JP4186186B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体に電子回路や各種センサを形成する半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、球状の半導体の表面に所定の処理機能をなす電子回路や各種センサを形成した半導体装置の研究が種々進められている。この種の半導体装置は、その球状の表面の全体を利用することで、電子回路(集積回路)等の実装面積を広くすることができ、また従来一般的な半導体ウェハに比較して、半導体特性の不均一性が少ないという利点を有している。
【0003】
本願発明者は、処理機能を異にする電子回路をそれぞれ形成した複数の球状の半導体装置を互いに接続してより大規模な電子回路(電子装置)を構築することや、球状の半導体の特性を利用したセンサとセンサ信号を処理する電子回路を搭載した従来から知られている角状のチップを互いに接続して、従来角チップ単体では達成得られなかったセンサ電子回路を構築することを試みた。これらの試みにおいて、各半導体装置にパッド部を設け、パッド部の複数のパッドを面状に配置して半田突起を形成し、各半導体装置のパッド同士を互いに対向させて接近させ、それぞれの半田突起が接触した状態で溶解・固化させることにより両半導体装置を互いに直接接続するようにした。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体装置どうしのパッド部を対向させて各パッドを電気的に整合させて突き合わせるには高精度な位置決めが必要となる。特に半導体装置が球状である場合、たとえば半導体装置上にその向きを特定するマークを付しておき、このマークを手掛かりとしてパッド部の向きと各パッドの位置とを揃えることが必要となり、更に高精度な位置決めが求められる。これ故、半導体装置間の上記パッドを介する直接接続には種々の問題が残されている。
【0005】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、半導体上に各種の電子回路やセンサ類を形成してなる半導体装置であって、特にその表面に形成した複数のパッドと、他の半導体装置等の外部装置との整合の取れた接続を容易化することができる機能を備えた半導体装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る半導体装置は、半導体上に複数のパッドをからなるパッド部と、これらパッド部の複数のパッドと半導体上の複数の端子とに接続され前記複数のパッドと前記複数の端子とを電気的に選択接続するスイッチ部とパッド部の複数のパッドにそれぞれ接続された外部装置の複数の接続端子についての情報に基づきスイッチ部の選択接続を制御する接続制御部とを有する電子回路を備え、接続制御部は、電気的な接続状態を識別する接続端子識別回路を有することたことを特徴としている。
【0007】
即ち、本発明に係る半導体装置は、外部装置との接続をなす複数のパッドを備えるとともに、前記複数のパッドと接続されている各々の信号ラインを、入出力まで考慮して、半導体上の端子に電気的に接続するためのスイッチ部と、外部装置の接続端子の情報を基に前記スイッチ部の選択接続動作を制御する接続制御部とを備えることで、特定のパッドと特定の接続端子とが整合するように複数のパッドと複数の接続端子との位置合わせを行うことなしに、少なくとも一つの外部装置と半導体装置との電気接続または半導体装置を介する複数の外部装置間の電気接続を実現することを特徴とし、また、電気的な接続状態を識別する接続端子識別回路を有する接続制御部が、電源ラインおよび接地ライン、更に各信号ラインの正当性を判別してスイッチ部を制御することを特徴としている。
【0008】
また、請求項2に記載の半導体装置は、球状の半導体上に前記パッド部と電子回路とを設けたこと、すなわち、球状の半導体を用いることを特徴とする。
更には請求項3に記載するように、前記外部装置は、処理機能を異にする球状の半導体装置からなるもので良く、前記パッドを介して相互接続されることにより、特に顕著な効果を奏する。
【0009】
また請求項4に記載するように、半導体上に複数のパッド部を配置しても良い。この好適態様では、請求項1でいう半導体上の複数の端子を、複数のパッド部と別個に形成可能であり、或いは複数のパッド部のうちの一つにより構成可能である。後者の場合、スイッチ部は、複数のパッド部に接続され、これらのパッド部のパッドを電気的に選択接続するものとなる。この場合、請求項5に記載のように、複数のパッド部に複数の外部装置を接続し、前記接続制御部により複数の外部装置間の接続を制御するようにしても良く、これにより、複数の外部装置どうしが半導体装置を介して電気的に整合を取って接続される。
【0010】
請求項6に記載のように、前記電子回路は、所定の処理をなす処理回路を有し、前記接続制御部は処理回路と外部装置の接続を制御するもので良く、これにより半導体装置の処理回路と外部装置とが電気的に整合を取って接続される。この好適態様では、半導体上の複数の端子を介して処理回路をスイッチ部に接続可能である。
【0011】
また或いは請求項7に記載するように、接続制御部は、外部装置の各接続端子に設けられ、固有のコードが格納されたコード格納部からコードを読み出すコード解読部を有しており、外部装置から接続に関する情報を入手するものでも良い。
また本発明の好ましい形態では、請求項8に記載するように、半導体装置は、半導体上にコイルを有し、また、誘導磁界中にて上記コイルに誘導される交番電力を整流して内部電源を供給する電源部を有する。
【0012】
好ましくは、請求項9に記載のように、前記誘導磁界は情報に応じて変調された誘導電磁界であり、前記電子回路は、誘導電磁界中より情報を解読する情報解読部を備え、半導体装置の外部より情報を入手できることを特徴としている。
なお、誘導電磁界中の情報は、請求項10に記載のように固有の位置番号で良く、半導体装置には個々に位置番号が割り当てられる。
【0013】
或いは、電子回路は請求項11に記載するように、固有の位置番号を決定する位置番号決定手段を有することで、自ら位置番号を設定するものでも良い。
更に電子回路は、請求項12に記載のように、位置番号格納部を有し、個々の半導体装置が固有の位置番号を保持するもので良い。
【0014】
また本発明の好ましい形態では、請求項13に記載するように、誘導電磁界中の情報は、外部装置の複数の接続端子との接続に関する情報であり、この場合、半導体装置は外部より非接触にて自由に接続に関する情報を入手することができる。
また本発明の好ましい形態では、請求項14に記載するように、誘導電磁界中の情報は処理回路の回路定数であり、半導体装置は外部より非接触にて自由に内部回路の定数を可変にするための情報を入手することを特徴としている。
【0015】
更に、本発明の好ましい形態では、請求項15に記載するように、誘導電磁界中の情報は前記外部装置を検査する検査情報であり、半導体装置は外部より非接触にて自由に内部回路の機能検査をするための情報を入手することを特徴としている。
また電子回路は、請求項16に記載のように前記コイルを介して外部に情報を送信する送信部を有するもので良く、この場合、半導体装置は外部に向けて非接触にて内部の処理結果を伝達することを特徴としている。
【0016】
本発明の好ましい形態は請求項17に記載するように、前記電子回路は不揮発性メモリを有し、前記電子回路の所定の処置の結果を格納することで、内部電源が途絶えても所定の処置の結果を保持していることを特徴としている。
更には請求項18に記載するように、不揮発性メモリは、前記外部装置を検査する検査情報を格納するもので良く、この場合、機能検査のために外部より高精度な位置決めをしてパッド部をプロービングする必要が無くなることを特徴としている。
【0017】
更には請求項19に記載するように、前記電子回路は、コイルの両端に接続された短絡部を有するもので良く、これにより、外来ノイズによる誤動作を防ぐ機能を持つことを特徴としている。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について説明する。
図1Aおよび図1Bは、球状の半導体装置の基本構造を示す正面図および側面図である。この球状の半導体装置1は、例えば1mm程度の球状のシリコンからなる半導体の表面に、複数のトランジスタや抵抗素子などの集積回路や、温度センサや圧力センサなどの各種の周囲環境の状態をセンシングするセンサやセンシングされた信号を処理する処理回路を搭載した電子回路4と、電子回路4を外部に接続するための複数のパッド3を形成したパッド部2とを形成された構造を有する。これら複数のパッド3は、例えば球状の所定の径をもつ面をパッド部2として、その内側にリング状に等間隔で形成されている。これらパッド3は、球状の半導体装置と外部機器との信号の授受に必要な数だけ形成されているが、数多くのパッドが必要な場合は、2重3重のリングを形成して配列する。またパッド3の配置はリング状によらず、半円弧状に並べてもよく、必要に応じて変更することが可能である。
【0019】
しかして、各パッド3の表面には、このパッド3に外部接続される接続端子(図示せず)との物理的・電気的な接続を担う接続媒体としての半田が、所定の高さをもつ半田突起として設けられている。この半田突起を外部装置の接続端子と接触させた状態で加熱高温化して溶解すると、半田が接続端子に濡れて接続端子とパッド3との間に張架する。この状態で半田を冷やして凝固させることにより、接続端子とパッド3は物理的に強固に接続される。なお、該外部装置は球状の半導体装置でもよく、同様に半田突起を設けて、接続端子であるパッド3を接触させて、半田を溶解、凝固させることにより複数の球状半導体どうしを物理的に接続することが可能となる。なお、この場合、球状の半導体装置のパッド3間の位置ずれを許容するように各球状の半導体装置を支持しておけば、溶解した半田の表面張力によって球状の半導体装置どうしに回転変位力が与えられ、これによってパッド3間の多少の位置ずれが補正され、パッド3どうしを正対させ得るような効果が期待できる。すなわち、半導体装置と外部機器との接続では、互いに接続する端子間の相対位置を指定していないので、パッドと接続端子との接続の結果は工程ごとにばらばらであり、パッドと接続端子の電気的な整合はとれていないが、従来のような精密な位置合わせは必要と無くなり、接続にかける時間を短縮することが可能となる。
【0020】
基本的にはこのような構造を有する球状の半導体装置は、その機能によっては単独で用いられる場合もあるが、例えば図2Aから図2Cにそれぞれ示すように、処理機能を異する複数の球状の半導体装置を、そのパッド3を介して互いに連結することで、より大規模な電子回路(電子装置)の構築に供される。
【0021】
具体的には、例えば演算処理機能を有する球状の半導体装置に、メモリ機能を有する球状の半導体装置を接続したり、更にはセンサを内蔵した球状の半導体装置やキャパシタなどの受動素子だけで構成された球状の半導体装置などを接続することもある。このような球状の半導体装置の接続は図2Aのように1次元(直線)配列するのみならず、図2Bのように2次元(平面)配列や図2Cのように3次元(立体)配列するようにしても良い。前述したパッド3は、このような複数の球状の半導体装置間の配列構造に応じて定まる部位にそれぞれ設けられる。
【0022】
一方、従来からある角状のIC(Integrated Circuit)チップ上に球状の半導体装置を配置し、これをICチップに接続することも考えられる。この場合、例えば、球状の半導体装置1に、球状のシリコンで形成することによって特別な性能を引き出すことができるセンサを構成し、その信号処理に既存のICチップを用いる。角状のICチップ1Yは従来より研究が進められ、高度な演算処理が可能な電子回路4Yを要求することが可能である。ここで図3に示すように、角状のICチップ1Y上には球状の半導体装置1と接続するためのパッド部2Yが球状の半導体装置1と同様に設けられ、球状の半導体装置1のパッド3の配置と整合した配置でパッドが形成されてる。球状の半導体装置1と角状のICチップ1Yとのパッド間の物理的な接続は前述した方法によってなされている。
【0023】
このような球状の半導体装置において、本発明の特徴とするところは、半導体装置1の複数のパッド3と外部装置の接続端子とを予め一義的に接続することに代えて、複数のパッド3と電子回路4間や複数の外部装置が接続されたパッド間を電気的に接続するスイッチ部を備える点にある。そして、本発明は、複数のパッド3にそれぞれ接続された外部装置の接続端子についての情報を基に、後述する接続制御部の制御下で上記スイッチ部における複数パッド3と電子回路4間や複数の外部装置が接続されたパッド間の選択接続を制御するようにした点を特徴としている。
【0024】
すなわち、図4にその一実勢形態を示すように、本発明に係る半導体装置は、例えば演算処理装置などの処理機能を搭載した電子回路4を設けた半導体装置1として実現され、センサなどの第2の処理機能を搭載した外部装置20を接続することで、センシング機能を持つ情報処理装置を構築する。なお、半導体装置の機能は各々自由に選択できる。更には図2に示すように球状の半導体装置どうしを接続しても良いし、第3図のように従来の角状のチップと球状の半導体装置、更には従来の角状の半導体装置どうしや、球状の半導体装置とプリント基板など、システムによって多種多様の接続形態を持つことができる。
【0025】
具体的には、半導体装置1は電子回路4とパッド部2とを有し、パッド部2には複数のパッド3が形成されている。電子回路4は、複数のパッドと接続されるスイッチ部41、前記スイッチ部41における選択接続を制御する接続制御部42、および演算処理装置などの所定の処理をおこなう処理回路43で構成されている。一方、外部装置20は接続端子21を有し、各接続端子は前述したように半導体装置のパッド3と物理的に接続されている。
【0026】
スイッチ部41には処理回路43からの複数の信号ラインが接続されている。信号ラインは、半導体装置1と外部装置20との間のデータ伝達に供されるデータラインや半導体装置を駆動させる内部電源の電源ラインVCCや接地ラインGNDなどを含む。一方、接続制御部42には、外部装置20に接続されているパッド3とスイッチ部41との間に延びる信号ラインが接続され、また、処理回路より接続に関する情報が入力される。情報は、例えば、電源ラインVCC、接地ラインGNDおよびデータラインがスイッチ部のどこに入力されているかを表すもので良い。そして、接続制御部42は、これに搭載された図5に示すような接続端子識別回路42aにより、外部装置の電源ラインVCCと接地ラインGNDを探索する。
【0027】
探索の方法として、外部装置と接続しているパッド3からの信号ラインに電圧を印加し、そのインピーダンス変化を検出することなどが考えられる。接続端子識別回路42aにはインピーダンス変化検知機能が内蔵されたサーチ回路42bが搭載され、電圧を印加することにより発生するインピーダンスの変化を検知するとともに、検索時に信号ラインへ印加する電圧を制御する。例えば、信号ラインに印加する電圧を0.5V以下にして半導体装置から外部装置のサブストレートに大電流が流れることを防ぎつつ微量のインピーダンスの変化を捕捉する方法や、逆に1V以上の電圧を印加してAC的な大きなインピーダンス変化を瞬時に捕捉する方法などが考えられるが、半導体装置と外部装置との間で適した方法を用いればよい。サーチ回路42bでは内部でスイッチ(図示せず)を走査し、電源ラインVCC、接地ラインGNDと外部装置との各信号ラインを順に走査していくが、スイッチングの順番は自由である。一方で外部装置の電源ライン、接地ラインの配列が規定されている場合、サーチ回路42bはサーチ時間を短縮することができる。
【0028】
サーチ回路42bにて電源ラインVCCと接地ラインGNDが探索された後、接続制御部42の接続端子識別回路42aは、スイッチ部41に入力された処理回路43のデータラインと外部装置20からパッド3を介してスイッチ部41に入力されている信号ラインとの電気的な整合を探索し、対応したラインどうしを接続する。それら機能は接続端子識別回路42aのラインセレクター42cに納められている。最初に外部装置20の接続端子21の配置が事前に決定している場合の例を述べる。接続端子21の配置が事前に決定しているとは、接続前の製造段階でVCC、GNDラインを基準として接続端子の配置が決まっていることをいう。この場合、半導体装置1はスイッチ部41に入力されている接続端子21からの信号ラインの位置および信号ラインが入出力のどちらであるかを把握しており、その情報を接続端子識別回路42aのラインセレクター42cに伝達する。ラインセレクター42cではその情報を基に、入出力の判断をおこない、対応するラインの情報とともにスイッチ部41に伝達する。
【0029】
スイッチ部41は図6に示すように、セレクタ回路41a、入出力切り替え回路41bで構成される。接続端子識別回路42aのラインセレクター42cから伝達された、対応する信号ラインの情報41cはセレクタ回路41aに入力され、また、入出力の情報41dは入出力切り替え回路41bにイネーブル信号として入力される。入出力切り替え回路41bでは入出力の情報41dを受け、外部装置20の接続端子21と接続されるラインの入出力を切り替える。例えば、接続端子21からのラインが入力であれば、イネーブル信号を”H”として出力側のバッファをハイインピーダンスとし、入力と出力が重複しないようにする。逆に接続端子21からのラインが出力である場合には、イネーブル信号を”L”としてセレクタ回路41aの出力がそのまま接続端子21の信号ラインに出力されるようにする。全ての入出力切り替え回路41bの切り替え動作が終了した後に、セレクタ回路41aでは接続端子識別回路42aからの対応する信号ラインの情報41cを基に処理回路43の信号ラインと接続端子21の信号ラインの電気的な接続配列をおこない、各々整合を取った接続をおこなう。これにより、処理回路43からのデータラインと接続端子の各信号ラインは電気的に整合を取って接続される。なお、セレクタ回路41aと入出力切り替え回路41bの作業の順序は、半導体装置1および外部装置20に悪影響を及ぼさないようなシーケンスでおこなえば、これに限らない。
【0030】
次に、半導体装置1に接続されている外部装置20の接続端子21からの信号ラインの配置が不明である場合について述べる。大量に生産されるものであれば信号ラインの配置を固定し、その情報を半導体装置1に保持させることでラインをセレクトする時間が短縮され有効であるが、少量でかつ特定用途に使用される外部機器を接続する場合には、それぞれの情報を保持させた半導体装置1を製造する必要があり、処理が煩雑になってしまう。そこでさまざまな種類の外部装置と接続された場合にも対処できる半導体装置1の制御方法を第7図をもちいて示す。図7中、参照符号22は電子回路を示す。
【0031】
サーチ回路42bにて電源ラインVCCと接地ラインGNDが探索された後、接続端子識別回路42a内のコード解読部42dにより、接続端子21からの信号ラインを介して外部装置20内にあるコード格納部23からコードを読み出す作業に移行する。コード格納部23は接続端子21に接続される各々の信号ラインに設置され、コード格納部には固有のコードが格納されている。固有のコードとは、入出力情報や接続すべき信号ラインの情報などであり、例えばコードを4ビットデータで構成し、上位1ビットを入出力情報、下位3ビットを接続端子番号などにする。なお、コードは製造時にあらかじめ設定されている。コード解読部42dでは各々の信号ラインを介してコード格納部23からコードを読出し、解読してラインセレクター42cに伝達する。ラインセレクター42cではその情報を基に、入出力の判断をおこない、対応するラインの情報とともにスイッチ部41に伝達する。以降は前述した方法により接続作業をおこなう。以上の方法により、半導体装置1が事前に外部装置20の接続端子の配置情報を持っていない場合にも、正当に接続することが可能となる。なお、コード格納部は個々の接続端子に保持させずに、全ての接続端子のコードを外部装置のある1つの接続端子に接続され、そこから入手できるようにしても良い。
【0032】
更には、半導体装置と複数の外部装置を電気的に整合をとって接続する場合にも、上記方法は有効である。図2B及び図2Cに示すように、複数の球状の半導体装置を接続させて大規模な集積回路を構成する場合、それぞれの半導体装置どうしを電気的に整合させて接続する必要があるが、従来のように物理的な接続時に電気的な整合まで取ろうとすると、非常に高精度な位置決めが必要となる。本発明ではこの課題を解決することが可能となる。その例を図8を用いて示す。半導体装置1には外部装置20a、20bが物理的に接続されている。ここで、半導体装置1は、外部装置20aと外部装置20bとを電気的に整合をとって接続する機能をもつ。半導体装置1の接続制御部42には各外部装置の接続端子からの信号ラインが入力されており、前述したようにまず外部装置20a、20bの電源ラインVCCと接地ラインGNDを探索する。探索が終了した後、前述と同様に処理回路43から外部装置20a、20bの信号ラインに関する情報を入手し、スイッチ部41に制御するための信号を伝達する。制御信号はラインセレクター42cにて生成された、入出力の判断と対応するライン情報である。なお、前述したように各外部装置にコード格納部を設け、各々の接続端子から情報を入手しても良いことは言うまでも無い。スイッチ部41において、上述した方法により外部装置20a、20bの入出力方向を設定し、各信号ラインを情報に従い接続することで、電気的に整合の取れた接続が完了する。なお、外部装置20aと外部装置20bとを接続するだけでなく、半導体装置1の処理回路43の信号ラインを外部装置20a、20bに接続すべき場合には、上述の方法により適宜接続すればよい。
【0033】
以上に述べたように、従来であれば半導体装置と外部装置とを電気的な整合を取って直接接続していたが、本発明によれば、外部装置の電源ライン、接地ラインおよび入出力データラインの正当性を判断し、対応した信号ラインをセレクトして接続する機能をもつ半導体装置1が提供され、半導体装置と外部装置との接続の際に非常に精度の高い位置決めをする必要がなくなり、接続にかかる時間を大幅に短縮することが可能になると共に、位置決めに必要な機械的精度による歩留まりの低下を防ぐことが可能となる。
【0034】
また、球状の半導体装置1では、動作するための内部電源を電池や外部より予め供給可能であるが、外部から放射される電磁波エネルギーを用いて内部電源を生成する機能を半導体装置1に持たせてもよい。その例を図9から図11を用いて示す。球状の半導体装置1には半導体上に電子回路4が形成された後に絶縁膜を堆積して、その上にアルミや銅などの接続により、球体であることを利用して周囲にスパイラルのラインを形成し、これをコイル5として作用させる。なお、球状の半導体装置1のパッド部3には、球状の外部装置20a、20bの接続端子21(パッド部)がそれぞれ物理的に接続されている。
【0035】
ここで、球状の半導体装置1の電子回路4には、電磁波エネルギーなどによりつくられる高周波信号をDC電源に変換する機能をもつ電源部を搭載する。半導体装置1には高周波信号を受信するためのコイル5が搭載されているが、コイル5と電子回路4内に形成したキャパシタとにより並列共振回路を構成して、高周波信号の周波数に共振させるとさらに良い。外来からの高周波信号の周波数に制限はなく、数百kHzの長中波や短波、数GHzのマイクロ波などが考えられ、後段の整流器44a等を構成できるICプロセスの制約や受信効率などにより適当なものを選択する。なお高周波信号は無変調波でよく、シグナルジェネレータなどで与えることができる。電磁波エネルギーによる誘導磁界中に図9の半導体装置が存在する場合、コイル5に交番磁界が誘起され、後段の整流器44aにより整流されて直流となる。更に、リミッター44b、レギュレータ44cにより電圧制御をおこない、動作電源電圧であるVCCを作成する。VCC、GNDは半導体装置1の動作電源として使用される。なお整流器44aの例として全波整流器をあげたが、半波整流器でも良い。
【0036】
半導体装置1は、その全体の構成を図11に示すように、コイル5、電源部44、上述したような外部装置20a、20bと電気的に整合を取って接続するための接続制御部42およびスイッチ部41、ならびに、接続に関する情報を所有する処理回路43からなる。なお、外部装置20a、20bにコード格納部を設けると共に、半導体装置1にコード解読部を搭載しても良い。電源部44で生成された内部電源は各回路を動作させるために用いられるとともに、接続制御部42では外部装置20a、20bの電源ラインVCC、接地ラインGNDの探索に用いられる。接続制御部42では外部装置20a、20bの電源ラインVCC、接地ラインGNDを探索した後、電気的に整合を取った接続が行われるように各々の信号ラインの情報を基にスイッチ部41による選択接続を制御する。
【0037】
ここで、上述の接続作業を終了した後、例えば、外部装置20a、20bを接続した半導体装置1を出荷するときには外部から高周波信号が照射されなくなる場合がある。そこで、選択接続に係る接続制御部42の結果を、電源が無くても保持できる不揮発性メモリ45に保存するとよい。なおメモリとしては、半導体装置1への高周波信号が途絶えて動作電源電圧以下になりパワーオフしてしまった場合でも外部装置との接続情報が維持されるように、ヒューズで接続、断線の状態を設定できるようなヒューズタイプの不揮発性のものなどが望ましい。特に電源ラインVCCと接地ラインGNDが、外部装置と電気的な整合の取れた接続状態に維持されているので、以降の処理において外部装置の電源を用いることが可能となる。以上の機能により、高周波信号が無くなって半導体装置1の内部電源がなくなった場合でも、選択接続の情報を維持することが可能となり、以降電源が与えられた場合に、再度選択接続をする必要が無くすことが可能となる。
【0038】
更には、選択接続が終了した後に、誘導ノイズなどに起因して選択接続の動作が再開されて不要な接続作業が行われることを避けるために、半導体装置1のコイル5の両端に短絡部46を設けることなども考えられる。選択接続が終了されるまでは短絡部46は開放されているのでコイル5のQ値が高く、高周波信号により生成される誘導磁界中にて効率良く交番電力が誘起され、動作電源を生成できる。一方、接続が終了した時点で短絡部46を動作させてコイル5の両端をショートさせることでコイル5のQ値は下がり、受信効率が低下するので動作電源を確保できず、半導体装置1はノイズなどによる誤動作ができなくなる。なお、短絡部46を動作させてからは半導体装置1は誘導磁界からは電源を生成できないので、短絡部46は不揮発性で、構成が簡単なヒューズタイプのものが有効である。
【0039】
実施の形態2
実施の形態1では、半導体装置1が、外部装置20の接続端子21と半導体装置1内の処理回路43とを、または複数の外部装置20どうしを電気的な整合をとって接続するにあたり、電子回路4内の接続制御部42が処理回路43、または外部装置20のコード格納部23などから接続に関する情報を入手する場合について説明したが、半導体装置1の外部から接続に関する情報を入手することもできる。更には接続した情報を外部に送信して伝達することも可能である。その方法を図によって説明する。
【0040】
前述にて外部から放射される電磁波エネルギーを用いて内部電源を生成する半導体装置1の例を示したが、上記電磁波エネルギーに接続情報を重畳させることにより、半導体装置1は非接触で接続情報を入手することができる。
【0041】
図12は上記情報を重畳した電磁波エネルギーを放出するリーダライタ6の内部構成例を示したものであり、リーダライタ6は、中央演算装置(CPU)61、発振部62、変調部63、送信部64、半導体装置1が送信した接続の情報などを受信する受信部65、フィルタやアンプを構成する増幅部66、および復調部67から構成されている。発振部62は放射される電磁波エネルギーの周波数の高周波信号を出力するものとなっている。高周波信号としては、前述したように数百kHzの長中波や、短波や、更にはマイクロ波などが考えられるが、長中波や短波を使用することにより変復調部の構成が簡単となる。発振部62の高周波信号は変調部63に入力される。CPU61は、半導体装置1に伝達する接続に関する情報(データ)を変調部63に伝達し、変調部63ではCPU61からのデータにあわせて発振部63の信号に変調をかける。変調部63にて変調する方式に関してはASK(Amplitude Shift Keying)やFSK(Frequency Shift Keying)など、いずれでも良い。変調された信号は送信部64に伝達され、通信エリアに電磁波エネルギーとして放出され、誘導磁界を生成する。送信部64としてはLCR直列共振回路などが考えられる。
【0042】
図13には接続に関する情報により変調された電磁波エネルギーを受信する半導体装置1の回路構成例を示しており、コイル5には誘導磁界により交番電力が誘起される。コイル5には電源部44が接続され、上記交番電力を整流して直流にし、電圧制御をおこなって半導体装置1の内部電源を生成する。更にコイル5には情報解読部47が接続され、変調がかかっている交番電力を復調して、重畳された情報を解読する。リーダライタ6からの情報としては、例えば半導体装置1に接続されている外部装置20a、20bの接続端子の端子数や、各接続端子の信号ラインの内容、更には電気的に接続されるべき接続端子どうしの関係を示す情報などが用いられる。情報解読部47にて解読された情報は接続制御部42に伝達され、上述したような方法により外部装置どうしや半導体装置1と外部装置を電気的に整合を取るよう接続がなされる。接続の後、その結果は不揮発性メモリ45に保存される。
【0043】
更には、接続に関する情報を送信したリーダライタ6は、接続が成功したかどうかを確認することもできる。半導体装置1は送信部48を備え、接続した結果をリーダライタ6にコイル5を介して返信する。接続した結果は、不揮発性メモリ45に保存した結果でも良いし、接続が終了したことを示すコードを生成してもよい。返信方法としては、半導体装置1のインピーダンスを変化させて電磁波エネルギーにより生成される誘導磁界に微小な変化を与えるものなどが考えられるが、これに限らない。
【0044】
リーダライタ6では、半導体装置1により付与され且つ接続結果を表す微小な誘導磁界の変化を受信部65により検知し、増幅部66によりフィルタリングや信号の増幅をおこなう。増幅された受信信号は復調部67に伝達され、復調される。復調された信号はCPU61に伝達され、半導体装置1が正常に接続作業を完了したかのチェック等をおこなう。
【0045】
このように、リーダライタ6のような外部機器により接続に関する情報を電磁波エネルギーに重畳し、半導体装置1はコイル5にてその情報を受信し、情報解読部47により情報を解読して、その情報を基に外部装置20の接続をおこなうことにより、非接触にて自由に半導体装置1と外部装置20とを接続可能となり、また、半導体装置1が接続のために必要な動作電源も同時に生成可能となる。
【0046】
更には、球状の半導体装置を複数接続することにより、従来のプリント基板と同等の機能を奏する集積回路装置を構成可能となる。プリント基板を用いた従来の電子回路装置では、使用する部品が違う場合や、同じICチップを使用する製品でも使用するピンや周辺の受動素子が違う場合には、新規にプリント基板の接続パターンを設計する必要があり、プリント基板の種類が非常に多くなり、処理が煩雑になってしまうという問題があった。また、耐ノイズ性やフィルタなどの定数をもつ回路に関しては、接続パターンの設計には熟練の経験と知識が必要であるので、専門におこなう人材が必要になり、かつそのような者が設計したプリント基板であっても、接続パターンを設計してプリント基板上に部品を配置した後に、実際に動作をさせながら受動素子の値を調整する必要があり、事前に選定した部品を採用することができない場合が多く、部品の変更が余儀なくされ接続パターンの再設計が必要となり、開発期間の遅延が発生してしまうという問題点があった。多品種少量の生産に置いてはこの問題は更に深刻であった。本発明の半導体装置を用いることにより、上記問題を解決することが可能となる。その例を以下に示す。
【0047】
半導体装置1には各々固有の位置番号が格納される。その方法として、リーダライタ6が放射する電磁波エネルギーに固有の位置番号を情報として重畳させることなどが考えられる。半導体装置1は、変調された誘導磁界内でリーダライタ6からの電磁波エネルギーをコイル5にて受信すると、電源部44にて直流に変換して動作電源を作成して各ブロックに供給すると共に、情報解読部47にて高周波信号を復調して位置番号格納部49に伝達し、リーダライタ6が情報として重畳した固有の番号を認識する。例えば、図14において管路内に最初に落下した半導体装置1には000hという16進数の固有の番号が与えられたとする。この固有の番号は後の接続作業において位置番号として用いられるもので、図13の位置番号格納部49に保存される。この位置番号格納部49は、半導体装置1が誘導磁界外に出た後でも固有の番号を保存できるように、不揮発性メモリやヒューズタイプのメモリなどの機能を持つ。なお、リーダライタ6は半導体装置1が管路内を落下し、リーダライタ6の送信部エリア内に入ってくることを検知するために光学的な検知装置を工程前に設置してもよいし、半導体装置1にポーリング信号を常時送信し、半導体装置1からの返信信号が返ってくるかどうかを検知するようにしてもよい。リーダライタ6のCPU61は、固有の番号を送信した後に、次に管路内を通過する半導体装置1に与える固有の番号として001hをセットする。この作業をそれ以降管路内を落下してくる半導体装置1にもおこない、物理的な接続作業をおこない、図15のような一連の半導体装置群を作り出す。なお半導体装置の接続数には制限は無く、また固有の番号の種類、符番方法に関してはこれによらず、自由に設定できる。
【0048】
図15の半導体装置群が形成された後、各半導体装置を電気的に整合を取る接続作業をおこなう。リーダライタ6は半導体装置群に電磁波エネルギーを照射する(S101)。各半導体装置は、誘導磁界によりコイル5に誘起した交番電力を電源部44により整流して動作電源を作成し、動作状態となる(S102)。次に、各半導体装置1は他の半導体装置のVCC、GNDおよび接続端子を検索する。各半導体装置は、リーダライタ6が電磁波エネルギーに重畳させた固有の位置番号の情報と接続情報の復調および解読をおこない(S103)、位置番号格納部49内の固有の位置番号とリーダライタ6から送信された位置番号とを比較し(S104)、両者が一致した場合には接続情報を解読し(S105)、接続制御部42はこれに伝達された情報に基づいて接続端子の選択接続作業をおこなう(S106)。解読した位置番号と固有の位置番号とが一致しなかった半導体装置1は、自分に宛てられた接続情報ではないと判断し、再度リーダライタ6が位置番号を送信するまで待機する。なお、接続作業は、隣接している半導体装置に対して行われる。例えば半導体装置000hであれば、これに隣接する半導体装置001h、100hに対する接続作業をおこなう。接続相手の選択は半導体装置に持たせても良いし、リーダライタが接続する相手を指定する情報を重畳させて指令しても良い。
【0049】
図17には半導体装置1とリーダライタ6の送受信する情報の例を示している。リーダライタ6は通信の初めを知らせるためにスタートテキスト(STX)を送信した後、接続作業を行うべき半導体装置を指定する位置番号とこの半導体装置に係る接続情報を順次送信する。CRC(Cyclic Redundancy Check)は無線による交信フレームをチェックをするものであり、ノイズ等により交信フレームが異常が生じてCRCの計算結果に異常が見られた場合には、半導体装置1はその旨をリーダライタに返信して再度接続情報を送信してもらう、などが考えられる。なお、CRCは無線通信の信頼性をあげるものであり、他の誤り符合でも良く、また交信時間を短くするために省いても良い。
【0050】
電気的な接続作業を完了した半導体装置1は、リーダライタ6に対して接続の結果を送信部48にて返信する(S107)。返信フレームはSTX、接続結果、CRCなどで構成される。接続結果の送信では、接続結果を表す情報をそのまま送信しても良いし、接続が終了したか否かのみを送信しても良い。返信フレームを送信した半導体装置1は接続情報を不揮発性メモリ45に書きこむ(S108)。これにより、その後半導体装置1が誘導磁界から外れてもその接続情報が保存される。返信フレームを受信したリーダライタ6は、接続作業を完了した半導体装置に隣接した半導体装置1に係る接続情報の送信をおこなう。なお、リーダライタ6からの送信、および半導体装置1からの送信の変調方式、送信方式に関しては自由である。リーダライタ6は以上の交信を全ての半導体装置1に対しておこない、それが完了した時点で全ての半導体装置が電気的に接続されたことになる。
【0051】
なお前述の不揮発性メモリ45への接続情報の書きこみは、リーダライタ6が全ての半導体装置1からの返信信号を解析し、それが正しいと判断した時点で書きこみのコマンドを送信することでおこなっても良い。また不揮発性メモリ45を書き換え可能なものにすることにより、以降の部品の変更などにより接続パターンの変更を余儀なくされる場合でも前述の方法により同一の半導体装置群に対してリーダライタ6から送信する接続情報を変更するだけで、簡単に接続パターンを変更することが可能となる。
【0052】
前述の説明では、半導体装置1の位置番号の決定に際して、半導体装置同士が接続される前に各半導体装置にリーダライタ6から固有の番号を変調された高周波信号の形式で送信され、高周波信号を復調して解読して得た固有の番号を位置番号として位置番号格納部49に格納していたが、半導体装置同士が接続された後に半導体装置1自身が判断する方法でもよい。その例を図18、図19をもちいて示す。図18は複数の半導体装置が接続されている外観図、図19は位置番号決定に関する手順を示した図である。すなわち図18において複数の半導体装置はハンダにより物理的に接続され、半導体装置群を成している。ここでリーダライタ6により誘導磁界が作られ、各半導体装置は電源部44により動作電源が供給され、動作可能状態となる(S201)。まず各半導体装置はパッド部に他の半導体装置が接続されているかを検索する(S202)。検索はパッド面のパッドがオープンになっているか否かをおこなえば良い。ここで図17においてAおよびB方向に半導体装置が接続されている半導体装置は待機モードとなり(S204)、他の半導体装置よりWAKE UP信号がくるまでは以降の動作を停止する。一方、AおよびB方向に半導体装置が接続されていない半導体装置は自分の位置番号を、例えば000hと認識して位置番号格納部49に位置番号を格納する(S205)。その後、他の接続されている半導体装置のVCC、GNDを前述の方法で検索し(S206)、自分の位置番号をカウントアップさせた番号をCとDの方向に接続されている半導体装置に符番をする(S207)。例えば、半導体装置000hは、CおよびD方向の半導体装置のそれぞれに001hおよび100hと符番する。そして、各番号を含んだWAKE UP信号を半導体装置001hと100hに送信する(S208)。送信には検索した電源ラインVCCを用いても良いし、他のデータ用信号ラインを代用しても良い。WAKE UP信号を受信した半導体装置001h、100hは待機モードからはずれ(S204)、VCC、GND検索のルーチンに戻る。このときWAKE UP信号には自分の位置番号が含まれているので、その番号を位置番号格納部49に格納する(S205)。
【0053】
上記動作を繰り返すことにより、各半導体装置1は自らの位置を把握し、その後の接続情報を入手できる状態となる。なお、この方法を採用することにより、リーダライタ6が各半導体装置1に位置番号を送信する工程をなくすことができ、かつ半導体装置1が自分の配置されている位置を自ら把握することが可能となる。またリーダライタ6からのコマンドは半導体装置1の情報解読部47が解読できるものであればどのような種のものでも良く、自由に設定できる。
【0054】
以上のように、従来のプリント基板のように部品を選定して製品種毎に個別に製作するのではなく、リーダライタにより半導体装置毎あるいは半導体装置群毎に非接触で接続情報を書きこむことができるので、接続情報は個別に自由に設定でき、多品種少量の製品への対応が可能となる。また以降の接続変更も非接触で新たな接続情報を送信すれば良いので、従来のように新たにプリント基板を設計変更して製作するのに比べて開発期間を短縮できる。
【0055】
なお、上記の説明ではICを搭載した球状の半導体装置の例を示したが、マイクロマシニング技術により各種センサを半導体に形成し、半導体装置としても用いても良い。
【0056】
また、本発明の方法は、半導体装置1の電子回路内の所定の回路の特性を決める回路定数を非接触で指定することにも使用できる。従来、個々の半導体装置の回路特性を同じにするには、例えば回路に使用されている抵抗をレーザでトリミングするなどする必要があり、一度設定した回路定数を変更することはできなかった。また半導体装置を外部装置に接続した後に回路定数を変更するには、外部装置に別途可変抵抗や可変コンデンサなどの可変受動素子を接続することが必要となり、出荷時に人による調整が必要であった。本発明における電磁波エネルギーに重畳する情報により所定の回路の回路定数を表すことにより、半導体装置1はその情報に基づき回路の特性を自由に変更でき、かつ外部装置に接続した後でも上記電磁波エネルギーを送信するだけで変更することができる。なお、回路定数は抵抗やキャパシタなどの受動素子のみならず、アンプなどのアナログ回路や、論理回路の設定値など、半導体装置の処理回路にある全ての可変可能な回路定数に対応できる。
【0057】
更には、リーダライタ6が高周波信号に重畳する情報は接続に関する情報にのみならず、半導体装置に対する情報であれば何でも良い。例えば、半導体装置に出荷時における機能検査の情報を伝達することなどが考えられる。球状の半導体装置の機能検査をおこなう場合に、従来の半導体テスト装置のようにプロービングする方法では半導体装置の精密な位置決めが求められるという問題がある。その問題を解決するべく、半導体装置に検査情報をリーダライタから非接触で伝達する。検査の情報を解読した半導体装置は、内部の処理回路の機能を検査したり、接続されている外部装置上の回路の機能検査をおこない、その結果を送信部を用いてリーダライタに送信する。検査の情報は従来のICテスターが生成するような回路の機能を検査するためのデータそのものでも良いし、半導体装置の不揮発性メモリに検査データを予め格納しておき、そのデータを読み出して検査させるコマンドのみでも良い。また半導体装置が送信する検査結果は、検査情報による出力結果をそのものでも良いし、求められる出力結果を予め不揮発性メモリに格納しておき、それと比較した良否の判断だけでも良い。このようにリーダライタより検査に関する情報を重畳させた高周波信号による誘導電磁界を生成し、その誘導電磁界中に配された半導体装置によってその情報を解読して機能検査をおこなうことにより、従来のテスト工程のように半導体テスト装置のプローブを接触させるための半導体装置への微妙な位置合わせが必要と無くなるので、検査時間の短縮につながるという効果を生むことができる。なお、検査の情報を受信しなくとも、検査用の半導体装置と検査を必要とする半導体装置とを本発明の選択接続方法により接続して、検査することもできる。
【0058】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体上の複数のパッドと複数の端子とを、または複数のパッドの対応するもの同士を選択接続するスイッチ部を、複数のパッドにそれぞれ接続された少なくとも一つの外部装置の複数の接続端子の機能に応じて、接続制御部により制御するので、少なくとも一つの外部装置と半導体装置とを或いは複数の外部装置どうしを電気的な整合を取って接続することが容易に成される。従って、半導体装置、更には外部装置が球状である場合でも相互に接続するときに、双方のパッド間の整合を取る必要がなくなり、単にパッド間を相対させるだけでよいので、高精度な位置決めが不要となり、その接続作業の大幅な簡易化を図ることができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【0059】
また各実施態様によれば、スイッチ部を介する複数の半導体装置どうし、または半導体装置と少なくとも一つの外部装置との接続をより簡易化し、装置間の電気接続を容易におこなうことができる。更には、外部より電磁波エネルギーを照射し、また更には、その電磁波エネルギーに所定の情報を重畳させることにより、従来では接触して作業する必要のあったものが非接触でおこなうことができ、接触するにあたり必要な機械的な位置決め精度が不要になるとともに、利便性が向上するという効果がある。
なお本発明においては上記の動作を保証するために、一連の作業の後、電磁波エネルギーの影響をなくす機能や、無駄な処理動作を防ぐため処置の結果を無電源でも保持する機能を有しており、実用において信頼性が向上される効果が奏される。
【0060】
更には本発明により複数の半導体装置を連ねて接続することができるので、従来のプリント基板と同等以上の機能を持ち、かつその接続情報を個別に自由に設定できることから、従来では困難であった多品種少量の製品への対応が可能となる。また以降の接続の変更も容易であり、従来に比べて開発期間を大幅に短縮できるという多大な効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図1A】 この発明の実施の形態1に係る半導体装置の外観を示す正面図。
【図1B】 図1Aに示した半導体装置の側面図。
【図2A】 この発明の実施の形態1に係る半導体装置と外部装置の接続外観の一例を示す説明図。
【図2B】 別の接続態様を示す図。
【図2C】 更に別の接続態様を示す図。
【図3】 この発明の実施の形態1に係る半導体装置と外部装置の接続外観の別の例を示す説明図。
【図4】 この発明の実施の形態1に係る半導体装置の構成例を示す説明図。
【図5】 この発明の実施の形態1に係る半導体装置の接続制御部の内部回路の構成例を示す説明図。
【図6】 この発明の実施の形態1に係る半導体装置のスイッチ部の内部回路の構成例を示す説明図。
【図7】 この発明の実施の形態1に係る半導体装置と外部装置の構成の別の例を示す説明図。
【図8】 この発明の実施の形態1に係る半導体装置と外部装置の構成の別の例を示す説明図。
【図9】 この発明の実施の形態1に係る半導体装置と外部装置の接続外観を示す説明図。
【図10】 この発明の実施の形態1に係る半導体装置と電源部の構成の例を示す説明図。
【図11】 この発明の実施の形態1に係る半導体装置と外部装置の構成の別の例を示す説明図。
【図12】 この発明の実施の形態2に係るリーダライタの構成例を示す説明図。
【図13】 この発明の実施の形態2に係る半導体装置と外部装置の構成例を示す説明図。
【図14】 この発明の実施の形態2に係る半導体装置への位置番号書込み方法の例を示す説明図。
【図15】 この発明の実施の形態2に係る半導体装置群の外観を示す説明図。
【図16】 この発明の実施の形態2に係る半導体装置の接続方法の例を示すフローチャート図。
【図17】 この発明の実施の形態2に係る半導体装置とリーダライタが授受するデータの例を示す説明図。
【図18】 この発明の実施の形態2に係る半導体装置群の外観を示す説明図。
【図19】 この発明の実施の形態2に係る半導体装置の接続方法の例を示すフローチャート図。
【符号の説明】
1 半導体装置
2 パッド部
3 パッド
4 電子回路
5 コイル
20 外部装置
21 接続端子
22 電子回路
23 コード格納部
41 スイッチ部
42 接続制御部
42a 接続端子識別回路
42b コード解読部
43 処理回路
Claims (19)
- 半導体上にパッド部と電子回路とを有し、
上記パッド部は複数のパッドを有し、
上記電子回路は、
上記パッド部の複数のパッドと上記半導体上の複数の端子とに接続され、前記複数のパッドと前記複数の端子とを電気的に選択接続するスイッチ部と、
上記パッド部の複数のパッドにそれぞれ接続された外部装置の複数の接続端子についての情報に基づき上記スイッチ部の選択接続を制御する接続制御部とを有し、
上記接続制御部は、電気的な接続状態を識別する接続端子識別回路を有すること
を特徴とする半導体装置。 - 上記半導体装置は、球状の半導体上に上記パッド部と上記電子回路を有すること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 上記外部装置は、処理機能を異にする球状の半導体装置からなり、上記パッドは半導体装置間の相互接続に用いられること
を特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 - 上記半導体上に複数のパッド部を配置したこと
を特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置。 - 上記複数のパッド部には複数の外部装置が接続され、上記接続制御部は上記複数の外部装置間の接続を制御すること
を特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 - 上記電子回路は、所定の処理をなす処理回路を有し、上記接続制御部は上記処理回路と外部装置の接続を制御すること
を特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体装置。 - 上記接続制御部は、上記外部装置の各接続端子に設けられ、固有のコードが格納されたコード格納部からコードを読み出すコード解読部を有すること
を特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置。 - 上記半導体装置は、半導体上にコイルを有し、
誘導磁界中にて上記コイルに誘導される交番電力を整流し、内部電源を供給する電源部を有すること
を特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の半導体装置。 - 上記コイルに交番電力を誘導する誘導磁界は情報に応じて変調された誘導電磁界であり、上記電子回路は、上記誘導電磁界中より情報を解読する情報解読部を有すること
を特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 - 上記誘導電磁界中の情報は、固有の位置番号であること
を特徴とする請求項9に記載の半導体装置。 - 上記電子回路は、固有の位置番号を決定する位置番号決定手段を有すること
を特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の半導体装置。 - 上記電子回路は、位置番号格納部を有すること
を特徴とする請求項10または11に記載の半導体装置。 - 上記誘導電磁界中の情報は、外部装置の複数の接続端子との接続に関する情報であること
を特徴とする請求項9ないし12のいずれかに記載の半導体装置。 - 上記誘導電磁界中の情報は、上記処理回路の回路定数であること
を特徴とする請求項9ないし13のいずれかに記載の半導体装置。 - 上記誘導電磁界中の情報は、上記外部装置を検査する検査情報であること
を特徴とする請求項9ないし14のいずれかに記載の半導体装置。 - 上記電子回路は、上記コイルを介して外部に情報を送信する送信部を有すること
を特徴とする請求項9ないし15のいずれかに記載の半導体装置。 - 上記電子回路は不揮発性メモリを有し、上記電子回路の所定の処置の結果を上記不揮発性メモリに格納すること
を特徴とする請求項1ないし16のいずれかに記載の半導体装置。 - 上記不揮発性メモリは、上記外部装置を検査する検査情報を格納すること
を特徴とする請求項17に記載の半導体装置。 - 上記電子回路は、上記コイルの両端に接続された短絡部を有すること
を特徴とする請求項9ないし18のいずれかに記載の半導体装置。
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