JP3660921B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路装置に関し、特に、高速LSIを搭載するパッケージに適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、LSIは、回路の高集積化、高速化に伴って入出力ピンの数が著しく増大し、出力信号の切替え時間も急速に短くなりつつある。
【0003】
しかし、このような高速LSIでは、多数の出力信号を瞬時に切替えると、これらの電源経路に急激な電流変化が生じ、電源経路のインダクタンスの影響によって電圧変化が発生する。そして、この電圧変化はLSIの動作に重大な影響を及ぼし、同時切替えノイズと呼ばれる現象を引き起こす。この同時切替えノイズは、多数の出力信号を同時に切替える際に特定の出力信号が保持されるべき状態にあるときに特に起こり易く、この保持されるべき出力信号線が切替えを意味する誤動作信号を出力してしまうことがある(Microelectronics Packaging Handbook, VAN NOSTRAND REINHOLD, 1989年.P143〜P147参照)。
【0004】
従来、この同時切替えノイズの発生を抑制する対策として、LSIを搭載するパッケージ内の電源経路の低インダクタンス化を図ったパッケージ構造が提案されている。なかでも、信号配線層と別の層にVss(GND)配線層を設け、相互インダクタンス作用によってVss配線の実効インダクタンスを低減する構造のものは効果が大きいことから、高速LSIを搭載するパッケージへの適用が検討されている(特開平2−164056号公報、特開平2−285646号公報、特開平4−184962号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、本発明者が検討したところによると、信号配線とVss配線とを別の層に形成する従来のパッケージ構造には次のような問題がある。
【0006】
パッケージの内部に2層以上の導体層を設けるパッケージ構造としては、例えば前記特開平2−164056号公報や、特開平2−285646号公報に記載されているように、信号配線を構成するリードフレーム材とVss配線を構成するプレート材とをエポキシ系あるいはポリイミド系樹脂フィルムなどの絶縁材を介して貼り合わせたものや、前記特開平4−184962号公報に記載されているように、プラスチック基板間に信号配線層やGND配線層などの導体層を形成し、この基板に設けたスルーホールを通じて導体層間を接続したものなどが知られている。
【0007】
ところが、前者の構造は単層のリードフレーム材に比べて、また後者の構造はリードフレーム材を使用するパッケージ構造にに比べて、いずれも5〜10倍程度価格が高くなるため、パッケージの製造コストが大幅に上昇してしまうという問題がある。
【0008】
また、パッケージの内部では、通常、一本のVss配線を複数の出力バッファが共有しているが、相互インダクタンス作用によるVss配線の実効インダクタンスを低減するためには、共有される部分の配線長をできるだけ長くする必要があるので、Vss配線の一端は半導体チップのできるだけ近傍に配置される。ところが、このVss配線に複数の出力バッファから同時に電流が流れ込むと、共通部分となる箇所(Vss配線の一端)で電圧が大きく変動する。このとき、この共通部分となる箇所が半導体チップの近傍にあると、Vss配線は低インダクタンスであっても、出力バッファから共通部分までの電源経路のインダクタンスによって、保持されるべき出力信号線が電圧変動の影響を大きく受けてしまうという問題がある。
【0009】
本発明の目的は、高速LSIを搭載するパッケージの電源経路のインダクタンスを低減することのできる技術を提供することにある。
【0010】
本発明の他の目的は、高速LSIを搭載するパッケージの多ピン化あるいは小型化を実現することのできる技術を提供することにある。
【0011】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0013】
本発明の半導体集積回路装置は、複数の出力バッファを有する半導体チップと、前記複数の出力バッファに電気的に接続される複数の信号配線と、前記出力バッファに電気的に接続され、第1の電位を有する複数の第1電位配線と、前記出力バッファに電気的に接続され、前記第1の電位とは異なる第2の電位を有する複数の第2電位配線とがパッケージに封止され、
前記複数の信号配線と、前記複数の第1電位配線と、前記複数の第2電位配線とは、前記複数の信号配線のそれぞれに隣接して配置された配線が、前記第1電位配線または前記第2電位配線のいずれかを含むように、前記パッケージ内で互いに同一方向に延在し、
前記複数の第1電位配線または前記複数の第2電位配線のいずれかに電気的に接続され、前記パッケージの外部に引き出されている外部端子の数は、前記複数の第1電位配線または前記複数の第2電位配線の数よりも少ないものである。
【0014】
上記した手段によれば、複数本の電位配線(第1電位配線または第2電位配線)を共通化して一本の電位配線と接続することにより、電位配線の本数を低減することができ、パッケージの多ピン化を実現することができる。あるいは、電位配線の本数が低減できることにより、パッケージの外形寸法を縮小し、実装密度を向上させることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0016】
(実施の形態1)
図3は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の全体平面図、図2は、図3の一部を拡大して示す平面図、図1は、図2の一部をさらに拡大して示す平面図である。
【0017】
本実施の形態の半導体集積回路装置は、高速LSIを形成した半導体チップ1を合成樹脂のパッケージ本体2に封止したQFP(Quad Flat Package)である。半導体チップ1は、ダイパッド部3の上に接合されており、このダイパッド部3の周囲には、多数のリード4が設けられている。半導体チップ1の素子形成面に設けられたボンディングパッド5とこれらのリード4とは、ワイヤ6によって電気的に接続されている。
【0018】
図1に示すように、上記リード4は、Vss(GND)配線4a、Vcc(電源)配線4bおよび信号(sig)配線4cからなる。本実施の形態のQFPは、半導体チップ1内の互いに隣接する2つの出力バッファが1本のVss配線4aを共有し、このVss配線4aを挟んでその両側に上記2つの出力バッファのそれぞれに接続された2本の信号配線4cを配置した構成になっている。一方、Vcc配線4bは、その1本が例えば8つの出力バッファによって共有されている。
【0019】
このように構成された本実施の形態によれば、出力信号が切り換わった際、負荷容量から信号配線4cに流れ込んだ電流が出力バッファを経由してVss配線4aに流れ込む。このとき、本実施の形態では電流の流れる信号配線4cに隣接してVss配線4aが配置されているので、両者の間には図1に示すような対向電流対が形成され、これによって相互インダクタンスによる実効インダクタンスの低減が起こる。
【0020】
上記の効果は、対向電流対が形成されたVss配線と信号配線との距離が短い程大きいので、Vss配線4aと信号配線4cとを同一平面上に配置した本実施の形態によれば、従来のパッケージに比べて大幅に実効インダクタンスを低減することができる。また、本実施の形態では、2つの出力バッファが1本のVss配線4aを共有しているので、出力信号が切り換わった際の電流変動の影響は最大でも共有された1バッファ分にすぎず、多数の出力バッファが1本のVss配線を共有する場合に比べて少ない。
【0021】
さらに、本実施の形態では、パッケージ内の配線が1層のリード4(Vss配線4a、Vcc配線4b、信号配線4c)で構成されているので、パッケージの内部に2層以上の導体層を設ける従来技術に比べてパッケージの製造コストを低減することができる。
【0022】
なお、本実施の形態では、各Vss配線4aの両側に信号配線4cを1本ずつ配置したが、図4に示すように、1本のVcc配線4bを半導体チップ1内の互いに隣接する2つの出力バッファで共有し、このVcc配線4bを挟んでその両側に上記2つの出力バッファのそれぞれに接続された2本の信号配線4cを配置した構成にしてもよく、この場合も上記と同様の効果を得ることができる。
【0023】
(実施の形態2)
図5は、本実施の形態の半導体集積回路装置の部分平面図、図6は、図5の一部を拡大して示す平面図である。
【0024】
図5に示すように、本実施の形態の半導体集積回路装置は、パッケージ本体2に封止された半導体チップ1の周囲に中継基板7を設けたQFPである。この中継基板7は、ポリイミド樹脂などの絶縁フィルムからなり、その片面には微細な配線8(8a,8b,8c)が形成されている。これらの配線8の一端は、ワイヤ9を介し、半導体チップ1のボンディングパッド5と電気的に接続されている。また、配線8の他端は、ワイヤ10を介し、中継基板7の外側に配置されたリード4と電気的に接続されている。リード4は、前記実施の形態1と同様、Vss配線4a、Vcc配線4bおよび信号配線4cからなる。
【0025】
図6に示すように、上記中継基板7に形成され、同一方向に延在する配線8のうち、配線8aはリード4のVss配線4aに接続され、配線8bはVcc配線4bに接続され、配線8cは信号配線4cに接続されている。そして、互いに隣接する2本の配線8cの両側に配線8aが1本ずつ配置されている。すなわち、本実施の形態のQFPは、Vss配線4aに接続された1本の配線8aが半導体チップ1内の隣接する2つの出力バッファによって共有され、この配線8aを挟んでその両側に上記2つの出力バッファのそれぞれに接続された2本の配線8cが配置されている。一方、Vcc配線4bに接続された配線8bは、例えば8つの出力バッファによって共有されている。
【0026】
また、上記中継基板7上の配線8aは、互いに隣接する4本の配線8aが中継基板7の一端で1本に共通化され、ワイヤ10を介してVss配線4aと電気的に接続されている。すなわち、本実施の形態のQFPは、1本のVss配線4aが8つの出力バッファによって共有されている。
【0027】
このように構成された本実施の形態によれば、Vss配線4aに接続された配線8aと信号配線4cに接続された配線8cとを互いに隣接して配置することにより、配線8aと配線8cとの間に前記実施の形態1で説明した対向電流対が形成されるので、これによって相互インダクタンスによる実効インダクタンスの低減を図ることができる。
【0028】
また、本実施の形態では、配線8(8a,8b,8c)およびリード4(Vss配線4a,Vcc配線4b,信号配線4c)を同一平面上に配置するので、パッケージの内部に2層以上の導体層を設ける従来技術に比べてパッケージの製造コストを低減することができる。
【0029】
また、本実施の形態では、中継基板7上で同一方向に延在する4本の配線8aを共通化して1本のVss配線4aに接続するので、Vss配線4aの本数を実効的に4分の1に低減することができ、これによってQFPの多ピン化を図ることができる。あるいは、パッケージの外形寸法は、リード4のピッチの下限によって規定され、リード4の本数に応じて外形寸法の下限が規定される場合が多いので、Vss配線4aの本数を低減できることにより、パッケージの外形寸法を縮小し、実装密度を向上させることができる。しかも、パッケージの外形寸法の縮小は、システムの小型化、軽量化を促進することができるので、システム設計上のメリットも大きい。さらに、パッケージ内に中継基板7を設けることにより、リード4(Vss配線4a,Vcc配線4b,信号配線4c)を実効的に短くすることができるので、リード長の縮小による副次的なインダクタンス低減効果も得られる。
【0030】
また、本実施の形態では、パッケージ内の周辺領域(中継基板7の端部)で4本の配線8aを共通化して一本のVss配線4aに接続するので、Vss配線4aに複数の出力バッファから同時に電流が流れ込んだ場合でも、この電圧変動が半導体チップ1に与える影響を少なくすることができる。さらに、出力バッファからVss配線4aまでの間にインダクタンス成分(配線8)があるので、他の出力バッファの信号を同時切替えした場合に受ける影響も少なくて済む。
【0031】
なお、本実施の形態では、Vss配線4aに接続される配線8aを2つの出力バッファで共有したが、図7に示すように、Vcc配線4bに接続される配線8bを2つの出力バッファで共有する構成にしてもよく、この場合も上記と同様の効果を得ることができる。
【0032】
また、本実施の形態では、中継基板7上で4本の配線8aを共通化して1本のVss配線4aに接続したが、例えば図8に示すように、2本の配線8aを共通化して1本のVss配線4aに接続する構成にしてもよい。この場合は、1本のVss配線4aを4つの出力バッファで共有することになる。あるいは、図9に示すように、2本の配線8bを共通化して1本のVcc配線4bに接続する構成にしてもよい。この場合は、1本のVcc配線4bを4つの出力バッファで共有することになる。さらに、配線8aと配線8bの両方をそれぞれ何本かずつ共通化してもよい。例えば2本の配線8aを中継基板7上で共通化して1本のVss配線4aに接続し、2本の配線8bを同じく中継基板7上で共通化して1本のVcc配線4bに接続した例を図10に示す。
【0033】
(実施の形態3)
図11は、本実施の形態の半導体集積回路装置の部分平面図、図12は、図11の一部を拡大して示す平面図、図13は、図12のA−A線におけるパッケージの部分断面図である。
【0034】
図11に示すように、本実施の形態の半導体集積回路装置は、TABフィルム11に実装した半導体チップ1をパッケージ本体2に封止したQFPである。TABフィルム11は、ポリイミド樹脂などの絶縁フィルムからなり、その片面には微細な配線12(12a,12b,12c)が形成されている。
【0035】
図13に示すように、上記配線12の一端は半導体チップ1のバンプ電極13と電気的に接続され、他端はTABフィルム11の外側に配置されたリード4と電気的に接続されている。リード4は、前記実施の形態1、2と同様、Vss配線4a、Vcc配線4bおよび信号配線4cからなる。
【0036】
図12に示すように、上記TABフィルム11に形成された配線12のうち、配線12aはリード4のVss配線4aに接続され、配線12bはVcc配線4bに接続され、配線12cは信号配線4cに接続されている。そして、互いに隣接する2本の配線12cの両側に配線12aが1本ずつ配置されている。すなわち、本実施の形態のQFPは、Vss配線4aに接続された1本の配線12aが半導体チップ1内の隣接する2つの出力バッファによって共有され、この配線12aを挟んでその両側に上記2つの出力バッファのそれぞれに接続された2本の配線12cが配置されている。
【0037】
また、上記配線12aは、互いに隣接する4本の配線12aがTABフィルム11の一端で1本に共通化され、Vss配線4aと電気的に接続されている。すなわち、本実施の形態のQFPは、1本のVss配線4aが8つの出力バッファによって共有されている。
【0038】
このように構成された本実施の形態によれば、前記実施の形態2とほぼ同様の効果を得ることができる。なお、本実施の形態では、TABフィルム11上で4本の配線8aを共通化して1本のVss配線4aに接続したが、共通化する配線8aの本数は4本に限定されるものではない。また、配線8aに代えて、あるいは配線8aと共に複数の配線12bをTABフィルム11上で共通化して1本のVcc配線4bに接続してもよい。
【0039】
また、本実施の形態のQFPは、例えば図14に示すように、TABフィルム11に形成された配線12の一端とリード4との間をワイヤ14で接続する構成にしてもよい。なお、同図には、Vss配線4aに接続された1本の配線12aが半導体チップ1内の隣接する2つの出力バッファによって共有され、この配線12aを挟んでその両側に上記2つの出力バッファのそれぞれに接続された2本の配線12cが配置された例を示してある。
【0040】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0041】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0042】
出力バッファに接続された信号配線とこの出力バッファに接続されたVss配線(またはVcc配線)とをパッケージ内の同一平面上で隣接させる本発明によれば、パッケージ内の電源経路のインダクタンスを低減することができるので、高速LSIの同時切替えノイズを低減することができる。
【0043】
また、本発明によれば、パッケージ内の配線層が1層であることから、パッケージ内に2層以上の導体層を設ける場合に比べてパッケージの製造コストを低減することができる。
【0044】
また、本発明によれば、Vss配線またはVcc配線の本数を低減することができるので、パッケージの多ピン化を実現することができる。あるいは、Vss配線またはVcc配線の本数が低減できることにより、パッケージの外形寸法を縮小し、実装密度を向上させることができる。
【0045】
また、本発明によれば、出力信号の切替え時の電圧変動が半導体チップに与える影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の要部拡大平面図である。
【図2】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の部分平面図である。
【図3】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の全体平面図である。
【図4】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の要部拡大平面図である。
【図5】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の部分平面図である。
【図6】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の要部拡大平面図である。
【図7】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の要部拡大平面図である。
【図8】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の要部拡大平面図である。
【図9】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の要部拡大平面図である。
【図10】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の要部拡大平面図である。
【図11】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の部分平面図である。
【図12】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の要部拡大平面図である。
【図13】図12のA−A線における部分断面図である。
【図14】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の要部拡大平面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ
2 パッケージ本体
3 ダイパッド部
4 リード
4a Vss配線
4b Vcc配線
4c 信号配線
5 ボンディングパッド
6 ワイヤ
7 中継基板
8 配線
8a 配線
8b 配線
8c 配線
9 ワイヤ
10 ワイヤ
11 TABフィルム
12 配線
12a 配線
12b 配線
12c 配線
13 バンプ電極
14 ワイヤ
Claims (4)
- 複数の出力バッファを有する半導体チップと、前記複数の出力バッファに電気的に接続される複数の信号配線と、前記出力バッファに電気的に接続され、第1の電位を有する複数の第1電位配線と、前記出力バッファに電気的に接続され、前記第1の電位とは異なる第2の電位を有する複数の第2電位配線とがパッケージに封止された半導体集積回路装置であって、
前記複数の信号配線と、前記複数の第1電位配線と、前記複数の第2電位配線とは、前記複数の信号配線のそれぞれに隣接して配置された配線が、前記第1電位配線または前記第2電位配線のいずれかを含むように、前記パッケージ内で互いに同一方向に延在し、
一対の前記第1電位配線によって挟まれた前記信号配線、または一対の前記第2電位配線によって挟まれた前記信号配線の数は、複数、かつ同一であり、
前記複数の第1電位配線または前記複数の第2電位配線のいずれかに電気的に接続され、前記パッケージの外部に引き出されている外部端子の数は、前記複数の第1電位配線または前記複数の第2電位配線の数よりも少ないことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 前記複数の信号配線と、前記複数の第1電位配線と、前記複数の第2電位配線とは、前記パッケージ内に同一層の単層構造で互いに同一方向に延在していることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。
- 前記半導体チップの周囲に配置された絶縁フィルムからなる中継基板をさらに備え、前記複数の信号配線と、前記複数の第1電位配線と、前記複数の第2電位配線は、前記中継基板上で互いに同一方向に延在し、前記複数の第1電位配線または前記複数の第2電位配線は、前記中継基板上で互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。
- 前記半導体チップの周囲に配置された絶縁フィルムからなる中継基板をさらに備え、前記複数の信号配線と、前記複数の第1電位配線と、前記複数の第2電位配線は、前記中継基板の一面上で互いに同一方向に延在し、前記複数の第1電位配線または前記複数の第2電位配線は、前記中継基板の第2の面上で互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。
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