CN103487743A - 半导体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体装置。半导体装置(100)包括:半导体衬底,其包括半导体芯片形成区;芯片内部电路,其被设置在半导体衬底的半导体芯片形成区之内;耦合到芯片内部电路的多个信号发送/接收电感器;耦合到芯片内部电路的多个信号发送/接收焊盘;功率接收电感器,其具有沿着耦合到芯片内部电路的半导体衬底的外部边缘设置的直径;耦合到芯片内部电路的功率接收焊盘,功率接收电感器围绕芯片内部电路、信号发送/接收电感器、信号发送/接收焊盘和功率接收焊盘,并且,信号发送/接收电感器之一和信号发送/接收焊盘之一并联耦合到芯片内部电路,并且功率接收电感器和功率接收焊盘并联耦合到芯片内部电路。
Description
本申请是申请日为2008年12月4日、申请人为“瑞萨电子株式会社”、发明名称为“半导体装置、其制造方法以及使用该半导体装置的信号发送/接收方法”、申请号为200810178879.3的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种半导体装置、制造该半导体装置的方法、以及使用该半导体装置的信号发送/接收方法。
背景技术
近来,已知通过无线电通信来传递数据的半导体装置。
JP2007-134694A描述了通过电磁感应传递数据的半导体装置。所述半导体装置包括螺旋天线和连接到所述螺旋天线的半导体集成电路。当连接到读出器/写入器的螺旋天线接近半导体装置时,由连接到该读出器/写入器的螺旋天线产生AC磁场。所产生的AC磁场通过包含在半导体装置中的螺旋天线,并且通过电磁感应在螺旋天线的端子之间产生电动势,由此操作包含在半导体装置中的半导体集成电路。
JP 2005-311331 A描述了这样的结构,其中集成电路和天线形成在相同的衬底上,并且形成天线的导体线或导电膜被形成在两层中以便把包括形成在其上的集成电路的衬底夹在中间。在JP 2005-311331 A中,描述了这样的实例,其中形成在一层中的导体线用作提供功率给集成电路的天线,并且形成在另一层中的导体线用作发送/接收信号的天线。
JP 2005-228785 A描述了其中螺旋天线被设置在半导体芯片的电路轮廓的外部的结构。此外,JP 2005-30877 A描述了在半导体集成电路装置中安装内置测试电路和无线电通信电路并且通过无线电信号控制所述内置测试电路以进行测试的技术。
本发明者的认识如下。通常,为了对晶片级半导体装置的内部电路进行测试,例如,使用探针探测半导体装置的芯片表面的焊盘以给内部电路提供功率,或者发送/接收用来观测其的信号。这会出现问题,因为例如在探针测试期间探针对焊盘引起损伤,所述损伤稍后在焊接焊盘的情况下会导致不良连接,或者因为焊盘被刮破并且碎片被移动,其会引起沾污。而且,随着芯片尺寸的减小以及每一个芯片的焊盘的增加,焊盘尺寸和焊盘之间的间距被减小,并且因此通过施加对应于许多焊盘的许多探针来实现充分的电连接变得愈加困难。
为了避免上述问题,期望以非接触方式将功率提供给内部电路或者将信号发送到内部电路/从内部电路接收信号。然而,为了通过例如电磁感应而不是多个焊盘来将多个信号发送到内部电路/从内部电路接收多个信号以对应于到所述多个焊盘的输入/输出信号,需要大量电感器,这增加了提供那些电感器所需的面积。正如JP 2007-134694 A、JP2005-311331 A和JP 2005-228785 A中所描述的,对于其中用来发送/接收信号的螺旋天线设置在芯片周边的结构,不能设置许多天线。可替换地,在JP 2005-30877 A中描述的技术中,假定一个芯片仅设置一个天线线圈,并且利用将从外部输入的无线电信号的载波产生功率。另一方面,为了给内部电路提供功率,需要大的电磁力。
发明内容
本发明提供一种半导体装置,包括:
包括半导体芯片形成区的半导体衬底;
被设置在半导体衬底的半导体芯片形成区内的芯片内部电路;
信号发送/接收单元,所述信号发送/接收单元被设置在半导体衬底的半导体芯片形成区内,通过电磁感应和电容耦合中的一个以非接触方式将信号发送到外部/从外部接收信号,并且通过到芯片内部电路的电连接将信号发送到芯片内部电路或从芯片内部电路接收信号;以及
功率接收电感器,所述功率接收电感器具有沿半导体衬底的半导体芯片形成区的外部边缘设置的直径以便包围芯片内部电路和信号发送/接收单元,以非接触方式从外部接收供电信号,并且电连接到芯片内部电路。
本发明也提供信号发送/接收方法,包括:
使外部装置以非接触方式接近半导体装置,
所述半导体装置包括:
包括半导体芯片形成区的半导体衬底;
被设置在半导体衬底的半导体芯片形成区内的芯片内部电路;
信号发送/接收单元,所述信号发送/接收单元被设置在半导体衬底的半导体芯片形成区内,并且通过到芯片内部电路的电连接将信号发送到芯片内部电路/从芯片内部电路接收信号;以及
功率接收电感器,所述功率接收电感器具有沿半导体衬底的半导体芯片形成区的外部边缘设置的直径以便包围芯片内部电路和信号发送/接收单元,并且电连接到芯片内部电路,
所述外部装置包括:
对应于所述功率接收电感器的供电电感器;以及
外部信号发送/接收单元,所述外部信号发送/接收单元通过电磁感应和电容耦合中的一个以非接触方式将信号发送到信号发送/接收单元或从信号发送/接收单元接收信号;以及
在外部信号发送/接收单元和信号发送/接收单元之间发送/接收信号,并且在供电电感器和功率接收电感器之间发送/接收供电信号。
利用上述结构,信号发送/接收单元可以形成得比功率接收电感器小以被设置在功率接收电感器内部,从而即使在设置多个信号发送/接收单元时也可以限制芯片尺寸的增加。另一方面,可以增加功率接收电感器的直径,并且因此可以获得足够大的提供供电电压的信号。
本发明也提供制造半导体装置的方法,包括:
使外部装置以非接触方式接近半导体装置,
所述半导体装置包括:
包括半导体芯片形成区和设置在所述半导体芯片形成区周围的划线区的半导体衬底;
被设置在半导体衬底的半导体芯片形成区内的芯片内部电路;
信号发送/接收单元,所述信号发送/接收单元被设置在半导体衬底的半导体芯片形成区内并且通过到芯片内部电路的电连接将信号发送到芯片内部电路/从芯片内部电路接收信号;
功率接收电感器,所述功率接收电感器具有沿半导体衬底的半导体芯片形成区的外部边缘设置的直径以便包围芯片内部电路和信号发送/接收单元,并且电连接到芯片内部电路;
焊盘,所述焊盘对应于信号发送/接收单元被设置在半导体衬底的半导体芯片形成区中并且电连接到芯片内部电路;以及
供电焊盘,所述供电焊盘设置在半导体衬底的半导体芯片形成区中,同时电连接到芯片内部电路,
所述外部装置包括:
对应于所述功率接收电感器的供电电感器;以及
外部信号发送/接收单元,所述外部信号发送/接收单元通过电磁感应和电容耦合中的一个以非接触方式将信号发送到信号发送/接收单元或从信号发送/接收单元接收信号;
在外部信号发送/接收单元和信号发送/接收单元之间发送/接收信号;
在供电电感器和功率接收电感器之间发送/接收供电信号;
沿所述划线区将半导体装置切割成芯片;以及
在半导体装置的每一个芯片中分别通过焊接线将焊盘和供电焊盘连接到外部信号发送/接收单元和外部供电电路。
利用上述结构,在半导体衬底被切割成芯片之前,可以以非接触方式发送/接收信号,并且同时,当在晶片级进行测试时可以以非接触方式提供供电电压。
应当注意的是,其中上述部件被适当组合或其间本发明的描述被改变的半导体装置或方法作为本发明的一方面也是有效的。
根据本发明,当以非接触方式发送/接收多个信号时,可以以非接触方式充分地供电同时限制芯片尺寸的增加。
附图说明
根据结合附图对特定优选实施例的下列描述,本发明的以上和其它目的、优点和特征将会更明显。
图1是示出根据本发明的实施例的半导体装置的结构的平面图;
图2是详细示出半导体芯片形成区的结构和设置在半导体芯片形成区的周围的划线区的结构的平面图;
图3是沿图2的线A-A′的截面图;以及
图4是示出半导体装置的结构和测试器的结构的方块图。
具体实施方式
在下文中,参考附图描述本发明的实施例。应当注意的是,在各个附图中用类似的参考数字表示类似的部件,并且适当省略它们的描述。在该实施例中,描述这样的情形,其中例如当对设置在半导体装置内的芯片内部电路进行晶片级测试时,以非接触方式将多个测试信号发送到外部测试器或从外部测试器接收多个测试信号,并且同时以非接触方式给所述半导体装置提供供电电压。
图1是示出根据该实施例的半导体装置100的结构的平面图。
半导体装置100包括半导体衬底101。在半导体衬底101的表面上形成多个半导体芯片形成区102和设置在半导体芯片形成区102周围的划线区104。图1示出四个半导体芯片形成区102,并且其中对准标记108设置在划线区104中。
图2是详细示出一个半导体芯片形成区102的结构和设置在半导体芯片形成区102周围的划线区104的结构的平面图。
半导体装置100包括芯片内部电路124、多个信号发送/接收电感器114(信号发送/接收单元)、多个焊盘118、多个转换电路116、供电电路120、以及焊盘122,其均设置在半导体芯片形成区102内。焊盘118和焊盘122是稍后将受到丝焊的焊盘。
在常规半导体装置中,可以提供信号发送/接收电感器114来代替为在晶片级利用探针探测内部电路而提供的焊盘。通常,当利用探针执行探测时,焊盘被损伤,并且当在所述损伤部分执行焊接时,所述焊接可能引起不良连接。因此,需要为焊盘提供探测区和丝焊区,并且因此其尺寸增加了。在该实施例中,焊盘118仅需要包括丝焊区,由此与常规焊盘相比其尺寸可以减小。
应当注意的是,信号发送/接收电感器114设置在半导体装置100的表面附近以便将信号发送到外部装置/从外部装置接收信号。另外,焊盘118设置在半导体装置100的表面附近以便稍后对其进行丝焊。另一方面,转换电路116不需要设置在半导体装置100的表面附近,因为转换电路116只是通过信号发送/接收电感器114转换发送到外部装置/从外部装置接收的信号。因此,转换电路116可以被设置为使得沿半导体衬底的层压方向与信号发送/接收电感器114重叠,从而可以限制半导体装置100的尺寸的增加。
转换电路116均对应于各个信号发送/接收电感器114而被设置在信号发送/接收电感器114下面。所述每一个信号发送/接收电感器114通过对应的转换电路116电连接到芯片内部电路124。转换电路116调制/解调在芯片内部电路124和外部之间发送/接收的信号。而且,所述每个焊盘118电连接到芯片内部电路124。
此外,半导体装置100包括设置在所述每个半导体芯片形成区102的周边部分上的密封圈110和设置在所述密封圈110周围的功率接收电感器112。
功率接收电感器112具有沿所述每个半导体芯片形成区102的外部边缘设置的直径以便包围所述多个信号发送/接收电感器114和所述多个焊盘118。功率接收电感器112具有连接到供电电路120的一个端和另一个端。供电电路120是,例如,整流电路。功率接收电感器112通过供电电路120连接到芯片内部电路124。可以以线圈形状形成信号发送/接收电感器114和功率接收电感器112。
焊盘122电连接到芯片内部电路124。在沿划线区104将半导体装置100切割成芯片之后焊盘122通过焊接线连接到芯片外部的供电电路。然后,通过焊盘122从芯片外部的供电电路将功率提供给芯片内部电路124。应当注意的是,也可以形成与常规焊盘相比尺寸较小的焊盘122,因为焊盘122仅包括丝焊区就足够的。
图3是沿图2的线A-A′的截面图。这里,也示出给半导体装置100提供信号的测试器200的结构。
半导体装置100包括信号发送/接收电感器114、密封圈110、和在设置在半导体衬底101上绝缘层103内的功率接收电感器112。测试器200包括设置在对应于设置在半导体装置100的半导体芯片形成区102内的信号发送/接收电感器114的位置处的多个信号发送/接收电感器204和对应于半导体装置100的功率接收电感器112设置的供电电感器202。
图4是示出半导体装置100的结构和测试器200的结构的方块图。
芯片内部电路124可以包括对应于多个信号发送/接收电感器114的多个晶体管126。所述每个晶体管126的源极和漏极中的一端接地,并且其另一端通过供电线128连接到供电电路120或焊盘122。在该情形下,半导体衬底101的后表面可以接地使得晶体管126的一端连接到所述半导体衬底101的后表面用来接地。此外,晶体管126的栅极均通过转换电路116连接到信号发送/接收电感器114。另外,晶体管126的栅极也均连接到焊盘118。应当注意的是,可以在晶体管126和焊盘118之间或在晶体管126和转换电路116之间插入输入/输出缓冲电路,其在图4中没有被示出。
接下来,参考图2到图4描述当根据该实施例的半导体装置100从测试器200接收信号时的操作。
首先,使测试器200接近半导体装置100的任何芯片使得测试器200的信号发送/接收电感器204和供电电感器202分别相对于半导体装置100的信号发送/接收电感器114和功率接收电感器112。然后,测试器200的信号发送/接收电感器204和供电电感器202将均具有预定频率的无线电波输出到半导体装置100。在该情况下,分别从信号发送/接收电感器204和供电电感器202输出测试信号和供电信号。
半导体装置100的功率接收电感器112将从供电电感器202输出的信号转换成AC电信号。供电电路120根据由功率接收电感器112转换的AC电信号产生供电电压并且将所产生的供电电压提供给芯片内部电路124。半导体装置100的信号发送/接收电感器114将从信号发送/接收电感器204输出的信号转换成AC电信号。转换电路116解调由信号发送/接收电感器114转换的AC电信号并且将所解调的AC电信号提供给芯片内部电路124。当信号从半导体装置100输出到测试器200时,转换电路116调制从芯片内部电路124提供的电信号并且将所调制的电信号提供给信号发送/接收电感器114。信号发送/接收电感器114将所调制的电信号作为无线电波输出到相应的测试器200的信号发送/接收电感器204。因此,在半导体装置100和测试器200之间发送/接收数据并且提供功率。
在该实施例中,可以增加功率接收电感器112的直径,由此可以获得足够大的用来提供供电电压的信号。此外,信号发送/接收电感器114被形成为比功率接收电感器112小使得信号发送/接收电感器114包含在功率接收电感器112内,并且因此即使提供了多个信号发送/接收单元也可以限制其尺寸的增加。
此外,在该实施例中,功率接收电感器112设置在密封圈110的周围,并且因此当沿划线区104执行晶片切成小块时可以使功率接收电感器112起切削停止层的作用。另外,功率接收电感器112可以用作用来检测半导体芯片中的切削的发生的切削传感器。
已经参考附图描述了本发明的实施例,所述实施例是本发明的实例,并且也可以采用除上述结构以外的多种结构。
在上述实施例中,已经作为实例描述了其中信号发送/接收单元用作电感器的情形。然而,信号发送/接收单元可以用作电容器,并且可以通过电容耦合将数据发送到诸如测试器200的外部装置或从诸如测试器200的外部装置接收数据。
此外,在上述实施例中,已经描述了其中当对半导体装置的芯片内部电路进行晶片级测试时以非接触方式将多个测试信号发送到外部测试器/从外部测试器接收多个测试信号的情形。然而,本发明也可以应用于其中在半导体衬底被切割成芯片后以非接触方式发送/接收多个信号的情形。此外,功率接收电感器112可以设置在密封圈110内。
显而易见的是,本发明不限于以上实施例,但在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以进行修改和变化。
Claims (6)
1.一种半导体装置,包括:
半导体衬底,所述半导体衬底包括半导体芯片形成区;
芯片内部电路,所述芯片内部电路被设置在所述半导体衬底的所述半导体芯片形成区之内;
耦合到所述芯片内部电路的多个信号发送/接收电感器;
耦合到所述芯片内部电路的多个信号发送/接收焊盘;
功率接收电感器,所述功率接收电感器具有沿着耦合到所述芯片内部电路的所述半导体衬底的外部边缘设置的直径;
耦合到所述芯片内部电路的功率接收焊盘,并且
其中,所述功率接收电感器围绕所述芯片内部电路、所述信号发送/接收电感器、所述信号发送/接收焊盘和所述功率接收焊盘,并且
其中,所述信号发送/接收电感器之一和所述信号发送/接收焊盘之一并联耦合到所述芯片内部电路,并且所述功率接收电感器和所述功率接收焊盘并联耦合到所述芯片内部电路。
2.根据权利要求1所述的半导体装置,进一步包括设置在所述半导体芯片形成区之内的所述信号发送/接收电感器和所述芯片内部电路之间的转换电路,并且所述转换电路在所述半导体衬底的层压方向上与所述信号发送/接收电感器重叠。
3.根据权利要求1所述的半导体装置,其中:
在所述半导体装置被切割成芯片之后,将所述功率接收焊盘连接到焊接线。
4.根据权利要求1所述的半导体装置,其中:
以线圈形状形成所述信号发送/接收电感器和所述功率接收电感器。
5.根据权利要求4所述的半导体装置,其中:
所述功率接收电感器的一端和另一端被连接到在所述半导体芯片形成区之内的供电电路,并且经由所述供电电路连接到所述芯片内部电路。
6.根据权利要求5所述的半导体装置,其中:
所述供电电路和所述供电焊盘并联连接到所述芯片内部电路。
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