JP2010062266A - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】半導体モジュールの内部ノードにアクセスするための外部端子を設けると、モジュールの小型化が妨げられる。
【解決手段】複数の外部端子４は、外部回路と接続される。半導体チップ２ａ、２ｂは、それぞれに複数のパッドＰが設けられる。配線Ｌは、複数の半導体チップ２ａ、２ｂそれぞれに設けられた複数のパッドＰをそれぞれ、対応する外部端子４、もしくは対応する別のパッドＰと接続する。スイッチ６の複数の入力端子Ｉ_１〜Ｉ_４はそれぞれ、半導体モジュール１００内の対応する内部ノードと接続され、出力端子ＯＵＴは外部端子４として設けられたモニタ端子４ａと接続される。スイッチ６は、複数の入力端子Ｉ_１〜Ｉ_４のうち選択されたいずれかと出力端子ＯＵＴの間を導通させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体チップおよびその周辺回路が一体化された半導体モジュールに関する。

複数の半導体チップや電子部品を組み合わせて、これをモジュール化した半導体モジュールの開発が盛んである。図１は、一般的な半導体モジュールの構成例を示す図である。半導体モジュール２００は、半導体チップ２０２ａ、２０２ｂ、チップコンデンサＣやチップ抵抗Ｒなどを内蔵し、一体成形されている。半導体モジュール２００には、外部から電源供給を受け、あるいは信号を送受信するために、複数の外部端子２０４が設けられる。なお、図１および後述するその他の図において、外部端子や半導体チップ、チップ抵抗やチップコンデンサの接続形態は例示にすぎず、特定の機能を意図したものではない。

通常、半導体チップ２０２ａ、２０２ｂは、半導体モジュール２００に組み込まれる前の工程において、ＤＣ試験、機能試験等が実施され、良品選別され、それぞれのチップ単独での性能が保証された良品のみが半導体モジュール２００に組み込まれる。その後、半導体モジュール２００の組み立てが完了した後に、半導体モジュール２００を実動作に近い状態で、種々の動作試験が実施される。

半導体モジュール２００を動作試験する際、外部端子２０４と接続される配線もしくはノード（本明細書では、これらを総称して内部ノードという）については、その状態を外部から検査することが可能であり、あるいは外部から信号を与えることが可能である。ところが、外部端子２０４と接続されない配線の状態は、外部からモニタすることができない。たとえば半導体チップ２０２ａのあるパッドＰ１と、半導体チップ２０２ｂのあるパッドＰ２を接続する配線Ｌ１の経路上の状態をモニタし、あるいはその配線に電圧や電流を与えたい場合、その配線Ｌ１に対して、半導体モジュール２００本来の動作とは無関係な検査用の外部端子２０５を新たに設ける必要が生ずる。

検査工程においてモニタし、あるいは信号を与えたい内部ノードの個数が増加すると、検査用に設けた外部端子の個数が増加し、半導体モジュール２００の小型化が妨げられるという問題が生ずる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その包括的な目的は、小型化が可能な半導体モジュールの提供にある。

本発明のある態様は、半導体モジュールに関する。この半導体モジュールは、外部回路と接続されるべき複数の外部端子と、それぞれに複数のパッドが設けられた複数の半導体チップと、複数の半導体チップそれぞれに設けられた複数のパッドをそれぞれ、対応する外部端子、もしくは対応する別のパッドと接続する複数の配線と、その複数の入力端子がそれぞれ、半導体モジュール内の対応する内部ノードと接続され、その出力端子が複数の外部端子のいずれかと接続され、複数の入力端子のうち選択されたいずれかと出力端子の間を導通させるスイッチと、を備える。

この態様では、スイッチの状態を切り換えることにより、複数の内部ノードにアクセス可能となり、具体的には、内部ノードの状態を単一の外部端子から検査することができ、あるいは複数の内部ノードに信号を与えることができる。その結果、複数の内部ノードごとに複数の検査用の外部端子を設ける必要がないため、半導体モジュールのサイズの増加を抑制することができる。なお、本明細書において、スイッチの入力端子と出力端子の関係は形式的なものであり、入力端子からの信号が出力端子から出力される場合、出力端子からの信号が入力端子から出力される場合もありえる。

複数の外部端子のいずれかは、制御端子に割り当てられてもよい。スイッチは、その制御端子に本半導体モジュールの外部から入力された制御信号にもとづいて制御されてもよい。

複数の外部端子のいずれかは、制御端子に割り当てられてもよい。複数の半導体チップのいずれかは、制御端子に本半導体モジュールの外部から入力された制御信号にもとづいて、スイッチを制御する制御回路を含んでもよい。

スイッチの制御端子は、本半導体モジュールの通常動作時に、本半導体モジュールの本来の機能と関連する信号が入力もしくは出力される端子と共有されてもよい。
この場合、スイッチを制御するための外部端子を、新たに設ける必要がないため、より半導体モジュールの小型化に資することとなる。

スイッチは、すべての複数の入力端子と、出力端子の間が電気的に遮断されるオフ状態に設定可能であってもよい。

スイッチの出力端子が接続される外部端子は、本半導体モジュールの通常動作時に、本半導体モジュールの本来の機能と関連する信号が入力もしくは出力される端子と共有され、通常動作時に、オフ状態に設定されてもよい。

スイッチは、スイッチの複数の入力端子と複数の内部ノードの間の距離が、スイッチの出力端子と当該出力端子と対応する外部端子の間の距離よりも短くなるように配置されてもよい。
この場合、複数の内部ノードからスイッチまでの距離が短いため、各内部ノードからスイッチ側を臨んだ寄生抵抗、寄生容量などからなるインピーダンスが小さくなり、スイッチを設けたことが本来の回路動作に及ぼす影響を抑制できる。

複数の内部ノードの少なくともひとつは、第１の半導体チップに設けられたパッドと、第２の半導体チップに設けられたパッドの間を接続する配線の経路上に設けられてもよい。

本発明の別の態様もまた、半導体モジュールである。この半導体モジュールは、外部回路と接続されるべき複数の外部端子と、複数のパッドが設けられた半導体チップと、複数のパッドをそれぞれ、対応する外部端子もしくは対応する別のパッドと接続する複数の配線と、その複数の入力端子に半導体モジュール内の複数の内部ノードに生ずる複数の信号が入力され、その出力端子が複数の外部端子のいずれかと接続され、複数の信号のいずれかを選択して出力端子から出力するスイッチと、を備える。

複数の内部ノードの少なくともひとつは、半導体チップに設けられたあるパッドと、当該あるパッドと対応する外部端子の間を接続する配線の経路上であって、パッドの近傍に設けられてもよい。あるパッドと対応する外部端子は、本半導体モジュールの検査工程において定電流源が接続され、スイッチの出力端子と接続される外部端子には、本半導体モジュールの検査工程においてあるパッドの電位を測定する電圧計が接続されてもよい。
この場合も、検査用の外部端子を削減することができ、モジュールの小型化が可能となる。

半導体チップのパッド近傍の電位を測定したい場合がある。外部端子に電流源を接続して、配線に電流を流すと、配線に電圧降下が発生する。外部端子に電圧計を接続して電圧を測定すると、測定したいパッド近傍の電位よりも電圧降下した電位が測定されるところ、スイッチの入力端子をパッド近傍と接続することにより、電圧降下の影響を除いた正確な電位を測定できる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、半導体モジュールを小型化できる。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが部材Ｂに接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図２は、実施の形態に係る半導体モジュール１００の構成を示す図である。半導体モジュール１００は、複数の半導体チップ２ａ、２ｂ、複数の外部端子４、モニタ端子４ａ、制御端子４ｂ、スイッチ６、複数の配線Ｌを備える。

複数の外部端子４は、半導体モジュール１００がプリント基板などに実装される際に、外部の回路と接続される。複数の半導体チップ２ａ、２ｂにはそれぞれ、複数のパッドＰが設けられている。複数の配線Ｌはそれぞれ、複数の半導体チップ２ａ、２ｂそれぞれに設けられた複数のパッドＰをそれぞれ、対応する外部端子４、もしくは対応する別のパッドＰと接続する。

スイッチ６は、複数の入力端子Ｉ_１〜Ｉ_４と、出力端子ＯＵＴを備える。図２においてスイッチ６は、４個の入力端子を備えるが、その個数は任意である。スイッチ６の４つの入力端子Ｉ_１〜Ｉ_４はそれぞれ、半導体モジュール１００内の対応する内部ノードＮ１〜Ｎ４と接続される。スイッチ６の出力端子ＯＵＴは、複数の外部端子４のいずれかひとつ（以下、モニタ端子と称する）４ａと接続される。

たとえば複数の内部ノードＮ１〜Ｎ４はそれぞれ、第１の半導体チップ２ａに設けられたパッドＰと、第２の半導体チップ２ｂに設けられたパッドＰの間を接続する配線Ｌの経路上に設けられる。これらの配線Ｌは外部端子４と接続されないため、外部から直接状態を測定し、あるいは外部から信号を与えることができない。こうした配線Ｌ上の内部ノードを、スイッチ６の入力端子と接続することで、状態を測定し、あるいは信号を与えることが可能となる。ただし内部ノードＮ１〜Ｎ４は、半導体モジュール１００内の任意の位置に設けることができる。

スイッチ６は、複数の入力端子Ｉ_１〜Ｉ_４のうち選択されたいずれかと、その出力端子ＯＵＴの間を導通させる。

複数の外部端子４のひとつが制御端子４ｂに割り当てられる。スイッチ６の導通状態は、制御端子４ｂに半導体モジュール１００の外部から入力された制御信号ＣＮＴにもとづいて制御される。制御信号ＣＮＴの伝送方法や信号形式は特に限定されない。

スイッチ６は、モニタ端子４ａよりも複数の内部ノードＮ１〜Ｎ４の近傍に設けることが好ましい。言い換えれば、スイッチ６は、複数の入力端子Ｉ_１〜Ｉ_４と複数の内部ノードＮ１〜Ｎ４それぞれとの間の距離ｄ１が、スイッチ６の出力端子ＯＵＴと当該出力端子ＯＵＴと対応する外部端子（モニタ端子）４ａの間の距離ｄ２よりも短くなるように配置することが望ましい。なお、図２においてはｄ２＜ｄ１であるが、実際に望ましいのは、ｄ１＜ｄ２である。

なぜなら複数の入力端子Ｉ_１〜Ｉ_４と複数の内部ノードＮ１〜Ｎ４を結ぶ配線Ｌｐは、本来の機能に関連する配線、すなわち半導体チップ２ａのパッドＰ１から半導体チップ２ｂのパッドＰ２を結ぶ配線Ｌに対して寄生インピーダンスとなるからである。距離ｄ１を短くすれば寄生インピーダンスを低減できるため、半導体モジュール１００の通常動作時に、スイッチ６および配線Ｌｐが、回路動作に及ぼす影響を低減できる。

以上が半導体モジュール１００の構成である。続いて半導体モジュール１００の試験工程における動作を説明する。

外部から制御端子４ｂに対して制御信号ＣＮＴを与え、スイッチ６に、所望の入力端子を選択させると、モニタ端子４ａと、選択された入力端子Ｉに対応する内部ノードＮが電気的に導通する。この状態では、内部ノードＮに生ずる信号をモニタ端子４ａから測定することができ、あるいは内部ノードＮに対して外部から任意の信号を与えることができる。

図２の構成では、半導体モジュール１００の本来の機能とは無関係に設けられた外部端子４は、モニタ端子４ａと制御端子４ｂの２つである。仮に図１のアーキテクチャで４個の内部ノードの状態を測定し、あるいは信号を与えようとすれば、外部端子４が４個必要となる。このように、実施の形態に係る半導体モジュール１００によれば、外部端子４の個数を低減し、半導体モジュール１００の小型化が可能となる。

続いて、半導体モジュール１００の変形例を説明する。図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、第１〜第３の変形例に係る半導体モジュールの構成を示す図である。

図３（ａ）の第１の変形例において、半導体チップ２ｂは、制御回路３を内蔵している。制御回路３は、制御端子４ｂに半導体モジュール１００ａの外部から入力された制御信号ＣＮＴにもとづいて、スイッチ６を制御する。

この変形例において、制御回路３に対する制御信号ＣＮＴと、半導体チップ２ｂの本来の機能を制御するための制御信号のインタフェースを共有化することもできる。たとえば半導体チップ２ｂが本来の機能として外部のプロセッサと通信するためのＩ２Ｃ（Inter IC）バス形式のインタフェースを備える場合、Ｉ２Ｃのコマンドを利用して、スイッチ６を制御することが可能となる。この場合、半導体チップ２ｂの本来の機能を制御するための端子を、制御端子４ｂと共有できるため、図２に比べて外部端子４の個数を減らすことが可能である。

図３（ｂ）は、第２の変形例に係る半導体モジュール１００ｂの構成を示す図である。この変形例において、半導体モジュール１００ｂの通常動作時に、半導体モジュール１００ａの本来の機能と関連する信号が入力もしくは出力される外部端子４ｃが、スイッチ６の制御端子４ｂとしての役割を果たす。つまり、試験工程において外部端子４ｃに制御信号ＣＮＴを入力すると、スイッチ６を制御でき、通常動作時においては、外部端子４ｃには、半導体チップ２ｂを制御するための信号が入力され、あるいは外部端子４ｃを介して半導体チップ２ｂからの信号を出力できる。たとえば半導体チップ２ｂに対して接地電位を供給するための外部端子が複数個、設けられる場合、そのうちのひとつを試験工程において外部端子４ｃとして利用してもよい。この変形例によっても、外部端子の個数を減らすことができる。

図３（ｃ）の第３の変形例に係る半導体モジュール１００ｃにおいて、スイッチ６は、すべての複数の入力端子Ｉ_１〜Ｉ_４と出力端子ＯＵＴの間が電気的に遮断されるオフ状態に設定可能である。スイッチ６の出力端子ＯＵＴが接続されるモニタ端子４ａは、半導体モジュール１００ｃの通常動作時に、半導体モジュール１００ｃの本来の機能と関連する信号が入力もしくは出力される端子４ｄと共有される。

この変形例では、通常動作時に、スイッチ６をオフ状態に設定することにより、通常動作を妨げることなく、モニタ端子４ａをその他の外部端子４ｄと共有することができ、外部端子の個数を減らすことができる。

上述した図２および図３（ａ）〜（ｃ）の任意の組み合わせも本発明の態様として有効である。たとえば図３（ａ）もしくは図３（ｂ）のいずれかの技術と、図３（ｃ）の技術を組み合わせれば、モニタ端子４ａと制御端子４ｂを、半導体モジュール１００が本来備える外部端子４とは別に設けることなく、複数の内部ノードの状態を測定し、あるいは複数の内部ノードに信号を与えることができる。

図４は、実施の形態に係る別の構成例の半導体モジュール１００ｄを示す図である。本発明は、単一の半導体チップを備える半導体モジュールにも適用可能である。

半導体モジュール１００ｄのスイッチ６の複数の入力端子のひとつＩ_２に接続される内部ノードＮ２は、半導体チップ２ｃに設けられたパッドＰ３と、このパッドＰ３と対応する外部端子４ｅの間を接続する配線Ｌ４の経路上に設けられる。配線Ｌ４は有意なインピーダンス（抵抗成分）ｒを有している。以下の理由から、内部ノードＮ１はパッドＰ３の近傍に設けられる。なお、その他の入力端子Ｉ_１、Ｉ_３、Ｉ_４は、半導体モジュール１００ｄのいずれかの内部ノードと接続される。

半導体モジュール１００ｄの試験工程において、あるパッドＰ３と対応する外部端子４ｅには定電流源３０が接続される。定電流源３０は、半導体チップ２ｃのパッドＰ３から所定の試験電流Ｉｔｅｓｔを引きこむ。配線Ｌ４の抵抗成分ｒが十分小さいか、あるいは試験電流Ｉｔｅｓｔが小さければ、抵抗成分ｒにおける電圧降下が十分に小さいため、外部端子４ｅの電位とパッドＰ３の電位は一致する。したがって、わざわざ内部ノードＮ２の電位を測定せずとも、外部端子４ｅの電位を測定することで、パッドＰ３の電位を知ることができる。ところが抵抗成分ｒの電圧降下が大きい場合、外部端子４ｅの電位を測定しても、パッドＰ３の電位を測定したことにはならない。

図４の半導体モジュール１００ｄにおいて、内部ノードＮ２がパッドＰ３の近傍に配置されてており、内部ノードＮ２の状態がスイッチ６を介してモニタ端子４ａからアクセス可能に構成されている。したがってモニタ端子４ａに電圧計３２を接続することにより、抵抗成分ｒの電圧降下が発生しても、パッドＰ３の電位を正確に測定することができる。

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

一般的な半導体モジュールの構成例を示す図である。 実施の形態に係る半導体モジュールの構成を示す図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ第１〜第３の変形例に係る半導体モジュールの構成を示す図である。 実施の形態に係る別の構成例の半導体モジュールを示す図である。

符号の説明

２…半導体チップ、４…外部端子、６…スイッチ、Ｌ…配線、１００…半導体モジュール。

Claims (10)

1. 外部回路と接続されるべき複数の外部端子と、
   それぞれに複数のパッドが設けられた複数の半導体チップと、
   前記複数の半導体チップそれぞれに設けられた複数のパッドをそれぞれ、対応する前記外部端子、もしくは対応する別のパッドと接続する複数の配線と、
   その複数の入力端子がそれぞれ、前記半導体モジュール内の対応する内部ノードと接続され、その出力端子が前記複数の外部端子のいずれかと接続され、前記複数の入力端子のうち選択されたいずれかと前記出力端子の間を導通させるスイッチと、
   を備えることを特徴とする半導体モジュール。
2. 前記複数の外部端子のいずれかは、制御端子に割り当てられており、
   前記スイッチは、前記制御端子に本半導体モジュールの外部から入力された制御信号にもとづいて制御されることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 前記複数の外部端子のいずれかは、制御端子に割り当てられており、
   前記複数の半導体チップのいずれかは、前記制御端子に本半導体モジュールの外部から入力された制御信号にもとづいて、前記スイッチを制御する制御回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
4. 前記制御端子は、本半導体モジュールの通常動作時に、本半導体モジュールの本来の機能と関連する信号が入力もしくは出力される端子と共有されることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体モジュール。
5. 前記スイッチは、すべての前記複数の入力端子と、前記出力端子の間が電気的に遮断されるオフ状態に設定可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体モジュール。
6. 前記スイッチの出力端子が接続される前記外部端子は、本半導体モジュールの通常動作時に、本半導体モジュールの本来の機能と関連する信号が入力もしくは出力される端子と共有され、通常動作時に、オフ状態に設定されることを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
7. 前記スイッチは、前記スイッチの前記複数の入力端子とそれぞれに対応する複数の前記内部ノードの間の距離が、前記スイッチの出力端子と当該出力端子と対応する前記外部端子の間の距離よりも短くなるように配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体モジュール。
8. 前記複数の内部ノードの少なくともひとつは、第１の前記半導体チップに設けられた前記パッドと、第２の前記半導体チップに設けられた前記パッドの間を接続する前記配線の経路上に設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体モジュール。
9. 外部回路と接続されるべき複数の外部端子と、
   複数のパッドが設けられた半導体チップと、
   前記複数のパッドをそれぞれ、対応する前記外部端子もしくは対応する別のパッドと接続する複数の配線と、
   その複数の入力端子がそれぞれ、前記半導体モジュール内の対応する内部ノードと接続され、その出力端子が前記複数の外部端子のいずれかと接続され、前記複数の入力端子のうち選択されたいずれかと前記出力端子の間を導通させるスイッチと、
   を備えることを特徴とする半導体モジュール。
10. 前記複数の内部ノードの少なくともひとつは、前記半導体チップに設けられたあるパッドと、当該あるパッドと対応する前記外部端子の間を接続する前記配線の経路上であって、前記パッドの近傍に設けられ、
    前記あるパッドと対応する前記外部端子は、本半導体モジュールの検査工程において定電流源が接続され、
    前記スイッチの出力端子と接続される前記外部端子には、本半導体モジュールの検査工程において前記あるパッドの電位を測定する電圧計が接続されることを特徴とする請求項９に記載の半導体モジュール。

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