JP2011165254A - 半導体装置及び半導体モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】DDP構造の半導体モジュールにおいて、上下のメモリのいずれにおいても、基板との間の信号経路を、DQ信号とDQS信号とで等長にすること。
【解決手段】本発明の半導体装置は、×N動作から×M(M=N/2)動作への切替を指示する信号が入力される入力端子と、偶数番目のDQピンまたは奇数番目のDQピンを指示する切替信号が入力される入力端子と、DQSピンからDQS信号が供給されると、供給されたDQS信号にしたがって、対応するDQピンを介してDQ信号を入出力するN個のDQ制御回路と、×M動作時に、偶数番目のDQピンが指示された場合、偶数番目のDQピンに対応するDQ制御回路にDQS信号を供給する第1のDQS制御回路と、×M動作時に、奇数番目のDQピンが指示された場合、奇数番目のDQピンに対応するDQ制御回路にDQS信号を供給する第2のDQS制御回路と、を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置及びそれを搭載した半導体モジュールに関し、特に入出力データ数を変更する制御回路を備えた半導体装置及びそれを搭載した半導体モジュールに関する。
近年、ディジタル家電機器の内部には、様々な情報処理及び制御を行うために、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)とDRAM(Dynamic Random Access Memory)が用いられている。
このASICとDRAMの接続は、1:1接続が主流であったが、情報処理の多様化や制御の複雑化により、同一パッケージ(PKG)内でDRAMのメモリ容量を増加したいという要望があったため、近年は、図3Aに示すように、ASICとDRAMの接続を1:2接続とし、ASICがチップ選択信号を用いてDRAMを選択的に制御するよう動作させている。
しかしながら、ASICの伝送線に接続されるDRAMの個数が増えると、各DRAMにおける伝送線との接点から発生する反射波(ノイズ)が増加すると共に、伝送線の負荷も増加するため、設計が困難になるという問題が生じる。
具体的には、DRAMが、DDR(Double data rate)で動作を行う場合、基準クロックの立ち上がりと立ち下がりの両方でデータを読み書きするため、DQ信号(データ信号)は、他の信号に比べて、2倍の速度で動作することになり、特にノイズの影響を受けやすい。同様に、DRAMには、DDRの導入以降、DQ信号の基準クロックとなるDQS信号(データストローブ信号)も存在し、このDQS信号もDQ信号と同速度で連動して動作するため、DQ信号と同様にノイズの影響を受けやすい。
そのため、少なくとも、ASIC側のDQピンとDRAM側のDQピン及びASIC側のDQSピンとDRAM側のDQSピンとは、図3Bに示すように、1:1接続とされている。
ここで、PKG基板上にDRAMを1つのみ搭載した単体PKG構造の半導体モジュールを図4Aに示す。図4Aにおいて、DRAMは、DQピンのピン数が16で、16ビットのDQ信号を入出力する×16動作を行っており、DRAM上のパッドとPKG基板上のパッドは、1:1接続されている。また、PKG基板から外部に引き出され、ASICに接続される外部ピンは、○印で表している。
図4Aの単体PKG構造の接続状態、すなわち外部ピンの配置を維持したままでDRAMのメモリ容量を増加させるために、PKG基板上に複数のDRAMを搭載した構造の半導体モジュールがある(特許文献1〜4)。このうち、PKG基板上にDRAMを2チップ積層したDDP(Double Density Package)と呼ばれる構造の半導体モジュールの例を図4Bに示す。
特開2006−024663号公報 特開2008−130184号公報 特開平09−330589号公報 特開平11−339473号公報
このような、DDP構造の半導体モジュールにおいては、×8動作のDRAMチップ2個を動作させることによってパッケージとして×16動作する。具体的には×16動作の1GBのDRAM1チップで構成されていたパッケージを、×8動作の1GBのDRAM2チップとすることによって、パッケージとしては×16動作の2GBとすることが出来る。
このとき、DRAMとしては、×8動作のチップと×16動作のチップを別々に製造することはコストがかかるため、×8及び×16動作を切り替えることが出来る汎用のDRAMを用い、上下のDRAMの動作状態を、ボンディングオプション等により、×16動作状態から×8動作状態に切り替えることが行われる。
上下のDRAMを×8動作させる場合に、DRAM上のパッドとPKG基板上のパッドの1:1接続を実現するため、DQ信号に関しては、上段のDRAM上のDQ0〜15パッドを1つおきに有効化し(DQ0,2,4,6,8,10,12,14)、これらをそれぞれPKG基板上のDQ0,2,4,6,8,10,12,14パッドと接続し、また、下段のDRAM上のDQ0〜15パッドを1つおきに有効化し(DQ0,2,4,6,8,10,12,14)、これらをそれぞれPKG基板上のDQ1,3,5,7,9,11,13,15パッドと接続している。
一方、DQS信号に関しては、×8動作の場合には、上下のDRAMは共にDQS0パッドを使用することになっているため、上下のDRAM上のDQS0パッドを、PKG基板上のDQS0パッドに接続することが必要となる。このとき、PKG基板としては共通のものを用いるため外部ピン配置を変更せずにDQS信号を接続するためには、PKG基板上の1つのDQS0パッドを上下の2つのDRAMのDQS0パッドに接続しなければならないため、結果的に1:2接続となってしまうため、下段のDRAM上のDQS0パッドのみをPKG基板上のDQS0パッドに接続し、上段のDRAM上のDQS0パッドについては、PKG基板上で配線を引き回してDQS1ピンとなる外部ピンに最終的に接続することで1:1接続を実現することが出来る。
しかしながら、図4Bからも明らかなように、上下のDRAMにおいて、DQS0パッドとDQS1パッドの位置は同じであるものの、PKG基板上では、DQS0パッドとDQS1パッドは互いに離れた位置に配置されている。
そのため、上段のDRAM上のDQS0パッドについては、PKG基板上に新たに設けたパッド1と接続した後、その新たなパッド1からの配線2を、DQS1ピンとなる外部ピンまで引き回さなければならなくなるが、この場合、上段のDRAMにおいては、PKG基板との間の信号経路が、DQ信号とDQS0のDQS信号とで実質等長にならないという問題が発生することを本件発明者が認識するに至った。
本発明の半導体装置は、
第1のデータ入出力端子と、
第2のデータ入出力端子と、
前記第1のデータ入出力端子に対応して設けられ第1のストローブ信号が供給されるべき第1のストローブ端子と、
前記第2のデータ入出力端子に対応して設けられ第2のストローブ信号が供給されるべき第2のストローブ端子と、
第1の語構成が指定されるときには、前記第1のデータ入出力端子と前記第2のデータ入出力端子から前記第1のストローブ信号及び前記第2のストローブ信号に応答してデータの入出力が行われるよう制御し、第2の語構成が指定されると共に第1の制御信号が供給されるときには、前記第1のデータ入出力端子から前記第1のストローブ信号に応答してデータの入出力が行われるように制御し、前記第2の語構成が指定されると共に第2の制御信号が供給されるときには、前記第2のデータ入出力端子から前記第2のストローブ信号に応答してデータの入出力が行われるように制御する制御回路と、を備えることを特徴とする。
本発明の半導体モジュールは、
基板と、前記基板上に積層され、DQS信号にしたがってDQ信号を入出力する2個の半導体装置と、を備える半導体モジュールであって、
前記基板は、
DQ信号が入出力されるN(Nは偶数の自然数)個のDQピンと、
DQS信号が入力される第1および第2のDQSピンと、を有し、
前記2個の半導体装置の各々は、
×N動作から×M(M=N/2)動作への切替を指示する語構成切替信号が入力される語構成切替信号入力端子と、
×M動作時にDQ信号を入出力するDQピンとして、N個のDQピンのうちの偶数番目のDQピンまたは奇数番目のDQピンのいずれかを指示するDQ/DQS切替信号が入力されるDQ/DQS切替信号入力端子と、
前記N個のDQピンに対応して設けられ、前記第1または第2のDQSピンを介してDQS信号が供給されると、供給されたDQS信号にしたがって、対応するDQピンを介してDQ信号を入出力するN個のDQ制御回路と、
前記第1のDQSピンに対応して設けられ、×M動作時に、前記DQ/DQS切替信号が偶数番目のDQピンを指示している場合、偶数番目のDQピンに対応するDQ制御回路に前記第1のDQSピンに供給されたDQS信号を供給する第1のDQS制御回路と、
前記第2のDQSピンに対応して設けられ、×M動作時に、前記DQ/DQS切替信号が奇数番目のDQピンを指示している場合、奇数番目のDQピンに対応するDQ制御回路に前記第2のDQSピンに供給されたDQS信号を供給する第2のDQS制御回路と、を有することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、第1の語構成が指定されるときには、第1のデータ入出力端子と前記第2のデータ入出力端子から前記第1のストローブ信号及び前記第2のストローブ信号に応答してデータの入出力が行われるよう制御し、第2の語構成が指定されると共に第1の制御信号が供給されるときには、第1のデータ入出力端子から第1のストローブ信号に応答してデータの入出力が行われるように制御し、第2の語構成が指定されると共に第2の制御信号が供給されるときには、第2のデータ入出力端子から第2のストローブ信号に応答してデータの入出力が行われるように制御する制御回路を備える。
したがって、このような半導体装置を上下に2個搭載した半導体モジュールでは、一方の半導体装置については、第1のデータ入出力端子から第1のストローブ信号に応答してデータを入出力する動作をさせ、他方の半導体装置については、第2のデータ入出力端子から第2のストローブ信号に応答してデータを入出力する動作をさせることができる。
よって、従来技術のように、上下の半導体装置が共に同じDQSパッド(図4BのDQS0パッド)を使用する必要がないため、基板上での配線の引き回しが不要となる。
このことから、上下の半導体装置のいずれにおいても、基板との間の信号経路を、データ信号とストローブ信号とで等長にすることができるという効果が得られる。
本発明の一実施形態の半導体モジュールに搭載されたDRAMの回路図である。 本発明の一実施形態の半導体モジュールのボンディング関係を示す図である。 従来のDDP構造の半導体モジュールに搭載されたDRAMとASICとの接続構成を示す図である。 従来のDDP構造の半導体モジュールに搭載されたDRAMとASICとの接続構成を示す図である。 従来の単一PKG構造の半導体モジュールのボンディング構成を示す図である。 従来のDDP構造の半導体モジュールのボンディング構成を示す図である。
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の半導体モジュールは、PKG基板上に半導体装置としてのDRAMを2チップ積層したDDP構造であり、各DRAMのDQピンのピン数が16であり、×8動作と×16動作を切り替えられるものとして説明する。
本実施形態の半導体モジュールに搭載された上下のDRAMは、図1に示すように、PKG基板上のDQS0ピンに対応して設けられたDQS制御回路10Aと、PKG基板上のDQS1ピンに対応して設けられたDQS制御回路10Bと、PKG基板上のDQ0〜DQ15ピンに対応して設けられたDQ制御回路20−0〜15と、入力端子30,40とを、それぞれ有している。
ここで、入力端子30は、×16動作から×8動作への切替を指示する×8信号(語構成指定信号)が入力される語構成指定端子であり、入力端子40は、×8動作時にDQ信号を入出力するDQピンとして、EVEN側(偶数番目)のDQピンまたはODD側(奇数番目)のDQピンのいずれかを指示するDQ/DQS切替信号(第1/第2の制御信号)が入力される切替端子である。
DQ制御回路20−0〜15は、EVEN側のDQ0,2,4,6,8,10,12,14ピンに対応して設けられ×8a用信号の信号線を介してDQS制御回路10Aと接続されたDQ制御回路20−0,2,4,6,8,10,12,14と、ODD側のDQ1,3,5,7,9,11,13,15ピンに対応して設けられ×8b用信号の信号線を介してDQS制御回路10Bと接続されたDQ制御回路20−1,3,5,7,9,11,13,15とから構成されている。
また、DQ制御回路20−0〜15は、×16用信号の信号線を介してDQS制御回路10Aと接続され、上位のDQ0〜7ピンに対応して設けられたDQ制御回路20−0〜7と、×16用信号の信号線を介してDQS制御回路10Bと接続され、下位のDQ8〜15ピンに対応して設けられたDQ制御回路20−8〜15とから構成されている。
DQS制御回路10Aは、×16動作時(×8信号がDisable時)には、DQS0ピンに供給される信号を×16用信号の信号線に供給することにより、上位のDQ0〜7ピンに対応するDQ制御回路20−0〜7は、DQS0ピンに供給される信号(ストローブ信号)によって制御される。
また、DQS制御回路10Aは、×8動作時(×8信号がEnable時)に、DQ/DQS切替信号がDisable(第1の制御信号)の場合は、DQS0ピンに供給される信号を×8a用信号の信号線に供給することにより、EVEN側のDQ0,2,4,6,8,10,12,14ピンに対応して設けられたDQ制御回路20−0,2,4,6,8,10,12,14は、DQS0ピンに供給される信号によって制御される。
一方、DQS制御回路10Bは、×16動作時(×8信号がDisable時)には、DQS1ピンに供給される信号を×16用信号の信号線に供給することにより、下位のDQ8〜15ピンに対応するDQ制御回路20−8〜15は、DQS1ピンに供給される信号によって制御される。
また、DQS制御回路Bは、×8動作時(×8信号がEnable時)に、DQ/DQS切替信号がEnable(第2の制御信号)の場合は、DQS1ピンに供給される信号を×8b用信号の信号線に供給することにより、ODD側のDQ1,3,5,7,9,11,13,15ピンに対応して設けられたDQ制御回路20−1,3,5,7,9,11,13,15は、DQS1ピンに供給される信号によって制御される。
ここで、各DQ制御回路20−0〜15は、内部で×16用信号、×8a用信号、×8b用信号のORをとっており、DQS制御回路10AまたはDQS制御回路10Bを介してDQS0ピンまたはDQS1ピンに供給された信号が供給されている状態では、供給されたDQS信号にしたがって、対応するDQピンを介してDQ信号を入出力することとなる。なお、各DQ制御回路20−0〜15は、各×16用信号、×8a用信号、×8b用信号は、各信号線にDQS0ピンまたはDQS1ピンからの信号が供給されていない状態では、ロー(L)固定となる。
なお、図示していないが、図1に示したDRAMには、DQ0〜DQ15ピンとの接続部分にそれぞれデータ入出力端子が設けられていて、このうちEVEN側のDQ0,2,4,6,8,10,12,14ピンと接続されるのが第1のデータ入出力端子となり、ODD側のDQ1,3,5,7,9,11,13,15ピンと接続されるのが第2のデータ入出力端子となる。また、DQS0ピンとの接続部分に第1のストローブ端子が設けられ、DQS1ピンとの接続部分に第2のストローブ端子が設けられている。
上述したDRAMの動作につき、以下の(1)〜(3)の3つの動作があるため、これら動作について詳述する。
(1)×16動作(DRAMが1チップ)
(2)×8動作で搭載された2つのDRAMチップのうちのEVEN側のDRAMの動作:×8a動作(EVEN側のDQ0,2,4,6,8,10,12,14ピンを介してDQ信号を入出力する×8動作)
(3)×8動作で搭載された2つのDRAMチップのうちのODD側のDRAMの動作:×8b動作(ODD側のDQ1,3,5,7,9,11,13,15ピンを介してDQ信号を入出力する×8動作)
以下では、(1)〜(3)の3つの動作についてそれぞれ説明する。
(1)×16動作
×8信号がDisableの時には、DQS制御回路10Aは、DQS0ピンに供給されたDQS信号を×16用信号の信号線に供給し、DQS制御回路10Bは、DQS1ピンに供給されたDQS信号を×16用信号の信号線に供給する。
このとき、DQS0ピンから入力されるDQS信号により、DQ0〜7ピンに対応するDQ制御回路20−0〜7を動作させ、また、DQS1ピンから入力されるDQS信号により、DQ8〜15ピンに対応するDQ制御回路20−8〜15を動作させることとなり、全てのDQ0〜15ピンを介してDRAM1チップの16DQ信号を入出力する×16動作になる。
(2)×8a動作
×8信号がEnableで、かつ、DQ/DQS切替信号がDisableの時には、DQS制御回路10Aは、DQS0ピンに供給されるDQS信号を×8a用信号の信号線に供給する。
これによって、DQS0ピンから入力されるDQS信号により、EVEN側のDQ0,2,4,6,8,10,12,14ピンに対応するDQ制御回路20−0,2,4,6,8,10,12,14を動作させることができる。このとき、×16用信号および×8b用信号はL固定になるため、ODD側のDQ1,3,5,7,9,11,13,15ピンに対応するDQ制御回路20−1,3,5,7,9,11,13,15はDisableになる。
よって、2つのDRAMチップのうち、EVEN側のDRAMチップは、DQS0ピンから入力されるDQS信号にしたがって、EVEN側のDQ0,2,4,6,8,10,12,14ピンを介してDQ信号を入出力する×8動作になる。
(3)×8b動作
×8信号がEnableで、かつ、DQ/DQS切替信号がEnableの時には、DQS制御回路10Bは、DQS1ピンに供給されるDQS信号を×8b用信号の信号線に供給する。
これによって、DQS1ピンから入力されるDQS信号により、ODD側のDQ1,3,5,7,9,11,13,15ピンに対応するDQ制御回路20−1,3,5,7,9,11,13,15を動作させることができる。このとき、×16用信号および×8a用信号はL固定になるため、EVEN側のDQ0,2,4,6,8,10,12,14ピンに対応するDQ制御回路20−0,2,4,6,8,10,12,14はDisableになる。
よって、2つのDRAMチップのうち、ODD側のDRAMチップは、DQS1ピンから入力されるDQS信号にしたがって、ODD側のDQ1,3,5,7,9,11,13,15ピンを介してDQ信号を入出力する×8動作になる。
このように、(1)の×16動作時には、DQS0ピンからのDQS信号によりDQ0〜7ピンのDQ信号を、DQS1ピンからのDQS信号によりDQ8〜15ピンのDQ信号を、それぞれ制御する。
これに対して、(2)の×8動作時には、DQS0ピンからのDQS信号によりEVEN側DQピンのDQ信号を、(3)の×8動作時には、DQS1ピンからのDQS信号によりODD側DQピンのDQ信号を、それぞれ制御するように切替を行う。
ここで、図2に、図1に示したDRAMをPKG基板上に2チップ積層したDDP構造の半導体モジュールのボンディング構成を示す。
図2に示すように、DQ/DQS切替信号の設定は、ボンディングオプションとする。
図2では、上下のDRAMのうち上段のDRAM上のDQ切替パッドをPKG基板上のDQ切替パッドにボンディングして、DQ/DQS切替信号をEnableとする。これにより、上段のDRAMを×8a動作にし、下段のDRAMを×8b動作にすることができる。
上述したように本実施形態においては、上下のDRAMの各々は、×16動作から×8動作へ切り替える語構成指定信号だけでなく、×8動作時にDQ信号を入出力するDQピンを切り替える切替信号も入力され、DQSピン0からのDQS信号にしたがってEVEN側のDQピンを介してDQ信号を入出力する×8a動作と、DQSピン1からのDQS信号にしたがってODD側のDQピンを介してDQ信号を入出力する×8b動作と、が切替可能に構成されている。
したがって、下段のDRAMについては、DQSピン0からのDQS信号にしたがって×8a動作をさせ、上段のDRAMについては、DQSピン1からのDQS信号にしたがって×8b動作をさせることができる。
よって、従来技術のように、上下のDRAMが共にDQS0パッドを使用する必要がないため、PKG基板上でのDQS1ピンへの配線の引き回しが不要となる。
このことから、上下のDRAMのいずれにおいても、PKG基板との間の信号経路を、DQ信号とDQS信号とで実質的に等長にすることができるという効果が得られる。
なお、本実施形態においては、各DRAMが×16動作と×8動作を行うものとして説明したが、Nを1以上の整数とした場合に×2N動作と×N動作を行うものであり、×2N動作を行う場合には複数のDQSを用い、×N動作を行う際には複数のDQSの半分の数のDQSを用いて動作するDRAMであれば本発明はこれに限定されない。
また、DQS制御回路10A、10Bとして、各動作時に、DQS0、1ピンに供給される信号を対応する信号線に供給するものについて説明したが、DQSを増幅しなおしたり、波形整形した後に対応する各信号線に供給しても良い。
10A,10B DQS制御回路
20−0〜15 DQ制御回路
30 入力端子(語構成指定端子)
40 入力端子(切替端子)

Claims (6)

  1. 第1のデータ入出力端子と、
    第2のデータ入出力端子と、
    前記第1のデータ入出力端子に対応して設けられ第1のストローブ信号が供給されるべき第1のストローブ端子と、
    前記第2のデータ入出力端子に対応して設けられ第2のストローブ信号が供給されるべき第2のストローブ端子と、
    第1の語構成が指定されるときには、前記第1のデータ入出力端子と前記第2のデータ入出力端子から前記第1のストローブ信号及び前記第2のストローブ信号に応答してデータの入出力が行われるよう制御し、第2の語構成が指定されると共に第1の制御信号が供給されるときには、前記第1のデータ入出力端子から前記第1のストローブ信号に応答してデータの入出力が行われるように制御し、前記第2の語構成が指定されると共に第2の制御信号が供給されるときには、前記第2のデータ入出力端子から前記第2のストローブ信号に応答してデータの入出力が行われるように制御する制御回路と、を備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記第1のデータ入出力端子は複数のデータ入出力端子によって構成されると共に前記第1のデータ入出力端子の個数と前記第2のデータ入出力端子の個数は同一であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記第1の語構成と前記第2の語構成を指定するための語構成指定端子をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の半導体装置。
  4. 前記第1の制御信号及び前記第2の制御信号を供給するための切替端子をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 基板と、
    前記基板上に積層され、DQS信号にしたがってDQ信号を入出力する2個の半導体装置と、備える半導体モジュールであって、
    前記基板は、
    DQ信号が入出力されるN(Nは偶数の自然数)個のDQピンと、
    DQS信号が入力される第1および第2のDQSピンと、を有し、
    前記2個の半導体装置の各々は、
    ×N動作から×M(M=N/2)動作への切替を指示する語構成指定信号が入力される語構成指定端子と、
    ×M動作時にDQ信号を入出力するDQピンとして、N個のDQピンのうちの偶数番目のDQピンまたは奇数番目のDQピンのいずれかを指示するDQ/DQS切替信号が入力されるDQ/DQS切替端子と、
    前記N個のDQピンに対応して設けられ、前記第1または第2のDQSピンを介してDQS信号が供給されると、供給されたDQS信号にしたがって、対応するDQピンを介してDQ信号を入出力するN個のDQ制御回路と、
    前記第1のDQSピンに対応して設けられ、×M動作時に、前記DQ/DQS切替信号が偶数番目のDQピンを指示している場合、偶数番目のDQピンに対応するDQ制御回路に前記第1のDQSピンに供給されたDQS信号を供給する第1のDQS制御回路と、
    前記第2のDQSピンに対応して設けられ、×M動作時に、前記DQ/DQS切替信号が奇数番目のDQピンを指示している場合、奇数番目のDQピンに対応するDQ制御回路に前記第2のDQSピンに供給されたDQS信号を供給する第2のDQS制御回路と、を有することを特徴とする半導体モジュール。
  6. 前記第1のDQS制御回路は、
    ×N動作時に、N個のDQピンのうちの上位のM個のDQピンに対応するDQ制御回路に前記第1のDQSピンに供給されたDQS信号を供給し、
    前記第2のDQS制御回路は、
    ×N動作時に、N個のDQピンのうちの下位のM個のDQピンに対応するDQ制御回路に前記第2のDQSピンに供給されたDQS信号を供給することを特徴とする請求項5記載の半導体モジュール。
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