢに形成された信号配線ＳＬ２までの伝送路において、高周波信号の進行方向が変化しない。すなわち、本実施の形態１における技術的思想では、電気的な高周波信号の伝搬を考えた場合、配線基板ＷＢの表面に形成されている信号配線ＳＬ１からビア構造ＶＳ１と半田ボールＳＢ１とを通って実装基板ＭＢに形成された信号配線ＳＬ２までの伝送路は、あたかも配線基板ＷＢの表面に形成されている信号配線ＳＬ１と実装基板ＭＢに形成された信号配線ＳＬ２とが連続した一本の配線とみなすことができる。この結果、本実施の形態１における技術的思想によれば、配線基板ＷＢに形成されたビア構造ＶＳ１に起因する高周波信号の信号伝送特性の低下を抑制することができる。
【００４４】
ここで、本実施の形態１における第１特徴点は、図８の太い矢印で示すように、ビア構造ＶＳ１における高周波信号の進行方向を、ビア構造ＶＳ１の深さ方向（ｚ方向）ではなく、ビア構造ＶＳ１の深さ方向と垂直で、かつ、ビア構造ＶＳ１と接続される信号配線ＳＬ１における電磁波の進行方向と並行するｘ方向とするための工夫点にある。
【００４５】
具体的に、本実施の形態１における第１特徴点は、例えば、図８に示すように、ビア構造ＶＳ１とビア構造ＶＳ２とが、平面視において、互いに重なる部分を有する点にある。
【００４６】
詳細には、ビア構造ＶＳ１は、コア層ＣＬの表面に形成されたランドＬＮＤ１と、ランドＬＮＤ１と接続され、かつ、コア層ＣＬを貫通するスルーホールＴＨ１と、スルーホールＴＨ１と電気的に接続され、かつ、ビルドアップ層ＢＬ２の裏面に形成された裏面端子ＢＴとを含む。一方、ビア構造ＶＳ２は、コア層ＣＬの表面に形成されたグランド用表面パターンＧＳＰ１と、グランド用表面パターンＧＳＰ１と接続され、かつ、コア層ＣＬを貫通するスルーホールＴＨ２とを含む。
【００４７】
このとき、本実施の形態１における第１特徴点は、平面視において、裏面端子ＢＴとグランド用表面パターンＧＳＰ１とが、互いに重なる部分を有する点にある。これにより、本実施の形態１によれば、例えば、図８に示すように、互いに重なるビア構造ＶＳ２のグランド用表面パターンＧＳＰ１とビア構造ＶＳ１の裏面端子ＢＴとの間のｚ方向で電場が振動しやすくなる。すなわち、信号配線ＳＬ１とグランド配線ＧＬ１との間のｚ方向に電場が振動しながら、高周波信号は、ｘ方向に延在する第１配線構造を伝搬してビア構造ＶＳ１に達する。このとき、本実施の形態１では、ビア構造ＶＳ２のグランド用表面パターンＧＳＰ１とビア構造ＶＳ１の裏面端子ＢＴとの間に互いに重なる部分が存在するため、ビア構造ＶＳ１を高周波信号が伝搬する際にも、ｚ方向に電場が振動しやすくなる。つまり、ビア構造ＶＳ２のグランド用表面パターンＧＳＰ１とビア構造ＶＳ１の裏面端子ＢＴとの間に互いに重なる部分が存在すると、例えば、図８の細い矢印に示すように、ビア構造ＶＳ１を伝搬する高周波信号において、ｚ方向への電場の振動が誘導される。このことは、高周波信号の進行方向は、電場の振動方向と垂直方向になることを考慮すると、ビア構造ＶＳ１を伝搬する高周波信号の進行方向は、ビア構造ＶＳ１の深さ方向（ｚ方向）ではなく、図８の太い矢印で示されるｘ方向になることを意味する。この結果、図８に示すように、ビア構造ＶＳ１における高周波信号の進行方向は、第１配線構造における高周波信号の進行方向と同じｘ方向になる。したがって、ビア構造ＶＳ１とビア構造ＶＳ２とが互いに重なる部分を有するという本実施の形態１における第１特徴点によれば、配線基板ＷＢの表面に形成されている信号配線ＳＬ１（第１配線構造）からビア構造ＶＳ１を通る伝送路において、高周波信号の進行方向が変化しないようにすることができる。つまり、本実施の形態１における第１特徴点の構成を採用することにより、ビア構造ＶＳ１における高周波信号の進行方向をビア構造ＶＳ１の深さ方向ではなく、ビア構造ＶＳ１の深さ方向と垂直で、かつ、ビア構造ＶＳ１と接続される信号配線ＳＬ１における高周波信号の進行方向と並行する方向にするという本実施の形態１における技術的思想が具現化される。この結果、本実施の形態１における第１特徴点を採用することにより、配線基板ＷＢに形成されたビア構造ＶＳ１に起因する高周波信号の信号伝送特性の低下を抑制できる。
【００４８】
続いて、本実施の形態１における第２特徴点は、以下の点を前提する。すなわち、本実施の形態１における第２特徴点は、例えば、図８に示すように、グランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２が、スルーホールＴＨ２と電気的に接続され、かつ、ビルドアップ層ＢＬ２の裏面に形成されたグランド用裏面パターンＧＢＰ１を含むことを前提とする。また、本実施の形態１における第２特徴点は、配線基板ＷＢが、半導体装置を搭載する実装基板ＭＢと接続され、かつ、実装基板ＭＢが、ビア構造ＶＳ１と電気的に接続される信号配線ＳＬ２を有することを前提とする。このことを前提として、本実施の形態１における第２特徴点は、平面視において、グランド用裏面パターンＧＢＰ１と信号配線ＳＬ２とが、互いに重なる部分を有する点にある。
【００４９】
これにより、本実施の形態１における第２特徴点によれば、例えば、図８に示すように、互いに重なるビア構造ＶＳ２のグランド用裏面パターンＧＢＰ１と実装基板ＭＢの信号配線ＳＬ２の間のｚ方向で電場が振動しやすくなる。すなわち、ｚ方向に電場が振動しながら、高周波信号は、ビア構造ＶＳ１を伝搬して半田ボール（外部接続端子）ＳＢ１に達する。このとき、本実施の形態１では、ビア構造ＶＳ２のグランド用裏面パターンＧＢＰ１と実装基板ＭＢの信号配線ＳＬ２との間に互いに重なる部分が存在するため、半田ボールＳＢ１を高周波信号が伝搬する際にも、ｚ方向に電場が振動しやすくなる。つまり、ビア構造ＶＳ２のグランド用裏面パターンＧＢＰ１と実装基板ＭＢの信号配線ＳＬ２との間に互いに重なる部分が存在すると、例えば、図８の細い矢印に示すように、半田ボールＳＢ１を伝搬する高周波信号において、ｚ方向への電場の振動が誘導される。このことは、高周波信号の進行方向は、電場の振動方向と垂直方向になることを考慮すると、半田ボールＳＢ１を伝搬する高周波信号の進行方向は、半田ボールＳＢ１の厚さ方向（ｚ方向）ではなく、図８の太い矢印で示されるｘ方向になることを意味する。この結果、図８に示すように、半田ボールＳＢ１における高周波信号の進行方向は、ビア構造ＶＳ１における高周波信号の進行方向と同じｘ方向になる。したがって、本実施の形態１における第２特徴点によれば、ビア構造ＶＳ１から半田ボールＳＢ１を通る伝送路において、高周波信号の進行方向が変化しないようにすることができる。つまり、本実施の形態１における第２特徴点の構成を採用することにより、半田ボールＳＢ１における高周波信号の進行方向を半田ボールＳＢ１の厚さ方向ではなく、半田ボールＳＢ１の厚さ方向と垂直で、かつ、半田ボールＳＢ１と接続される実装基板ＭＢの信号配線ＳＬ２における高周波信号の進行方向と並行する方向にするという本実施の形態１における技術的思想が具現化される。この結果、本実施の形態１における第２特徴点を採用することにより、半田ボールＳＢ１に起因する高周波信号の信号伝送特性の低下を抑制できる。
【００５０】
以上のことから、本実施の形態１における第１特徴点と第２特徴点とを組み合わせることにより、例えば、図８の太い矢印に示すように、半導体チップＣＨＰ→第１配線構造（信号配線ＳＬ１＋グランド配線ＧＬ１）→ビア構造ＶＳ１→半田ボールＳＢ１→実装基板ＭＢの第２配線構造（信号配線ＳＬ２＋グランド配線ＧＬ）の伝送路にわたって、高周波信号の進行方向が変化しない。すなわち、電気的な高周波信号の伝搬を考えた場合、配線基板ＷＢの表面に形成されている信号配線ＳＬ１からビア構造ＶＳ１と半田ボールＳＢ１とを通って実装基板ＭＢに形成された信号配線ＳＬ２までの伝送路は、あたかも配線基板ＷＢの表面に形成されている信号配線ＳＬ１と実装基板ＭＢに形成された信号配線ＳＬ２とが連続した一本の配線とみなすことができる。この結果、本実施の形態１における第１特徴点と第２特徴点との組み合わせによれば、配線基板ＷＢに形成されたビア構造ＶＳ１に起因する高周波信号の信号伝送特性の低下を抑制できる。
【００５１】
図８は、ｘ−ｚ平面における断面図を示しているが、図９は、見方を換えて、ｙ−ｚ平面における断面図を示している。図９において、高周波信号は、紙面の裏側から表側に向かって進行することになる。このとき、図９に示す断面図においても、裏面端子ＢＴとグランド用表面パターンＧＳＰ１とが、互いに重なる部分を有するという第１特徴点と、グランド用裏面パターンＧＢＰ１と信号配線ＳＬ２とが、互いに重なる部分を有するという第２特徴点とが具現化されていることがわかる。したがって、互いに異なる方向の断面図である図８と図９の両方において、第１特徴点と第２特徴点とが具現化されていることから、第１特徴点と第２特徴点とは、平面的に実現されていることがわかる。
【００５２】
＜留意点＞
本実施の形態１における技術的思想は、例えば、図８に示すように、ビア構造ＶＳ１における高周波信号の進行方向をビア構造ＶＳ１の深さ方向ではなく、ビア構造ＶＳ１の深さ方向と垂直で、かつ、ビア構造ＶＳ１と接続される信号配線における高周波信号の進行方向と並行する方向にする思想である。
【００５３】
ここで、例えば、図３に示すように、ビア構造ＶＳ１の深さ方向（ｚ方向）に高周波信号が伝搬するモードを「垂直伝送モード」と呼ぶことにする。一方、例えば、図８に示すように、ビア構造ＶＳ１の深さ方向と垂直な水平方向に高周波信号が伝搬するモードを「水平伝送モード」と呼ぶことにする。
【００５４】
このとき、本実施の形態１における技術的思想は、０Ｈｚから始まる全周波数帯にわたって、「水平伝送モード」が実現されるものではない点に留意すべきである。
【００５５】
図１０は、従来の信号伝送方法と本実施の形態１における信号伝送方法とを比較して示す図である。図１０において、従来の信号伝送方法は、全周波数帯にわたって、「垂直伝送モード」が実現されている。この場合、低周波帯（８０ＧＨｚよりも小さい周波数帯）の信号については、図３に示す構造を採用することにより、信号伝送特性の低下を抑制することができる。なぜなら、グランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２の内部に電位差が生じない結果、ビア構造ＶＳ２の内部に生じる電位差に起因する漏洩電磁波の発生がないからである。
【００５６】
ところが、従来の信号伝送方法で、８０ＧＨｚ以上の高周波信号（電磁波）を伝搬させる場合、例えば、図７に示すメカニズムによって、ビア構造ＶＳ１においては、水平方向に漏洩電磁波が発生する。すなわち、「垂直伝送モード」で８０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝搬させる場合、水平方向に拡散する漏洩電磁波が発生して損失が顕著になる点と、垂直方向に進行する高周波信号とともに水平方向に拡散する漏洩電磁波が混在することになる結果、ビア構造ＶＳ１の特性インピーダンスが急激にずれる点との相乗要因によって、垂直方向に高周波信号が伝搬しなくなってしまう。
【００５７】
これに対し、本実施の形態１における信号伝送方法では、低周波帯の電磁波の伝搬に対しては、従来の信号伝送方法と同様に、「垂直伝送モード」となる。一方、本実施の形態１における信号伝送方法において、高周波信号の伝搬に対しては、上述した本実施の形態１における第１特徴点と第２特徴点との構成によって、「水平伝送モード」が誘導される。そして、この「水平伝送モード」では、あたかも電気的にビア構造ＶＳ１に起因する特性インピーダンスの不連続構造体が存在しないように見なすことができる点と、漏洩電磁波自体が水平方向に拡散することを考慮すれば、漏洩電磁波も高周波信号の成分として回収することができることになる。この結果、本実施の形態１における信号伝送方式では、高周波信号の伝搬に「垂直伝送モード」ではなく、「水平伝送モード」を採用することにより、信号伝送特性の向上を図ることができる。つまり、本実施の形態１における技術的思想は、低周波信号に対しては、「垂直伝送モード」となる一方、高周波信号に対しては、「水平伝送モード」となるのである。このモードの切り替えは、デジタル的に実現されるものではなく、信号の周波数が上昇するにしたがって、徐々に「垂直伝送モード」に「水平伝送モード」の成分が増加していくという理解が正しいといえる。すなわち、低周波信号に対しては、主が「垂直伝送モード」で、かつ、従が「水平伝送モード」であるのに対し、信号の周波数が増加すると、主が「水平伝送モード」で、かつ、従が「垂直伝送モード」となるとともに、「垂直伝送モード」は、水平方向へ拡散する漏洩電磁波に変換される。このことから、本実施の形態１における信号伝送方式によれば、高周波信号が「水平伝送モード」で伝搬するように誘導することにより、漏洩電磁波も高周波信号の成分として回収することができ、これによって、本実施の形態１における信号伝送方式によれば、８０ＧＨｚ以上の高周波信号に対しても、信号伝送特性の向上を図ることができるのである。
【００５８】
このように、本実施の形態１における技術的思想では、例えば、第１配線構造とビア構造と第２配線構造とにわたって伝搬される第１周波数（８０ＧＨｚ以上の周波数）の高周波信号のビア構造における進行方向は、第１配線構造における高周波信号の進行方向および第２配線構造における高周波信号の進行方向と同一である。一方、本実施の形態１における技術的思想では、例えば、第１配線構造とビア構造と第２配線構造とにわたって伝搬される第１周波数（８０ＧＨｚよりも充分に小さい周波数）の低周波信号のビア構造における進行方向は、第１配線構造における高周波信号の進行方向および第２配線構造における高周波信号の進行方向と直交する。つまり、本実施の形態１における技術的思想は、信号の周波数帯によって、信号の進行方向が切り換わる思想であるということができる。
【００５９】
＜変形例＞
続いて、本実施の形態１における変形例について説明する。例えば、図９においては、裏面端子ＢＴとグランド用表面パターンＧＳＰ１とが、互いに重なる部分を有するという第１特徴点と、グランド用裏面パターンＧＢＰ１と信号配線ＳＬ２とが、互いに重なる部分を有するという第２特徴点とが具現化されている。ただし、本実施の形態１における技術的思想を具現化するにあたっては、上述した第１特徴点および第２特徴点だけでなく、実質的に、「水平伝送モード」が誘導できる構成が具現化されていればよい。
【００６０】
具体的に、図１１は、本変形例において、「水平伝送モード」を実現する構成例を模式的に示す図である。図１１では、配線基板ＷＢの厚さ方向と並行する一断面であって、ビア構造ＶＳ１とビア構造ＶＳ２との両方を切断する一断面が示されている。この図１１において、本実施の形態１における技術的思想は、裏面端子ＢＴの端部ＴＰ１とグランド用表面パターンＧＳＰ１の端部ＴＰ２とを結ぶ線分と、端部ＴＰ１を通る垂直線（点線）とのなす角度をφ１とするとき、ｃｏｓφ１≧０．８９の関係が成立する構成としても具現化することができる（第３特徴点）。同様に、信号配線ＳＬ２の端部ＴＰ３とグランド用裏面パターンＧＢＰ１の端部ＴＰ４とを結ぶ線分と、端部ＴＰ３を通る垂直線（点線）とのなす角度をφ２とするとき、ｃｏｓφ２≧０．８９の関係が成立する（第３特徴点）。
【００６１】
「水平伝送モード」を誘導するためには、例えば、図９に示すように、裏面端子ＢＴとグランド用表面パターンＧＳＰ１とが、互いに重なる部分を有するという第１特徴点と、グランド用裏面パターンＧＢＰ１と信号配線ＳＬ２とが、互いに重なる部分を有するという第２特徴点とを採用する構成が望ましい。
【００６２】
ただし、図１１に示すように、上述した第１特徴点と第２特徴点とを採用しなくても、第３特徴点によっても、「水平伝送モード」を誘導することができる。なぜなら、高周波信号の回折現象によって、第３特徴点でも、ｚ方向に振動する電場を誘起させることができるからである。上述した第１特徴点や第２特徴点を採用する替わりに、第３特徴点を採用する場合、電場のｚ方向の成分は、「ｃｏｓφ１」や「ｃｏｓφ２」で表される傾斜によって小さくなるが、具体的に「−１ｄＢ」までの減少を許容範囲とすると、本変形例によれば、「ｃｏｓφ１≧０．８９」や「ｃｏｓφ２≧０．８９」が成立する範囲で、「水平伝送モード」を誘導することができることになる。
【００６３】
（実施の形態２）
＜技術的思想を具現化したパッケージ構造体＞
本実施の形態２では、前記実施の形態１における技術的思想を具現化したパッケージ構造体の一例について図面を参照しながら説明することにする。
【００６４】
図１２は、実装基板に形成された配線パターンと、多層配線層を有する配線基板の各配線層に形成されている導体パターンとを平面的に重ねて示す平面図である。図１２において、配線基板は、コア層と、コア層の表面上に形成された第１ビルドアップ層と、コア層の裏面下に形成された第２ビルドアップ層とを有している。まず、図１２において、配線基板の第１ビルドアップ層の表面には、ｘ方向に延在する信号配線ＳＬ１と、この信号配線ＳＬ１の周囲に配置されたグランドパターンＧＰ１とが形成されている。そして、図１２に示すように、信号配線ＳＬ１は、配線基板のコア層の表面に形成されたランドＬＮＤ１とビアＶＡ１ａを介して接続されている。また、グランドパターンＧＰ１は、配線基板のコア層の表面に形成されたグランド用表面パターンＧＳＰ１と複数のビアＶＡ１ｂを介して接続されている。
【００６５】
次に、図１３は、第１ビルドアップ層の表面に形成されている信号配線ＳＬ１およびグランドパターンＧＰ１を省略して、コア層の表面を示す図である。図１３において、コア層の表面には、ランドＬＮＤ１と、このランドＬＮＤ１の周囲に配置されたグランド用表面パターンＧＳＰ１とが形成されている。このとき、図１３に示すように、ランドＬＮＤ１は、コア層を貫通するスルーホールＴＨ１と接続されている。また、グランド用表面パターンＧＳＰ１は、複数のスルーホールＴＨ２と接続されている。
【００６６】
続いて、図１４は、コア層の表面に形成されているランドＬＮＤ１およびグランド用表面パターンＧＳＰ１を省略して、コア層の裏面を示す図である。図１４において、コア層の裏面には、ランドＬＮＤ２と、このランドＬＮＤ２の周囲に配置されたグランド用中間パターンＧＭＰ１とが形成されている。このとき、図１４に示すランドＬＮＤ２は、図１３に示すランドＬＮＤ１とスルーホールＴＨ１によって接続されている。一方、図１４に示すグランド用中間パターンＧＭＰ１は、図１３に示すグランド用表面パターンＧＳＰ１と複数のスルーホールＴＨ２によって接続されている。さらに、図１４に示すランドＬＮＤ２は、裏面端子ＢＴとビアＶＡ２ａを介して接続されている。また、図１４に示すグランド用中間パターンＧＭＰ１は、グランド用裏面パターンＧＢＰ１と複数のビアＶＡ２ｂを介して接続されている。
【００６７】
次に、図１５は、コア層の裏面に形成されているランドＬＮＤ２およびグランド用中間パターンＧＭＰ１を省略して、第２ビルドアップ層の裏面を示す図である。図１５において、第２ビルドアップ層の裏面には、裏面端子ＢＴと、この裏面端子ＢＴの周囲に配置されたグランド用裏面パターンＧＢＰ１とが形成されている。そして、平面視において、裏面端子ＢＴは、部分的にグランド用裏面パターンＧＢＰ１で囲まれている。また、図１５に示す裏面端子ＢＴは、半田ボールＳＢ１と接続されている。同様に、図１５に示すグランド用裏面パターンＧＢＰ１は、複数の半田ボールＳＢ２と接続されている。
【００６８】
続いて、図１６は、第２ビルドアップ層の裏面に形成されている裏面端子ＢＴおよびグランド用裏面パターンＧＢＰ１を省略して、実装基板の表面を示す図である。図１６において、実装基板の表面には、ｘ方向に延在する信号配線ＳＬ２と、この信号配線ＳＬ２を離間して挟むように配置されたグランド配線ＧＬ２とが形成されている。
【００６９】
以上のようにして、配線基板と実装基板との接続が実現されることになる。
【００７０】
＜実施の形態２における特徴＞
次に、本実施の形態２における特徴点について説明する。例えば、図１３に示すように、本実施の形態２では、平面視において、第２ビルドアップ層の裏面に形成された裏面端子ＢＴの平面サイズが、コア層の表面に形成されたグランド用表面パターンＧＳＰ１に設けられた開口領域の平面サイズよりも大きくなっている。これにより、裏面端子ＢＴとグランド用表面パターンＧＳＰ１とが、互いに重なる部分を有するという前記実施の形態１で説明した第１特徴点が実現される。同様に、本実施の形態２では、図１５に示すように、平面視において、実装基板の表面に形成された信号配線ＳＬ２と、第２ビルドアップ層の裏面に形成されたグランド用裏面パターンＧＢＰ１とが、互いに重なる部分を有する。これにより、前記実施の形態１で説明した第２特徴点が実現される。このように、本実施の形態２では、前記実施の形態１で説明した第１特徴点と第２特徴点が具現化されている。この結果、本実施の形態２によれば、８０ＧＨｚ以上の高周波信号をビア構造および半田ボールに伝搬させる場合において、「水平伝送モード」が誘導される。このため、本実施の形態２によれば、高周波信号の信号伝送特性を向上することができる。
【００７１】
図１７は、本実施の形態２における特徴点を採用しない関連技術において、信号の周波数と信号の反射ロス（リターンロス）との関係、および、信号の周波数と挿入ロスとの関係を示すグラフである。図１７において、横軸は、信号に周波数（ＧＨｚ）を示している。一方、縦軸（左側）は、反射ロス（ｄＢ）（半導体チップ側からの反射ロスと、実装基板側からの反射ロス）を示し、縦軸（右側）は、挿入ロス（ｄＢ）を示している。図１７において、ポイントＡで示される信号の周波数が８０ＧＨｚの場合、挿入ロスは、−５ｄＢよりも遥かに大きい−１５ｄＢ程度（図１７からはみ出している）となっており、反射ロスは、−１５ｄＢ以下となっている。また、図１７において、ポイントＢで示される信号の周波数が９０ＧＨｚの場合、挿入ロスは、−１５ｄＢ程度（図１７からはみ出している）となっており、反射ロスは、−４ｄＢ以上となっている。これにより、関連技術においては、８０ＧＨｚ以上の信号を伝達させる場合において、挿入ロスと反射ロスがとても大きくなり、実用に耐えられないことがわかる。
【００７２】
これに対し、図１８は、本実施の形態２におけるパッケージ構造を採用する場合において、信号の周波数と信号の反射ロス（リターンロス）との関係、および、信号の周波数と挿入ロスとの関係を示すグラフである。図１８において、横軸は、信号に周波数（ＧＨｚ）を示している。一方、縦軸（左側）は、反射ロス（ｄＢ）を示し、縦軸（右側）は、挿入ロス（ｄＢ）を示している。図１８において、ポイントＡで示される信号の周波数が８０ＧＨｚの場合、挿入ロスは、−０．８７２ｄＢとなっており、反射ロスは、−２０ｄＢ以下となっている。また、図１８において、ポイントＢで示される信号の周波数が９０ＧＨｚの場合、挿入ロスは、−０．９７９ｄＢとなっており、反射ロスは、−２０ｄＢ以下となっている。これにより、本実施の形態２によれば、８０ＧＨｚ以上の信号を伝達させる場合において、挿入ロスを−１ｄＢ以下に抑えることができるとともに、反射ロスを−２０ｄＢ以下に低減できることがわかる。このように、図１８に示す結果から、本実施の形態２で具現化されている第１特徴点および第２特徴点の組み合わせによれば、高周波信号の信号伝送特性を向上することができることが裏付けられていることになる。すなわち、本実施の形態２によれば、例えば、８０ＧＨｚ以上の高周波信号を使用する場合において、関連技術では得ることができない優れた信号伝送特性を得ることができることがわかる。
【００７３】
次に、本実施の形態２における別の特徴点について説明する。本実施の形態２における別の特徴点は、例えば、図１２に示すように、平面視において、第１配線構造（信号配線ＳＬ１＋グランドパターンＧＰ１）の延在するｘ方向の延長上に、グランド用表面パターンＧＳＰ１に設けられた切り欠き部が存在する点にある。これにより、本実施の形態２によれば、太い黒矢印で示すように、第１配線構造を伝搬する高周波信号の進行方向と、ビア構造および外部接続端子を伝搬する高周波信号の進行方向と、第２配線構造（信号配線ＳＬ２）を伝搬する高周波信号の進行方向をすべて同一のｘ方向に揃えることができる。つまり、本実施の形態２における別の特徴点によれば、ビア構造および外部接続端子（半田ボール）から出力される高周波信号の進行方向を切り欠き部によって、ｘ方向に制御することができるのである。すなわち、第１配線構造からビア構造に入力された高周波信号は、第１特徴点と第２特徴点とによって誘導される「水平伝送モード」で、裏面端子ＢＴとグランド用表面パターンＧＳＰ１との重なり部分（側面）を沿うように伝搬した後、切り欠き部によって、ｘ方向に出力するように誘導される。つまり、本実施の形態２における別の特徴点である切欠き部は、ビア構造および外部接続端子（半田ボール）から出力される高周波信号の出力方向を信号配線ＳＬ２の延在方向であるｘ方向に誘導する機能を有しているのである。
【００７４】
これにより、本実施の形態２によれば、電気的な高周波信号の伝搬を考えた場合、第１配線構造からビア構造と外部接続端子（半田ボール）とを通って実装基板に形成された第２配線構造までの伝送路は、あたかも第１配線構造から第２配線構造とが連続した一本の配線とみなすことができる。この結果、本実施の形態２によれば、ビア構造および外部接続端子（半田ボール）に起因する信号伝送特性の低下を抑制できる。
【００７５】
図１９に示すように、グランド用裏面パターンＧＢＰ１には、平面視において、切り欠き部と連通し、かつ、裏面端子ＢＴを部分的に囲む開口領域（開口パターン）が形成されている。このとき、図１９において、切り欠き部のｘ方向と交差するｙ方向の幅を「Ｗ１」とし、開口領域（開口パターン）のｙ方向における最大幅を「Ｗ２」と定義する。この場合、高周波信号（電磁波）の挿入ロスを低減する観点から、開口比である「Ｗ１／Ｗ２」は、４０％以上であることが望ましい。具体的に、図２０は、開口比と挿入ロスとの関係を示すグラフである。図２０において、横軸は、開口比（％）を示しており、縦軸は、１００ＧＨｚにおける挿入ロスを示している。図２０に示すように、開口比が４０％以上になると、挿入ロスが−２．０ｄＢよりも小さくなることがわかる。したがって、開口比が４０％以上にすることにより、信号伝送特性の低下を抑制することができることがわかる。
【００７６】
続いて、本実施の形態２におけるさらなる特徴点は、例えば、図１３に示すように、グランド用表面パターンＧＳＰ１が、複数のスルーホールＴＨ２と接続されており、これらの複数のスルーホールＴＨ２は、裏面端子ＢＴを離散的に囲むように配置されている点にある。これにより、本実施の形態２によれば、低周波信号に対する利点と、高周波信号に対する利点とを得ることができる。
【００７７】
まず、低周波信号に着目すると、例えば、図４に示すように、複数のスルーホールを設けることにより、電磁波を構成する電場の拡散が抑制される。このことは、低周波信号の漏洩損失が抑制されることを意味し、これによって、低周波信号の信号伝送特性の向上を図ることができる。
【００７８】
続いて、高周波信号に着目する。この場合、高周波信号においては、誘導された「水平伝送モード」によって、裏面端子ＢＴとグランド用表面パターンＧＳＰ１との重なり部分（側面）を沿うように伝搬する（図１３参照）。このとき、高周波信号では、波長が短くなることから、グランド用表面パターンＧＳＰ１の開口領域の側面に沿って高周波信号が伝搬する際、グランド用表面パターンＧＳＰ１の面内、すなわち、ｘ−ｙ平面内に電位分布が生じ、これによって、意図した「水平伝送モード」と垂直である「垂直伝送モード」成分が発生し、「水平伝送モード」の伝送効率が低下してしまう。この点に関し、図１３に示すように、グランド用表面パターンＧＳＰ１に複数のスルーホールＴＨ２を接続することが有用である。なぜなら、グランド用表面パターンＧＳＰ１とスルーホールＴＨ２との接続領域は、強制的に０Ｖに固定されることになるから、複数のスルーホールＴＨ２の間隔を狭くすることにより、グランド用表面パターンＧＳＰ１の面内に電位差が発生することを抑制できるからである。したがって、本実施の形態２におけるさらなる特徴点によれば、高周波信号に着目した場合も、高周波信号の信号伝送特性の向上を図ることができる利点が得られるのである。
【００７９】
以上のように、本実施の形態２におけるさらなる特徴点は、低周波信号と高周波信号の両方において、信号伝送特性の向上に寄与するという技術的意義を有している。
【００８０】
＜変形例＞
次に、本実施の形態２における変形例について説明する。図２１は、本変形例において、実装基板に形成された配線パターンと、多層配線層を有する配線基板の各配線層に形成されている導体パターンとを平面的に重ねて示す平面図である。一方、図２２は、図２１に対応する図であって、第２ビルドアップ層よりも上層のコア層および第１ビルドアップ層のそれぞれに形成されている導体パターンを省略して示す図である。
【００８１】
図２２において、本変形例では、半田ボールＳＢ１の外側方向（＋ｘ方向）にグランド電位が供給される半田ボールＳＢ２が配置されている。これにより、信号間のクロストークを抑制することができる。すなわち、図２２では図示されていないが、実際の製品においては、信号配線ＳＬ２とグランド配線ＧＬ２との組み合わせを単位として、複数の信号配線ＳＬ２が、互いに隣接するように実装基板に配置されている。したがって、複数の信号配線ＳＬ２が近接配置されると、複数の信号配線ＳＬ２の間でクロストークが顕在化するおそれがある。この点に関し、本変形例では、図２２に示すように、半田ボールＳＢ１の外側方向（＋ｘ方向）にグランド電位が供給される半田ボールＳＢ２を追加している。これにより、本変形例によれば、グランド電位が供給される半田ボールＳＢ２によって、シールド効果を高めることができる。この結果、本変形例によれば、複数の信号配線ＳＬ２の間でのクロストークを低減することができる。したがって、本変形例によれば、半導体装置の性能を向上することができる。
【００８２】
（実施の形態３）
＜改善の検討（副作用）＞
ビア構造ＶＳ１およびビア構造ＶＳ２の深さよりも充分に長い波長を有する低周波信号（例えば、８０ＧＨｚよりも小さな周波数の信号）を伝送する場合においては、例えば、図５に示すように、グランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２の内部に電位差が発生しない結果、漏洩電磁波が発生しない。このことから、低周波信号を伝送する場合においては、例えば、図３および図４に示すように、ビア構造ＶＳ１における低周波信号の進行方向をビア構造ＶＳ１の深さ方向にしても、ビア構造ＶＳ１の周囲にグランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２を設ける対策によって、充分に信号伝送特性の向上を図ることができる。
【００８３】
すなわち、ビア構造ＶＳ１およびビア構造ＶＳ２の深さよりも充分に長い波長を有する低周波信号を伝送する場合においては、ビア構造ＶＳ１における低周波信号の進行方向をビア構造の深さ方向と垂直で、かつ、ビア構造と接続される信号配線における低周波の進行方向と並行する方向にする必然性はなく、かえって信号伝送特性の低下を招くことになるのである。以下に、この点について説明する。
【００８４】
不連続構造体であるビア構造ＶＳ１における特性インピーダンスは、信号がビア構造ＶＳ１を「垂直伝送モード」で伝達することを前提として、第１配線構造（信号配線ＳＬ１＋グランド配線ＧＬ１）の特性インピーダンスと整合させるようにしている。この点に関し、上述した前記実施の形態１における第１特徴点および第２特徴点を採用すると、「水平伝送モード」が誘導される。すなわち、低周波信号をビア構造ＶＳ１に伝搬させる場合においても、前記実施の形態１における第１特徴点と第２特徴点とを採用すると、ビア構造ＶＳ１を伝搬する低周波信号には、「垂直伝送モード」とともに「水平伝送モード」も含まれることになる。ここで、特性インピーダンスは、「垂直伝送モード」と「水平伝送モード」とで相違する。したがって、「垂直伝送モード」だけを含む低周波信号を前提としてインピーダンス整合をしている状態において、低周波信号に「水平伝送モード」の成分が含まれることになると、ビア構造ＶＳ１における特性インピーダンスが急激に変化することになる。この結果、インピーダンス不整合が生じることになり、低周波信号の信号伝送特性が低下することになるのである。さらに、前記実施の形態１における第１特徴点と第２特徴点とを採用すると、ビア構造ＶＳ１と、グランド電位が供給されるビア構造ＶＳ２とが重なる部分を有することになる結果、寄生容量が増加することになる。そして、寄生容量は、ビア構造ＶＳ１における特性インピーダンスを変化させることになる。すなわち、前記実施の形態１における第１特徴点と第２特徴点とを採用すると、低周波信号をビア構造ＶＳ１に伝搬させる場合には、低周波信号に「水平伝送モード」が加わる点と、寄生容量が増加する点との相乗要因によって、低周波信号の信号伝送特性が低下する副作用が生じるのである。そこで、本実施の形態３では、前記実施の形態１における第１特徴点と第２特徴点とを採用することにより、高周波信号の信号伝送特性を向上しながら、第１特徴点と第２特徴点を採用することに誘発される低周波信号の信号伝送特性の低下という副作用を抑制する工夫を施している。以下では、この工夫点について説明する。
【００８５】
＜平面レイアウト構成＞
図２３は、実装基板に形成された配線パターンと、多層配線層を有する配線基板の各配線層に形成されている導体パターンとを平面的に重ねて示す平面図である。図２３において、配線基板は、コア層と、コア層の表面上に形成された第１ビルドアップ層と、コア層の裏面下に形成された第２ビルドアップ層とを有している。まず、図２３において、配線基板の第１ビルドアップ層の表面には、ｘ方向に延在する信号配線ＳＬ１と、この信号配線ＳＬ１の周囲に配置されたグランドパターンＧＰ１とが形成されている。そして、図２３に示すように、信号配線ＳＬ１は、配線基板のコア層の表面に形成されたランドＬＮＤ１とビアＶＡ１ａを介して接続されている。また、グランドパターンＧＰ１は、配線基板のコア層の表面に形成されたグランド用表面パターン（図２３では図示されず）と複数のビアＶＡ１ｂを介して接続されている。
【００８６】
次に、図２４は、第１ビルドアップ層の表面に形成されている信号配線ＳＬ１およびグランドパターンＧＰ１を省略して、コア層の表面を示す図である。図２４において、コア層の表面には、ランドＬＮＤ１と、このランドＬＮＤ１の近傍に配置されたグランド用表面パターンＧＳＰ１とが形成されている。このとき、図２４に示すように、ランドＬＮＤ１は、コア層を貫通するスルーホールＴＨ１と接続されている。また、グランド用表面パターンＧＳＰ１は、複数のスルーホールＴＨ２と接続されている。
【００８７】
＜実施の形態３における工夫点＞
次に、本実施の形態３における工夫点について説明する。まず、本実施の形態３における第１工夫点は、図１３と図２４とを比較すればわかるように、スルーホールＴＨ２の平面サイズを小さくし、かつ、複数のスルーホールＴＨ２を配置するピッチを狭くする点にある。これにより、グランド電位が供給されるスルーホールＴＨ２を高周波信号が伝搬するスルーホールＴＨ１に近接させることができるとともに、複数のスルーホールＴＨ２間の隙間を縮小することができる。この結果、本実施の形態３によれば、グランド電位が供給されるスルーホールＴＨ２を密に配置することができる。このため、本実施の形態３によれば、低周波信号をスルーホールＴＨ１に伝搬させる場合、スルーホールＴＨ２によるシールド効果および電磁波の拡散スペースの縮小効果を大きくすることができ、これによって、例えば、図４の波線で示される電磁波の拡散が効果的に抑制される。したがって、本実施の形態３における第１工夫点によれば、電磁波の拡散による低周波信号の損失を抑制して、低周波信号の信号伝送特性の低下を抑制できる。
【００８８】
続いて、本実施の形態３における第２工夫点は、図１３と図２４とを比較すればわかるように、グランド用表面パターンＧＳＰ１の平面サイズを小さくする点にある。これにより、本実施の形態３によれば、寄生容量の発生を抑制することができる。このことは、寄生容量に起因する特性インピーダンスのずれを低減することができることを意味する。したがって、本実施の形態３における第２工夫点によれば、インピーダンス不整合による低周波信号の損失を抑制して、低周波信号の信号伝送特性の低下を抑制できる。
【００８９】
一方、本実施の形態３における第３工夫点は、薄厚化に起因する不都合が顕在化しない程度に、配線基板を構成するコア層の厚さを薄くする点にあり、この第３工夫点は、低周波信号の信号伝送特性を向上するための第１工夫点や第２工夫点とは異なり、高周波信号の信号伝送特性を向上するための工夫点である。具体的に、第３工夫点の一例として、コア層の厚さを４００μｍから２００μｍ程度に薄くすることを例示することができる。これにより、コア層の厚さが薄くなった分だけ、「水平伝送モード」に必要なｚ方向に振動する電場成分を増加させることができるため、高周波信号の信号伝送特性を向上できる。
【００９０】
以上のことから、本実施の形態３においては、上述した第１工夫点と第２工夫点と第３工夫点とを組み合わせることにより、高周波信号に対する信号伝送特性を維持しながら、低周波信号に対する信号伝送特性を向上することができる。
【００９１】
図２５は、本実施の形態３におけるパッケージ構造を採用する場合において、信号の周波数と信号の反射ロス（リターンロス）との関係、および、信号の周波数と挿入ロスとの関係を示すグラフである。図２５において、横軸は、信号に周波数（ＧＨｚ）を示している。一方、縦軸（左側）は、反射ロス（ｄＢ）を示し、縦軸（右側）は、挿入ロス（ｄＢ）を示している。図１８において、ポイントＡで示される信号の周波数が８０ＧＨｚの場合、挿入ロスは、−０．７５５ｄＢとなっており、反射ロスは、−３０ｄＢ以下となっている。また、図２５において、ポイントＢで示される信号の周波数が９０ＧＨｚの場合、挿入ロスは、−０．８３９ｄＢとなっており、反射ロスは、−２０ｄＢ以下となっている。これにより、本実施の形態３によれば、前記実施の形態２と同様に、８０ＧＨｚ以上の信号を伝達させる場合において、挿入ロスを−１ｄＢ以下に抑えることができるとともに、反射ロスを−２０ｄＢ以下に低減できることがわかる。このように、図２５に示す結果から、本実施の形態３によれば、前記実施の形態１と同程度に、高周波信号の信号伝送特性を向上することができることがわかる。
【００９２】
さらに、図１８と図２５とを比較するとわかるように、図１８に示す前記実施の形態２に比べて、概ね６０ＧＨｚ以下の低周波信号の挿入ロスと反射ロスの両方が改善されていることがわかる。このように、本実施の形態３では、上述した第１工夫点と第２工夫点と第３工夫点とを組み合わせることによって、高周波信号に対する信号伝送特性を維持しながら、低周波信号に対する信号伝送特性を向上できることがわかる。
【００９３】
なお、本実施の形態３によれば、図２５に示すように、０Ｈｚ〜１００ＧＨｚという幅広い周波数範囲において良好な信号伝送特性を示している。このため、本実施の形態３における構成は、使用周波数範囲の狭いミリ波帯の無線通信だけでなく、０Ｈｚ付近からの幅広い周波数帯域を使用する超高速デジタル信号伝送への応用にも適している。例えば、図２５では、少なくとも、１００ＧＨｚまでの低損失伝送が保たれていることから、本実施の形態３における構成をデジタル信号伝送に適用した場合、２値変調の場合には２００Ｇｂｐｓの速度で信号伝送が可能であり、４値変調の場合には４００Ｇｂｐｓの速度で信号伝送が可能となると考えられる。
【００９４】
（実施の形態４）
＜平面レイアウト構成＞
図２６は、実装基板に形成された配線パターンと、多層配線層を有する配線基板の各配線層に形成されている導体パターンとを平面的に重ねて示す平面図である。図２６において、配線基板は、コア層と、コア層の表面上に形成された第１ビルドアップ層と、コア層の裏面下に形成された第２ビルドアップ層とを有している。まず、図２６において、配線基板の第１ビルドアップ層の表面には、ｘ方向に延在する信号配線ＳＬ１と、この信号配線ＳＬ１の周囲に配置された大面積のグランドパターンＧＰとが形成されている。そして、図２６に示すように、信号配線ＳＬ１は、配線基板のコア層の表面に形成されたランドＬＮＤ１とビアＶＡ１ａを介して接続されている。また、大面積のグランドパターンＧＰは、配線基板のコア層の表面に形成されたグランド用表面パターンＧＳＰ１と複数のビアＶＡ１ｂを介して接続されている。
【００９５】
次に、図２７は、第１ビルドアップ層の表面に形成されている信号配線ＳＬ１およびグランドパターンＧＰを省略して、コア層の表面を示す図である。図２７において、コア層の表面には、ランドＬＮＤ１と、このランドＬＮＤ１の周囲に配置された大面積のグランド用表面パターンＧＳＰ１とが形成されている。このとき、図２７に示すように、ランドＬＮＤ１は、コア層を貫通するスルーホールＴＨ１と接続されている。また、大面積のグランド用表面パターンＧＳＰ１は、複数のスルーホールＴＨ２と接続されている。
【００９６】
続いて、図２８は、コア層の表面に形成されているランドＬＮＤ１および大面積のグランド用表面パターンＧＳＰ１を省略して、コア層の裏面を示す図である。図２８において、コア層の裏面には、ランドＬＮＤ２と、このランドＬＮＤ２の周囲に配置された大面積のグランド用中間パターンＧＭＰ１とが形成されている。このとき、図２８に示すランドＬＮＤ２は、図２７に示すランドＬＮＤ１とスルーホールＴＨ１によって接続されている。一方、図２８に示すグランド用中間パターンＧＭＰ１は、図２７に示すグランド用表面パターンＧＳＰ１と複数のスルーホールＴＨ２によって接続されている。さらに、図２８に示すランドＬＮＤ２は、裏面端子ＢＴとビアＶＡ２ａを介して接続されている。また、図２８に示すグランド用中間パターンＧＭＰ１は、グランド用裏面パターンＧＢＰ１と複数のビアＶＡ２ｂを介して接続されている。
【００９７】
次に、図２９は、コア層の裏面に形成されているランドＬＮＤ２およびグランド用中間パターンＧＭＰ１を省略して、第２ビルドアップ層の裏面を示す図である。図２９において、第２ビルドアップ層の裏面には、裏面端子ＢＴと、この裏面端子ＢＴの周囲に配置されたグランド用裏面パターンＧＢＰ１とが形成されている。そして、平面視において、裏面端子ＢＴは、部分的にグランド用裏面パターンＧＢＰ１で囲まれている。また、図２９に示す裏面端子ＢＴは、半田ボールＳＢ１と接続されている。同様に、図２９に示すグランド用裏面パターンＧＢＰ１は、複数の半田ボールＳＢ２と接続されている。
【００９８】
このような本実施の形態４における平面レイアウト構成においても、前記実施の形態１における技術的思想を具現化することができる。すなわち、大面積のグランド用表面パターンＧＳＰ１を使用する場合であっても、前記実施の形態１における技術的思想を適用することができる。
【００９９】
（実施の形態５）
本実施の形態５では、近年、開発が盛んであるウェハレベルパッケージ（Wafer level Package）に前記実施の形態１における技術的思想を適用する例について説明する。本実施の形態５における半導体装置では、半導体チップの表面に厚さが数μｍの再配線（Re-distribution wiring）が形成されており、再配線は、半田ボールを介して、実装基板の表面に形成された配線と接続される。
【０１００】
図３０は、半導体チップの表面に形成された再配線と実装基板の表面に形成された配線との接続構造における平面レイアウトを示す模式図である。図３０において、ｘ方向に再配線ＲＤＬが延在しており、ｘ方向に延在する再配線ＲＤＬの端部は、ランドＬＮＤと接続されている。一方、再配線ＲＤＬの周囲には、グランドパターンＧＰが形成されており、このグランドパターンＧＰは、ランドＬＮＤを部分的に囲んでいる。そして、図３０に示すように、ランドＬＮＤは、実装基板の表面に形成された信号配線ＳＬ２と半田ボールＳＢ１を介して接続されている。一方、グランドパターンＧＰは、実装基板の表面に形成されているグランド配線ＧＬ２と複数の半田ボールＳＢ２を介して接続されている。このとき、本実施の形態５においては、図３０に示すように、半導体チップの表面に形成されたグランドパターンＧＰと実装基板の表面に形成された信号配線ＳＬ２とが、平面的に重なる部分を有するように形成されている。したがって、本実施の形態５においても、前記実施の形態１における技術的思想が具現化されている。この結果、本実施の形態５においても、例えば、８０ＧＨｚ以上の高周波信号の信号伝送特性を向上できる。
【０１０１】
図３１は、図３０のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図３１において、半導体チップＣＨＰの表面（下面）に形成された再配線ＲＤＬは、半田ボールＳＢ１を介して、実装基板ＭＢの表面（上面）に形成された信号配線ＳＬ２と接続されていることがわかる。そして、図３１において、半導体チップＣＨＰの表面に形成されたグランドパターンＧＰと実装基板ＭＢの表面に形成された信号配線ＳＬ２とが重なる部分を有することから、半田ボールＳＢ１を伝搬する高周波信号は、「水平伝送モード」で半田ボールＳＢ１を伝搬するように誘導される。この結果、前記実施の形態１における技術的思想が具現化されることになるため、８０ＧＨｚ以上の高周波信号の信号伝送特性を向上できる。
【０１０２】
同様に、図３２は、図３０のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。図３２において、半導体チップＣＨＰの表面（下面）に形成された再配線ＲＤＬは、半田ボールＳＢ１を介して、実装基板ＭＢの表面（上面）に形成された信号配線ＳＬ２と接続されていることがわかる。そして、図３２に示すように、半導体チップＣＨＰの表面に形成されている再配線ＲＤＬから半田ボールＳＢ１（突起電極、外部接続端子）を通って実装基板ＭＢに形成された信号配線ＳＬ２までの伝送路において、高周波信号の進行方向が変化しない（太い矢印参照）。このことは、本実施の形態５においても、半導体チップＣＨＰの表面に形成されている再配線ＲＤＬから半田ボールＳＢ１を通って実装基板ＭＢに形成された信号配線ＳＬ２までの伝送路において、高周波信号の進行方向の屈曲がなくなることを意味する。つまり、本実施の形態５においても、幾何学的には半田ボールＳＢ１が存在しても、電気的な高周波信号の伝搬を考えた場合には、半田ボールＳＢ１が消滅したように見えるのである。すなわち、本実施の形態５においても、電気的な高周波信号の伝搬を考えた場合、半導体チップＣＨＰの表面に形成されている再配線ＲＤＬから半田ボールＳＢ１を通って実装基板ＭＢに形成された信号配線ＳＬ２までの伝送路は、あたかも半導体チップＣＨＰの表面に形成されている再配線ＲＤＬと実装基板ＭＢに形成された信号配線ＳＬ２が連続した一本の配線とみなすことができるのである。この結果、本実施の形態５によれば、半田ボールＳＢ１に起因する高周波信号の信号伝送特性の低下を抑制することができる。言い換えれば、本実施の形態５によれば、高周波信号の伝送路に半田ボールＳＢ１が存在しても、半田ボールＳＢ１に起因する悪影響を受けにくくなる結果、高周波信号の信号伝送特性を向上することができるのである。
【０１０３】
図３３は、前記実施の形態１における技術的思想を適用しない一般的なウェハレベルパッケージ構造における信号伝送特性を示すグラフである。図３３において、横軸は、周波数（ＧＨｚ）を示している。一方、縦軸（左側）は、反射ロス（ｄＢ）を示しており、縦軸（右側）は、挿入ロス（ｄＢ）を示している。図３３において、ポイントＡで示される信号の周波数が８０ＧＨｚの場合、挿入ロスは、−０．６７９ｄＢとなっており、反射ロスは、−１０ｄＢ以下となっている。また、図３３において、ポイントＢで示される信号の周波数が９０ＧＨｚの場合、挿入ロスは、−１．０８１ｄＢとなっており、反射ロスは、−１０ｄＢ以下となっている。
【０１０４】
これに対し、図３４は、前記実施の形態１における技術的思想を適用したウェハレベルパッケージ構造（本実施の形態５）における信号伝送特性を示すグラフである。図３４において、横軸は、周波数（ＧＨｚ）を示している。一方、縦軸（左側）は、反射ロス（ｄＢ）を示しており、縦軸（右側）は、挿入ロス（ｄＢ）を示している。図３４において、ポイントＡで示される信号の周波数が８０ＧＨｚの場合、挿入ロスは、−０．４７２ｄＢとなっており、反射ロスは、−２０ｄＢ程度となっている。また、図３４において、ポイントＢで示される信号の周波数が９０ＧＨｚの場合、挿入ロスは、−０．５６８ｄＢとなっており、反射ロスは、−２０ｄＢ程度となっている。
【０１０５】
以上のことから、図３３に示す関連技術におけるウェハレベルパッケージ構造と、図３４に示す本実施の形態５におけるウェハレベルパッケージ構造とを比較すると、８０ＧＨｚ以上の高周波信号において、本実施の形態５のほうが関連技術に比べて、挿入ロスおよび反射ロスが低減できていることがわかる。したがって、本実施の形態５におけるウェハレベルパッケージ構造においても、前記実施の形態１における技術的思想を適用することにより、高周波信号の信号伝送特性を向上できることがわかる。
【０１０６】
以上、本発明者によってなされた発明をその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言うまでもない。
【０１０７】
前記実施の形態は、以下の形態を含む。
【０１０８】
（付記１）
半導体チップと、
前記半導体チップと接続され、かつ、実装基板と接続可能な配線基板と、
を備え、
前記配線基板は、
第１方向に延在する第１配線を含む第１配線構造と、
前記第１配線と接続され、かつ、前記第１方向と直交する第２方向に延在する貫通ビアを含むビア構造と、
を有し、
前記実装基板は、前記第１方向に延在し、かつ、前記貫通ビアと電気的に接続される第２配線を含む第２配線構造を有する、半導体装置であって、
前記第１配線構造と前記ビア構造と前記第２配線構造とにわたって伝搬される第１周波数の第１信号の前記ビア構造における進行方向は、前記第１方向である、半導体装置。
【０１０９】
（付記２）
付記１に記載の半導体装置において、
前記第１配線構造と前記ビア構造と前記第２配線構造とにわたって伝搬される第２信号であって、前記第１周波数よりも小さい第２周波数の前記第２信号の前記ビア構造における進行方向は、前記第２方向である、半導体装置。
【０１１０】
（付記３）
付記１に記載の半導体装置において、
前記第１周波数は、８０ＧＨｚ以上である、半導体装置。
【０１１１】
（付記４）
主面に第１方向に延在する第１配線を含む第１配線構造が形成され、かつ、前記第１配線と接続する突起電極であって前記第１方向とは直交する第２方向に突出する前記突起電極を有し、かつ、実装基板と接続される半導体チップを備え、
前記実装基板は、前記第１方向に延在し、かつ、前記突起電極と接続される第２配線を含む第２配線構造を有する、半導体装置であって、
前記第１配線構造と前記突起電極と前記第２配線構造とにわたって伝搬される第１周波数の第１信号の前記突起電極おける進行方向は、前記第１方向である、半導体装置。
【０１１２】
（付記５）
付記４に記載の半導体装置において、
前記第１配線構造と前記突起電極と前記第２配線構造とにわたって伝搬される第２信号であって、前記第１周波数よりも小さい第２周波数の前記第２信号の前記突起電極における進行方向は、前記第２方向である、半導体装置。
【０１１３】
（付記６）
付記４に記載の半導体装置において、
前記第１周波数は、８０ＧＨｚ以上である、半導体装置。
【符号の説明】
【０１１４】
ＢＬ１  ビルドアップ層
ＢＬ２  ビルドアップ層
ＢＴ  裏面端子
ＣＨＰ  半導体チップ
ＣＬ  コア層
ＧＢＰ１  グランド用裏面パターン
ＧＬ  グランド配線
ＧＬ１  グランド配線
ＧＬ２  グランド配線
ＧＳＰ１  グランド用表面パターン
ＬＮＤ１  ランド
ＬＮＤ２  ランド
ＳＢ１  半田ボール
ＳＢ２  半田ボール
ＳＬ１  信号配線
ＳＬ２  信号配線
ＴＨ１  スルーホール
ＴＨ２  スルーホール
ＶＳ１  ビア構造
ＶＳ２  ビア構造
ＷＢ  配線基板
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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