(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】2024-11-08
(45)【発行日】2024-11-18
(54)【発明の名称】電子モジュール及び電子機器
(51)【国際特許分類】
H05K 1/02 20060101AFI20241111BHJP
H05K 1/18 20060101ALI20241111BHJP
H01L 25/00 20060101ALI20241111BHJP
H01L 23/12 20060101ALI20241111BHJP
【FI】
H05K1/02 N
H05K1/18 J
H01L25/00 B
H01L23/12 Q
H01L23/12 E
(21)【出願番号】P 2020183685
(22)【出願日】2020-11-02
【審査請求日】2023-10-20
(31)【優先権主張番号】P 2019202692
(32)【優先日】2019-11-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003133
【氏名又は名称】弁理士法人近島国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】近藤 琢也
(72)【発明者】
【氏名】山下 展輝
(72)【発明者】
【氏名】沼生 貴志
【審査官】沼生 泰伸
(56)【参考文献】
【文献】特開2017-059696(JP,A)
【文献】特開2015-023134(JP,A)
【文献】国際公開第2017/094062(WO,A1)
【文献】特開2006-196859(JP,A)
【文献】特開2007-173669(JP,A)
【文献】特開2005-129899(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H05K 1/00- 1/02
H05K 1/18
H01L 23/12-23/15
H01L 25/00-25/07
H01L 25/10-25/11
H01L 25/16-25/18
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1表層と、前記第1表層とは反対の第2表層と、を有するプリント配線板と、
内部キャパシタを含む半導体素子を有し、前記プリント配線板の前記第1表層の側に実装された半導体装置と、
前記プリント配線板の前記第2表層の側に実装された第1キャパシタ及び複数の第2キャパシタと、を備え、
前記第1キャパシタの静電容量は、前記複数の第2キャパシタの各々の静電容量よりも小さく、
前記プリント配線板は、
前記第1表層および前記第2表層の少なくとも一方に、前記第1キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる第1電源線部と、前記複数の第2キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる複数の第2電源線部と、を有し、
前記第1電源線部は、第1電源ヴィアパッドと、前記第1電源ヴィアパッドに電気的に接続された第1電源パッドと、を含み、
前記複数の第2電源線部の各々は、第2電源ヴィアパッドと、前記第2電源ヴィアパッドに電気的に接続された第2電源パッドと、を含み、
前記第1電源ヴィアパッドの中心と前記第1電源パッドの中心との間の配線長が、前記第2電源ヴィアパッドの中心と前記第2電源パッドの中心との間の配線長よりも長い、
ことを特徴とする電子モジュール。
【請求項2】
前記第1電源ヴィアパッドの中心と前記第1電源パッドの中心との間の配線長が、前記第2電源ヴィアパッドの中心と前記第2電源パッドの中心との間の配線長よりも0.3mm以上長い、
ことを特徴とする請求項1に記載の電子モジュール。
【請求項3】
前記第1電源線部は、前記第1電源ヴィアパッドと前記第1電源パッドとをつなぐ第1電源パターンを含む、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電子モジュール。
【請求項4】
前記第1電源パターンがミアンダ状に配線されている、
ことを特徴とする請求項3に記載の電子モジュール。
【請求項5】
前記プリント配線板は、
前記第1電源パターンに絶縁体層を挟んで対向して配置された開口部を有するグラウンドプレーンを備える、
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の電子モジュール。
【請求項6】
第1表層と、前記第1表層とは反対の第2表層と、を有するプリント配線板と、
内部キャパシタを含む半導体素子を有し、前記プリント配線板の前記第1表層の側に実装された半導体装置と、
前記プリント配線板の前記第2表層の側に実装された第1キャパシタ及び複数の第2キャパシタと、を備え、
前記第1キャパシタの静電容量は、前記複数の第2キャパシタの各々の静電容量よりも小さく、
前記プリント配線板は、
前記第1表層および前記第2表層の少なくとも一方に、前記第1キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる第1グラウンド線部と、前記複数の第2キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる複数の第2グラウンド線部と、を有し、
前記第1グラウンド線部は、第1グラウンドヴィアパッドと、前記第1グラウンドヴィアパッドに電気的に接続された第1グラウンドパッドと、を含み、
前記複数の第2グラウンド線部の各々は、第2グラウンドヴィアパッドと、前記第2グラウンドヴィアパッドに電気的に接続された第2グラウンドパッドと、を含み、
前記第1グラウンドヴィアパッドの中心と前記第1グラウンドパッドの中心との間の配線長が、前記第2グラウンドヴィアパッドの中心と前記第2グラウンドパッドの中心との間の配線長よりも長い、
ことを特徴とする電子モジュール。
【請求項7】
前記第1グラウンドヴィアパッドの中心と前記第1グラウンドパッドの中心との間の配線長が、前記第2グラウンドヴィアと前記第2グラウンドパッドとの間の配線長よりも0.3mm以上長い、
ことを特徴とする請求項6に記載の電子モジュール。
【請求項8】
前記第1グラウンド線部は、前記第1グラウンドヴィアパッドと前記第1グラウンドパッドとをつなぐ第1グラウンドパターンを含む、
ことを特徴とする請求項6又は7に記載の電子モジュール。
【請求項9】
前記第1グラウンドパターンがミアンダ状に配線されている、
ことを特徴とする請求項8に記載の電子モジュール。
【請求項10】
第1表層と、前記第1表層とは反対の第2表層と、を有するプリント配線板と、
内部キャパシタを含む半導体素子を有し、前記プリント配線板の前記第1表層の側に実装された半導体装置と、
前記プリント配線板の前記第2表層の側に実装された第1キャパシタ及び複数の第2キャパシタと、を備え、
前記第1キャパシタの静電容量は、前記複数の第2キャパシタの各々の静電容量よりも小さく、
前記プリント配線板は、
前記第1表層および前記第2表層の少なくとも一方に、前記第1キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる第1電源線部と、前記複数の第2キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる複数の第2電源線部と、を有し、
前記第1電源線部は、第1電源ヴィアパッドと、第1電源パッドと、前記第1電源ヴィアパッドと前記第1電源パッドとをつなぐ第1電源パターンと、を含み、
前記複数の第2電源線部の各々は、第2電源ヴィアパッドと、第2電源パッドと、前記第2電源ヴィアパッドと前記第2電源パッドとをつなぐ第2電源パターンと、を含み、
前記第1電源パターンの配線幅は、前記第2電源パターンの配線幅よりも狭い、
ことを特徴とする電子モジュール。
【請求項11】
前記第1電源パターンの配線幅は、前記第1電源ヴィアパッドの直径よりも狭い、
ことを特徴とする請求項10に記載の電子モジュール。
【請求項12】
前記第1電源パターンの配線幅は、前記第2電源パターンの配線幅の80%以下である、
ことを特徴とする請求項10又は11に記載の電子モジュール。
【請求項13】
第1表層と、前記第1表層とは反対の第2表層と、を有するプリント配線板と、
内部キャパシタを含む半導体素子を有し、前記プリント配線板の前記第1表層の側に実装された半導体装置と、
前記プリント配線板の前記第2表層の側に実装された第1キャパシタ及び複数の第2キャパシタと、を備え、
前記第1キャパシタの静電容量は、前記複数の第2キャパシタの各々の静電容量よりも小さく、
前記プリント配線板は、
前記第1表層および前記第2表層の少なくとも一方に、前記第1キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる第1グラウンド線部と、前記複数の第2キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる複数の第2グラウンド線部と、を有し、
前記第1グラウンド線部は、第1グラウンドヴィアパッドと、第1グラウンドパッドと、前記第1グラウンドヴィアパッドと前記第1グラウンドパッドとをつなぐ第1グラウンドパターンと、を含み、
前記複数の第2グラウンド線部の各々は、第2グラウンドヴィアパッドと、第2グラウンドパッドと、前記第2グラウンドヴィアパッドと前記第2グラウンドパッドとをつなぐ第2グラウンドパターンと、を含み、
前記第1グラウンドパターンの配線幅は、前記第2グラウンドパターンの配線幅よりも狭い、
ことを特徴とする電子モジュール。
【請求項14】
前記第1グラウンドパターンの配線幅は、前記第1グラウンドヴィアパッドの直径よりも狭い、
ことを特徴とする請求項13に記載の電子モジュール。
【請求項15】
前記第1グラウンドパターンの配線幅は、前記第2グラウンドパターンの配線幅の80%以下である、
ことを特徴とする請求項13又は14に記載の電子モジュール。
【請求項16】
第1表層と、前記第1表層とは反対の第2表層と、を有するプリント配線板と、
内部キャパシタを含む半導体素子を有し、前記プリント配線板の前記第1表層の側に実装された半導体装置と、
前記プリント配線板の前記第2表層の側に実装された第1キャパシタ及び複数の第2キャパシタと、を備え、
前記第1キャパシタの静電容量は、前記複数の第2キャパシタの各々の静電容量よりも小さく、
前記プリント配線板は、前記第2表層に設けられた前記第1キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる第1電源ヴィア及び第1グラウンドヴィアと、
前記第2表層に設けられた前記複数の第2キャパシタの各々を前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる複数の第2電源ヴィア及び複数の第2グラウンドヴィアと、を有し、
前記第1電源ヴィアの径は、前記第2電源ヴィアの径よりも細い、及び/又は、前記第1グラウンドヴィアの径は、前記第2グラウンドヴィアの径よりも細い、
ことを特徴とする電子モジュール。
【請求項17】
前記第1電源ヴィアの径は、前記第2電源ヴィアの径の80%以下である、及び/又は、
前記第1グラウンドヴィアの径は、前記第2グラウンドヴィアの径の80%以下である、
ことを特徴とする請求項16に記載の電子モジュール。
【請求項18】
前記第2表層に垂直な方向に見て、前記第1キャパシタ及び前記複数の第2キャパシタは、前記半導体装置と重なる位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の電子モジュール。
【請求項19】
前記第1キャパシタの定格容量が10nF以下であることを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の電子モジュール。
【請求項20】
前記第1キャパシタから前記内部キャパシタまでのインダクタンスが前記複数の第2キャパシタの各々から前記内部キャパシタまでのインダクタンスよりも高い、
ことを特徴とする請求項1乃至19のいずれか1項に記載の電子モジュール。
【請求項21】
前記第1キャパシタ及び前記複数の第2キャパシタの各々がチップ部品である、
ことを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載の電子モジュール。
【請求項22】
少なくとも1つの前記第1キャパシタを備え、
前記複数の第2キャパシタの数は、前記少なくとも1つの第1キャパシタの数よりも多い、
ことを特徴とする請求項1乃至21のいずれか1項に記載の電子モジュール。
【請求項23】
筐体と、
前記筐体の内部に配置された、請求項1乃至
22のいずれか1項に記載の電子モジュールと、を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置を含む電子モジュール、及び電子モジュールを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
電子機器に搭載される電子モジュールは、プリント配線板と、プリント配線板に実装された半導体装置と、を有する。半導体装置の一例として半導体パッケージがある。半導体パッケージは、半導体素子と、半導体素子が実装されたパッケージ基板と、を有する。半導体素子が動作すると、パッケージ基板及びプリント配線板の給電経路に、半導体素子の動作による電流が流れる。給電経路が持っているインピーダンスを電源インピーダンスという。給電経路を流れる電流と電源インピーダンスとの積により電位変動が生じる。この電位変動を電源電位変動という。
【0003】
特許文献1には、電源電位変動を低減する対策として、バイパスキャパシタを設ける技術が記載されている。特許文献1には、BGAパッケージが搭載されるプリント配線板が記載されている。特許文献1には、バイパスキャパシタとBGAパッケージとの間の寄生抵抗及び寄生インダクタンスを小さくするために、プリント配線板においてBGAパッケージが搭載される箇所の裏面にバイパスキャパシタを実装することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【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、従来のようにバイパスキャパシタを配置しても、ある周波数において電源電位変動が大きくなることがあった。そのため、更なる改良が求められていた。
【0006】
本発明は、電源電位変動を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の電子モジュールは、第1表層と、前記第1表層とは反対の第2表層と、を有するプリント配線板と、内部キャパシタを含む半導体素子を有し、前記プリント配線板の前記第1表層の側に実装された半導体装置と、前記プリント配線板の前記第2表層の側に実装された第1キャパシタ及び複数の第2キャパシタと、を備え、前記第1キャパシタの静電容量は、前記複数の第2キャパシタの各々の静電容量よりも小さく、前記プリント配線板は、前記第1表層および前記第2表層の少なくとも一方に、前記第1キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる第1電源線部と、前記複数の第2キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる複数の第2電源線部と、を有し、前記第1電源線部は、第1電源ヴィアパッドと、前記第1電源ヴィアパッドに電気的に接続された第1電源パッドと、を含み、前記複数の第2電源線部の各々は、第2電源ヴィアパッドと、前記第2電源ヴィアパッドに電気的に接続された第2電源パッドと、を含み、前記第1電源ヴィアパッドの中心と前記第1電源パッドの中心との間の配線長が、前記第2電源ヴィアパッドの中心と前記第2電源パッドの中心との間の配線長よりも長い、ことを特徴とする。
【0008】
また、本発明の電子モジュールは、第1表層と、前記第1表層とは反対の第2表層と、を有するプリント配線板と、内部キャパシタを含む半導体素子を有し、前記プリント配線板の前記第1表層の側に実装された半導体装置と、前記プリント配線板の前記第2表層の側に実装された第1キャパシタ及び複数の第2キャパシタと、を備え、前記第1キャパシタの静電容量は、前記複数の第2キャパシタの各々の静電容量よりも小さく、前記プリント配線板は、前記第1表層および前記第2表層の少なくとも一方に、前記第1キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる第1グラウンド線部と、前記複数の第2キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる複数の第2グラウンド線部と、を有し、前記第1グラウンド線部は、第1グラウンドヴィアパッドと、前記第1グラウンドヴィアパッドに電気的に接続された第1グラウンドパッドと、を含み、前記複数の第2グラウンド線部の各々は、第2グラウンドヴィアパッドと、前記第2グラウンドヴィアパッドに電気的に接続された第2グラウンドパッドと、を含み、前記第1グラウンドヴィアパッドの中心と前記第1グラウンドパッドの中心との間の配線長が、前記第2グラウンドヴィアパッドの中心と前記第2グラウンドパッドの中心との間の配線長よりも長い、ことを特徴とする。
【0009】
また、本発明の電子モジュールは、第1表層と、前記第1表層とは反対の第2表層と、を有するプリント配線板と、内部キャパシタを含む半導体素子を有し、前記プリント配線板の前記第1表層の側に実装された半導体装置と、前記プリント配線板の前記第2表層の側に実装された第1キャパシタ及び複数の第2キャパシタと、を備え、前記第1キャパシタの静電容量は、前記複数の第2キャパシタの各々の静電容量よりも小さく、前記プリント配線板は、前記第1表層および前記第2表層の少なくとも一方に、前記第1キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる第1電源線部と、前記複数の第2キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる複数の第2電源線部と、を有し、前記第1電源線部は、第1電源ヴィアパッドと、第1電源パッドと、前記第1電源ヴィアパッドと前記第1電源パッドとをつなぐ第1電源パターンと、を含み、前記複数の第2電源線部の各々は、第2電源ヴィアパッドと、第2電源パッドと、前記第2電源ヴィアパッドと前記第2電源パッドとをつなぐ第2電源パターンと、を含み、前記第1電源パターンの配線幅は、前記第2電源パターンの配線幅よりも狭い、ことを特徴とする。
【0010】
また、本発明の電子モジュールは、第1表層と、前記第1表層とは反対の第2表層と、を有するプリント配線板と、内部キャパシタを含む半導体素子を有し、前記プリント配線板の前記第1表層の側に実装された半導体装置と、前記プリント配線板の前記第2表層の側に実装された第1キャパシタ及び複数の第2キャパシタと、を備え、前記第1キャパシタの静電容量は、前記複数の第2キャパシタの各々の静電容量よりも小さく、前記プリント配線板は、前記第1表層および前記第2表層の少なくとも一方に、前記第1キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる第1グラウンド線部と、前記複数の第2キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる複数の第2グラウンド線部と、を有し、前記第1グラウンド線部は、第1グラウンドヴィアパッドと、第1グラウンドパッドと、前記第1グラウンドヴィアパッドと前記第1グラウンドパッドとをつなぐ第1グラウンドパターンと、を含み、前記複数の第2グラウンド線部の各々は、第2グラウンドヴィアパッドと、第2グラウンドパッドと、前記第2グラウンドヴィアパッドと前記第2グラウンドパッドとをつなぐ第2グラウンドパターンと、を含み、前記第1グラウンドパターンの配線幅は、前記第2グラウンドパターンの配線幅よりも狭い、ことを特徴とする。
【0011】
また、本発明の電子モジュールは、第1表層と、前記第1表層とは反対の第2表層と、を有するプリント配線板と、内部キャパシタを含む半導体素子を有し、前記プリント配線板の前記第1表層の側に実装された半導体装置と、前記プリント配線板の前記第2表層の側に実装された第1キャパシタ及び複数の第2キャパシタと、を備え、前記第1キャパシタの静電容量は、前記複数の第2キャパシタの各々の静電容量よりも小さく、前記プリント配線板は、前記第2表層に設けられた前記第1キャパシタを前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる第1電源ヴィア及び第1グラウンドヴィアと、前記第2表層に設けられた前記複数の第2キャパシタの各々を前記内部キャパシタに並列に接続するのに用いられる複数の第2電源ヴィア及び複数の第2グラウンドヴィアと、を有し、前記第1電源ヴィアの径は、前記第2電源ヴィアの径よりも細い、及び/又は、前記第1グラウンドヴィアの径は、前記第2グラウンドヴィアの径よりも細い、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、電源電位変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】第1実施形態に係る電子機器の一例の撮像装置の説明図である。
【
図2】(a)は、第1実施形態に係る処理モジュールの一部分を示す斜視図である。(b)は、第1実施形態におけるキャパシタの配置状態を説明するための平面図である。
【
図3】第1実施形態に係る処理モジュールの等価回路図である。
【
図4】第1実施形態に係る処理モジュールの断面模式図である。
【
図5】(a)は、第1実施形態におけるキャパシタの搭載部分の平面図である。(b)は、第1実施形態の半導体装置における電源インピーダンス特性を示すグラフである。
【
図6】(a)は、第2実施形態のプリント配線板におけるキャパシタの搭載部分の平面図である。(b)は、第2実施形態の半導体装置における電源インピーダンス特性を示すグラフである。
【
図7】(a)は、第3実施形態のプリント配線板におけるキャパシタの搭載部分の平面図である。(b)は、第3実施形態の半導体装置における電源インピーダンス特性を示すグラフである。
【
図8】第4実施形態に係る処理モジュールの断面模式図である。
【
図9】(a)は、第4実施形態のプリント配線板におけるキャパシタの搭載部分の平面図である。(b)及び(c)は、第4実施形態のプリント配線板における内層の平面図である。(d)は、第1実施形態の半導体装置における電源インピーダンス特性を示すグラフである。
【
図10】(a)は、比較例1の処理モジュールの一部分を示す斜視図である。(b)は、比較例1の半導体装置における電源インピーダンス特性を示すグラフである。
【
図11】(a)は、比較例1のプリント配線板におけるキャパシタの搭載部分の平面図である。(b)は、比較例1の半導体装置における電源インピーダンス特性を示すグラフである。
【
図12】(a)は、第5実施形態のプリント配線板における半導体装置の搭載部分の平面図である。(b)は、第5実施形態のプリント配線板におけるキャパシタの搭載部分の平面図である。(c)は、第5実施形態の半導体装置における電源インピーダンス特性を示すグラフである。
【
図13】第6実施形態に係る処理モジュールの断面模式図である。
【
図14】(a)は、第6実施形態のプリント配線板におけるキャパシタの搭載部分の平面図である。(b)は、第6実施形態の半導体装置における電源インピーダンス特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0015】
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る電子機器の一例としての撮像装置であるデジタルカメラ600の説明図である。撮像装置であるデジタルカメラ600は、レンズ交換式のデジタルカメラであり、カメラ本体601を備える。カメラ本体601には、レンズを含むレンズユニット(レンズ鏡筒)602が着脱可能となっている。カメラ本体601は、筐体611と、筐体611の内部に配置された、処理モジュール300及びセンサモジュール900と、を備えている。処理モジュール300は、電子モジュールの一例であり、プリント回路板で構成されている。処理モジュール300とセンサモジュール900とはケーブル400で電気的に接続されている。
【0016】
センサモジュール900は、撮像素子であるイメージセンサ901と、プリント配線板902と、を有する。イメージセンサ901は、プリント配線板902に実装されている。イメージセンサ901は、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ又はCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサである。イメージセンサ901は、レンズユニット602を介して入射した光を電気信号に変換する機能を有する。
【0017】
処理モジュール300は、半導体装置100と、電源装置150と、プリント配線板200と、を有する。半導体装置100及び電源装置150は、プリント配線板200に実装されている。プリント配線板200は、リジッド基板である。半導体装置100は、例えばデジタルシグナルプロセッサであり、イメージセンサ901から電気信号を取得し、取得した電気信号を補正する処理を行い、画像データを生成する機能を有する。電源装置150は、電源回路で構成されたICであり、プリント配線板200を介して半導体装置100に動作に必要な電力(電流)を供給する。プリント配線板200には、電源装置150から半導体装置100へ電力(電流)を供給する給電経路が形成されている。
【0018】
図2(a)は、第1実施形態に係る処理モジュール300の一部分を示す斜視図である。半導体装置100は、半導体パッケージであり、第1実施形態では、BGA(Ball Grid Array)の半導体パッケージである。図示は省略するが、半導体素子102は、受信したデジタル信号を演算処理するコア回路と、コア回路から出力されたデジタル信号を外部機器や他の半導体装置に送信する送信回路(バッファ)と、を有する。
【0019】
半導体装置100は、パッケージ基板101と、パッケージ基板101に実装された半導体素子102とを有する。半導体素子102は、半導体チップであり、封止樹脂で封止された不図示のダイを有する。パッケージ基板101は、インタポーザである。半導体素子102は、複数のはんだバンプ103によってパッケージ基板101に電気的及び機械的に接続されている。半導体装置100のパッケージ基板101は、複数のはんだボール110によってプリント配線板200に電気的及び機械的に接続されている。複数のはんだボール110は格子状に配列されている。
【0020】
処理モジュール300は、プリント配線板200に実装され、電源電位変動を抑制するために給電経路に設けられた複数(例えば12個)のキャパシタ120を有する。なお、
図2(a)には、複数のキャパシタ120のうち2つのキャパシタ120を図示している。これらキャパシタ120は、バイパスキャパシタであり、給電経路に含まれる電源線とグラウンド線との間に設けられている。即ち、キャパシタ120の一対の電極のうち一方は、電源線に電気的に接続されており、他方は、グラウンド線に電気的に接続されている。
【0021】
プリント配線板200は、不図示のソルダーレジスト層を有し、主面201,202において、はんだの接合に用いられるパッド以外の部分がソルダーレジスト層で覆われている。パッドは、SMD(Solder Mask Defined)又はNSMD(Non-solder Mask Defined)のパッドである。
【0022】
第1実施形態では、半導体装置100は、プリント配線板200の主面201の側に配置されており、複数のキャパシタ120は、プリント配線板200の主面201とは反対側の主面202の側に配置されている。
図2(b)は、第1実施形態における複数のキャパシタ120の配置状態を説明するための平面図である。
図2(b)には、プリント配線板200の主面202に垂直な方向であるZ方向に処理モジュール300を見た図である。
図2(b)に示すように、複数のキャパシタ120は、Z方向に見て、半導体装置100と重なる位置に配置されている。
【0023】
ここで、比較例1の処理モジュールについて説明する。
図10(a)は、比較例1の処理モジュール300Yの一部分を示す斜視図である。処理モジュール300Yは、プリント配線板200Yと、プリント配線板200Yに実装された半導体装置100Yとを備える。半導体装置100Yは、半導体パッケージであり、パッケージ基板101Yと、パッケージ基板101Yに実装された半導体素子102Yとを有する。また、処理モジュール300Yは、プリント配線板200Yに実装された複数のキャパシタ120Yを備える。各キャパシタ120Yは、バイパスキャパシタである。半導体装置100Yは、プリント配線板200Yの主面201Yの側に配置されており、複数のキャパシタ120Yは、プリント配線板200Yの主面201Yとは反対側の主面202Yの側に配置されている。
【0024】
図10(b)は、比較例1の処理モジュール300Yにおける半導体素子102Yから見た給電経路の電源インピーダンスの周波数特性(電源インピーダンス特性)を示すグラフである。
図10(b)中、破線は、半導体素子102Yがオンダイキャパシタを有していない場合の電源インピーダンス特性を示し、実線は、半導体素子102Yがオンダイキャパシタを有している場合の電源インピーダンス特性を示している。
【0025】
半導体素子102Yにおける処理の高速化に伴い、
図10(b)の破線で示すように、100MHz以上の周波数で発生する反共振のピーク(極大値)P11Y,P12Yが問題となってきている。例えば、半導体素子102Yが送信回路を有し、送信回路においてデジタル信号を高速に送信する場合に、反共振のピークP11Y,P12Yが信号の品質に影響を及ぼす。
【0026】
キャパシタ120Yと半導体素子102Yとの間には、プリント配線板200Y及びパッケージ基板101Yの配線のインダクタンスが存在する。このインダクタンスにより、キャパシタ120Yによる共振周波数を反共振のピークP11Y,P12Yに近づける、即ち反共振のピークP11Y,P12Yを低減させるのは困難である。
【0027】
そこで、半導体素子102Yにオンダイキャパシタを搭載させることで、実線で示すように、反共振のピークP11Y,P12Yを低減させることができる。しかし、反共振のピークP11Y,P12Yを低減させることができるものの、10MHz以上100MHz未満、例えば数十MHzの周波数において、反共振のピーク(極大値)P13Yが発生することが判明した。半導体装置100Yの動作による電流の周波数成分に、反共振が発生している周波数が一致していると、電源電位変動が生じる。反共振のピークP13Yが発生する原因を究明したところ、オンダイキャパシタの容量成分と、半導体素子102Yの電源パッド及びグラウンドパッドからキャパシタ120Yまでの間の寄生インダクタンス成分により発生することを突き止めた。
【0028】
以下、10MHz以上100MHz未満の周波数帯に反共振のピークが発生する原理について考察した結果を、実験した例を挙げて説明する。
図11(a)は、主面202Yに垂直な方向であるZ方向にプリント配線板200Yを見たときのキャパシタ120Yの搭載部分(実装部分)R1Yの平面図である。以下、キャパシタ120Yの数を第1実施形態と同じ12個とした場合について説明する。搭載部分R1Yもキャパシタ120Yと同じ数だけ存在するが、各搭載部分R1Yの配線構成は概略同一であるので、1つの搭載部分R1Yの配線構成についてのみ説明する。また、
図11(a)において、キャパシタ120Yを鎖線で示す。キャパシタ120Yは、一対の電極121Y,122Yを有する。
【0029】
プリント配線板200Yにおける主面202Y側の表層には、電源線部210EYと、グラウンド線部210GYと、が形成されている。電源線部210EYは、電源ヴィアパッド211EYと、キャパシタ120Yの電極121Yが接合された電源パッド212EYと、電源ヴィアパッド211EYと電源パッド212EYとをつなぐ電源パターン213EYと、を含む。グラウンド線部210GYは、グラウンドヴィアパッド211GYと、キャパシタ120Yの電極122Yが接合されたグラウンドパッド212GYと、を含む。また、グラウンド線部210GYは、グラウンドヴィアパッド211GYとグラウンドパッド212GYとをつなぐグラウンドパターン213GYを含む。ここで、電源線部210EYの配線長とグラウンド線部210GYの配線長について説明する。電源線部210EYの配線長は、電源ヴィアパッド211EYの中心から電源パッド212EYの中心までの道のりのうち最短となる道のりである。同様に、グラウンド線部210GYの配線長は、グラウンドヴィアパッド211GYの中心からグラウンドパッド212GYの中心までの道のりのうち最短となる道のりである。
【0030】
比較例1の処理モジュール300Yについて、電源インピーダンス特性を測定する実験を行った。この実験に用いた処理モジュール300Yのパラメータについて説明する。12個の電源線部210EYのうち1つの電源線部210EYに対する他の電源線部210EYの配線長差が、0.1mm以内であった。また、12個のグラウンド線部210GYのうち1つのグラウンド線部210GYに対する他のグラウンド線部210GYの配線長差が0.1mm以内であった。12個の電源パターン213EYのうち1つの電源パターン213EYに対する他の電源パターン213EYの配線幅差が10%以内であった。また、12個のグラウンドパターン213GYのうち1つのグラウンドパターン213GYに対する他のグラウンドパターン213GYの配線幅差が10%以内であった。キャパシタ120Yの静電容量は0.1μFとした。半導体素子102Yのオンダイキャパシタの静電容量は、20nFとした。
【0031】
このような構成において、半導体素子102Yの電源パッドおよびグラウンドパッドから電源インピーダンス特性(Z11)を測定した結果を、
図11(b)に示す。
図11(b)は、比較例1の電源インピーダンス特性を示すグラフである。オンダイキャパシタによる容量成分と、半導体素子102の電源パッドからキャパシタ120Yまでの寄生インダクタンス成分により、100MHz近傍で100MHz未満の周波数において電源インピーダンスが極大値となる反共振のピークP1Yが発生する。なお、12個のキャパシタ120Yにより、10MHz近傍で10MHz以上の周波数において、極小値となる共振のピークP2Yが発生する。
【0032】
12か所の搭載部分R1Yの配線構造は概略同一である。このことから、半導体素子102Yの側からキャパシタ120Yを見ると、12個のキャパシタ120Y、及びそれらに接続されている電源線及びグラウンド線を巨視的に1つの回路として集約表現することが可能である。この集約表現された回路は、電気抵抗R、インダクタンスL、及びキャパシタンスCからなる。電気抵抗Rは、1つの電源線の寄生抵抗および1つのキャパシタのESRを足し合わせた値を、12で割った値で表現可能である。インダクタンスLは、1つの電源線の寄生インダクタンスおよび1つのキャパシタのESLを足し合わせた値を、12で割った値で表現可能である。キャパシタンスCは、1つのキャパシタの静電容量を、12倍した値で表現することが可能である。
【0033】
このとき、処理モジュール300Yにおいて、半導体素子102Yからキャパシタ120Yまでの電源回路について考える。この電源回路は、キャパシタンスCから見たオンダイキャパシタまでの合計寄生インダクタンス257pHと、オンダイキャパシタの静電容量20nFからなる閉回路に、半導体素子102Yの電源回路が並列接続された回路とみなせる。この回路において、共振周波数fは式(1.1)で示すことができる。
【数1】
式(1.1)に対して、Lに257pH、Cに20nFを代入すると、共振周波数fは70.2MHzとなる。共振周波数fにおいて、半導体素子102Yから見た電源インピーダンス特性が極大値となる反共振のピークP1Yが発生する。
【0034】
そこで第1実施形態では、この反共振による電源インピーダンス特性の上昇を抑制するために、反共振として発生している回路の定数、即ちキャパシタの静電容量を調整するのではなく、反共振回路に共振回路を並列に接続するよう構成している。
【0035】
図2(b)に示すように12個のキャパシタ120のうち少なくとも1つ、例えば1つのキャパシタ120
1の搭載部分(実装部分)R1の配線構造を、残りの複数のキャパシタ120
2の各々の搭載部分(実装部分)R2の配線構造に対して異ならせている。複数の搭載部分R2の配線構造は同一である。搭載部分R1の配線構造及びキャパシタ120
1で、共振回路の一部が構成されている。キャパシタ120
1は、第1キャパシタの一例である。キャパシタ120
2は、第2キャパシタの一例である。ここで、キャパシタ120
1の数は、キャパシタ120
2の数よりも少ない。逆に言えば、キャパシタ120
2の数は、キャパシタ120
1の数よりも多い。
【0036】
図3は、第1実施形態に係る処理モジュール300の等価回路図である。
図3に示すように、処理モジュール300は、
図1及び
図2において不図示であった、給電経路となる電源線301E及びグラウンド線301Gと、大容量のキャパシタ130と、を有する。
【0037】
図3に示すように、半導体素子102は、内部キャパシタの一例であるオンダイキャパシタ140と、オンダイキャパシタ140に並列に接続され、デジタル信号を送信する送信回路(バッファ)145と、を含む。なお、送信回路145は、コア回路に置き換えることも可能である。キャパシタ120
1、複数のキャパシタ120
2、キャパシタ130、オンダイキャパシタ140、及び送信回路145は、電源線301E及びグラウンド線301Gに接続されている。送信回路145は、トランジスタなどの能動素子を含んで構成され、動作時に電源線301E及びグラウンド線301Gを介して電流が流れることから、等価回路において電流源とみなすことができる。オンダイキャパシタ140は、半導体素子102の電源パッド(不図示)とグラウンドパッド(不図示)間に容量成分を付与している。
【0038】
キャパシタ1201及び複数のキャパシタ1202は、電源線301E及びグラウンド線301Gによって半導体素子102、即ち送信回路145に並列に接続されている。これにより、キャパシタ1201及び複数のキャパシタ1202は、半導体素子102、即ち送信回路145の電源側とグラウンド側とを交流的にバイパスしている。オンダイキャパシタ140も、送信回路145に対して並列に接続されているため、送信回路145の電源側とグラウンド側とを交流的にバイパスしている。このように、キャパシタ1201、複数のキャパシタ1202、及びオンダイキャパシタ140は、電源線301E及びグラウンド線301Gによって相互に並列に接続されている。
【0039】
キャパシタ1201は、一対の電極1211,1221を有し、一方の電極1211が電源線301Eに接続され、他方の電極1221がグラウンド線301Gに接続されている。キャパシタ1202は、一対の電極1212,1222を有し、一方の電極1212が電源線301Eに接続され、他方の電極1222がグラウンド線301Gに接続されている。キャパシタ130は、一対の電極131,132を有し、一方の電極131が電源線301Eに接続され、他方の電極132がグラウンド線301Gに接続されている。オンダイキャパシタ140は、一対の電極141,142を有し、一方の電極141が電源線301Eに接続され、他方の電極142がグラウンド線301Gに接続されている。
【0040】
第1実施形態では、オンダイキャパシタ140及び複数のキャパシタ120
2を含む反共振回路に、キャパシタ120
1を含む共振回路を並列に接続するよう構成している。キャパシタ120
1を含む共振回路は、送信回路145から見たキャパシタ120
1までの寄生インダクタンスとキャパシタ120
1の静電容量によって、式(1.1)の周波数fにおいて、インピーダンスが極小となる共振を発生する。この共振現象を利用し、反共振のピーク(極大値)に、共振のピーク(極小値)を重ね合わせることで、反共振のピークを抑えるものである。キャパシタ120
1,120
2は、チップ部品であり、静電容量は、規格で予め決められた離散的な公称値(定格容量)の中から選択することになる。したがって、共振のピークをキャパシタ120
1の静電容量のみで調整するには限界がある。そこで、第1実施形態では、共振のピークをキャパシタ120
1の静電容量のみで調整するのではなく、キャパシタ120
1の搭載部分R1(
図2(b))の配線構造で調整するようにしている。共振周波数の変動幅を大きくすることができるという観点において、キャパシタ120
1の静電容量は10nF以下が好ましい。具体的には、キャパシタ120
1の搭載部分R1で付与することのできるインダクタンスは最大で2nF程度であるため、共振周波数を10MHz程度変動させることができる。
【0041】
以下、第1実施形態における電源線301E及びグラウンド線301Gの一部の配線構造について詳細に説明する。
図4は、第1実施形態に係る処理モジュール300の断面模式図である。半導体装置100のパッケージ基板101は、電源パッド105E
1,105E
2及びグラウンドパッド105G
1,105G
2を有する。プリント配線板200は、4つの導体層251~254を含む積層基板である。導体層251~254の間には、絶縁体層261~263が配置されている。導体層251,254は、表層、すなわち外層である。導体層252,253は、内層である。導体層251は、主面201側の導体層、即ち第1表層である。導体層254は、主面202側の導体層、即ち第2表層である。Z方向は、導体層254に垂直な方向でもある。なお、導体層253は、絶縁体層263を挟んで導体層254に隣接している。導体層251~254の導体パターン及びこれら導体層251~254に跨って配置されたヴィア導体(ヴィア)は、例えば銅などの導電性を有する部材で構成されている。絶縁体層261~263の絶縁体は、例えばエポキシ樹脂などの電気絶縁性を有する部材で構成されている。
【0042】
プリント配線板200は、導体層251に配置された電源パッド205E1,205E2と、導体層251に配置されたグラウンドパッド205G1,205G2とを有する。電源パッド105E1と電源パッド205E1とは、はんだボール110で構成された電源端子110E1で接合されている。電源パッド105E2と電源パッド205E2とは、はんだボール110で構成された電源端子110E2で接合されている。グラウンドパッド105G1とグラウンドパッド205G1とは、はんだボール110で構成されたグラウンド端子110G1で接合されている。グラウンドパッド105G2とグラウンドパッド205G2とは、はんだボール110で構成されたグラウンド端子110G2で接合されている。
【0043】
導体層251には、電源パッド205E1に接続された電源ヴィアパッド206E1、及び電源パッド205E2に接続された電源ヴィアパッド206E2が配置されている。また、導体層251には、グラウンドパッド205G1に接続されたグラウンドヴィアパッド206G1、及びグラウンドパッド205G2に接続されたグラウンドヴィアパッド206G2が配置されている。
【0044】
導体層254には、電源ヴィアパッド211E1及び電源ヴィアパッド211E2が配置されている。また、導体層254には、グラウンドヴィアパッド211G1及びグラウンドヴィアパッド211G2が配置されている。電源ヴィアパッド206E1と電源ヴィアパッド211E1とは、電源ヴィア207E1で接続されている。電源ヴィアパッド206E2と電源ヴィアパッド211E2とは、電源ヴィア207E2で接続されている。グラウンドヴィアパッド206G1とグラウンドヴィアパッド211G1とは、グラウンドヴィア207G1で接続されている。グラウンドヴィアパッド206G2とグラウンドヴィアパッド211G2とは、グラウンドヴィア207G2で接続されている。電源ヴィア207E1,207E2は、例えば導体層252に配置された電源プレーン208Eに接続されている。グラウンドヴィア207G1,207G2は、例えば導体層253に配置されたグラウンドプレーン208Gに接続されている。
【0045】
図5(a)は、第1実施形態におけるキャパシタ120
1,120
2の搭載部分R1,R2の平面図である。
図5(a)には、プリント配線板200をZ方向に見たときの搭載部分R1,R2の配線構造を図示している。第1実施形態では、プリント配線板200におけるキャパシタ120
1の搭載部分R1の配線構造は、キャパシタ120
2の搭載部分R2の配線構造と異なる。なお、複数の搭載部分R2の配線構造は概略同一であるので、
図5(a)において、1つの搭載部分R2の配線についてのみ図示している。また、
図5(a)において、キャパシタ120
1,120
2を鎖線で示す。
【0046】
搭載部分R1の配線構造について説明する。プリント配線板200は、第2表層である導体層254に配置され、
図3の電源線301Eの一部分である第1電源線部の一例としての電源線部210E
1を有する。電源線部210E
1は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち一方の電極141に電気的に導通している。また、プリント配線板200は、導体層254に配置され、
図3のグラウンド線301Gの一部分である第1グラウンド線部の一例としてのグラウンド線部210G
1を有する。グラウンド線部210G
1は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち他方の電極142に電気的に導通している。電源線部210E
1及びグラウンド線部210G
1は、
図3に示す電源装置150から見て、キャパシタ120
1を送信回路145及びオンダイキャパシタ140に並列に接続するのに用いられる。
【0047】
搭載部分R2の配線構造について説明する。プリント配線板200は、導体層254に配置され、
図3の電源線301Eの一部分である第2電源線部の一例としての電源線部210E
2を有する。電源線部210E
2は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち一方の電極141に電気的に導通している。また、プリント配線板200は、導体層254に配置され、
図3のグラウンド線301Gの一部分である第2グラウンド線部の一例としてのグラウンド線部210G
2を有する。グラウンド線部210G
2は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち他方の電極142に電気的に導通している。電源線部210E
2及びグラウンド線部210G
2は、
図3に示す電源装置150から見て、キャパシタ120
2を送信回路145及びオンダイキャパシタ140に並列に接続するのに用いられる。
【0048】
電源線部210E
1は、第1電源ヴィアパッドである電源ヴィアパッド211E
1と、第1電源パッドである電源パッド212E
1と、第1電源パターンである電源パターン213E
1と、を含む。電源ヴィアパッド211E
1は、
図4に示すように、電源ヴィア207E
1に連結されている。電源パッド212E
1は、キャパシタ120
1の一対の電極121
1,122
1のうちの一方の電極121
1がはんだ等で接合された導体パッドである。電源パターン213E
1は、電源ヴィアパッド211E
1と電源パッド212E
1とをつなぐ導体パターンである。これにより、電源パッド212E
1は、電源パターン213E
1を介して電源ヴィアパッド211E
1に電気的に接続されている。
【0049】
グラウンド線部210G
1は、第1グラウンドヴィアパッドであるグラウンドヴィアパッド211G
1と、第1グラウンドパッドであるグラウンドパッド212G
1と、第1グラウンドパターンであるグラウンドパターン213G
1と、を含む。グラウンドヴィアパッド211G
1は、
図4に示すように、グラウンドヴィア207G
1に連結されている。グラウンドパッド212G
1は、キャパシタ120
1の一対の電極121
1,122
1のうちの他方の電極122
1がはんだ等で接合された導体パッドである。グラウンドパターン213G
1は、グラウンドヴィアパッド211G
1とグラウンドパッド212G
1とをつなぐ導体パターンである。これにより、グラウンドパッド212G
1は、グラウンドパターン213G
1を介してグラウンドヴィアパッド211G
1に電気的に接続されている。
【0050】
電源線部210E
2は、第2電源ヴィアパッドである電源ヴィアパッド211E
2と、第2電源パッドである電源パッド212E
2と、第2電源パターンである電源パターン213E
2と、を含む。電源ヴィアパッド211E
2は、
図4に示すように、電源ヴィア207E
2に連結されている。電源パッド212E
2は、キャパシタ120
2の一対の電極121
2,122
2のうちの一方の電極121
2がはんだ等で接合された導体パッドである。電源パターン213E
2は、電源ヴィアパッド211E
2と電源パッド212E
2とをつなぐ導体パターンである。これにより、電源パッド212E
2は、電源パターン213E
2を介して電源ヴィアパッド211E
2に電気的に接続されている。
【0051】
グラウンド線部210G
2は、第2グラウンドヴィアパッドであるグラウンドヴィアパッド211G
2と、第2グラウンドパッドであるグラウンドパッド212G
2と、第2グラウンドパターンであるグラウンドパターン213G
2と、を含む。グラウンドヴィアパッド211G
2は、
図4に示すように、グラウンドヴィア207G
2に連結されている。グラウンドパッド212G
2は、キャパシタ120
1の一対の電極121
2,122
2のうちの他方の電極122
2がはんだ等で接合された導体パッドである。グラウンドパターン213G
2は、グラウンドヴィアパッド211G
2とグラウンドパッド212G
2とをつなぐ導体パターンである。これにより、グラウンドパッド212G
2は、グラウンドパターン213G
2を介してグラウンドヴィアパッド211G
2に電気的に接続されている。
【0052】
第1実施形態では、電源線部210E1のインダクタンスは、電源線部210E2のインダクタンスよりも高い。また、グラウンド線部210G1のインダクタンスは、グラウンド線部210G2のインダクタンスよりも高い。具体的に説明すると、電源線部210E1の配線長LE1は、電源線部210E2の配線長LE2よりも長い。また、グラウンド線部210G1の配線長LG1は、グラウンド線部210G2の配線長LG2よりも長い。
【0053】
電源線部210E1の配線長LE1は、電源ヴィアパッド211E1の中心と電源パッド212E1の中心との間の配線長である。電源線部210E2の配線長LE2は、電源ヴィアパッド211E2の中心と電源パッド212E2の中心との間の配線長である。グラウンド線部210G1の配線長LG1は、グラウンドヴィアパッド211G1の中心とグラウンドパッド212G1の中心との間の配線長である。グラウンド線部210G2の配線長LG2は、グラウンドヴィアパッド211G2の中心とグラウンドパッド212G2の中心との間の配線長である。
【0054】
より詳細に説明すると、配線長LE1は、電源ヴィアパッド211E1の中心と電源パッド212E1の中心との道のりのうち最短の道のりである。配線長LE2は、電源ヴィアパッド211E2の中心と電源パッド212E2の中心との道のりのうち最短の道のりである。配線長LG1は、グラウンドヴィアパッド211G1の中心とグラウンドパッド212G1の中心との道のりのうち最短の道のりである。配線長LG2は、グラウンドヴィアパッド211G2の中心とグラウンドパッド212G2の中心との道のりのうち最短の道のりである。
【0055】
第1実施形態では、Z方向に見て、各ヴィアパッド211E1,211E2,211G1,211G2の外形が円形である。各ヴィアパッド211E1,211E2,211G1,211G2の中心は、各ヴィアパッド211E1,211E2,211G1,211G2の外形の中心である。なお、各ヴィアパッド211E1,211E2,211G1,211G2に穴が存在する場合も同様である。
【0056】
また、第1実施形態では、Z方向に見て、パッド212E1,212E2,212G1,212G2の外形が矩形である。各パッド212E1,212E2,212G1,212G2の中心は、各パッド212E1,212E2,212G1,212G2の外形の中心である。
【0057】
第1実施形態の処理モジュール300について、電源インピーダンス特性を測定する実験を行った。この実験に用いた処理モジュール300のパラメータについて説明する。半導体素子102のオンダイキャパシタ140(
図3)の静電容量は、20nFとした。プリント配線板200の厚みは1.6mmとした。導体層251及び導体層254のそれぞれの厚みは0.043mm、導体層252及び導体層253のそれぞれの厚みは0.035mmとした。絶縁体層261及び絶縁体層263のそれぞれの厚みは0.1mm、絶縁体層262の厚みは1.2mmとした。半導体装置100におけるはんだボール110のピッチは0.8mmとした。また、電源パッド205E
1,205E
2およびグラウンドパッド205G
1,205G
2のそれぞれの直径は0.32mmとした。電源ヴィア207E
1,207E
2およびグラウンドヴィア207G
1,207G
2のそれぞれの穴の直径は0.25mmとした。12個のキャパシタ120は、全て0603サイズのチップ部品とした。キャパシタ120
1の静電容量(定格容量)は10nF以下、具体的には2.2nFとした。キャパシタ120
2の静電容量(定格容量)は0.1μFとした。
【0058】
電源パターン213E1の配線幅は0.2mmとした。配線長LE1は1.06mmとした。グラウンドパターン213G1の配線幅は0.2mmとした。配線長LG1は1.06mmとした。電源パターン213E2の配線幅は0.2mmとした。配線長LE2は0.51mmとした。グラウンドパターン213G2の配線幅は0.2mmとした。配線長LG2は0.51mmとした。
【0059】
配線長LE1は配線長LE2よりも0.3mm以上長いのが好ましい。また、配線長LG1は配線長LG2よりも0.3mm以上長いのが好ましい。配線長LE1が配線長LE2よりも0.3mm以上長いと、共振周波数の変動量を大きくすることができる。また、配線長LG1が配線長LG2よりも0.3mm以上長いと、共振周波数の変動量を大きくすることができる。具体的には、キャパシタ1201の静電容量が1nFであったとき、共振周波数を10MHz以上変動させるために必要なインダクタンスは0.3nHである。これはおおむね配線長0.3mmで形成されるインダクタンスと同等である。
【0060】
複数のキャパシタ1202のうち、1つのキャパシタ1202の搭載部分R2に対する他のキャパシタ1202の搭載部分R2の配線構造は、配線長0.1mm以内、配線幅10%以内の差異を持つ概略同一の構造とした。
【0061】
オンダイキャパシタ140から複数のキャパシタ1202の搭載部分R2のパッド212E2,212G2までの寄生ループインダクタンスは0.254nHであった。キャパシタ1202の寄生インダクタンスが1つあたり0.163nHであり、合成インダクタンスは0.015nHであった。キャパシタ1202からオンダイキャパシタ140までの寄生インダクタンスは0.269nHとなる。この寄生インダクタンス0.269nHとオンダイキャパシタ140の静電容量20nFとによって、電源インピーダンス特性の68.6MHzにおいて反共振が発生する。
【0062】
第1実施形態では、キャパシタ1201そのものの静電容量及び寄生インダクタンスだけでなく、配線長LE1,LG1を配線長LE2,LG2に対して変更したことにより、共振周波数を制御する。キャパシタ1201からオンダイキャパシタ140までの経路の全寄生インダクタンスは2.61nHであった。上述したように、キャパシタ1201の静電容量(定格容量)は、2.2nFとした。これにより、キャパシタ1201と、キャパシタ1201からオンダイキャパシタ140までの経路とで、自己共振周波数68.6MHzの共振回路となる。
【0063】
図5(b)は、第1実施形態の電源インピーダンス特性を示すグラフである。
図5(b)において、横軸は周波数、縦軸はインピーダンスである。なお、
図5(b)には、第1実施形態の電源インピーダンス特性を実線で図示し、比較のため、
図11(b)に示す比較例1の電源インピーダンス特性を破線で図示している。第1実施形態では、キャパシタ120
1及びその搭載部分R1の配線構造を含んだ共振回路を形成している。キャパシタ120
1及びその搭載部分R1の配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP10を、キャパシタ120
2及びその搭載部分R2の配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP2よりも高い周波数に設定する。具体的には、キャパシタ120
1及びその搭載部分R1の配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP10を、反共振のピークP1Yの近傍の周波数に設定する。これにより、第1実施形態では、発生する反共振のピークP1を、比較例1の反共振のピークP1Yよりも低減させることができる。つまり、電源インピーダンス特性で反共振が発生する周波数、特に10MHz以上100MHz未満の周波数において、インピーダンスの上昇を抑制することができる。これにより、電源電位変動を抑制することができる。
【0064】
なお、電源線部210E2が電源パターン213E2を有する場合について説明したが、電源パターン213E2を省略し、電源ヴィアパッド211E2と電源パッド212E2とが直接接続されていてもよい。同様に、グラウンド線部210G2がグラウンドパターン213G2を有する場合について説明したが、グラウンドパターン213G2を省略し、グラウンドヴィアパッド211G2とグラウンドパッド212G2とが直接接続されていてもよい。
【0065】
また、配線長LE1が配線長LE2よりも長いという条件、及び配線長LG1が配線長LG2よりも長いという条件の2つの条件を満たすのが好適であるが、これに限定するものではない。2つの条件のうち、一方の条件のみ満たす場合であってもよい。
【0066】
[第2実施形態]
第2実施形態に係る処理モジュールの構成について説明する。第2実施形態の処理モジュールでは、プリント配線板においてキャパシタが実装される搭載部分の配線構造が、第1実施形態と異なり、それ以外の構成は、第1実施形態と同様である。以下、第1実施形態と異なる構成について説明し、第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【0067】
図6(a)は、第2実施形態のプリント配線板200Aにおけるキャパシタ120
1,120
2の搭載部分(実装部分)R1A,R2Aの平面図である。
図6(a)には、プリント配線板200AをZ方向に見たときの搭載部分R1A,R2Aの配線構造を図示している。第2実施形態の搭載部分R1A,R2Aの配線構造が、第1実施形態の搭載部分R1,R2の配線構造と異なる。
【0068】
また、キャパシタ120
1の搭載部分R1Aの配線構造は、キャパシタ120
2の搭載部分R2Aの配線構造と異なる。なお、複数の搭載部分R2Aの配線構成は概略同一であるので、
図6(a)において、1つの搭載部分R2Aの配線構成についてのみ図示している。また、
図6(a)において、キャパシタ120
1,120
2を鎖線で示す。なお、キャパシタ120
1の個数は、第1実施形態と同様、1個であり、キャパシタ120
2の個数は、第1実施形態と同様、11個である。
【0069】
搭載部分R1Aの配線構造について説明する。プリント配線板200Aは、第2表層である導体層254に配置され、
図3の電源線301Eの一部分である第1電源線部の一例としての電源線部210EA
1を有する。電源線部210EA
1は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち一方の電極141に電気的に導通している。また、プリント配線板200Aは、導体層254に配置され、
図3のグラウンド線301Gの一部分である第1グラウンド線部の一例としてのグラウンド線部210GA
1を有する。グラウンド線部210GA
1は、オンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち他方の電極142に電気的に導通している。電源線部210EA
1及びグラウンド線部210GA
1は、
図3に示す電源装置150から見て、キャパシタ120
1を送信回路145及びオンダイキャパシタ140に並列に接続するのに用いられる。
【0070】
搭載部分R2Aの配線構造について説明する。プリント配線板200Aは、導体層254に配置され、
図3の電源線301Eの一部分である第2電源線部の一例としての電源線部210EA
2を有する。電源線部210EA
2は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち一方の電極141に電気的に導通している。また、プリント配線板200Aは、導体層254に配置され、
図3のグラウンド線301Gの一部分である第2グラウンド線部の一例としてのグラウンド線部210GA
2を有する。オンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち他方の電極142に電気的に導通している。電源線部210EA
2及びグラウンド線部210GA
2は、
図3に示す電源装置150から見て、キャパシタ120
2を送信回路145及びオンダイキャパシタ140に並列に接続するのに用いられる。
【0071】
電源線部210EA
1は、第1電源ヴィアパッドである電源ヴィアパッド211EA
1と、第1電源パッドである電源パッド212EA
1と、第1電源パターンである電源パターン213EA
1と、を含む。電源ヴィアパッド211EA
1は、
図4に示す電源ヴィア207E
1に連結されている。電源パッド212EA
1は、キャパシタ120
1の一対の電極121
1,122
1のうちの一方の電極121
1がはんだ等で接合された導体パッドである。電源パターン213EA
1は、電源ヴィアパッド211EA
1と電源パッド212EA
1とをつなぐ導体パターンである。これにより、電源パッド212EA
1は、電源パターン213EA
1を介して電源ヴィアパッド211EA
1に電気的に接続されている。
【0072】
グラウンド線部210GA
1は、第1グラウンドヴィアパッドであるグラウンドヴィアパッド211GA
1と、第1グラウンドパッドであるグラウンドパッド212GA
1と、第1グラウンドパターンであるグラウンドパターン213GA
1と、を含む。グラウンドヴィアパッド211GA
1は、
図4に示すグラウンドヴィア207G
1に連結されている。グラウンドパッド212GA
1は、キャパシタ120
1の一対の電極121
1,122
1のうちの他方の電極122
1がはんだ等で接合された導体パッドである。グラウンドパターン213GA
1は、グラウンドヴィアパッド211GA
1とグラウンドパッド212GA
1とをつなぐ導体パターンである。これにより、グラウンドパッド212GA
1は、グラウンドパターン213GA
1を介してグラウンドヴィアパッド211GA
1に電気的に接続されている。
【0073】
電源線部210EA
2は、第2電源ヴィアパッドである電源ヴィアパッド211EA
2と、第2電源パッドである電源パッド212EA
2と、第2電源パターンである電源パターン213EA
2と、を含む。電源ヴィアパッド211EA
2は、
図4に示す電源ヴィア207E
2に連結されている。電源パッド212EA
2は、キャパシタ120
2の一対の電極121
2,122
2のうちの一方の電極121
2がはんだ等で接合された導体パッドである。電源パターン213EA
2は、電源ヴィアパッド211EA
2と電源パッド212EA
2とをつなぐ導体パターンである。これにより、電源パッド212EA
2は、電源パターン213EA
2を介して電源ヴィアパッド211EA
2に電気的に接続されている。
【0074】
グラウンド線部210GA
2は、第2グラウンドヴィアパッドであるグラウンドヴィアパッド211GA
2と、第2グラウンドパッドであるグラウンドパッド212GA
2と、第2グラウンドパターンであるグラウンドパターン213GA
2と、を含む。グラウンドヴィアパッド211GA
2は、
図4に示すグラウンドヴィア207G
2に連結されている。グラウンドパッド212GA
2は、キャパシタ120
1の一対の電極121
2,122
2のうちの他方の電極122
2がはんだ等で接合された導体パッドである。グラウンドパターン213GA
2は、グラウンドヴィアパッド211GA
2とグラウンドパッド212GA
2とをつなぐ導体パターンである。これにより、グラウンドパッド212GA
2は、グラウンドパターン213GA
2を介してグラウンドヴィアパッド211GA
2に電気的に接続されている。
【0075】
第2実施形態では、Z方向に見て、各ヴィアパッド211EA1,211EA2,211GA1,211GA2の外形が円形である。また、第2実施形態では、Z方向に見て、パッド212EA1,212EA2,212GA1,212GA2の外形が矩形である。
【0076】
第2実施形態では、電源線部210EA1のインダクタンスは、電源線部210EA2のインダクタンスよりも高い。また、グラウンド線部210GA1のインダクタンスは、グラウンド線部210GA2のインダクタンスよりも高い。具体的に説明すると、電源線部210EA1の配線幅WE1は、電源線部210EA2の配線幅WE2よりも狭い。また、グラウンド線部210GA1の配線幅WG1は、グラウンド線部210GA2の配線幅WG2よりも狭い。また、第2実施形態では、電源パターン213EA1の配線幅WE1は、電源ヴィアパッド211EA1の直径WEV1よりも狭い。また、グラウンドパターン213GA1の配線幅WG1は、グラウンドヴィアパッド211GA1の直径WGV1よりも狭い。なお、第2実施形態では、電源パターン213EA2の配線幅WE2は、電源ヴィアパッド211EA2の直径WEV2と同じである。また、グラウンドパターン213GA2の配線幅WG2は、グラウンドヴィアパッド211GA2の直径WGV2と同じである。
【0077】
第2実施形態の処理モジュールについて、電源インピーダンス特性を測定する実験を行った。この実験に用いた処理モジュールのパラメータについて説明する。半導体素子102のオンダイキャパシタ140(
図3)の静電容量は、20nFとした。
【0078】
プリント配線板200Aの厚みは1.6mmとした。導体層251及び導体層254のそれぞれの厚みは0.043mm、導体層252及び導体層253のそれぞれの厚みは0.035mmとした。絶縁体層261及び絶縁体層263のそれぞれの厚みは0.1mm、絶縁体層262の厚みは1.2mmとした。半導体装置100におけるはんだボール110(
図2)のピッチは、0.8mmとした。また、電源パッド205E
1,205E
2(
図4)およびグラウンドパッド205G
1,205G
2(
図4)のそれぞれの直径は0.32mmとした。電源ヴィア207E
1,207E
2およびグラウンドヴィア207G
1,207G
2のそれぞれの穴の直径は0.25mmとした。12個のキャパシタ120(
図2(b))は、全て0603サイズのチップ部品とした。キャパシタ120
1の静電容量(定格容量)は10nF以下、具体的には2.2nFとした。キャパシタ120
2の静電容量(定格容量)は0.1μFとした。
【0079】
電源パターン213EA1の配線幅WE1は0.04mmとした。電源線部210EA1の配線長は0.8mmとした。グラウンドパターン213GA1の配線幅WG1は0.04mmとした。グラウンド線部210GA1の配線長は0.8mmとした。電源パターン213EA2の配線幅WE2は0.3mmとした。電源線部210EA2の配線長は0.8mmとした。グラウンドパターン213GA2の配線幅WG2は0.3mmとした。グラウンド線部210GA2の配線長は0.8mmとした。
【0080】
配線幅WE1は、配線幅WE2の80%以下であるのが好ましい。また、配線幅WG1は、配線幅WG2の80%以下であるのが好ましい。これらの関係の一方又は両方を満たすと、共振周波数の変動幅を大きくすることができるためである。具体的には、電源パターン213EA1の配線長が1mm、キャパシタ1201の静電容量が1nFのときに、共振周波数を1MHz変動させるために必要なインダクタンス(30nH)を実現することができる。
【0081】
複数のキャパシタ1202のうち、1つのキャパシタ1202の搭載部分R2Aに対する他のキャパシタ1202の搭載部分R2Aの配線構造は、配線長0.1mm以内、配線幅10%以内の差異を持つ概略同一の構造とした。
【0082】
オンダイキャパシタ140から複数のキャパシタ1202の搭載部分R2Aのパッド212EA2,212GA2までの寄生ループインダクタンスは0.279nHであった。キャパシタ1202の寄生インダクタンスが1つあたり0.163nHであり、合成インダクタンスは0.015nHであった。キャパシタ1202からオンダイキャパシタ140までの寄生インダクタンスは0.293nHとなる。この寄生インダクタンス0.293nHとオンダイキャパシタ140の静電容量20nFとによって、電源インピーダンス特性の65.7MHzにおいて反共振が発生する。
【0083】
第2実施形態では、キャパシタ1201そのものの静電容量及び寄生インダクタンスだけでなく、配線幅WE1,WG1を配線幅WE2,WG2に対して変更したことにより、共振周波数を制御する。キャパシタ1201からオンダイキャパシタ140までの経路の全寄生インダクタンスは2.71nHであった。上述したように、キャパシタ1201の静電容量(定格容量)は、2.2nFとした。これにより、キャパシタ1201と、キャパシタ1201からオンダイキャパシタ140までの経路とで、自己共振周波数65.2MHzの共振回路となる。
【0084】
図6(b)は、第2実施形態の電源インピーダンス特性を示すグラフである。
図6(b)において、横軸は周波数、縦軸はインピーダンスである。なお、
図6(b)には、第2実施形態の電源インピーダンス特性を実線で図示し、比較のため、
図11(b)に示す比較例1の電源インピーダンス特性を破線で図示している。第2実施形態では、キャパシタ120
1及びその搭載部分R1Aの配線構造を含んだ共振回路を形成している。キャパシタ120
1及びその搭載部分R1Aの配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP10Aを、キャパシタ120
2及びその搭載部分R2Aの配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP2Aよりも高い周波数に設定する。具体的には、キャパシタ120
1及びその搭載部分R1Aの配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP10Aを、反共振のピークP1Yの近傍の周波数に設定する。これにより、第2実施形態では、発生する反共振のピークP1Aを、比較例1の反共振のピークP1Yよりも低減させることができる。つまり、電源インピーダンス特性で反共振が発生する周波数、特に10MHz以上100MHz未満の周波数において、インピーダンスの上昇を抑制することができる。これにより、電源電位変動を抑制することができる。
【0085】
なお、配線幅WE1が配線幅WE2よりも狭いという条件、及び配線幅WG1が配線幅WG2よりも狭いという条件の2つの条件を満たすのが好適であるが、これに限定するものではない。2つの条件のうち、一方の条件のみ満たす場合であってもよい。また、第1実施形態と同様に、電源パターン213EA1の配線長を、電源パターン213EA2の配線長よりも長くしてもよい。また、第1実施形態と同様に、グラウンドパターン213GA1の配線長を、グラウンドパターン213GA2の配線長よりも長くしてもよい。
【0086】
[第3実施形態]
第3実施形態に係る処理モジュールの構成について説明する。第3実施形態の処理モジュールでは、プリント配線板においてキャパシタが実装される搭載部分の配線構造が、第1実施形態と異なり、それ以外の構成は、第1実施形態と同様である。以下、第1実施形態と異なる構成について説明し、第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【0087】
図7(a)は、第3実施形態のプリント配線板200Bにおけるキャパシタ120
1,120
2の搭載部分(実装部分)R1B,R2Bの平面図である。
図7(a)には、プリント配線板200BをZ方向に見たときの搭載部分R1B,R2Bの配線構造を図示している。第3実施形態の搭載部分R1B,R2Bの配線構造が、第1実施形態の搭載部分R1,R2の配線構造と異なる。
【0088】
また、キャパシタ120
1の搭載部分R1Bの配線構造は、キャパシタ120
2の搭載部分R2Bの配線構造と異なる。なお、複数の搭載部分R2Bの配線構成は概略同一であるので、
図7(a)において、1つの搭載部分R2Bの配線構成についてのみ図示している。また、
図7(a)において、キャパシタ120
1,120
2を鎖線で示す。なお、キャパシタ120
1の個数は、第1実施形態と同様、1個であり、キャパシタ120
2の個数は、第1実施形態と同様、11個である。
【0089】
搭載部分R1Bの配線構造について説明する。プリント配線板200Bは、第2表層である導体層254に配置され、
図3の電源線301Eの一部分である第1電源線部の一例としての電源線部210EB
1を有する。電源線部210EB
1は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち一方の電極141に電気的に導通している。また、プリント配線板200Bは、導体層254に配置され、
図3のグラウンド線301Gの一部分である第1グラウンド線部の一例としてのグラウンド線部210GB
1を有する。グラウンド線部210GB
1は、オンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち他方の電極142に電気的に導通している。電源線部210EB
1及びグラウンド線部210GB
1は、
図3に示す電源装置150から見て、キャパシタ120
1を送信回路145及びオンダイキャパシタ140に並列に接続するのに用いられる。
【0090】
搭載部分R2Bの配線構造について説明する。プリント配線板200Bは、導体層254に配置され、
図3の電源線301Eの一部分である第2電源線部の一例としての電源線部210EB
2を有する。電源線部210EB
2は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち一方の電極141に電気的に導通している。また、プリント配線板200Bは、導体層254に配置され、
図3のグラウンド線301Gの一部分である第2グラウンド線部の一例としてのグラウンド線部210GB
2を有する。グラウンド線部210GB
2は、オンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち他方の電極142に電気的に導通している。電源線部210EB
2及びグラウンド線部210GB
2は、
図3に示す電源装置150から見て、キャパシタ120
2を送信回路145及びオンダイキャパシタ140に並列に接続するのに用いられる。
【0091】
電源線部210EB
1は、第1電源ヴィアパッドである電源ヴィアパッド211EB
1と、第1電源パッドである電源パッド212EB
1と、第1電源パターンである電源パターン213EB
1と、を含む。電源ヴィアパッド211EB
1は、
図4に示す電源ヴィア207E
1に連結されている。電源パッド212EB
1は、キャパシタ120
1の一対の電極121
1,122
1のうちの一方の電極121
1がはんだ等で接合された導体パッドである。電源パターン213EB
1は、電源ヴィアパッド211EB
1と電源パッド212EB
1とをつなぐ導体パターンである。これにより、電源パッド212EB
1は、電源パターン213EB
1を介して電源ヴィアパッド211EB
1に電気的に接続されている。
【0092】
グラウンド線部210GB
1は、第1グラウンドヴィアパッドであるグラウンドヴィアパッド211GB
1と、第1グラウンドパッドであるグラウンドパッド212GB
1と、第1グラウンドパターンであるグラウンドパターン213GB
1と、を含む。グラウンドヴィアパッド211GB
1は、
図4に示すグラウンドヴィア207G
1に連結されている。グラウンドパッド212GB
1は、キャパシタ120
1の一対の電極121
1,122
1のうちの他方の電極122
1がはんだ等で接合された導体パッドである。グラウンドパターン213GB
1は、グラウンドヴィアパッド211GB
1とグラウンドパッド212GB
1とをつなぐ導体パターンである。これにより、グラウンドパッド212GB
1は、グラウンドパターン213GB
1を介してグラウンドヴィアパッド211GB
1に電気的に接続されている。
【0093】
電源線部210EB
2は、第2電源ヴィアパッドである電源ヴィアパッド211EB
2と、第2電源パッドである電源パッド212EB
2と、第2電源パターンである電源パターン213EB
2と、を含む。電源ヴィアパッド211EB
2は、
図4に示す電源ヴィア207E
2に連結されている。電源パッド212EB
2は、キャパシタ120
2の一対の電極121
2,122
2のうちの一方の電極121
2がはんだ等で接合された導体パッドである。電源パターン213EB
2は、電源ヴィアパッド211EB
2と電源パッド212EB
2とをつなぐ導体パターンである。これにより、電源パッド212EB
2は、電源パターン213EB
2を介して電源ヴィアパッド211EB
2に電気的に接続されている。
【0094】
グラウンド線部210GB
2は、第2グラウンドヴィアパッドであるグラウンドヴィアパッド211GB
2と、第2グラウンドパッドであるグラウンドパッド212GB
2と、第2グラウンドパターンであるグラウンドパターン213GB
2と、を含む。グラウンドヴィアパッド211GB
2は、
図4に示すグラウンドヴィア207G
2に連結されている。グラウンドパッド212GB
2は、キャパシタ120
1の一対の電極121
2,122
2のうちの他方の電極122
2がはんだ等で接合された導体パッドである。グラウンドパターン213GB
2は、グラウンドヴィアパッド211GB
2とグラウンドパッド212GB
2とをつなぐ導体パターンである。これにより、グラウンドパッド212GB
2は、グラウンドパターン213GB
2を介してグラウンドヴィアパッド211GB
2に電気的に接続されている。
【0095】
第3実施形態では、電源線部210EB1のインダクタンスは、電源線部210EB2のインダクタンスよりも高い。また、グラウンド線部210GB1のインダクタンスは、グラウンド線部210GB2のインダクタンスよりも高い。具体的に説明すると、電源線部210EB1の配線長LE1は、電源線部210EB2の配線長LE2よりも長く、グラウンド線部210GB1の配線長LG1は、グラウンド線部210GB2の配線長LG2よりも長い。
【0096】
電源線部210EB1の配線長LE1は、電源ヴィアパッド211EB1の中心と電源パッド212EB1の中心との間の配線長である。電源線部210EB2の配線長LE2は、電源ヴィアパッド211EB2の中心と電源パッド212EB2の中心との間の配線長である。グラウンド線部210GB1の配線長LG1は、グラウンドヴィアパッド211GB1の中心とグラウンドパッド212GB1の中心との間の配線長である。グラウンド線部210GB2の配線長LG2は、グラウンドヴィアパッド211GB2の中心とグラウンドパッド212GB2の中心との間の配線長である。
【0097】
より詳細に説明すると、配線長LE1は、電源ヴィアパッド211EB1の中心と電源パッド212EB1の中心との道のりのうち最短の道のりである。配線長LE2は、電源ヴィアパッド211EB2の中心と電源パッド212EB2の中心との道のりのうち最短の道のりである。配線長LG1は、グラウンドヴィアパッド211GB1の中心とグラウンドパッド212GB1の中心との道のりのうち最短の道のりである。配線長LG2は、グラウンドヴィアパッド211GB2の中心とグラウンドパッド212GB2の中心との道のりのうち最短の道のりである。第3実施形態では、配線長LE1を配線長LE2よりも長くするために、電源パターン213EB1をミアンダ状に配線している。
【0098】
第3実施形態では、Z方向に見て、各ヴィアパッド211EB1,211EB2,211GB1,211GB2の外形が円形である。各ヴィアパッド211EB1,211EB2,211GB1,211GB2の中心は、各ヴィアパッド211EB1,211EB2,211GB1,211GB2の外形の中心である。なお、各ヴィアパッド211EB1,211EB2,211GB1,211GB2に穴が存在する場合も同様である。
【0099】
また、第3実施形態では、Z方向に見て、パッド212EB1,212EB2,212GB1,212GB2の外形が矩形である。各パッド212EB1,212EB2,212GB1,212GB2の中心は、各パッド212EB1,212EB2,212GB1,212GB2の外形の中心である。
【0100】
第3実施形態の処理モジュールについて、電源インピーダンス特性を測定する実験を行った。この実験に用いた処理モジュールのパラメータについて説明する。半導体素子102のオンダイキャパシタ140(
図3)の静電容量は、20nFとした。
【0101】
プリント配線板200Bの厚みは1.6mmとした。導体層251及び導体層254のそれぞれの厚みは0.043mm、導体層252及び導体層253のそれぞれの厚みは0.035mmとした。絶縁体層261及び絶縁体層263のそれぞれの厚みは0.1mm、絶縁体層262の厚みは1.2mmとした。半導体装置100におけるはんだボール110(
図2)のピッチは、0.8mmとした。また、電源パッド205E
1,205E
2(
図4)およびグラウンドパッド205G
1,205G
2(
図4)のそれぞれの直径は0.32mmとした。電源ヴィア207E
1,207E
2およびグラウンドヴィア207G
1,207G
2のそれぞれの穴の直径は0.25mmとした。12個のキャパシタ120(
図2(b))は、全て0603サイズのチップ部品とした。キャパシタ120
1の静電容量(定格容量)は、10nF以下、具体的には2.2nFとした。キャパシタ120
2の静電容量(定格容量)は0.1μFとした。
【0102】
電源パターン213EB1の配線幅は0.07mmとした。電源線部210EB1の配線長LE1は、電源パターン213EB1をミアンダ状とし、1.1mmとした。グラウンドパターン213GB1の配線幅は0.3mmとした。グラウンド線部210GB1の配線長LG1は0.8mmとした。電源パターン213EB2の配線幅は0.2mmとした。電源線部210EB2の配線長LE2は0.51mmとした。グラウンドパターン213GB2の配線幅は0.2mmとした。グラウンド線部210GB2の配線長LG2は0.51mmとした。
【0103】
配線長LE1は配線長LE2よりも0.3mm以上長いのが好ましく、配線長LG1は配線長LG2よりも0.3mm以上長いのが好ましい。なお、電源パターン213EB1をミアンダ状とすることにより、各ヴィアパッド211EB1,211GB1及びパッド212EB1,212GB1の位置に関わらず、配線長LE1を配線長LE2よりも0.3mm長くすることが可能となる。
【0104】
複数のキャパシタ1202のうち、1つのキャパシタ1202の搭載部分R2Bに対する他のキャパシタ1202の搭載部分R2Bの配線構造は、配線長0.1mm以内、配線幅10%以内の差異を持つ概略同一の構造とした。
【0105】
図3のオンダイキャパシタ140から複数のキャパシタ120
2の搭載部分R2Bのパッド212EB
2,212GB
2までの寄生ループインダクタンスは0.254nHであった。キャパシタ120
2の寄生インダクタンスが1つあたり0.163nHであり、合成インダクタンスは0.015nHであった。キャパシタ120
2からオンダイキャパシタ140までの寄生インダクタンスは0.269nHとなる。この寄生インダクタンス0.269nHとオンダイキャパシタ140の静電容量20nFとによって、電源インピーダンス特性の68.6MHzにおいて反共振が発生する。
【0106】
第3実施形態では、キャパシタ1201そのものの静電容量及び寄生インダクタンスだけでなく、配線長LE1,LG1を配線長LE2,LG2に対して変更したことにより、共振周波数を制御する。キャパシタ1201からオンダイキャパシタ140までの経路の全寄生インダクタンスは2.60nHであった。上述したように、キャパシタ1201の静電容量(定格容量)は、2.2nFとした。これにより、キャパシタ1201と、キャパシタ1201からオンダイキャパシタ140までの経路とで、自己共振周波数68.6MHzの共振回路となる。
【0107】
図7(b)は、第3実施形態の電源インピーダンス特性を示すグラフである。
図7(b)において、横軸は周波数、縦軸はインピーダンスである。なお、
図7(b)には、第3実施形態の電源インピーダンス特性を実線で図示し、比較のため、
図11(b)に示す比較例1の電源インピーダンス特性を破線で図示している。第3実施形態では、キャパシタ120
1及びその搭載部分R1Bの配線構造を含んだ共振回路を形成している。キャパシタ120
1及びその搭載部分R1Bの配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP10Bを、キャパシタ120
2及びその搭載部分R2Bの配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP2Bよりも高い周波数に設定する。具体的には、キャパシタ120
1及びその搭載部分R1Bの配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP10Bを、反共振のピークP1Yの近傍の周波数に設定する。これにより、第3実施形態では、発生する反共振のピークP1Bを、比較例1の反共振のピークP1Yよりも低減させることができる。つまり、電源インピーダンス特性で反共振が発生する周波数、特に10MHz以上100MHz未満の周波数において、インピーダンスの上昇を抑制することができる。これにより、電源電位変動を抑制することができる。
【0108】
なお、以上の説明では、電源パターン213EB1のみがミアンダ状に配線されている場合について説明したが、これに限定するものではない。電源パターン213EB1及び/又はグラウンドパターン213GB1がミアンダ状に配線されていてもよい。
【0109】
また、電源線部210EB2が電源パターン213EB2を有する場合について説明したが、電源パターン213EB2を省略し、電源ヴィアパッド211EB2と電源パッド212EB2とが直接接続されていてもよい。同様に、グラウンド線部210GB2がグラウンドパターン213GB2を有する場合について説明したが、グラウンドパターン213GB2を省略し、グラウンドヴィアパッド211GB2とグラウンドパッド212GB2とが直接接続されていてもよい。
【0110】
[第4実施形態]
第4実施形態に係る処理モジュールの構成について説明する。第4実施形態の処理モジュールでは、プリント配線板の構成が、第1実施形態と異なり、それ以外の構成は、第1実施形態と略同様である。以下、第1実施形態と異なる構成について説明し、第1実施形態と略同様の構成については説明を省略する。
【0111】
図8は、第4実施形態に係る処理モジュール300Cの断面模式図である。処理モジュール300Cは、第1実施形態と同様の半導体装置100と、第1実施形態と同様の
図2(b)に示す複数のキャパシタ120と、プリント配線板200Cと、を有する。半導体装置100は、プリント配線板200Cの主面201の側に実装され、
図2(b)に示す複数のキャパシタ120は、主面201とは反対の主面202の側に実装さている。
【0112】
上記第1実施形態では、
図4に示すように、導体層252と導体層254との間に、主にグラウンドプレーンが配置される1つの導体層253がある場合について説明した。第4実施形態では、
図8に示すように、主にグラウンドプレーンが配置される複数の導体層、例えば2つの導体層253
1,253
2がある。第4実施形態では、プリント配線板200Cは、5つの導体層251,252,253
1,253
2,254と4つの絶縁体層261,262,263
1,263
2を含む積層基板である。これら導体層及び絶縁体層は、主面201の側から主面202の側に向かって、導体層251、絶縁体層261、導体層252、絶縁体層262、導体層253
2、絶縁体層263
2、導体層253
1、絶縁体層263
1、導体層254の順に配置されている。
【0113】
図9(a)は、第4実施形態のプリント配線板200Cにおけるキャパシタ120
1,120
2の搭載部分(実装部分)R1,R2の平面図である。
図9(a)には、プリント配線板200CをZ方向に見たときの搭載部分R1,R2の配線構造を図示している。なお、複数の搭載部分R2の配線構成は概略同一であるので、
図9(a)において、1つの搭載部分R2の配線構成についてのみ図示している。また、
図9(a)において、キャパシタ120
1,120
2を鎖線で示す。なお、キャパシタ120
1の個数は、第1実施形態と同様、1個であり、キャパシタ120
2の個数は、第1実施形態と同様、11個である。
【0114】
搭載部分R1の配線構造について説明する。プリント配線板200Cは、第2表層である導体層254に配置され、
図3の電源線301Eの一部分である電源線部210E
1を有する。また、プリント配線板200Cは、導体層254に配置され、
図3のグラウンド線301Gの一部分であるグラウンド線部210G
1を有する。
【0115】
搭載部分R2の配線構造について説明する。プリント配線板200Cは、導体層254に配置され、
図3の電源線301Eの一部分である電源線部210E
2を有する。また、プリント配線板200Cは、導体層254に配置され、
図3のグラウンド線301Gの一部分であるグラウンド線部210G
2を有する。
【0116】
電源線部210E1は、電源ヴィアパッド211E1、電源パッド212E1、及び電源パターン213E1を含む。グラウンド線部210G1は、グラウンドヴィアパッド211G1、グラウンドパッド212G1、及びグラウンドパターン213G1を含む。電源線部210E2は、電源ヴィアパッド211E2、電源パッド212E2、及び電源パターン213E2を含む。グラウンド線部210G2は、グラウンドヴィアパッド211G2、グラウンドパッド212G2、及びグラウンドパターン213G2を含む。
【0117】
第4実施形態では、第1実施形態と同様、電源線部210E1の配線長が電源線部210E2の配線長よりも長く、グラウンド線部210G1の配線長がグラウンド線部210G2の配線長よりも長い。
【0118】
図9(b)及び
図9(c)は、第4実施形態のプリント配線板200Cの内層である導体層253
1,253
2の平面図である。
図9(b)には、プリント配線板200CをZ方向に見たときの導体層253
1において、
図9(a)の搭載部分R1,R2と重なる部分を図示している。
図9(c)には、プリント配線板200CをZ方向に見たときの導体層253
2において、
図9(a)の搭載部分R1,R2と重なる部分を図示している。なお、
図9(b)において、説明の便宜上、導体層254に配置された電源パターン213E
1を破線で示す。
【0119】
導体層2531には、ベタのグラウンドプレーン208GC1が配置されており、グラウンドヴィア207G1,207G2は、導体層2531においてグラウンドプレーン208GC1に接続されている。グラウンドプレーン208GC1には、電源ヴィア207E1が通過する開口部208H11、及び電源ヴィア207E2が通過する開口部208H12が形成されている。これにより、電源ヴィア207E1,207E2は、グラウンドプレーン208GC1には接触していない。
【0120】
導体層2532には、ベタのグラウンドプレーン208GC2が配置されており、グラウンドヴィア207G1,207G2は、導体層2532においてグラウンドプレーン208GC2に接続されている。グラウンドプレーン208GC2には、電源ヴィア207E1が通過する開口部208H21、及び電源ヴィア207E2が通過する開口部208H22が形成されている。これにより、電源ヴィア207E1,207E2は、グラウンドプレーン208GC2には接触していない。
【0121】
Z方向に見て、開口部208H11の面積は、開口部208H12の面積よりも広い。Z方向に見て、開口部208H11は、少なくとも電源パターン213E1と重なる位置及び大きさに形成されている。すなわち、開口部208H11は、電源パターン213E1に対向する位置に形成されている。第4実施形態ではZ方向に見て電源パターン213E1の全体が開口部208H11と重なっている。即ち、Z方向に見て、開口部208H11の面積は、電源パターン213E1の面積よりも広い。
【0122】
第4実施形態のプリント配線板200Cでは、グラウンドプレーン208GC1に開口部208H11が設けられている。したがって、電源パターン213E1は、開口部208H11を通じて導体層2531よりも遠い導体層2532のグラウンドプレーン208GC2とZ方向で対向している。電源パターン213E1がグラウンドプレーン208GC2と対向しているので、電源パターン213E1がグラウンドプレーン208GC1と対向している場合と比較して電源パターン213E1の寄生インダクタンスをより大きくすることが可能となる。
【0123】
第4実施形態の処理モジュール300Cについて、電源インピーダンス特性を測定する実験を行った。この実験に用いた処理モジュール300Cのパラメータについて説明する。半導体素子102のオンダイキャパシタ140(
図3)の静電容量は、20nFとした。
【0124】
プリント配線板200Cの厚みは1.6mmとした。導体層251及び導体層254のそれぞれの厚みは0.043mm、導体層252、導体層253
1及び導体層253
2のそれぞれの厚みは0.035mmとした。絶縁体層261及び絶縁体層263
1のそれぞれの厚みは0.1mm、絶縁体層263
2の厚みは0.5mm、絶縁体層262の厚みは0.7mmとした。半導体装置100におけるはんだボール110のピッチは、0.8mmとした。また、電源パッド205E
1,205E
2およびグラウンドパッド205G
1,205G
2のそれぞれの直径は0.32mmとした。電源ヴィア207E
1,207E
2およびグラウンドヴィア207G
1,207G
2のそれぞれの穴の直径は0.25mmとした。12個のキャパシタ120(
図2(b))は、全て0603サイズのチップ部品とした。キャパシタ120
1の静電容量(定格容量)は10μF以下、具体的には2.2nFとした。キャパシタ120
2の静電容量(定格容量)は0.1μFとした。
【0125】
電源パターン213E1の配線幅は0.1mmとした。電源線部210E1の配線長は、0.8mmとした。Z方向に見て、グラウンドプレーン208GC1の開口部208H11の面積は、電源パターン213E1の面積よりも広くした。
【0126】
グラウンドパターン213G1の配線幅は0.1mmとした。グラウンド線部210G1の配線長は0.8mmとした。電源パターン213E2の配線幅は0.2mmとした。電源線部210E2の配線長は0.51mmとした。グラウンドパターン213GB2の配線幅は0.2mmとした。グラウンド線部210G2の配線長は0.51mmとした。
【0127】
複数のキャパシタ1202のうち、1つのキャパシタ1202の搭載部分R2に対する他のキャパシタ1202の搭載部分R2の配線構造は、配線長0.1mm以内、配線幅10%以内の差異を持つ概略同一の構造とした。
【0128】
図3のオンダイキャパシタ140から複数のキャパシタ120
2の搭載部分R2のパッド212E
2,212G
2までの寄生ループインダクタンスは0.254nHであった。キャパシタ120
2の寄生インダクタンスが1つあたり0.163nHであり、合成インダクタンスは0.015nHであった。キャパシタ120
2からオンダイキャパシタ140までの寄生インダクタンスは0.269nHとなる。この寄生インダクタンス0.269nHとオンダイキャパシタ140の静電容量20nFとによって、電源インピーダンス特性の68.6MHzにおいて反共振が発生する。
【0129】
キャパシタ1201からオンダイキャパシタ140までの経路の全寄生インダクタンスは2.43nHであった。上述したように、キャパシタ1201の静電容量(定格容量)は、2.2nFとした。これにより、キャパシタ1201と、キャパシタ1201からオンダイキャパシタ140までの経路とで、自己共振周波数68.9MHzの共振回路となる。
【0130】
図9(d)は、第4実施形態の電源インピーダンス特性を示すグラフである。
図9(d)において、横軸は周波数、縦軸はインピーダンスである。なお、
図9(d)には、第4実施形態の電源インピーダンス特性を実線で図示し、比較のため、
図11(b)に示す比較例1の電源インピーダンス特性を破線で図示している。第4実施形態では、キャパシタ120
1及びその搭載部分R1の配線構造を含んだ共振回路を形成している。キャパシタ120
1及びその搭載部分R1の配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP10Cを、キャパシタ120
2及びその搭載部分R2の配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP2Cよりも高い周波数に設定する。具体的には、キャパシタ120
1及びその搭載部分R1の配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP10Cを、反共振のピークP1Yの近傍の周波数に設定する。これにより、第4実施形態では、発生する反共振のピークP1Cを、比較例1の反共振のピークP1Yよりも低減させることができる。つまり、電源インピーダンス特性で反共振が発生する周波数、特に10MHz以上100MHz未満の周波数において、インピーダンスの上昇を抑制することができる。これにより、電源電位変動を抑制することができる。
【0131】
[第5実施形態]
第5実施形態に係る処理モジュールの構成について説明する。第5実施形態の処理モジュールでは、プリント配線板における配線構造が、第1実施形態と異なり、それ以外の構成は、第1実施形態と略同様である。以下、第1実施形態と異なる構成について説明し、第1実施形態と略同様の構成については説明を省略する。
【0132】
図12(a)は第5実施形態のプリント配線板200Dにおける半導体装置100の搭載部分(実装部分)R3,R4の平面図である。
図12(a)には、プリント配線板200Dにおける第1表層である導体層251をZ方向に見たときの搭載部分R3,R4の配線構造を図示している。
図12(b)は、第5実施形態のプリント配線板200Dにおけるキャパシタ120
1,120
2の搭載部分(実装部分)R1D,R2Dの平面図である。
図12(b)には、プリント配線板200Dにおける第2表層である導体層254をZ方向に見たときのキャパシタの搭載部分R1D,R2Dの配線構造を図示している。
【0133】
搭載部分R3の配線は、第1キャパシタであるキャパシタ120
1に電気的に接続される配線である。搭載部分R4の配線は、第2キャパシタであるキャパシタ120
2に電気的に接続される配線である。第5実施形態のプリント配線板200Dは、第1実施形態における
図5(a)の搭載部分R1の配線構造を、搭載部分R3に適用したものである。搭載部分R4の配線構造は、第1実施形態と同様であるが、搭載部分R3の配線構造は、第1実施形態と異なる。即ち、搭載部分R3の配線構造は、搭載部分R4の配線構造と異なる。
【0134】
なお、搭載部分R4の配線構造の数は、キャパシタ120
2と同数である。複数の搭載部分R4の配線構成は、概略同一である。したがって、
図12(a)において、1つの搭載部分R4の配線構成についてのみ図示している。
【0135】
また、
図12(b)において、搭載部分R1Dの配線構造及び搭載部分R2Dの配線構造は、第1~第4実施形態のいずれかのように互いに異なる配線構造としてもよいが、第5実施形態では、略同一の配線構造としている。即ち、第1キャパシタであるキャパシタ120
1が搭載される搭載部分R1Dの配線構造と、第2キャパシタであるキャパシタ120
2が搭載される搭載部分R2Dの配線構造は、概略同一である。キャパシタ120
1の個数は、第1実施形態と同様、1個であり、キャパシタ120
2の個数は第1実施形態と同様、11個である。
【0136】
搭載部分R1Dの配線構造について説明する。プリント配線板200Dは、第2表層である導体層254に配置され、
図3の電源線301Eの一部分である電源線部210E
10を有する。電源線部210E
10は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141、142のうち一方の電極141に電気的に導通している。また、プリント配線板200Dは、導体層254に配置され、
図3のグラウンド線301Gの一部分であるグラウンド線部210G
10を有する。グラウンド線部210G
10は、オンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち他方の電極142に電気的に導通している。電源線部210E
10及びグラウンド線部210G
10は
図3に示す電源装置150から見て、キャパシタ120
1を送信回路145及びオンダイキャパシタ140に並列するのに用いられる。
【0137】
搭載部分R2Dの配線構造について説明する。プリント配線板200Dは、第2表層である導体層254に配置され、
図3の電源線301Eの一部分である電源線部210E
20を有する。電源線部210E
20は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141、142のうち一方の電極141に電気的に導通している。また、プリント配線板200Dは、導体層254に配置され、
図3のグラウンド線301Gの一部分であるグラウンド線部210G
20を有する。グラウンド線部210G
20は、オンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち他方の電極142に電気的に導通している。電源線部210E
20及びグラウンド線部210G
20は
図3に示す電源装置150から見て、キャパシタ120
2を送信回路145及びオンダイキャパシタ140に並列するのに用いられる。
【0138】
電源線部210E
10は、電源ヴィアパッド211E
10と、電源パッド212E
10と、電源パターン213E
10と、を含む。電源ヴィアパッド211E
10と電源パッド212E
10とは、電源パターン213E
10でつながれている。グラウンド線部210G
10は、グラウンドヴィアパッド211G
10と、グラウンドパッド212G
10と、グラウンドパターン213G
10と、を含む。グラウンドヴィアパッド211G
10とグラウンドパッド212G
10とは、グラウンドパターン213G
10でつながれている。電源ヴィアパッド211E
10は、
図4の電源ヴィア207E
1に連結されている。グラウンドヴィアパッド211G
10は、
図4のグラウンドヴィア207G
1に連結されている。電源パッド212E
10には、キャパシタ120
1の電極121
1が接合されている。グラウンドパッド212G
10には、キャパシタ120
1の電極122
1が接合されている。
【0139】
電源線部210E
20は、電源ヴィアパッド211E
20と、電源パッド212E
20と、電源パターン213E
20と、を含む。電源ヴィアパッド211E
20と電源パッド212E
20とは、電源パターン213E
20でつながれている。グラウンド線部210G
20は、グラウンドヴィアパッド211G
20と、グラウンドパッド212G
20と、グラウンドパターン213G
20と、を含む。グラウンドヴィアパッド211G
20とグラウンドパッド212G
20とは、グラウンドパターン213G
20でつながれている。電源ヴィアパッド211E
20は、
図4の電源ヴィア207E
2に連結されている。グラウンドヴィアパッド211G
20は、
図4のグラウンドヴィア207G
2に連結されている。電源パッド212E
20には、キャパシタ120
2の電極121
2が接合されている。グラウンドパッド212G
20には、キャパシタ120
2の電極122
2が接合されている。
【0140】
本実施形態では、搭載部分R1Dにおける電源線部210E10と搭載部分R2Dにおける電源線部210E20とは略同一の構成である。また、搭載部分R1Dにおけるグラウンド線部210G10と搭載部分R2Dにおけるグラウンド線部210G20とは略同一の構成である。
【0141】
搭載部分R3の配線構造について説明する。プリント配線板200Dは、第1表層である導体層251に配置され、
図3の電源線301Eの一部分である第1電源線部の一例としての電源線部210ED
1を有する。電源線部210ED
1は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち一方の電極141に電気的に導通している。また、プリント配線板200Dは、導体層251に配置され、
図3のグラウンド線301Gの一部分である第1グラウンド線部の一例としてのグラウンド線部210GD
1を有する。グラウンド線部210GD
1は、オンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち他方の電極142に電気的に導通している。電源線部210ED
1及びグラウンド線部210GD
1は
図3に示す電源装置150から見て、キャパシタ120
1を送信回路145及びオンダイキャパシタ140に並列するのに用いられる。
【0142】
搭載部分R4の配線構造について説明する。プリント配線板200Dは、導体層251に配置され、
図3の電源線301Eの一部分である第2電源線部の一例としての電源線部210ED
2を有する。電源線部210ED
2は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち一方の電極141に電気的に導通している。また、プリント配線板200Dは、導体層251に配置され、
図3のグラウンド線301Gの一部分である第2グラウンド線部の一例としてのグラウンド線部210GD
2を有する。オンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち他方の電極142に電気的に導通している。電源線部210ED
2及びグラウンド線部210GD
2は、
図3に示す電源装置150から見て、キャパシタ120
2を送信回路145及びオンダイキャパシタ140に並列に接続するのに用いられる。
【0143】
電源線部210ED
1は、第1電源パッドである電源パッド205E
1と、第1電源ヴィアパッドである電源ヴィアパッド206E
1と、第1電源パターンである電源パターン205E
12と、を含む。電源パッド205E
1は、
図4に示す電源端子110E
1によって半導体装置100のパッケージ基板101の電源パッド105E
1に接続されている。電源ヴィアパッド206E
1は、
図4に示す電源ヴィア207E
1に連結されている。電源パターン205E
12は、電源パッド205E
1と電源ヴィアパッド206E
1とをつなぐ導体パターンである。これにより、電源パッド205E
1は、電源パターン205E
12を介して電源ヴィアパッド206E
1に電気的に接続されている。
【0144】
グラウンド線部210GD
1は、第1グラウンドパッドであるグラウンドパッド205G
1と、第1グラウンドヴィアパッドであるグラウンドヴィアパッド206G
1と、第1グラウンドパターンであるグラウンドパターン205G
12と、を含む。グラウンドパッド205G
1は、
図4に示すグラウンド端子110G
1によって半導体装置100のパッケージ基板101のグラウンドパッド105G
1に接続されている。グラウンドヴィアパッド206G
1は、
図4に示すグラウンドヴィア207G
1に連結されている。グラウンドパターン205G
12は、グラウンドパッド205G
1とグラウンドヴィアパッド206G
1とをつなぐ導体パターンである。これにより、グラウンドパッド205G
1は、グラウンドパターン205G
12を介してグラウンドヴィアパッド206G
1に電気的に接続されている。
【0145】
電源線部210ED
2は、第2電源パッドである電源パッド205E
2と、第2電源ヴィアパッドである電源ヴィアパッド206E
2と、第2電源パターンである電源パターン205E
22と、を含む。電源パッド205E
2は、
図4に示す電源端子110E
2によって半導体装置100のパッケージ基板101の電源パッド105E
2に接続されている。電源ヴィアパッド206E
2は、
図4に示す電源ヴィア207E
2に連結されている。電源パターン205E
22は、電源パッド205E
2と電源ヴィアパッド206E
2とをつなぐ導体パターンである。これにより、電源パッド205E
2は、電源パターン205E
22を介して電源ヴィアパッド206E
2に電気的に接続されている。
【0146】
グラウンド線部210GD
2は、第2グラウンドパッドであるグラウンドパッド205G
2と、第2グラウンドヴィアパッドであるグラウンドヴィアパッド206G
2と、第2グラウンドパターンであるグラウンドパターン205G
22と、を含む。グラウンドパッド205G
2は、
図4に示すグラウンド端子110G
2によって半導体装置100のパッケージ基板101のグラウンドパッド105G
2に接続されている。グラウンドヴィアパッド206G
2は、
図4に示すグラウンドヴィア207G
2に連結されている。グラウンドパターン205G
22は、グラウンドパッド205G
2とグラウンドヴィアパッド206G
2とをつなぐ導体パターンである。これにより、グラウンドパッド205G
2は、グラウンドパターン205G
22を介してグラウンドヴィアパッド206G
2に電気的に接続されている。
【0147】
第5実施形態では、電源線部210ED1のインダクタンスは、電源線部210ED2のインダクタンスよりも高い。また、グラウンド線部210GD1のインダクタンスは、グラウンド線部210GD2のインダクタンスよりも高い。具体的に説明すると、電源線部210ED1の配線長LE1は、電源線部210ED2の配線長LE2よりも長い。また、グラウンド線部210GD1の配線長LG1は、グラウンド線部210GD2の配線長LG2よりも長い。電源線部210ED1の配線長LE1は、電源パッド205E1の中心と電源ヴィアパッド206E1の中心との間の配線長である。電源線部210ED2の配線長LE2は、電源パッド205E2の中心と電源ヴィアパッド206E2の中心との間の配線長である。グラウンド線部210GD1の配線長LG1は、グラウンドパッド205G1の中心とグラウンドヴィアパッド206G1の中心との間の配線長である。グラウンド線部210GD2の配線長LG2は、グラウンドパッド205G2の中心とグラウンドヴィアパッド206G2の中心との間の配線長である。
【0148】
より詳細に説明すると、配線長LE1は、電源パッド205E1の中心と電源ヴィアパッド206E1の中心との道のりのうち最短の道のりである。配線長LE2は、電源パッド205E2の中心と電源ヴィアパッド206E2の中心との道のりのうち最短の道のりである。配線長LG1は、グラウンドパッド205G1の中心とグラウンドヴィアパッド206G1の中心との道のりのうち最短の道のりである。配線長LG2は、グラウンドパッド205G2の中心とグラウンドヴィアパッド206G2の中心との道のりのうち最短の道のりである。第5実施形態では、配線長LE1を配線長LE2よりも長くするために、電源パターン205E12をL字型に配線している。また、第5実施形態では、配線長LG1を配線長LG2よりも長くするために、グラウンドパターン205G12をL字型に配線している。電源パターン205E22及びグラウンドパターン205G22は、直線状に配置している。また、電源パッド205E1と電源ヴィアパッド206E1との相対的な位置関係と、電源パッド205E2と電源ヴィアパッド206E2との相対的な位置関係とは同一である。また、グラウンドパッド205G1とグラウンドヴィアパッド206G1との相対的な位置関係と、グラウンドパッド205G2とグラウンドヴィアパッド206G2との相対的な位置関係とは同一である。
【0149】
第5実施形態では、Z方向に見て、各ヴィアパッド206E1,206E2,206G1,206G2の外形が円形である。ヴィアパッド206E1,206E2,206G1,206G2の中心は、各ヴィアパッド206E1,206E2,206G1,206G2の外形の中心である。なお、各ヴィアパッド206E1,206E2,206G1,206G2に穴が存在する場合も同様である。
【0150】
また、第5実施形態では、Z方向に見て、パッド205E1,205E2,205G1,205G2の外形が円形である。各パッド205E1,205E2,205G1,205G2の中心は205E1,205E2,205G1,205G2の外形の中心である。
【0151】
第5実施形態の処理モジュールについて、電源インピーダンス特性を測定する実験を行った。この実験に用いた処理モジュールのパラメータについて説明する。半導体素子102のオンダイキャパシタ140(
図3)の静電容量は20nFとした。
【0152】
プリント配線板200Dの厚みは1.6mmとした。導体層251及び導体層254のそれぞれの厚みは0.043mm、導体層252及び導体層253のそれぞれの厚みは0.035mmとした。絶縁体層261及び絶縁体層263のそれぞれの厚みは0.1mm、絶縁体層262の厚みは1.2mmとした。半導体装置におけるはんだボール110(
図2)のピッチは、0.8mmとした。また、電源パッド205E
1,205E
2(
図4)及びグラウンドパッド305G
1,205G
2(
図4)のそれぞれの直径は0.32mmとした。電源ヴィア207E
1,207E
2及びグラウンドヴィア207G
1,207G
2のそれぞれの穴の直径は0.35mmとした。12個のキャパシタ120(
図2(b))は、全て0603サイズのチップ部品とした。キャパシタ120
1の静電容量(定格容量)は、10nF以下、具体的には2.2nFとした。キャパシタ120
2の静電容量(定格容量)は0.1μFとした。
【0153】
電源パターン205E12の配線幅は0.1mmとした。電源線部210ED1の配線長LE1は、電源パターン205E12をL字型とし、0.81mmとした。グラウンドパターン205G12の配線幅は0.1mmとした。グラウンド線部210GD1の配線長LG1は、グラウンドパターン205G12をL字型とし、0.81mmとした。電源パターン205E22の配線幅は0.3mmとした。電源線部210ED2の配線長LE2は、0.57mmとした。グラウンドパターン205G22の配線幅は0.3mmとした。グラウンド線部210GD2の配線長LG2は0.57mmとした。
【0154】
配線長LE1は配線長LE2よりも0.2mm以上長いのが好ましく、配線長LG1は配線長LG2よりも0.2mm以上長いのが好ましい。なお、電源パターン205E12をL字型やミアンダ状とすることにより、各パッド205E1,205G1及びヴィアパッド206E1,206G1の位置に関わらず、配線長LE1を配線長LE2よりも0.2mm長くすることが可能となる。
【0155】
複数のキャパシタ1202のうち、1つのキャパシタ1202が接続される搭載部分R4に対する他のキャパシタ1202の搭載部分R4の配線構造は、配線長0.1mm以内、配線幅10%以内の差異を持つ概略同一の構造とした。
【0156】
図3のオンダイキャパシタ140から複数のキャパシタ120
2の搭載部分R2Dのパッド212E
20,212G
20までの寄生ループインダクタンスは0.254nHであった。キャパシタ120
2の寄生インダクタンスが1つあたり0.163であり、合成インダクタンスは0.015nHであった。キャパシタ120
2からオンダイキャパシタ140までの寄生インダクタンスは0.269nHとなる。この寄生インダクタンス0.269nHとオンダイキャパシタ140の静電容量20nFとによって、電源インピーダンス特性の68.6MHzにおいて反共振が発生する。
【0157】
第5実施形態では、キャパシタ1201そのものの静電容量及び寄生インダクタンスだけでなく、配線長LE1,LG2を配線長LE2,LG2に対して変更したことにより、共振周波数を制御する。キャパシタ1201からオンダイキャパシタ140までの経路の全寄生インダクタンスは2.45nHであった。上述したように、キャパシタ1201の静電容量(定格容量)は、2.2nFとした。これにより、キャパシタ1201とキャパシタ1201からオンダイキャパシタ140までの経路とで、自己共振周波数68.6MHzの共振回路となる。
【0158】
図12(c)は、第5実施形態の電源インピーダン特性を示すグラフである。
図12(c)において、横軸は周波数、縦軸はインピーダンスである。なお、
図12(c)には、第5実施形態の電源インピーダンス特性を実線で図示し、比較のため、
図11(b)に示す比較例1の電源インピーダンス特性を破線で図示している。第5実施形態では、キャパシタ120
1及びその搭載部分R1D及び半導体装置100の搭載部分R3の配線構造を含んだ共振回路を形成している。キャパシタ120
1と、搭載部分R1D及び搭載部分R3の配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP10Dを、キャパシタ120
2と、搭載部分R2D及び搭載部分R4の配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP2Dよりも高い周波数に設定する。具体的には、キャパシタ120
1と、その搭載部分R1及び半導体装置100の搭載部分R3の配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP10Dを、反共振のピークP1Yの近傍の周波数に設定する。これにより、第5実施形態では、発生する反共振のピークP1Dを比較例1の反共振のピークP1Yよりも低減させることができる。つまり、電源インピーダンス特性で反共振が発生する周波数、特に10MHz以上100MHz未満の周波数において、インピーダンスの上昇を抑制することができる。これにより、電源電位変動を抑制することができる。
【0159】
なお、以上の説明では、電源パターン205E12とグラウンドパターン205G12の双方がL字型に配線されている場合について説明したが、これに限定するものではない。電源パターン205E12及び/又はグラウンドパターン205G12がL字型又はミアンダ状に配線されていてもよい。
【0160】
また、電源線部210ED2が電源パターン205E22を有する場合について説明したが、電源パターン205E22を省略し、電源パッド205E2と電源ヴィアパッド206E2とが直接接続されていてもよい。同様に、グラウンド線部210GD2がグラウンドパターン205G22を有する場合について説明したが、グラウンドパターン205G22を省略し、グラウンドパッド205G2とグラウンドヴィアパッド206G2とが直接接続されていてもよい。
【0161】
[第6実施形態]
第6実施形態に係る処理モジュールの構成について説明する。第6実施形態の処理モジュールでは、プリント配線板の構造、具体的にはキャパシタが実装される搭載部分の配線構造が、第1実施形態と異なり、それ以外の構成は、第1実施形態と略同様である。以下、第1実施形態と異なる構成について説明し、第1実施形態と略同様の構成については説明を省略する。
【0162】
図13は、第6実施形態に係る処理モジュール300Eの断面模式図である。処理モジュール300Eは、第1実施形態と同様の半導体装置100と、第1実施形態の同様の
図2(b)に示す複数のキャパシタ120と、プリント配線板200Eと、を有する。半導体装置100は、プリント配線板200Eの主面201の側に実装され、
図2(b)に示す複数のキャパシタ120は、主面201とは反対の主面202の側に実装されている。
【0163】
図14(a)は第6実施形態のプリント配線板200Eにおけるキャパシタ120
1の搭載部分(実装部分)R1Eと、キャパシタ120
2の搭載部分(実装部分)R2Eの平面図である。キャパシタ120
1との搭載部分R1Eの配線構造とキャパシタ120
2の搭載部分(実装部分)R2Eの配線構造とは略同一である。
図14(a)には、プリント配線板200EをZ方向に見たときの搭載部分R1E,R2Eの配線構造を図示している。なお、キャパシタ120
2の複数の搭載部分R2Eの配線構成は概略同一であるので、
図14(a)において、1つの搭載部分R2Eの配線構成についてのみ図示している。また、搭載部分R1Eの配線構造は、第5実施形態の搭載部分R1Dの配線構造と略同一である。また、搭載部分R2Eの配線構造は、第5実施形態の搭載部分R2Dの配線構造と略同一である。キャパシタ120
1の個数は、第1実施形態と同様、1個であり、キャパシタ120
2の個数は第1実施形態と同様、11個である。
【0164】
図13に示すようにプリント配線板200Eは、
図3の電源線301Eの一部分である電源線部分210EE
11を有する。電源線部分210EE
11は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち一方の電極141に電気的に導通している。
【0165】
また、プリント配線板210Eは、
図3のグラウンド線301Gの一部分であるグラウンド線部分210GE
11を有する。グラウンド線部分210GE
11は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち他方の電極142に電気的に導通している。
【0166】
電源線部分210EE
11及びグラウンド線部分210GE
11は、
図3に示す電源装置150から見て、キャパシタ120
1を送信回路145及びオンダイキャパシタ140に並列に接続するのに用いられる。
【0167】
また、プリント配線板200Eは、
図3の電源線301Eの一部分である電源線部分210EE
21を有する。電源線部分210EE
21は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち一方の電極141に電気的に導通している。
【0168】
また、プリント配線板210Eは、
図3のグラウンド線301Gの一部分であるグラウンド線部分210GE
21を有する。グラウンド線部分210GE
21は、
図3のオンダイキャパシタ140の一対の電極141,142のうち他方の電極142に電気的に導通している。電源線部分210EE
21及びグラウンド線部分210GE
21は、
図3に示す電源装置150から見て、キャパシタ120
2を送信回路145及びオンダイキャパシタ140に並列に接続するのに用いられる。
【0169】
電源線部分210EE11は、導体層251に配置された、電源パッド205E1、電源ヴィアパッド206E1、及び電源パッド205E1と電源ヴィアパッド206E1とを接続する導体パターンを含む。また、電源線部分210EE11は、導体層254の搭載部分R1Eに形成された、第5実施形態と同様の構成の電源線部210E10を有する。また、電源線部分210EE11は、電源ヴィアパッド206E1と電源ヴィアパッド211E10とを接続する電源ヴィア207E10を有する。
【0170】
グラウンド線部分210GE11は、導体層251に配置された、グラウンドパッド205G1、グラウンドヴィアパッド206G1、及びグラウンドパッド205G1とグラウンドヴィアパッド206G1とを接続する導体パターンを含む。また、グラウンド線部分210GE11は、導体層254の搭載部分R1Eに形成された、第5実施形態と同様の構成のグラウンド線部210G10を有する。また、グラウンド線部分210GE11は、グラウンドヴィアパッド206G1とグラウンドヴィアパッド211G10とを接続するグラウンドヴィア207G10を有する。
【0171】
電源線部分210EE21は、導体層251に配置された、電源パッド205E2、電源ヴィアパッド206E2、及び電源パッド205E2と電源ヴィアパッド206E2とを接続する導体パターンを含む。また、電源線部分210EE21は、導体層254の搭載部分R2Eに形成された、第5実施形態と同様の構成の電源線部210E20を有する。また、電源線部分210EE21は、電源ヴィアパッド206E2と電源ヴィアパッド211E20とを接続する電源ヴィア207E20を有する。
【0172】
グラウンド線部分210GE21は、導体層251に配置された、グラウンドパッド205G2、グラウンドヴィアパッド206G2、及びグラウンドパッド205G2とグラウンドヴィアパッド206G2とを接続する導体パターンを含む。また、グラウンド線部分210GE21は、導体層254の搭載部分R2Eに形成された、第5実施形態と同様の構成のグラウンド線部210G20を有する。また、グラウンド線部分210GE21は、グラウンドヴィアパッド206G2とグラウンドヴィアパッド211G20とを接続するグラウンドヴィア207G20を有する。
【0173】
第6実施形態では、電源線部分210EE11のインダクタンスは、電源線部分210EE21のインダクタンスよりも高い。また、グラウンド線部分210GE11のインダクタンスは、グラウンド線部分210GE21のインダクタンスよりも高い。具体的に説明すると、電源線部分210EE11の電源ヴィア207E10の直径RE1は、電源線部分210EE21の電源ヴィア207E20の直径RE2よりも細い。また、グラウンド線部分210GE11のヴィア207G10の直径RG1は、グラウンド線部分210GE21のグラウンドヴィア207G20の直径RG2よりも細い。
【0174】
第6実施形態の処理モジュールについて、電源インピーダンス特性を測定する実験を行った。この実験に用いた処理モジュールのパラメータについて説明する。半導体素子102のオンダイキャパシタ140(
図3)の静電容量は20nFとした。
【0175】
プリント配線板200Eの厚みは1.6mmとした。導体層251及び導体層254のそれぞれの厚みは0.043mm、導体層252及び導体層253のそれぞれの厚みは0.035mmとした。絶縁体層261及び絶縁体層263のそれぞれの厚みは0.1mm、絶縁体層262の厚みは1.2mmとした。半導体装置におけるはんだボール110のピッチは、0.8mmとした。また、電源パッド205E1、205E2及びグラウンドパッド305G1、205G2のそれぞれの直径は0.32mmとした。電源ヴィア207E10及びグラウンドヴィア207G10の穴の直径RE1,RG1は0.14mmとした。電源ヴィア207E20及びグラウンドヴィア207G20の穴の直径RE2,RG2は0.25mmとした。12個のキャパシタ1201,1202は、全て0603サイズのチップ部品とした。キャパシタ1201の静電容量(定格容量)は、10nF以下、具体的には2.2nFとした。キャパシタ1202の静電容量(定格容量)は0.1μFとした。
【0176】
電源ヴィア207E10の直径RE1は電源ヴィア207E20の直径RE2の80%以下であることが望ましい。また、グラウンドヴィア207G10の直径RG1はグラウンドヴィア207G20の直径RG2の80%以下であることが望ましい。
【0177】
搭載部分R1Eの配線構造及び複数の搭載部分R2Eの配線構造うち、1つの配線構造に対する他の配線構造は、配線長0.1mm以内、配線幅10%以内の差異を持つ概略同一の構造とした。
【0178】
図3のオンダイキャパシタ140から複数のキャパシタ120
2の搭載部分R1Eのパッド212E
20、212G
20までの寄生ループインダクタンスは0.254nHであった。キャパシタ120
2の寄生インダクタンスが1つあたり0.163であり、合成インダクタンスは0.015nHであった。キャパシタ120
2からオンダイキャパシタ140までの寄生インダクタンスは0.269nHとなる。この寄生インダクタンス0.269nHとオンダイキャパシタ140の静電容量20nFとによって、電源インピーダンス特性の68.6MHzにおいて反共振が発生する。
【0179】
第6実施形態では、キャパシタ1201の静電容量及び寄生インダクタンスだけでなく、ヴィア207E10及び207G10の直径をヴィア207E20及び207G20の直径に対して変更したことにより、共振周波数を制御する。
【0180】
キャパシタ1201からオンダイキャパシタ140までの経路の全寄生インダクタンスは2.45nHであった。上述したように、キャパシタ1201の静電容量(定格容量)は、2.2nFとした。これにより、キャパシタ1201とキャパシタ1201からオンダイキャパシタ140までの経路とで、自己共振周波数68.6MHzの共振回路となる。
【0181】
図14(b)は、第6実施形態の電源インピーダン特性を示すグラフである。
図14(b)において、横軸は周波数、縦軸はインピーダンスである。なお、
図14(b)には、第6実施形態の電源インピーダンス特性を実線で図示し、比較のため、
図11(b)に示す比較例1の電源インピーダンス特性を破線で図示している。第6実施形態では、キャパシタ120
1及び電源線部分210EE
11とグラウンド線部分210GE
11の配線構造を含んだ共振回路を形成している。ピークP10Eは、キャパシタ120
1と、電源線部分210EE
11及びグラウンド線部分210GE
11の配線構造とを含んだ共振回路の共振のピークである。ピークP10Eを、キャパシタ120
2と、電源線部分210EE
21及びグラウンド線部分210GE
21の配線構造とを含んだ共振回路の共振のピークP2Dよりも高い周波数に設定する。具体的には、キャパシタ120
1及び電源線部分210EE
11とグラウンド線部分210GE
11の配線構造を含んだ共振回路の共振のピークP10Eを、反共振のピークP1Yの近傍の周波数に設定する。これにより、第6実施形態では、発生する反共振のピークP1Eを比較例1の反共振のピークP1Yよりも低減させることができる。つまり、電源インピーダンス特性で反共振が発生する周波数、特に10MHz以上100MHz未満の周波数において、インピーダンスの上昇を抑制することができる。これにより、電源電位変動を抑制することができる。
【0182】
なお、以上の説明では、電源ヴィア207E10とグラウンドヴィア207G10の双方が電源ヴィア207E20とグラウンドヴィア207G20に対して細い場合について説明したが、これに限定するものではない。電源ヴィア207E10及び/又はグラウンドヴィア207G10が電源ヴィア207E20及び/又はグラウンドヴィア207G20に対して細く形成されていてもよい。
【0183】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。
【0184】
上述の実施形態においては、バイパス用のキャパシタ120の総数を12個とした場合について説明したが、この数に限定するものではない。キャパシタ120の寄生インダクタンスを含めた搭載部分の寄生インダクタンスと、キャパシタ120のキャパシタンスの関係は個数によらず一定である。このため、キャパシタの個数に制約されず、上述の実施形態の効果を奏することは自明である。
【0185】
また、上述の実施形態で説明した通り、キャパシタ1201の数が1であるのが好適であるが、この数に限定するものではない。キャパシタ1201の数がキャパシタ1202の数よりも少なければ、キャパシタ1201の数が2以上であってもよい。
【符号の説明】
【0186】
100…半導体装置、102…半導体素子、1201…キャパシタ(第1キャパシタ)、1202…キャパシタ(第2キャパシタ)、140…オンダイキャパシタ(内部キャパシタ)、200…プリント配線板、210E1…電源線部(第1電源線部)、210E2…電源線部(第2電源線部)、210G1…グラウンド線部(第1グラウンド線部)、210G2…グラウンド線部(第2グラウンド線部)、211E1…電源ヴィアパッド(第1電源ヴィアパッド)、211E2…電源ヴィアパッド(第2電源ヴィアパッド)、211G1…グラウンドヴィアパッド(第1グラウンドヴィアパッド)、211G2…グラウンドヴィアパッド(第2グラウンドヴィアパッド)、212E1…電源パッド(第1電源パッド)、212E2…電源パッド(第2電源パッド)、212G1…グラウンドパッド(第1グラウンドパッド)、212G2…グラウンドパッド(第2グラウンドパッド)、213E1…電源パターン(第1電源パターン)、213E2…電源パターン(第2電源パターン)、213G1…グラウンドパターン(第1グラウンドパターン)、213G2…グラウンドパターン(第2グラウンドパターン)、251…導体層(第1表層)、254…導体層(第2表層)、300…処理モジュール(電子モジュール)、600…デジタルカメラ(電子機器)