JP5211909B2 - リードフレーム設計支援装置、リードフレーム設計支援方法およびリードフレーム設計支援プログラム - Google Patents

リードフレーム設計支援装置、リードフレーム設計支援方法およびリードフレーム設計支援プログラム Download PDF

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Description

この発明は、リードフレーム構造のパッケージにおけるリードフレームの設計を支援するリードフレーム設計支援装置、リードフレーム設計支援方法およびリードフレーム設計支援プログラムに関する。
近年、低コスト化の要求とともに、電気特性的に厳しいQFP(Quad Flat Package)パッケージでも高速インターフェイスを搭載しなければならない状況である。また、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)のテクノロジが向上に伴い、LSI(Large Scale Integration)のダイサイズが小さくなっているがパッケージサイズは変わらない現状がある。この結果、パッケージのリードフレームが以前よりも長くなってしまうために、QFPパッケージの電気特性的がより厳しくなっている。
従来のQFPパッケージのノイズ削減方法としては、図11に例示するようにノイズを低減するための部品をパッケージが搭載されるPCB基板に追加する、あるいはパッケージの材料を変更することでノイズ低減を図る手法がある。
特開平7−183448号公報
ところで、上記した従来の技術では、ノイズを低減するための部品をPCB基板上に追加するため、部品点数が増加するという課題があった。また、リードフレーム構造パッケージの材料を変更するので、既存の材料以外のものを使う結果、コスト高になるという課題があった。
そこで、この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、リードフレームの形状を調整することで電気特性をコントロールし、ノイズを低減して波形品質の向上を図るとともに、リードフレーム構造パッケージのコストを安価にすることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この装置は、分布定数単位長に応じて区切られたリードフレームごとに、信号波形品質に基づいて、配線幅をそれぞれ決定することを要件とする。
開示の装置は、波形品質の向上を図るとともに、リードフレーム構造パッケージのコストを安価にするという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、この発明に係るリードフレーム設計支援装置、リードフレーム設計支援方法およびリードフレーム設計支援プログラムの実施例を詳細に説明する。
以下の実施例では、実施例1に係るリードフレーム設計支援装置の構成および処理の流れを順に説明し、続いて実施例1による効果を説明する。なお、以下では、PCB基板で使用されるリードフレーム構造のQFPパッケージの設計を支援するための装置に本発明を適用する例を説明する。
[リードフレーム設計支援装置の構成]
まず最初に、図1〜図6を用いて、実施例1に係るリードフレーム設計支援装置10の構成および動作を説明する。図1は、実施例1に係るリードフレーム設計支援装置10の構成を示すブロック図である。図2〜図4は、波形品質向上に向けて配線幅が変更されたパッケージ配線の例を示す図である。図5−1および図5−2は、波形品質向上に向けた配線幅の決定処理について具体的に説明するための図である。図6は、リードフレームの形状が単位長あたりでコントロールされたパッケージ基板を示す図である。
図1に示すように、実施例1のリードフレーム設計支援装置10は、入力部11、出力部12、制御部13を備える。以下にこれらの各部の処理を説明する。
入力部11は、パッケージのリードフレームの長さなどの各種情報を入力するものであり、キーボードやマウスなど有する。また、出力部12は、実施例1による配線幅決定処理により決定されたリードフレームの配線幅などを表示するものであり、モニタ(若しくはディスプレイ、タッチパネル)やスピーカを有する。
制御部13は、リードフレーム設計支援プログラムなど各種の処理手順などを規定したプログラムおよび所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラムやデータによって種々の処理を実行する。制御部13は、信号波形測定部13a、分布定数算出部13b、リードフレーム分割算出部13c、配線幅決定部13dを有する。
信号波形測定部13aは、信号波形の遷移時間を測定する。信号波形測定部13aは、信号波形の遷移時間を測定する方法として、オシロスコープで線路上を伝播する信号波形の遷移時間を実測、もしくは回路シミュレーションモデルで出力される信号波形の遷移時間を測定する。信号波形測定部13aは、測定された遷移時間を後述する分布定数算出部13bに通知する。ここでは、信号波形の遷移時間として、信号波形の立ち上げり時間または立下り時間を測定する。
分布定数算出部13bは、測定された信号波形の遷移時間を基に、分布定数単位長を算出する。分布定数算出部13bは、信号波形の遷移時間に信号が伝播する信号線路長を基に、信号線路の適切な分布定数単位長を決定し、後述するリードフレーム分割算出部13cに通知する。信号線路の分布定数単位長は、以下の式により算出される。
分布定数単位長=遷移時間/線路の伝播遅延
例えば、信号波形の立ち上げり時間または立下り時間が50psであって、パッケージ線路の伝播遅延が6.5ns/mである場合には、分布定数算出部13bは、分布定数単位長として50[ps]/6.5[ns/m]=7.69mmを算出する。
ここで、算出された7.69mmが信号波形の遷移時間に信号が伝播する信号線路長、即ち分布定数単位長となる。つまり、信号の立ち上げり時間または立下り時間が50psの場合には、7.69mm以下の単位で線長幅をコントロールする必要がある。つまり、分布定数単位長以上で線長幅をコントロールしてしまうと、信号波形を適切に制御できず、例えば、Overshoot許容値およびUndershoot許容値に収まるように信号波形を制御できない。これに対して、リードフレーム設計支援装置10では、分布定数単位長を単位としてリードフレームを分割するので、信号波形をよりきめ細かくコントロールすることができる。
リードフレーム分割算出部13cは、分布定数単位長でパッケージのリードフレームを区切り、リードフレームの分割数を算出する。上記の例を用いて説明すると、パッケージのリードフレーム長が21mmである場合には、リードフレーム分割算出部13cは、リードフレーム長21mmを分布定数単位長7.69mmで割って、「21mm/7.69mm≒3」を算出する。これにより、リードフレームの効果的な分割数が3分割以上であることが判る。
配線幅決定部13dは、算出された分割数で区切られたリードフレームの分割単位ごとに、信号波形品質に基づいて、配線幅をそれぞれ算出する。配線幅算出部13dは、リードフレーム分割算出部13cによって算出された分割数で区切られたリードフレームの区間ごとに、波形品質向上に向けた配線幅を決定し、決定された配線幅のイメージを出力部12から出力する。
波形品質向上に向けた配線幅調整の例として、図2乃至図4に配線トポロジを示す。図2乃至図4は、PCB伝送路によって互いに接続された、対向するLSIのパッケージが示されている。なお、実施例1では、図2乃至図4の図示左側のパッケージ配線(図示「PKG」)、言い換えればリードフレームの配線幅を制御しているものとする。ここで、例えば、配線幅決定部13dは、図2に例示するように、分割単位毎にリードフレームの配線幅をPCB伝送路に近づくにつれて次第に細くすることで、パッケージ抵抗成分を上げる。
また、配線幅決定部13dは、配線幅調整の例として、図3に例示するように、分割単位毎にリードフレームの配線幅をPCB伝送路に近づくにつれて次第に太くすることで、パッケージ抵抗成分を下げる。また、配線幅決定部13dは、図4に例示するように、分割単位毎にリードフレームの配線幅が太い部分と細い部分とを繰り返し、パッケージ内の特性インピーダンス調整を実施してもよい。
ここで、図5−1および図5−2を用いて波形品質向上に向けた配線幅の決定処理について具体的に説明する。図5−1は、3種類の配線トポロジを示す。(A)は、パッケージ配線幅を変えない場合の配線トポロジを示す。(B)は、配線の一部、図5−1ではPCB伝送路中にダンピング抵抗を配置した場合の配線トポロジを示す。(C)は、パッケージ配線の配線幅を部分的に変更した場合の配線トポロジを示しており、特に配線幅を分割単位で次第に細くしてパッケージ抵抗成分を上げている例を示している。
また、図5−2は、図5−1に示した各配線トポロジにおける信号波形を示している。なお、図5−2に示す信号波形Aは図5−1に示す配線トポロジAに対応する。同様に、信号波形Bは配線トポロジBに、信号波形Cは配線トポロジCにそれぞれ対応する。また、図5−2には、各信号波形と比較されるOvershoot許容値とUndershoot許容値との二つの許容値が示されている。信号が許容値を超える場合には、信号波形の品質保証に問題があると判定される。
図5−2に示すように、配線トポロジAでは、一点鎖線で示される信号波形AがOverShoot許容値およびUnderShoot許容値を大きく超えているため、波形品質保証に問題がある。
また、ダンピング抵抗を配置した配線トポロジBでは、点線で示される信号波形BがOverShoot許容値およびUnderShoot許容値の範囲内に収まり、波形品質が向上するが、部品点数が増えてコスト高となる。
このような配線トポロジBに対して、実施例1により決定された、3分割されたリードフレームの配線幅が細くなるように調整された配線トポロジCでは、パッケージ抵抗成分を上げている。この結果、実線で示される信号波形Cは、信号波形Bと同様にOverShoot許容値およびUnderShoot許容値の範囲内に収まり波形品質を向上させることが可能であるとともに、配線トポロジCは配線トポロジBと比較して部品点数を増やさずコストを低減することができる。
つまり、リードフレーム設計支援装置10では、波形品質を向上できるリードフレーム配線幅を導き出し、図6に例示するようなリードフレームの形状が単位長ごとにコントロールされたパッケージ基板を設計させる。つまり、図6に示す例では、パッケージ基板は、ダイ(DIE)に設置された複数のパッド(Pad)がボンディングワイヤ(Bonding Wire)を介して各リードフレームと接続されている。そして、各リードフレームは、リードフレーム設計支援装置10によって個別に算出された形状および幅を有している。なお、図6における点線は、分布定数単位の分割線を示している。
[リードフレーム設計支援装置による処理]
次に、図7を用いて、実施例1に係るリードフレーム設計支援装置10による処理を説明する。図7は、実施例1に係るリードフレーム設計支援装置10の処理動作を示すフローチャートである。
同図に示すように、リードフレーム設計支援装置10は、信号波形の遷移時間を測定する(ステップS101)。そして、リードフレーム設計支援装置10は、測定された遷移時間を基に、分布定数単位長を算出する(ステップS102)。続いて、リードフレーム設計支援装置10は、分布定数単位長でリードフレームを区切り、リードフレームの分割数を算出する(ステップS103)。
その後、リードフレーム設計支援装置10は、算出された分割数で区切られたリードフレームごとに、信号波形品質に基づいて、分布定数単位長ごとの配線幅をそれぞれ算出する(ステップS104)。具体的には、リードフレーム設計支援装置10は、算出された分割数で区切られたリードフレームの区間ごとに、波形品質向上に向けた配線幅を決定する。例えば、リードフレーム設計支援装置10は、分割単位毎にリードフレームの配線幅をPCB伝送路に近づくにつれて次第に細くすることで、パッケージ抵抗成分を上げる(図2参照)。
[実施例1の効果]
上述してきたように、リードフレーム設計支援装置10は、信号波形の遷移時間を測定し、測定された遷移時間を基に、分布定数単位長を算出し、算出された分布定数単位長でリードフレームを区切り、リードフレームの分割数を算出する。そして、リードフレーム設計支援装置10は、算出された分割数で区切られたリードフレームごとに、信号波形品質に基づいて、配線幅をそれぞれ決定する。このため、図9に例示するように、従来のパッケージ基板のリードフレームの形状が一定であるのに比して、実施例1のリードフレーム設計支援装置10では、波形品質的に向上できるリードフレーム線幅を導き出すとともに、リードフレームの形状を単位長あたりでコントロールさせる結果、ノイズを低減して波形品質の向上を図ることが可能である。
さらに、図8に例示するように、リードフレーム設計支援装置10では、従来のPCB基板に設けられていたダンピング抵抗等の部品を削除することができるので、部品点数を減らしてコストを安価にすることも可能である。
また、実施例1によれば、リードフレーム設計支援装置10は、信号波形の遷移時間として、信号波形の立ち上げり時間または立下り時間を測定するので、信号波形の立ち上げり時間または立下り時間から信号波形の遷移時間を測定することが可能である。
また、実施例1によれば、リードフレーム設計支援装置10は、抵抗を大きくする場合には、配線幅を細くするように決定する。このため、例えばOverShoot許容値およびUnderShoot許容値を大きく超えているような場合には、抵抗を大きくしてOverShoot許容値およびUnderShoot許容値の範囲内に収まり波形品質を向上させることが可能である。
また、実施例1によれば、リードフレーム設計支援装置10は、抵抗を小さくする場合には、配線幅を太くするように決定するので、抵抗を大きくして波形品質を向上させることが可能である。
また、実施例1によれば、リードフレーム設計支援装置10は、インピーダンスを調整する場合には、配線幅が太い部分と細い部分を繰り返すように決定するので、インピーダンスをコントロールして波形品質を向上させることが可能である。
さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では実施例2として本発明に含まれる他の実施例を説明する。
(1)システム構成等
図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、信号波形測定部13aと分布定数算出部13bを統合してもよい。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、CPUおよび当該CPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
(2)プログラム
ところで、上記の実施例で説明した各種の処理は、あらかじめ用意されたプログラムをコンピュータで実行することによって実現することができる。そこで、以下では、図10を用いて、上記の実施例と同様の機能を有するプログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。図10は、リードフレーム設計支援プログラムを実行するコンピュータを示す図である。
図10に示すように、リードフレーム設計支援装置としてのコンピュータ600は、HDD610、RAM620、ROM630およびCPU640をバス650で接続して構成される。
そして、ROM630には、上記の実施例と同様の機能を発揮するリードフレーム設計支援プログラム、つまり、図10に示すように、信号波形測定プログラム631、分布定数算出プログラム632、リードフレーム分割算出プログラム633、配線幅決定プログラム634が予め記憶されている。なお、プログラム631〜634については、図1に示したリードフレーム設計支援装置の各構成要素と同様、適宜統合または分散してもよい。
そして、CPU640が、これらのプログラム631〜634をROM630から読み出して実行することで、図10に示すように、各プログラム631〜634は、信号波形測定プロセス641、分布定数算出プロセス642、リードフレーム分割算出プロセス643、配線幅決定プロセス644として機能するようになる。各プロセス641〜644は、図10に示した制御部13は、信号波形測定部13a、分布定数算出部13b、リードフレーム分割算出部13c、配線幅決定部13dにそれぞれ対応する。
そして、CPU640は、HDD610に対して各種データを登録するとともにHDD610から各種データを読み出してRAM620に格納し、RAM620に格納されたデータに基づいて処理を実行する。
以上の実施例1〜2を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)信号波形の遷移時間を測定する信号波形測定手段と、
前記信号波形測定手段によって測定された前記遷移時間を基に、分布定数単位長を算出する分布定数算出手段と、
前記分布定数算出手段によって算出された前記分布定数単位長でリードフレームを区切り、当該リードフレームの分割数を算出する分割算出手段と、
前記分割数算出手段によって算出された分割数で区切られたリードフレームごとに、信号波形品質に基づいて、配線幅をそれぞれ決定する配線幅決定手段と、
を備えることを特徴とするリードフレーム設計支援装置。
(付記2)前記信号波形測定手段は、前記信号波形の遷移時間として、信号波形の立ち上げり時間または立下り時間を測定することを特徴とする付記1に記載のリードフレーム設計支援装置。
(付記3)前記配線幅決定手段は、抵抗を大きくする場合には、前記配線幅を細くするように決定することを特徴とする付記1または2に記載のリードフレーム設計支援装置。
(付記4)前記配線幅決定手段は、抵抗を小さくする場合には、前記配線幅を太くするように決定することを特徴とする付記1または2に記載のリードフレーム設計支援装置。
(付記5)前記配線幅決定手段は、インピーダンスを調整する場合には、前記配線幅が太い部分と細い部分を繰り返すように決定することを特徴とする付記1または2に記載のリードフレーム設計支援装置。
(付記6)信号波形の遷移時間を測定する信号波形測定ステップと、
前記信号波形測定ステップによって測定された前記遷移時間を基に、分布定数単位長を算出する分布定数算出ステップと、
前記分布定数算出ステップによって算出された前記分布定数単位長でリードフレームを区切り、当該リードフレームの分割数を算出する分割算出ステップと、
前記分割数算出ステップによって算出された分割数で区切られたリードフレームごとに、信号波形品質に基づいて、配線幅をそれぞれ決定する配線幅決定ステップと、
を含んだことを特徴とするリードフレーム設計支援方法。
(付記7)前記信号波形測定ステップは、前記信号波形の遷移時間として、信号波形の立ち上げり時間または立下り時間を測定することを特徴とする付記6に記載のリードフレーム設計支援方法。
(付記8)前記配線幅決定ステップは、抵抗を大きくする場合には、前記配線幅を細くするように決定することを特徴とする付記6または7に記載のリードフレーム設計支援方法。
(付記9)前記配線幅決定ステップは、抵抗を小さくする場合には、前記配線幅を太くするように決定することを特徴とする付記6または7に記載のリードフレーム設計支援方法。
(付記10)前記配線幅決定ステップは、インピーダンスを調整する場合には、前記配線幅が太い部分と細い部分を繰り返すように決定することを特徴とする付記6または7に記載のリードフレーム設計支援方法。
(付記11)信号波形の遷移時間を測定する信号波形測定手順と、
前記信号波形測定手順によって測定された前記遷移時間を基に、分布定数単位長を算出する分布定数算出手順と、
前記分布定数算出手順によって算出された前記分布定数単位長でリードフレームを区切り、当該リードフレームの分割数を算出する分割算出手順と、
前記分割数算出手順によって算出された分割数で区切られたリードフレームごとに、信号波形品質に基づいて、配線幅をそれぞれ決定する配線幅決定手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするリードフレーム設計支援プログラム。
(付記12)前記信号波形測定手順は、前記信号波形の遷移時間として、信号波形の立ち上げり時間または立下り時間を測定することを特徴とする付記11に記載のリードフレーム設計支援プログラム。
(付記13)記配線幅決定手順は、抵抗を大きくする場合には、前記配線幅を細くするように決定することを特徴とする付記11または12に記載のリードフレーム設計支援プログラム。
(付記14)前記配線幅決定手順は、抵抗を小さくする場合には、前記配線幅を太くするように決定することを特徴とする付記11または12に記載のリードフレーム設計支援プログラム。
(付記15)前記配線幅決定手順は、インピーダンスを調整する場合には、前記配線幅が太い部分と細い部分を繰り返すように決定することを特徴とする付記11または12に記載のリードフレーム設計支援プログラム。
実施例1に係るリードフレーム設計支援装置10の構成を示すブロック図である。 波形品質向上に向けた配線幅の一例を示す図である。 波形品質向上に向けた配線幅の一例を示す図である。 波形品質向上に向けた配線幅の一例を示す図である。 波形品質向上に向けた配線幅の決定処理について具体的に説明するための図である。 波形品質向上に向けた配線幅の決定処理について具体的に説明するための図である。 リードフレームの形状が単位長あたりでコントロールされたパッケージ基板を示す図である。 実施例1に係るリードフレーム設計支援装置10の処理手順を説明するためのフローチャートである。 実施例1に係るリードフレーム設計支援装置10の効果を説明するための図である。 実施例1に係るリードフレーム設計支援装置10の効果を説明するための図である。 リードフレーム設計支援プログラムを実行するコンピュータを示す図である。 従来技術を説明するための図である。
符号の説明
10 リードフレーム設計支援装置
11 入力部
12 出力部
13 制御部
13a 信号波形測定部
13b 分布定数算出部
13c リードフレーム分割算出部
13d 配線幅決定部

Claims (7)

  1. リードフレーム長が入力された集積回路のリードフレームを伝播する信号の信号波形の遷移時間を測定する信号波形測定手段と、
    前記信号波形測定手段によって測定された前記遷移時間を、所定単位長の当該リードフレームを前記信号が伝播する速さである当該リードフレームの伝播遅延で除算した値である分布定数単位長を算出する分布定数算出手段と、
    前記分布定数算出手段によって算出された前記分布定数単位長でリードフレームを区切り、当該リードフレームの分割数を算出する分割数算出手段と、
    前記分割数算出手段によって算出された分割数で区切られたリードフレームごとに、リードフレームを伝播する信号の電圧値の信号波形が所定範囲内に収まるように配線幅をそれぞれ決定する配線幅決定手段と、
    を備えることを特徴とするリードフレーム設計支援装置。
  2. 前記信号波形測定手段は、前記信号波形の遷移時間として、信号波形の立ち上がり時間または立下り時間を測定することを特徴とする請求項1に記載のリードフレーム設計支援装置。
  3. 前記配線幅決定手段は、抵抗を大きくする場合には、前記配線幅を細くするように決定することを特徴とする請求項1または2に記載のリードフレーム設計支援装置。
  4. 前記配線幅決定手段は、抵抗を小さくする場合には、前記配線幅を太くするように決定することを特徴とする請求項1または2に記載のリードフレーム設計支援装置。
  5. 前記配線幅決定手段は、インピーダンスを調整する場合には、前記配線幅が太い部分と細い部分を繰り返すように決定することを特徴とする請求項1または2に記載のリードフレーム設計支援装置。
  6. リードフレーム設計支援装置が、
    リードフレーム長が入力された集積回路のリードフレームを伝播する信号の信号波形の遷移時間を測定する信号波形測定ステップと、
    前記信号波形測定ステップによって測定された前記遷移時間を、所定単位長の当該リードフレームを前記信号が伝播する速さである当該リードフレームの伝播遅延で除算した値である分布定数単位長を算出する分布定数算出ステップと、
    前記分布定数算出ステップによって算出された前記分布定数単位長でリードフレームを区切り、当該リードフレームの分割数を算出する分割数算出ステップと、
    前記分割数算出ステップによって算出された分割数で区切られたリードフレームごとに、リードフレームを伝播する信号の電圧値の信号波形が所定範囲内に収まるように配線幅をそれぞれ決定する配線幅決定ステップと、
    実行することを特徴とするリードフレーム設計支援方法。
  7. リードフレーム長が入力された集積回路のリードフレームを伝播する信号の信号波形の遷移時間を測定する信号波形測定手順と、
    前記信号波形測定手順によって測定された前記遷移時間を、所定単位長の当該リードフレームを前記信号が伝播する速さである当該リードフレームの伝播遅延で除算した値である分布定数単位長を算出する分布定数算出手順と、
    前記分布定数算出手順によって算出された前記分布定数単位長でリードフレームを区切り、当該リードフレームの分割数を算出する分割数算出手順と、
    前記分割数算出手順によって算出された分割数で区切られたリードフレームごとに、リードフレームを伝播する信号の電圧値の信号波形が所定範囲内に収まるように配線幅をそれぞれ決定する配線幅決定手順と、
    をコンピュータに実行させることを特徴とするリードフレーム設計支援プログラム。
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