JP2012064892A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device.
半導体集積回路は、プリント回路基板(PCB:Printed Circuit Board)に複数の半導体チップが実装されて構成され、これら複数の半導体チップが例えば1つのシステムを構成する。システム全体で安定した動作のために、電源ネットワークの最適化を行うが、電源設計の評価や検討を時間軸で行うことは非常に困難である。このため、例えば、電圧供給源に接続された電源ライン−接地ライン間のインピーダンスを周波数領域で解析し、インピーダンスを許容値以下に抑えることで、時間軸領域での電圧変動の最適化を図る手法が用いられる。そして、システムのインピーダンス解析により、その値がターゲット以下となるように、シリコン基板、パッケージ、或いはPCBなどにデカップリングキャパシタを複数個搭載し、電源ネットワークの最適化を図っている。 A semiconductor integrated circuit is configured by mounting a plurality of semiconductor chips on a printed circuit board (PCB), and the plurality of semiconductor chips configure one system, for example. The power supply network is optimized for stable operation of the entire system, but it is very difficult to evaluate and examine the power supply design on a time axis. For this reason, for example, by analyzing the impedance between the power supply line and the ground line connected to the voltage supply source in the frequency domain, and suppressing the impedance below the allowable value, a method for optimizing the voltage fluctuation in the time axis domain Is used. Then, a plurality of decoupling capacitors are mounted on a silicon substrate, a package, a PCB, or the like so that the value is equal to or less than the target by analyzing the impedance of the system to optimize the power supply network.
これらのデカップリングキャパシタは、対象デバイスにできるだけ近接して配置し、電流ループをできるだけ小さく保つことにより、最善の効果を得ることができる。このため、一般的には、対象デバイスの直下のPCB上へデカップリングキャパシタを複数個搭載する対策が取られているが、パッケージの半田ボール(バンプ)が狭ピッチ化するのに伴い、デカップリングキャパシタを搭載する領域を確保することが困難になりつつある。また、PCBにデカップリングキャパシタを搭載する領域を設けることにより、PCB上の信号線を作製する際に、配線できなかったり、迂回を余儀なくされるなど、配線を作製する工程への影響も大きくなっている。 These decoupling capacitors are placed as close as possible to the target device, and the best effect can be obtained by keeping the current loop as small as possible. For this reason, in general, measures are taken to mount a plurality of decoupling capacitors on the PCB directly under the target device. However, as the solder balls (bumps) of the package become narrower in pitch, decoupling is performed. It is becoming difficult to secure an area for mounting a capacitor. Also, by providing an area for mounting a decoupling capacitor on the PCB, when producing a signal line on the PCB, the influence on the production process of the wiring is increased, such as being unable to wire or being forced to bypass. ing.
また、PCBやパッケージ内部にデカップリングキャパシタを埋め込む手法もとられるが、このような構造では後から特性を調整することができない。また、デカップリングキャパシタが故障した際には、部品だけを交換することができないため、パッケージ全体若しくはPCB全体を不良品として交換しなければならず、コストの増大を招く結果となる。 Further, although a method of embedding a decoupling capacitor in a PCB or a package is used, the characteristics cannot be adjusted later in such a structure. In addition, when the decoupling capacitor fails, it is not possible to replace only the components, so the entire package or the entire PCB must be replaced as a defective product, resulting in an increase in cost.
実施形態は、電源電圧の変動に対して高い効果が得られるデカップリングキャパシタを搭載可能な半導体装置を提供する。 The embodiment provides a semiconductor device in which a decoupling capacitor capable of obtaining a high effect against fluctuations in power supply voltage can be mounted.
実施形態に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板を貫通し、かつ電源ライン及び接地ラインに電気的に接続された複数の貫通電極と、前記半導体基板の裏面に設けられ、かつ前記複数の貫通電極に電気的に接続され、かつデカップリングキャパシタが実装される複数の端子とを具備する。 The semiconductor device according to the embodiment is provided with a semiconductor substrate, a plurality of through electrodes that penetrate the semiconductor substrate and are electrically connected to a power supply line and a ground line, the back surface of the semiconductor substrate, and the plurality of the plurality of through electrodes And a plurality of terminals that are electrically connected to the through electrode and on which a decoupling capacitor is mounted.
以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率などは必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置などによって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the drawings are schematic or conceptual, and the dimensions and ratios of the drawings are not necessarily the same as the actual ones. Further, even when the same portion is represented between the drawings, the dimensional relationship and ratio may be represented differently. In particular, the following embodiments exemplify an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention depends on the shape, structure, arrangement, etc. of components. Is not specified. In the following description, elements having the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.
図1は、実施形態に係る半導体パッケージ(半導体装置)10の構成を示す断面図である。パッケージ基板(インターポーザ)11の内部には、電源ライン(VDDライン)12、接地ライン(VSSライン)13、及び信号線を含む複数の配線が設けられている。VDDライン12には、電源電圧VDDが供給される。VSSライン13には、接地電圧VSSが供給される。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor package (semiconductor device) 10 according to an embodiment. Inside the package substrate (interposer) 11, a plurality of wirings including a power supply line (VDD line) 12, a ground line (VSS line) 13, and a signal line are provided. The power supply voltage VDD is supplied to the
インターポーザ11の表面には、半導体チップ20がフリップチップ接続されている。すなわち、インターポーザ11の表面と半導体チップ20の表面とが向き合うようにして、半導体チップ20は、複数の突起状電極(バンプ)を介してインターポーザ11に実装(マウント)されている。
A
半導体チップ20は、例えば樹脂からなるモールド(封止材)15によってインターポーザ11上に封止されている。具体的には、インターポーザ11と半導体チップ20との間がモールド15によって満たされ、かつ半導体チップ20の裏面及び側面がモールド15によって覆われている。インターポーザ11の裏面には、インターポーザ11内の配線に電気的に接続されるようにして、複数のバンプ14が設けられている。以上のようにして、半導体パッケージ10が構成される。
The
図2は、図1に示した半導体チップ20をより詳細に示している。例えばシリコン基板からなる半導体基板23の表面には、半導体素子や配線を含む半導体回路24が設けられている。半導体回路24は、電源電圧VDDが供給されるVDDライン、及び接地電圧VSSが供給されるVSSラインを備えている。図2では、半導体基板23の下側の面が表面に対応し、半導体基板23の上側の面が裏面に対応する。
FIG. 2 shows the
半導体回路24上(図2では下側)には、半導体チップ20をインターポーザ11に電気的に接続するための複数のバンプ25が設けられている。このバンプ25は図1には図示していないが、半導体チップ20のバンプ25がインターポーザ11の表面に接するようにして、半導体チップ20がインターポーザ11上に実装される。
A plurality of
半導体基板23内には、これを上下に貫通する複数の貫通電極21が設けられている。半導体基板23の裏面には、絶縁膜26を介して、デカップリングキャパシタを実装するための複数の端子22が設けられている。複数の貫通電極21の一端は、複数の端子22に電気的に接続され、複数の貫通電極21の他端は、半導体回路24及びバンプ25を介してインターポーザ11内のVDDライン12及びVSSライン13に電気的に接続されている。以上のようにして、半導体チップ20が構成される。
A plurality of through
図3は、半導体パッケージ10が実装された半導体集積回路30の一例を示す断面図である。プリント回路基板(プリント配線基板)31内には、電源ライン(VDDライン)32、接地ライン(VSSライン)33、及び信号線を含む複数の配線が設けられている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the semiconductor integrated
プリント回路基板31上には、電源回路34が設けられている。電源回路34は、プリント回路基板31のVDDライン32に電源電圧VDDを供給し、VSSライン33に接地電圧VSSを供給する。
A
また、プリント回路基板31上には、図1に示した半導体パッケージ10が実装されている。半導体パッケージ10は、これのバンプ14がプリント回路基板31の配線に電気的に接続されるように配置される。また、プリント回路基板31内のVDDライン32及びVSSライン33はそれぞれ、半導体パッケージ10内のVDDライン12及びVSSライン13にバンプ14を介して電気的に接続されている。半導体チップ20の端子22には、デカップリングキャパシタ40が電気的に接続されている。以上のようにして、半導体集積回路30が構成される。
Further, the
次に、デカップリングキャパシタ40を半導体チップ20に実装する方法について説明する。図4は、デカップリングキャパシタ40が実装された半導体チップ20の構成を示す断面図である。
Next, a method for mounting the
半導体パッケージ10や他のデバイスをプリント回路基板31に実装して半導体集積回路30を作製した後に、システム全体の電源解析を行う。その結果として、追加のデカップリングキャパシタ40が必要であると判断されたものとする。
After the
パッケージ作製時には、図1に示すように、半導体チップ20や端子22は、モールド15で覆われている。まず、図4に示すように、モールド15を研磨し、デカップリングキャパシタ40を実装するための複数の端子22を露出させる。続いて、電源解析によって必要と判断された容量を実現するための所定数のデカップリングキャパシタ40を端子22に実装する。回路構成としては、この所定数のデカップリングキャパシタ40は、VDDライン12とVSSライン13との間に並列に接続される。
When the package is manufactured, as shown in FIG. 1, the
デカップリングキャパシタ40は、VDDライン12とVSSライン13との間に接続され、電源電圧の変動を抑えてジッタやノイズを低減するものである。このため、半導体チップ20の裏面には、VDDライン12に電気的に接続された複数の端子22と、VSSライン13に電気的に接続された複数の端子22とが交互に一方向に沿って並んでいる。そして、各デカップリングキャパシタ40は、VDDライン12に電気的に接続された1個の端子22と、VSSライン13に電気的に接続された1個の端子22とに電気的に接続される。
The
次に、半導体チップ20に備えられる端子22のサイズ及びレイアウトについて説明する。コスト低減を図るために、汎用キャパシタをデカップリングキャパシタ40として使用することを考える。汎用キャパシタは、容量に応じてサイズが予め決まっている。
Next, the size and layout of the
一方で、半導体パッケージ10が実装される半導体集積回路30の仕様や構成に応じて、システム全体の電源解析によって必要とされる容量は変わってくる。また、算出された容量を実現するために、サイズの異なる、すなわち容量の異なる複数種類の汎用キャパシタを組み合わせることが必要となる。
On the other hand, the capacity required by the power supply analysis of the entire system varies depending on the specifications and configuration of the semiconductor integrated
図5は、半導体チップ20の平面図の一例である。汎用キャパシタとしてのデカップリングキャパシタ40−1は、VDDライン12に電気的に接続された電源端子22A−1と、VSSライン13に電気的に接続された接地端子22B−1とに電気的に接続されている。汎用キャパシタとしてのデカップリングキャパシタ40−1のサイズが予め分かっているため、電源端子22A−1及び接地端子22B−1からなるペアは、デカップリングキャパシタ40−1のサイズに合わせて、サイズ及びレイアウトが決定される。
FIG. 5 is an example of a plan view of the
また、デカップリングキャパシタ40−1とサイズが異なる汎用キャパシタであるデカップリングキャパシタ40−2は、VDDライン12に電気的に接続された電源端子22A−2と、VSSライン13に電気的に接続された接地端子22B−2とに電気的に接続されている。電源端子22A−2及び接地端子22B−2からなるペアは、デカップリングキャパシタ40−2のサイズに合わせて、サイズ及びレイアウトが決定される。
The decoupling capacitor 40-2, which is a general-purpose capacitor having a size different from that of the decoupling capacitor 40-1, is electrically connected to the
このように、本実施形態では、半導体チップ20に設けられる端子22として、複数種類の汎用キャパシタのサイズに合わせて、複数種類のサイズ及びレイアウトを有する端子が用意されている。
As described above, in the present embodiment, as the
(実施例1)
図6は、実施例1に係る半導体パッケージ10の構成を示す断面図である。図6に示すように、半導体パッケージ10の作製が完了した段階で、デカップリングキャパシタ40用の端子22をモールド15で覆うことなく、最初から露出させておいても良い。
Example 1
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
すなわち、モールド15で半導体チップ20をインターポーザ11上に封止する製造工程において、モールド15は、その上面が端子22の上面より低くなるように形成される。これは、モールド15の材料である樹脂の量を調整すればよい。これにより、モールド15を形成した状態で、端子22が露出される。そして、半導体パッケージ10が半導体集積回路30に実装された段階で、必要な数のデカップリングキャパシタ40が端子22に接続される。
That is, in the manufacturing process of sealing the
実施例1では、システム(半導体集積回路30)全体の電源解析によってデカップリングキャパシタ40が必要となった場合に、モールド15を研磨する工程を省くことができる。これにより、製造コストを低減することができる。
In the first embodiment, when the
(実施例2)
システム全体の電源解析によって必要となったデカップリングキャパシタ40を半導体チップ20に実装した後に、半導体チップ20及びデカップリングキャパシタ40をモールド15で覆うようにしてもよい。
(Example 2)
The
まず、図7に示すように、半導体チップ20がモールド15で覆われていない状態で、半導体パッケージ10をプリント回路基板31に実装する。続いて、システム全体の電源解析を行い、必要な容量を実現するデカップリングキャパシタ40を算出する。続いて、デカップリングキャパシタ40を半導体チップ20に実装する。
First, as shown in FIG. 7, the
続いて、図8に示すように、端子22及びデカップリングキャパシタ40を覆うようにして、半導体チップ20をインターポーザ11上に封止する。実施例2では、モールド15を形成する工程が1回で済むとともに、端子22及びデカップリングキャパシタ40をモールド15で被覆することが可能となる。
Subsequently, as shown in FIG. 8, the
以上詳述したように本実施形態では、半導体チップ20の半導体基板23内に、これを貫通し、かつVDDライン及びVSSラインに電気的に接続された複数の貫通電極21を設ける。さらに、半導体チップ20の裏面に、貫通電極21に電気的に接続され、かつデカップリングキャパシタ40を実装するための複数の端子22を設ける。そして、半導体チップ20の表面がインターポーザ11と向き合うにようにして、半導体チップ20とインターポーザ11とをバンプ25を介してフリップチップ接続するようにしている。
As described above in detail, in the present embodiment, a plurality of through
従って本実施形態によれば、デカップリングキャパシタ40を半導体チップ20の近傍に配置することができる。これにより、電源電圧の安定化に対して高い効果が得られるため、半導体チップ20が実装されるシステム(半導体集積回路30)全体に対してジッタやノイズの低減が可能となる。結果として、半導体集積回路30の誤動作を防ぐことができる。
Therefore, according to the present embodiment, the
また、ボードサイズの変更等、システム側の都合により、搭載される最適なデカップリングキャパシタの変更が必要な場合でも、パッケージを再設計することなくデカップリングキャパシタを追加することが可能である。これにより、製造コストが低減できる。 Further, even when it is necessary to change the optimal decoupling capacitor to be mounted due to the convenience of the system, such as changing the board size, it is possible to add a decoupling capacitor without redesigning the package. Thereby, manufacturing cost can be reduced.
また、デカップリングキャパシタ40は半導体パッケージ10の表面(すなわち、半導体チップ20の裏面)に実装されるので、デカップリングキャパシタ40が何らかの理由で破損した場合でも、デカップリングキャパシタ40の交換が容易に行える。よって、デカップリングキャパシタ40の破損に対して半導体パッケージ10全体を交換する必要がなくなるので、製造コストを低減することが可能となる。
Further, since the
また、汎用キャパシタのサイズに合わせて端子22のサイズ及びレイアウトを決定している。さらに、複数種類の汎用キャパシタを搭載できるようにするために、汎用キャパシタに合わせた複数種類のサイズ及びレイアウトを有する複数の端子22を半導体チップ20に設けるようにしている。これにより、汎用キャパシタを使用しつつ、最適な容量に対応した複数のデカップリングキャパシタ40を半導体チップ20に実装することができる。
Further, the size and layout of the terminal 22 are determined in accordance with the size of the general-purpose capacitor. Further, in order to be able to mount a plurality of types of general-purpose capacitors, a plurality of
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…半導体パッケージ、11…インターポーザ、12,32…電源ライン、13,33…接地ライン、14,25…バンプ、15…モールド、20…半導体チップ、21…貫通電極、22…端子、23…半導体基板、24…半導体回路、26…絶縁膜、30…半導体集積回路、31…プリント回路基板、34…電源回路、40…デカップリングキャパシタ。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記半導体基板を貫通し、かつ電源ライン及び接地ラインに電気的に接続された複数の貫通電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられ、かつ前記複数の貫通電極に電気的に接続され、かつデカップリングキャパシタが実装される複数の端子と、
を具備することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A plurality of through electrodes penetrating the semiconductor substrate and electrically connected to a power line and a ground line;
A plurality of terminals provided on the back surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the plurality of through electrodes, and on which a decoupling capacitor is mounted;
A semiconductor device comprising:
前記半導体基板を貫通し、かつ電源ライン及び接地ラインに電気的に接続された複数の貫通電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられ、かつ前記複数の貫通電極に電気的に接続された複数の端子と、
前記複数の端子に電気的に接続された複数のデカップリングキャパシタと、
を具備することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A plurality of through electrodes penetrating the semiconductor substrate and electrically connected to a power line and a ground line;
A plurality of terminals provided on the back surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the plurality of through electrodes;
A plurality of decoupling capacitors electrically connected to the plurality of terminals;
A semiconductor device comprising:
前記複数のペアのサイズは、前記デカップリングキャパシタのサイズに応じて複数種類用意されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置。 The plurality of terminals are composed of a plurality of pairs each having a plurality of first terminals electrically connected to the power supply line and a plurality of second terminals electrically connected to the ground line,
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of types of sizes of the plurality of pairs are prepared according to the size of the decoupling capacitor.
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Cited By (1)
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CN104851862A (en) * | 2014-02-19 | 2015-08-19 | 瑞萨电子株式会社 | Electronic device |
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- 2010-09-17 JP JP2010210000A patent/JP2012064892A/en not_active Withdrawn
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