(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１層の内部ストリップラインを有するプリント基板と、該プリント基板上に搭載され前記内部ストリップラインを介して相互に接続された少なくとも２つの半導体チップ又はパッケージとを備える半導体装置において、
前記半導体チップ又はパッケージの間を接続するチップ型ストリップラインを前記多層プリント基板上に搭載したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記チップ型ストリップラインは、前記内部ストリップラインと異なる特性インピーダンスを有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記プリント基板の表層に表層ストリップラインを更に形成した、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記チップ型ストリップラインと前記表層ストリップラインとが交差する、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記チップ型ストリップラインを複数備え、該複数のチップ型ストリップラインの特性インピーダンスが相互に異なる、請求項１〜４の何れかに記載の半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の半導体装置を設計する方法であって、
前記チップ型ストリップラインに、容量性成分及び誘導性成分の少なくとも一方を持たせることを特徴とする半導体装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及び半導体装置の設計方法に関し、特に、多層配線プリント基板の高周波線路をチップ型線路とした半導体装置及び半導体装置の設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、無線通信やLAN等で用いられる高周波（ＲＦ）回路の高周波線路は、マイクロストリップライン、又はストリップライン（以下マイクロストリップライン及びストリップラインを単にストリップラインと呼ぶ）として構成され、プリント基板上に配線される。ストリップラインは、接地電極に接続された接地面と、これに対向する信号線とで構成され、信号線の幅及び長さ、或いは、信号線と接地面との間の誘電体層の比誘電率や離隔距離などを調節することで、所望の特性インピーダンス（一般に５０Ω）に調整される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高周波線路は、インピーダンス整合が正しく取られていないと、整合がとられていない箇所で信号の反射などが生じ、信号の伝播特性が悪化することがよく知られている。プリント基板上に形成されたストリップラインの特性インピーダンスが、所望のインピーダンスに整合しないときには、形成された信号線をレーザなどで削る、或いは、プリント基板を再設計することで、特性インピーダンスの調整をする必要があった。
【０００４】
高周波線路は、プリント基板上に形成するのに代えて、同軸線路を用いて構成することもできる。この場合には、同軸線路の特性インピーダンスを調整することで、インピーダンス整合が可能になる。しかし、同軸線路を使用する場合には、プリント基板にコネクタ端子を実装し、それに同軸線路を接続する必要があるため、組立工数が増し、製作コストが高くなる。また、装置の小型化のために細い同軸線路を使用すると、同軸線路の断線等が発生し、高周波線路の信頼性が低下する。
【０００５】
上記問題点を解消する技術として、実開平５−６９１１及び実開平５−８００１０には、高周波線路を、プリント基板上に配置される配線に代えて、チップ型の部品として構成されるチップ型ストリップラインに配線する技術が記載されている。この技術では、複数の特性インピーダンスを有するチップ型ストリップラインを用意し、これらを基板上に取り替えて搭載することで、インピーダンス整合が容易になる。また、チップ部品の内部に信号線が形成されるため、断線する可能性が低く、信頼性が高い高周波線路となる。
【０００６】
ここで、プリント基板内を複数の層に分け、各層に配線を施すものとして、多層プリント基板がある。多層プリント基板は、複数の配線を相互に絶縁された各層に施すため、半導体装置の集積度を上げ、装置を小型化することができる。しかし、多層プリント基板では、ストリップラインを内層に施す場合には、一般に、プリント基板の製作後は、ストリップラインのインピーダンスを調整することはできないという問題がある。
【０００７】
また、ストリップ線路を構成する配線は、接地面を形成するのに１層以上、信号線を形成するのに１層が必要となり、最低でも計２層以上の配線層を使用する必要がある。更に、プリント基板の層間隔が狭い場合には、接地面と信号線との距離を確保して特性インピーダンスを得るために、接地面と信号線との間に配線を施さない層が１層以上必要となる場合があり、１本の高周波線路が、計３〜４層以上の配線層を占有するという問題がある。このことは、装置の小型化、集積化の妨げになっていた。多層プリント基板において、高周波線路のインピーダンス整合が容易で、かつ、配線層を効率よく使用できるストリップラインは従来知られていなかった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解消し、多層プリント基板の製作後に高周波線路のインピーダンス整合が簡易に行え、かつ、多層プリント基板の配線層を効率よく使用することができる半導体装置及び半導体装置の設計方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、少なくとも１層の内部ストリップラインを有するプリント基板と、該プリント基板上に搭載され前記内部ストリップラインを介して相互に接続された少なくとも２つの半導体チップとを備える半導体装置において、前記半導体チップの間を接続するチップ型ストリップラインを前記多層プリント基板上に搭載したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体装置では、多層プリント配線基板の複数の配線層を占有していた高周波線路の一部をチップ型部品として構成するため、多層プリント基板の内部配線層の配線の自由度が増す。内部配線層に配置する高周波線路は、最低でも２層の配線層を占有したが、この配線層を低周波配線などで使用することができるようになる。また、高周波線路をチップ部品とすることで、ＩＣチップなどと同様に、自動実装が可能であり、製造工程の増大を招かない。
【００１１】
本発明の半導体装置の設計方法は、上記本発明の半導体装置を設計する方法であって、前記チップ型ストリップラインに、容量性成分及び誘導性成分の少なくとも一方を持たせることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体装置の設計方法では、高周波線路をチップ型の部品にするとことで、インピーダンスの設計が容易となる。チップ型ストリップラインに所望の容量成性分及び誘導性成分を持たせることで、多層プリント基板の浮遊容量成分や誘導成分を相殺することができる。
【００１３】
本発明の半導体装置では、前記チップ型ストリップラインは、前記内部ストリップラインと異なる特性インピーダンスを有することが好ましい。この場合、内部ストリップラインではインピーダンス整合が取れない場合には、チップ型ストリップラインを使用し、インピーダンス整合をとることができる。
【００１４】
また、本発明の半導体装置は、前記プリント基板の表層に表層ストリップラインを更に形成することが好ましい。チップ型ストリップラインは、接地面によりシールドされているため、その直下に表層ストリップラインを形成しても、信号の干渉が起り難い。
【００１５】
本発明の半導体装置は、前記チップ型ストリップラインと前記表層ストリップラインとが交差することが好ましい。この場合、配線が交差する部分に同軸配線等を用いて交差させる必要がなく、高周波配線の信頼性が高まる。
【００１６】
本発明の半導体装置は、前記チップ型ストリップラインを複数備え、該複数のチップ型ストリップラインの特性インピーダンスが相互に異なることが好ましい。
チップ型ストリップラインは、信号線の幅などのパラメータにより特性インピーダンスが決定する。複数の特性インピーダンスを有するチップ型ストリップラインを用意し、これを取り替えて実装することで、インピーダンス整合が容易となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態例の多層プリント基板を用いた半導体装置を平面模式図として示している。また、図２は、図１のII−II断面を示している。半導体装置は、多層プリント基板１００上に、ＩＣチップ１０３、１０４が搭載され、ＩＣチップ１０３、１０４は、プリント基板の表面、内層、又は、チップ型ストリップライン１０２によって接続されている。
【００１８】
多層プリント基板１００の表層には、部品搭載用のランドパターン１０５、表層低周波信号線１０８、及び、表層ストリップラインの信号線１０６が形成される。ランドパターン１０５には、ＩＣチップ１０３と、ＩＣチップ１０４と、チップ型ストリップライン１０２とが搭載される。表層ストリップラインの信号線１０６、及び、表層低周波信号線１０８は、図１に示すように、チップ型ストリップライン１０２と交差する。
【００１９】
多層プリント基板内の配線層は、上面から順次に数えて、ｉ番目の配線層を第ｉ配線層と呼ぶと、第１配線層は、表層ストリップラインの信号線１０６と対向する位置に、接地面（ＧＮＤ面）１１０が配置される。第３配線層は、ＩＣチップ１０３の端子から、コンタクタを介してＩＣチップ１０４に接続される内層ストリップラインの信号線１０７が配置される。第２及び第４配線層は、内層ストリップラインの信号線１０７に対向する位置にＧＮＤ面１１２が配置される。ここで、表層に形成されるマイクロストリップライン、及び、内層に形成されるストリップラインは、多層プリント基板で用いられる一般的な高周波伝送手段である。
【００２０】
チップ型ストリップライン１０２は、信号線１１３と、ＧＮＤ面１１５とが誘電体を介して対向するストリップライン構造を有し、チップ部品として構成される。チップ型ストリップライン１０２は、多層プリント基板１００に、多層プリント基板上に実装される他の部品と同様に、ランドパターン１０５に半田付され、電気的に接続される。例えば、高周波信号源として構成されるＩＣ１０３から出力した高周波信号は、表層ストリップラインの信号線１０６、内層ストリップラインの信号線１０７、及び、チップ型ストリップライン１０２の信号線１１３を介して負荷側のＩＣ１０４に入力される。
【００２１】
本実施形態例では、表層ストリップライン、内層ストリップラインに加えて、高周波信号の伝送手段としてストリップ線路を内蔵したチップ型ストリップライン１０２を使用している。チップ型ストリップライン１０２のインピーダンスは、ストリップ線路を構成する信号線１１３の幅、誘電体の比誘電率、信号線１１３とＧＮＤ面１１５との離隔距離などによって定まる。これらのパラメータが異なるチップ型ストリップライン１０２を複数用意し、特性インピーダンスが異なるチップ型ストリップライン１０２の中から良好な特性が取れるものを選択して多層プリント基板上に実装することで、インピーダンス調整が簡易に行える。このため、プリント基板製作後にインピーダンス整合が取れない場合であっても、多層プリント基板を再設計することなく、インピーダンス調整をすることができ、信号の反射ロス等を低減することがきる。
【００２２】
本実施形態例のように、高周波線路をチップ部品として構成すれば、高周波線路が占有していた多層プリント基板の複数の配線層が、別の配線に使えることになる。配線層をこのように有効に使用することで、プリント基板の集積化、小型化が可能となる。また、２本の高周波線路を、互いの信号が干渉することなく交差させるためには、従来の多層プリント基板の配線では、最低でも５層（表層マイクロストリップラインに２層＋内層ストリップラインに３層）の配線層を占有する必要があったが、本実施形態例ではチップ型ストリップラインと表層ストリップラインとを交差させるため、高周波線路が占有する配線層は２層となる。チップ型ストリップラインは、接地面によりシールドされているため、表層配線の信号との干渉を考慮することなく高周波回路の設計をすることが可能である。このことからも、多層プリント基板の配線の自由度が上がり、多層プリント基板の小型化、集積化が可能となる。
【００２３】
チップ型の部品は、ＩＣチップ等の他の部品と同様に自動搭載することが可能である。このため、高周波線路として同軸線路を用いた場合に比較して比べて、製作工程が簡易になる。また、断線等による不具合が発生する可能性が低くなり、高周波線路の信頼性が増す。ストリップラインを多層プリント基板上に構成する場合には、プリント基板上のストリップ線路の線幅、誘電体厚などを、多層プリント基板の設計ごとに管理する必要があったが、ストリップラインをチップ型の部品とすることで、特性インピーダンスの管理が容易となり、信頼性が高い高周波線路を形成することができる。
【００２４】
なお、上記実施形態例では、チップ型ストリップラインの信号線路が１本の場合で説明したが、信号線が２本以上となる高周波線路の場合も同様の効果が得られる。また、チップ型ストリップラインの特性インピーダンスは、純抵抗成分のみをもつことを想定して説明したが、チップ内に容量性成分、誘導性成分を意図的に含ませることにより、多層プリント基板のもつ浮遊容量成分や誘導成分を相殺するインピーダンス整合が可能となり、従来使用していたインピーダンス調整用のチップコンデンサやチップインダクタンスなどの部品を減らすことが可能となる。また、チップ型ストリップラインを用いて構成される高周波線路は、ＩＣチップやパッケージに限定されず、多層プリント基板に配置される何れかの高周波線路の一部をチップ型ストリップラインとして構成すればよい。
【００２５】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、半導体装置及び半導体装置の設計方法は、上記実施形態例にのみ限定されるものでなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した半導体装置及び半導体装置の設計方法も、本発明の範囲に含まれる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置及び半導体装置の設計方法は、多層配線のプリント基板において、高周波線路をチップ型の部品として構成する。このため、予め特性インピーダンスが異なるチップ型ストリップラインを複数用意し、これらのなかから、所望のインピーダンス特性を有するチップ型ストリップラインを選択して実装することで、インピーダンス整合が簡易に行うことができ、多層プリント基板の再設計による時間とコストを削減することができる。また、高周波線路を多層プリント基板からチップ型の部品へ移すことで、多層プリント基板内で複数の配線層を占有する高周波線路として使用されていたスペースを、他の信号線や電源線で使用できるようになる。このため、配線層の配線効率が向上し、多層プリント基板を実装する半導体装置の小型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例のチップ型高周波線を用いた多層プリント配線基板を上面から見た模式図。
【図２】図１のII−II断面図。
【符号の説明】
１００：多層プリント基板
１０２；チップ型ストリップライン
１０３、１０４：ＩＣチップ
１０５：部品搭載用ランドパターン
１０６：表層マイクロストリップラインの信号線
１０７：内層ストリップラインの信号線
１０８：低周波信号線路
１１０、１１２、１１５：ＧＮＤ面
１１３：信号線
【図１】
0004026052.tif 000002
【図２】
0004026052.tif 000003