JP3692186B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関するものであり、特に、保護回路を通して基板の内部から内部回路に流れ込む電流を防止する半導体装置の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置は、内部回路の入出力端子又は出力端子に動作範囲外のサージ電圧がかかると、過剰な電流であるサージ電流が内部回路に流れて、この内部回路の誤動作の原因となる。そのため、保護回路を設けて、サージ電圧が加わった場合には、電源側又はグラウンド側に電流を放出するようにしている。
この保護回路は、例えば、入出力用のパッドに電源側と接続された第1のダイオード(例えば、PチャネルMOSトランジスタ(以下、PMOSと呼ぶ)で構成)と、グラウンド側に接続された第2のダイオード(例えば、NチャネルMOSトランジスタ(以下、NMOSと呼ぶ)で構成)と、内部回路の入出力端子と接続された負荷抵抗とにより構成されている。そして、正のサージ電圧は、第1のダイオードを介して電源側に放出し、負のサージ電圧は、第2のダイオードを介して、グラウンド側に放出している。従来、この保護回路は、内部回路と同じ基板上に搭載する構成であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体装置には、以下の課題があった。
上述したように、保護回路から電流を放出する場合には、電流は必ず基板を通して電源側又はグラウンド側へ放出される。ところが、MOSトランジスタなどで保護回路を構成する場合、この保護回路と基板の内部とにより寄生バイポーラトランジスタを構成し、この寄生バイポーラトランジスタがオンして、基板の内部の電位が上昇する。さらに、内部回路と基板の内部とにより寄生バイポーラトランジスタを構成し、基板の内部の電位が上昇することにより、この寄生バイポーラトランジスタがオンしてしまい、一部の電流は基板の内部から内部回路に到達して内部回路誤動作の原因になっていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の半導体装置では、 複数のパッドと入力端子又は出力端子が前記各パッドと電気的に接続された内部回路とを有する第1の基板と、前記第1の基板を収容し、前記複数の各パッドに対応する複数のリードを有する第2の基板と、前記各パッド及び該パッドに対応する前記リードにそれぞれ導電体の接合材により電気的 ・物理的に接続され、前記パッド又は前記リードに印加されるサージ電圧によるサージ電流を外部に放出する複数の保護回路を有する第3の基板とを備えている。
【0005】
【発明の実施の形態】
(参考例)
図2(a)、(b)は、本発明の参考例を示す半導体装置の構成図であり、特に、同図(a)は平面図であり、同図(b)は断面図である。
この半導体装置は、例えば、P型シリコン基板からなる第1、第2の基板1,2により構成されている。基板1には、入出力用の複数個のパッド1cと、各パッド1c毎に保護回路1bが設けられている。パッド1cと保護回路1bとは、配線パターン1dにより接続されている。
一方、基板2には、内部回路2aが設けられている。内部回路2aの図示しない入出力端子は、図示しない配線パターン、図示しないパッド、半田バンプ3、及び保護回路1bの負荷抵抗を介して、電気的・物理的に各パッド1cに接続されている。
【0006】
保護回路1bは、例えば、MOSトランジスタにより構成され、正のサージ電圧がパッド1cに印加されるとオンするPMOSにより形成した第1のダイオードを介して、図示しない電源に電気的に接続され、負のサージ電圧がパッド1cに印加されるとオンするNMOSにより形成した第2のダイオードを介して、グラウンド側に電気的に接続され、パッド1cにサージ電圧が印加されない場合は、負荷抵抗、及び図示しないパッドを介して、内部回路2aの入出力端子に接続される構成となっている。
パッド1cは、実装の際にボンディングワイヤによりリードと電気的に接続される端子であり、例えば、80μm×80μm程度の大きさであり、アルミニウムなどの導電体により形成されている。配線パターン1dは、パッド1cと保護回路1bの入力端子とを電気的に接続するための配線であり、アルミニウムなどの導電体により形成されている。
内部回路2aは、メモリやロジック回路などの半導体集積回路で構成されている。半田バンプ3は、保護回路1bを構成する負荷抵抗の出力端子と、内部回路2aの入出力端子とを、それぞれの図示しないパッドにより電気的・物理的に接続するためのものである。
【0007】
以下、図2の半導体装置の動作(a)、(b)の説明をする。
(a) サージ電圧が印加された場合
パッド1cに正又は負のサージ電圧が印加されると、保護回路1bのPMOS又はNMOSのダイオードがオンして電源側又はグラウンド側にサージ電流が放出されるとともに、その保護回路1bを介して基板1の内部に一部のサージ電流が流れる。
内部回路2aは、基板1とは異なる基板2に形成してあるので、これらのサージ電流が内部回路2aの入出力端子に流れ込むことはない。又、内部回路2aの入出力端子は、保護回路1bの負荷抵抗、及び半田バンプ3を介してパッド1cに接続され、負荷抵抗の方がダイオードのオン抵抗よりも大きいので、内部回路2aに、サージ電流が流れることがない。そのため、内部回路2aが誤動作をすることがなくなる。
(b) サージ電圧が印加されない場合
パッド1cにサージ電圧が印加されない場合は、PMOS及びNMOSが共にオフし、内部回路2aは、半田バンプ3及び保護回路1bの負荷抵抗を通して、パッド1cと電気的に接続されて、通常動作を行う。
【0008】
次に、図2の半導体装置の製造方法例の説明をする。
P型シリコン基板などの基板1上に、通常のMOSプロセスなどにより、保護回路1b、アルミニウム配線などの配線パターン1d、半田バンプ3用の図示しないパッド、及びワイヤボンディング用のパッド1cを形成した後、その基板1のダイシングを行う。
又、P型シリコン基板などの基板2上に、通常のMOSプロセスなどにより、内部回路2a、アルミニウム配線などの図示しない配線パターンや、半田バンプ3と接続するための図示しないパッドを形成した後、その基板2のダイシングを行う。
そして、基板1上の保護回路1bの出力側に形成した図示しないパッド上に、半田バンプ3を搭載し、さらに搭載機により基板2の表面を下にして、内部回路2aの入出力端子に接続されるパッドが半田バンプ3と接触するように、その基板2を搭載する。その後、半田バンプ3を溶解して、基板1と基板2とを電気的・物理的に接続し、基板1,2をケースにマウントし、パッド1cをワイヤボンディングし、及び封止をして実装を終える。
【0009】
以上説明したように、本参考例によれば、以下の利点がある。
サージ電圧がパッド1cに印加された場合には、保護回路1bを通して電源側又はグラウンド側に電流を放出し、サージ電圧の印加に伴って発生する電流は、基板1の中を流れ、電源側又はグラウンド側に吸収される。このため、内部回路2aが形成された基板2には電流が流れ込まないため、その内部回路2aの誤動作が発生しない。
【0010】
(実施形態)
図1(a)、(b)は、本発明の実施形態を示す半導体装置の構成図であり、特に、同図(a)は平面図であり、同図(b)は断面図である。
この半導体装置は、例えば、P型シリコン基板からなるリードフレーム用の第2の基板41及び回路形成用の第1の基板42と、回路形成用の第3の基板43とで構成されている。基板41には、リード41cが設けられている。基板42には、内部回路42aと、リード41cに対応した複数個のパッド42cが設けられている。基板43には、各パッド42c毎に保護回路43bが設けられている。基板42は、基板41上に接着材により接着されている。
内部回路42aの入出力端子とパッド42cは、図示しない配線パターンにより電気的に接続されている。基板42のパッド42cと基板43の保護回路43bの図示しないパッド(出力端子)、及び基板41のリード41cと保護回路43bのパッド(入力端子)は、半田バンプ44により、電気的・物理的に接続されている。
内部回路42a、保護回路43bは、図1中の内部回路2a、保護回路1bと同様に構成されている。
【0011】
以下、図1の半導体装置の動作の説明をする。
リード41c又はパッド42cに正又は負のサージ電圧が印加されると、保護回路43bのPMOS又はNMOSのダイオードがオンして電源側又はグラウンド側にサージ電流が放出されるとともに、その保護回路43bを介して基板43のバルクに一部のサージ電流が流れる。
内部回路42aは、基板43とは異なる基板42に形成しているので、これらのサージ電流が該内部回路42aの入出力端子に流れ込むことはない。又、内部回路42aの入出力端子は、保護回路43bの負荷抵抗及び半田バンプ44を介してリード41cに電気的に接続され、負荷抵抗の方がダイオードのオン抵抗よりも十分大きいので、該内部回路42aには、サージ電流が流れることがない。そのため、内部回路42aが誤動作をすることがなくなる。
以上説明したように、本実施形態によれば、参考例と同様の利点がある。
【0012】
なお、本発明は、上記参考例や実施形態に限定されず種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば次のようなものがある。
(1) 参考例や実施形態では、MOSトランジスタの場合を例に説明したが、バイポーラトランジスタなどの他のトランジスタにより内部回路2a,42a及び保護回路1b,43bを構成する場合であっても、適用可能である。
(2) 参考例や実施形態では、パッド1c,42cは、周辺に形成する構成にしたが、基板1,42のどこにあってもよい。
【0013】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、内部回路を有する第1の基板と、保護回路を有する第3の基板とを別々にして、接合材により内部回路とパッド及び第2の基板のリードとを電気的に接続するようにしたので、内部回路にサージ電流が流れることがなくなり、該内部回路が誤動作をしなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態を示す半導体装置の構成図である。
【図2】 本発明の参考例を示す半導体装置の構成図である。
【符号の説明】
1,2,41,42,43 基板
1b,43b 保護回路
1c,42c パッド
2a,42a 内部回路
3,44 半田バンプ
41c リード
Claims (3)
- 複数のパッドと入力端子又は出力端子が前記各パッドと電気的に接続された内部回路とを有する第1の基板と、
前記第1の基板を収容し、前記複数の各パッドに対応する複数のリードを有する第2の基板と、
前記各パッド及び該パッドに対応する前記リードにそれぞれ導電体の接合材により電気的・物理的に接続され、前記パッド又は前記リードに印加されるサージ電圧によるサージ電流を外部に放出する複数の保護回路を有する第3の基板と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 前記第2の基板は、シリコン基板からなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記第3の基板の前記保護回路と、前記第1の基板の前記パッドあるいは前記第2の基板の前記リードとは、バンプを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。
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