CN100485932C - 半导体器件、电气设备 - Google Patents

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Abstract

一种半导体器件，包括：封装基板；以及被安装在封装基板上的半导体芯片，其中，半导体芯片具备：输出部；和降低从数据通信路径发出的电磁波噪声的滤波器部。输出部向数据通信路径中输出数据信号、并且具有补充数据信号的缓冲放大器部。

Description

半导体器件、电气设备
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求2005年12月22日提交的在前日本专利申请No.2005-371002的优先权，在这里通过参考来合并其全部内容。
技术领域
本发明涉及一种半导体器件，其具有降低从数据通信路径发出的电磁波噪声的强度的滤波器功能。另外，还涉及经由具有降低从数据通信路径发出的电磁波噪声的强度的滤波器功能的半导体器件与存储器装置进行数据收发的电气设备。
背景技术
在便携电话装置中，为了抑制从CPU与存储卡之间的数据通信路径发出的电磁波噪声的高频分量对通话等中所使用的电波产生干扰，在数据通信路径中具备有EMC(Electro-Magnetic Compatibility)滤波器装置。例如，在日本国特开2005-6471号公报和日本国特开2005-6471号公报中公开了这样的滤波器装置。
具体而言，EMC滤波器装置，被安装于在便携电话装置的CPU和存储卡之间所形成的数据通信路径中。在CPU和EMC滤波器装置之间安装有电平移位器(level shifter)装置。
电平移位器装置具有用于使1.8伏规格的存储卡和3.0伏规格的存储卡符合便携电话装置的1.8伏规格的功能。通常，电平移位器装置具备有用于补充数据通信用而输出的电压的缓冲放大器部。该缓冲放大器部被直接电连接到EMC滤波器装置。
目前，在存储卡中容纳有音乐信息及图像信息之类的容量比较大的数据。因此，就具有存储卡与便携电话装置之间的通信速度被加快的趋势。
但是，若使存储卡与便携电话装置之间的通信速度高速化，则从数据通信路径发出的电磁波噪声的高频分量的强度就会变强。其结果，即使高频分量的强度通过EMC滤波器而被减弱，该高频分量也依然具有足以妨碍通话等中所使用的电波的发送接收的强度。
另一方面，作为EMC滤波器装置的滤波器特性下降的主要因素，有起因于EMC滤波器装置与电平移位器装置相互经由地线(ground)而电连接的电感。
就这一点具体进行说明。EMC滤波器装置与电平移位器装置，被安装在便携电话基板上，在EMC滤波器装置中应该被连接到地线的端子经由键合引线(bonding wire：接合线)被连接到构成EMC滤波器装置的封装基板的地线。
同样地，在电平移位器装置中应该连接到地线的端子经由键合引线被连接到构成电平移位器装置的封装基板上的地线。然后，EMC滤波器装置的地线通过在便携电话基板上所形成的布线被电连接到电平移位器装置的地线。
在EMC滤波器装置与电平移位器装置这样经由地线而电连接的情况下，相互的连接路径变长。进而，由于键合引线的电感自身较大之类的原因，所以EMC滤波器装置的滤波器特性下降。
因此，将构成EMC滤波器装置的半导体芯片，在构成EMC滤波器装置的封装基板上经由凸起(bump)进行倒装片式(flip chip)连接。由此，将在EMC滤波器装置中应该连接到地线的端子经由凸起连接到封装基板。
通过如上述那样进行倒装片式连接就无须使用键合引线，所以EMC滤波器装置就能够进一步降低电磁波噪声。
通过这样使EMC滤波器装置的滤波器特性提高，来应对伴随CPU与存储卡之间的数据通信速度提高的电磁波噪声的高频分量的强度提高。
但是，考虑到今后存储卡中所容纳的数据的容量进一步增大。因此，可认为在基于现有技术的EMC滤波器装置的滤波器特性提高上，很难应对伴随数据通信速度进一步高速化的电磁波噪声的高频分量。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种半导体器件，可以进一步有效地降低从数据通信路径发出的电磁波噪声的高频分量的强度。
本发明的半导体器件，包括：封装基板；以及被安装在上述封装基板上的半导体芯片，其中，该半导体芯片具备：输出部，向数据通信路径中输出数据信号、并且具有补充上述数据信号的缓冲放大器部；以及滤波器部，降低从上述数据通信路径发出的电磁波噪声，在上述缓冲放大器部中应该被连接到地线的端子和在上述滤波器部中应该被连接到地线的端子，借助于在上述封装基板上所形成的直线状的布线而被电短路。
本发明的半导体器件，包括：封装基板；以及被安装在上述封装基板上的半导体芯片，其中，该半导体芯片具备：输出部，向数据通信路径中输出数据信号、并且具有补充上述数据信号的缓冲放大器部；以及滤波器部，降低从上述数据通信路径发出的电磁波噪声，在上述缓冲放大器部中应该被连接到地线的端子和在上述滤波器部中应该被连接到地线的端子，借助于在上述半导体芯片的主面上所形成的薄膜布线层的直线状布线图案而被电短路。
本发明的一种电气设备，其特征在于，经由如上所述的半导体器件与自由装卸地设置的存储器装置进行数据的收发。
本发明的一种电气设备，其特征在于，经由如上所述的半导体器件与自由装卸地设置的存储器装置进行数据的收发。
根据上述构成，输出部和滤波器部被形成在一个半导体芯片上。由此，作为滤波器部的滤波器特性下降的主要原因的、在输出部中应该被连接到地线的端子和在滤波器部中应该被连接到地线的端子之间的电感变小。
根据本发明，就可以有效地降低电磁波噪声的高频分量的强度。
本发明另外的目的和特征将在以下的说明中得以阐明，并部分地从该说明而显而易见，或者可通过本发明的实施而得以了解。本发明的所述目的和特征可通过在下文中特别指出的手段及其组合而得以实现和获得。
附图说明
附图包含在说明书中并构成其一部分，表明本发明的实施方式，并与上面所给出的概括说明和下面给出的其优选实施方式的详细说明一起用于阐述本发明的原理。
图1是概略地表示具备涉及本发明的第1实施方式的半导体器件的便携电话装置的斜视图。
图2是概略地表示图1所示的便携电话装置的方框图。
图3是沿着图1所示的F3-F3线的截面图。
图4是图3所示的电平移位器装置与EMC滤波器部的等效电路图。
图5是表示图3所示的EMC滤波器部的滤波器特性的曲线图。
图6是涉及本发明的第2实施方式的半导体器件的截面图。
图7是涉及本发明的第3实施方式的半导体器件的电平移位器部与EMC滤波器部的等效电路图。
图8是表示在图7所示的缓冲放大器部中、从被连接在将电力提供给该缓冲放大器部的外部电源上的布线图案混入了电磁波噪声的情况下，起因于该电磁波噪声而从数据通信路径发出的电磁波噪声的各频率分量的降低量的曲线图。
图9是涉及本发明的第4实施方式的半导体器件的电平移位器部与EMC滤波器部的等效电路图。
具体实施方式
使用图1～5对涉及本发明的第1的实施方式的半导体器件进行说明。在本实施方式中，半导体器件10被使用于便携电话装置20中。图1是概略地表示便携电话装置20的斜视图。便携电话装置20就是本发明中所说的电气设备的一例。
如图1所示，便携电话装置20，包括：壳体21、便携电话基板22、CPU23、BBLSI(Base Band Large Scale Integration)24、Bluetooth(注册商标)芯片组25、RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)26、存储卡27、和半导体器件10。此外，图1中，壳体21用双点划线来表示。
在便携电话基板22上安装有CPU 23、BBLSI 24、Bluetooth芯片组25、RFIC 26、和半导体器件10。便携电话基板22被收容在壳体21内。
图2是概略地表示便携电话装置20的方框图。如图2所示，CPU23被电连接在BBLSI 24上。BBLSI 24被电连接在RFIC 26上。FRIC 26具有天线26a。天线26a接收发送在通话中所使用的电波。
CPU23被电连接在半导体器件10上。BBLSI 24被电连接在Bluetooth芯片组25上。Bluetooth芯片组25具有天线25a，对电波进行接收发送。
存储卡27从外部以可装卸的方式被电连接在CPU23上。存储卡27就是本发明中所说的存储器装置的一例。在便携电话基板22上，形成有在存储卡27与CPU23之间进行数据通信的数据通信路径30。半导体器件10被安装在数据通信路径30中。
图3是沿着图1所示的F3-F3线的截面图。图3是半导体器件10的截面图。如图3所示，半导体器件10具备有：封装基板11和半导体芯片12。
封装基板11例如使用焊锡14等被连接在便携电话基板22上。半导体芯片12使用多个凸起13被倒装片式连接在封装基板11上。半导体器件10通过树脂15被树脂密封。
在半导体芯片12中形成有电平移位器部16和EMC滤波器部17。
电平移位器部16具有为了使存储卡27的1.8伏规格和3.0伏规格的任何一个均符合1.8伏规格的便携电话装置20，而对CPU23与存储卡27的数据收发时的电压进行调解并输出的功能。电平移位器部16就是本发明中所说的输出部的一例。
EMC(Electro-Magnetic Compatibility)滤波器部17具有降低从数据通信路径30发出的电磁波噪声的功能。EMC滤波器部17就是本发明中所说的滤波器部。
图4用等效电路来表示电平移位器部16与EMC滤波器部17。如图4所示，电平移位器部16具备有：调整电压的电平移位器主体16a和缓冲放大器部16b。从电平移位器主体16a输出的电压有时被降低。缓冲放大器部16b具有补充被降低的输出的功能。
缓冲放大器部16b是PMOSFET元件40和NMOSFET元件41被串联连接起来而构成。PMOSFET元件40的栅极40a和NMOSFET元件41的栅极41a被相互电连接起来。各栅极40a、41a被电连接到电平移位器主体16a。
PMOSFET元件40的源极端子40b被连接到外部电源50。NMOSFET元件41的源极端子41b就是本发明中所说的应该连接到地线的端子。PMOSFET元件40的漏极端子40c和NMOSFET元件41的漏极端子41c为输出端子。
EMC滤波器部17具备有：被连接到各端子40c、41c的第1电阻元件60、与第1电阻元件60并联连接的第2电阻元件61以及电容元件62。电容元件62的另一端62a就是本发明中所说的应该连接到地线70的端子。缓冲放大器部16b的NMOSFET元件41的源极端子41b被连接到电容元件62的另一端62a。
缓冲放大器部16b的NMOSFET元件41的源极端子41b与电容元件62的另一端62a，通过第1～3布线80～82而被短路。就这一点具体地进行说明。如图3所示，NMOSFET元件41的源极端子41b，被电连接到多个凸起13之中处于NMOSFET元件41的源极端子41b的大概正下方的第1凸起13a。
此外，虽然在本实施方式中，NMOSFET元件41的源极端子41b与第1凸起13a经由第1布线80相互被电连接，但并不限定于此。例如，NMOSFET元件41的源极端子41b也可以直接连接到第1凸起13a。
电容元件62的另一端62a，例如与多个凸起13之中处于电容元件62的另一端62a的大概正下方的第2凸起13b电连接。此外，虽然在本实施方式中，电容元件62的另一端62a经由第2布线81与第2凸起13b电连接，但并不限定于此。例如，电容元件62的另一端62a也可以直接与第2凸起13b电连接。
第1、2的凸起13a、13b，通过被形成在封装基板11上的第3布线82相互电短路。第1～3的布线80～82是大致直线状。第3布线82就是本发明中所说的在封装基板上形成的布线。
在如上述构成的缓冲放大器部16b以及EMC滤波器部17中，若电压被外加到缓冲放大器部16b，则PMOSFET元件40被截止，NMOSFET元件41被短路。因此，至EMC滤波器部17的电压为0。
另外，在缓冲放大器部16b的电压为0的情况下，PMOSFET元件40被导通，NMOSFET元件41变成截止状态，来自外部电源50的电压被输出到EMC滤波器部17。
此外，电平移位器部16与EMC滤波器部17的构成，并不限定于上述的构成。上述的电平移位器部16与EMC滤波器部17的构成只是一例。
总而言之，在缓冲放大器部16b中应该连接到地线的端子只要与EMC滤波器部17中应该连接到地线的端子短路即可。
NMOSFET元件41的源极端子41b、也就是缓冲放大器部16b中应该连接到地线的端子，与电容元件62的另一端62a、也就是EMC滤波器部17中应该连接到地线70的端子在封装基板11上通过而被短路。所以使源极端子41b和电容元件62的另一端62a电连接的路径就变短。
因此，就能够减小使源极端子41b和电容元件62的另一端62a电连接的路径的电感。
接着，就EMC滤波器部17的滤波器特性进行说明。图5是表示EMC滤波器部17的滤波器特性的曲线图。图5所示的曲线图的横轴表示在存储卡27与CPU23之间进行数据通信时从数据通信路径30发出的电磁波噪声的频率分量。图5所示的曲线图的纵轴表示通过EMC滤波器部17而被降低的电磁波噪声的降低量。
如图5所示，根据本实施方式，在作为一般在便携电话装置20中使用的频带的800MHz～2.5GHz中，可得到30dB以上的降低量。此外，在图5中用虚线所示的曲线图，表示取代半导体器件10而具备具有与电平移位器部16同样功能的半导体器件和具有与EMC滤波器部17同样功能的半导体器件的情况下的电磁波噪声中的各频率分量的降低量。
通过取代半导体器件10而分别具备具有与电平移位器部16同样功能的半导体器件和具有与EMC滤波器部17同样功能的半导体器件，使源极端子41b和电容元件62的另一端62a电连接的路径就变长，所以该路经的电感就变得比较大。
根据上述构成，电平移位器部16与EMC滤波器部17被形成在一个半导体芯片12上，所以就能够使将电平移位器部16的NMOSFET元件41的源极端子41b与EMC滤波器部17的电容元件62的另一端62a进行电连接的路径变短。因此，就可以减小在电平移位器部16中应该连接到地线的端子与在EMC滤波器部17中应该连接到地线的端子之间的电感。
也就是说，由于作为EMC滤波器部17的滤波器特性降低的主要原因的、在电平移位器部16中应该连接到地线的端子与在EMC滤波器部17中应该连接到地线的端子之间的电感变小，所以EMC滤波器部17就能够使从数据通信路径30发出的电磁波噪声的高频分量充分降低。
另外，由于电平移位器部16的NMOSFET元件41的源极端子41b与EMC滤波器部17的电容元件62的另一端62a在封装基板11上被短路，所以能够有效地缩短将NMOSFET元件41的源极端子41b与EMC滤波器部17的电容元件62的另一端62a电连接的路径。
另外，通过将第1～3的布线80～82设成直线状，就能够有效地缩短将源极端子41b与EMC滤波器部17的电容元件62的另一端62a电连接的路径。
接着，使用图6对涉及本发明的第2实施方式的半导体器件10进行说明。此外，具有与第1实施方式相同功能的构成标以同一标记并省略说明。在本实施方式中，将电平移位器部16的NMOSFET元件41的源极端子41b与EMC滤波器部17的电容元件62的另一端62a电连接的路径的构造与第1实施方式不同。其他的构造可以与第1实施方式相同。就上述不同点具体地进行说明。
图6是本实施方式的半导体器件10的截面图。如图6所示，在本实施方式中，半导体芯片12不是倒装片式连接，而是使用键合引线90电连接到封装基板11。
在本实施方式中，在半导体芯片12的主面12a上形成有薄膜布线层101。在薄膜布线层101中形成有布线图案102。布线图案102被形成在主面12a侧。此外，在图中图示出作为布线图案102的一部分的薄膜布线100。电平移位器部16的NMOSFET元件41的源极端子41b与EMC滤波器部17的电容元件62的另一端62a通过薄膜布线100相互被电短路。薄膜布线100就是本发明中所说的薄膜布线层的布线图案的一部分。
薄膜布线100将电平移位器部16的NMOSFET元件41的源极端子41b与EMC滤波器部17的电容元件62的另一端62a呈大致直线状连结起来。因此，布线图案102以包含连结NMOSFET元件41的源极端子41b与EMC滤波器部17的电容元件62的另一端62a的直线的方式而形成。
在本实施方式中，通过在半导体芯片12上形成将电平移位器部16的NMOSFET元件41的源极端子41b与EMC滤波器部17的电容元件62的另一端62a电连接的路径，就能够进一步缩短将NMOSFET元件41的源极端子41b与EMC滤波器部17的电容元件62的另一端62a电短路的路径。
因此，就能够进一步减小将NMOSFET元件41的源极端子41b与EMC滤波器部17的电容元件62的另一端62a电连接的路径的电感。其结果，除第1实施方式的效果外，EMC滤波器部17还能够有效地降低电磁波噪声的高频分量的强度。
另外，由于薄膜布线100是直线状，所以能够进一步缩短将NMOSFET元件41的源极端子41b与EMC滤波器部17的电容元件62的另一端62a电短路的路径。因此，就能够进一步减小该路径的电感。其结果，除第1实施方式的效果外，EMC滤波器部17还能够有效地降低电磁波噪声的高频分量的强度。
其次，使用图7、8对涉及本发明的第3实施方式的半导体器件10进行说明。此外，具有与第1实施方式同样的功能的构成，标以同一标记并省略说明。在本实施方式中，半导体器件10具有电容元件42这一点与第1实施方式不同。其他的构造可以与第1实施方式相同。就上述不同点具体地进行说明。
图7是表示本实施方式的电平移位器部16与EMC滤波器部17的等效电路图。如图7所示，半导体芯片12在内侧具备有电容元件42。电容元件42的一端42a被电连接到将电平移位器部16的PMOSFET元件40的源极端子40b与外部电源50进行电连接的布线部分113。
电容元件42的另一端42b，与设置在半导体芯片12的表面上的端子112连接并且经由被连接到该端子112的键合引线110与设置在封装基板11上的地线111电连接。
图8表示在缓冲放大器部16b中，从连接在将电力提供给该缓冲放大器部16b的外部电源50上的布线部分113混入了电磁波噪声的情况下，起因于该电磁波噪声而从数据通信路径30发出的电磁波噪声的各频率分量的降低量。
图中，横轴表示频率分量。纵轴表示通过EMC滤波器部17而被降低的、起因于从布线部分113混入的电磁波噪声而从数据通信路径30发出的电磁波噪声的降低量。
图中用虚线表示的曲线图表示，在半导体器件10中未具备电容元件42的情况下、起因于从布线部分113混入的电磁波噪声而从数据通信路径30发出的电磁波噪声的各频率分量的降低量。
图中用实线表示的曲线图表示，在半导体器件10中具备有电容元件42的情况下、起因于从布线部分113混入的电磁波噪声而从数据通信路径30发出的电磁波噪声的各频率分量的降低量。
如图8用虚线所示，在未具备电容元件42的情况下，从布线部分113混入的电磁波噪声，通过EMC滤波器部17，由此在频带800MHz～2.5GHz中大概降低23dB左右。相对于此，若在具备有电容元件42的情况下，在800MHz～2.5GHz中被降低30dB以上。
在本实施方式中，除第1的实施方式的效果外，通过电容元件42的滤波功能，即使从布线部分113也就是从连结外部电源50和缓冲放大器16b的电源用布线混入电磁波噪声，在起因于该电磁波噪声而从数据通信路径30发出的电磁波噪声之中、便携电话装置20所使用的频带800MHz～2.5GHz中也被降低30dB以上。进而，由于电容元件42被组装在半导体芯片12内，故半导体器件10的部件个数不会增加。
此外，即使在第2实施方式说明的半导体器件10中使用本实施方式的电容元件42也可以得到同样的效果。
接着，使用图9对涉及本发明的第4实施方式的半导体器件进行说明。此外，具有与第3实施方式同样的功能的构成，标以同一标记并省略说明。在本实施方式中，电容元件42的另一端42b的连接对方与第3实施方式不同。其他的构造可以与第3实施方式相同。就上述不同的结构具体地进行说明。
图9是表示本实施方式的电平移位器部16与EMC滤波器部17的等效电路图。如图9所示，电容元件42的另一端42b被连接到将NMOSFET元件41的源极端子41b和地线70进行连接的布线部分114连接。换言之，另一端42b经由布线部分114被电连接到地线70。
如本实施方式那样，即使电容元件42经由应该连接到地线的端子或布线图案而间接地连接到地线，也能够得到与第3实施方式同样的效果。
另外的特征和变形可由本领域技术人员容易地想到。因此，本发明在其更宽的方面并不限于这里所描述和表示的特定细节和代表性实施方式。从而，在不脱离由附加的权利要求及其等同物所规定的概括性发明概念的精神和范围内，可进行各种各样的变形。

Claims (8)

1.一种半导体器件，其特征在于，包括：
封装基板；以及被安装在上述封装基板上的半导体芯片，
其中，该半导体芯片具备：
输出部，向数据通信路径中输出数据信号、并且具有补充上述数据信号的缓冲放大器部；以及
滤波器部，降低从上述数据通信路径发出的电磁波噪声，
在上述缓冲放大器部中应该被连接到地线的端子和在上述滤波器部中应该被连接到地线的端子，借助于在上述封装基板上所形成的直线状的布线而被电短路。
2.一种半导体器件，其特征在于，包括：
封装基板；以及被安装在上述封装基板上的半导体芯片，
其中，该半导体芯片具备：
输出部，向数据通信路径中输出数据信号、并且具有补充上述数据信号的缓冲放大器部；以及
滤波器部，降低从上述数据通信路径发出的电磁波噪声，
在上述缓冲放大器部中应该被连接到地线的端子和在上述滤波器部中应该被连接到地线的端子，借助于在上述半导体芯片的主面上所形成的薄膜布线层的直线状布线图案而被电短路。
3.按照权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，
在连接上述缓冲放大器部与电源的布线和地线之间电连接有电容元件。
4.按照权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，
在连接上述缓冲放大器部与电源的布线和地线之间电连接有电容元件。
5.一种电气设备，其特征在于，
经由权利要求1中所述的半导体器件与自由装卸地设置的存储器装置进行数据的收发。
6.一种电气设备，其特征在于，
经由权利要求2中所述的半导体器件与自由装卸地设置的存储器装置进行数据的收发。
7.一种电气设备，其特征在于，
经由权利要求3中所述的半导体器件与自由装卸地设置的存储器装置进行数据的收发。
8.一种电气设备，其特征在于，
经由权利要求4中所述的半导体器件与自由装卸地设置的存储器装置进行数据的收发。
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