JP2004221260A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は半導体チップに供給される電源電圧の電圧降下を防止すると共に、生産効率を高めることを課題とする。
【解決手段】半導体装置10は、複数の機能領域12〜19が形成された半導体チップ20を有する。半導体チップ20は、中心部分において、複数の第2の電源用パッド30と、第2のグランド用パッド31が形成されている。各機能領域12〜19の電源端子12a〜19a,グランド端子12b〜19bは、近くの第2の電源用パッド30、第2のグランド用パッド31に配線パターンを介して接続される。そして、リード24(24〜24)と信号用パッド26(26〜26)との間は、第1のボンディングワイヤ32を介して接続される。また、第1の電源用パッド28と第2の電源用パッド30との間は、第2のボンディングワイヤ34を介して接続される。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に係り、特に周縁部に外部接続される電源パッドが形成されると共に、電源パッドが形成された位置よりも内側に、複数の機能領域が形成された半導体チップを有する半導体装置に関する。
【0002】
複数の機能領域を有するシステムLSI(Large Scale Integration)等からなる半導体チップでは、各機能領域に電源端子が設けられており、各電源端子が基板に形成された配線パターンを介して基板外周に設けられた電源パッドに電気的に接続される。
【0003】
そのため、半導体チップには、複数の機能領域に接続された信号用配線パターンの他に電源パッドに接続された複数の電源用配線パターンを形成する必要があった。
【0004】
【従来の技術】
従来の半導体装置においては、半導体チップの中央に内部回路パターンが形成され、その周辺に電源ピン及び入出力ピンが配置されている。
【0005】
ところが、1つの半導体チップに複数の機能領域(マクロ領域とも呼ばれる)を形成するシステムLSIを開発する際、各機能領域に電源を供給するための配線パターンが形成される電源領域が必要になり、半導体チップに占める電源領域の割合が大きくなってしまい、その結果半導体装置が大きくなってしまう。
【0006】
これに対し、半導体チップを小さくし、1枚のウエハーの有効数(チップ個数)を大きくすることで、LSIの製造コストを下げることが重要である。
【0007】
そのため、半導体チップの内部においては、電源領域をできるだけ少なくすることが要望されている。
【0008】
また、システムLSIでは、複数の機能領域の夫々に電源が必要であるので、LSI仕様通りの電圧をLSIに印加しても各機能領域に接続された配線パターンによるインピーダンスの影響で外部から印加された電圧(外部印加電圧)と各機能領域の電源端子との間に電位差(IRドロップ/電圧降下)が生じる。
【0009】
このため、機能領域の電源端子の電圧がLSIの規格値より下がり、LSIの電気的特性を十分に満たすことができない。
【0010】
このような問題を解消する手段として、例えば、以下のような半導体装置にみられるように半導体チップの内側にも電源パッドを形成することが考えられている(例えば、特許文献1参照)。
【0011】
この半導体装置では、集積化によって半導体チップを形成するパターンが微細化し、内部配線が細くなり配線間隔が狭められており、電圧降下、あるいは電圧変動に伴う回路の性能低下あるいは誤動作が生じることを防止するため、半導体チップの外側に電源用のボンディングパッドを設け、半導体チップの内側には電源用のボンディングパッドを設け、各ボンディングパッド間をTAB(Tape Automated Bonding)テープで接続する構成となっている
【特許文献1】
特開平7−7037号公報(第3頁、図1)
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成された従来の半導体装置では、半導体チップ外側に形成された電源用パッドと半導体チップ内側の電源用パッドとの間をTABテープで接続する構成であるので、半導体チップの内側だけでなく半導体チップ外側の基板上にも電源パッドを形成する必要があり、且つ複数の電源用パッド間を一つずつTABテープで接続するため、製造工程での手間がかかり、スループットの向上を図ることが難しいという問題があった。
【0013】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、半導体チップの中心部と周縁部との電源パッド間をワイヤ接続して生産効率を高めた半導体装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
請求項1記載の発明は、周縁部に外部接続用端子に接続される第1のパッドが形成されると共に、前記第1のパッドが形成された位置よりも内側に、複数の機能領域が形成された半導体チップを設けてなる半導体装置において、
前記機能領域と接続された第2のパッドを、前記第1のパッドが形成された位置よりも内側に設け、
かつ、前記第1のパッドと前記第2のパッドとをワイヤ接続したことを特徴とする。
【0015】
請求項1記載の発明によれば、複数の機能領域の近傍に配置された第2のパッドと周縁部に形成された第1のパッドとの間をワイヤ接続することにより、半導体チップの配線パターンの設置スペースが拡大することを防止できると共に、TABテープで接続するよりも生産効率が高められる。
【0016】
請求項2記載の発明は、前記第1のパッド及び前記第2のパッドが、前記半導体チップに電源電圧を供給するための電源用パッドであることを特徴とする。
【0017】
請求項2記載の発明によれば、第1のパッド及び第2のパッドが、半導体チップに電源電圧を供給するための電源用パッドであるので、第1のパッドと第2のパッドとの間における電位差を小さく抑えることが可能になり、インピーダンス(抵抗)による電圧降下が抑制され、規定電圧を確実に印加できる。
【0018】
請求項3記載の発明は、周縁部に外部接続用端子に接続される第1のパッドが形成されると共に、前記第1のパッドが形成された位置よりも内側に、複数の機能領域が形成された半導体チップを設けてなる半導体装置において、
前記機能領域と接続された第2のパッドを、前記第1のパッドが形成された位置よりも内側に設け、
かつ、前記第1のパッドと前記第2のパッドとをワイヤ及び配線パターンで並列接続したことを特徴とする。
【0019】
請求項3記載の発明によれば、複数の機能領域の近傍に配置された第2のパッドと周縁部に形成された第1のパッドとの間をワイヤ及び配線パターンで並列接続することにより、ワイヤと配線パターンとの合成インピーダンスを下げることができるので、第1のパッドと第2のパッドとの間における電位差を小さく抑えることが可能になり、インピーダンス(抵抗)による電圧降下が抑制され、規定電圧を確実に印加できる。
また、半導体チップの配線パターンの設置スペースが拡大することを防止できると共に、TABテープで接続するよりも生産効率が高められる。
【0020】
請求項4記載の発明は、前記第1のパッド及び前記第2のパッドが、前記半導体チップに電源電圧を供給するための電源用パッドであることを特徴とする。
【0021】
請求項4記載の発明によれば、第1のパッド及び第2のパッドが、半導体チップに電源電圧を供給するための電源用パッドであるので、第1のパッドと第2のパッドとの間における電位差を小さく抑えることが可能になり、インピーダンス(抵抗)による電圧降下が抑制され、規定電圧を確実に印加できる。
【0022】
請求項5記載の発明は、記半導体チップが、システムLSIからなることを特徴とする。
【0023】
請求項5記載の発明によれば、システムLSIからなる半導体チップの生産効率が高められる。
【0024】
請求項6記載の発明は、前記システムLSIが、少なくともROM,RAM,CPUよりなる機能領域の何れかを有することを特徴とする。
【0025】
請求項6記載の発明によれば、システムLSIが、少なくともROM,RAM,CPUよりなる機能領域の何れかを有することにより、電源電圧が同一である機能領域への電源供給を同一の第2のパッドから供給することが可能になり、第2のパッドの数を減らすことが可能になる。
【0026】
請求項7記載の発明は、前記外部接続用端子と前記第1のパッドとをワイヤ接続したことを特徴とする。
【0027】
請求項7記載の発明によれば、外部接続用端子と第1のパッドとをワイヤ接続することにより、ボンディングワイヤにより第1のパッドと外部接続端子とを接続し、続いて、第1のパッドと第2のパッドとをボンディングワイヤにより接続することにより、半導体チップ上に形成された全てのパッド間をワイヤボンディング装置によりワイヤ接続することができ、生産効率を高められる。
【0028】
請求項8記載の発明は、前記第1のパッドが、前記外部接続用端子に接続される第1の接続用ワイヤがボンディングされる第1の接続部と、前記第2のパッドに接続された第2の接続用ワイヤがボンディングされる第2の接続部とを有することを特徴とする。
【0029】
請求項8記載の発明によれば、第1のパッドに、外部接続用端子に接続される第1の接続用ワイヤがボンディングされる第1の接続部と、第2のパッドに接続された第2の接続用ワイヤがボンディングされる第2の接続部とを設けることにより、複数の機能領域の近傍に配置された第2のパッドと周縁部に形成された第1のパッドとの間をボンディングワイヤにより効率良く接続することが可能になる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
図1は本発明になる半導体装置の一実施例を示す斜視図である。図2は本発明になる半導体装置の一実施例を示す平面図である。尚、図1及び図2では、樹脂パッケージを取り除いた状態を示している。
【0031】
図1及び図2に示されるように、半導体装置10は、複数の機能領域(マクロとも呼ばれる)12〜19が形成された半導体チップ20を有する。半導体チップ20は、例えば、RAM,ROM,CPU等の回路が同一の基板上に形成されたシステムLSIからなる。また、各機能領域12〜19は、夫々電源端子12a〜19a,グランド端子12b〜19bが設けられている。
【0032】
半導体チップ20は、リードフレーム22の載置部22aに固着されており、リードフレーム22の載置部22aは対角方向に延在形成された支持部22bによって支持されている。リードフレーム22は、載置部22aと、支持部22bと、外部接続用端子としての複数のリード24(24〜24)とから構成されている。そして、載置部22aの周囲には、複数のリード24(24〜24)が所定間隔毎に整列されており、複数のリード24(24〜24)のインナーリード部は、正方形に形成された半導体チップ20を囲繞するように配置されている。
【0033】
半導体チップ20は、4辺の周縁部に複数の信号用パッド26(26〜26)と第1の電源用パッド(請求項の第1のパッドに相当する)28と、第1のグランド用パッド(請求項の第1のパッドに相当する)29とが形成されている。
【0034】
さらに、半導体チップ20は、中心部分において、各機能領域12〜19の間に配線パターン(図示せず)を形成すると共に、複数の第2の電源用パッド(請求項の第2のパッドに相当する)30と、第2のグランド用パッド(請求項の第2のパッドに相当する)31が形成されている。
【0035】
各機能領域12〜19の電源端子12a〜19a,グランド端子12b〜19bは、近くの第2の電源用パッド30、第2のグランド用パッド31に配線パターン(図示せず)を介して接続される。各機能領域12〜19のうち例えば、RAM,ROMのように電源電圧が同一である機能領域への電源供給は、同一の第2の電源用パッド30から供給することが可能であるので、その分第2の電源用パッド30の数を減らすことが可能になる。
【0036】
そして、リード24(24〜24)と信号用パッド26(26〜26)、第1の電源用パッド28、第1のグランド用パッド29との間は、ボンディング装置(図示せず)により形成された第1のボンディングワイヤ(第1の接続用ワイヤ)32を介して接続される。
【0037】
尚、図1及び図2では、正方形状に形成された半導体チップ20の4辺のうち2辺について第1のボンディングワイヤ32が図示してあるが、他の2辺も同様にボンディング接続されているが第1のボンディングワイヤ32を省略してある。
【0038】
また、第1の電源用パッド28と第2の電源用パッド30との間は、ボンディング装置(図示せず)により形成された第2のボンディングワイヤ(第2の接続用ワイヤ)34を介して接続される。これにより、第1の電源用パッド28と第2の電源用パッド30との間は、ワイヤボンディング装置(図示せず)を用いて効率良く接続することが可能になる。
【0039】
また、第1の電源用パッド28には、リード24(24〜24)に接続される第1のボンディングワイヤ32がボンディングされる第1の接続部28aと、第2のボンディングワイヤ34がボンディングされる第2の接続部28bとが設けられている。
【0040】
このように、第1の接続部28aと第2の接続部28bとを隣接して形成したため、第1のボンディングワイヤ32と第2のボンディングワイヤ34との接続部分におけるインピーダンスをなるべく小さくできると共に、半導体チップ20の小型化にも対応することが可能になる。
【0041】
また、第1のグランド用パッド29も上記第1の電源用パッド28と同様に、リード24(24〜24)に接続される第1のボンディングワイヤ32がボンディングされる第1の接続部29aと、第2のボンディングワイヤ34がボンディングされる第2の接続部29bとが設けられている。
【0042】
ボンディング工程においては、リード24(24〜24)と信号用パッド26(26〜26)との間を第1のボンディングワイヤ32でワイヤ接続するのと同様に第1の電源用パッド28と第2の電源用パッド30との間を第2のボンディングワイヤ34でワイヤ接続することができる。そのため、半導体チップ20上に形成された全てのパッド間をワイヤボンディング装置によりワイヤ接続することができ、生産効率を高められる。
【0043】
よって、ボンディング工程により第1の電源用パッド28と第2の電源用パッド30との間の接続を短時間で行えるので、スループットを改善してTABテープで接続するよりも生産効率を高められる。
【0044】
さらに、半導体チップ20では、各機能領域12〜19に電源を供給するための配線パターンが不要になり、その分各機能領域12〜19の間隔を狭くすることが可能になる。そのため、半導体チップ20に占める電源領域の割合を小さくでき、その結果、半導体チップ20の小型化、省スペース化が図れる。
【0045】
従って、半導体チップ20を小さくし、1枚のウエハーの有効数(チップ個数)を増やすことで、LSIの製造コストを下げることが可能になる。
【0046】
また、システムLSIからなる半導体チップ20では、LSI仕様通りの電圧を印加しても各機能領域12〜19への電源供給が配線パターンを介さずに第2のボンディングワイヤ34により行われるので、インピーダンスの影響で外部から印加された電圧(外部印加電圧)と各機能領域の電源端子との間に電位差(IRドロップ/電圧降下)が小さくなる。
【0047】
また、ボンディングワイヤ32,34は、配線パターンよりも太いので、インピーダンスが小さくなり、電圧降下を防止することが可能になる。これにより、各機能領域12〜19に規格電圧を安定供給することが可能になると共に、各機能領域12〜19の動作が安定して動作不良率を下げて信頼性を高められる。
【0048】
ボンディングワイヤ32,34は、例えば、電気抵抗が低く加工性に優れた金細線などの導電性金属からなり、ワイヤボンディング装置により高速で第1の電源用パッド28と第2の電源用パッド30との間に接続される。
【0049】
ここで、変形例について説明する。
【0050】
図3は変形例1の平面図である。尚、図3において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。また、図3では、樹脂パッケージを取り除いた状態を示している。
図3に示されるように、変形例1の半導体チップ40は、上記第1の電源用パッド28と第2の電源用パッド30との間を第2のボンディングワイヤ34で接続すると共に、補助配線パターン42を介して接続される。そのため、第1の電源用パッド28と第2の電源用パッド30との間は、第2のボンディングワイヤ34と補助配線パターン42とが並列接続されている。
【0051】
例えば、第2のボンディングワイヤ34のインピーダンスをZ1、補助配線パターン42のインピーダンスをZ2とすると、上記のように並列接続した場合の合成インピーダンスをZは、次式から求まる。
(1/Z)=(1/Z1)+(1/Z2) … (1)
(1/Z)=(Z1+Z2)/(Z1・Z2)… (2)
であるから、合成インピーダンスZは、
Z=(Z1・Z2)/(Z1+Z2)… (3)
となり、第2のボンディングワイヤ34と補助配線パターン42とを直列接続した場合よりもかなり小さい値になる。これにより第1の電源パッド28と第2の電源パッド30との間における電位差を小さく抑えることが可能になる。
【0052】
例えば、電源電圧が2.7V〜3.3Vの仕様のシステムLSIの場合、2.7Vの電源電圧印加時に各機能領域12〜19に供給される電圧は、その消費電力(例えば、20mA)、電源領域での電源配線インピーダンス(例えば、50Ω)により、2.6V(20mA×50Ω=0.1Vの電圧降下)になる場合がある。
【0053】
これに対し、本変形例では、上記(2)式から分かるように、ボンディングワイヤ32の抵抗を例えばR1=数ミリΩ、補助配線パターン42の抵抗を例えばR2=50Ω、各機能領域12〜19の電源端子12a〜19a,グランド端子12b〜19bと第2の電源用パッド30との間の配線抵抗を例えばR3=数Ωとすると、抵抗値Rは、数Ω以下になる。そのため、各機能領域12〜19の電源端子12a〜19aに供給される電源電圧は、半導体装置10に印加される電源電圧とほぼ同じになる。
【0054】
このように、第1の電源用パッド28と第2の電源用パッド30との間に第2のボンディングワイヤ34及び補助配線パターン42を設けることにより電源配線の合成インピーダンスを下げることができるので、第1の電源パッド28と第2の電源パッド30との間における電位差を小さく抑えることが可能になり、インピーダンス(抵抗)による電圧降下が抑制され、各機能領域12〜19に規定電圧を確実に印加できる。また、各機能領域12〜19間に形成される信号配線領域で他の配線に影響しないように細い配線幅で補助配線パターン42を形成することが可能になる。
【0055】
図4は変形例2の平面図である。尚、図4において、上記実施例、変形例1と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。また、図4では、樹脂パッケージを取り除いた状態を示している。さらに、図4では、機能領域16について説明し、他の機能領域も同様に接続されるので、その説明は省略する。
図4に示されるように、変形例2の半導体チップ50は、上記第1の電源用パッド28と第2の電源用パッド30との間を第2のボンディングワイヤ34で接続し、機能領域16の電源端子16aと第1の電源用パッド28との間は、配線パターン42を介して接続される。そのため、機能領域16と第1の電源用パッド28,29との間は、第2のボンディングワイヤ34と補助配線パターン42とが並列接続されている。
【0056】
また、第1のグランド用パッド29と第2のグランド用パッド31との間を第2のボンディングワイヤ34で接続し、機能領域16のグランド端子16bと第1のグランド用パッド29との間は、配線パターン42を介して接続される。
【0057】
このように、第2のボンディングワイヤ34と補助配線パターン42とは、電源端子16a、グランド端子16bに直接的に接続しても良いし、あるいは上記変形例1のように第2の電源用パッド30を介して間接的に電源端子16a、グランド端子16bに接続するようにしても良い。
【0058】
この変形例2の場合も上記変形例1と同様に、第2のボンディングワイヤ34と補助配線パターン42との合成インピーダンスを下げられるので、各機能領域12〜19間に形成される信号配線領域で他の配線に影響しないように細い配線幅で補助配線パターン42を形成することが可能になる。
【0059】
尚、上記説明では、システムLSIを例に挙げて説明したが、これに限らず、同一の基板に複数の機能領域が形成される半導体チップであれば、本発明を適用できるのは勿論である。
【0060】
【発明の効果】
上述の如く、請求項1記載の発明によれば、複数の機能領域の近傍に配置された第2のパッドと周縁部に形成された第1のパッドとの間をワイヤ接続することにより、半導体チップの配線パターンの設置スペースが拡大することを防止できると共に、TABテープで接続するよりも生産効率が高められる。
【0061】
請求項2記載の発明によれば、第1のパッド及び第2のパッドが、半導体チップに電源電圧を供給するための電源用パッドであるので、第1のパッドと第2のパッドとの間における電位差を小さく抑えることが可能になり、インピーダンス(抵抗)による電圧降下が抑制され、規定電圧を確実に印加できる。
【0062】
請求項3記載の発明によれば、複数の機能領域の近傍に配置された第2のパッドと周縁部に形成された第1のパッドとの間をワイヤ及び配線パターンで並列接続することにより、ワイヤと配線パターンとの合成インピーダンスを下げることができるので、第1のパッドと第2のパッドとの間における電位差を小さく抑えることが可能になり、インピーダンス(抵抗)による電圧降下が抑制され、規定電圧を確実に印加できる。
【0063】
請求項4記載の発明によれば、第1のパッド及び第2のパッドが、半導体チップに電源電圧を供給するための電源用パッドであるので、第1のパッドと第2のパッドとの間における電位差を小さく抑えることが可能になり、インピーダンス(抵抗)による電圧降下が抑制され、規定電圧を確実に印加できる。
【0064】
請求項5記載の発明によれば、システムLSIからなる半導体チップの生産効率が高められる。
【0065】
請求項6記載の発明によれば、システムLSIが、少なくともROM,RAM,CPUよりなる機能領域の何れかを有することにより、電源電圧が同一である機能領域への電源供給を同一の第2のパッドから供給することが可能になり、第2のパッドの数を減らすことができる。
【0066】
請求項7記載の発明によれば、外部接続用端子と第1のパッドとをワイヤ接続することにより、ボンディングワイヤにより第1のパッドと外部接続端子とを接続し、続いて、第1のパッドと第2のパッドとをボンディングワイヤにより接続することにより、半導体チップ上に形成された全てのパッド間をワイヤボンディング装置によりワイヤ接続することができ、生産効率を高められる。
【0067】
請求項8記載の発明によれば、第1のパッドに、外部接続用端子に接続される第1の接続用ワイヤがボンディングされる第1の接続部と、第2のパッドに接続された第2の接続用ワイヤがボンディングされる第2の接続部とを設けることにより、複数の機能領域の近傍に配置された第2のパッドと周縁部に形成された第1のパッドとの間をボンディングワイヤにより効率良く接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる半導体装置の一実施例を示す斜視図である。
【図2】本発明になる半導体装置の一実施例を示す平面図である。
【図3】変形例1の平面図である。
【図4】変形例2の平面図である。
【符号の説明】
10 半導体装置
12〜19 機能領域
12a〜19a 電源端子
12b〜19b グランド端子
20,40,50 半導体チップ
22 リードフレーム
24(24〜24) リード
26(26〜26) 信号用パッド
28 第1の電源用パッド
29 第1のグランド用パッド
30 第2の電源用パッド
31 第2のグランド用パッド
32 第1のボンディングワイヤ
34 第2のボンディングワイヤ
42 配線パターン

Claims (8)

  1. 周縁部に外部接続用端子に接続される第1のパッドが形成されると共に、前記第1のパッドが形成された位置よりも内側に、複数の機能領域が形成された半導体チップを設けてなる半導体装置において、
    前記機能領域と接続された第2のパッドを、前記第1のパッドが形成された位置よりも内側に設け、
    かつ、前記第1のパッドと前記第2のパッドとをワイヤ接続したことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記第1のパッド及び前記第2のパッドは、前記半導体チップに電源電圧を供給するための電源用パッドであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 周縁部に外部接続用端子に接続される第1のパッドが形成されると共に、前記第1のパッドが形成された位置よりも内側に、複数の機能領域が形成された半導体チップを設けてなる半導体装置において、
    前記機能領域と接続された第2のパッドを、前記第1のパッドが形成された位置よりも内側に設け、
    かつ、前記第1のパッドと前記第2のパッドとをワイヤ及び配線パターンで並列接続したことを特徴とする半導体装置。
  4. 前記第1のパッド及び前記第2のパッドは、前記半導体チップに電源電圧を供給するための電源用パッドであることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
  5. 前記半導体チップは、システムLSIからなることを特徴とする請求項1乃至4何れか記載の半導体装置。
  6. 前記システムLSIは、少なくともROM,RAM,CPUよりなる機能領域のいずれかを有することを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
  7. 前記外部接続用端子と前記第1のパッドとをワイヤ接続したことを特徴とする請求項1乃至6何れか記載の半導体装置。
  8. 前記第1のパッドは、前記外部接続用端子に接続される第1の接続用ワイヤがボンディングされる第1の接続部と、前記第2のパッドに接続された第2の接続用ワイヤがボンディングされる第2の接続部とを有することを特徴とする請求項1乃至7何れか記載の半導体装置。
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