JP2002093998A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JP2002093998A
JP2002093998A JP2000284489A JP2000284489A JP2002093998A JP 2002093998 A JP2002093998 A JP 2002093998A JP 2000284489 A JP2000284489 A JP 2000284489A JP 2000284489 A JP2000284489 A JP 2000284489A JP 2002093998 A JP2002093998 A JP 2002093998A
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隆国 道関
Toshishige Shimamura
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外来電磁波による電磁障害の影響を抑える。 【解決手段】 半導体集積回路1用の電源系パッド4,
5と該半導体集積回路1内に配線される内部電源系配線
2,3との間にインピーダンス素子Z1,Z2を接続し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、外来電磁波による
電磁障害の対策を施した半導体集積回路装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路を1チップ化した場合の
レイアウト構成を第7図に示す(例えば、培風館、飯塚
著、CMOS超LSIの設計、pp.237がある)。1チッ
プ化された半導体集積回路1の周辺に電源線2と接地線
3が引き回され、電源線2は電源パッド4に接続され、
接地線3は接地パッド5に接続されている。6は信号パ
ッドであり、半導体集積回路1の信号線7に接続されて
いる。なお、以降では、電源線2と接地線3はまとめて
内部電源系配線と呼び、電源パッド4と接地パッド5は
まとめて電源系パッドと呼ぶことがある。図7におい
て、VDDは外部電源電圧、GNDは外部接地電圧、C
Kはクロック信号である。
【0003】このチップを組み立てパッケージ化して、
実際チップを動作させる場合、パッケージピン(図示せ
ず)とチップパッド(4,5,6等)との間には、ボン
ディングワイヤやリードフレームといった長い配線が接
続されるため、等価的にインダクタL1,L2,L3が
形成されることになる。図7において、C1,C2,C
3は外部接続のキャパシタである。また、C4,C5は
電源線2,接地線3の寄生容量である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この半導体
集積回路1の動作時に携帯電話等から外来電磁波が照射
されると、それらのインダクタL1,L2,L3を介し
て各パッド4,5,6には外来電磁波と同じ周波数のR
Fノイズが重畳されることになる。
【0005】このとき、電源系では、チップ外で電源系
の安定化のため大容量のキャパシタC1,C2をつける
ため、チップ外のインピーダンスはインダクタL1,L
2の成分が支配的となる。一方、信号系では、高速化の
ため容量系を極力小さくするために、チップ外のインピ
ーダンスはキャパシタC3の成分が支配的となる。
【0006】このため、第8図に示すように、半導体集
積回路1の内部でのRFノイズは、電源系(VDD,G
ND)と信号系(CK)で位相が180度ずれ、信号系
の入力レベルが半導体集積回路1の論理しきい値を超え
てしまうため、回路が誤動作するという問題があった。
【0007】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、電磁障害に強い半導体集積回路装置
を実現することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】このために第1の発明の
半導体集積回路装置は、半導体集積回路用の電源系パッ
ドと該半導体集積回路内に配線される内部電源系配線と
の間にインピーダンス素子を接続したものである。
【0009】第2の発明は、第1の発明において、前記
半導体集積回路を、入力バッファ回路とコア回路と出力
バッファ回路とで構成し、前記内部電源系配線を該各回
路に共通として、該共通の内部電源系配線と前記電源系
パッドとの間に前記インピーダンス素子を接続したもの
である。
【0010】第3の発明は、第1の発明において、前記
半導体集積回路を、入力バッファ回路とコア回路と出力
バッファ回路とで構成し、前記内部電源系配線を前記各
回路毎に分離して配線する共に、前記電源系パッドを前
記各回路毎に設け、前記各々の内部電源系配線と前記各
々の電源系パッドとの間に前記インピーダンス素子を個
々に接続したものである。
【0011】第4の発明は、第1,2又は3の発明にお
いて、前記インピーダンス素子をトランジスタで構成
し、該トランジスタのゲート又はベースに該トランジス
タを導通状態に制御する電源系パッドを接続したもので
ある。
【0012】第5の発明は、第1,2又は3の発明にお
いて、前記インピーダンス素子をトランジスタで構成
し、且つ該トランジスタを制御するインバータを設け、
前記インバータは、その応答周波数を外部RFノイズの
周波数より低く設定し、その入力端子を前記電源系パッ
ドに接続し、出力端子を前記トランジスタのゲート又は
ベースに接続し、電源系端子の一方を前記電源系パッド
に接続し、該電源系端子の他方を可変電源系パッドに接
続したものである。
【0013】第6の発明は、第5の発明において、前記
インバータの前記入力端子を前記電源系パッドへの接続
に代えて制御信号が印加する制御パッドに接続したもの
である。
【0014】
【発明の実施の形態】[第1の実施形態]図1は本発明
の第1の実施形態を示す半導体集積回路装置の説明図で
あって、1チップ化した半導体集積回路1の電源線2と
電源パッド4との間にインピーダンス素子Z1を接続
し、接地線3と接地パッド5との間にはインピーダンス
素子Z2を接続している。
【0015】本実施形態の構成では、インピーダンス素
子Z1,Z2と電源線2や接地線3に生じる寄生容量C
4,C5とにより、ローパスフィルタが形成されるの
で、第2図に示すように、内部電源系配線でのRFノイ
ズを抑制でき、内部回路の誤動作を回避できる。図2に
おいて、VDD1は電源線2の電圧(内部電源電圧)、
GND1は接地線3の電圧(内部接地電圧)、CKは信
号線7のクロック信号である。
【0016】なお、図1では電源系パッドである電源パ
ッド4と接地パッド5の各々にインピーダンス素子Z
1,Z2を接続したが、電源パッド4又は接地パッド5
にのみインピーダンス素子を接続してもよい。また、イ
ンピーダンス素子は図1に示すように集中的に配置して
もよいし、電源線2や接地線3の周辺に分散的に配置し
てもよい。このときは電源パッドや接地パッドも分散さ
せてもよい。さらに、インピーダンス素子Z1,Z2と
しては、抵抗、ダイオード、パイポーラトランジスタ、
MOSFET等、いずれの素子を用いてもよい。さら
に、半導体集積回路1としては、ディジタル回路、メモ
リ、アナログ回路等、どんな回路であってもよい。
【0017】また、ローパスフィルタの機能を強化する
ため、電源線2や接地線3を空パッドに接続して寄生容
量値を増やしたり、MIM容量等を積極的に付加しても
よい。MIMとは、Metal-Insulator-Metalの略で、L
SIの配線系に使用され、容量部の層間膜厚を薄くする
ことで大容量値を実現できる。
【0018】[第2の実施形態]第3図は本発明の第2
の実施形態の半導体集積回路装置の説明図であって、半
導体集積回路1を集積回路のコア回路101,入力バッ
ファ回路102,出力バッファ回路103の回路ブロッ
クに分割した場合において、インピーダンス素子の接続
法を示したものである。
【0019】(a)に示すように、各回路101,10
2,103に共通の電源線2と接地線3を接続して、そ
れらに各々インピーダンス素子Z1,Z2を接続しても
よいし、(b)に示すように、各回路101,102,1
03の各電源線2にインピーダンス素子Z1A,Z1
B,Z1Cを個別に接続し、各接地線3にインピーダン
ス素子Z2A,Z2B,Z2Cを個別に接続してもよ
い。(b)におけるVDD2,VDD3,VDD4は内部
電源電圧、GND2,GND3,GND4は内部接地電
圧である。
【0020】[第3の実施形態]第4図は本発明の第3
の実施形態の半導体集積回路装置の要部の説明図であっ
て、インピーダンス素子としてMOSFETを用いたも
のである。(a)はインピーダンス素子Z1としてp型M
OSFET8を使用し、このMOSFET8が導通する
ように、ソース端子に接続する電源パッド4と極性が反
対の接地パッド5をゲート端子に接続したものである。
(b)はインピーダンス素子Z2としてn型MOSFET
9を使用し、このMOSFET9が導通するように、ソ
ース端子に接続する接地パッド5と極性が反対の電源パ
ッド4をゲート端子に接続したものである。
【0021】本構成では、内部の半導体集積回路1を構
成するトランジスタと同じ工程でMOSFETを造り込
むことになるため、集積回路を構成するトランジスタ特
性がばらついても、インピーダンス素子も同方向にばら
つくため、内部電源電圧VDD1や内部接地電圧GDN
1のレベルの変動を抑えることができる。なお、MOS
FET8はPNPトランジスタに、MOSFET9はN
PNトランジスタに置換でき、そのベースはMOSFE
Tのゲートに対応する。
【0022】[第4の実施形態]第5図は本発明の第4
の実施形態の半導体集積回路装置の要部の説明図であっ
て、インピーダンス素子としてMOSFETとCMOS
インバータを用いて、電源線2と接地線3の間の電圧、
つまり内部電源電圧を制御できるようにしたものであ
る。
【0023】まず、(a)はインピーダンス素子Z1とし
て、p型MOSFET8とこのMOSFET8のゲート
に出力端子を接続したCMOSインバータ10を使用
し、そのインバータ10の入力端子と電源端子(電源系
端子の一方)を電源パッド4に接続し、さらにこのイン
バータ10の接地端子(電源系端子の他方)を可変接地
パッド11(可変電源系パッド)に接続して、この可変
接地パッド11に印加する可変外部接地電圧GND’に
よって、インバータ10の出力電圧レベルを変化させ、
MOSFET8の内部インピーダンスを制御できるよう
にし、内部電源電圧VDD1を細かく制御できるように
したものである。
【0024】(b)はインピーダンス素子Z2として、n
型MOSFET9とこのMOSFET9のゲートに出力
端子を接続したCMOSインバータ12を使用し、その
インバータ12の入力端子と接地端子(電源系端子の一
方)を接地パッド5に接続し、さらに、このインバータ
12の電源端子(電源系端子の他方)を可変電源パッド
13(可変電源系パッド)に接続して、この可変電源パ
ッド13に印加する可変外部電源電圧VDD’によっ
て、インバータ12の出力電圧レベルを変化させ、MO
SFET9の内部インピーダンスを制御できるように
し、内部接地電圧GND1を細かく制御できるようにし
たものである。
【0025】(c)は(a)の構成において、インバータ10
の入力端子を制御パッド14に接続した構成に変更した
もので、この制御パッド14に印加する制御電圧VCと
可変接地パッド11に印加する可変外部接地電圧GN
D’の組み合わせによってインバータ10の出力電圧レ
ベルを変化させ、MOSFET8の内部インピーダンス
を制御できるようにしたものである。この(c)の構成で
は、MOSFET8の内部インピーダンス値をより細か
く制御でき、内部電源電圧VDD1をより細かく制御で
きる。
【0026】(d)は(b)の構成において、インバータ1
2の入力端子を制御パッド14に接続した構成に変更し
たもので、この制御パッド14に印加する制御電圧VC
と可変電源パッド13に印加する可変外部電源電圧VD
D’の組み合わせによってインバータ12の出力電圧レ
ベルを変化させ、MOSFET9の内部インピーダンス
を制御できるようにしたものである。この(d)の構成で
は、MOSFET9の内部インピーダンス値をより細か
く制御でき、内部接地電圧GND1をより細かく制御で
きる。
【0027】なお、以上の図5の(a)〜(d)のいずれにお
いても、MOSFET8はPNPトランジスタに、MO
SFET9はNPNトランジスタに置換でき、そのベー
スはMOSFETのゲートに対応する。
【0028】[実験例]第6図は本発明の実験例を示す
ものであって、第5図に示すようにMOSFETとイン
バータからインピーダンス素子を構成した場合に、外部
電磁波として、800MHz帯の正弦波成分をもつ電磁
波を、分周回路として構成した半導体集積回路1に照射
した場合、該半導体集積回路1が誤動作する外部電磁波
の臨界電界と電源電圧との関係を調べたものである。本
発明の構成(○印)をとることにより、従来例(図7)
の構成(●印)に比べて、外来電磁波に対して耐性を2
倍向上できることが分かる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体集
積回路装置によれば、電源系パッドと内部電源系配線と
間にインピーダンス素子を接続したので、このインピー
ダンス素子と寄生容量により形成されるローパスフィル
タにより外来電磁波による電磁障害の影響を抑えられる
利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体集積回路装置の説明図であ
る。
【図2】 図1の装置において、外来電磁波照射時の半
導体集積回路内部での電源線、接地線、信号線の電圧波
形図である。
【図3】 (a)は半導体集積回路の電源線と接地線を共
通化した例の説明図、(b)は個別化した例の説明図であ
る。
【図4】 (a)は電源線側のインピーダンス素子をMO
SFETで構成した例の説明図、(b)は接地線側のイン
ピーダンス素子をMOSFETで構成した例の説明図で
ある。
【図5】 (a)は電源線側のインピーダンス素子をMO
SFETとインバータで構成した例の説明図、(b)は接
地線側のインピーダンス素子をMOSFETとインバー
タで構成した例の説明図、(c)は電源線側のインピーダ
ンス素子をMOSFETとインバータで構成した別の例
の説明図、(d)は接地線側のインピーダンス素子をMO
SFETとインバータで構成した別の例の説明図であ
る。
【図6】 インピーダンス素子をMOSFETとインバ
ータで構成した本発明とインピーダンス素子を使用しな
い従来例の場合の電源電圧に対する臨界電界の特性図で
ある。
【図7】 従来の半導体集積回路装置の説明図である。
【図8】 図7の装置において、外来電磁波照射時の半
導体集積回路内部での電源線、接地線、信号線の電圧波
形図である。
【符号の説明】
1:半導体集積回路、101:コア回路、102:入力
バッファ回路、103:出力バッファ回路、2:電源
線、3:接地線、4:電源パッド、5:接地パッド、
6:信号パッド、7:信号線、8:p型MOSFET、
9:n型MOSFET、10:CMOSインバータ、1
1:可変接地パッド、12:インバータ、13:可変電
源パッド、14,15:制御パッド C1,C2,C3:外部接続キャパシタ、C4,C5:
寄生容量 VDD:外部電源電圧、VDD1,VDD2,VDD
3,VDD4:内部電源電圧、VDD’:可変外部電源
電圧 GND:外部接地電圧、GND1,GND2,GND
3,GND4:内部接地電圧、GND’:可変外部接地
電圧

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体集積回路用の電源系パッドと該半導
    体集積回路内に配線される内部電源系配線との間にイン
    ピーダンス素子を接続したことを特徴とする半導体集積
    回路装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の半導体集積回路装置にお
    いて、 前記半導体集積回路を、入力バッファ回路とコア回路と
    出力バッファ回路とで構成し、前記内部電源系配線を該
    各回路に共通として、該共通の内部電源系配線と前記電
    源系パッドとの間に前記インピーダンス素子を接続した
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の半導体集積回路装置にお
    いて、 前記半導体集積回路を、入力バッファ回路とコア回路と
    出力バッファ回路とで構成し、前記内部電源系配線を前
    記各回路毎に分離して配線する共に、前記電源系パッド
    を前記各回路毎に設け、前記各々の内部電源系配線と前
    記各々の電源系パッドとの間に前記インピーダンス素子
    を個々に接続したことを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  4. 【請求項4】請求項1、2又は3に記載の半導体集積回
    路装置において、 前記インピーダンス素子をトランジスタで構成し、該ト
    ランジスタのゲート又はベースに該トランジスタを導通
    状態に制御する電源系パッドを接続したしたことを特徴
    とする半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】請求項1、2又は3に記載の半導体集積回
    路装置において、 前記インピーダンス素子をトランジスタで構成し、且つ
    該トランジスタを制御するインバータを設け、 前記インバータは、その応答周波数を外部RFノイズの
    周波数より低く設定し、その入力端子を前記電源系パッ
    ドに接続し、出力端子を前記トランジスタのゲート又は
    ベースに接続し、電源系端子の一方を前記電源系パッド
    に接続し、該電源系端子の他方を可変電源系パッドに接
    続したことを特徴とする半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】請求項5に記載の半導体集積回路装置にお
    いて、 前記インバータの前記入力端子を前記電源系パッドへの
    接続に代えて制御信号が印加する制御パッドに接続した
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012123881A (ja) * 2010-12-10 2012-06-28 Elpida Memory Inc 半導体装置
JP2014178176A (ja) * 2013-03-14 2014-09-25 Fujitsu Semiconductor Ltd 半導体装置および半導体装置のテスト方法

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