ＬＳＩピン
【課題】プリント板とパッケージとインピーダンス整合可能とするピンの提供。
【解決手段】中心側から順に、ピン３と、ピン３を囲む絶縁体７と、絶縁体７を囲む外部導体６とを備え、外部導体６は外周断面の円弧の一部に間隙を備えている。
【解決手段】中心側から順に、ピン３と、ピン３を囲む絶縁体７と、絶縁体７を囲む外部導体６とを備え、外部導体６は外周断面の円弧の一部に間隙を備えている。
【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、半導体装置のピンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル技術の発展に伴いＬＳＩが扱う信号の周波数は年々高くなり、ＧＨｚを超える周波数の信号を扱うＬＳＩが実用化されている。例えばシリアル転送インタフェースであるＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓでは２．５Ｇｂｐｓ（最大周波数１．２５ＧＨｚ）でＬＳＩとＬＳＩを接続している。ＧＨｚを超える高周波になると信号レベルの低下（減衰）と反射による波形乱れのためプリント板上を伝達するのが困難となる。また、ＬＳＩとプリント板の接続部分はオープンであるため、特性インピーダンスを整合させることが困難である。そして、今後、１０ＧＨｚを超える周波数を伝達しなければならなくなることが思料され、特性インピーダンスの整合が重要になってくる。
【０００３】
ＬＳＩのピンは、高周波信号の伝達において、いくつかの問題がある。すなわち、ＬＳＩピンは、信号の伝達経路として、特性インピーダンスがマッチしていない。これは、ＬＳＩピンにおいて、特性インピーダンスをマッチさせるに必要な安定したリファレンス（ＧＮＤ)がないことに起因する。
【０００４】
ＬＳＩとプリント板との接続のように、異なる伝送路を接続する場合、物理的な制約（位置、パターン幅の差異等）により、ＬＳＩとプリント板の間を、特性インピーダンスを一定にしたまま接続することができない。
【０００５】
なお、インピーダンス整合を考慮し、中心導体、絶縁体、外部導体を有する同軸構造のピンとして、例えば特許文献１には、ピン状電極の根元に絶縁部材を介してピン状電極と同軸に環状の同軸電極を備えたＰＧＡ（ピン・グリッド・アレイ）型電子部品が開示されている。また特許文献２には、半導体チップを搭載する多層配線板（パッケージ基板）の外部端子を信号線と電源線との間に絶縁層を介する同軸状の導電路構造とし、絶縁層の厚さを調整して外部端子のインピーダンスを印刷配線基板の特性インピーダンスと同じとなるようにした半導体装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６１１２１号公報
【特許文献２】特開平７−６６３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みて創案されたものであって、その目的は、特性インピーダンスを印刷配線基板の特性インピーダンスに整合自在に調整可能とするＬＳＩピンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、中心側から順に、ピンと、前記ピンを囲む絶縁体と、前記絶縁体の外周を環状に囲む導体とを備えたＬＳＩピンであって、前記導体は、その断面の少なくとも１部の円弧に少なくとも１つの間隙を備えている。
【０００９】
本発明において、前記間隙は、前記導体の長手方向に、同一の円弧の位置に延在されて配置される。あるいは、前記導体の長手方向において、前記断面の異なる円弧の位置に配置される、複数の間隙を含むようにしてもよい。
【００１０】
本発明において絶縁体の厚さを可変に調整してもよい。
【００１１】
本発明において、前記導体の端部は、グランド電位に接続される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＬＳＩピンを同軸構造にして特性インピーダンスを、ＬＳＩパッケージの信号とプリント板上の信号の特性インピーダンスをあわせることにより、信号の伝わる経路の特性インピーダンスを整合させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記した本発明についてさらに詳細に説述すべく、添付図面を参照して説明する。本発明は、ＬＳＩのリードピン（３）の周りを、同心円上に絶縁体（「同軸絶縁体」ともいう）（７）と外部導体（６）で囲み、リードピン（３）と外部導体（６）とで構成される伝送路のインピーダンスを、当該ＬＳＩピンの信号線のインピーダンスに整合させる。本発明においては、外部導体（６）は、その断面の少なくとも1部の円弧に、間隙（１２）を備えている。
【００１４】
高周波信号の伝達を阻害するインピーダンスの不整合を防止することにより、ＬＳＩのピンの部分で発生するインピーダンスの不整合が原因とされる反射を低減することができる。よく知られているように、例えば負荷のインピーダンスＺＬと信号伝送路のインピーダンスＺ０との不整合による反射は、Γ＝（ＺＬ−Ｚ０）／（ＺＬ＋Ｚ０）で与えられる。
【００１５】
本発明によれば、リードピン（３）と外部導体（６）の間の絶縁体（７）の種類を変えることで、ピンのもつインピーダンスを可変させることができる。また、絶縁体（７）の厚みを変え、リードピン（３）と外部導体（６）の距離を変えるか、間隙（１２）のサイズを変えることでインピーダンスを変更することができる。
【００１６】
本発明によれば、絶縁体と外部導体を備え特性インピーダンスを最適化することにより、ＬＳＩのピンを通過する信号の損失を最小限にする構成を有する。また、本発明によれば、ＬＳＩピンを同軸構造にして特性インピーダンスを、ＬＳＩパッケージの信号とプリント板上の信号の特性インピーダンスをあわせることにより、信号の伝わる経路の特性インピーダンスを整合させることができる。全てのインピーダンスが整合できると、特性インピーダンスの不連続部分における信号の反射がなくなり、波形ひずみか少ない波形を伝達することができるようになる。以下実施例に即して説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の一実施例のＬＳＩピンの構成を説明するための図である。ＬＳＩパッケージ１は、プリント板（印刷配線基板）２に実装される。ピン３は、ＬＳＩパッケージ１（パッケージ基板）内で信号線４に接続されており、実装時、プリント板２のスルーホールに差し込まれ、プリント板２内の信号層の信号線５に電気的に接続される。ピン３を囲んで絶縁体７を備え、さらに、中空円筒形状とされ、絶縁体７を覆う外部導体６を備えている。外部導体６のＬＳＩパッケージ１側の端部は、ＬＳＩパッケージ１の基板対向面のＧＮＤ層９と接続されており、プリント板２側の端部は、実装時、ハンダ（半田）８にてＧＮＤ１０に接続される。ＬＳＩパッケージ１内の信号１１は、信号線４、ピン３、信号線５を伝送する。ＬＳＩパッケージ１内の信号線４およびプリント板２内の信号線５の特性インピーダンスを５０Ωとする。
【００１８】
図２は、本実施例のＬＳＩピンの断面形状を示す図である。図２に示すように、中心に信号を伝達する芯線をなすピン３、その外側に、同軸に設けられた絶縁体７、絶縁体７の外周を覆う外部導体６を備え、同軸ケーブルと同様な構造とされる。本実施例においては、外部導体６は、その外周断面の少なくとも１部の円弧に、間隙１２を有する。例えば外部導体６の外周が３ｍｍの場合、弧の長さが１．２ｍｍの２つの外部導体６を組合わせ、円弧上の間隙１２を０．３ｍｍとする。なお、間隙１２は、２つ以上で設けるようにしてもよいし、１つであってもよい。
【００１９】
間隙１２は、外部導体６の断面の円弧における位置として、図３（Ａ）に示すように、ピン３の長手方向に沿って同一位置に延在する構成としてもよいし、あるいは、図３（Ｂ）に示すように、ピン３の長手方向に沿って異なった位置に配設するようにしてもよい。なお、間隙１２の端部は、図３（Ａ）に示すように、開放端であっても、あるいは、図３（Ｂ）に示すように、閉じていてもよい。さらに、図３（Ｃ）に示すように、外部導体６をメッシュ状に穴を開けた構成としてもよい。
【００２０】
同軸ケーブルの特性インピーダンスＺ０は、よく知られているように、
Ｚ０＝６０（１／√ｅｒ）ｌｎ（ｄ２／ｄ１）
で求められる。ここで、ｅｒは絶縁体７の比誘電率、ｄ２は外部導体（シールド）６の半径、ｄ１は中心導体（ピン）３の半径である。
【００２１】
本実施例においては、絶縁体７の種類、その厚さ、及び、円弧の間隙１２のサイズ、設置個数、形状等を変えることで、そのインピーダンスを可変に調整することができる。
【００２２】
これにより、ＬＳＩピン３のインピーダンスを、ＬＳＩパッケージ１またはプリント板２上の信号伝送路の特性インピーダンスをあわせることができる。一般に、高速信号は特性インピーダンスが５０Ωになるように設計されている。信号線４および信号線５における特性インピーダンスを５０Ω、ピンのインピーダンスを同じく５０Ωで設計すると、特性インピーダンスの不連続がなくなり、特性インピーダンスの不連続による反射の影響がなくなることで損失の少ない伝送が可能となる。
【００２３】
本発明は、１ＧＨｚを超える周波数の信号を扱うＩＣと、ＩＣを接続する必要がある情報機器、通信機器、映像機器に組み込まれるＩＣ、ＬＳＩ等へ適用して好適とされる。
【００２４】
以上、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみに制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例のピンの断面を示す図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の一実施例の外部導体の側面を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ ＬＳＩパッケージ
２ プリント板
３ ピン
４ 信号線
５ 信号線
６ 外部導体
７ 絶縁体（同軸絶縁体）
８ 半田
９ ＧＮＤ層
１０ ＧＮＤ
１１ 信号
１２ 間隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、半導体装置のピンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル技術の発展に伴いＬＳＩが扱う信号の周波数は年々高くなり、ＧＨｚを超える周波数の信号を扱うＬＳＩが実用化されている。例えばシリアル転送インタフェースであるＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓでは２．５Ｇｂｐｓ（最大周波数１．２５ＧＨｚ）でＬＳＩとＬＳＩを接続している。ＧＨｚを超える高周波になると信号レベルの低下（減衰）と反射による波形乱れのためプリント板上を伝達するのが困難となる。また、ＬＳＩとプリント板の接続部分はオープンであるため、特性インピーダンスを整合させることが困難である。そして、今後、１０ＧＨｚを超える周波数を伝達しなければならなくなることが思料され、特性インピーダンスの整合が重要になってくる。
【０００３】
ＬＳＩのピンは、高周波信号の伝達において、いくつかの問題がある。すなわち、ＬＳＩピンは、信号の伝達経路として、特性インピーダンスがマッチしていない。これは、ＬＳＩピンにおいて、特性インピーダンスをマッチさせるに必要な安定したリファレンス（ＧＮＤ)がないことに起因する。
【０００４】
ＬＳＩとプリント板との接続のように、異なる伝送路を接続する場合、物理的な制約（位置、パターン幅の差異等）により、ＬＳＩとプリント板の間を、特性インピーダンスを一定にしたまま接続することができない。
【０００５】
なお、インピーダンス整合を考慮し、中心導体、絶縁体、外部導体を有する同軸構造のピンとして、例えば特許文献１には、ピン状電極の根元に絶縁部材を介してピン状電極と同軸に環状の同軸電極を備えたＰＧＡ（ピン・グリッド・アレイ）型電子部品が開示されている。また特許文献２には、半導体チップを搭載する多層配線板（パッケージ基板）の外部端子を信号線と電源線との間に絶縁層を介する同軸状の導電路構造とし、絶縁層の厚さを調整して外部端子のインピーダンスを印刷配線基板の特性インピーダンスと同じとなるようにした半導体装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６１１２１号公報
【特許文献２】特開平７−６６３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みて創案されたものであって、その目的は、特性インピーダンスを印刷配線基板の特性インピーダンスに整合自在に調整可能とするＬＳＩピンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、中心側から順に、ピンと、前記ピンを囲む絶縁体と、前記絶縁体の外周を環状に囲む導体とを備えたＬＳＩピンであって、前記導体は、その断面の少なくとも１部の円弧に少なくとも１つの間隙を備えている。
【０００９】
本発明において、前記間隙は、前記導体の長手方向に、同一の円弧の位置に延在されて配置される。あるいは、前記導体の長手方向において、前記断面の異なる円弧の位置に配置される、複数の間隙を含むようにしてもよい。
【００１０】
本発明において絶縁体の厚さを可変に調整してもよい。
【００１１】
本発明において、前記導体の端部は、グランド電位に接続される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＬＳＩピンを同軸構造にして特性インピーダンスを、ＬＳＩパッケージの信号とプリント板上の信号の特性インピーダンスをあわせることにより、信号の伝わる経路の特性インピーダンスを整合させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記した本発明についてさらに詳細に説述すべく、添付図面を参照して説明する。本発明は、ＬＳＩのリードピン（３）の周りを、同心円上に絶縁体（「同軸絶縁体」ともいう）（７）と外部導体（６）で囲み、リードピン（３）と外部導体（６）とで構成される伝送路のインピーダンスを、当該ＬＳＩピンの信号線のインピーダンスに整合させる。本発明においては、外部導体（６）は、その断面の少なくとも1部の円弧に、間隙（１２）を備えている。
【００１４】
高周波信号の伝達を阻害するインピーダンスの不整合を防止することにより、ＬＳＩのピンの部分で発生するインピーダンスの不整合が原因とされる反射を低減することができる。よく知られているように、例えば負荷のインピーダンスＺＬと信号伝送路のインピーダンスＺ０との不整合による反射は、Γ＝（ＺＬ−Ｚ０）／（ＺＬ＋Ｚ０）で与えられる。
【００１５】
本発明によれば、リードピン（３）と外部導体（６）の間の絶縁体（７）の種類を変えることで、ピンのもつインピーダンスを可変させることができる。また、絶縁体（７）の厚みを変え、リードピン（３）と外部導体（６）の距離を変えるか、間隙（１２）のサイズを変えることでインピーダンスを変更することができる。
【００１６】
本発明によれば、絶縁体と外部導体を備え特性インピーダンスを最適化することにより、ＬＳＩのピンを通過する信号の損失を最小限にする構成を有する。また、本発明によれば、ＬＳＩピンを同軸構造にして特性インピーダンスを、ＬＳＩパッケージの信号とプリント板上の信号の特性インピーダンスをあわせることにより、信号の伝わる経路の特性インピーダンスを整合させることができる。全てのインピーダンスが整合できると、特性インピーダンスの不連続部分における信号の反射がなくなり、波形ひずみか少ない波形を伝達することができるようになる。以下実施例に即して説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の一実施例のＬＳＩピンの構成を説明するための図である。ＬＳＩパッケージ１は、プリント板（印刷配線基板）２に実装される。ピン３は、ＬＳＩパッケージ１（パッケージ基板）内で信号線４に接続されており、実装時、プリント板２のスルーホールに差し込まれ、プリント板２内の信号層の信号線５に電気的に接続される。ピン３を囲んで絶縁体７を備え、さらに、中空円筒形状とされ、絶縁体７を覆う外部導体６を備えている。外部導体６のＬＳＩパッケージ１側の端部は、ＬＳＩパッケージ１の基板対向面のＧＮＤ層９と接続されており、プリント板２側の端部は、実装時、ハンダ（半田）８にてＧＮＤ１０に接続される。ＬＳＩパッケージ１内の信号１１は、信号線４、ピン３、信号線５を伝送する。ＬＳＩパッケージ１内の信号線４およびプリント板２内の信号線５の特性インピーダンスを５０Ωとする。
【００１８】
図２は、本実施例のＬＳＩピンの断面形状を示す図である。図２に示すように、中心に信号を伝達する芯線をなすピン３、その外側に、同軸に設けられた絶縁体７、絶縁体７の外周を覆う外部導体６を備え、同軸ケーブルと同様な構造とされる。本実施例においては、外部導体６は、その外周断面の少なくとも１部の円弧に、間隙１２を有する。例えば外部導体６の外周が３ｍｍの場合、弧の長さが１．２ｍｍの２つの外部導体６を組合わせ、円弧上の間隙１２を０．３ｍｍとする。なお、間隙１２は、２つ以上で設けるようにしてもよいし、１つであってもよい。
【００１９】
間隙１２は、外部導体６の断面の円弧における位置として、図３（Ａ）に示すように、ピン３の長手方向に沿って同一位置に延在する構成としてもよいし、あるいは、図３（Ｂ）に示すように、ピン３の長手方向に沿って異なった位置に配設するようにしてもよい。なお、間隙１２の端部は、図３（Ａ）に示すように、開放端であっても、あるいは、図３（Ｂ）に示すように、閉じていてもよい。さらに、図３（Ｃ）に示すように、外部導体６をメッシュ状に穴を開けた構成としてもよい。
【００２０】
同軸ケーブルの特性インピーダンスＺ０は、よく知られているように、
Ｚ０＝６０（１／√ｅｒ）ｌｎ（ｄ２／ｄ１）
で求められる。ここで、ｅｒは絶縁体７の比誘電率、ｄ２は外部導体（シールド）６の半径、ｄ１は中心導体（ピン）３の半径である。
【００２１】
本実施例においては、絶縁体７の種類、その厚さ、及び、円弧の間隙１２のサイズ、設置個数、形状等を変えることで、そのインピーダンスを可変に調整することができる。
【００２２】
これにより、ＬＳＩピン３のインピーダンスを、ＬＳＩパッケージ１またはプリント板２上の信号伝送路の特性インピーダンスをあわせることができる。一般に、高速信号は特性インピーダンスが５０Ωになるように設計されている。信号線４および信号線５における特性インピーダンスを５０Ω、ピンのインピーダンスを同じく５０Ωで設計すると、特性インピーダンスの不連続がなくなり、特性インピーダンスの不連続による反射の影響がなくなることで損失の少ない伝送が可能となる。
【００２３】
本発明は、１ＧＨｚを超える周波数の信号を扱うＩＣと、ＩＣを接続する必要がある情報機器、通信機器、映像機器に組み込まれるＩＣ、ＬＳＩ等へ適用して好適とされる。
【００２４】
以上、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみに制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例のピンの断面を示す図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の一実施例の外部導体の側面を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ ＬＳＩパッケージ
２ プリント板
３ ピン
４ 信号線
５ 信号線
６ 外部導体
７ 絶縁体（同軸絶縁体）
８ 半田
９ ＧＮＤ層
１０ ＧＮＤ
１１ 信号
１２ 間隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心側から順に、ピンと、前記ピンを囲む絶縁体と、前記絶縁体の外周を環状に囲む導体とを備えたＬＳＩピンであって、
前記導体は、その断面の少なくとも１部の円弧に少なくとも１つの間隙を備えている、ことを特徴とするＬＳＩピン。
【請求項２】
前記間隙は、前記導体の長手方向に沿って、前記断面の同一の円弧の位置に延在されて配置される、ことを特徴とする請求項１記載のＬＳＩピン。
【請求項３】
前記導体の長手方向において、前記断面の異なる円弧の位置に配置される、複数の間隙を含む、ことを特徴とする請求項１記載のＬＳＩピン。
【請求項４】
前記導体は、前記間隙を、側面にメッシュ状に備えている、ことを特徴とする請求項１記載のＬＳＩピン。
【請求項５】
前記絶縁体の厚さが可変に調整される、ことを特徴とする請求項１記載のＬＳＩピン。
【請求項６】
前記導体の一端又は両端は、グランド電位に接続される、ことを特徴とする請求項１記載のＬＳＩピン。
【請求項７】
前記ＬＳＩピンに接続されたＬＳＩパッケージの信号線路、及び、前記ＬＳＩパッケージを実装するプリント板の信号線のインピーダンスを整合自在としている、ことを特徴とする請求項１記載のＬＳＩピン。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一に記載のＬＳＩピンを備えた半導体装置。
【請求項１】
中心側から順に、ピンと、前記ピンを囲む絶縁体と、前記絶縁体の外周を環状に囲む導体とを備えたＬＳＩピンであって、
前記導体は、その断面の少なくとも１部の円弧に少なくとも１つの間隙を備えている、ことを特徴とするＬＳＩピン。
【請求項２】
前記間隙は、前記導体の長手方向に沿って、前記断面の同一の円弧の位置に延在されて配置される、ことを特徴とする請求項１記載のＬＳＩピン。
【請求項３】
前記導体の長手方向において、前記断面の異なる円弧の位置に配置される、複数の間隙を含む、ことを特徴とする請求項１記載のＬＳＩピン。
【請求項４】
前記導体は、前記間隙を、側面にメッシュ状に備えている、ことを特徴とする請求項１記載のＬＳＩピン。
【請求項５】
前記絶縁体の厚さが可変に調整される、ことを特徴とする請求項１記載のＬＳＩピン。
【請求項６】
前記導体の一端又は両端は、グランド電位に接続される、ことを特徴とする請求項１記載のＬＳＩピン。
【請求項７】
前記ＬＳＩピンに接続されたＬＳＩパッケージの信号線路、及び、前記ＬＳＩパッケージを実装するプリント板の信号線のインピーダンスを整合自在としている、ことを特徴とする請求項１記載のＬＳＩピン。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一に記載のＬＳＩピンを備えた半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１１５７７１（Ｐ２００７−１１５７７１Ａ）
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０３３８３（Ｐ２００５−３０３３８３）
【出願日】平成１７年１０月１８日（２００５．１０．１８）
【出願人】（３９０００１３９５）ＮＥＣシステムテクノロジー株式会社 (438)
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１８日（２００５．１０．１８）
【出願人】（３９０００１３９５）ＮＥＣシステムテクノロジー株式会社 (438)
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