JP2022152146A - 集積回路装置、デバイス及び製造方法 - Google Patents

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circuit
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巨樹 井伊
Masaki Ii
洋佑 板坂
Yosuke Itasaka
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Abstract

【課題】パッドに重なるように回路を配置して小面積化を実現しながらパッドと当該回路を電気的に接続する適切な引き出し配線を実現できる集積回路装置等の提供。【解決手段】集積回路装置20は、長手方向及び短手方向を有する形状のパッド2と、平面視においてパッド2と重なると共に、パッド2に電気的に接続される回路8と、パッド2の短手方向DSに沿って、パッド2の長手側の外縁EDLから引き出される引き出し配線5と、引き出し配線5と回路8の配線7とを電気的に接続し、平面視においてパッド2に重ならないビア群6を含む。【選択図】図1

Description

本発明は、集積回路装置、デバイス及び製造方法等に関する。
集積回路装置においては外部接続のためのパッドが設けられる。例えば特許文献1には、集積回路装置の側縁に沿って設けられるパッドを、ワイヤーボンディング時の超音波の振動方向に沿った長辺を有する長方形状に形成する手法が開示されている。特許文献1では、平面視において超音波の振動方向に長い略楕円形状をなすワイヤーボンディングの接続部に対応したパッド形状を提供し、これにより集積回路装置の小型化を実現している。
特開平6-333974公報
しかしながら、特許文献1のような構成において、平面視においてパッドに重なるように回路を配置した場合に、当該回路への適切な配線の引き出し手法については提案されていなかった。
本開示の一態様は、長手方向及び短手方向を有する形状のパッドと、平面視において前記パッドと重なると共に、前記パッドに電気的に接続される回路と、前記パッドの前記短手方向に沿って、前記パッドの長手側の外縁から引き出される引き出し配線と、前記引き出し配線と前記回路の配線とを電気的に接続し、前記平面視において前記パッドに重ならないビア群と、を含む集積回路装置に関係する。
本開示の他の態様は、集積回路装置と前記集積回路装置が収容されるパッケージとを含むデバイスの製造方法であって、前記集積回路装置の製造工程と、前記集積回路装置を前記パッケージに実装する実装工程と、を含み、前記製造工程では、長手方向及び短手方向を有する形状のパッドと、平面視において前記パッドと重なると共に、前記パッドに電気的に接続される回路と、前記パッドの前記短手方向に沿って、前記パッドの長手側の外縁から引き出される引き出し配線と、前記引き出し配線と前記回路の配線とを電気的に接続し、前記平面視において前記パッドに重ならないビア群とを、前記集積回路装置の能動面に形成し、前記実装工程では、前記集積回路装置の前記パッドにバンプを形成し、前記パッケージの面に前記能動面が対向するように前記集積回路装置を配置し、前記パッドの前記長手方向を振動方向とする超音波接合により、前記パッケージの面に設けられる端子と、前記パッドに形成された前記バンプとを接続する製造方法に関係する。
本実施形態の集積回路装置のパッド領域における断面図。 本実施形態の集積回路装置のパッド領域における平面図。 入力パッドのレイアウト配置例。 出力パッドのレイアウト配置例。 グランドパッドのレイアウト配置例。 複数の引き出し配線をパッドから配線する場合のレイアウト配置例。 パッドに形成されたバンプの説明図。 超音波接合における問題点の説明図。 パッドの構造例を示す図。 本実施形態の集積回路装置の構成例。 基準電圧生成回路の構成例。 基準電圧生成回路の他の構成例。 集積回路装置のレイアウト配置例。 本実施形態のデバイスである発振器の構造例。 本実施形態の製造方法の製造工程図。
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲の記載内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。
1.パッドの引き出し配線
図1に本実施形態の集積回路装置20についてのパッド領域における断面図を示し、図2にパッド領域における平面図を示す。本実施形態の集積回路装置20は、パッド2と、引き出し配線5と、ビア群6を含む。図2に示すようにパッド2は、長手方向及び短手方向を有する形状のパッドである。例えばパッド2が四辺形である場合には、パッド2は長辺と短辺を有する長方形の形状になっている。なおパッド2の形状は、長方形には限定されず、例えば楕円、長円を内包する形状であればよく、例えば六角形や八角形などの辺の数が5つ以上の多角形や、略楕円の形状などであってもよい。例えばパッド2のコーナー部を面取り形状にしてもよく、これによりコーナー部への応力集中等が緩和できるようになる。またパッド2の領域は、パッド2を構成する金属層のうち集積回路装置20の能動面において露出している領域である。例えば図1においてパッド2は、最上層のアルミ等の金属層ALEにより構成されている。そして金属層ALEのうち、金属層ALEを覆うように形成される酸化膜であるパシベーション膜3から露出している開口部分の領域がパッド2の領域になる。
そして図1、図2では、平面視においてパッド2と重なると共にパッド2に電気的に接続される回路8が設けられている。回路8は例えば所定の機能を有する機能回路である。回路は、例えば複数の回路素子により構成される。回路素子は、トランジスター等の能動素子や、抵抗、キャパシター等の受動素子である。例えば図1では、回路8は、P型のウェルPWLに形成されたN型のトランジスターと、N型のウェルNWLに形成されたP型のトランジスターを含んでいる。なお図1はパッド2と回路8の配置関係を模式的に示すものであり、実際には、パッド2のレイアウト面積に対する回路8のトランジスター等のレイアウト面積は十分に小さく、パッド2の下方には、回路8を構成する必要な個数のトランジスター等の回路素子が配置される。
また平面視は、図1の方向DRでの平面視であり、例えば集積回路装置20を構成する半導体基板に直交する方向から見た平面視である。図2に示すように回路8は平面視においてパッド2に重なるように配置されている。例えば半導体基板に向かう方向DRを下方向とした場合に、回路8はパッド2の下方に配置される。そしてパッド2と回路8は、引き出し配線5、ビア群6等を介して電気的に接続されている。このようにパッド2に平面視に重なるように回路8を配置することで、集積回路装置20のレイアウトの小面積化を実現できる。
また引き出し配線5は、図2に示すように、パッド2の短手方向DSに沿って、パッド2の長手側の外縁EDLから引き出される配線である。例えば図2において外縁EDLはパッド2の長手方向DLに沿った外縁であり、外縁EDSはパッド2の短手方向DSに沿った外縁である。パッド2が長方形の形状である場合には、長手側の外縁EDLはパッド2の長辺であり、長手方向DLは長辺に沿った方向である。また短手側の外縁EDSはパッド2の短辺であり、短手方向DSは短辺に沿った方向である。そして図1に示すように引き出し配線5は、パッド2と同じ層の金属層ALEにより構成されている。例えば引き出し配線5は、パッド2の金属層ALEをパッド2の短手方向DSに沿って延在させて引き出した配線である。
ビア群6は、引き出し配線5と回路8の配線7とを電気的に接続する。そしてビア群6は、平面視においてパッド2と重ならないように設けられる。例えば引き出し配線5と配線7を電気的に接続するビア群6は、パッド2の下方には配置されず、パッド2の外縁EDLから短手方向DSに引き出された引き出し配線5の下方に配置される。例えば図1、図2では集積回路装置20は5層の金属層ALA~ALEを有する。金属層ALA~ALEは例えばアルミ又はアルミ合金の金属層である。なお金属層の数は5には限定されず、4以下であってもよいし、6以上であってもよい。そしてビア群6は、これらの金属層の間を接続する複数のビアを含む。ビアは例えばビア配線とも呼ばれ、ビアホールと金属のプラグにより構成される。例えばビア群6は、金属層ALEと金属層ALDを接続するビア、金属層ALDと金属層ALCを接続するビア、金属層ALCと金属層ALBを接続するビアなどを含む。これらの複数のビアは、引き出し配線5の下方において、例えば方向DRに沿って並んで設けられる。これらの複数のビアを含むビア群6により、引き出し配線5を構成する金属層ALEと配線7を構成する金属層ALBとが電気的に接続される。そして配線7は、一端がビア群6のビアに接続され、他端が回路8に電気的に接続される。例えば配線7は、他端が回路8を構成する回路素子に接続される。例えば配線7は、回路素子であるトランジスターのドレイン、ソース又はゲート等や、受動素子である抵抗やキャパシターの一端に電気的に接続される。なお図1では金属層ALBで構成される配線7を示しているが、ビア群6と回路8を電気的に接続する配線は、例えば金属層ALA、ALC等の他の金属層で構成される配線であってもよい。
以上のように本実施形態では、平面視においてパッド2に重なるように回路8が配置される。これによりパッド2の領域を有効利用して回路8を配置できるため、集積回路装置20の小面積化を実現できる。即ち回路8をパッド2の領域に配置することで、パッド2の領域の外に回路8が配置される場合に比べて、回路8の面積の分だけ集積回路装置20の小面積化を図れる。またパッド2は、長手方向及び短手方向を有する形状となっているため、集積回路装置20の実装時にパッド2の長手方向に沿った力が働いた場合にも、配線のショートや断線等の不具合が発生するのを抑制できる。例えば実装時において後述するような超音波接合を行う場合に、超音波の振動方向がパッド2の長手方向になるようにすることで、超音波の振動が原因で配線のショート等が発生するのを抑制できるようになる。そして本実施形態では、更に、パッド2の長手側の外縁EDLからパッド2の短手方向DSに沿って引き出し配線5を引き出し、この引き出し配線5と回路8の配線7とを、ビア群6により電気的に接続している。このようにすれば、集積回路装置20の実装時にパッド2の長手方向に沿った力が働いた場合にも、引き出し配線5やビア群6にダメージが加わって、ショートや断線等が発生するリスクについても抑制できるようになる。従って、パッド2に重なるように配置した回路8にパッド2を電気的に接続するための引き出し配線5やビア群6にダメージが加わるのを抑制できる集積回路装置20の提供が可能になる。即ち、パッド2に重なるように回路8を配置して集積回路装置20の小面積化を実現しながらパッド2と当該回路8を電気的に接続する適切な引き出し配線5を実現できるようになる。なお本実施形態の比較例の手法として、パッド2の直下にビアを設け、このビアを介してパッド2と回路8とを接続する手法も考えられる。しかしながら、パッド2の直下にビアを配置すると、パッド2の金属層ALEが剥がれたり、ビアにダメージが加わるなどの問題が発生するおそれがある。この点、本実施形態ではビア群6は、平面視においてパッド2と重ならない場所に設けられるため、このような問題の発生を防止できる。
また図1に示すように、配線7は、パッド2の金属層ALEより下層の金属層ALBの配線であり、配線7は、平面視において一部がパッド2と重なる。このような配線7を設けることで、パッド2からの引き出し配線5が、ビア群6を介して配線7の一端に接続され、配線7の他端が回路8に接続されることで、パッド2に重なるように配置される回路8の回路素子に対してパッド2を電気的に接続できるようになる。従って、パッド2に電気的に接続される回路8を、平面視においてパッド2に重なるように配置できるようになり、集積回路装置20の小面積化を実現できる。
また図1では、配線7は、パッド2の金属層ALEよりも一層以上間隔をあけて配置される金属層ALBの配線になっている。例えばパッド2の金属層ALEの直下の金属層ALDではなく、パッド2の金属層ALEよりも一層以上間隔をあけて配置される金属層ALBにより、回路8の配線7が構成される。なお図1では金属層ALBにより配線7が構成されているが、パッド2の金属層ALEよりも一層以上間隔をあけて配置される金属層ALCや金属層ALAにより配線7を構成してもよい。例えば回路8の配線7を、パッド2の金属層ALEの直下の金属層ALDにより構成すると、実装時等にパッド2に加重が加わった場合などにおいて、配線7がダメージを受けて、断線等の不具合が発生してしまうおそれがある。この点、パッド2の金属層ALEよりも一層以上間隔をあけて配置される金属層ALB、金属層ALC又は金属層ALAにより、回路8の配線7を構成すれば、配線7がダメージを受けて不具合が発生してしまうのを抑制でき、信頼性等を向上できる。例えば本実施形態では、パッド2からの引き出し配線5と配線7とを、ビア群6の複数のビアにより電気的に接続しているため、パッド2の金属層ALEよりも一層以上間隔をあけて配置される金属層ALB、金属層ALC又は金属層ALAにより、回路8の配線7を構成することが可能になる。
また図2に示すように、引き出し配線5は、パッド2の長手方向DLが長手方向となる形状を有する。例えば引き出し配線5は、パッド2の長手方向DLが長手方向となり、パッド2の短手方向DSが短手方向となる形状を有する。例えば図2においてパッド2の長手方向DLは紙面において縦方向であり、パッド2の短手方向DSは紙面において横方向であり、パッド2は縦方向の長さが横方向の長さよりも長い形状になっている。そして引き出し配線5についても、同様に、縦方向の長さが横方向の長さよりも長い形状になっている。このようにすれば、パッド2の長手側の外縁EDLから、横方向に短い長さの引き出し配線5を引き出して、ビア群6を介して、引き出し配線5を回路8の配線7に接続できるようになる。そして引き出し配線5の縦方向の長さを長くすることで、引き出し配線5の領域に設けられるビアの数を増やすことが可能になり、静電気に対する耐性の向上や配線の低インピーダンス化等を実現できる。
また図2に示すようにビア群6の複数のビアは、引き出し配線5の長手方向に沿って並んで設けられる。例えば図2では、複数列のビア群が、引き出し配線5の長手方向に沿って設けられており、具体的には3列のビア群が設けられている。なおビア群の列数は3列には限定されず、1列でもよいし、4列以上であってもよい。このように、ビア群6の複数のビアを、引き出し配線5の長手方向に沿って並んで設けることで、引き出し配線5と回路8の配線7を電気的に接続するためのビア群6の数を増やすことが可能になる。これにより、静電気に対する耐性の向上や配線の低インピーダンス化等を実現でき、集積回路装置20の信頼性等を向上できる。
また図2のA1、A2に示すように、引き出し配線5は、平面視においてコーナー部が面取りされた形状を有している。例えば引き出し配線5は、A1、A2に示すようにコーナー部が面取りされることで、図2の紙面において縦方向を長辺方向とし、横方向を短辺方向とする略長方形の形状になっている。図2ではA1に示す右上方向のコーナー部とA2に示す右下方向のコーナー部が面取りされている。このように引き出し配線5のコーナー部が面取りされた形状になることで、例えばパッド2に静電気が印加されたときに、コーナー部に電荷が集中して、発熱等による破壊等が発生するのを抑制できるようになる。これにより集積回路装置20の信頼性等の向上を図れる。
また本実施形態のパッド2は、例えば図3に示すように、入力信号が入力される入力パッドPIである。そして平面視において入力パッドPIに重なるように配置される回路8は、入力パッドPIから入力信号が入力されるI/O回路22である。I/O回路22は、入力信号が入力されてバッファリングする入力バッファー回路等を含み、バッファリングした入力信号を、集積回路装置20の内部の回路に出力する。このようにすれば、入力パッドPIへの入力信号を、引き出し配線5、ビア群6、配線7を介してI/O回路22に入力できるようになる。そして入力パッドPIは、長手方向及び短手方向を有する形状になっており、引き出し配線5は入力パッドPIの長手側の外縁EDLから引き出されている。従って、集積回路装置20の実装時等において入力パッドPIの長手方向に沿った力が働いた場合にも、ショート等の不具合が発生したり、引き出し配線5やビア群6にダメージが加わるのを抑制できるようになる。また入力パッドPIの領域を有効活用してI/O回路22を配置できるため、I/O回路22を入力パッドPIの領域の外に配置する場合に比べて、集積回路装置20の小面積化を図れるようになる。なお図3では、平面視において入力パッドPIと重なるように静電気保護回路21や電源安定化キャパシターなども配置されている。これにより入力パッドPIの領域を有効活用した集積回路装置20の更なる小面積化を実現できる。
また本実施形態のパッド2は、例えば図4に示すように、出力信号を出力する出力パッドPQである。そして平面視において出力パッドPQに重なるように配置される回路8は、出力パッドPQに出力信号を出力する出力バッファー回路52である。出力バッファー回路52は、例えば集積回路装置20の内部の回路からの出力信号をバッファリングして出力パッドPQに出力する。このようにすれば、出力バッファー回路52からの出力信号を、配線7、ビア群6、引き出し配線5を介して出力パッドPQから出力できるようになる。そして出力パッドPQは、長手方向及び短手方向を有する形状になっており、引き出し配線5は出力パッドPQの長手側の外縁EDLから引き出されている。従って、集積回路装置20の実装時等において出力パッドPQの長手方向に沿った力が働いた場合にも、ショート等の不具合が発生したり、引き出し配線5やビア群6にダメージが加わるのを抑制できるようになる。また出力パッドPQの領域を有効活用して出力バッファー回路52を配置できるため、集積回路装置20の小面積化を図れるようになる。また出力バッファー回路52が例えば高い周波数のクロック信号等の出力信号を出力する場合には、出力バッファー回路52はノイズ源になってしまう。この点、図4では、ノイズ源となる出力バッファー回路52を覆うように出力パッドPQが配置されるため、出力パッドPQの金属層がシールド層になって、ノイズ源が、集積回路装置20の他の回路に及ぶのを抑制できる。従って、出力バッファー回路52からのノイズを原因とする集積回路装置20の性能低下も抑制できるようになる。
また本実施形態のパッド2は、例えば図5に示すように、グランドが供給されるグランドパッドPGNDである。そして平面視においてグランドパッドPGNDと重なるように配置される回路8は、基準電圧を生成する基準電圧生成回路62である。基準電圧生成回路62は、例えば電源電圧や温度が変化しても一定となる基準電圧を生成する。例えば基準電圧生成回路62は、バイアス電流、バイアス電圧、又はレギュレート電源電圧の少なくとも1つを生成するための基準電圧を生成する。例えば集積回路装置20はアナログ回路を有し、基準電圧生成回路62は、このアナログ回路のバイアス電流やバイアス電圧を生成するための基準電圧を生成する。また集積回路装置20は、レギュレーターを有し、レギュレーターは、基準電圧生成回路62により生成された基準電圧に基づいて、電源電圧を降圧した定電圧のレギュレート電源電圧を生成し、生成したレギュレート電源電圧を、集積回路装置20の各回路ブロックに供給する。図5のようなレイアウト配置にすれば、グランドパッドPGNDに供給されるグランド電圧を、引き出し配線5、ビア群6、配線7を介して、基準電圧生成回路62に供給できるようになる。そしてグランドパッドPGNDは、長手方向及び短手方向を有する形状になっており、引き出し配線5はグランドパッドPGNDの長手側の外縁EDLから引き出されているため、グランドパッドPGNDの長手方向に沿った力が働いた場合にも、配線のショートが発生したり、引き出し配線5等にダメージが加わるなどの不具合の発生を抑制できる。またグランドパッドPGNDの領域を有効活用して基準電圧生成回路62を配置できるため、集積回路装置20の小面積化を図れるようになる。また図5では、基準電圧生成回路62を覆うようにグランドパッドPGNDが配置されるため、グランドパッドPGNDの金属層がシールド層になって、集積回路装置20の他の回路からのノイズが伝達されて、基準電圧生成回路62が生成する基準電圧にノイズが重畳されてしまうのを抑制できる。従って、基準電圧生成回路62が低ノイズの基準電圧を生成できるようになり、基準電圧に重畳するノイズを原因とする集積回路装置20の性能低下も抑制できるようになる。
また図6では集積回路装置20は、パッド2の短手方向DSに沿って、パッド2の長手側の外縁EDLから引き出される引き出し配線5に加えて、パッド2の長手方向DLに沿って、パッド2の短手側の外縁EDSから引き出される第2引き出し配線9を含む。そして第2引き出し配線9は、パッド2と同じ層の金属層ALEにより構成される。例えば電源電圧が供給される電源パッドでは、電源パッドに供給された電源電圧を、複数の引き出し配線により集積回路装置20の各回路に供給する場合がある。このような電源パッド等では、図6に示すように、パッド2の短手側の外縁EDSから引き出される第2引き出し配線9を設けてもよい。この場合には引き出し配線5と第2引き出し配線9は、同じ電位の電源電圧等を、集積回路装置20の各回路に供給するため、パッドの長手方向に沿った力等が働いても、不具合のおそれは少ないと考えられるからである。
次に集積回路装置20の実装時の超音波接合が原因で発生する不具合について説明する。図7では集積回路装置20のパッド2に対してバンプBMPが形成されている。このバンプBMPは例えばスタッドバンプと呼ばれるものであり、例えば集積回路装置20のフリップチップ実装等において用いられる。スタッドバンプでは、金線等のワイヤーの先端にボールを形成し、このボールをパッド2の上面に熱や超音波振動等を用いて圧着した後、ワイヤーをカットする。これにより図7に示すようにパッド2の中央付近に金バンプ等のバンプBMPを形成できる。そして、このようにパッド2にバンプBMPが形成された集積回路装置20を、後述の図14に示すようにパッケージ15の実装面である面SFにフリップ実装する。具体的には、パッケージ15の面SFに形成された端子TMにバンプBMPの他端が接触するように集積回路装置20を配置し、超音波振動により、金等により形成された端子TMとバンプBMPの他端を接合する。
ところが、このような超音波振動を用いた超音波接合を行うと、図8に示すようにパッド2に形成されたバンプBMPが超音波の振動方向に広がってしまい、パッド2の領域からはみ出てしまう事態が発生する場合がある。このような事態が発生すると、図8のB1において、はみ出したバンプBMPが図1のパシベーション膜3に接触し、クラックが発生してしまう。パシベーション膜3よりも柔らかい金属のパッド2では、超音波振動による力がかかってもあまり問題ないが、硬いパシベーション膜3に超音波振動による力が加わると、クラックが発生してしまう。そしてパッド2の金属がクラックを通って他の配線に接触することでショート等の不具合が発生する。このような不具合の発生を防止するために本実施形態では、図8のB2に示すように、パッド2を、超音波振動の方向が長手方向になるような形状にしている。具体的にはパッド2を、例えば超音波振動の方向が長辺方向になる長方形の形状にしている。このようにすれば、超音波振動により平面視でのバンプBMPの形状が楕円形状になった場合にも、バンプBMPがパッド2をはみ出してしまうのを抑制でき、上記のようなクラックの発生による配線のショート等の不具合が発生するのを防止できるようになる。
一方、パッド2に重なるように回路8を配置する手法では、パッド2と回路8を電気的に接続するための引き出し配線5やビア群6が必要になる。しかしながら、パッド2からの引き出し配線5が、パッド2の短手側の外縁EDSから引き出されると、超音波振動が原因となって、引き出し配線5やビア群6にストレスがかかり、ショートや断線等の不具合が発生してしまうおそれがある。そこで本実施形態では、パッド2を長手方向及び短手方向を有する形状にすると共に、パッド2の長手側の外縁EDLから引き出し配線5を引き出し、引き出し配線5と回路8の配線7とをビア群6により電気的に接続する手法を採用する。このようにすれば、パッド2の長手方向が超音波振動の振動方向になった場合にも、この超音波振動によるストレスにより引き出し配線5やビア群6にストレスがかかって、ショートや断線等の不具合が発生するのを防止できるようになる。
以上のように図7、図8では、パッド2は、バンプBMPにより外部端子に電気的に接続されるパッドになっている。またバンプBMPは、端子に超音波接合されている。そしてパッド2の長手方向DLは、超音波接合の超音波振動の方向になっている。換言すれば、パッド2の長手方向DLは、バンプBMPの長手方向である。このようにすれば、図8に示すようにバンプBMPがパッド2の領域をはみ出して、ショート等の不具合が発生するのを抑制できるようになる。また引き出し配線5は、パッド2の長手側の外縁EDLから引き出されるため、超音波接合の超音波振動によるストレスが引き出し配線5やビア群6にかかるのが抑制され、ショートや断線等の不具合が発生するのを防止できるようになる。
なお以上では、スタッドバンプにおける超音波振動が原因となって、ショート等の不具合が発生する場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えばワイヤーボンディングにおいても超音波振動を用いる場合があり、この場合にもパッド2の長手方向DLを超音波振動の方向にしてパッド2の長手側の外縁EDLから引き出し配線5を引き出す手法は有効である。またバンプBMPはスタッドバンプ以外のバンプであってもよく、超音波接合以外の何らかの手法で、所定方向に沿ってストレスがかかる場合にも、パッド2の長手方向を当該所定方向にすると共にパッド2の長手側の外縁EDLから引き出し配線5を引き出す手法は有効である。なおバンプBMPがパッド2の領域からはみ出す現象は、超音波接合によりバンプBMPをパッド2に形成することによっても起こり得る。
またパッド2の構造は図1に示すような構造には限定されず、種々の構造のものを採用できる。図9はパッド2の他の構造例を示す断面図である。図9では、パッドメタル91の上に例えばメッキ等による導電層92、93、94が形成されている。導電層92は、アルミ又はアルミ合金により形成されるパッドメタル91との接合性が良い材料により形成され、例えばニッケル又はニッケル合金により形成される。導電層92は、例えば2μm~10μmの厚さを有している。このように導電層92の厚みを大きくすることで、パッド2にバンプ又はボンディグワイヤーを接合する際に大きな加重がかかっても、この加重がパッド2の下方に伝わりにくくなる。従って、バンプ又はボンディグワイヤーを接合する際の加重が原因となって、パッド2の下方に設けられる回路8に不具合が発生する事態を防止できるようになる。導電層93は、導電層92と導電層94の間に介在し、導電層92、94の密着性を高めると共に、導電層92が導電層94へ拡散するのを防ぐバリア層として機能する。導電層93は、導電層92と導電層94の双方と密着性が良好な材料により形成され、例えばパラジウム又はパラジウム合金により形成される。なお導電層93は、必要に応じて設けられればよく、例えば導電層92と導電層94の密着性が良好である場合などには省略できる。導電層94は、バンプ又はボンディグワイヤーとの接続層として機能する。導電層94は、バンプ又はボンディグワイヤーとの接触抵抗が低い材料により形成され、例えば金又は金の合金により形成される。図9のような構造のパッド2を用いることで、パッド2にバンプ又はボンディグワイヤーを接合する実装の際の加重に対して、パッド下の回路8を保護できるようになると共に、バンプ又はボンディグワイヤーを低い接触抵抗で接合できるようになり、実装の容易化や信頼性の向上等を図れるようになる。
2.集積回路装置
次に本実施形態の集積回路装置20の具体例について説明する。図10は本実施形態の集積回路装置20の構成例を示す図である。なお集積回路装置20は図10の構成に限定されるものではなく、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。また以下では集積回路装置20が組み込まれる本実施形態のデバイスが発振器4である場合を主に例にとり説明するが、本実施形態のデバイスは発振器4には限定されない。
図10の集積回路装置20は発振回路30を含む。また集積回路装置20は、出力回路50、電源回路60、ロジック回路70、温度補償回路80、温度センサー回路90、電源パッドPVDD、グランドパッドPGND、クロックパッドPCK、出力イネーブルパッドPOE、振動子接続用のパッドPX1、PX2を含むことができる。また本実施形態のデバイスの一例である発振器4は、振動子10と集積回路装置20を含む。振動子10は集積回路装置20に電気的に接続されている。例えば振動子10及び集積回路装置20を収納するパッケージの内部配線、ボンディグワイヤー又は金属バンプ等を用いて、振動子10と集積回路装置20は電気的に接続されている。
振動子10は、電気的な信号により機械的な振動を発生する素子である。振動子10は、例えば水晶振動片などの振動片により実現できる。例えば振動子10は、カット角がATカットやSCカットなどの厚みすべり振動する水晶振動片、音叉型水晶振動片、或いは双音叉型水晶振動片などにより実現できる。例えば振動子10は、恒温槽を備えない温度補償型水晶発振器(TCXO)に内蔵されている振動子であってもよいし、恒温槽を備える恒温槽型水晶発振器(OCXO)に内蔵されている振動子であってもよい。或いは振動子10は、SPXO(Simple Packaged Crystal Oscillator)の発振器に内蔵される振動子であってもよい。なお本実施形態の振動子10は、例えば厚みすべり振動型、音叉型、又は双音叉型以外の振動片や、水晶以外の材料で形成された圧電振動片などの種々の振動片によっても実現できる。例えば振動子10として、SAW(Surface Acoustic Wave)共振子や、シリコン基板を用いて形成されたシリコン製振動子としてのMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)振動子等を採用してもよい。
集積回路装置20は、例えば半導体プロセスにより製造されるIC(Integrated Circuit)であり、半導体基板上に回路素子が形成された半導体チップである。
発振回路30は振動子10を発振させる回路である。例えば発振回路30は、パッドPX1、PX2に電気的に接続され、振動子10を発振させることで発振信号OSCを生成する。パッドPX1は第1の振動子接続用パッドであり、パッドPX2は第2の振動子接続用パッドである。例えば発振回路30は、パッドPX1とパッドPX2との間に設けられた発振用の駆動回路と、キャパシターや抵抗などの能動素子により実現できる。駆動回路は、例えばCMOSのインバーター回路やバイポーラートランジスターにより実現できる。駆動回路は、発振回路30のコア回路であり、駆動回路が、振動子10を電圧駆動又は電流駆動することで、振動子10を発振させる。発振回路30としては、例えばインバーター型、ピアース型、コルピッツ型、又はハートレー型などの種々のタイプの発振回路を用いることができる。また発振回路30には、可変容量回路が設けられ、この可変容量回路の容量の調整により、発振周波数を調整できるようになっている。可変容量回路は、例えばバラクターなどの可変容量素子により実現できる。例えば可変容量回路は、温度補償電圧に基づいて容量が制御される可変容量素子により実現できる。或いは可変容量回路を、キャパシターアレイと、キャパシターアレイに接続されるスイッチアレイとにより実現してもよい。また本実施形態における接続は電気的な接続である。電気的な接続は、電気信号が伝達可能に接続されていることであり、電気信号による情報の伝達が可能となる接続である。電気的な接続は受動素子等を介した接続であってもよい。
出力回路50は、発振信号OSCに基づくクロック信号CKQを出力する。出力回路50は出力バッファー回路52を含む。出力バッファー回路52は、発振信号OSCをバッファリングした信号をクロック信号CKQとしてクロックパッドPCKに出力する。そして、このクロック信号CKQが発振器4の外部端子TCKを介して外部に出力される。例えば出力回路50は、シングルエンドのCMOSの信号形式でクロック信号CKQを出力する。なお出力回路50が、CMOS以外の信号形式でクロック信号CKQを出力するようにしてもよい。例えば出力回路50は、LVDS(Low Voltage Differential Signaling)、PECL(Positive Emitter Coupled Logic)、HCSL(High Speed Current Steering Logic)、又は差動のCMOS(Complementary MOS)等の信号形式で、差動のクロック信号を外部に出力してもよい。
電源回路60は、電源パッドPVDDからの電源電圧VDDやグランドパッドPGNDからのグランド電圧が供給されて、集積回路装置20の内部回路用の種々の電源電圧を内部回路に供給する。例えば電源回路60は、電源電圧VDDに基づくレギュレート電源電圧を発振回路30等に供給する。そして電源回路60は、基準電圧生成回路62、レギュレーター64を含む。基準電圧生成回路62は基準電圧を生成して出力する。基準電圧生成回路62は、例えばバンドギャップリファレンス回路や、ゲートの仕事関数差を用いた回路や、或いはチャンネル不純物濃度を変えることによる閾値電圧の差を利用した回路などにより実現できる。レギュレーター64は、電源電圧VDDが供給されて、各種のレギュレート電源電圧を生成する。例えばレギュレーター64は、基準電圧生成回路62により生成された基準電圧に基づいて、電源電圧VDDを降圧した定電圧のレギュレート電源電圧を生成し、生成したレギュレート電源電圧を、集積回路装置20の各回路ブロックに供給する。
ロジック回路70は制御回路であり、種々の制御処理を行う。例えばロジック回路70は、集積回路装置20の全体の制御を行ったり、集積回路装置20の動作シーケンスの制御を行う。例えばロジック回路70は、発振回路30、出力回路50、電源回路60又は温度補償回路80等の集積回路装置20の各回路ブロックの制御を行う。ロジック回路70は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線によるASIC(Application Specific Integrated Circuit)の回路により実現できる。
温度補償回路80は、発振回路30の発振信号OSCの温度補償を行う。発振信号OSCの温度補償は発振回路30の発振周波数の温度補償である。具体的には温度補償回路80は、温度センサー回路90からの温度検出情報に基づいて温度補償を行う。例えば温度補償回路80は、温度センサー回路90からの温度検出電圧VTに基づいて温度補償電圧VCPを生成し、生成された温度補償電圧VCPを発振回路30に出力することで、発振回路30の発振信号OSCの温度補償を行う。例えば温度補償回路80は、発振回路30が有する可変容量回路に対して、当該可変容量回路の容量制御電圧となる温度補償電圧VCPを出力することで、温度補償を行う。この場合には発振回路30の可変容量回路は、バラクター等の可変容量素子により実現される。温度補償は、温度変動による発振周波数の変動を抑制して補償する処理である。例えば温度補償回路80は、多項式近似によるアナログ方式の温度補償を行う。例えば振動子10の周波数温度特性を補償する温度補償電圧が多項式により近似される場合に、温度補償回路80は、当該多項式の係数情報に基づいてアナログ方式の温度補償を行う。なお温度補償回路80がデジタル方式の温度補償を行うようにしてもよい。
温度センサー回路90は、温度を検出するセンサー回路である。具体的には温度センサー回路90は、環境の温度に応じて変化する温度依存電圧を、温度検出電圧VTとして出力する。例えば温度センサー回路90は、温度依存性を有する回路素子を利用して温度検出電圧VTを生成する。具体的には温度センサー回路90は、PN接合の順方向電圧が有する温度依存性を用いることで、温度に依存して電圧値が変化する温度検出電圧VTを出力する。PN接合の順方向電圧としては、例えばバイポーラートランジスターのベース・エミッター間電圧などを用いることができる。なおデジタル方式の温度補償処理を行う場合には、温度センサー回路90は、環境温度などの温度を測定し、その結果を温度検出データとして出力する。
また集積回路装置20は、電源パッドPVDD、グランドパッドPGND、クロックパッドPCK、出力イネーブルパッドPOE、振動子接続用のパッドPX1、PX2を含む。これらのパッドは、例えば半導体チップである集積回路装置20の端子である。
電源パッドPVDDは電源電圧VDDが供給されるパッドである。例えば外部の電源供給デバイスからの電源電圧VDDが電源パッドPVDDに供給される。グランドパッドPGNDは、グランド電圧であるGNDが供給される端子である。GNDはVSSと呼ぶこともでき、グランド電圧は例えば接地電位である。本実施形態ではグランドを、適宜、GNDと記載する。クロックパッドPCKは、クロック信号CKQが出力されるパッドである。例えば発振回路30での発振信号OSCに基づくクロック信号CKQがクロックパッドPCKから外部に出力される。出力イネーブルパッドPOEは、クロック信号CKQの出力イネーブルを制御するためのパッドである。具体的には出力イネーブルパッドPOEを介して入力される出力イネーブル信号OEに基づいて、クロック信号CKQの出力イネーブルの制御が行われる。例えばロジック回路70は、出力イネーブルパッドPOEからの出力イネーブル信号OEを受け、出力回路50でのクロック信号CKQの出力イネーブル制御を行う。
電源パッドPVDD、グランドパッドPGND、クロックパッドPCK、出力イネーブルパッドPOEは、各々、発振器4の外部接続用の外部端子TVDD、TGND、TCK、TOEに電気的に接続される。例えばパッケージの内部配線、ボンディグワイヤー又は金属バンプ等を用いて電気的に接続される。そして発振器4の外部端子TVDD、TGND、TCK、TOEは外部デバイスに電気的に接続される。またパッドPX1、PX2は振動子10の接続用のパッドである。例えばパッドPX1は、振動子10の一端に電気的に接続され、パッドPX2は、振動子10の他端に電気的に接続される。例えば振動子10及び集積回路装置20を収納するパッケージの内部配線、ボンディグワイヤー又は金属バンプ等を用いて、振動子10と集積回路装置20のパッドPX1、PX2とが電気的に接続される。
図11に基準電圧生成回路62の構成例を示す。図11の基準電圧生成回路62は、VDDノードとGNDノードの間に設けられるN型のトランジスターTD1、抵抗RD1、RD2、RD3、バイポーラートランジスターBP1、BP2を含む。また基準電圧生成回路62は、バイアス電圧VBがゲートに入力されるP型のトランジスターTD2、TD3と、トランジスターTD2のドレインノードとGNDノードとの間に設けられるバイポーラートランジスターBP3を含む。基準電圧生成回路62は、バンドギャップリファレンス回路であり、バンドギャップ電圧による基準電圧VREFを生成して出力する。例えばPNP型のバイポーラートランジスターBP1、BP2のベース・エミッター間電圧をVBE1、VBE2とし、ΔVBE=VBE1-VBE2とする。基準電圧生成回路62は、例えばVREF=K×ΔVBE+VBE2となる基準電圧VREFを出力する。Kは抵抗RD1、RD2の抵抗値により設定される。例えばVBE2は負の温度特性を有し、ΔVBEは正の温度特性を有するため、抵抗RD1、RD2の抵抗値を調整することで、温度依存性のない定電圧の基準電圧VREFを生成できるようになる。そして生成される基準電圧VREFはグランド電圧を基準とした定電圧になる。
図12に基準電圧生成回路62の他の構成例を示す。図12の基準電圧生成回路62もバンドギャップリファレンス回路であり、N型のトランジスターTE1、TE2と、P型のトランジスターTE3、TE4、TE5と、抵抗RE1、RE2と、PN接合を有するダイオードDI1、DI2、DI3を含む。N型のトランジスターTE1、TE2はカレントミラー回路を構成しており、P型のトランジスターTE3、TE4、TE5もカレントミラー回路を構成しているため、これらのトランジスターに流れる電流は、ほぼ等しくなる。またN型のトランジスターTE1、TE2のソースの電圧も、ほぼ等しくなる。またダイオードDI2におけるPN接合の並列接続数は、ダイオードDI1におけるPN接合の並列接続数のM倍になるように形成されている。このため、ダイオードDI1の飽和電流をIsとした場合に、ダイオードDI2の飽和電流はM×Isになる。ここでトランジスターTE3、TE4、TE5に流れる電流をI、ダイオードDI1、DI2、DI3の各々の両端電圧をVd1、Vd2、Vd3、抵抗RE1、RE2の抵抗値をR1、R2とすると、基準電圧生成回路62が生成する基準電圧VREFは下式(1)のように表される。
VREF=I・R2+Vd3
=(R2/R1)・(kT/q)・In(M)+Vd3 (1)
ここでkはボルツマン定数であり、Tは絶対温度であり、qは電子の電荷である。上式(1)を絶対温度Tで微分すると下式(2)のようになる。
dVREF/dT=(R2/R1)・(k/q)・In(M)+Vd3/dT (2)
上式(2)において、Vd3/dTの項は負の温度特性を有し、これに対応して(R2/R1)・(k/q)・In(M)の値を正の値に調整することで、上式(2)の値をゼロにすることができ、温度依存性がキャンセルされた基準電圧VREFを生成できるようになる。なお基準電圧生成回路62は図11、図12の構成に限定されず、例えばトランジスターの仕事関数差電圧を用いて基準電圧VREFを生成する回路などの種々の構成の回路を用いることができる。
なお以上では、本実施形態のデバイスが発振器4であり、この発振器4に組み込まれる集積回路装置20の構成例について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば本実施形態のデバイスは、ジャイロセンサーや加速度センサーなどのセンサーデバイス、表示パネルに画像を表示する表示デバイス、所定の通信規格で通信を行う通信デバイス、プリンターの所定の機構を駆動する駆動デバイス又は電源の供給や制御を行う電源デバイス等であってもよい。そして本実施形態の集積回路装置20も、発振器4に組み込まれるものには限定されず、上述のセンサーデバイス、表示デバイス、通信デバイス又は電源デバイス等に組み込まれるIC(Integrated Circuit)であってもよい。例えばデバイスがジャイロセンサーである場合には、集積回路装置20は、ジャイロセンサーの振動子を駆動する駆動回路や、振動子からのセンサー信号の検出を行う検出回路などを含むことができる。デバイスが加速度センサーである場合には、集積回路装置20は、(MEMSMicro Electro Mechanical Systems)等により実現される加速度のセンサー素子の駆動回路や検出回路を含むことができる。センサーが表示デバイスである場合には、集積回路装置20は表示パネルの駆動回路や表示データの処理を行うロジック回路などを含むことができる。センサーが通信デバイスである場合には、集積回路装置20は、通信の物理層回路やリンク層回路やロジック回路を含むことができる。このように集積回路装置20としては種々の構成の回路を採用できる。
3.レイアウト配置
図13に、図10の集積回路装置20のレイアウト配置例を示す。集積回路装置20の外形は、辺SD1と、辺SD1に対向する辺SD2を含む。辺SD1は第1辺であり、辺SD2は第2辺であり、辺SD2は辺SD1の対辺である。また集積回路装置20の外形は、辺SD1及び辺SD2に交差する辺SD3や辺SD4を含む。辺SD3は第3辺であり、辺SD4は第4辺であり、辺SD4は辺SD3の対辺である。集積回路装置20の外形は、集積回路装置20である例えば矩形の半導体チップの外形である。例えば辺SD1、SD2、SD3、SD4は半導体チップの基板の辺である。半導体チップはシリコンダイとも呼ばれる。ここで辺SD1から辺SD2に向かう方向をDR1とし、辺SD3から辺SD4に向かう方向をDR2とする。また方向DR1の反対方向を方向DR3とし、方向DR2の反対方向を方向DR4とする。方向DR1、DR2、DR3、DR4は、各々、第1方向、第2方向、第3方向、第4方向である。
図13に示すように集積回路装置20には、グランドパッドPGND、電源パッドPVDD、クロックパッドPCK、出力イネーブルパッドPOEが設けられている。電源パッドPVDDとクロックパッドPCKは辺SD1に沿って配置される。そしてクロックパッドPCKは例えば辺SD1と辺SD4が交差する第1コーナー部に配置される。出力イネーブルパッドPOEとグランドパッドPGNDは辺SD2に沿って配置される。そしてグランドパッドPGNDは例えば辺SD2と辺SD4が交差する第2コーナー部に配置される。また温度センサー回路90は、例えば辺SD2と辺SD3が交差する第3コーナー部に配置される。なお温度センサー回路90を例えば平面視において出力イネーブルパッドPOEに重なるように配置してもよい。
ここで出力イネーブルパッドPOEは図3の入力パッドPIに相当し、クロックパッドPCKは図4の出力パッドPQに相当する。またグランドパッドPGNDは図5のグランドパッドPGNDである。そして集積回路装置20に配置される出力イネーブルパッドPOE、クロックパッドPCK、グランドパッドPGND、電源パッドPVDDは、図1等で説明したように長手方向及び短手方向を有する形状のパッドになっており、具体的には長方形のパッドになっている。例えば、これらのパッドは、方向DR1を長手方向とし、方向DR2を短手方向とするパッドである。即ち集積回路装置20は、方向DR1を長手方向とし、方向DR2を短手方向とする複数のパッドを含む。そして方向DR1が例えば図8で説明した超音波の振動方向になる。換言すれば、集積回路装置20は、複数のパッドとしてパッド及び第2パッドを含み、パッドと第2パッドはそれぞれ長手方向と短手方向を有する形状である。そして、パッドの長手方向と第2パッドの長手方向とは同じ方向DR1であり、方向DR1が超音波の振動方向になる。
また集積回路装置20には、振動子接続用のパッドPX1、PX2が設けられている。振動子接続用のパッドPX1、PX2は、辺SD3に沿って配置される。例えば辺SD3に沿って発振回路30が配置され、この発振回路30の領域に振動子接続用のパッドPX1、PX2が配置される。また出力回路50は辺SD1に沿って配置され、電源回路60は辺SD4に沿って配置される。そしてロジック回路70は発振回路30と電源回路60との間に配置される。また温度補償回路80は発振回路30と出力回路50との間に配置され、ロジック回路70は温度補償回路80と辺SD2との間に配置される。
そして図13では、平面視においてグランドパッドPGNDに重なるように基準電圧生成回路62が配置されている。即ち図5で説明したようにグランドパッドPGNDの下方に基準電圧生成回路62が配置されている。このようにすれば、グランドパッドPGNDによるシールド効果により、高周波ノイズが基準電圧生成回路62に伝達されるのが抑制され、基準電圧生成回路62が生成する基準電圧に電位変動が発生して、クロック周波数の精度が低下してしまうのを防止できる。またグランドパッドPGNDの配置領域を有効利用して基準電圧生成回路62を配置できるため、集積回路装置20の小面積化を実現できる。なお電源回路60のうち、基準電圧生成回路62以外の回路は、平面視においてグランドパッドPGNDに重ならずに、例えば辺SD4に沿って配置される。
また図13では、平面視においてクロックパッドPCKに重なるように出力バッファー回路52が配置されている。即ち図4で説明したように、クロックパッドPCKの下方に出力バッファー回路52が配置されている。なお出力回路50のうち、出力バッファー回路52以外の回路は、平面視においてクロックパッドPCKに重ならずに、例えば辺SD1に沿って配置される。
このように平面視においてクロックパッドPCKと出力バッファー回路52とが重なるように配置することで、出力バッファー回路52から、その直上に配置されるクロックパッドPCKへと向かうショートパスのクロック配線の経路で、出力バッファー回路52からのクロック信号CKQをクロックパッドPCKに対して出力できるようになる。これによりクロック配線のインピーダンスを最小限に抑えることができ、当該インピーダンスに起因する電位変動を抑制できる。出力バッファー回路52は、外部の大きな負荷を駆動する必要があるため、高い駆動能力を有している。このため、クロック配線のインピーダンスが高いと、その電位変動も大きくなり、クロック信号CKQの信号品質が劣化してしまう。この点、平面視においてクロックパッドPCKと出力バッファー回路52とが重なるように配置すれば、出力バッファー回路52とクロックパッドPCKを接続するクロック配線の経路をショートパスの経路にすることができ、クロック配線のインピーダンスを最小限に抑えることができるため、クロック信号CKQの信号品質の劣化を抑制できるようになる。また、出力バッファー回路52は、外部負荷を駆動できるように高い駆動能力を有しているため、発生する高周波ノイズが大きく、出力バッファー回路52や、クロック信号CKQが出力されるクロックパッドPCKは、高周波ノイズ源となる。この点、平面視においてクロックパッドPCKと出力バッファー回路52とが重なるように配置すれば、このような高周波ノイズ源を1つの場所にまとめて配置できるようになる。これにより、この高周波ノイズ源からのノイズの悪影響を軽減するためのレイアウト配置などの施策を容易に実現することが可能になる。
また図13に示すように集積回路装置20の外形は、辺SD1と、辺SD1に対向する辺SD2とを含み、辺SD1側に、出力バッファー回路52とクロックパッドPCKとが配置され、辺SD2側に、基準電圧生成回路62とグランドパッドPGNDとが配置される。辺SD1は第1辺であり、辺SD2は第2辺である。例えば辺SD2に比べて辺SD1に近い場所に、出力バッファー回路52とクロックパッドPCKが配置される。また辺SD1に比べて辺SD2に近い場所に、基準電圧生成回路62とグランドパッドPGNDが配置される。例えば辺SD1と、辺SD1と辺SD2の中央線との間の第1領域に、出力バッファー回路52及びクロックパッドPCKが配置され、辺SD2と、辺SD1と辺SD2の中央線との間の第2領域に、基準電圧生成回路62及びグランドパッドPGNDが配置される。このようにすれば、高周波ノイズ源となる出力バッファー回路52及びクロックパッドPCKが、辺SD1側に配置される一方で、高周波ノイズを避ける必要がある基準電圧生成回路62及びグランドパッドPGNDが、辺SD2側に配置されるようになる。これにより、高周波ノイズ源となる出力バッファー回路52及びクロックパッドPCKと、基準電圧生成回路62及びグランドパッドPGNDとの距離を離すことが可能になる。従って、出力バッファー回路52及びクロックパッドPCKからの高周波ノイズが、基準電圧生成回路62及びグランドパッドPGNDに伝達されるのを抑制することができ、高周波ノイズを原因とするクロック周波数の精度の劣化を防止できる。
また集積回路装置20の外形は、辺SD1、辺SD2に交差する第3辺である辺SD3を含み、発振回路30は、辺SD3側に設けられる。例えば辺SD3に沿って発振回路30が設けられる。具体的には発振回路30の例えば長辺が辺SD3に沿うように発振回路30が配置される。このように発振回路30が辺SD3側に配置されることで、辺SD1側に配置される出力バッファー回路52等と発振回路30との間の距離を離すことができ、出力バッファー回路52の高周波ノイズが発振信号OSCに重畳されて、発振特性が劣化する事態を防止できるようになる。また発振回路30が辺SD3側に配置されることで、辺SD2側に配置される基準電圧生成回路62等と発振回路30との間の距離を離すことができ、発振回路30からの発振ノイズが基準電圧生成回路62の基準電圧等に重畳されて、クロック周波数の精度が低下するなどの事態を防止できるようになる。
また集積回路装置20は、発振信号OSCの発振周波数の温度補償を行う温度補償回路80を含む。そして図13に示すように温度補償回路80は、発振回路30と、クロックパッドPCKとの間に設けられる。例えば発振回路30の方向DR2側に温度補償回路80が設けられ、温度補償回路80の方向DR2側に、クロックパッドPCKが設けられる。このように温度補償回路80を、発振回路30とクロックパッドPCKとの間に設けることで、発振回路30とクロックパッドPCKとの間の領域を有効利用して、温度補償回路80を配置できるようになり、効率の良いレイアウト配置が可能になる。またノイズ源となるクロックパッドPCKと発振回路30との間の距離を離すことができ、発振回路30にクロックパッドPCKからのノイズが伝達されるのを抑制できる。また温度補償回路80を発振回路30の近傍に配置することが可能になり、温度補償回路80からの温度補償電圧VCPをショートパスの信号経路で発振回路30に入力して、発振周波数の温度補償を実現できるようになる。
4.発振器
図14に本実施形態のデバイスの一例である発振器4の構造例を示す。発振器4は、振動子10と、集積回路装置20と、振動子10及び集積回路装置20を収容するパッケージ15を有する。パッケージ15は、例えばセラミック等により形成され、その内側に収容空間を有しており、この収容空間に振動子10及び集積回路装置20が収容されている。収容空間は気密封止されており、望ましくは真空に近い状態である減圧状態になっている。パッケージ15により、振動子10及び集積回路装置20を衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護することができる。
パッケージ15はベース16とリッド17を有する。具体的にはパッケージ15は、振動子10及び集積回路装置20を支持するベース16と、ベース16との間に収容空間を形成するようにベース16の上面に接合されたリッド17とにより構成されている。そして振動子10は、ベース16の内側に設けられた段差部に端子電極を介して支持されている。また集積回路装置20は、ベース16の内側底面である面SFに配置されている。具体的には集積回路装置20は、能動面がベース16の内側底面に向くように配置されている。能動面は集積回路装置20の回路素子が形成される面である。また集積回路装置20の端子であるパッド2にバンプBMPが形成されている。そして集積回路装置20は、導電性のバンプBMPを介してベース16の面SFに支持される。導電性のバンプBMPは例えば金バンプ等の金属バンプである。そしてバンプBMPの一端は、集積回路装置20のパッド2に接続され、バンプBMPの他端は、集積回路装置20の実装面である面SFに設けられ端子TMに接続される。これにより集積回路装置20のパッド2は、バンプBMPや端子TMや内部配線を介して、発振器4の外部接続端子である外部端子18、19や、振動子10に電気的に接続されるようになる。外部端子18、19は、パッケージ15の外側底面に形成されている。外部端子18、19は、外部配線を介して外部デバイスに接続される。外部配線は、例えば外部デバイスが実装される回路基板に形成される配線などである。これにより集積回路装置20は外部デバイスに対してクロック信号などを出力できるようになる。
図14において集積回路装置20をパッケージ15の面SFにフリップ実装する際に、図8で説明した超音波接合が用いられる。具体的には、一端が集積回路装置20のパッド2に接続されるバンプBMPの他端を、パッケージ15の面SFの端子TMに接続する際に、超音波接合が用いられる。この場合に本実施形態では、超音波接合における超音波振動の方向が長手方向DLになるパッド2が、集積回路装置20に配置される。これにより超音波振動が原因で配線のショート等の不具合が発生するのを抑制できる。またパッド2の短手方向DSに沿って、パッド2の長手側の外縁EDLから引き出し配線5を引き出して、ビア群6を介して、パッド2の下方の回路8の配線7に引き出し配線5を電気的に接続している。ここれにより超音波振動等によるストレスが引き出し配線5やビア群6にかかって不具合が発生するのを抑制できるようになる。
以上のように本実施形態の発振器4等のデバイスは、集積回路装置20と、集積回路装置20が収容されるパッケージ15と、パッケージ15の面SFに設けられる端子TMと、端子TMと集積回路装置20のパッド2とを電気的に接続するバンプBMPを含む。このようにすれば、集積回路装置20のパッド2とパッケージ15の面SFに設けられる端子TMを、バンプBMPを介して電気的に接続できるようになり、集積回路装置20からの信号を端子TMに出力したり、或いは端子TMからの信号を集積回路装置20に入力することが可能になる。そしてこのように集積回路装置20をパッケージ15の面SFに実装した場合にも、パッド2を、長手方向を有する形状にすると共に、パッド2の引き出し配線5を長手側の外縁EDLから引き出すことで、上述した種々の不具合の発生を抑制できるようになる。
例えば図8で説明したように、バンプBMPは、超音波接合により端子TMに接続され、パッド2の長手方向は、超音波接合の超音波振動の方向となっている。このようにすれば、超音波接合における超音波振動のストレスがかかった場合にも、パッド2を、長手方向を有する形状にすると共に、パッド2の引き出し配線5を長手側の外縁EDLから引き出すことで、超音波振動を原因とする不具合の発生を抑制できるようになる。
また本実施形態のデバイスは、図14に示すようにパッケージ15に収容される振動子10を含み、図10に示すように集積回路装置20は、振動子10を振動させて発振信号OSCを生成する発振回路30を含む。これにより本実施形態のデバイスとして、図10、図14で説明したような発振器4を実現できるようになる。そして発振器4に組み込まれる集積回路装置20のパッド2を、長手方向を有する形状にすると共に、パッド2の引き出し配線5を長手側の外縁EDLから引き出すことで、上述した種々の不具合の発生を抑制できる発振器4を実現でき、発振器4の信頼性等を向上できる。
なお本実施形態のデバイスは、図14に示すような発振器4には限定されず、上述したようにセンサーデバイス、表示デバイス、通信デバイス又は電源デバイス等のデバイスであってもよい。
図15は本実施形態のデバイスの製造方法の一例を示す製造工程図である。本実施形態の製造方法は、集積回路装置20と集積回路装置20が収容されるパッケージ15とを含むデバイスの製造方法であって、集積回路装置20の製造工程S1と、集積回路装置20のパッケージ15への実装工程である工程S2、S3、S4を含む。
製造工程S1では、パッド2と、パッド2に電気的に接続される回路8と、パッド2の引き出し配線5と、引き出し配線5と回路8の配線7とを電気的に接続するビア群とを、集積回路装置20の能動面に形成する。能動面は回路素子の形成領域である。図1、図2等で説明したように、パッド2は、長手方向及び短手方向を有する形状のパッドであり、回路8は、平面視においてパッド2と重なると共に、パッド2に電気的に接続される。引き出し配線5は、パッド2の短手方向DSに沿って、パッド2の長手側の外縁EDLから引き出される。ビア群6は、引き出し配線5と回路8の配線7とを電気的に接続し、平面視においてパッド2に重ならない位置に設けられる。集積回路装置20の製造工程S1は半導体プロセスにより実現される。半導体プロセスは、導電膜や絶縁膜などの成膜工程、レジスト等を用いてパターニングを行うリソグラフィー工程、不要な酸化膜等を除去するエッチング工程、不純物を注入して熱処理により活性化するイオン注入工程等を含むが、これらは公知であるため詳細な説明は省略する。
集積回路装置の製造工程S1の後の実装工程では、集積回路装置20のパッド2にバンプBMPを形成する(工程S2)。例えばスタッドバンプと呼ばれるバンプBMPを形成する。なおバンプBMPはスタッドバンプに限定されるものではない。次に図14で説明したようにパッケージ15の面SFに能動面が対向するように集積回路装置20を配置する(工程S3)。そしてパッド2の長手方向を振動方向とする超音波接合により、パッケージ15の面SFに設けられる端子TMと、パッド2に形成されたバンプBMPとを接続する(工程S4)。例えば金のバンプBMPと、金メッキの電極である端子TMとを、超音波振動を利用して擦り合わせて接合する。超音波の振幅により接合界面同士の距離が近づくことで、お互いの金属原子が拡散し、この金属拡散により接合される。これによりバンプBMPと端子TMとの低温での接合が可能になる。
このように本実施形態の製造方法によれば、集積回路装置20のパッド2と、パッケージ15の面に設けられた端子TMとを超音波振動を用いて接合できるようになる。そしてこの場合にも本実施形態では、集積回路装置20のパッド2を、長手方向を有する形状にすると共に、パッド2の引き出し配線5を長手側の外縁EDLから引き出しているため、超音波振動によるストレスを原因とする不具合の発生を効果的に抑制できるようになる。
以上に説明したように本実施形態の集積回路装置は、長手方向及び短手方向を有する形状のパッドと、平面視においてパッドと重なると共に、パッドに電気的に接続される回路と、パッドの短手方向に沿って、パッドの長手側の外縁から引き出される引き出し配線と、引き出し配線と回路の配線とを電気的に接続し、平面視においてパッドに重ならないビア群と、を含む。
本実施形態では、平面視においてパッドに重なるように回路が配置される。従って、パッドの領域を有効利用して回路を配置でき、集積回路装置の小面積化を実現できる。またパッドは長手方向及び短手方向を有する形状になっており、パッドの長手側の外縁からパッドの短手方向に沿って引き出した引き出し配線と、回路の配線とを、ビア群により電気的に接続しているため、パッドの長手方向に沿った力が働くことによる不具合等の発生も抑制できる。従って、パッドに重なるように回路を配置して集積回路装置の小面積化を実現しながらパッドと当該回路を電気的に接続する適切な引き出し配線を実現できる集積回路装置等の提供が可能になる。
また本実施形態では、配線は、パッドの金属層より下層の金属層の配線であり、配線は、平面視において一部がパッドと重なってもよい。
このようにすれば、パッドからの引き出し配線が、ビア群を介して配線の一端に接続され、配線の他端が回路の回路素子に接続されることで、パッドに重なるように配置される回路の回路素子にパッドを電気的に接続できるようになる。
また本実施形態では、配線は、パッドの金属層よりも一層以上間隔をあけて配置される金属層の配線であってもよい。
このようにすれば、パッドに加重が加わった場合などにおいて、配線がダメージを受けて不具合が発生してしまうのを抑制できるようになる。
また本実施形態では、引き出し配線は、パッドの長手方向が長手方向となる形状を有してもよい。
このようにすれば、パッドの長手側の外縁から、横方向に短い長さの引き出し配線を引き出して、ビア群を介して、引き出し配線を回路の配線に電気的に接続できるようになる。
また本実施形態では、ビア群の複数のビアが、引き出し配線の長手方向に沿って並んで設けられてもよい。
このようにすれば、引き出し配線と回路の配線を電気的に接続するためのビア群の数を増やすことが可能になる。
また本実施形態では、引き出し配線は、平面視においてコーナー部が面取りされた形状を有してもよい。
このようにすれば、パッドに静電気等が印加されたときに、コーナー部に電荷が集中して不具合が発生するのを抑制できるようになる。
また本実施形態では、パッドは、入力信号が入力される入力パッドであり、回路は、入力パッドから入力信号が入力されるI/O回路であってもよい。
このようにすれば、入力パッドへの入力信号を、引き出し配線、ビア群、配線を介してI/O回路に入力できるようになると共に、入力パッドの領域を有効活用した集積回路装置の小面積化を実現できる。
また本実施形態では、パッドは、出力信号を出力する出力パッドであり、回路は、出力パッドに出力信号を出力する出力バッファー回路であってもよい。
このようにすれば、出力バッファー回路からの出力信号を、配線、ビア群、引き出し配線を介して出力パッドから出力できるようになる。また出力バッファー回路からのノイズを原因とする集積回路装置の性能低下も抑制できるようになる。
また本実施形態では、パッドは、グランドが供給されるグランドパッドであり、回路は、基準電圧を生成する基準電圧生成回路であってもよい。
このようにすれば、グランドパッドに供給されるグランド電圧を、引き出し配線、ビア群、配線を介して、基準電圧生成回路に供給できるようになる。またグランドパッドがシールド層になって、集積回路装置の他の回路からのノイズが伝達されて、基準電圧生成回路が生成する基準電圧にノイズが重畳されてしまうのを抑制できるようになる。
また本実施形態では、パッドの長手方向に沿って、パッドの短手側の外縁から引き出される第2引き出し配線を含み、第2引き出し配線は、パッドと同じ層の金属層により構成されてもよい。
このように、パッドによっては、パッドの短手側の外縁から第2引き出し配線が引き出されるパッドがあってもよい。
また本実施形態では、長手方向及び短手方向を有する形状の第2パッドを含み、パッドの長手方向と第2パッドの長手方向とは同じ方向であってもよい。
このようにすれば、集積回路装置をパッケージに接合する際、パッド及び第2パッドの長手方向に沿って超音波接合の振動を印加することができ、超音波振動によるストレスが引き出し配線やビア群にかかるのを抑制できるようになる。
また本実施形態は、集積回路装置が収容されるパッケージと、パッケージの面に設けられる端子と、端子と集積回路装置のパッドとを電気的に接続するバンプと、を含むデバイスに関係する。
このようにすれば、集積回路装置のパッドとパッケージの面に設けられる端子とを、バンプを介して電気的に接続できるようになると共に、パッドの長手方向に沿って働く力等による不具合の発生も抑制できるようになる。
また本実施形態では、バンプは、端子に超音波接合されており、パッドの長手方向は、バンプの長手方向であってもよい。
このようにすれば、超音波接合における超音波振動のストレスを原因とする不具合の発生を抑制できるようになる。
また本実施形態では、パッケージに収容される振動子を含み、集積回路装置は、振動子を振動させて発振信号を生成する発振回路を含んでもよい。
このようすれば、種々の不具合の発生を抑制できる信頼性の高い発振器を実現できるようになる。
また本実施形態は、集積回路装置と集積回路装置が収容されるパッケージとを含むデバイスの製造方法であって、集積回路装置の製造工程と、集積回路装置をパッケージに実装する実装工程と、を含む。製造工程では、長手方向及び短手方向を有する形状のパッドと、平面視においてパッドと重なると共に、パッドに電気的に接続される回路と、パッドの短手方向に沿って、パッドの長手側の外縁から引き出される引き出し配線と、引き出し配線と回路の配線とを電気的に接続し、平面視においてパッドに重ならないビア群とを、集積回路装置の能動面に形成する。実装工程では、集積回路装置のパッドにバンプを形成し、パッケージの面に能動面が対向するように集積回路装置を配置し、パッドの長手方向を振動方向とする超音波接合により、パッケージの面に設けられる端子と、パッドに形成されたバンプとを接続する。
このような製造方法によれば、集積回路装置のパッドと、パッケージの面に設けられた端子とを超音波振動を用いて接合できるようになる。そして集積回路装置のパッドが長手方向を有する形状になると共に、パッドの引き出し配線がパッドの長手側の外縁から引き出されることで、超音波振動によるストレスを原因とする不具合の発生も抑制できるようになる。従って、パッドに重なるように回路を配置して集積回路装置の小面積化を実現しながらパッドと当該回路を電気的に接続する適切な引き出し配線を実現できる製造方法の提供が可能になる。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また集積回路装置、デバイスの構成・動作や製造方法等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
2…パッド、3…パシベーション膜、4…発振器、5…引き出し配線、6…ビア群、7…配線、8…回路、9…第2引き出し配線、10…振動子、15…パッケージ、16…ベース、17…リッド、18…外部端子、19…外部端子、20…集積回路装置、21…静電気保護回路、22…I/O回路、30…発振回路、50…出力回路、52…出力バッファー回路、60…電源回路、62…基準電圧生成回路、64…レギュレーター、70…ロジック回路、80…温度補償回路、90…温度センサー回路、91…パッドメタル、92、93、94…導電層、ALA~ALE…金属層、BMP…バンプ、BP1、BP2、BP3…バイポーラートランジスター、CKQ…クロック信号、DI1、DI2、DI3…ダイオード、DL…長手方向、DR、DR1、DR2、DR3、DR4…方向、DS…短手方向、EDL、EDS…外縁、OE…出力イネーブル信号、OSC…発振信号、PCK…クロックパッド、PGND…グランドパッド、PI…入力パッド、POE…出力イネーブルパッド、PQ…出力パッド、PVDD…電源パッド、PX1…パッド、PX2…パッド、RD1~RD3、RE1、RE2…抵抗、SD1~SD4…辺、SF…面、TD1~TD3、TE1~TE5…トランジスター、TM…端子、TCK、TGND、TOE、TVDD…外部端子、VB…バイアス電圧、VCP…温度補償電圧、VDD…電源電圧、VREF…基準電圧、VT…温度検出電圧

Claims (15)

  1. 長手方向及び短手方向を有する形状のパッドと、
    平面視において前記パッドと重なると共に、前記パッドに電気的に接続される回路と、
    前記パッドの前記短手方向に沿って、前記パッドの長手側の外縁から引き出される引き出し配線と、
    前記引き出し配線と前記回路の配線とを電気的に接続し、前記平面視において前記パッドに重ならないビア群と、
    を含むことを特徴とする集積回路装置。
  2. 請求項1の集積回路装置において、
    前記配線は、前記パッドの金属層より下層の金属層の配線であり、
    前記配線は、前記平面視において一部が前記パッドと重なることを特徴とする集積回路装置。
  3. 請求項2の集積回路装置において、
    前記配線は、前記パッドの金属層よりも一層以上間隔をあけて配置される金属層の配線であることを特徴とする集積回路装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の集積回路装置において、
    前記引き出し配線は、前記パッドの前記長手方向が長手方向となる形状を有することを特徴とする集積回路装置。
  5. 請求項4に記載の集積回路装置において、
    前記ビア群の複数のビアが、前記引き出し配線の前記長手方向に沿って並んで設けられることを特徴とする集積回路装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の集積回路装置において、
    前記引き出し配線は、前記平面視においてコーナー部が面取りされた形状を有することを特徴とする集積回路装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の集積回路装置において、
    前記パッドは、入力信号が入力される入力パッドであり、
    前記回路は、前記入力パッドから前記入力信号が入力されるI/O回路であることを特徴とする集積回路装置。
  8. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の集積回路装置において、
    前記パッドは、出力信号を出力する出力パッドであり、
    前記回路は、前記出力パッドに前記出力信号を出力する出力バッファー回路であることを特徴とする集積回路装置。
  9. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の集積回路装置において、
    前記パッドは、グランドが供給されるグランドパッドであり、
    前記回路は、基準電圧を生成する基準電圧生成回路であることを特徴とする集積回路装置。
  10. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の集積回路装置において、
    前記パッドの前記長手方向に沿って、前記パッドの短手側の外縁から引き出される第2引き出し配線を含み、
    前記第2引き出し配線は、前記パッドと同じ層の金属層により構成されることを特徴とする集積回路装置。
  11. 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の集積回路装置において、
    長手方向及び短手方向を有する形状の第2パッドを含み、
    前記パッドの前記長手方向と前記第2パッドの前記長手方向とは同じ方向であることを特徴とする集積回路装置。
  12. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の集積回路装置と、
    前記集積回路装置が収容されるパッケージと、
    前記パッケージの面に設けられる端子と、
    前記端子と前記集積回路装置の前記パッドとを電気的に接続するバンプと、
    を含むことを特徴とするデバイス。
  13. 請求項12に記載のデバイスにおいて、
    前記バンプは、前記端子に超音波接合されており、
    前記パッドの前記長手方向は、前記バンプの長手方向であることを特徴とするデバイス。
  14. 請求項12又は13に記載のデバイスにおいて、
    前記パッケージに収容される振動子を含み、
    前記集積回路装置は、前記振動子を振動させて発振信号を生成する発振回路を含むことを特徴とするデバイス。
  15. 集積回路装置と前記集積回路装置が収容されるパッケージとを含むデバイスの製造方法であって、
    前記集積回路装置の製造工程と、
    前記集積回路装置を前記パッケージに実装する実装工程と、
    を含み、
    前記製造工程では、
    長手方向及び短手方向を有する形状のパッドと、平面視において前記パッドと重なると共に、前記パッドに電気的に接続される回路と、前記パッドの前記短手方向に沿って、前記パッドの長手側の外縁から引き出される引き出し配線と、前記引き出し配線と前記回路の配線とを電気的に接続し、前記平面視において前記パッドに重ならないビア群とを、前記集積回路装置の能動面に形成し、
    前記実装工程では、
    前記集積回路装置の前記パッドにバンプを形成し、
    前記パッケージの面に前記能動面が対向するように前記集積回路装置を配置し、
    前記パッドの前記長手方向を振動方向とする超音波接合により、前記パッケージの面に設けられる端子と、前記パッドに形成された前記バンプとを接続することを特徴とする製造方法。
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