特許 6969931 回路基板評価用パッケージ、および回路基板評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6969931

(24)【登録日】2021年11月1日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】回路基板評価用パッケージ、および回路基板評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/28 20060101AFI20211111BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/28 S

   G01R31/28 P

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-162216(P2017-162216)

(22)【出願日】2017年8月25日

(65)【公開番号】特開2019-39816(P2019-39816A)

(43)【公開日】2019年3月14日

【審査請求日】2020年7月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000227205

【氏名又は名称】ＮＥＣプラットフォームズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100124154

【弁理士】

【氏名又は名称】下坂 直樹

(72)【発明者】

【氏名】林 朋広

【審査官】 田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−３３２７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０５１０２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０４３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２８５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５０２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１８６０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０８５４７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３１／２８、

３１／３０２、

３１／３１６、

３１／３１７、

３１／３１８３、

３１／３１８５、

３１／３１９、

３１／３０、

３１／００、

３１／２４−３１／２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回路基板に搭載する集積回路のパッケージの接続ピンと同一に配置される複数の接続ピンを備える回路基板評価用パッケージは、
前記集積回路の電源ピンと同じ配置の少なくとも１つの電源供給ピンと前記集積回路の接地ピンと同じ配置の少なくとも１つの接地ピンとの間に接続される電流発生源と、
前記電流発生源に接続されて、前記電流発生源が出力する交流の負荷電流の周波数と、前記電流発生源の電流変動量とを制御する信号が入力される制御信号入力端子と、
前記電源供給ピンと前記接地ピンに接続され、前記制御する信号によって制御された前記交流の負荷電流を出力する電源測定用端子とを備えることを特徴とする回路基板評価用パッケージ。

【請求項2】

前記電源供給ピンは複数であって、それぞれの前記電源供給ピンと前記接地ピンとの間には異なる前記電流発生源が接続され、前記制御信号入力端子は前記異なる前記電流発生源のそれぞれに１つずつ接続されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板評価用パッケージ。

【請求項3】

前記回路基板の電源は通電状態とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路基板評価用パッケージ。

【請求項4】

回路基板に搭載する集積回路のパッケージの接続ピンと同一に配置される複数の接続ピンを備える回路基板評価用パッケージを用いる回路基板評価方法において、
前記回路基板評価用パッケージの制御信号入力端子に印加される制御信号により、前記集積回路の電源ピンと同じ配置の少なくとも１つの電源供給ピンと前記集積回路の接地ピンと同じ配置の少なくとも１つの接地ピンとの間に接続される、前記回路基板評価用パッケージにおける電流発生源が出力する交流の負荷電流の周波数と、前記電流発生源の電流変動量とを制御して、
外部測定器が、更に前記電源供給ピンと前記接地ピンの間の電圧変動量を測定することを特徴とする回路基板評価方法。

【請求項5】

前記電源供給ピンは複数であって、それぞれの前記電源供給ピンと前記接地ピンとの間に接続される異なる前記電流発生源の電流をそれぞれ別に制御することを特徴とする請求項４に記載の回路基板評価方法。

【請求項6】

前記回路基板の電源は通電状態とすることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の回路基板評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回路基板評価用パッケージ、および回路基板評価方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

LSI（large-scale integrated circuit：大規模集積回路）を搭載する印刷回路基板において、電源変動（電源ノイズ）が大きい場合に、印刷回路基板上で電源ノイズ波形を測定して、キャパシタ（capacitor）等の部品を追加して対処することが一般的である。

【0003】

この様な電源ノイズ対策には、電源線路の特性インピーダンスの周波数特性の把握が有効である。

【0004】

電源線路の特性インピーダンスの周波数特性において、インピーダンスのピークが存在すると、インピーダンスのピークを生じる周波数で、電源ノイズが大きくなる。そこで、インピーダンスのピークの周波数を含む周波数帯域でノイズを低減する容量のキャパシタを選択することが可能となる。

【0005】

また、ピーク周波数近傍のインピーダンス特性に基づいて、ノイズ対策用のキャパシタの配置場所を決定することも行われる。

【0006】

特許文献１には、回路基板の線路の特性インピーダンス測定装置が提示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００２−１４８２９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、特許文献１による方法では、特性インピーダンスを測定することは可能であるが、LSIが発生するノイズがLSIの電源から回路基板の電源線に混入した状態を想定した測定は困難であった。

【0009】

本発明の目的は、上述した課題を鑑み、LSIの電源が発生するノイズが回路基板の電源線に混入した状態を模擬した電源線の特性を測定可能とする回路基板評価用パッケージ、および回路基板評価方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するために、本発明の回路基板評価用パッケージは、集積回路のパッケージの接続ピンと同一に配置される複数の接続ピンを備える回路基板評価用パッケージであって、前記集積回路の電源ピンと同じ配置の少なくとも１つの電源供給ピンと前記集積回路の接地ピンと同じ配置の少なくとも１つの接地ピンとの間に接続される電流発生源と、前記電流発生源に接続されて前記電流発生源の電流を制御する信号が入力される制御信号入力端子と、前記電源供給ピンと前記接地ピンの間に接続される電源測定用端子とを備える。

【0011】

上記の目的を達成するために、本発明の回路基板評価方法は、回路基板に搭載する集積回路のパッケージの接続ピンと同一に配置される複数の接続ピンを備える回路基板評価用パッケージを用いる回路基板評価方法であって、前記集積回路の電源ピンと同じ配置の少なくとも１つの電源供給ピンと前記集積回路の接地ピンと同じ配置の少なくとも１つの接地ピンとの間に接続される電流発生源の電流を制御して、更に前記電源供給ピンと前記接地ピンの間の電圧を測定する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、回路基板評価用パッケージ、および回路基板評価方法は、LSIの電源が発生するノイズが回路基板の電源線に混入した状態を模擬した電源線の特性を測定可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態の構成例を示す図である。

【図2】第２の実施形態の回路基板評価用パッケージの使用例を示す図である。

【図3】第２の実施形態の構成例を示す図である。

【図4】第２の実施形態の構成例を示す図である。

【図5】第２の実施形態の構成例を示す図である。

【図6】第３の実施形態の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［第１の実施形態］
次に、本発明の実施の形態について図１を参照して詳細に説明する。

【0015】

本実施形態の回路基板評価用パッケージ１０は、回路基板に搭載する集積回路のパッケージの接続ピンと同一に配置される複数の接続ピン２０を備える。回路基板評価用パッケージ１０は、前記集積回路の電源ピンと同じ配置の少なくとも１つの電源供給ピン２１と前記集積回路の接地ピンと同じ配置の少なくとも１つの接地ピン２２との間に接続される電流発生源１１を備える。更に、回路基板評価用パッケージ１０は、前記電流発生源１１に接続されて前記電流発生源１１の電流を制御する信号が入力される制御信号入力端子１２を備える。また、回路基板評価用パッケージ１０は、前記電源供給ピン２１と前記接地ピン２２の間に接続される電源測定用端子１３とを備える。

【0016】

回路基板に搭載される集積回路のパッケージを、上記の回路基板評価用パッケージ１０に乗せかえて、電流発生源１１が測定に必要な信号を電源供給ピン２１に対して出力することを指示する信号を、外部機器から制御信号入力端子に入力する。そして、電源測定用端子１３に現れる信号を外部の測定機によって測定する。

【0017】

この様にすることで、本実施形態の回路基板評価用パッケージ１０は、集積回路が発生するノイズが回路基板の電源線に混入した状態を模擬した電源線の特性を測定可能とする。
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について図２乃至図５を参照して説明する。
［構成の説明］
はじめに、図２を参照して本実施形態の回路基板評価用パッケージの使用方法について説明する。

【0018】

図２は、例えばコンピュータ（computer）などのマザーボード（mother board）１３０を示している。

【0019】

マザーボード１３０には、電源コネクタ１３１、CPU（Central Processing Unit）の周辺チップセット１３２、メモリスロット１３３、拡張スロット１３４などが搭載されている。

【0020】

更に、マザーボード１３０には、LSIによるCPU（Central Processing Unit）が搭載されている。CPUは、マザーボードの上のLSIソケットにはめ込んで、接続ピンを介して電気的接続を行う場合が多い。

【0021】

本実施形態の回路基板評価用パッケージ１００は、CPUに代えてLSIソケットにはめ込んで使用する。

【0022】

図２は、CPUに代えて回路基板評価用パッケージ１００を装着した様子を示している。

【0023】

尚、換装はしにくくなるが、回路基板評価用パッケージ１００とマザーボード１３０を半田溶融で電気的接続をしても良い。

【0024】

図３に第２の実施形態の構成を示す。

【0025】

本実施形態の回路基板評価用パッケージ１００は、基板１０１、複数の接続ピン１２０、電源供給ピン１２１、接地ピン１２２、電流発生器１１０、制御信号入力端子１１２、および電源測定用端子１１３を備える。

【0026】

基板１０１は、本来実装されるLSI（以下、LSI）のパッケージの底面と同じ大きさのプリント基板などであって、回路基板評価用パッケージ１００の各構成部品を取り付けて、電気配線を行う基台である。

【0027】

接続ピン１２０は、LSIのパッケージの底面におけるピンの配置と、同じ位置に基板１０１の底面に配置される。

【0028】

電源供給ピン１２１は、接続ピン１２０のうち、LSIの電源ピンの位置に配置されているピンである。

【0029】

接地ピン１２２は、接続ピン１２０のうち、LSIの接地ピンの位置に配置されているピンである。

【0030】

ここで、基板１０１、接続ピン１２０の関係を説明する。

【0031】

図４は、基板１０１の断面の説明図である。

【0032】

基板１０１は、多層基板であり、内層に電源電力が印加される電源層と、接地電位の接地層を有する。

【0033】

接続ピン１２０のうち、電源供給ピン１２１は、内層で電源層にのみ接続されて接地層には接続されない。また、接地ピン１２２は、内層で接地層にのみ接続されて電源層には接続されない。

【0034】

他の接続ピン１２０は、電源層にも接地層にも接続されない。ただし、他の接続ピン１２０は、測定の目的によっては接地層に接続する場合もある。

【0035】

図３の電流発生器１１０は、電流発生源を有する電源回路であり、電流発生源は、制御信号が加えられることで、電流の振幅や周波数を変化して出力可能である。

【0036】

制御信号入力端子１１２は、電流発生器の電流発生源に対して加える制御信号が、外部から入力される端子である。

【0037】

電源測定用端子１１３は２端子であり、外部の測定器に電源信号を出力可能な端子であって、片方の端子は電源供給ピン１２１に接続され、もう片方の端子は接地ピンに接続されている。

【0038】

図５は、回路基板評価用パッケージ１００の各部品の接続の様子を説明する図である。

【0039】

電流発生器１１０は、内部に電流発生源１１１を有する。電流発生源１１１の出力は、基板１０１の電源層と接地層に接続されている。

【0040】

電流発生源１１１は、制御信号入力端子１１２に外部から加えられた制御信号に基づいて、出力する電力の周波数や振幅を変化する。

【0041】

本実施形態の回路基板評価用パッケージ１００は、電源供給ピン１２１と接地ピン１２２は、基板１０１の内層に接続される構造としている。これは、LSIの基板構造が電源層や接地層を有しており、回路基板評価用パッケージ１００でもLSIの構造を模擬するために、この様に内層を使用する構成としている。

【0042】

しかし、図１の様に電流発生源１１１、電源供給ピン１２１、接地ピン１２２、および電源測定用端子１１３を、内層を介さずに配線パターンや電線で接続してもよい。
［動作の説明］
次に、図２を参照して、回路基板評価用パッケージ１００の動作を説明する。

【0043】

マザーボードのLSIソケットに回路基板評価用パッケージ１００を装着し、マザーボードの電源を投入する。ここで、マザーボードの電源は直流を想定している。

【0044】

次に、電流発生器１１０が、電流変動量はΔI、周波数はｆで変動する交流の負荷電流を出力する様に、制御信号入力端子１１２に外部から制御信号を加える。

【0045】

そして、電源測定用端子１１３に出力される、周波数ｆで変動する電圧変動量ΔＶを、電源測定用端子１１３に接続した外部測定器にて測定する。

【0046】

この時、周波数ｆにおけるマザーボードの電源系のインピーダンスＺは、Ｚ＝ΔＶ／ΔＩで求めることが出来る。

【0047】

電流発生器１１０が発生する交流の電流変動量ΔIは一定として、周波数ｆを変化して電圧変動量ΔＶを測定し、各周波数のインピーダンスＺをグラフに表すことで、インピーダンスの周波数特性を得られる。

【0048】

このインピーダンスの周波数特性のグラフで、特定の周波数にインピーダンスのピークが存在する場合、この特定の周波数（ピーク周波数）で電源ノイズが大きくなる。そこで、ピーク周波数を含む周波数帯域で共振特性を有するキャパシタを選択することで、電源ノイズの対策が可能となる。

【0049】

更に、この様に選択したキャパシタをマザーボードに配置する場所は、ピーク周波数近傍のインピーダンス特性から判断することが一般的に可能である。

【0050】

以上説明した様に、本実施形態の回路基板評価用パッケージ１００は、LSIの電源ピンから観測したマザーボードの電源系のインピーダンスが測定可能となる。

【0051】

即ち、本実施形態の回路基板評価用パッケージ１００によって、LSIが発生するノイズがLSIの電源ピンを介して回路基板の電源線に混入した状態を模擬した電源線の特性が、測定可能となる。
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について図６を参照して説明する。
［構成の説明］
図６に、本実施形態の回路基板評価用パッケージ２００の断面の説明図を示す。

【0052】

本実施形態の回路基板評価用パッケージ２００は、回路基板評価用パッケージ２００と換装するLSIが、２系統の電源系を有している場合に対応するものである。

【0053】

本実施形態の基板２０１では、第１の実施形態の基板１０１では１層だった電源層が、電源層１と電源層２の２層になっている。

【0054】

電源供給ピン１２１は電源層１に接続され、電源供給ピン１２３は電源層２に接続されている。電源供給ピン１２１と１２３は、LSIの底面の電源ピンの配置と同じ位置に配置される。

【0055】

電流発生器２１０は、電流発生源１１１と電流発生源２１１を有し、電流発生源１１１は電源層１と接地層に接続され、電流発生源２１１は電源層２と接地層に接続される。

【0056】

そして、電流発生源１１１は制御信号入力端子１１２に接続され、電流発生源２１１は制御信号入力端子２１２に接続される。

【0057】

また、電源測定用端子１１３は、電源供給ピン１２１と接地ピン１２２に接続され、電源測定用端子２１３は、電源供給ピン１２３と接地ピン１２２に接続される。

【0058】

上記の各構成要素の機能は、第２の実施形態の回路基板評価用パッケージ１００の各構成要素の機能と同様であるため、詳しい説明は省略する。
［動作の説明］
次に、本実施形態の回路基板評価用パッケージ２００の動作について、図６を参照して説明する。

【0059】

第２の実施形態と同様に、マザーボードのLSIソケットに回路基板評価用パッケージ２００を装着し、マザーボードの電源を投入する。

【0060】

次に、電流発生源１１１が、電流変動量はΔI、周波数はｆで変動する交流の負荷電流を出力する様に、制御信号入力端子１１２に制御信号を加える。

【0061】

そして、電源測定用端子２１３に出力され、周波数ｆで変動する電圧変動量ΔＶを、電源測定用端子２１３に接続した外部測定器にて測定する。

【0062】

この時、周波数ｆにおけるマザーボードの電源供給ピン１２１から電源供給ピン１２３への電源系の伝達インピーダンスＺｔは、Ｚｔ＝ΔＶ／ΔＩで求めることが出来る。

【0063】

電流発生源１１１が発生する交流の電流変動量ΔIは一定として、周波数ｆを変化して電圧変動量ΔＶを測定し、各周波数のインピーダンスＺｔをグラフに表すことで、伝達インピーダンスの周波数特性を得られる。

【0064】

第２の実施形態の動作の説明と同様に、伝達インピーダンスのピーク周波数が存在する場合に、マザーボード上にキャパシタを配置することで、複数の電源系に起因するノイズの対策が可能となる。

【0065】

以上説明した様に、本実施形態の回路基板評価用パッケージ２００は、複数の電源系統を有するLSIの電源ピン同士の伝達インピーダンスが測定可能となる。

【0066】

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、次のように拡張または変形できる。

【0067】

LSIの電源系が３系統以上の場合も、第３の実施形態と同様に電源供給ピンを追加して、電流発生源を追加することで、各電源同士の伝達インピーダンス特性を得ることが可能である。

【符号の説明】

【0068】

１０ 回路基板評価用パッケージ
１１ 電流発生源
１２ 制御信号入力端子
１３ 電源測定用端子
２０ 接続ピン
２１ 電源供給ピン
２２ 接地ピン
１００ 回路基板評価用パッケージ
１０１ 基板
１１０ 電流発生器
１１１ 電流発生源
１１２ 制御信号入力端子
１１３ 電源測定用端子
１２０ 接続ピン
１２１ 電源供給ピン
１２２ 接地ピン
１２３ 電源供給ピン
１３０ マザーボード（ｍｏｔｈｅｒ ｂｏａｒｄ）
１３０ マザーボード
１３１ 電源コネクタ
１３２ 周辺チップセット
１３３ メモリスロット
１３４ 拡張スロット
２００ 回路基板評価用パッケージ
２０１ 基板
２１０ 電流発生器
２１１ 電流発生源
２１２ 制御信号入力端子
２１３ 電源測定用端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】