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(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】
(24)【登録日】2022-03-08
(45)【発行日】2022-03-16
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 23/12 20060101AFI20220309BHJP
H05K 1/02 20060101ALI20220309BHJP
H05K 3/46 20060101ALI20220309BHJP
【ＦＩ】
H01L23/12 301Z
H01L23/12 Q
H05K1/02 N
H05K1/02 P
H05K3/46 Q
H05K3/46 Z
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2017131055
(22)【出願日】2017-07-04
(65)【公開番号】P2019016638
(43)【公開日】2019-01-31
【審査請求日】2020-07-03
(73)【特許権者】
【識別番号】507292184
【氏名又は名称】株式会社アムコー・テクノロジー・ジャパン
(74)【代理人】
【識別番号】110000408
【氏名又は名称】特許業務法人高橋・林アンドパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 實智子
【審査官】綿引 隆
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－０３８９７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２８６４３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１１４２６３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２３／０２ － ２３／５０
Ｈ０５Ｋ １／０２
Ｈ０５Ｋ ３／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の外部端子を含む外部端子群が一方の面に設けられた多層配線基板と、前記多層配線基板の他方の面に設けられた半導体チップと、
前記半導体チップが設けられた領域から前記多層配線基板の外周側に引き出される一対の信号線と、
前記一対の信号線に沿って設けられたグランドパターンと、を含み、
前記一対の信号線の一方は、前記外部端子群の最外周側の外部端子と接続され、前記一対の信号線の他方は、前記最外周側の外部端子の内側の外部端子に接続され、
前記信号線の他方に沿って設けられるグランドパターンは、一部に切り欠き部を有し、
前記多層配線基板の一方の面の最外周側には、前記グランドパターンに電気的に接続する外部端子が含まれないことを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記一対の信号線は、差動伝送信号線であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
複数の外部端子を含む外部端子群が一方の面に設けられた多層配線基板と、前記多層配線基板の他方の面に設けられた半導体チップと、
前記半導体チップが設けられた領域から前記多層配線基板の外周側に引き出される一対の信号線と、
前記一対の信号線に沿って設けられたグランドパターンと、を含み、
前記一対の信号線の一方は、前記外部端子群の最外周側の外部端子と接続され、前記一対の信号線の他方は、前記最外周側の外部端子の内側の外部端子に接続され、
前記信号線の他方の信号線長は、前記信号線の一方の信号線長よりも長く、
前記多層配線基板の一方の面の最外周側には、グランドパターンに電気的に接続する外部端子が含まれないことを特徴とする半導体装置。
【請求項4】
前記一対の信号線は、差動伝送信号線であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【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、特に、半導体チップが実装される多層配線基板の配線構造に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器の小型化及び高集積化を実現するため、ＢＧＡ（Ball grid array）などといった基板の一面に複数の外部接続用端子を有する半導体パッケージが多く用いられている。また、電子機器の高速化を実現するため、半導体装置で使用される信号の高周波化が進んでいる。
【0003】
信号の高周波化により、高周波信号に起因する放射ノイズの発生、信号のクロストーク、信号のスキューなどの問題が引き起こされる。これらの問題を解決するために、ＢＧＡパッケージの最外周の端子を全てグランド端子に割り当て、該グランド端子と配線パターンの周辺に配置されたグランドパターンとをビアを介して接続することによりＢＧＡパッケージをシールドする方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平０８－６４９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、ＢＧＡパッケージの最外周の端子をグランド端子に割り当てて、パッケージをシールドする場合、パッケージの小型化が困難であるという問題ある。また、グランド端子の近傍にスルーホールやビアを形成するため、基板の製造コストが増大するという問題もある。
【0006】
そこで、パッケージを小型化するために、ＢＧＡパッケージの最外周に配置されるグランド端子列を除去することが考えられる。しかしながら、グランド端子は、隣接する信号端子に接続された信号線を伝わる信号のリターンパスとしても機能する。そのため、削減されたグランド端子に隣接する信号端子に接続された信号線が、例えば、差動伝送信号線のように実質的に等長の一対の信号線である場合、グランド端子に隣接する信号端子に接続された一方の信号線を伝わる信号のインピーダンス及び伝播遅延は、削減されたグランド端子側に位置している他方の信号線を伝わる信号のインピーダンス及び伝播遅延よりも小さくなる。そのため、スキューが発生し、信号の伝送特性が劣化するという問題が発生する。
【0007】
具体的には、信号の実効インピーダンスは以下の式によって与えられる。
【数1】
【0008】
以上の式において、Lsignalは信号のインダクタンスであり、Lreturn-pathはリターンパスのインダクタンスであり、Msignal-return-pathは信号とリターンパスとの相互インダクタンスである。
【0009】
通常、相互インダクタンスが大きいため、リターンパスが追加されるほど実効インダクタンスが低下する。容量が小さいため、実効インピーダンスは主にインダクタンスによって左右される。そのため、グランド端子が削減された側に位置する信号端子に接続された信号線を伝わる信号では、グランド端子に隣接している信号端子に接続された信号線を伝わる信号よりもインピーダンスが高くなる。
【0010】
また、伝播遅延は、以下の式によって与えられる。
【数2】
【0011】
したがって、グランド端子に隣接している信号端子に接続された信号線を伝わる信号では、グランド端子が削減された側に位置する信号端子に接続された信号線を伝わる信号よりも、伝播遅延が短くなる。
【0012】
以上に述べたように、グランド端子に隣接している信号端子に接続された信号線を伝わる信号と、グランド端子が削減された側に位置する信号端子に接続された信号線を伝わる信号とでは、インピーダンスと伝播遅延が互いに非対称になってしまう。そのため、信号線が、実質的に等長な差動伝送信号線である場合、差動伝送特性が劣化する懸念がある。
【0013】
本発明は、スキューを改善し、信号の伝送特性を下げることなく、小型化が可能な半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、複数の外部端子を含む外部端子群が一方の面に設けられた多層配線基板と、前記多層配線基板の他方の面に設けられた半導体チップと、前記半導体チップが設けられた領域から前記多層配線基板の外周側に引き出される一対の信号線と、前記一対の信号線に沿って設けられたグランドパターンと、を含み、前記一対の信号線の一方は、前記外部端子群の最外周の外部端子と接続され、前記一対の信号線の他方は、前記最外周の外部端子の内側の外部端子に接続され、前記信号線の他方に沿って設けられるグランドパターンは、一部に切り欠き部を有すること、を特徴とする。
【0015】
本発明の一実施形態によると、前記一対の信号線は差動伝送信号線であってもよい。
【0016】
本発明の一実施形態によると、前記多層配線基板の一方の面の最外周側には、前記グランドパターンに電気的に接続する外部端子が含まれなくてもよい。
【0017】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、複数の外部端子を含む外部端子群が一方の面に設けられた多層配線基板と、前記多層配線基板の他方の面に設けられた半導体チップと、前記半導体チップが設けられた領域から前記多層配線基板の外周側に引き出される一対の信号線と、前記一対の信号線に沿って設けられたグランドパターンと、を含み、前記一対の信号線の一方は、前記外部端子群の最外周の外部端子と接続され、前記一対の信号線の他方は、前記最外周の外部端子の内側の外部端子に接続され、前記信号線の他方の信号線長は、前記信号線の一方の信号線長よりも長いこと、を特徴とする。
【0018】
本発明の一実施形態によると、前記一対の信号線は差動伝送信号線であってもよい。
【0019】
本発明の一実施形態によると、前記多層配線基板の一方の面の最外周側には、前記グランドパターンに電気的に接続する外部端子が含まれなくてもよい。
【発明の効果】
【0020】
本発明によると、スキューを改善し、信号の伝送特性を下げることなく、小型化が可能な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1A】本発明の実施形態１に係る半導体装置の上面図である。
【図4A】本発明の半導体装置１００の多層配線基板における第１の配線層及び第２の配線層のレイアウトの一例を示す平面図である。
【図5】本発明の半導体装置１００の多層配線基板の一方の面を示す部分拡大図である。
【図6A】本発明の半導体装置２００の多層配線基板における第１の配線層及び第２の配線層のレイアウトの一例を示す平面図である。
【図6C】信号線のパターンのレイアウトを説明するための概念図である。
【図7】本発明の半導体装置２００の多層配線基板の一方の面を示す部分拡大図である。
【図8】多層配線基板の一面の最外周に配置されていたグランド端子列を削除した場合における、多層配線基板の第１の層に形成された差動伝送信号線の送信信号線ペア及び受信信号線ペアの信号特性を示した図である。
【図9】本発明の半導体装置における多層配線基板の第１の層に形成された差動伝送信号線の送信信号線ペア及び受信信号線ペアの信号特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、図面を参照して本発明に係る半導体装置について説明する。ただし、本発明の半導体装置は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。尚、以下の説明において。層、膜、領域などの要素が、他の要素の「上」にあるとするとき、これは該他の要素の「直上」にある場合に限らず、その中間に更に別の要素がある場合も含む。
【0023】
【0024】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す概略図である。図１Ａは半導体装置１００の上面図であり、図１Ｂは図１Ａに示した半導体装置１００を裏面から見た裏面図である。また、図２は、図１の半導体装置１００のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図３は、図１Ｂの部分拡大図である。
【0025】
図１及び図２を参照すると、半導体装置１００は、多層配線基板１０１と、多層配線基板１０１の一方の面に配置された複数の外部端子１０３を含む外部端子群１０５と、多層配線基板１０１の他方の面上に配置され、多層配線基板１０１に電気的に接続された半導体チップ１０７と、多層配線基板１０１に固定されたパッケージキャップ１０９と、を備える。
【0026】
図２に示すように、多層配線基板１０１と半導体チップ１０７とは、バンプ１１を介して互いに電気的に接続されてもよい。多層配線基板１０１と半導体チップ１０７との間は、アンダーフィルが充填されてもよい。尚、多層配線基板１０１と半導体チップ１０７との接続は、バンプを介しての接続に限定されず、ワイヤボンディングによって接続されてもよい。
【0027】
パッケージキャップ１０９は、接着剤を用いて多層配線基板１０１に固定されてもよい。また、パッケージキャップ１０９は、接着剤を用いて半導体チップ１０７に接着されてもよい。パッケージキャップ１０９は、放熱特性に優れた金属、例えば、銅などを含んでもよい。
【0028】
多層配線基板１０１は、例えば、ガラスエポキシ基板などであってもよい。多層配線基板１０１は、半導体チップ１０７が配置された領域から多層配線基板１０１の外周側に引き出される一対の信号線を含む複数の信号線が形成された第１の配線層、及び前記一対の信号線に沿って設けられたグランドパターンが形成された第２の配線層を含む。多層配線基板１０１は、第１の配線層及び第２の配線層の他にも配線層を有してもよい。多層配線基板１０１の一方の面及び他方の面には、複数の電極パッド１１３、１１５が形成されている。多層配線基板１０１の一方の面に形成された電極パッド１１３上には、外部端子１０３が形成される。多層配線基板１０１の他方の面に形成された電極パッド１１５は、半導体チップ１０７と電気的に接続される。多層配線基板１０１には、異なる配線層に形成された信号線間、及び電極パッドと前記電極パッドとは異なる層に形成された信号線とを電気的に接続するビア又は貫通電極が形成されている。尚、グランドパターンが配置される層は第２の層に限定されるわけではない。例えば、グランドパターンは、第１の配線層に設けられてもよい。
【0029】
多層配線基板１０１の一方の面には、複数の外部端子１０３を含む外部端子群１０５が設けられている。複数の外部端子１０３は、それぞれ、多層配線基板１０１の一方の面に配置された電極パッド１１３に電気的に接続される。複数の外部端子１０３は、多層配線基板１０１に形成された信号線と電気的に接続された信号端子と、多層配線基板１０１に形成されたグランドパターンに電気的に接続されたグランド端子とを含む。
【0030】
図３に示すように、半導体装置１００において、多層配線基板１０１の一方の面に設けられた外部端子群１０５のうち、多層配線基板１０１の最外周に配置された第１の信号端子３０１は、第１の配線層に形成された、多層配線基板１０１の外周側に引き出される一対の信号線の一方（以下、第１の信号線という）と電気的に接続される。また、多層配線基板１０１の一方の面に設けられた外部端子群１０５のうち、多層配線基板１０１の最外周の第１の信号端子３０１に隣接して、第１の信号端子３０１の内側に配置された第２の信号端子３０３は、前記一対の信号線の他方（以下、第２の信号線という）と電気的に接続される。
【0031】
第２の信号端子３０３に隣接して、グランドパターンに電気的に接続されたグランド端子３０５が設けられる。図３に示すように、グランド端子３０５は一方向に連続して配置されてもよい。本実施形態において、一方向に連続して配置された複数のグランド端子３０５をグランド端子列３０７と呼ぶ。グランド端子列３０７は、互いに所定の間隔を空けて複数設けられてもよい。例えば、図３に示すように、グランド端子列３０７－１は、第２の信号端子３０３に隣接して設けられてもよい。また、グランド端子列３０７－１との間に信号線に接続された信号端子を挟んで別のグランド端子列３０７－２が設けられてもよい。しかしながら、外部端子群１０５における信号端子とグランド端子との配置は、図３に示す配置に限定されるわけではない。
【0032】
本実施形態に係る半導体装置１００においては、小型化を実現するために、従来、シールドとして用いていた多層配線基板１０１の一方の面に形成された外部端子群１０５における最外周に配置されるグランド端子列を除去している。上述したように、グランド端子は、隣接する信号端子に接続された信号線を伝わる信号のリターンパスとしても機能するため、削減されたグランド端子側に位置する信号端子に接続された信号線が、例えば、差動伝送信号線のように実質的に等長の一対の信号線のうちの一方の信号線である場合、グランド端子に隣接する信号端子に接続された一方の信号線を伝わる信号のインピーダンス及び伝播遅延は、削減されたグランド端子側に位置している信号端子に接続された他方の信号線を伝わる信号のインピーダンス及び伝播遅延よりも小さくなる。そのため、スキューが発生し、信号の伝送特性が劣化するという問題がある。
【0033】
本実施形態に係る半導体装置１００では、このスキューを改善するために、多層配線基板１０１の第２の配線層に形成され、第１の配線層に形成されて多層配線基板１０１の外周側に引き出される一対の信号線に沿って設けられたグランドパターンのうち、グランド端子列３０７－１に隣接している第２の信号端子３０３に接続された第２の信号線に沿って形成されたグランドパターンの一部に切り欠き部を設ける。グランド端子列３０７－１に隣接している第２の信号端子３０３に接続された第２の信号線に沿って形成されたグランドパターンの一部に切り欠き部を設ける、即ちグランドパターンの一部を除去することにより、グランド端子列３０７－１に隣接している第２の信号端子３０３に接続された第２の信号線を伝わる信号の実効インダクタンスと、隣接するグランド端子が削減された側（多層配線基板１０１の最外端側）に位置する第１の信号端子３０１に接続された第１の信号線を伝わる信号の実効インダクタンスとを同等に近づけることが可能になる。そのため、グランド端子列３０７－１に隣接している第２の信号端子３０３に接続された第２の信号線を伝わる信号のインピーダンス及び伝播遅延を、多層配線基板１０１の最外端側に位置する第１の信号端子３０１に接続された第１の信号線を伝わる信号のインピーダンス及び伝播遅延に近づけることでき、スキューを改善し、クロストークも低減することができる。したがって、本実施形態に係る半導体装置１００は、スキューを改善し、信号の伝送特性を劣化させることなく小型化することが可能となる。
【0034】
【0035】
図４Ａは本発明の半導体装置１００の多層配線基板１０１における第１の配線層及び第２の配線層のレイアウトの一例を示す平面図であり、図４Ｂは図４Ａに示す領域Ａの部分拡大図である。図５は、本実施形態に係る半導体装置１００の外部端子群１０５が設けられた多層配線基板１０１の一方の面を示す部分拡大図である。ここでは、第１の配線層に設けられ、半導体チップ１０７が配置された領域から多層配線基板１０１の外周側に引き出される一対の信号線として、差動伝送信号線を例に挙げて説明する。
【0036】
図４Ａに示すように、半導体装置１００では、多層配線基板１０１の第１の配線層において、半導体チップ１０７が設けられた領域から多層配線基板１０１の外周側に向かって、差動伝送信号線が引き出されている。差動伝送信号線は、一対の受信信号線ＲＸＰ，ＲＸＮ、及び一対の送信信号線ＴＸＰ，ＴＸＮで構成される。図４Ａ及び図４Ｂでは、一例として２つの差動伝送信号線が示されている。一方の差動伝送信号線は、一対の受信信号線ＲＸＰ1，ＲＸＮ1、及び一対の送信信号線ＴＸＰ1，ＴＸＮ1から構成され、他方の差動伝送信号線は、一対の受信信号線ＲＸＰ2，ＲＸＮ2、及び一対の送信信号線ＴＸＰ2，ＴＸＮ2から構成される。図４Ａ及び図４Ｂでは、差動伝送信号線のうち、一対の受信信号線ＲＸＰ（ＲＸＰ1，ＲＸＰ2）、ＲＸＮ（ＲＸＮ1，ＲＸＮ2）が一対の送信信号線ＴＸＰ（ＴＸＰ1，ＴＸＰ2），ＴＸＮ（ＴＸＮ1，ＴＸＮ2）よりも多層配線基板１０１の外周側に延長されている。また、多層配線基板１０１の外周側に延長された一対の受信信号線ＲＸＰ（ＲＸＰ1，ＲＸＰ2）、ＲＸＮ（ＲＸＮ1，ＲＸＮ2）のうち、受信信号線ＲＸＰ（ＲＸＰ1，ＲＸＰ2）がＲＸＮ（ＲＸＮ1，ＲＸＮ2）よりも外側、つまり多層配線基板１０１最外端側に延長される。尚、以上に述べた差動伝送信号線のレイアウトは一例であり、多層配線基板１０１の外周側に延長される信号線、及び多層配線基板１０１の外周側においてより外側に延長される信号線は、適宜変更されてもよい。
【0037】
また、図４Ａに示すように、グランドパターン（ＧＮＤパターン）は、差動伝送信号線に沿って設けられる。グランドパターンは、多層配線基板１０１において、差動伝送信号線が形成された第１の配線層とは異なる第２の配線層に形成されているものとする。
【0038】
図５に示すように、本実施形態に係る半導体装置１００の多層配線基板１０１の一方の面に設けられた外部端子群１０５は、多層配線基板１０１に形成された信号線と電気的に接続された信号端子と、多層配線基板１０１に形成されたグランドパターンに電気的に接続されたグランド端子とを含む。ここで、従来、シールドとして用いていた配線基板の最端部に設けられていたグランド端子列は、本実施形態に係る多層配線基板１０１の一方の面に形成された外部端子群１０５においては設けられていない。
【0039】
図５に示すように、多層配線基板１０１の一方の面に設けられた外部端子群１０５のうち、多層配線基板１０１の最外周側に設けられた信号端子は、多層配線基板１０１の外周側に延長された差動伝送信号線の受信信号線ペアＲＸＰ，ＲＸＮのうち、多層配線基板１０１の最外周側に引き出された受信信号線ＲＸＰと電気的に接続される第１の信号端子５０１を含む。また、多層配線基板１０１の最外周側に配置された信号端子に隣接して内側に設けられた信号端子は、多層配線基板１０１の外周側に延長された差動伝送信号線の受信信号線ペアＲＸＰ，ＲＸＮのうち、より内側に設けられた受信信号線ＲＸＮと電気的に接続される第２の信号端子５０３を含む。受信信号線ＲＸＮと電気的に接続される第２の信号端子５０３は、グランドパターンに電気的に接続したグランド端子５０５に隣接している。前記グランド端子５０５に隣接して、差動伝送信号線の送信信号線ペアＴＸＰ，ＴＸＮに電気的に接続される信号端子５０９，５１１が設けられてもよい。また、信号端子５１１に隣接してグランド端子５０５が設けられてもよい。
【0040】
図４Ａでは２つの差動伝送信号線が設けられている例を示しているが、２つ以上の差動伝送信号線が多層配線基板１０１の外周側に延長されてもよい。その場合、多層配線基板１０１の外周側に延長される差動伝送信号線に電気的に接続される信号端子は、一方向に連続的に配置されてもよい。例えば、図５に示すように、多層配線基板１０１の外周側に延長される複数の差動伝送信号線の各受信信号線ペアＲＸＰ，ＲＸＮのうち、受信信号線ＲＸＰに接続される第１の信号端子５０１は、第１の方向に連続的に配置されてもよく、受信信号線ＲＸＮに接続される第２の信号端子５０３は、第１の信号端子５０１に対して第２の方向に隣接して、第１の方向に連続的に配置されてもよい。この場合、図５に示すように、グランドパターンに電気的に接続されたグランド端子５０５は、第２の信号端子５０３に対して第２の方向に隣接して、第１の方向に連続して配置される。
【0041】
上述したように、本実施形態に係る半導体装置１００では、従来、シールドとして用いていた多層配線基板の最外周側に配置されていたグランド端子列を削除したことによるスキューの問題を改善するために、多層配線基板１０１の最外周側に配置された第１の信号端子５０１に隣接する第２の信号端子５０３に電気的に接続された差動伝送信号線の受信信号線ＲＸＮに沿って設けられたグランドパターンに切り欠き部を設ける。
【0042】
図４Ａに示した領域Ａにおいて、第２の信号端子５０３に電気的に接続された差動伝送信号線の受信信号線ＲＸＮ（ＲＸＮ1，ＲＸＮ2）に沿って設けられたグランドパターンは切り欠き部を有する。図４Ｂを参照すると、一方の差動伝送信号線の受信信号線ＲＸＮ1に沿って設けられたグランドパターンに切り欠き部４０１ａが設けられている。同様に、他方の差動伝送信号線の受信信号線ＲＸＮ2に沿って設けられたグランドパターンに切り欠き部４０１ｂが設けられている。グランドパターンにおける切り欠き部４０１ａ、４０１ｂの大きさは、１００μｍ～２００μｍであることが好ましい。
【0043】
上述したように、本実施形態に係る半導体装置１００では、多層配線基板１０１の第２の配線層に設けられ、第１の配線層に設けられた層配線基板１０１の外周側に引き出される差動伝送信号線の受信信号線ペアＲＸＰ，ＲＸＮに沿って設けられたグランドパターンのうち、グランド端子５０５に隣接している第２の信号端子５０３に接続された受信信号線ＲＸＮに沿って形成されたグランドパターンの一部に切り欠き部４０１を設ける。グランド端子５０５に隣接している第２の信号端子５０３に接続された受信信号線ＲＸＮに沿って形成されたグランドパターンの一部を除去することにより、グランド端子５０５隣接している第２の信号端子５０３に接続された受信信号線ＲＸＮを伝わる信号の実効インダクタンスと、隣接するグランド端子が設けられていない、多層配線基板１０１の最外周側に位置する第１の信号端子５０１に接続された受信信号線ＲＸＰを伝わる信号の実効インダクタンスとを同等に近づけることが可能になる。そのため、第２の信号端子５０３に接続された受信信号線ＲＸＮを伝わる信号のインピーダンス及び伝播遅延を、第１の信号端子５０１に接続された受信信号線ＲＸＰを伝わる信号のインピーダンス及び伝播遅延に近づけることでき、スキューを改善し、クロストークも低減することができる。したがって、本実施形態に係る半導体装置１００は、スキューを改善し、差動伝送特性を劣化させることなく小型化することが可能となる。
【0044】
【0045】
本発明の第２の実施形態に係る半導体装置２００は、多層配線基板の第２の配線層に設けられ、第１の配線層に設けられた多層配線基板の外周側に引き出される一対の信号線に沿って設けられたグランドパターンのうち、グランド端子に隣接している信号端子に接続された第２の信号線に沿って設けられたグランドパターンの一部に切り欠き部を設ける代わりに、多層配線基板の外周側に引き出される一対の信号線のうちの第２の信号線の長さを、隣接するグランド端子が設けられていない、多層配線基板の最外周側に位置する信号端子に接続された第１の信号線の長さよりも長く設計することを除いて、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１００と同じである。
【0046】
図６Ａ～図６Ｃ及び図７を参照して、本発明の半導体装置２００における一対の信号線のレイアウトについて、具体的に説明する。図６Ａ～図６Ｃ及び図７において、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１００と同一又は類似の構成要素については、同じ参照番号を付与する。また、本実施形態に係る半導体装置２００について、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１００と同一又は類似の構成要素については、重複する説明を省略する場合がある。
【0047】
図６Ａは本発明の半導体装置２００の多層配線基板６０１における第１の配線層及び第２の配線層のレイアウトの一例を示す平面図であり、図６Ｂは図６Ａに示す領域Ｂの部分拡大図であり、図６Ｃは、図６Ａに示す領域Ｃにおける信号線のパターンのレイアウトを説明するための概念図である。図７は、本発明の半導体装置２００の外部端子群１０５が設けられた多層配線基板６０１の一方の面を示す部分拡大図である。本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、第１の配線層に設けられ、半導体チップ１０７が配置された領域から多層配線基板６０１の外周側に引き出される一対の信号線として、差動伝送信号線を例に挙げて説明する。
【0048】
図６Ａを参照すると、多層配線基板６０１の第１の配線層において、半導体チップ１０７が設けられた領域から多層配線基板６０１の外周側に向かって、差動伝送信号線が引き出されている。差動伝送信号線は、一対の受信信号線ＲＸＰ，ＲＸＮ、及び一対の送信信号線ＴＸＰ，ＴＸＮで構成される。図６Ａでは、図４Ａと同様に、一例として２つの差動伝送信号線が示されている。一方の差動伝送信号線は、一対の受信信号線ＲＸＰ1，ＲＸＮ1及び一対の送信信号線ＴＸＰ1，ＴＸＮ1から構成され、他方の差動伝送信号線は、一対の受信信号線ＲＸＰ2，ＲＸＮ2、及び一対の送信信号線ＴＸＰ2，ＴＸＮ2から構成される。図６Ａ～図６Ｃでは、差動伝送信号線のうちの一対の受信信号線ＲＸＰ（ＲＸＰ1，ＲＸＰ2）、ＲＸＮ（ＲＸＮ1，ＲＸＮ2）が一対の送信信号線ＴＸＰ（ＴＸＰ1，ＴＸＰ2），ＴＸＮ（ＴＸＮ1，ＴＸＮ2）よりも多層配線基板６０１の外周側に延長されており、多層配線基板６０１の外周側に延長された一対の受信信号線ＲＸＰ（ＲＸＰ1，ＲＸＰ2）、ＲＸＮ（ＲＸＮ1，ＲＸＮ2）のうち、受信信号線ＲＸＰ（ＲＸＰ1，ＲＸＰ2）がよりも外側、つまり多層配線基板６０１の最外端側に延長される。尚、以上に述べた差動伝送信号線のレイアウトは一例であり、多層配線基板６０１の外周側に延長される信号線、及び多層配線基板６０１の外周側においてより外側に延長される信号線は、適宜変更されてもよい。
【0049】
また、図６Ａに示すように、グランドパターン（ＧＮＤパターン）は、差動伝送信号線に沿って設けられる。グランドパターンは、多層配線基板６０１において、差動伝送信号線が形成された第１の配線層とは異なる第２の配線層に形成されているものとする。前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１００とは異なり、本実施形態の係る半導体装置２００においては、多層配線基板６０１の第２の配線層に形成されるグランドパターンには切り欠き部が設けられていない。
【0050】
図７に示すように、本発明の半導体装置２００の多層配線基板６０１の一方の面に設けられた外部端子群１０５は、多層配線基板６０１に形成された信号線と電気的に接続された信号端子と、多層配線基板６０１に形成されたグランドパターンに電気的に接続されたグランド端子とを含む。本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様に、本実施形態に係る半導体装置２００においても、従来、シールドとして用いていた配線基板の最端部に設けられていたグランド端子列は、本実施形態に係る多層配線基板６０１の一方の面に形成された外部端子群１０５においては設けられていない。
【0051】
図７に示すように、多層配線基板６０１の一方の面に設けられた外部端子群１０５のうち、多層配線基板６０１の最外周側に設けられた信号端子は、多層配線基板６０１の外周側に延長された差動伝送信号線の受信信号線ペアＲＸＰ，ＲＸＮのうち、多層配線基板６０１の最外周側に引き出された受信信号線ＲＸＰと電気的に接続される第１の信号端子７０１を含む。また、多層配線基板６０１の最外周側に設けられた第１の信号端子７０１に隣接して内側に配置された信号端子は、多層配線基板６０１の外周側に延長された差動伝送信号線の受信信号線ペアＲＸＰ，ＲＸＮのうち、より内側に設けられた受信信号線ＲＸＮと電気的に接続される第２の信号端子７０３を含む。受信信号線ＲＸＮと電気的に接続される第２の信号端子７０３はグランドパターンに電気的に接続したグランド端子７０５に隣接している。前記グランド端子７０５に隣接して、差動伝送信号線の送信信号線ペアＴＸＰ，ＴＸＮに電気的に接続される信号端子７０９，７１１が配置されてもよい。また、信号端子７１１に隣接してグランド端子７０５が設けられてもよい。
【0052】
図６Ａでは２つの差動伝送信号線が設けられている例を示しているが、２つ以上の差動伝送信号線が多層配線基板６０１の外周側に延長されてもよい。その場合、多層配線基板６０１の外周側に延長される差動伝送信号線に電気的に接続される信号端子は、一方向に連続的に配置されてもよい。例えば、図７に示すように、多層配線基板６０１の外周側に延長される複数の差動伝送信号線の各受信信号線ペアＲＸＰ，ＲＸＮのうち、受信信号線ＲＸＰに接続される第１の信号端子７０１は、第１の方向に連続的に配置されてもよく、受信信号線ＲＸＮに接続される第２の信号端子７０３は、第１の信号端子７０１に対して第２の方向に隣接して、第１の方向に連続的に配置されてもよい。この場合、図７に示すように、グランドパターンに電気的に接続されたグランド端子７０５は、第２の信号端子５０３に対して第２の方向に隣接して、第１の方向に連続して配置される。
【0053】
上述したように、本実施形態に係る半導体装置２００では、従来、シールドとして用いていた多層配線基板の最外周側に配置されていたグランド端子列を削除したことによるスキューの問題を改善するために、図６Ａ～図６Ｃに示すように、多層配線基板６０１の最外周側に配置された第１の信号端子７０１に隣接して内側に配置された第２の信号端子７０３に電気的に接続された差動伝送信号線の受信信号線ＲＸＮ（ＲＸＮ1，ＲＸＮ2）の信号線の長さを、多層配線基板６０１の最外周側に配置された第１の信号端子７０１に電気的に接続された差動伝送信号線の受信信号線ＲＸＰ（ＲＸＰ1，ＲＸＰ2）の信号線長よりも長くする。具体的には、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、受信信号線ＲＸＮ（ＲＸＮ1，ＲＸＮ2）を受信信号線ＲＸＰ（ＲＸＰ1，ＲＸＰ2）よりも長く引き回すことにより、受信信号線ＲＸＮ（ＲＸＮ1，ＲＸＮ2）の信号線長を受信信号線ＲＸＰ（ＲＸＰ1，ＲＸＰ2）の信号線長よりも長くする。
【0054】
上述したように、本実施形態に係る半導体装置２００では、多層配線基板６０１の第１の配線層に形成されて多層配線基板６０１の外周側に引き出される差動伝送信号線の受信信号線ペアＲＸＰ，ＲＸＮのうち、グランド端子７０５に隣接している信号端子７０５に接続された受信信号線ＲＸＮの信号線長を、多層配線基板６０１の最外周側に設けられ、隣接するグランド端子が設けられていない第１の信号端子７０１に接続された受信信号線ＲＸＰの信号線長よりも長くする。これにより、グランド端子７０５に隣接している第２の信号端子７０３に接続された受信信号線ＲＸＮを伝わる信号の実効インダクタンスと、隣接するグランド端子が設けられていない、多層配線基板６０１の最外周側に位置する第１の信号端子７０１に接続された受信信号線ＲＸＰを伝わる信号の実効インダクタンスとを同等に近づけることが可能になる。そのため、第２の信号端子７０３に接続された受信信号線ＲＸＮを伝わる信号のインピーダンス及び伝播遅延を、グ第１の信号端子７０１に接続された受信信号線ＲＸＰを伝わる信号のインピーダンス及び伝播遅延に近づけることでき、スキューを改善し、クロストークも低減することができる。したがって、本実施形態に係る半導体装置２００は、スキューを改善し、差動伝送特性を劣化させることなく小型化することが可能となる。
【0055】
図８は、従来、シールドとして用いていた多層配線基板の一面の最外周側に配置されていたグランド端子列を削除した場合における、多層配線基板の第１の層に形成された差動伝送信号線の送信信号線ペア及び受信信号線ペアの信号特性を示した図である。差動伝送信号線の材質は、銅（Ｃｕ）である。差動伝送信号線の送信信号線ペアＴＸＰ、ＴＸＮの配線長はそれぞれ１２ｍｍとし、受信信号線ペアＲＸＰ、ＲＸＮの配線長はそれぞれ１９ｍｍ、１８．８ｍｍとした。また、送信信号線ペアＴＸＰ、ＴＸＰ及び受信信号線ペアＲＸＰ、ＲＸＮの配線幅はともに２０μｍとした。
【0056】
図９は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置における多層配線基板の第１の層に形成された差動伝送信号線の送信信号線ペア及び受信信号線ペアの信号特性を示した図である。差動伝送信号線の材質は、銅（Ｃｕ）である。差動伝送信号線の送信信号線ペアＴＸＰ、ＴＸＮの配線長はそれぞれ１２ｍｍとし、受信信号線ペアＲＸＰ、ＲＸＮの配線長はそれぞれ１９ｍｍ、１８．８ｍｍとした。また、送信信号線ペアＴＸＰ、ＴＸＰ及び受信信号線ペアＲＸＰ、ＲＸＮの配線幅はともに２０μｍとした。また、多層配線基板の第２の層にグランドパターンに幅１００μｍ、長さ２００～３００μｍの切り欠き部を設けた。
【0057】
図８に示すように、多層配線基板の一面の最外周側に配置されていたグランド端子列を削除した場合、多層配線基板に形成された差動伝送信号線の送信信号線（ＴＸ）ペアのスキューが約１．６ｐｓであり、受信信号線（ＲＸ）ペアのスキューが約１．２ｐｓであった。一方、図９に示すように、多層配線基板に形成されたグランドパターンに切り欠き部を設けた場合、多層配線基板に形成された差動伝送信号線の送信信号線（ＴＸ）ペアのスキューが約０．１ｐｓであり、受信信号線（ＲＸ）ペアのスキューが約－０．１ｐｓであった。したがって、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置における多層配線基板の第１の層に形成された差動伝送信号線の送信信号線ペア及び受信信号線ペアでは、差動伝送特性を損なうことなく、スキューが改善していることが分かる。
【0058】
また、図示はしないが、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置における多層配線基板の第１の層に形成された差動伝送信号線の送信信号線ペア及び受信信号線ペアの信号特性を調べた。差動伝送信号線の材質は、銅（Ｃｕ）である。差動伝送信号線の送信信号線ペアＴＸＰ、ＴＸＮの配線長はそれぞれ１２ｍｍとし、受信信号線ペアＲＸＰ、ＲＸＮの配線長はそれぞれ１９ｍｍ、１９．２ｍｍとした。また、送信信号線ペアＴＸＰ、ＴＸＰ及び受信信号線ペアＲＸＰ、ＲＸＮの配線幅はともに２０μｍとした。このときの差動伝送信号線の送信信号線（ＴＸ）ペアのスキュー及び受信信号線（ＲＸ）ペアのスキューは、いずれも図８に示した差動伝送信号線の送信信号線（ＴＸ）ペアのスキュー及び受信信号線（ＲＸ）ペアのスキューよりも小さくなった。したがって、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置における多層配線基板の第１の層に形成された差動伝送信号線の送信信号線ペア及び受信信号線ペアでは、差動伝送特性を損なうことなく、スキューが改善した。
【0059】
以上のように、本発明に係る半導体装置は、従来、シールドとして用いていた多層配線基板の一面の最外周側に配置されていたグランド端子列を削除することによって小型化を実現することができると同時に、信号の伝送特性を損なうことなくスキューを改善することができる。従って、小型化された信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【0060】
【0061】
本発明の実施形態として説明した構成を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【0062】
また、上述した実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされると解される。
【符号の説明】
【0063】
１０１，６０１：多層配線基板
１００，２００：半導体装置
１０３：外部端子
１０５：外部端子群
１０７：半導体チップ
１０９：パッケージキャップ
３０１，５０１，７０１：第１の信号端子
３０３，５０３，７０３：第２の信号端子
３０５，５０５，７０５：グランド端子
１００，２００：半導体装置
１０３：外部端子
１０５：外部端子群
１０７：半導体チップ
１０９：パッケージキャップ
３０１，５０１，７０１：第１の信号端子
３０３，５０３，７０３：第２の信号端子
３０５，５０５，７０５：グランド端子
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8】
【図9】
