JP4871164B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路に関する。
近年、携帯電話、無線ＬＡＮなど様々な無線システムがサービスされている。同じ無線方式においても通信容量を増やすため、また国の事情により複数の周波数帯でサービスされている。このような複数の周波数帯でのサービスを提供する装置は、各周波数帯に対応する高周波半導体集積回路（ＲＦＩＣ）を備える必要がある。各周波数帯に対応する高周波半導体集積回路とするためには周波数帯同調用の回路や複数の高周波回路が必要となる。このように、複数の周波数帯同調用の回路や複数の高周波回路を搭載して、使用する周波数帯に応じて適切な回路のみを接続することによって、１つのチップで複数の周波数帯の回路に使いまわしできるようにすることが行われるが、このような場合には、１つのチップサイズが大きくなる。特にキャパシタ、インダクタなどの受動回路は、ＩＣチップの中でもトランジスタなどの構成に比べて、大きな面積を占める。周波数帯同調用回路などは、キャパシタやインダクタを含むため、複数の周波数帯同調用回路をＩＣチップ内に設けるとトランジスタなどを複数設けるよりもチップサイズが大きくなってしまう。
図８〜図１１は、従来技術の問題点を説明する図である。
図８は、一般的な高周波回路の構成を説明する図である。図９は、広帯域に対応可能な従来のＲＦＩＣの第１の構成を説明する図である。図１０は、広帯域に対応可能な従来のＲＦＩＣの第２の構成を説明する図である。図１１は、広帯域に対応可能な従来のＲＦＩＣの第３の構成を説明する図である。
図８にあるように、高周波回路１１では希望する周波数帯に同調するために入力整合回路１０と出力整合回路１２を設ける。整合回路は周波数特性(フィルタ特性)を持つため、１つの整合回路のみで複数の周波数帯を網羅する広帯域高周波回路を実現することは困難となる。
図９に示されるように、高周波回路を含むＲＦＩＣを広帯域化するためには、入力整合回路１０と出力整合回路１２に可変キャパシタや可変インダクタを設けるようにする。このように、整合回路の動作周波数を可変とするためには可変キャパシタや可変インダクタを使用するがキャパシタやインダクタなどの受動部品は、ＩＣ内でも面積が他の素子に比べ大きくＲＦＩＣの面積が増大する。
また、特許文献１あるいは特許文献２にあるようにトランジスタスイッチを用いてインダクタやキャパシタを可変するものがあるが、トランジスタのON抵抗が数十Ωあるため、高周波回路では大きな特性劣化を生じ、実際に適用することが困難となる。これらより高周波信号を扱うRFICでは 可変整合回路の実現が困難である。
また、図１０のように、ＲＦＩＣには、高周波回路１１のみを設け、ＲＦＩＣの外部に、ディスクリートの部品で外部整合回路１０ａ、１２ａを構成し、配線で接続する方法もある。しかし、ＲＦＩＣ外部に可変整合回路１０ａ、１２ａを設ける場合は、ＩＣとして構成しても面積が大きい可変キャパシタや可変インダクタを、ディスクリートの素子として構成するので、更に大型化し、部品点数が増え、コストおよび回路規模が大きくなる。

更に、図１１（ａ）〜（ｃ）のように、各周波数帯域を網羅するために複数の高周波回
路を１つのＩＣ上に設けると、回路の個数が多くなる上に、特に整合回路に用いるインダクタやキャパシタなどの能動部品によってＲＦＩＣの面積が増大する。
特開２００４−３５０１１７号 特開２００６−１２９９０号
本発明の課題は、小型で複数の周波数帯に利用できる広帯域な半導体集積回路を提供することである。
本発明の半導体集積回路は、実装する場合に、半田バンプで直接基板に接続される半導体集積回路であって、少なくとも１つが該半導体集積回路の信号線に接続され、該基板に該半導体集積回路を実装する場合に半田バンプによって接着され、相互の接続が該基板側の配線によって行われる複数のダミーバンプを備えることを特徴とする。
本発明によれば、小型で、複数の周波数帯に利用できる広帯域な半導体集積回路を提供することが出来る。
図１は、半導体集積回路を基板に実装する場合のバンプパッドの様子を示した図である。
半導体集積回路を直接基板に実装するフリップチップ実装では接続強度を保つためのダミーバンプが必要となる。図１（ａ）に示されるように、半導体集積回路１５の裏面には、円形のバンプパッドが配列されている。外側のバンプパッドは、信号用バンプパッドであり、信号線を適切に信号用バンプパッド１６に接続することにより、半導体集積回路１５を外部の回路と接続する。バンプパッドは、信号用バンプパッド１６以外に、半導体集積回路１５を基板に取り付けるためのダミーバンプパッドがあり、ダミーバンプパッド領域１７にあるダミーバンプパッド１８は、信号線には接続されておらず、単に、基板へ取り付けるための半田バンプの接着場所として設けられている。半田バンプ１９は、図１（ｂ）に示されるように、半導体集積回路１５と基板２０とを接着するものであり、半田の小さな粒をダミーバンプパッド１８の部分に乗せ、加熱し、半導体集積回路１５と基板２０を押し付けてから、冷却することにより、半導体集積回路１５と基板２０を接着する。基板２０側には、半田バンプ１９を乗せ、半導体集積回路１５と接着するための基板側のバンプパッドが設けられる。
図２は、本発明の実施形態を説明する図である。
図２（ａ）にあるように、ダミーバンプパッド２１は、通常半導体集積回路のどの配線とも接続されていないが、高周波半導体集積回路（ＲＦＩＣ）のＧＮＤ層２２とダミーバンプパッド２１との間には、寄生容量が存在する。そこで、本発明の実施形態においては、ダミーバンプパッドとＲＦＩＣのＧＮＤ層との間の寄生容量を整合回路のキャパシタとして利用する。図２（ｂ）の回路接続イメージのように、全てのダミーバンプパッドが有する寄生容量をキャパシタと捉えると、回路に接続されていないキャパシタが複数準備されていることになる。図２（ｃ）にあるように、ＲＦＩＣ回路のキャパシタが必要な部分に、１つのダミーバンプパッドを接続しておき、ダミーバンプパッド同士は、図２（ｄ）にあるように、基板側で配線を要して、電気的に接続するようにする。接続するダミーバンプパッドの個数によって、回路に接続されるキャパシタとしての容量が決まる。様々なダミーバンプパッドの接続の仕方の複数の基板を用意しておき、ＲＦＩＣ回路を基板に接着する際に、動作周波数帯にしたがって基板を変更することで、回路に接続する容量を変えて、所望の周波数帯で動作させることができる。
図３は、ダミーバンプパッドの接続の仕方の一例を説明する図である。
ＲＦＩＣ実装面の反対側に接続パターンを引き出し、基板上で接続パターンを接続、切断することでＲＦＩＣ実装後でも調整が可能となる。図３（ａ）の断面図に示すように、ＲＦＩＣ１５のダミーバンプパッド１８を半田バンプ１９で基板に接続すると共に、基板側の半田バンプの乗せられる部分に、バンプパッドを設け、最初は、全ての基板側のバンプパッドを非接続の状態にしておく。そして、基板側のバンプパッドからＶＩＡホールなどによって、基板内部（基板は、多層からなっている。）、あるいは、基板の反対面に配線を引き出し、基板内部あるいは、基板の反対面で基板側バンプパッド間の接続を行う。図３（ｂ）は、基板側バンプパッド間の接続の様子を模式的に示した図である。接続の仕方としては、最初に、全ての基板側バンプパッドを基板の反対面で接続しておき、ＲＦＩＣの動作周波数にあわせ、基板反対面の配線を切断して、必要な個数のダミーバンプパッド１８のみをＲＦＩＣ内の回路に接続するようにすることが考えられる。あるいは、最初は、基板側バンプパッドは、接続しないでおき、ＲＦＩＣ実装後、基板反対面で、基板側バンプパッドから引き出された配線をワイヤなどで接続するという方法も可能である。いずれにせよ、基板側バンプパッドの接続の仕方をＲＦＩＣ実装後に選択出来るようにしておくことにより、動作周波数帯が異なる場合でも、１つのＲＦＩＣを用意すれば対応が可能となるという利点がある。したがって、使用周波数毎の回路を準備する必要がなくなり、回路規模を小さくすることが出来る。また、実装に使われるダミーバンプを利用することで、調整専用パッドや調整回路の追加なく使用周波数帯の調整ができる。
これらにより、ＲＦＩＣの面積を増加させることなく、また、ＲＦＩＣの変更なく使用周波数帯の調整が使用者にて可能となる。
図４及び図５は、ダミーバンプパッドの部分の寄生容量の調整の仕方を説明する図である。
図４に示されるように、半導体集積回路側のダミーバンプパッドの下層（半導体集積回路の表面にダミーバンプパッドは出ているが、半導体集積回路の断面図からわかるように、ダミーバンプパッドよりもＲＦＩＣ ＧＮＤ層に近い、半導体集積回路内部）に、寄生容量の調整専用配線を設け、寄生容量を構成する金属面の面積やＲＦＩＣのＧＮＤ層からの距離を変えることで、１つのダミーバンプパッドの寄生容量の大きさを調整できる。図４の上図からわかるように、ダミーバンプパッドの面積よりも、下層配線の方が面積が大きいので、寄生容量の大きさを大きくすることが出来る。下層配線は、寄生容量の大きさの調整専用であり、半導体集積回路内の他の信号用配線がない部分に設けるようにする。ダミーバンプパッドと下層配線は、接続ＶＩＡなどを使って接続する。
あるいは、図５のように、半導体集積回路側のダミーバンプパッドの下層（半導体集積回路内にキャパシタを設けることにより、ダミーバンプパッド部分の容量を変えることができる。図５に示されるように、半導体集積回路の断面内に、誘電体を金属片で挟んだキャパシタを構成し、このキャパシタのそれぞれの金属片を接続ＶＩＡによって、ＲＦＩＣ
ＧＮＤ層と、ダミーバンプパッドに接続するようにする。図５では、キャパシタは、ＲＦＩＣ ＧＮＤ層には、接続ＶＩＡによって直接接続されているが、ダミーバンプパッドへは、下層金属を介して接続されている。しかし、キャパシタは、ダミーバンプパッドに接続ＶＩＡによって直接接続されても良い。このようにすると、ダミーバンプパッド部分の容量は、寄生容量によるものよりも、キャパシタによる容量によって規定されることになる。もちろん、キャパシタを半導体集積回路断面内に設けるため、半導体集積回路の信号用配線やトランジスタなどの素子が埋め込まれていない部分を選んで、キャパシタを設けるようにする。
図６及び図７は、ダミーバンプによりインダクタを回路に接続する場合を説明する図である。
図６に示すように、取り出し位置を複数設けたスパイラルインダクタを半導体集積回路に作りこみ、その取り出し位置をダミーバンプパッドに接続し、一方、トランジスタ回路のインダクタを接続する配線も別のダミーバンプパッドに接続し、両者のダミーバンプパッドを基板側で接続するようにする。取り出し位置とダミーバンプパッド数を適宜選択することで、得られるインダクタンスの大きさと、容量の大きさを調整し、トランジスタ回路の動作周波数帯を調整することができる。
また、図７のように、周波数帯によって利得などの要求仕様が異なるような場合には、半導体集積回路内部にトランジスタ回路を複数種類設けて、その半導体集積回路が適用される動作周波数帯に適合するトランジスタ回路をスパイラルインダクタに接続して使用する。スパイラルインダクタは、取り出し位置が複数あるので、そのうちの適切な一つを選べば、インダクタンスの大きさを調整でき、キャパシタの容量も、ダミーバンプパッドの接続を調整すればよく、動作周波数帯の調整は、インダクタやキャパシタを複数も受ける必要がない。したがって、半導体集積回路上で、広い面積を有するインダクタやキャパシタは、特別に複数設けず、これらを共有するように、面積の狭いトランジスタ回路を複数設けておき、適宜、適切なトランジスタ回路とインダクタ等を接続することで、回路面積を小さくできる。
以上の本発明の実施形態によれば、
・実装する基板を変えることで、動作周波数を調整が可能となり、ＲＦＩＣを変更することなく、使用者が動作周波数を調整できる。
・動作周波数帯に合わせて複数高周波回路（整合回路）を設ける場合に比べてＲＦＩＣ面積が小さくできる。
・実装に必要なダミーバンプを利用するため、調整用の専用パッドや回路が不要でＲＦＩＣの面積の増加がない。
・本発明の実施形態を実施するにあたり、半導体プロセスにおけるマスクの変更、配線加工、調整ワイヤなど、ＲＦＩＣの変更が不要である。
・基板パターンでの接続を行うようにしたのみの構成であるため外部部品が不要。
という効果がある。
（付記１）
実装する場合に、半田バンプで直接基板に接続される半導体集積回路であって、
少なくとも１つが該半導体集積回路の信号線に接続され、該基板に該半導体集積回路を実装する場合に半田バンプによって接着され、相互の接続が該基板側の配線によって行われる複数のダミーバンプ、
を備えることを特徴とする半導体集積回路。
（付記２）
前記基板側の配線は、該基板の前記半導体集積回路が実装される面と反対側の面、あるいは、該基板内部に引き出された配線を切断、あるいは、接続することにより、複数のダミーバンプ間の所望の接続パターンを構成することにより接続されるダミーバンプ数を変更することを特徴とする付記１に記載の半導体集積回路。
（付記３）
前記半導体集積回路の多層構造の内部に、前記ダミーバンプと接続された配線を備えることを特徴とする付記１に記載の半導体集積回路。
（付記４）
前記半導体集積回路の多層構造の内部に、前記ダミーバンプと接続されたキャパシタを備えることを特徴とする付記１に記載の半導体集積回路。
（付記５）
前記複数個所からそれぞれダミーパッドに接続されたインダクタと、
信号線がダミーパッドに接続されたトランジスタ回路とを更に備え、
該半導体集積回路の動作周波数帯に適合するように、該インダクタのダミーパッドと該トランジスタ回路のダミーパッドを前記基板側で接続することを特徴とする付記１に記載の半導体集積回路。
（付記６）
前記半導体集積回路には、動作周波数帯によって利得等の要求が異なる仕様に適合した異なるトランジスタ回路が複数搭載されていることを特徴とする付記５に記載の半導体集積回路。
（付記７）
前記接続を半導体集積回路を基板に実装後に調整可能であることを特徴とする付記１から６のいずれか１つに記載の半導体集積回路。
半導体集積回路を基板に実装する場合のバンプパッドの様子を示した図である。 本発明の実施形態を説明する図である。 ダミーバンプパッドの接続の仕方の一例を説明する図である。 ダミーバンプパッドの部分の寄生容量の調整の仕方を説明する図（その１）である。 ダミーバンプパッドの部分の寄生容量の調整の仕方を説明する図（その２）である。 ダミーバンプによりインダクタを回路に接続する場合を説明する図（その１）である。 ダミーバンプによりインダクタを回路に接続する場合を説明する図（その２）である。 従来技術の問題点を説明する図（その１）である。 従来技術の問題点を説明する図（その２）である。 従来技術の問題点を説明する図（その３）である。 従来技術の問題点を説明する図（その４）である。
符号の説明
１０ 入力整合回路
１０ａ、１２ａ 外部整合回路
１１ 高周波回路
１２ 出力整合回路
１５ 半導体集積回路
１６ 信号用バンプパッド
１７ ダミーバンプパッド領域
１８、２１ ダミーバンプパッド
１９ 半田バンプ
２０ 基板
２２ ＲＦＩＣ ＧＮＤ層

Claims (4)

  1. 実装する場合に、半田バンプで直接基板に接続される半導体集積回路であって、
    該半導体集積回路の信号線に接続され、該基板に該半導体集積回路を実装する場合に半田バンプによって接着され、相互の接続が該基板側の配線によって行われる複数のダミーバンプと、
    複数個所からそれぞれダミーパッドに接続されたインダクタと、
    信号線がダミーパッドに接続されたトランジスタ回路と、
    を備え、
    該半導体集積回路の動作周波数帯に適合するように、該インダクタのダミーパッドと該トランジスタ回路のダミーパッドを前記基板側で接続することを特徴とする半導体集積回路。
  2. 前記基板側の配線は、該基板の前記半導体集積回路が実装される面と反対側の面、あるいは、該基板内部に引き出された配線を切断、あるいは、接続することに より、複数のダミーバンプ間の所望の接続パターンを構成することにより接続されたダミーバンプの数を変更することを特徴とする請求項１に記載の半導体集積 回路。
  3. 前記半導体集積回路の多層構造の内部に、前記ダミーバンプと接続された配線を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
  4. 前記半導体集積回路の多層構造の内部に、前記ダミーバンプと接続されたキャパシタを備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
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