JP5401699B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
この発明は、半導体チップ上に形成された電極パッドにボンディングワイヤを介して外部電源から電圧を供給する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device that supplies a voltage from an external power supply to electrode pads formed on a semiconductor chip via bonding wires.
LSI(Large-Scale Integrated circuit)の電源は、半導体チップの周縁部に設けられたボンディングパッドに供給され、電源配線を介してチップの周縁部から中心部へと供給される。このとき、電源配線の抵抗による電圧降下によって中心部に供給される電圧が低くなり、LSIが誤動作する場合がある。IRドロップと呼ばれるこの現象を緩和するために、これまでいくつかの技術が提案されている。 The power of an LSI (Large-Scale Integrated circuit) is supplied to a bonding pad provided at the peripheral portion of the semiconductor chip, and is supplied from the peripheral portion of the chip to the central portion through a power supply wiring. At this time, the voltage supplied to the central portion is lowered due to the voltage drop due to the resistance of the power supply wiring, and the LSI may malfunction. In order to alleviate this phenomenon called IR drop, several techniques have been proposed so far.
たとえば、特開2004−221260号公報(特許文献1)に開示される技術は、複数の機能領域が形成された半導体チップに関するものである。この従来技術では、周縁部に外部接続用端子に接続される第1のパッドが形成されるとともに、機能領域と接続された第2のパッドを、第1のパッドが形成された位置よりも内側に設ける。そして、第1のパッドと第2のパッドとをワイヤ接続する。第1のパッドと第2のパッドとは、ワイヤおよび配線パターンで並列接続することもできる。 For example, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-221260 (Patent Document 1) relates to a semiconductor chip in which a plurality of functional regions are formed. In this prior art, the first pad connected to the external connection terminal is formed in the peripheral portion, and the second pad connected to the functional region is located on the inner side of the position where the first pad is formed. Provided. Then, the first pad and the second pad are wire-connected. The first pad and the second pad can be connected in parallel by a wire and a wiring pattern.
また、特開2005−85829号公報(特許文献2)に開示される技術では、半導体チップの周辺部に周縁部パッドが設けられ、半導体チップの周縁部パッド以外の部分に、電源を供給する中央部パッドが設けられる。中央部パッドは複数個格子状に配置され、これら中央部パッド相互間がワイヤボンディングにより接続される。 Further, in the technique disclosed in Japanese Patent Laying-Open No. 2005-85829 (Patent Document 2), a peripheral pad is provided in the peripheral part of the semiconductor chip, and a center for supplying power to a part other than the peripheral pad of the semiconductor chip. Part pads are provided. A plurality of center pads are arranged in a lattice pattern, and the center pads are connected to each other by wire bonding.
また、特開平11−307483号公報(特許文献3)に開示される技術は、課題が異なるが、上述の従来技術と類似する。この技術の目的は、チップが配線変更されてもパッケージや配線基板等を変更しなくて済むような半導体装置を提供することである。具体的には、半導体ウェハにチップを形成する際に、スクライブ線領域にボンディングパッドと同じ導電性材料からなる、不連続線状パターンを形成し中継パッドとする。パッケージする際に、チップのセンタパッドと中継パッド、および中継パッドとリードとをそれぞれワイヤボンディングする。 Further, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-307383 (Patent Document 3) is similar to the above-described conventional technique, although the problem is different. An object of this technique is to provide a semiconductor device that does not require a package, a wiring board, or the like to be changed even if the wiring of a chip is changed. Specifically, when a chip is formed on a semiconductor wafer, a discontinuous linear pattern made of the same conductive material as the bonding pad is formed in the scribe line region to form a relay pad. When packaging, the center pad and the relay pad of the chip, and the relay pad and the lead are respectively wire-bonded.
なお、上記の電源配線の問題は、接地配線にも同様に生じる。すなわち、接地配線の抵抗によって接地電圧が上昇するために、LSIが誤動作する場合がある。
通常、IRドロップを抑制するためには、基板の周縁領域に多数のボンディングパッドを設け、これらの多数のパッドから電源電圧を半導体回路に供給するようにする。しかしながら、基板周縁領域に設けることができるパッドの総数には制限があり、これらのパッドのうち電源供給用に割当てられるパッドの数にも制限ある。そこで、上述のように半導体チップの中央領域にボンディングパッドを設けて、中央領域のパッドと周縁領域のパッドとをワイヤ接続することによって配線抵抗を低減させる方法は効果的である。 Usually, in order to suppress IR drop, a large number of bonding pads are provided in the peripheral region of the substrate, and a power supply voltage is supplied to the semiconductor circuit from the large number of pads. However, the total number of pads that can be provided in the peripheral region of the substrate is limited, and the number of pads allocated for power supply among these pads is also limited. Therefore, as described above, a method of reducing the wiring resistance by providing a bonding pad in the central region of the semiconductor chip and wire-connecting the pad in the central region and the pad in the peripheral region is effective.
しかし、この場合も、基板中央領域に設けるボンディングパッドの配置場所や総数には制限がある。第1に、ボンディングパッドの下層側にはボンディング時にダメージが及ぶ可能性があるからである。このため、干渉層をボンディングパッドの下層側に設けたりする必要が生じる。第2に、基板中央部に多数のボンディングパッドを設けてワイヤ接続を行なうと、ワイヤ間のショートする問題が生じやすいばかりでなく、コスト的にも不利となるからである。したがって、できるだけ少数のワイヤを用いて効果的にIRドロップの抑制を行なうことが望ましい。 However, in this case as well, there are limitations on the location and total number of bonding pads provided in the central region of the substrate. First, the lower layer side of the bonding pad may be damaged during bonding. For this reason, it is necessary to provide an interference layer on the lower layer side of the bonding pad. Second, if a large number of bonding pads are provided at the center of the substrate and wire connections are made, not only does the problem of short-circuiting between wires easily occur, but it is also disadvantageous in terms of cost. Therefore, it is desirable to effectively suppress IR drop using as few wires as possible.
この発明は上記の問題を考慮してなされたものであり、その目的はIRドロップを効果的に抑制する半導体装置を提供することである。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device that effectively suppresses IR drop.
この発明の一局面における半導体装置は、基板と、半導体回路と、基板上に形成された表面保護膜と、電源配線パターンと、第1、第2のボンディングワイヤとを備える。半導体回路は、各々が基板上の互いに異なる領域に形成され、1または複数の動作周波数で動作し、共通の電源電圧を受ける複数の機能ブロックを有する。電源配線パターンは、基板上に設けられ、電源電圧を供給するために半導体回路と接続される。また、電源配線パターンは、電源配線パターンの一部が表面保護膜から露出した部分であり、互いに離間して設けられた第1〜第3のパッドを含む。第1のパッドは、基板の周縁領域に設けられる。第3のパッドは、複数の機能ブロックのうち第1の機能ブロックが形成された領域に設けられる。ここで、第1の機能ブロックの1または複数の動作周波数のうちの最大動作周波数は、残余の機能ブロックのうちの少なくとも1つ機能ブロックの最大動作周波数より高い。第1のボンディングワイヤは、外部から電源電圧の供給を受けるために第1のパッドに接続される。第2のボンディングワイヤは、第2および第3のパッド間を接続する。 A semiconductor device according to one aspect of the present invention includes a substrate, a semiconductor circuit, a surface protective film formed on the substrate, a power supply wiring pattern, and first and second bonding wires. The semiconductor circuit includes a plurality of functional blocks that are formed in different regions on the substrate, operate at one or a plurality of operating frequencies, and receive a common power supply voltage. The power supply wiring pattern is provided on the substrate and connected to the semiconductor circuit to supply a power supply voltage. The power supply wiring pattern is a portion where a part of the power supply wiring pattern is exposed from the surface protective film, and includes first to third pads provided apart from each other. The first pad is provided in the peripheral area of the substrate. The third pad is provided in a region where the first functional block is formed among the plurality of functional blocks. Here, the maximum operating frequency among the one or more operating frequencies of the first functional block is higher than the maximum operating frequency of at least one functional block of the remaining functional blocks. The first bonding wire is connected to the first pad in order to receive a supply voltage from the outside. The second bonding wire connects between the second and third pads.
この発明の他の局面における半導体装置は、基板と、半導体回路と、基板上に形成された表面保護膜と、電源配線パターンと、第1、第2のボンディングワイヤとを備える。半導体回路は、各々が基板上の互いに異なる領域に形成され、共通の電源電圧を受ける複数の機能ブロックを有する。電源配線パターンは、基板上に設けられ、電源電圧を供給するために半導体回路と接続される。また、電源配線パターンは、電源配線パターンの一部が表面保護膜から露出した部分であり、互いに離間して設けられた第1〜第3のパッドを有する。第1のパッドは、基板の周縁領域に設けられる。第3のパッドは、複数の機能ブロックのうちの第1の機能ブロックが形成された領域に設けられる。ここで、第1の機能ブロックの消費電力は、残余の機能ブロックのうちの少なくとも1つの機能ブロックの消費電力よりも大きい。第1のボンディングワイヤは、外部から電源電圧の供給を受けるために第1のパッドに接続される。第2のボンディングワイヤは、第2および第3のパッド間を接続する。 A semiconductor device according to another aspect of the present invention includes a substrate, a semiconductor circuit, a surface protective film formed on the substrate, a power supply wiring pattern, and first and second bonding wires. The semiconductor circuit includes a plurality of functional blocks that are formed in different regions on the substrate and receive a common power supply voltage. The power supply wiring pattern is provided on the substrate and connected to the semiconductor circuit to supply a power supply voltage. The power supply wiring pattern is a portion where a part of the power supply wiring pattern is exposed from the surface protective film, and has first to third pads provided apart from each other. The first pad is provided in the peripheral area of the substrate. The third pad is provided in a region where the first functional block of the plurality of functional blocks is formed. Here, the power consumption of the first functional block is larger than the power consumption of at least one functional block among the remaining functional blocks. The first bonding wire is connected to the first pad in order to receive a supply voltage from the outside. The second bonding wire connects between the second and third pads.
この発明の一局面によれば、電源配線パターンによる電源電圧の供給経路と並列に第2のボンディングワイヤを設けることによって、配線抵抗を低減させてIRドロップを抑制することができる。このとき、各機能ブロックの動作周波数に着目し、他の機能ブロックよりも最高動作周波数の高い機能ブロックに第2のボンディングワイヤを介して電源電圧を供給することによって、IRドロップを効果的に抑制することができる。 According to one aspect of the present invention, by providing the second bonding wire in parallel with the supply path of the power supply voltage by the power supply wiring pattern, it is possible to reduce the wiring resistance and suppress the IR drop. At this time, paying attention to the operating frequency of each functional block, the power supply voltage is supplied to the functional block having the highest operating frequency higher than the other functional blocks via the second bonding wire, thereby effectively suppressing the IR drop. can do.
また、この発明の他の局面によれば、各機能ブロックの消費電力に着目し、たとえば、他の機能ブロックよりも消費電力の大きい機能ブロックに第2のボンディングワイヤを介して電源電圧を供給することによって、IRドロップを効果的に抑制することができる。 According to another aspect of the present invention, attention is paid to the power consumption of each functional block. For example, the power supply voltage is supplied to the functional block having higher power consumption than the other functional blocks via the second bonding wire. Thus, IR drop can be effectively suppressed.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
図1、図2は、この発明の実施の一形態による半導体パッケージ1の構成を示す平面図である。図1は、半導体チップ10のコア回路34に接続される電源電圧VDD用の配線パターン31のレイアウトを示したものである。図2は、図1と同一の半導体チップ10について、コア回路34に接続される接地電圧VSS用の配線パターン32のレイアウトを示したものある。図1、図2では、配線パターン31,32のうちの最上層の配線層のみが示されている。
1 and 2 are plan views showing a configuration of a
図3は、半導体パッケージ1の構成を模式的に示す断面図である。
また、図4は、図1、図2で半導体チップ10の部分を拡大して示した平面図である。なお、半導体パッケージ1は、この発明の半導体装置に対応する。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
FIG. 4 is an enlarged plan view showing a part of the
図1〜図4を参照して、半導体パッケージ1は、金属製のリードフレームを用いたQFP(Quad Flat Package)である。半導体パッケージ1は、リードフレームとして、複数のリード11〜14と、電源バー15(バスバー)と、GND(ground)リング16と、ダイパッド17とを含む。さらに、半導体パッケージ1は、ダイパッド17に固定された矩形状の半導体チップ10と、複数のボンディングワイヤ21〜25と、ワイヤボンディングされた半導体チップ10およびリードフレームを封止する樹脂26とを含む。ボンディングワイヤ21〜25は、半導体チップ10の4辺30U,30D,30R,30Lに沿った周縁領域に設けられたボンディングパッド19(単に「パッド19」とも称する)に接続される。ボンディングパッド19は、図4に示すように、半導体チップ10の周縁領域に内外2重の矩形枠状に並んで形成されている。なお、図1では(図2も同様)、複数のリード11〜14のうち、樹脂26に封止されるインナーリードの部分が示され、アウターリードの部分は省略されている。
1 to 4, a
以下、半導体チップ10に搭載される半導体回路の具体的な一例として、ハードディスク用のコントローラの場合について説明する。この場合、半導体チップ10は、それぞれ半導体基板(図6の参照符号60)に集積して形成されたデジタルIO回路部33A、アナログIO回路部33B、およびコア回路34を含む。デジタルIO回路部33AおよびアナログIO回路部33Bは、基板60の周縁領域に設けられる。コア回路34は、デジタルIO回路部33AおよびアナログIO回路部33Bが形成された領域の内側の領域に設けられる。コア回路34は半導体回路の中核部分の回路であり、この発明の半導体回路に対応する。
Hereinafter, as a specific example of the semiconductor circuit mounted on the
半導体チップ10には、複数のリード11,12,13を介して、複数の電気信号および複数の電源電圧が供給される。電気信号を伝達するリード11は、半導体チップ10の周縁領域に設けられた対応のパッドとボンディングワイヤ21によって接続される。電源電圧を供給するリード12は、半導体チップ10の周縁領域に設けられた対応のパッドとボンディングワイヤ22によって接続される。電源電圧供給用のリード13は電源バー15と接続される。電源バー15は、複数のボンディングワイヤ25を介して半導体チップ10の複数箇所のパッドと接続される。
A plurality of electrical signals and a plurality of power supply voltages are supplied to the
また、半導体チップ10には、GNDリング16を介して、接地電圧VSSが与えられる。GNDリング16は、ボンディングワイヤ23,24によって半導体チップ10の周縁領域に設けられた複数のパッドと接続される。また、GNDリング16は、8個の接続部18を介してダイパッド17と接続されるともに、半導体パッケージ外形の4つのコーナから内部に延びる4本の吊りリード14と接続される。
The
コア回路34は、基板上の互いに異なる領域にそれぞれ形成された複数の機能ブロックを含む。ここで、機能ブロックとは、ひとつのまとまった機能を有する回路(マクロ)を意味する。
The
図1に示すように、半導体チップ10は、基板上の複数の機能ブロック(図5で後述する機能ブロック51〜55)に電源電圧VDDを供給するための配線パターン31を含む。配線パターン31は、多層の配線層によって格子状に形成され、コア回路34の各部と電気的に接続される。図1では、配線パターン31のうち最上層の配線層のみが図示されているが、配線パターン31は全体的にその下層の配線を介して電気的に接続されている。配線パターン31のうちの基板周縁領域のパッドの部分にボンディングワイヤ22が接続される。
As shown in FIG. 1, the
また、配線パターン31による電源電圧VDDの供給経路と並列して、基板の中央領域にボンディングワイヤ44A,44B(センタワイヤ44A,44Bとも称する)が設けられている。図4に示すように、センタワイヤ44Aは、コア回路34の領域に形成されたパッド42A,43Aを介して配線パターン31と接続される。同様に、センタワイヤ44Bは、コア回路34の領域に形成されたパッド42B,43Bを介して配線パターン31と接続される。これらのセンタワイヤ44A,44Bによって、配線抵抗による電源電圧VDDの低下を抑制することができる。
Further, in parallel with the supply path of the power supply voltage VDD by the
同様に図2に示すように、半導体チップ10は、さらに、基板上の配線パターン31から電源が供給される複数の機能ブロック(後述の機能ブロック51〜55)の設けられた領域に、接地電圧VSSを供給するための配線パターン32を含む。配線パターン32は、多層の配線層によって格子状に形成され、コア回路34の各部と電気的に接続される。図2では、配線パターン32のうち最上層の配線層のみが図示されているが、配線パターン32は全体的にその下層の配線を介して電気的に接続されている。配線パターン32のうちの基板周縁領域のパッドの部分にボンディングワイヤ23が接続される。
Similarly, as shown in FIG. 2, the
また、配線パターン32の経路と並列して、基板の中央領域にボンディングワイヤ45A,45B(センタワイヤ45A,45Bとも称する)が設けられている。図4に示すように、センタワイヤ45Aは、コア回路34の領域に形成されたパッド48A,49Aを介して配線パターン32と接続される。同様に、センタワイヤ45Bは、コア回路34の領域に形成されたパッド48B,49Bを介して配線パターン32と接続される。これらのセンタワイヤ45A,45Bによって、配線抵抗による接地電圧VSSの上昇を抑制することができる。
In parallel with the path of the
なお、図4に示すように、コア回路34の領域には、上記のパッド42A,42B,43A,43Bの他にもVDD供給用のパッド42C,43Cが設けられ、さらに、上記のパッド48A,48B,49A,49Bの他にもVSS供給用のパッド48C,49Cが設けられている。このように、コア回路34の領域の複数の箇所にボンディングパッドを予め設けておき、試作品の半導体チップの電気特性に基づいて最終的なセンタワイヤの接続場所を決定するようにしている。
4, in addition to the
このように接地電圧VSS用のセンタワイヤ45A,45Bの機能は、電源電圧VDDの供給用のセンタワイヤ44A,44Bの機能と同様であるので、以下の説明では、電源電圧VDD用のセンタワイヤ44A,44Bを代表として説明する。なお、この実施の形態では、ボンディングワイヤ22〜25、44A,44B,45A,45Bには金線が用いられる。
As described above, the functions of the
図5は、半導体チップ10の構成を模式的に示す平面図である。図5は、図1の半導体パッケージ1の半導体チップ10を拡大して示したものである。
FIG. 5 is a plan view schematically showing the configuration of the
図5に示すコア回路34は、互いに異なる領域に形成された複数の機能ブロック35、36、51〜55を含む。図5では、機能ブロック35、36、51〜55は点線で囲まれた領域に形成される。
The
この実施の形態の場合、機能ブロック35、51は、ハードディスク本体に対するリードおよびライトに適した処理を行うリードライトチャネル部(RWC部)である。機能ブロック35は、RWC部における、ハードディスク本体とデータの入出力を行うためのインターフェース回路であり、データをアナログ信号として処理を行うアナログフロントエンド部である。機能ブロック35は、たとえばA/D(Analog to Digital)変換部およびD/A(Digital to Analog)変換部を有する。機能ブロック51は、ハードディスクへのライト時にはデジタル信号を符号化処理し、処理後デジタル信号を機能ブロック35に送り、リード時には機能ブロック35からデジタル信号を受けその復号化処理を行うデジタルバックエンド部である。
In this embodiment, the
機能ブロック36、53は、コンピュータの中央処理装置との間でシリアルATA(Advanced Tecjnology Attachment)の制御を行う通信制御部である。機能ブロック36は、コンピュータとのインターフェース回路であり、通信データをアナログ差動信号として処理を行うアナログフロントエンド部である。機能ブロック36もA/D変換部およびD/A変換部を有する。機能ブロック53は、シリアルATAのデジタル処理を行うデジタルバックエンド部である。機能ブロック52はこの半導体パッケージに接続されるメモリ(ダイナミック型RAM、スタティック型RAMなど)に対するデータの記憶を制御するメモリ制御部である。機能ブロック54、55は、リードライトチャネル部とシリアルATAとを制御するハードディスクコントローラである。たとえば機能ブロック55は、プログラムに従って動作する16ビットまたは32ビットの汎用マイクロコントロールユニット部(MCU部)である。機能ブロック54は専用ロジック回路部である。
The functional blocks 36 and 53 are communication control units that control serial ATA (Advanced Technology Attachment) with the central processing unit of the computer. The
機能ブロック51〜55はチップ内の共通の電源配線(配線パターン31)から共通の電源電圧VDDを受けて動作する。機能ブロック35、36は機能ブロック51〜55とは別個のチップ内の電源配線から電源電圧を受けて動作する。機能ブロック35、36間の電源配線は別個である。アナログIO回路部33Bは、機能ブロック35、36と半導体チップ外部との間の信号の入力および出力を行う入力バッファ回路、出力バッファ回路(および/または入出力バッファ回路)、およびパッドに入力されるサージ保護のための静電保護回路を含む。デジタルIO回路部33Aは、コア回路34の機能ブロック51〜55と半導体チップ外部との間の信号の入力および出力を行う入力バッファ回路、出力バッファ回路(および/または入出力バッファ回路)、およびパッドに入力されるサージ保護のための静電保護回路を含む。アナログIO回路部33BおよびデジタルIO回路部33Aは、機能ブロック35,36、51〜55とは別個のチップ内の電源配線から電源電圧を受けて動作する。アナログIO回路部33B、デジタルIO回路部33Aの間のチップ内電源配線も別個である。図1および図5では、機能ブロック35,36、デジタルIO回路部およびアナログIO回路部へ電源電圧を供給するチップ内の電源配線パターンは図示を省略している。
The functional blocks 51 to 55 operate by receiving a common power supply voltage VDD from a common power supply wiring (wiring pattern 31) in the chip. The function blocks 35 and 36 operate by receiving a power supply voltage from a power supply wiring in a chip separate from the function blocks 51 to 55. The power supply wiring between the
各機能ブロック35,36,51〜55は、1または複数の動作周波数で動作する。このため、基本となるクロック信号がボンディングワイヤ21を介して外部から半導体回路へ供給され、半導体回路において各機能ブロックの動作に必要となるクロック信号が生成される。
Each
この実施の形態で一例として示しているハードディスク用のコントローラの場合、最も高い動作周波数は1.7GHzであり機能ブロック51で使用される。その他の機能ブロック35,36、52〜55では、166〜300MHzのクロック信号が用いられる。このように機能ブロック51は、高速で動作する回路部分を含むためにその消費電力が最も高く、半導体チップ10の全体の消費電力のうち約8割を消費する。
In the case of a hard disk controller shown as an example in this embodiment, the highest operating frequency is 1.7 GHz and is used in the
IRドロップを考慮すると、消費電力の大きい機能ブロックは、できるだけ電圧降下が少ない状態の所定の電源電圧VDDを受けることができるように、半導体チップ10の周縁領域に設けられたパッド19のうち電源電圧VDD供給用のパッド41に近接して設けられることが好ましい。具体的に図5の場合、機能ブロック51は、半導体チップ10の左辺30Lの周縁領域に近接して設けられ、左辺30Lの周縁領域に形成されたパッド41から電源電圧VDDの供給を受ける。
In consideration of IR drop, a function block with high power consumption can receive a predetermined power supply voltage VDD with a voltage drop as small as possible, and the power supply voltage among the
図6は、半導体チップ10の断面構造の一部を模式的に示す図である。以下、図5、図6を参照して、半導体チップ10の配線パターン31の構成をさらに詳しく説明する。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a part of the cross-sectional structure of the
既に説明したように、配線パターン31は格子状の多層配線によって構成され、図6の場合、配線層31A,31Bを含む。最上層の配線層31Aと層間絶縁層62を介してその下に形成された配線層31Bとは、コンタクトホールに形成された金属層31Cを介して接続される。最上層の配線層はアルミニウムによって形成され、それより下層の配線層は銅によって形成される。前述の図5は、配線パターン31のうち最上層の配線層31Aのみを示している。
As already described, the
さらに、配線パターン31は、最上層の配線層31Aの一部が表面保護膜61から露出した部分であるボンディングパッド41,42(42A,42B),43(43A,43B)を有する。このうち、パッド41は、半導体チップ10の各辺30U,30D,30R,30Lの周縁領域に複数個設けられ、それぞれボンディングワイヤ22を介してリード12から電源電圧VDDの供給を受ける。
Further, the
パッド42Aは、半導体チップ10の上辺30Uの周縁領域に形成されたパッド41の近傍に設けられる。すなわち、パッド42Aは、配線パターン31のうち当該パッド41から基板60の内側に延びる配線上で、当該パッド41に近接した位置に設けられる。そして、パッド42Aは、コア回路34の機能ブロック51に設けられたパッド43Aとセンタワイヤ44Aを介して接続される。このとき、パッド42Aと当該パッド42Aから最も近くにある上辺30Uのパッド41との距離(直線距離、すなわち線分の長さ)は、パッド42Aとパッド43Aとの距離より短い。また、上辺30Uとパッド42Aとの距離(垂線の長さ)は、基板60の4辺の各々とパッド42Aとの距離のうちで最短であり、パッド42Aと上辺30Uとの距離はパッド43Aと上辺30Uとの距離よりも短い。
The
同様に、パッド42Bは、半導体チップ10の下辺30Dの周縁領域に設けられたパッド41の近傍に設けられる。すなわち、パッド42Bは、配線パターン31のうち当該パッド41から基板60の内側に延びる配線上で、当該パッド41に近接した位置に設けられる。そして、パッド42Bは、コア回路34の機能ブロック51に設けられたパッド43Bとセンタワイヤ44Bを介して接続される。このとき、パッド42Bと当該パッド42Bから最も近くにある下辺30Dのパッド41との距離は、パッド42Bとパッド43Bとの距離より短い。また、下辺30Dとパッド42Bとの距離は、基板60の4辺の各々とパッド42Bとの距離のうちで最短であり、パッド42Bと下辺30Dとの距離はパッド43Bと下辺30Dとの距離よりも短い。
Similarly, the
なお、パッド41がこの発明の第1のパッドに対応し、パッド42(42A,42B)が、この発明の第2のパッドに対応し、パッド43(43A,43B)がこの発明の第3のパッドに対応する。
The
ここで、図6に示すように、センタワイヤ44(44A,44B)は、パッド42(42A,42B)にボール接合され、パッド43(43A,43B)に設けられたバンプ47にステッチ接合される。この理由は、ステッチ接合の場合は接合強度を強めるためにバンプ47とセンタワイヤ44との接触面積を広げる必要があるので、パッドの面積をより広くする必要があるためである。パッド43は、パッド42に比べると、基板60のより内側に配置されるので面積を大きくすることが容易である。このため、半導体チップ10の中央寄りに設けられたパッド43(43A,43B)をステッチ接合にする。
Here, as shown in FIG. 6, the center wire 44 (44A, 44B) is ball-bonded to the pad 42 (42A, 42B) and stitch-bonded to the
なお、ボール接合では、金線の先端を溶かしてボール46を形成した後、パッド42にボンディングする。この後、ボンダーのキャピラリをリバース動作させることによってループが形成される。このループ形成時に、キャピラリとボンディングワイヤ22とが干渉しないように、パッド41とパッド42との間には所定の間隔が設けられている。
In the ball bonding, the tip of the gold wire is melted to form the
図6には、さらに、コア回路34にデータ信号を伝送するための多層の配線層64,65が示されている。配線層64と配線層65とは、層間絶縁層63を貫通するコンタクトホール66を介して接続される。配線層64,65は、図1のリード11およびボンディングワイヤ21を介して半導体チップ10の外部と電気的に接続される。
FIG. 6 further shows multilayer wiring layers 64 and 65 for transmitting a data signal to the
次に、パッド43A,43Bを、図5のようにコア回路34のうちで最も最大動作周波数が高く、このため最も消費電力の大きい機能ブロック51に配設した理由について説明する。
Next, the reason why the
図7、図8は、図5の半導体チップ10のコア回路34の機能ブロック51〜55におけるIRドロップのシミュレーション結果を示す図である。図7は、センタワイヤ44A,44Bが設けられていない場合の比較例のシミュレーション結果であり、図8は、センタワイヤ44A,44Bが設けられている場合のシミュレーション結果である。
7 and 8 are diagrams showing IR drop simulation results in the
図7、図8のシミュレーションは、図5の半導体チップ10の周縁領域の複数のパッド41に電源電圧VDDとして0.9Vの理想電源が接続された場合についてのものである。これらのシミュレーションでは、複数のパッド41から格子状の配線パターン31を介して機能ブロック51〜55に電源電圧VDDが供給されたときの、配線パターン31の各部の電圧が計算される。
The simulations of FIGS. 7 and 8 are for the case where an ideal power supply of 0.9 V as the power supply voltage VDD is connected to the plurality of
図7に示すシミュレーション結果によれば、機能ブロック51〜55のうち最も電圧降下が大きい領域は、半導体チップ10の周縁領域の複数のパッド41から最も離れた領域(図5の機能ブロック53の設けられた領域)である。電圧降下が最も大きい地点の電源電圧VDDは0.868Vであり、32mVの電圧降下が生じている。
According to the simulation result shown in FIG. 7, the region having the largest voltage drop among the
さらに、図7に示すように、機能ブロック53が設けられた半導体チップ10の中央付近から左辺30L側の領域での電圧降下が他の領域に比べて大きい。この理由は、半導体チップの左辺30L側の領域に、最高動作周波数が最も高く、このため消費電力が最も大きい機能ブロック51が設けられているからである。したがって、左辺30Lの周縁領域の複数のパッド41から中央付近に供給される電流量が増加するので、電源電圧VDDの電圧降下が大きくなる。
Further, as shown in FIG. 7, the voltage drop in the region on the
一方、図8は、消費電力が最も大きい機能ブロック51の領域に設けられたパッド43A,43Bと基板周縁領域に近接して設けられたパッド42A,42Bとが、センタワイヤ44A,44Bによってそれぞれ接続された場合のシミュレーション結果である。
On the other hand, in FIG. 8, the
図8のシミュレーション結果を図7のシミュレーション結果と比較すると、図8では、機能ブロック51〜55全体のIRドロップが改善されていることがわかる。この結果、図7で電圧降下が最も大きかった領域(機能ブロック53が設けられた領域)の電圧降下も小さくなっている。具体的に図8の場合、電圧降下が最も大きい地点の電源電圧VDDは0.872Vであり、電圧降下の大きさは28mVとなって図7の場合の32mVよりも改善されている。
Comparing the simulation result of FIG. 8 with the simulation result of FIG. 7, it can be seen that the IR drop of the entire
ここで、仮に、パッド43A,43Bが、消費電力が最も大きい領域(機能ブロック51が形成された領域)でなく、IRドロップが最も大きい半導体チップ10の中央付近の領域(機能ブロック53が形成された領域)に設けられているとする。この場合のシミュレーション結果では、基板中央付近のIRドロップは改善するけれども、パッド43A,43Bよりも基板の左辺30L寄りの領域のIRドロップはかえって悪化する。
Here, it is assumed that the
したがって、消費電力が最も大きい機能ブロック51の領域にパッド43A,43Bを設けるのが好ましい。この結果、機能ブロック51の領域における電源電圧VDDの低下が抑制されるので、機能ブロック51〜55全体のIRドロップが改善されることになる。さらに、図5のように、機能ブロック51が半導体チップ10の左辺30L側に配置されている場合には、パッド41からより離れた領域である基板中央付近の電源電圧VDDの低下も抑制されることになる。
Therefore, it is preferable to provide the
次に、再び図5を参照して、パッド42A,42Bを半導体チップ10の上辺30Uおよび下辺30Dのパッド41の近傍に設けた理由について説明する。
Next, the reason why the
第1の理由は、電源配線パターン31を流れる電流を分散させてエレクトロマイグレーション(EM:Electro-Migration)を抑制するためである。機能ブロック51〜55のうち、左辺30Lの周縁領域に近接して配置された機能ブロック51の消費電力が最も大きい。このため、左辺30Lの周縁領域に設けられたパッド41から電源配線を介してコア回路34に流入する電流量が、他の辺の30U,30D,30Rの周縁領域に設けられたパッド41から電源配線を介して機能ブロック51〜55に流入する電流量よりも大きくなる。特に、左辺30Lのパッド41の近傍の電源配線層の電流密度が問題となる。
The first reason is to suppress the electro-migration (EM) by dispersing the current flowing through the power
そこで、図5に示すように電流密度に余裕のある上辺30U、下辺30Dのパッド41の近傍にパッド42A,42Bをそれぞれ設け、パッド42A,42Bとパッド43A,43Bとの間をセンタワイヤ44A,44Bによってそれぞれ接続する。これによって、上辺30U、下辺30Dのパッド41から機能ブロック51に流入する電流量を増加させ、左辺30Lのパッド41から機能ブロック51に流入する電流量を減少させることができる。この結果、左辺30Lのパッド41の近傍の電源配線層における電流の集中を緩和することができる。
Therefore, as shown in FIG. 5,
なお、パッド42A,42Bを上辺30Uおよび下辺30Dの基板周縁領域のパッド41に近接して設けたほうが、配線抵抗の低減の効果も大きいので、IRドロップ抑制の観点からも好ましい。
Note that it is preferable to provide the
第2の理由は、半導体チップ10の左辺30Lの周縁領域に設けられたパッド41に供給される電源電圧VDDの低下を防止するためである。センタワイヤ44A,44Bを設けない場合、上記のように、左辺30Lの周縁領域に設けられたパッド41から機能ブロック51〜55に流入する電流量は、他の辺の30U,30D,30Rの周縁領域に設けられたパッド41から機能ブロック51〜55に流入する電流量よりも大きくなる。このため、左辺30Lのパッド41と電気的につながる図1のボンディングワイヤ22、リード12、およびリード12とプリント基板(不図示)とのはんだ接続部などを流れる電流も、他の辺のパッド41につながるこれらの部分を流れる電流よりも大きくなってしまう。この結果、左辺30Lのパッド41の電圧が、他のパッド41の電圧よりも低下するおそれがある。そこで、センタワイヤ44A,44Bを設けて電流量を均一化させることによって左辺30Lのパッド41に供給される電源電圧VDDの低下を防止する。
The second reason is to prevent the power supply voltage VDD supplied to the
これらの理由によって、パッド42A,42Bは、機能ブロック51が形成された領域と半導体チップ10の左辺30Lとの間に挟まれた領域の近傍を避けて配置される。図5の場合には、パッド42A,42Bは、半導体チップ10の上辺30Uおよび下辺30Dの周縁領域に形成されたパッド41の近傍にそれぞれ設けられているが、パッド42A,42Bのうちいずれか一方は、右辺30Rのパッド41の近傍に設けてもよい。
For these reasons, the
以上のとおり、この実施の形態の半導体パッケージ1によれば、センタワイヤ44A,44B効果的に配置することによって、効率良くIRドロップを抑制することができる。さらに、エレクトロマイグレーションを抑制することも可能になる。
As described above, according to the
ここで、電源配線パターン31のレイアウトによっては、パッド42A,42Bを機能ブロック51〜55が形成された領域の外側に設けてもよい。すなわち、パッド42A,42Bを、電源配線パターン31のうちパッド41からコア回路34が形成された領域に至る途中の電源配線上に設けてもよい。
Here, depending on the layout of the power
また、パッド43A,43Bは、動作周波数が最大の機能ブロックまたは消費電力が最大の機能ブロックに形成される場合にIRドロップの抑制効果が最も大きいが、必ずしも最大の領域に設けなくてもよい。他の機能ブロックと比較して最大動作周波数が高い機能ブロックまたは消費電力が大きい機能ブロックの領域にパッド43A,43Bを設けることによっても、IRドロップ抑制が期待できる。
The
また、第1の機能ブロックの最大動作周波数が第2の機能ブロックの最大動作周波数よりも高く、このため第1の機能ブロックの消費電力が第2の機能ブロックの消費電力よりも大きいと仮定する。このような場合に、第1の機能ブロックが形成された領域にパッド43(43A,43B)を配設し、第2の機能ブロックが形成された領域にパッド42(42A,42B)を配設し、両パッド間をセンタワイヤ44A,44Bで接続することによっても、第1の機能ブロックの領域でのIRドロップの抑制効果が期待できる。
Further, it is assumed that the maximum operating frequency of the first functional block is higher than the maximum operating frequency of the second functional block, and therefore the power consumption of the first functional block is larger than the power consumption of the second functional block. . In such a case, the pad 43 (43A, 43B) is disposed in the region where the first functional block is formed, and the pad 42 (42A, 42B) is disposed in the region where the second functional block is formed. Further, the effect of suppressing the IR drop in the first functional block region can also be expected by connecting the two pads with the
また、上記の実施の形態では、リードフレームを用いたQFPの場合について説明したが、半導体パッケージの形態はリードフレーム方式のQFPに限るものでない。この発明は、たとえば、BGA(Ball Grid Array)パッケージにも適用することができる。 In the above embodiment, the QFP using the lead frame has been described. However, the form of the semiconductor package is not limited to the lead frame QFP. The present invention can also be applied to, for example, a BGA (Ball Grid Array) package.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 半導体パッケージ、10 半導体チップ、11〜14 リード、15 電源バー、16 GNDリング、17 ダイパッド、21〜25 ボンディングワイヤ、31,32 配線パターン、34 コア回路、41 ボンディングパッド(第1のパッド)、42A,42B,48A,48B ボンディングパッド(第2のパッド)、43A,43B,49A,49B ボンディングパッド(第3のパッド)、44A,44B,45A,45B ボンディングワイヤ、46 ボール、47 バンプ、35,36,51〜55 機能ブロック、60 半導体基板、61 表面保護膜。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
矩形状の基板と、
前記基板上の周縁領域に形成されたIO回路と、
前記基板上で前記周縁領域に取り囲まれた領域に形成され、複数の機能ブロックを含むコア回路とを備え、
前記複数の機能ブロックは、互いに異なる領域に形成され、各々が1または複数の動作周波数で動作し、共通の電源電圧を受け、
前記複数の機能ブロックは、
前記基板の第1の辺に沿った周縁領域に隣接して形成される第1の機能ブロックと、
前記基板の前記第1の辺と異なる前記基板の第2の辺に沿った周縁領域に隣接して形成され、前記第1の機能ブロックの1または複数の動作周波数のうちの最大動作周波数よりも低い最大動作周波数を有する第2の機能ブロックとを含み、
前記半導体装置は、さらに、
前記基板上に形成された表面保護膜と、
前記基板上に設けられ、前記電源電圧を供給するために前記複数の機能ブロックと接続された電源配線パターンとを備え、
前記電源配線パターンは、前記電源配線パターンの一部が前記表面保護膜から露出した部分でありかつ互いに離間して設けられた複数の第1のパッド、第2のパッド、および第3のパッドを含み、
前記複数の第1のパッドは、前記基板の4辺のうち少なくとも前記第1の辺および前記第2の辺に沿った周縁領域に設けられ、
前記第3のパッドは、前記第1の機能ブロックが形成された領域に設けられ、
前記第2のパッドは、前記第2の機能ブロックが形成された領域、または前記第2の機能ブロックが形成された領域と前記基板の前記第2の辺との間の周縁領域に設けられ、
前記半導体装置は、さらに、
外部から前記電源電圧の供給を受けるために前記第1のパッドに接続された第1のボンディングワイヤと、
前記第2および第3のパッド間を接続する第2のボンディングワイヤとを備える、半導体装置。 A semiconductor device,
A rectangular substrate;
An IO circuit formed in a peripheral region on the substrate;
A core circuit including a plurality of functional blocks formed in a region surrounded by the peripheral region on the substrate;
The plurality of functional blocks are formed in different regions, each operating at one or more operating frequencies, receiving a common power supply voltage ,
The plurality of functional blocks are:
A first functional block formed adjacent to a peripheral region along the first side of the substrate;
It is formed adjacent to a peripheral region along the second side of the substrate different from the first side of the substrate, and is higher than the maximum operating frequency of one or more operating frequencies of the first functional block. A second functional block having a low maximum operating frequency,
The semiconductor device further includes:
A surface protective film formed on the substrate;
A power supply wiring pattern provided on the substrate and connected to the plurality of functional blocks to supply the power supply voltage;
The power supply wiring pattern includes a plurality of first pads, second pads, and third pads that are portions of the power supply wiring pattern that are exposed from the surface protective film and are spaced apart from each other. Including
The plurality of first pads are provided in a peripheral region along at least the first side and the second side among the four sides of the substrate,
It said third pad is pre SL provided on the first functional block is formed region,
The second pad is provided in a region where the second functional block is formed, or a peripheral region between the region where the second functional block is formed and the second side of the substrate,
The semiconductor device further includes:
A first bonding wire connected to the first pad to receive the supply voltage from outside;
A semiconductor device comprising: a second bonding wire that connects the second and third pads.
矩形状の基板と、
前記基板上の周縁領域に形成されたIO回路と、
前記基板上で前記周縁領域に取り囲まれた領域に形成され、複数の機能ブロックを含むコア回路とを備え、
前記複数の機能ブロックは、前記基板上の互いに異なる領域に形成され、共通の電源電圧を受け、
前記複数の機能ブロックは、
前記基板の第1の辺に沿った周縁領域に隣接して形成される第1の機能ブロックと、
前記基板の前記第1の辺と異なる前記基板の第2の辺に沿った周縁領域に隣接して形成され、前記第1の機能ブロックよりも消費電力が小さい第2の機能ブロックとを含み、
前記半導体装置は、さらに、
前記基板上に形成された表面保護膜と、
前記基板上に設けられ、前記電源電圧を供給するために前記複数の機能ブロックと接続された電源配線パターンとを備え、
前記電源配線パターンは、前記電源配線パターンの一部が前記表面保護膜から露出した部分でありかつ互いに離間して設けられた複数の第1のパッド、第2のパッド、および第3のパッドを含み、
前記複数の第1のパッドは、前記基板の4辺のうち少なくとも前記第1の辺および前記第2の辺に沿った周縁領域に設けられ、
前記第3のパッドは、前記第1の機能ブロックが形成された領域に設けられ、
前記第2のパッドは、前記第2の機能ブロックが形成された領域、または前記第2の機能ブロックが形成された領域と前記基板の前記第2の辺との間の周縁領域に設けられ、
前記半導体装置は、さらに、
外部から前記電源電圧の供給を受けるために前記第1のパッドに接続された第1のボンディングワイヤと、
前記第2および第3のパッド間を接続する第2のボンディングワイヤとを備える、半導体装置。 A semiconductor device,
A rectangular substrate;
An IO circuit formed in a peripheral region on the substrate;
A core circuit including a plurality of functional blocks formed in a region surrounded by the peripheral region on the substrate;
The plurality of functional blocks are formed in different regions on the substrate, receive a common power supply voltage ,
The plurality of functional blocks are:
A first functional block formed adjacent to a peripheral region along the first side of the substrate;
A second functional block formed adjacent to a peripheral region along the second side of the substrate different from the first side of the substrate, and having lower power consumption than the first functional block;
The semiconductor device further includes:
A surface protective film formed on the substrate;
A power supply wiring pattern provided on the substrate and connected to the plurality of functional blocks to supply the power supply voltage;
The power supply wiring pattern includes a plurality of first pads, second pads, and third pads that are portions of the power supply wiring pattern that are exposed from the surface protective film and are spaced apart from each other. Including
The plurality of first pads are provided in a peripheral region along at least the first side and the second side among the four sides of the substrate,
It said third pad is pre SL provided on the first functional block is formed region,
The second pad is provided in a region where the second functional block is formed, or a peripheral region between the region where the second functional block is formed and the second side of the substrate,
The semiconductor device further includes:
A first bonding wire connected to the first pad to receive the supply voltage from outside;
A semiconductor device comprising: a second bonding wire that connects the second and third pads.
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