JP4979097B2 - マルチチップモジュール - Google Patents
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Description
本発明に係るマイクロコンピュータ(1)は、矩形の半導体基板に形成されメモリインタフェース回路(4,5)を有する。前記半導体基板の一つのコーナー部を基点とする両側の縁辺に沿って、前記メモリインタフェース回路が分割配置されている。半導体基板の一辺にメモリインタフェース回路を集中させる場合に比べて半導体基板はサイズ縮小の制約を受け難い。
本発明の別の具体的な形態によれば、前記マイクロコンピュータは前記半導体基板が搭載されるパッケージを有し、前記パッケージは外部接続端子に関しボールグリッドアレイ形態を有する。前記反転データストローブ信号回路に接続する外部接続端子と前記非反転データストローブ信号回路に接続する外部接続端子とはボールグリッドアレイの最外周より第1周目と第2周目に隣接配置され、又は第3周目と第4周目に隣接配置されて、差動端子を構成する。ボールグリッドアレイ形態の外部接続端子に接続する実装基板上の配線において、ボールグリッドアレイの最外周より第1周目の外部接続端子に接続する配線はそのまま外側に引き出され、第2周目の外部接続端子に接続する配線は第1周目の外部接続端子に接続する2本の配線の間を通って外側に引き出される。第3周目と第4周目の外部接続端子に各々接続する配線は第1周目と第2周目の外部接続端子とは異なる配線層を通って同様に外側に引き出される。このような一般的な配線構造への対応を考慮すると、差動端子を第1周目と第2周目に隣接配置し、又は第3周目と第4周目に隣接配置することにより、差動端子に接続する配線は同一配線層上で隣接して相対するから、実装基板上においても同相ノイズ成分のキャンセル効果を維持させることが容易になる。
本発明の更に別の具体的な形態によれば、前記マイクロコンピュータにおいて、分割配置された両側の各々の部分回路はアドレス信号及びコマンドに関するコマンド及びアドレス系ユニット(CAIF)を有し、前記コマンド及びアドレス系ユニットは前記データ系ユニットに直列的に配置され、前記コマンド及びアドレス系ユニットは前記データ系ユニットよりも前記半導体基板の一つのコーナー部寄りに配置される。これによれば、半導体基板の左右の縁辺部分に分割配置されたメモリインタフェース回路部分の夫々に対向してDDR2−SDRAMを実装基板上に配置するとき、マイクロコンピュータから夫々のDDR2−SDRAMにコマンド及びアドレスを供給する配線を、前記一つのコーナー部を基点に前記DDR2−SDRAMの間の領域を通し、途中で分岐して各々の前記DDR2−SDRAMの端子に至る経路を採用することが可能になる。実装基板上におけるコマンド及びアドレス系配線経路の等長化が容易になる。
本発明に係る半導体装置は、モジュール基板の一方の面に複数のメモリデバイスとデータ処理デバイスが搭載され、前記モジュール基板の他方の面に複数のモジュール端子が形成される。前記モジュール基板は、前記データ処理デバイスから出力される差動クロック信号を前記メモリデバイスに伝達するための差動クロック配線と、前記差動クロック配線に接続する差動終端抵抗接続用の一対のモジュール端子(BCKa,BCKb)とを有する。前記差動終端抵抗接続用の一対のモジュール端子は、相互に隣接され、且つ、他のモジュール端子が配置されていない領域に隣接し又はテスト専用モジュール端子に隣接して形成されている。
本発明の半導体装置は、モジュール基板の一方の面にメモリデバイスとデータ処理デバイスが搭載され、前記モジュール基板の他方の面に複数のモジュール端子が形成される。前記モジュール基板はコア層とその表裏に形成されたビルドアップ層とを有する。前記モジュール端子として、前記データ処理デバイスにメモリインタフェース用電源を供給する第1モジュール電源端子(Vcc−DDR)と、前記メモリデバイスにコア回路用電源を供給する第2モジュール電源端子(Vdd−DRAM)と、前記メモリデバイスに外部出力及び外部入出力インタフェース用電源を供給する第3モジュール電源端子(Vddq−DRAM)と、前記データ処理デバイス及びメモリデバイスにグランド電圧を供給するモジュールグランド端子と、を各々電気的に分離して別々に備える。これは、メモリデバイスとデータ処理デバイスの電源を分離して個別テストをやり易くするための考慮である。外部出力及び外部入出力インタフェース用電源と、コア用電源を分離するのは、入出力動作に伴う電源ノイズによってコア回路が影響され難くするためである。このとき、前記第2モジュール電源端子をメモリデバイスに接続する給電経路において前記コア層の1個のビアに対してビルドアップ層に形成されるビアの数は、前記第3モジュール電源端子をメモリデバイスに接続する給電経路において前記コア層の1個のビアに対してビルドアップ層に形成されるビアの数よりも多くされる。メモリデバイスのコア回路による消費電力が外部出力及び外部入出力インタフェース回路部分よりも大きくなることを考慮したとき、コア層のビアに比べて導電面積の小さなビルドアップ層のビアによる電流供給能力不足を生じないようにすることができる。例えばメモリデバイスがDDR2−SDRAMのときは、ダイナミック型メモリセルのリフレッシュ動作で比較的大きな電力を消費する。
本発明に係る半導体装置は、モジュール基板の一方の面にメモリデバイスとデータ処理デバイスが搭載され、前記モジュール基板の他方の面に複数のモジュール端子が形成される。前記モジュール基板はコア層とその表裏に形成されたビルドアップ層とを有する。前記モジュール端子として、前記データ処理デバイスにメモリインタフェース用電源を供給する第1モジュール電源端子(Vcc−DDR)と、前記メモリデバイスにコア回路用電源を供給する第2モジュール電源端子(Vdd−DRAM)と、前記メモリデバイスに外部出力及び外部入出力インタフェース用電源を供給する第3モジュール電源端子(Vddq−DRAM)と、前記データ処理デバイス及びメモリデバイスにグランド電圧を供給するモジュールグランド端子と、を各々電気的に分離して別々に備える。前記メモリデバイスは、前記第2電源モジュール端子から供給される電源と共に利用されるコア回路用グランド電圧を入力する第1デバイスグランド端子(VSS)と、前記第3電源モジュール端子から供給される電源と共に利用される外部出力及び外部入出力インタフェース用グランド電圧を入力する第2デバイスグランド端子(VSSQ)とを有する。前記コア層とビルドアップ層は前記モジュールグランド端子と前記第1及び第2デバイスグランド端子に接続するグランドパターン(GPTN)を有し、前記グランドパターンは、前記第1デバイスグランド端子に接続するパッド又はビアと、前記第2デバイスグランド端子に接続するパッド又はビアとを結ぶ線分の間にスリット(SLT)を有する。
本発明に係る半導体装置は、モジュール基板の一方の面に複数のメモリデバイスとデータ処理デバイスが搭載され、前記モジュール基板の他方の面に複数のモジュール端子が形成され、前記データ処理デバイスは、一つのコーナー部を基点とする両側の縁辺に沿って分割配置されたメモリインタフェース回路を有し、前記メモリデバイスはJEDEC標準の端子配列を備えたDDR2−SDRAMである。前記DDR2−SDRAMの長辺は、前記メモリインタフェース回路が配置された前記データ処理デバイスの前記縁辺に対向して配置される。前記DDR2−SDRAMは、前記一つのコーナー部寄りの一つの短辺を基点に長辺に沿って、順次アドレス信号及びコマンドに関するコマンド及びアドレス系端子群とデータ及びデータストローブ信号に関するデータ系データ端子群とに分けた端子配置を有する。コマンド及びアドレス系端子群を対応するDDR2−SDRAMの端子に接続するための主なコマンド及びアドレス配線は、前記一つのコーナー部を基点に前記DDR2−SDRAMの間の領域を通り、途中で分岐して各々の前記DDR2−SDRAMの端子に至る経路を有する。
図1には本発明に係るマイクロコンピュータにおけるメモリインタフェース形態が例示される。1はマイクロコンピュータ(MCU)であり、2,3はDDR2−SDRAMである。特に1Aはマイクロコンピュータチップ(MCU_CHP)を意味する。ここではマイクロコンピュータ1及びDDR2−SDRAM(以下単にSDRAMとも記す)2,3は各々パッケージされ、プリント配線基板(PCB)に実装される場合を想定する。SDRAM2,3はBGA(Ball Grid Array)パッケージを有し、その端子配列は前記非特許文献1にて規定される。例えば並列データ入出力ビット数が×16ビットの場合における端子配列は図2に示される。この端子配列に従えば、データ及びデータストローブ系信号端子群とコマンド及びアドレス系端子群CAPAが分離され、データ及びデータストローブ系信号端子群も上位バイトユニット端子群UBPAと下位バイトユニット端子群LBPAに分離される。それら端子群は、前記規格におけるA1番端子側の短辺を基点に、長辺に沿って、上位バイトユニット端子群UBPA、下位バイトユニット端子群LBPA、コマンド及びアドレス系端子群CAPAの順に配列される。図2において、DQ0〜DQ15がデータ入出力端子、LDQS,LDQSBはDQ0〜DQ7の下位バイトデータに対する差動のデータストローブ端子、UDQS、UDQSBはDQ8〜DQ15の上位バイトデータに対する差動のデータストローブ端子、A0〜A15がアドレス入力端子、BA0〜BA2がバンクアドレス入力端子である。RASB,CASB,WEBはコマンド入力端子、CSBはチップ選択端子、CK,CKBは差動のクロック入力端子、CKEはクロックイネーブル端子、LDMはDQ0〜DQ7の下位バイトデータに対するデータマスク端子、UDMはDQ8〜DQ15の上位バイトデータに対するデータマスク端子である。VDD,VDDQはメモリ電源端子、VSS、VSSQはグランド端子である。VDDQ、VSSQはDDR2−SDRAMのデータ入出力系及びデータストローブ信号の入出力系回路(外部出力及び外部入出力回路)の電源とグランドに専用化される。VDD、VSSはDDR2−SDRAMのその他の回路(コア回路)の電源とグランドの外部端子とされる。ここではVDDQとVDDの電圧レベルは例えば1.8Vで等しく、VSSQとVSSの電圧レベルも0Vで等しいものとする。VDDL,VSSDLは内部タイミングの生成に利用するDLL(Delay Locked Loop)回路に専用の電源及びグランド電圧とされる。VREFは参照電位の入力端子であり、SSTL(Stub Series Terminated Transceiver Logic)における外部インタフェース用の判定レベルが与えられる。NCは非接続端子である。
図8には本発明に係る半導体装置の一例であるマルチチップモジュールの縦断面図が例示される。マルチチップモジュール31は、モジュール基板32の一面に、データ処理デバイスとして1個のマイクロコンピュータチップ(MCU_CHP)1Aと、複数個のメモリデバイスとして2個のDDR2−SDRAM2(3)とを有する。マイクロコンピュータチップ(MCU_CHP)1AとDDR2−SDRAM2(3)は、モジュール基板32との隙間がアンダーフィル樹脂(図示せず)で充填されている。このマルチチップモジュール31はシステム・イン・パッケージのマイコンモジュールとして位置付けられる。
図9にはマルチチップモジュール31の平面なレイアウト構成が例示される。モジュール基板32上におけるマイクロコンピュータチップ1AとDDR2−SDRAM2,3との相対位置関係は図1の配置Bと同じである。図1の配置Bにおいて、PCBをモジュール基板32に代え、マイクロコンピュータ1をマイクロコンピュータチップ1Aに代えて考えればよい。端子配列は図1の配置Bと等価である。
図14にはDDR2−SDRAM2,3に対するテスト専用端子の配置が例示される。モジュール基板32の裏面に配置されたボール電極40は外周縁に沿って7周配置された周回電極部分45と、中央部の9行9列でマトリクス配置された中央電極部分46とを有する。周回電極部分45と中央電極部分46の間には空白領域47が確保されている。マルチチップモジュール31には、DDR2−SDRAM2,3をマイクロコンピュータチップ1Aによるアクセス制御とは別に、外部よる単独でテスト可能にするテスト用のボール電極が配置される。テスト用のボール電極の領域は、DDR2−SDRAM2,3のボール電極39との対応が矢印で示されている。図より明らかなように、テスト用のボール電極は周回電極部分の内周寄りに配置されている。マルチチップモジュール31を搭載するマザーボード(プリント配線基板)上にマルチチップモジュール31を搭載するとき、マルチチップモジュール31の下側から側方に向けてPCB配線を引き出す場合、マルチチップモジュール31の周縁に近いほどマザーボード上における配引出しは容易である。したがって、テスト専用ボール電極の如くマザーボード上の配線に接続する必要のない端子は極力、モジュール基板の内側に集めた方が得策だからである。
DDR2−SDRAM2,3の動作電源は、VDDQ,VSSQが外部出力及び外部入出力回路用(I/O用)の電源系端子セット、VDD,VSSがコア回路用の電源系端子セットである。マイクロコンピュータチップ1Aは、コア回路用と外部インタフェース回路用に別々の電源系端子セットを備える。更に、マイクロコンピュータチップ1Aは、SDRAM2,3にインタフェースされる前記インタフェース回路4,5の動作電源としてVCCddr、VSSddrの電源系端子セットを有する。電源端子VDD,VDDQ、VCCddrの電源電圧は例えば1.8Vである。グランド端子VSS、VSSQ、VSSddrのグランド電圧は0Vである。特に制限されないが、マイクロコンピュータチップ1Aのコア回路用電源セットは固有の電源系端子による1.0Vと0Vであり、その他の外部インタフェース回路用の電源セットはそれ固有の電源系端子による3.3Vと0Vである。
図18には主な電源系に着目したときのマルチチップモジュール31の縦断面構造が例示される。DDR2−SDRAM2,3はI/O回路に比べてコア回路の消費電力の方が大きい。リフェレッシュ動作時の比較的大きな電力消費を考慮しなければならないからである。ここで、ビルドアップ層35、36に形成された1個のビア42Aの給電面積はコア層34に形成された1個のビア42Bの給電面積よりも小さい。このとき、Vdd−DRAMをVDDに接続する給電経路において前記コア層34の1個のビア42Bに対してビルドアップ層の各層に形成されるビア42Aの数は2個とされる。Vddq−DRAMをVDDQに接続する給電経路において前記コア層34の1個のビア42Bに対してビルドアップ層35,36の各層に形成されるビア42Aの数は1個とされる。メモリデバイスのコア回路による消費電力がI/O回路部分よりも大きくなることを考慮したとき、コア層のビアに比べて導電面積の小さなビルドアップ層のビアによる電流供給能力不足を生じないようにすることができる。
図19にはグランド端子VSS,VSSQとグランドボール電極Vssを接続する経路の縦断面構造が例示される。前述のようにデバイス上で分離されているグランド端子VSS,VSSQはモジュール基板内では電気的に導通され、電気的に共通のグランドボール電極Vssに接続される。このとき、前記コア層とビルドアップ層は、グランド端子VSS,VSSQ及びグランドボール電極Vssに導通するグランドパターンGPTNを有し、面積を大きくして極力グランド電位の安定化を図ろうとしている。即ち、グランド端子VSS,VSSQ及びグランドボール電極Vssと、前記コア層及びビルドアップ層のグランドパターンGPTNとは電気的に一体化され、電源系のような分離は行なわれていないから、ESD(Electrostatic Discharge)耐性の低下、リターンパス経路の阻害に寄る電気的特性の劣化、グランドレベルのずれ等の問題を生じ難い。一方、グランドをDC的に全て共通化すると、VSSとVSSQのような異種グランド間でのノイズ回り込みの虞を生ずる。これに対し、前記グランドパターンGPTNは、デバイスグランド端子VSSに接続するパッド又はビアと、前記デバイスグランド端子VSSQに接続するパッド又はビアとを結ぶ線分の間にスリットSLTを有する。図20乃至図25には各配線層L1〜L6の状態が例示される。ここではL4配線層は基本的に電源プレーンに利用されるのでグランドパターンは存在していない。
2,3 DDR2−SDRAM
4,5 メモリインタフェース回路
1A マイクロコンピュータチップ(MCU_CHP)
DQ0〜DQ15 データ入出力端子
LDQS,LDQSB 下位バイトデータに対する差動データストローブ端子
UDQS、UDQSB 上位バイトデータに対する差動データストローブ端子
A0〜A15 アドレス入力端子
BA0〜BA2 バンクアドレス入力端子
RASB、CASB、WEB コマンド入力端子
CSB チップ選択端子
CK,CKB 差動のクロック入力端子
LDM 下位バイトデータに対するデータマスク端子
UDM 上位バイトデータに対するデータマスク端子
VDD,VDDQ メモリ電源端子
VSS、VSSQ グランド端子
VCCddr MCUのメモリインタフェース回路用電源端子
UBCL 上位バイトユニット系PCB配線
LBCL 下位バイトユニット系PCB配線
CACL コマンド及びアドレス系PCB配線
CAPA コマンド及びアドレス系端子群
LBPA CAPA、下位バイトユニット端子群
UBPA 上位バイトユニット端子群
CAIF コマンド及びアドレス系インタフェースユニット
UBIF 上位データ系インタフェースユニット
LBIF 下位データ系インタフェースユニット
10 データ入出力回路
11 データマスク信号回路
12 反転データストローブ信号回路
13 非反転データストローブ信号回路
14 データ入出力回路14
20 入出力バッファ
21 出力バッファ
22 出力ラッチ
26 メモリコントローラ(MCNT)26
27 中央処理装置(CPU)
32 モジュール基板
34 コア層
35,36 ビルドアップ層
38 マイクロコンピュータチップ1Aのバンプ電極
39 DDR2−SDRAM2(3)のボール電極
40 モジュールボール電極
41 スルーホール
42 ビア
SLT スリット
GPTN グランドプレーン
55 グランドプレーンのガード用縁辺部分
Vcc DDR MCUのメモリインタフェース回路電源用モジュール端子
Vddq−DRAM DDR2−SDRAMのI/O電源用モジュール端子
Vdd−DRAM DDR2−SDRAMのコア電源用モジュール端子
Claims (2)
- 上面、前記上面に形成された複数の配線、前記上面とは反対側の下面を有するプリント配線基板と、
平面形状が、第1辺と、前記第1辺と第1角部で交わる第2辺とを有する四角形からなり、前記第1辺に沿って配置された複数の第1ボール電極、および前記第2辺に沿って配置された複数の第2ボール電極を有し、前記複数の第1及び第2ボール電極を介して前記プリント配線基板の前記上面に搭載されたデータ処理デバイスと、
平面形状が、第1メモリ長辺と、前記第1メモリ長辺と第1メモリ角部で交わる第1メモリ短辺とを有する長方形からなり、前記第1メモリ長辺に沿って配置された複数の第1端子を有し、前記複数の第1端子を介して前記プリント配線基板の前記上面に、かつ、平面視において前記第1長辺が前記データ処理デバイスの前記第1辺と並ぶように、前記データ処理デバイスの隣に搭載された第1メモリデバイスと、
平面形状が、第2メモリ長辺と、前記第2メモリ長辺と第2メモリ角部で交わる第2メモリ短辺とを有する長方形からなり、前記第2メモリ長辺に沿って配置された複数の第2端子を有し、前記複数の第2端子を介して前記プリント配線基板の前記上面に、かつ、平面視において前記第2長辺が前記データ処理デバイスの前記第2辺と並び、かつ、前記第2メモリ角部が前記第1メモリ角部と対向するように、前記データ処理デバイスの隣に搭載された第2メモリデバイスと、
を含み、
前記複数の第1ボール電極は、平面視において、前記第1角部から前記第1辺に沿って、第1コマンド・アドレス系インタフェースユニット用ボール電極群、第1下位データ系インタフェースユニット用ボール電極群、第1上位データ系インタフェースユニット用ボール電極群の順に配置されており、
前記複数の第2ボール電極は、平面視において、前記第1角部から前記第2辺に沿って、第2コマンド・アドレス系インタフェースユニット用ボール電極群、第2下位データ系インタフェースユニット用ボール電極群、第2上位データ系インタフェースユニット用ボール電極群の順に配置されており、
前記複数の第1端子は、平面視において、前記第1メモリ角部から前記第1長辺に沿って、第1コマンド・アドレス系端子群、第1下位データ系端子群、第1上位データ系端子群の順に配置されており、
前記複数の第2端子は、平面視において、前記第2メモリ角部から前記第2長辺に沿って、第2コマンド・アドレス系端子群、第2下位データ系端子群、第2上位データ系端子群の順に配置されていることを特徴とするマルチチップモジュール。 - 前記第1コマンド・アドレス系インタフェースユニット用ボール電極群は、前記プリント配線基板の前記複数の配線のうちの第1コマンド・アドレス系配線を介して、前記第1コマンド・アドレス系端子群および前記第2コマンド・アドレス系端子群とそれぞれ電気的に接続されており、
前記第1下位データ系インタフェースユニット用ボール電極群は、前記プリント配線基板の前記複数の配線のうちの第1下位データ系配線を介して、前記第1下位データ系端子群とそれぞれ電気的に接続されており、
前記第1上位データ系インタフェースユニット用ボール電極群は、前記プリント配線基板の前記複数の配線のうちの第1上位データ系配線を介して、前記第1上位データ系端子群とそれぞれ電気的に接続されており、
前記第2コマンド・アドレス系インタフェースユニット用ボール電極群は、前記プリント配線基板の前記複数の配線のうちの第2コマンド・アドレス系配線を介して、前記第1コマンド・アドレス系端子群および前記第2コマンド・アドレス系端子群とそれぞれ電気的に接続されており、
前記第2下位データ系インタフェースユニット用ボール電極群は、前記プリント配線基板の前記複数の配線のうちの第2下位データ系配線を介して、前記第2下位データ系端子群とそれぞれ電気的に接続されており、
前記第2上位データ系インタフェースユニット用ボール電極群は、前記プリント配線基板の前記複数の配線のうちの第2上位データ系配線を介して、前記第2上位データ系端子群とそれぞれ電気的に接続されており、
前記第1及び第2コマンド・アドレス系配線は、平面視において、前記第1メモリデバイスの前記第1メモリ角部と前記第2メモリデバイスの前記第2メモリ角部との間を経由し、前記第1メモリデバイスと前記第2メモリデバイスとの間において前記第1メモリデバイスおよび前記第2メモリデバイスのそれぞれに向かって分岐していることを特徴とする請求項1記載のマルチチップモジュール。
Priority Applications (1)
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JP2010271403A JP4979097B2 (ja) | 2010-12-06 | 2010-12-06 | マルチチップモジュール |
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JP2010271403A JP4979097B2 (ja) | 2010-12-06 | 2010-12-06 | マルチチップモジュール |
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