JP2009302303A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パッケージ内部に少なくとも第1および第2の半導体チップを備え、これらの間がボンディングワイヤを介して接続可能に構成された半導体集積回路装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device that includes at least first and second semiconductor chips in a package and is configured to be connectable via bonding wires.
例えば、車両用のECU(Electronic Control Unit)基板には、電源回路が形成された半導体チップ(電源チップ)と、この電源回路により生成される電源により動作する制御回路が形成された半導体チップ(マイコンチップ)とを1つのパッケージに収納した半導体集積回路装置が搭載されている。このように、複数の半導体チップを1つのパッケージに収納する構成の半導体集積回路装置(マルチチップパッケージ)は、異なる種類のデバイスプロセスにより形成されたチップを組み合わせて1パッケージ化することでコストダウンを図ることができるなどのメリットがある。 For example, an ECU (Electronic Control Unit) board for a vehicle has a semiconductor chip (power supply chip) in which a power supply circuit is formed and a semiconductor chip (microcomputer) in which a control circuit that is operated by a power supply generated by the power supply circuit is formed. A semiconductor integrated circuit device in which a chip) is housed in one package is mounted. As described above, a semiconductor integrated circuit device (multi-chip package) configured to store a plurality of semiconductor chips in one package can reduce the cost by combining chips formed by different types of device processes into one package. There are advantages such as being able to plan.
上記ECU基板は、同一の機能を実現するものであっても、搭載するためのスペースが異なる場合には基板形状が変更される。ECU基板の形状が変更されると、基板上の部品配置(レイアウト)や部品間における配線なども変更される。部品配置や配線が異なると、半導体集積回路装置の制御回路の動作状態が変化するため、その消費電流も変化する。この制御回路での消費電流と電源回路の電流供給能力とが異なる場合、例えば、制御回路の動作が不安定になったり、ノイズが発生したりするなどの問題が生じる。
この対策として、特許文献1に開示されている予め設定されたプログラムに基づいて動作または非動作を選択可能なトランジスタを具備した出力回路を上記半導体集積回路装置の電源回路に適用し、電源回路の電流供給能力を変更可能にすることが考えられる。
As a countermeasure, an output circuit including a transistor that can select operation or non-operation based on a preset program disclosed in
しかしながら、特許文献1の構成は、プログラムに基づいてソフトウエア的に回路動作を切り替え設定するため、デバッグや誤動作への対応などが必要になってしまう。また、不具合が発生した場合には、その確認が困難であるという問題もある。
However, since the configuration of
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体チップに設けられた電源回路の電流供給能力をソフトウエアを用いることなく変更可能な半導体集積回路装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device capable of changing the current supply capability of a power supply circuit provided in a semiconductor chip without using software. .
請求項1記載の手段によれば、第1の半導体チップは、外部電源入力端子と複数の内部電源出力端子との間の各電流経路に介在して設けられる複数の出力回路を備えて構成する。また、複数の内部電源出力端子のうち少なくともいずれか1つと、第2の半導体チップの内部電源入力端子との間をボンディングワイヤを介して選択的に接続可能に構成する。このような構成により、パッケージ外部に接続される外部回路の動作を制御する内部回路に供給する内部電源の電流供給能力をボンディングワイヤの接続を変更するだけで変更できる。従って、内部電源の電流供給能力と、その供給先である内部回路において消費される電流(消費電流)との合わせ込みを容易に行うことが可能となる。 According to the first aspect, the first semiconductor chip includes a plurality of output circuits provided in each current path between the external power input terminal and the plurality of internal power output terminals. . Further, at least one of the plurality of internal power supply output terminals and the internal power supply input terminal of the second semiconductor chip are configured to be selectively connectable via bonding wires. With such a configuration, the current supply capability of the internal power supply supplied to the internal circuit that controls the operation of the external circuit connected to the outside of the package can be changed simply by changing the bonding wire connection. Therefore, it becomes possible to easily match the current supply capability of the internal power supply with the current consumed in the internal circuit that is the supply destination (current consumption).
請求項2記載の手段のように、第2の半導体チップが内部電源入力端子および内部回路を複数備えている場合であっても、ボンディングワイヤの接続を変更するだけで、内部電源の電流供給能力と複数の内部回路の各消費電流との合わせ込みを容易に行うことが可能となる。
Even if the second semiconductor chip has a plurality of internal power supply input terminals and internal circuits as in the means described in
請求項3記載の手段によれば、複数の内部電源出力端子のうち少なくとも2つと、内部電源入力端子との間をボンディングワイヤを介して選択的に接続可能に構成するので、内部電源の電流供給能力の変更パターンを増やすことが可能となる。電流供給能力の変更パターンが増えれば、その分だけ、電流供給能力と消費電流との合わせ込みの精度を高めることができる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to selectively connect at least two of the plurality of internal power supply output terminals and the internal power supply input terminal via bonding wires. It is possible to increase the ability change pattern. If the change pattern of the current supply capability increases, the accuracy of matching the current supply capability and the consumption current can be increased accordingly.
請求項4記載の手段によれば、同一サイズのトランジスタを用いて各出力回路を構成し、そのトランジスタの並列接続数によって電流供給能力を変更するように構成した。これにより、第1の半導体チップの構成を簡単化することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, each output circuit is configured using transistors of the same size, and the current supply capability is changed depending on the number of parallel connections of the transistors. Thereby, the configuration of the first semiconductor chip can be simplified.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1〜図3を参照しながら説明する。
図1は、パッケージ内部に2つの半導体チップが搭載されたマルチチップパッケージの半導体集積回路装置の構成のうち、本発明に関係する部分を示すブロック図である。この半導体集積回路装置は、例えば車両用のECU基板に搭載される。図1に示すように、半導体集積回路装置1は、パッケージ2内部に設けられた電源チップ3(第1の半導体チップに相当)、マイコンチップ4(第2の半導体チップに相当)および先端部がパッケージ外部に露出する外部端子5、6を備えている。外部端子5には、パッケージ2外部の図示しない電源(例えばバッテリ)から直流の外部電源が供給される。この外部電源の電圧は、例えば+12Vとなっている。電源チップ3は、外部端子5に供給される外部電源からマイコンチップ4に出力するための直流の内部電源を生成する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a block diagram showing a part related to the present invention in the configuration of a multi-chip package semiconductor integrated circuit device in which two semiconductor chips are mounted inside a package. This semiconductor integrated circuit device is mounted on, for example, a vehicle ECU board. As shown in FIG. 1, a semiconductor
電源チップ3は、外部端子5に接続される外部電源入力端子7、電源回路8〜10、内部電源出力端子11〜13を備えている。電源回路8〜10は、外部電源入力端子7を介して入力される外部電源から所定の出力電圧の内部電源を生成する。電源回路8〜10の出力端子は、それぞれ内部電源出力端子11〜13に接続されている。電源回路8〜10は、それぞれ異なる電流供給能力を有している。具体的には、電源回路8〜10の電流供給能力をそれぞれA〜Cで示すと、その大小関係は下記(1)式のようになる。
A<B<C …(1)
The
A <B <C (1)
マイコンチップ4は、CPU、ROM、RAM、I/Oなどを備えたマイクロコンピュータとしての機能を実現する内部回路14と、電源チップ3から出力される内部電源を内部回路14に入力するための内部電源入力端子15と、制御信号を出力するための制御端子16とを備えている。内部電源入力端子15と、電源チップ3の内部電源出力端子11〜13のうちいずれか1つとの間は、ボンディングワイヤ17を介して接続される。このような構成により、内部回路14は、電源回路8〜10から出力される内部電源の供給を受けて動作する。制御端子16は外部端子6に接続されている。内部回路14は、制御端子16を介してパッケージ2外部のECU基板上に配置された図示しない被制御回路(外部回路に相当)に対し制御信号を出力することで、その動作を制御する。
The
図2は、電源チップ3の電気的構成を示している。図2に示すとおり、電源チップ3に設けられた電源回路8〜10は、シリーズレギュレータ形式の電源回路である。電源回路8は、Pチャネル型のMOSトランジスタQ1、Q2、電圧検出回路21、オペアンプ22および電圧源23から構成されている。トランジスタQ1、Q2(出力回路に相当)は、外部電源入力端子7と内部電源出力端子11との間の電流経路に互いに並列に設けられている。電圧検出回路21は、内部電源出力端子11の出力電圧に応じた検出電圧をオペアンプ22の反転入力端子に出力する。電圧源23は、出力電圧の目標値に相当する基準電圧をオペアンプ22の非反転入力端子に出力する。オペアンプ22は、検出電圧および基準電圧に基づいてトランジスタQ1、Q2を駆動し、内部電源出力端子11の出力電圧が目標値となるように制御する。
FIG. 2 shows the electrical configuration of the
電源回路9は、Pチャネル型のMOSトランジスタQ3〜Q5(出力回路に相当)、電圧検出回路24、オペアンプ25および電圧源26から構成されており、電源回路10は、Pチャネル型のMOSトランジスタQ6〜Q9(出力回路に相当)、電圧検出回路27、オペアンプ28および電圧源29から構成されている。電圧回路9および10は、外部電源入力端子7と内部電源出力端子12および13との間に接続されるトランジスタの並列接続数が異なる点を除いて、電源回路8と同様に構成されている。電源回路8〜10は、内部電源出力端子11〜13における出力電圧を同一の目標値(例えば+5V)に制御する構成となっている。従って、電圧源23、26、29は、いずれか1つだけ備える構成としてもよい。その場合、その基準電圧を3つの電源回路8〜10に供給すればよい。
The
トランジスタQ1〜Q9は、同一のサイズであり、オン抵抗などの特性も同一となっている。このため、電源回路8〜10の出力段におけるオン抵抗は、トランジスタの並列接続数が多いほど小さくなる。従って、電源回路8〜10は、トランジスタの並列接続数が多いほど電流供給能力が大きくなる。具体的には、電源回路9の電流供給能力を「1」とした場合、電源回路8の電流供給能力は「0.67」となり、電源回路10の電流供給能力は「1.33」となる。
The transistors Q1 to Q9 have the same size and the same characteristics such as on-resistance. For this reason, the on-resistance at the output stage of the
次に、本実施形態の作用および効果について図3も参照して説明する。
電源チップ3の電源回路8〜10の電流供給能力と、その供給先であるマイコンチップ4の内部回路14において消費される電流(消費電流)とは同じであることが望ましい。例えば、これらの関係として電流供給能力が消費電流よりも小さい場合には、内部回路14の動作に次のような問題が生じる。すなわち、CPUの処理速度が低下したり、出力する制御信号などのターンオンまたはターンオフ時間が長くなったり、電源立ち上げ時における内部回路14の起動が遅くなるなどの問題が発生する。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described with reference to FIG.
It is desirable that the current supply capability of the
他方、電流供給能力が消費電流よりも大きい場合には、次のような問題が生じる。すなわち、外部電源入力端子7を介して入力される外部電源にパルス状の高周波ノイズが重畳した場合にあっては内部電源出力端子11〜13から出力する内部電源にも同様の高周波ノイズが重畳したり、電源立ち上げ時における内部電源のオーバーシュートなどの問題が発生する。
On the other hand, when the current supply capability is larger than the consumption current, the following problem occurs. That is, when pulsed high-frequency noise is superimposed on the external power input via the external
また、半導体集積回路装置1が搭載されるECU基板は、同一の機能を実現するものであっても、搭載するためのスペースが異なる場合には基板形状が変更される。基板形状が変更されると、半導体集積回路装置1の基板上の配置や、制御端子16と被制御回路との間の配線状況も変更されるため、マイコンチップ4における電流の消費状況も変化する。従って、電源チップ3の電流供給能力が一定である場合には、マイコンチップ4における消費電流の違いに起因する上記問題が生じる可能性がある。
Further, even if the ECU board on which the semiconductor integrated
上記問題のうち、特にノイズについては、解析などによる机上での検討が難しく、従来では、全ての部品を搭載したECU基板を用いてノイズ測定を実施した後、そのレベルに応じて例えば外付けのコンデンサや抵抗を追加したり、半導体集積回路装置の回路構成、特に電源チップの回路構成を変更することによりノイズ低減を図っていた。しかし、この方法では、ECU基板全体としての製造コストが高くなるという問題があった。 Of the above problems, especially noise is difficult to study on the desktop by analysis or the like, and conventionally, after performing noise measurement using an ECU board on which all components are mounted, depending on the level, for example, externally attached Noise was reduced by adding capacitors and resistors, or changing the circuit configuration of the semiconductor integrated circuit device, particularly the circuit configuration of the power supply chip. However, this method has a problem that the manufacturing cost of the entire ECU board increases.
本実施形態では、マイコンチップ4の内部回路14に供給する内部電源の電流供給能力を以下のように、ハードウエア構成によって変更可能とし、マイコンチップ4の消費電流との合わせ込みを可能としている。すなわち、それぞれ異なる電流供給能力に設定された電源回路8〜10の出力端子に接続される内部電源出力端子11〜13と、マイコンチップ4の内部電源入力端子15との間は、ボンディングワイヤ17を介して選択的に接続可能に構成されている。
In the present embodiment, the current supply capability of the internal power supply supplied to the
これにより、ボンディングワイヤ17の一端子を内部電源入力端子15に接続するとともに、その他端子の接続先を変更することでマイコンチップ4に供給される内部電源の電流供給能力が変更可能となる。従って、ボンディングワイヤ17の他端子を内部電源出力端子11に接続すれば、出力される内部電源の電流供給能力は電源回路8の値となり、内部電源出力端子12に接続すれば電源回路9の値となり、内部電源出力端子13に接続すれば電源回路10の値となる。
As a result, one terminal of the
このような構成によれば、例えば、ボンディングワイヤ17の他端子の接続先をそれぞれ異ならせることにより内部電源の電流供給能力が互いに異なる3種類の半導体集積回路装置1を準備し、各半導体集積回路装置1を同じ形状の3つのECU基板にそれぞれ実装する。その後、各ECU基板の動作状態およびノイズ評価を実施する。そして、その結果に基づいて最も動作状態が良好となり且つノイズレベルが小さくなった半導体集積回路装置1の電流供給能力を確認する。
According to such a configuration, for example, three types of semiconductor integrated
その後は、上記と同種類のECU基板に搭載する全ての半導体集積回路装置1について、最適な電流供給能力となるようにボンディングワイヤ17の接続を行う。このように、内部電源出力端子11〜13と内部電源入力端子15との間を、ボンディングワイヤ17を介して選択的に接続可能に構成したことにより、マイコンチップ4の動作状態を良好にしつつ、ノイズレベルを低減することが可能となる。
Thereafter, the
半導体集積回路装置1は、1本のボンディングワイヤ17を介した内部電源の供給に加えて、さらに複数のボンディングワイヤを介して内部電源の供給を行うことが可能である。図3(a)〜(d)は、複数のボンディングワイヤを使用した場合の半導体集積回路装置1の構成を示す図1相当図である。なお、図3においては、電源回路8〜10および内部回路14の図示を省略している。図3(a)に示すように、3本のボンディングワイヤ31〜33の各一端子を内部電源入力端子15に接続するとともに、各他端子を内部電源出力端子11〜13にそれぞれ接続する。このようにすれば、内部電源の電流供給能力は、電源回路8〜10の各電流供給能力を足した値に相当する。
The semiconductor integrated
図3(b)に示すように、2本のボンディングワイヤ34、35の各一端子を内部電源入力端子15に接続するとともに、各他端子を内部電源出力端子11、13にそれぞれ接続する。このようにすれば、内部電源の電流供給能力は、電源回路8、10の各電流供給能力を足した値に相当する。図3(c)に示すように、2本のボンディングワイヤ36、37の各一端子を内部電源入力端子15に接続するとともに、各他端子を内部電源出力端子12、13にそれぞれ接続する。このようにすれば、内部電源の電流供給能力は、電源回路9、10の各電流供給能力を足した値に相当する。図3(d)に示すように、2本のボンディングワイヤ38、39の各一端子を内部電源入力端子15に接続するとともに、各他端子を内部電源出力端子11、12にそれぞれ接続する。このようにすれば、内部電源の電流供給能力は、電源回路8、9の各電流供給能力を足した値に相当する。
As shown in FIG. 3B, one terminal of each of the two
このように、内部電源出力端子11〜13と内部電源入力端子15との間を接続するボンディングワイヤの本数および接続パターンを変更することにより、内部電源の電流供給能力の変更パターンを増やすことができる。電流供給能力の変更パターンが増えれば、その分だけ、電源チップ3の電流供給能力と、マイコンチップ4の消費電流との合わせ込みの精度を高めることができる。これにより、マイコンチップ4の動作状態を一層良好にしつつ、ノイズレベルをさらに低減することが可能となる。
As described above, by changing the number of bonding wires and the connection pattern connecting the internal power
また、同一のサイズのトランジスタQ1〜Q9を用いて電源回路8〜10を構成した。これにより、電源チップ3の構成を簡単化しつつ、トランジスタの並列接続数を変更するだけで各電源回路8〜10の電流供給能力を任意の値に変更することができる。なお、各電源回路8〜10のトランジスタは、同一のサイズでなくてもよく、電源回路8〜10において必要とする電流供給能力が実現可能であれば、異なるサイズのものを使用してもよい。
Further,
(第2の実施形態)
以下、第1の実施形態に対して第2の半導体チップの構成を変更した本発明の第2の実施形態について図4を参照しながら説明する。
図4は、第1の実施形態における図1相当図であり、第1の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。半導体集積回路装置41は、第1の実施形態の半導体集積回路装置1に対し、マイコンチップ4に替えてマイコンチップ42を備えている点と、外部端子6に替えて外部端子43、44を備えている点とが異なる。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention in which the configuration of the second semiconductor chip is changed with respect to the first embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 1 in the first embodiment, and the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The semiconductor integrated
マイコンチップ42(第2の半導体チップに相当)は、内部電源入力端子45、46、アナログ回路47(内部回路に相当)、デジタル回路48(内部回路に相当)および制御端子49、50を備えている。内部電源入力端子45、46は、電源チップ3から出力される内部電源をアナログ回路47およびデジタル回路48にそれぞれ入力するためのものである。制御端子49、50は、アナログ回路47およびデジタル回路48からの制御信号をそれぞれ出力するためのものである。
The microcomputer chip 42 (corresponding to the second semiconductor chip) includes internal
内部電源入力端子45と、電源チップ3の内部電源出力端子11〜13のうち少なくともいずれか1つとの間は、ボンディングワイヤ51を介して選択的に接続される。内部電源入力端子46と、電源チップ3の内部電源出力端子11〜13のうち少なくともいずれか1つとの間は、ボンディングワイヤ52を介して選択的に接続される。
The internal power
このような構成により、アナログ回路47およびデジタル回路48は、電源回路8〜10から出力される内部電源の供給を受けて動作する。制御端子49、50は外部端子43、44にそれぞれ接続されている。アナログ回路47およびデジタル回路48は、制御端子49、50を介してパッケージ2外部のECU基板上に配置された図示しない被制御回路(外部回路に相当)に対しそれぞれ制御信号を出力することで、その動作を制御する。
With such a configuration, the
上記構成のように、マイコンチップ42が、電源供給経路を分離すべき複数の内部回路を備えている場合であっても、ボンディングワイヤ51、52の接続を変更することにより、各回路に供給する内部電源の電流供給能力を変更することができる。従って、本実施形態の構成においても、第1の実施形態と同様の作用および効果が得られる。
Even if the
(その他の実施形態)
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
電源チップ3に設ける電源回路(出力回路)の数は、3つに限らずともよく、例えば2つであってもよいし、4つ以上であってもよい。電源回路8〜10は、同じ電流供給能力であってもよい。その場合には、図3に示したように、ボンディングワイヤの本数および接続パターンを変更することで内部電源の電流供給能力の変更を行えばよい。
第2の半導体チップは、マイコンチップに限らずともよく、電源チップ3から内部電源の供給を受けて動作し、パッケージ2外部に設けられた外部回路の動作を制御する構成であればよい。半導体集積回路装置は、パッケージ2内部に半導体チップが3つ以上搭載されていてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments described above and illustrated in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The number of power supply circuits (output circuits) provided in the
The second semiconductor chip is not limited to the microcomputer chip, and may be any structure that operates by receiving the internal power supply from the
図面中、1、41は半導体集積回路装置、2はパッケージ、3は電源チップ(第1の半導体チップ)、4、42はマイコンチップ(第2の半導体チップ)、7は外部電源入力端子、11〜13は内部電源出力端子、14は内部回路、15、45、46は内部電源入力端子、17、31〜39、51、52はボンディングワイヤ、47はアナログ回路(内部回路)、48はデジタル回路(内部回路)、Q1〜Q9はトランジスタ(出力回路)を示す。 In the drawings, 1 and 41 are semiconductor integrated circuit devices, 2 is a package, 3 is a power supply chip (first semiconductor chip), 4 and 42 are microcomputer chips (second semiconductor chip), 7 is an external power input terminal, 11 -13 are internal power output terminals, 14 are internal circuits, 15, 45, 46 are internal power input terminals, 17, 31-39, 51, 52 are bonding wires, 47 are analog circuits (internal circuits), 48 are digital circuits. (Internal circuit), Q1 to Q9 indicate transistors (output circuits).
Claims (4)
前記第1の半導体チップは、前記パッケージ外部の電源から供給される外部電源を入力するための外部電源入力端子と、前記外部電源に基づいて生成される内部電源を出力するための複数の内部電源出力端子と、前記外部電源入力端子と前記複数の内部電源出力端子との間の各電流経路に介在して設けられ、それぞれ前記内部電源を出力する複数の出力回路とを備え、
前記第2の半導体チップは、前記内部電源を入力するための内部電源入力端子と、この内部電源入力端子を介して前記内部電源の供給を受けて前記パッケージ外部に接続される外部回路の動作を制御する内部回路とを備え、
前記複数の内部電源出力端子のうち少なくともいずれか1つと、前記内部電源入力端子との間が前記ボンディングワイヤを介して選択的に接続可能に構成されていることを特徴とする半導体集積回路装置。 In a semiconductor integrated circuit device comprising at least a first and a second semiconductor chip inside a package and configured to be connectable between them through a bonding wire,
The first semiconductor chip includes an external power supply input terminal for inputting an external power supply supplied from a power supply outside the package, and a plurality of internal power supplies for outputting an internal power supply generated based on the external power supply An output terminal, and provided in each current path between the external power input terminal and the plurality of internal power output terminals, each including a plurality of output circuits for outputting the internal power,
The second semiconductor chip operates as an internal power supply input terminal for inputting the internal power supply, and an external circuit connected to the outside of the package by receiving the supply of the internal power through the internal power supply input terminal. An internal circuit to control,
A semiconductor integrated circuit device, wherein at least one of the plurality of internal power supply output terminals and the internal power supply input terminal are selectively connectable via the bonding wires.
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