JP5791326B2 - Multilayer integrated circuit device - Google Patents

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Description

本発明は、積層集積回路装置に関するものであり、例えば、半導体チップ或いは電子回路基板等の集積回路装置を多層に積層して集積回路装置間で誘導結合により無線データ通信するためのコイルの配置に関するものである。   The present invention relates to a stacked integrated circuit device, for example, a layout of coils for stacking integrated circuit devices such as semiconductor chips or electronic circuit boards in multiple layers and performing wireless data communication between the integrated circuit devices by inductive coupling. Is.

近年、複数の半導体メモリを積層することで外部から1つの半導体メモリと同様に制御できる大容量の積層型半導体メモリ装置が開発されている。例えば、磁気ハードディスクに代えて不揮発性メモリを用いたSolidState Drive(SSD)では、同一のフラッシュメモリチップを複数枚積層することで記憶容量を増大できる。   In recent years, a large-capacity stacked semiconductor memory device that can be controlled from the outside in the same manner as one semiconductor memory by stacking a plurality of semiconductor memories has been developed. For example, in Solid State Drive (SSD) using a nonvolatile memory instead of a magnetic hard disk, the storage capacity can be increased by stacking a plurality of the same flash memory chips.

このような、積層型半導体装置における各チップ間の接続や電源供給はワイヤ配線を用いて行われている。しかし、このような、ワイヤ配線は半導体装置が高密度・高集積度化するにつれて困難になっている。   In such a stacked semiconductor device, connection between chips and power supply are performed using wire wiring. However, such wire wiring becomes difficult as the density of semiconductor devices increases.

そこで、本発明者は、このような積層型装置内に多層に積層されたチップ間や積層されたプリント配線基板間を無線接続する技術として、半導体集積回路チップや電子回路基板の配線により形成されるコイルを介して積層実装されるチップ間や基板間で誘導結合による通信を行うことを提案している(例えば、特許文献1乃至特許文献12、非特許文献1乃至非特許文献4参照)。   In view of this, the present inventor is formed by wiring of a semiconductor integrated circuit chip or an electronic circuit board as a technique for wirelessly connecting between multiple stacked chips or stacked printed wiring boards in such a stacked device. It has been proposed to perform communication by inductive coupling between chips and substrates stacked and mounted via a coil (see, for example, Patent Document 1 to Patent Document 12, Non-Patent Document 1 to Non-Patent Document 4).

例えば、特許文献1によれば、積層されたチップ(基板)間でコイル対の誘導結合を用いて無線データ通信を行うことができる。コイルはチップ上の配線で形成され、通信距離の2倍程度の大きさの四角形コイルである。また、特許文献3によれば、直交するチップ(基板)上の配線層準に沿う方向にコイルを行列配置することで、複数の通信チャネルを並列に構成して高速な通信ができる。   For example, according to Patent Document 1, wireless data communication can be performed using inductive coupling of a coil pair between stacked chips (substrates). The coil is formed by wiring on the chip, and is a rectangular coil having a size about twice the communication distance. Further, according to Patent Document 3, a plurality of communication channels can be configured in parallel to perform high-speed communication by arranging coils in a matrix in a direction along a wiring layer on an orthogonal chip (substrate).

また、特許文献5によれば、同一チップ(基板)を積層実装して、チップ(基板)間で無線通信すると共に、電源供給等はワイヤボンディングによって行うことができる。また、特許文献8によれば、直交するチップ(基板)上の配線層準に沿うコイル要素で構成された四角形コイルを誘導結合データ通信に用いることができる。   According to Patent Document 5, the same chip (substrate) is stacked and mounted, wireless communication is performed between the chips (substrate), and power supply and the like can be performed by wire bonding. Further, according to Patent Document 8, a rectangular coil composed of coil elements along the wiring layer on an orthogonal chip (substrate) can be used for inductively coupled data communication.

また、特許文献9によれば、チップ(基板)が積層実装される電子回路において、誘導結合による通信によって、コイルの寸法よりも遠くのチップまでデータを高速に転送できる。また、特許文献12によれば、直交するチップ(基板)上の配線層準に沿うコイル要素で構成された四角形コイルをロジック回路の配線が横断できて、且つ、ビット誤りなく誘導結合データ通信をすることができる。   According to Patent Document 9, in an electronic circuit in which chips (substrates) are stacked and mounted, data can be transferred at high speed to a chip farther than the coil dimensions by inductive coupling communication. Further, according to Patent Document 12, the wiring of the logic circuit can traverse a rectangular coil formed by coil elements along the wiring layer on an orthogonal chip (substrate), and inductive coupling data communication can be performed without bit errors. can do.

また、非特許文献1によれば、コイルの一辺の2倍(乃至3倍)以上のピッチでコイルを配列すれば、ビット誤りなく誘導結合データ通信をすることができる。また、非特許文献2に示す技術を用いれば、NANDフラッシュメモリをパッケージ内に積層実装してチップ間無線データ通信によりメモリにデータを読み書きできる。   Further, according to Non-Patent Document 1, inductive coupling data communication can be performed without bit errors if the coils are arranged at a pitch of twice (or three times) or more of one side of the coil. If the technique shown in Non-Patent Document 2 is used, a NAND flash memory can be stacked and mounted in a package, and data can be read from and written to the memory by inter-chip wireless data communication.

また、非特許文献3によれば、プロセッサとSRAMチップをパッケージ内に積層実装してチップ間無線データ通信によりプロセッサがSRAMにデータを読み書きできる。更に、非特許文献4によれば、パソコンとそのスロットに挿入されたメモリカードの間で非接触に高速なデータ転送ができる。   Further, according to Non-Patent Document 3, a processor and an SRAM chip are stacked and mounted in a package, and the processor can read and write data to and from the SRAM by inter-chip wireless data communication. Furthermore, according to Non-Patent Document 4, high-speed data transfer can be performed in a non-contact manner between a personal computer and a memory card inserted into the slot.

特開2005−228981号公報JP 2005-228981 A 特開2005−348264号公報JP 2005-348264 A 特開2006−066454号公報JP 2006-066644 A 特開2006−173986号公報JP 2006-173986 A WO2009/069532号公報WO2009 / 069532 特開2009−188468号公報JP 2009-188468 A 特開2009−266109号公報JP 2009-266109 A 特開2009−277842号公報JP 2009-277842 A 特開2009−295699号公報JP 2009-295699 A 特開2010−015654号公報JP 2010-015654 A 特開2010−045166号公報JP 2010-045166 A 特開2010−199280号公報JP 2010-199280 A

N.Miura,D.Mizoguchi,T.Sakurai andT.Kuroda,“Cross Talk Countermeasures in Inductive Inter−Chip Wireless Superconnect”, in Proc. IEEE Custom IntegratedCircuits Conference(CICC‘04),pp.99−102,Oct.2004N. Miura, D.M. Mizoguchi, T .; Sakurai and T.K. Kuroda, “Cross Talk Countermeasures in Inductive Inter-Chip Wireless Superconnect”, in Proc. IEEE Custom Integrated Circuits Conference, CICC '04. 99-102, Oct. 2004 Y.Sugimori,Y.Kohama,M.Saito,Y.Yoshida,N. Miura,H.Ishikuro,T.Sakurai and T.Kuroda, “A 2Gb/s 15pJ/b/chip Inductive−Coupling Programmable Bus forNAND Flash MemoryStacking”, IEEE InternationalSolid−State Circuits Conference(ISSCC‘09), Dig.Tech.Papers,pp.244−245,Feb.2009Y. Sugimori, Y .; Kohama, M .; Saito, Y .; Yoshida, N .; Miura, H. et al. Ishikuro, T .; Sakurai and T. Kuroda, “A 2 Gb / s 15pJ / b / chip Inductive-Coupling Programmable Bus for NAND Flash Memory Stacking”, IEEE International Solid-State Circuits CCC. Tech. Papers, pp. 244-245, Feb. 2009 k.Niitsu,Y.Shimazaki,Y.Sugimori, Y.Kohama,K.Kasuga,I.Nonomura,M.Saen,S.Komatsu,K.Osada,N.Irie,T.Hattori,A.Hasegawa and T.Kuroda,“An Inductive−Coupling Link for 3D Integration of a 90nm CMOS Processor and a 65nm CMOS SRAM” ,IEEE International Solid−State Circuits Conference(ISSCC‘09), Dig.Tech.Papers,pp.480−481,Feb.2009K. Niitsu, Y. Shimazaki, Y. Shugimori, Y. Kohama, K. Kasuga, I. Nonmura, M. Saen, S. Komatsu, K. Osada, N. Irie, T. Hattori, A. Kuroda, “An Inductive-Coupling Link for 3D Integration of a 90 nm CMOS Processor and a 65 nm CMOS SRAM”, IEEE International Solid-State CI 80C4. 2009 S.Kawai,H.Ishikuro and T.Kuroda,“A 2.5Gb/s/ch Inductive−Coupling Transceiver for Non−Contact Memory Card”,IEEE International Solid−State Circuits Conference (ISSCC‘10),Dig.Tech.Papers,pp.264−265,Feb. 2010S. Kawai, H .; Ishikuro and T. Kuroda, “A 2.5 Gb / s / Inductive-Coupling Transformer for Non-Contact Memory Card”, IEEE International Solid-State Circuits Conf. 10 (ISCC Tech. Papers, pp. 264-265, Feb. 2010

こうした従来の発明や技術では、非特許文献1の場合のように、チップ上の配線で形成された通信距離の2倍程度の大きさの四角形コイルがチップの配線方向に沿ってコイルのサイズの2倍乃至3倍以上のピッチで設置された直交格子上に配置されていた。ピッチが大きくなる程コイル間のクロストークは小さくなるが、コイルの実装密度は下がり、一定の基板領域で実現できるデータの転送速度は下がる。2倍か3倍かはどれだけ設計マージンを入れるかの選択の問題である。   In such conventional inventions and techniques, as in Non-Patent Document 1, a rectangular coil having a size about twice the communication distance formed by the wiring on the chip has a size of the coil along the wiring direction of the chip. It was arranged on an orthogonal lattice installed at a pitch of 2 to 3 times or more. As the pitch increases, the crosstalk between the coils decreases, but the mounting density of the coils decreases, and the data transfer rate that can be realized in a certain substrate area decreases. Double or triple is a matter of choice of how much design margin to include.

メモリ領域にコイルを配置することは、配線リソースが不足したりメモリ動作への影響が懸念されるなどの理由で一般には困難であり、入出力回路などが配置される周辺領域にコイルが配置されることが多い。したがって、チップサイズが、例えば、10mm角であっても、コイルを配置できる領域は、例えば、10mm×1mm程度といったように限定的である。   It is generally difficult to place a coil in the memory area because of a shortage of wiring resources or concerns about the effect on memory operation. The coil is placed in the peripheral area where the input / output circuits are placed. Often. Therefore, even if the chip size is, for example, 10 mm square, the area where the coil can be arranged is limited, for example, about 10 mm × 1 mm.

コイルの配置数に応じてデータ通信速度は比例的に増大する。したがって、年々高くなる通信速度の要求に応えるためには、コイルの実装密度を高めることが必要である。しかし、非特許文献1で指摘したように、コイルの実装密度を高めるとチャネル間のクロストークが増大して通信の信頼性が損なわれる問題があった。   The data communication speed increases in proportion to the number of coils arranged. Therefore, in order to meet the demand for higher communication speeds year by year, it is necessary to increase the coil mounting density. However, as pointed out in Non-Patent Document 1, when the mounting density of the coil is increased, there is a problem that the crosstalk between channels increases and the reliability of communication is impaired.

そこで、特許文献9では、コイルの誘導結合による通信路を3つ用意してコイルの寸法よりも遠くのチップまでデータを転送することを提案している。逆に言えば、同じ通信距離で従来よりもコイルの寸法を小さくできる。さらに必要なコイルの数を3つから2つに減らすことができれば、レイアウト面積を削減できたり、より多くのリピート伝送路を備えることができて、コスト削減や速度向上に寄与する。   Therefore, Patent Document 9 proposes to prepare three communication paths by inductive coupling of coils and transfer data to a chip farther than the dimensions of the coils. In other words, the coil size can be made smaller than before with the same communication distance. Further, if the number of necessary coils can be reduced from three to two, the layout area can be reduced and more repeat transmission lines can be provided, which contributes to cost reduction and speed improvement.

しかしコイルの数を2つにすると、多数回のリピート伝送中に信号干渉の問題を生じる。その解決のために、特許文献9では、金属配線からなる遮蔽層を設けてクロストークを遮蔽することを提案している。そのためには、チップを180度回転させながら積層しなければならなかった。   However, when the number of coils is two, a problem of signal interference occurs during a large number of repeat transmissions. In order to solve this problem, Patent Document 9 proposes to provide a shielding layer made of metal wiring to shield crosstalk. For this purpose, the chips had to be stacked while rotating 180 degrees.

したがって、本発明は、チャネル間のクロストークを増大させずに、コイルの実装密度を2倍程度高くすることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to increase the mounting density of the coil by about twice without increasing the crosstalk between channels.

(1)本発明は、上記課題を解決するために、積層集積回路装置において、基板上の配線により形成された誘導結合によって信号を送信する四角形のコイルとそれに接続される送信回路で構成される送信チャネルを複数備える第1基板と、前記第1基板に積層される基板上の配線により形成され且つ前記第1基板に設けられたコイルと対応する位置に形成される四角形のコイルとそれに接続される受信回路で構成される受信チャネルを複数有する第2基板とを少なくとも有し、前記各四角形のコイルは、最隣接したコイル同士が前記コイルの中心が前記四角形のコイルの対角線方向に前記コイルの一辺の2/21/2倍乃至3/21/2 の間隔で設けられた格子上に配置され、且つ、前記配線の直交する方向に沿って前記コイルが行列配列されていることを特徴とする。 (1) In order to solve the above-described problem, the present invention is configured in a stacked integrated circuit device by a rectangular coil that transmits a signal by inductive coupling formed by wiring on a substrate and a transmission circuit connected thereto. A rectangular coil formed by a first substrate having a plurality of transmission channels, wiring on the substrate stacked on the first substrate, and formed at a position corresponding to the coil provided on the first substrate, and connected thereto. At least a second substrate having a plurality of receiving channels each including a receiving circuit, and each of the quadrangular coils is arranged such that the coils adjacent to each other are arranged in a diagonal direction of the coil in the diagonal direction of the square coil. disposed on the grid provided with 2/2 1/2 to 3/2 1/2 of the length of a single side, and the coil is a matrix array along a direction perpendicular to the wire It is characterized in that is.

このように、各基板に設ける四角形のコイルを、最隣接したコイル同士が前記コイルの中心が前記四角形のコイルの対角線方向にコイルの一辺の2/21/2倍乃至3/21/2 の間隔で設けられた格子上に配置することによって、従来のコイル配置に比べて2倍程度の実装密度にすることができる。 As described above, the rectangular coils provided on each substrate are arranged such that the adjacent coils are 2/2 1/2 times to 3/2 1/2 of one side of the coil in the diagonal direction of the square coil. By disposing on a grid provided at double intervals , the mounting density can be made about twice that of the conventional coil arrangement.

(2)また、本発明は、積層集積回路装置において、誘導結合によって信号を送信する送信器を有する第n基板(但し、1≦n≦Nの整数)と、前記送信器から送信される信号を誘導結合によって受信し中継して誘導結合によって送信する複数の中継器を有する第n+x基板(但し、1≦x≦N−n−1の整数)と、前記中継器から中継される信号を誘導結合によって受信する複数の受信器を有する第n+y基板(但し、x<y≦ N−nの整数)とを積層して備え、前記送信器、前記受信器及び前記中継器は、基板上の配線により形成された四角形のコイルに接続されて、積層位置が対応するコイル対の誘導結合によって無線通信し、前記四角形のコイルは、最隣接したコイル同士が前記コイルの中心が前記四角形のコイルの対角線方向に前記コイルの一辺の2/21/2倍乃至3/21/2 の間隔で設けられた格子上に配置され、且つ、前記配線の直交する方向に沿って前記コイルが行列配列され、前記中継器は、前記行列配置されたコイルの中の隣接したコイル対の一方を受信コイルに用いて受信し他方を送信コイルに用いて送信することを特徴とする。 (2) Further, according to the present invention, in the stacked integrated circuit device, an nth substrate (provided that an integer of 1 ≦ n ≦ N) including a transmitter that transmits a signal by inductive coupling, and a signal transmitted from the transmitter Is received by inductive coupling, relayed and transmitted by inductive coupling, and an n + x substrate (where 1 ≦ x ≦ N−n−1) and a signal relayed from the repeater are guided An n + y substrate having a plurality of receivers to be received by coupling (provided that x <y ≦ N−n), and the transmitter, the receiver, and the repeater are wired on the substrate. is connected to a coil of a square formed by, and wireless communication by inductive coupling coil pair stacking position corresponding coil of the rectangle diagonals center of the coil between which the highest adjacent the coil of the coil of the quadrangle Forward in direction The coils are arranged on a grid provided at an interval of 2/2 1/2 times to 3/2 1/2 times one side of the coil, and the coils are arranged in a matrix along the direction perpendicular to the wiring, The repeater is characterized in that one of the adjacent coil pairs among the coils arranged in a matrix is received using a receiving coil, and the other is transmitted using a transmitting coil.

このようなコイル配置にすることによって、従来のコイル配置に比べて2倍程度の実装密度にすることができ、また、このコイルを対にして送信器、受信器及び中継器を構成しているので、信号をリピート伝送することが可能になる。   By adopting such a coil arrangement, it is possible to achieve a mounting density about twice that of the conventional coil arrangement, and this coil is paired to constitute a transmitter, a receiver and a repeater. Therefore, it becomes possible to transmit the signal repeatedly.

(3)また、本発明は、上記(2)において、前記各基板の格子のチップ辺方向の一方に沿った間隔がコイルの一辺よりも短いことを特徴とする。このようなコイル配置により、クロストークを一定にしたままで、コイルの実装密度をより向上することができる。 (3) Further, in the above (2), the present invention is characterized in that an interval along one side in the chip side direction of the lattice of each substrate is shorter than one side of the coil. With such a coil arrangement, it is possible to further improve the coil mounting density while keeping the crosstalk constant.

(4)また、本発明は、上記(1)乃至(3)のいずれかにおいて、前記隣接したコイル同士は、チップ辺方向に沿って上下あるいは左右に並ぶことを特徴とする。
(5)また、本発明は、上記(1)乃至(3)のいずれかにおいて、前記最隣接したコイル同士は、チップ辺方向の斜め方向に沿って並ぶことを特徴とする。
(4) Further, the present invention is, in any of the above (1) to (3), said top adjacent coils each other, characterized in that the vertically aligned or horizontally along the tip side direction.
(5) Further, the present invention is, in any of the above (1) to (3), said top adjacent coils each other, characterized in that arranged along the diagonal direction of the chip-side direction.

このように、コイル対を構成する場合には、隣接したコイル同士は、チップ辺方向に沿って上下あるいは左右に並ぶようにしても、或いは、チップ辺方向の斜め方向に沿って並ぶようにしても良く、チップ辺方向の斜め方向に沿って並ぶようにした場合には、接続配線長が短くなるので、より高速通信が可能になる。 Thus, when configuring the coil pairs, coil each other and nearest neighbor is also be arranged vertically or horizontally along the tip-side direction, or, as arranged along the diagonal direction of the chip-side direction In the case where they are arranged along the diagonal direction of the chip side direction, the connection wiring length is shortened, so that higher speed communication is possible.

(6)また、本発明は、上記(1)乃至(5)のいずれかにおいて、前記四角形のコイルは前記基板上の互いに異なる層準で且つ互いに直交する配線を交互に接続して形成された3次元コイルであることを特徴とする。このように、コイルを3次元コイルにすることにより、コイルと送信器或いは受信器とをビアを介することなく接続することができる。 (6) Further, according to the present invention, in any one of the above (1) to (5), the rectangular coil is formed by alternately connecting wirings orthogonal to each other at different layer levels on the substrate. It is a three-dimensional coil. Thus, by making a coil into a three-dimensional coil, a coil and a transmitter or a receiver can be connected without vias.

開示の積層集積回路装置によれば、従来に比べてチャネル間のクロストークを増大させずに、コイルの実装密度を2倍高くすることができる。また、積層方法を問わずに、2つのコイルでデータのリピート伝送が可能になり、延いては、コスト削減や転送速度の向上に寄与するところが大きい。   According to the disclosed laminated integrated circuit device, the mounting density of the coil can be increased by a factor of two without increasing crosstalk between channels as compared with the conventional one. Regardless of the stacking method, data can be transmitted repeatedly with two coils, which greatly contributes to cost reduction and transfer rate improvement.

本発明の実施の形態の半導体集積回路装置の説明図である。It is explanatory drawing of the semiconductor integrated circuit device of embodiment of this invention. 正方形コイルが生じる磁界強度の説明図である。It is explanatory drawing of the magnetic field intensity which a square coil produces. コイルの配置図である。It is arrangement | positioning drawing of a coil. リピート伝送を行う送受信器の説明図である。It is explanatory drawing of the transmitter / receiver which performs repeat transmission. リピート伝送を1回行う場合の積層断面図である。It is a lamination | stacking sectional view in case repeat transmission is performed once. 本発明の実施例1の半導体集積回路装置の説明図である。It is explanatory drawing of the semiconductor integrated circuit device of Example 1 of this invention. 各チップにおける送信コイルと受信コイルの配置図である。It is an arrangement view of a transmission coil and a reception coil in each chip. 本発明の実施例1の半導体集積回路装置の部分的等価回路図である。1 is a partial equivalent circuit diagram of a semiconductor integrated circuit device according to a first embodiment of the present invention. 送受信装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of a transmission / reception apparatus. 本発明の実施例2の半導体集積回路装置の説明図である。It is explanatory drawing of the semiconductor integrated circuit device of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の半導体集積回路装置の説明図である。It is explanatory drawing of the semiconductor integrated circuit device of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3におけるデータの書き込み動作の説明図である。It is explanatory drawing of the data write-in operation | movement in Example 3 of this invention. 本発明の実施例3におけるデータ読み出し動作の説明図である。It is explanatory drawing of the data read-out operation | movement in Example 3 of this invention. 本発明の実施例4の半導体集積回路装置の説明図である。It is explanatory drawing of the semiconductor integrated circuit device of Example 4 of this invention. 本発明の実施例4による送信コイルTと受信コイルRの対関係の説明図である。It is explanatory drawing of the pair relationship of the transmission coil T and the receiving coil R by Example 4 of this invention. 本発明の実施例4による送信コイルTと受信コイルRの他の対関係の説明図である。It is explanatory drawing of the other pair relation of the transmission coil T and the receiving coil R by Example 4 of this invention. 本発明の実施例4における各チップ間のコイルの役割分担の説明図である。It is explanatory drawing of the role sharing of the coil between each chip | tip in Example 4 of this invention. 本発明の実施例5による送信コイルTと受信コイルRの対関係の説明図である。It is explanatory drawing of the pair relationship of the transmission coil T and the receiving coil R by Example 5 of this invention. 本発明の実施例5による送信コイルTと受信コイルRの他の対関係の説明図である。It is explanatory drawing of the other pair relation of the transmission coil T and the receiving coil R by Example 5 of this invention. 本発明の実施例6による送信コイルTと受信コイルRの対関係の説明図である。It is explanatory drawing of the pair relationship of the transmission coil T and the receiving coil R by Example 6 of this invention. 本発明の実施例7による送信コイルTと受信コイルRの対関係の説明図である。It is explanatory drawing of the pair relationship of the transmission coil T and the receiving coil R by Example 7 of this invention. 本発明の実施例8の半導体集積回路装置の説明図である。It is explanatory drawing of the semiconductor integrated circuit device of Example 8 of this invention. 本発明の実施例9の半導体集積回路装置の説明図である。It is explanatory drawing of the semiconductor integrated circuit device of Example 9 of this invention. 本発明の実施例10の半導体集積回路装置の積層断面図である。It is a lamination | stacking sectional view of the semiconductor integrated circuit device of Example 10 of this invention. 各チップにおけるコイル群の接続状態の説明図である。It is explanatory drawing of the connection state of the coil group in each chip | tip. 発明の実施例11における各チップにおけるコイル群の接続状態の説明図である。It is explanatory drawing of the connection state of the coil group in each chip | tip in Example 11 of invention. 本発明の実施例12の半導体集積回路装置の積層断面図である。It is a lamination | stacking sectional drawing of the semiconductor integrated circuit device of Example 12 of this invention.

ここで、図1乃至図5を参照して、本発明の実施の形態の半導体集積回路装置を説明する。図1は、本発明の実施の形態の半導体集積回路装置の説明図であり、図1(a)はコイルの配列の説明図であり、また、図1(b)はコイルの概念的構造図である。図1(b)に示すように、コイル1は互いに異なった層準に形成したX方向の配線(実線)2とY方向の配線(破線)3をビア導体4により交互に接続して形成した3次元正方形コイルである。図1(a)に示すように、このコイル1をXY方向に対して45°斜めの方向の格子上に配置している。この場合、隣接する2つのコイルが対となり、一つが受信コイルRで他の一つが送信コイルTとなる。なお、コイルは、平面スパイラル状コイルでも良い。 Here, the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory diagram of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is an explanatory diagram of an arrangement of coils, and FIG. 1 (b) is a conceptual structural diagram of the coils. It is. As shown in FIG. 1B, the coil 1 is formed by alternately connecting X-direction wirings (solid lines) 2 and Y-direction wirings (broken lines) 3 formed in different layers with via conductors 4. It is a three-dimensional square coil. As shown in FIG. 1A, the coil 1 is arranged on a lattice inclined at 45 ° with respect to the XY direction. In this case, two adjacent coils form a pair, one being the reception coil R x and the other being the transmission coil T x . The coil may be a planar spiral coil.

斜め方向の格子間隔Pは、コイル1の一辺Dの2/21/2(≒1.41)倍以上である。この例ではコイル1は正方形として示しているが、長方形や平行四辺形等の他の四角形でも良い。また、コイル1の一辺Dは、通信距離の2倍程度に設定するのが一般的である。例えば、積層するチップの厚さが100μmの場合は、コイル1の一辺は200μmが典型的である。 The lattice interval P in the oblique direction is 2/2 1/2 (≈1.41) times or more of one side D of the coil 1. In this example, the coil 1 is shown as a square, but may be another rectangle such as a rectangle or a parallelogram. Further, one side D of the coil 1 is generally set to about twice the communication distance. For example, when the thickness of chips to be stacked is 100 μm, one side of the coil 1 is typically 200 μm.

図2は、正方形コイルが生じる磁界強度の説明図である。まず、図2(a)に示すように、短い線分を流れる電流IがX点およびY点に生じる磁界強度の大小を考える。図2(b)に示すように、線分をB点で2分すると、線分BCからX点およびY点までの距離が等しいので、線分BCがX点に発生する磁界の強度とY点に発生する磁界の強度は等しい。同様に、線分ABがX点に発生する磁界の強度はY点に発生する磁界の強度に比べて弱い。   FIG. 2 is an explanatory diagram of the magnetic field intensity generated by the square coil. First, as shown in FIG. 2A, the magnitude of the magnetic field strength generated at the X and Y points by the current I flowing through the short line segment is considered. As shown in FIG. 2B, when the line segment is divided into two at the point B, the distances from the line segment BC to the X point and the Y point are equal. The strength of the magnetic field generated at the point is equal. Similarly, the strength of the magnetic field generated at the point X at the line segment AB is weaker than the strength of the magnetic field generated at the point Y.

線電流Iが発生する磁界は、線分ABおよび線分BCが発生する磁界の重ね合わせで求めることができるので、X点の磁界はY点の磁界よりも弱いことが分かる。この考え方を拡張して磁界強度の等高線を引くと、図2(c)のようになる。即ち、線分の中心部分の磁界は強く、中心から両端に向かうにつれて磁界は弱まる。   Since the magnetic field generated by the line current I can be obtained by superimposing the magnetic fields generated by the line segment AB and the line segment BC, it can be seen that the magnetic field at the point X is weaker than the magnetic field at the point Y. When this concept is extended and contour lines of magnetic field strength are drawn, the result is as shown in FIG. That is, the magnetic field at the center of the line segment is strong, and the magnetic field is weakened from the center toward both ends.

さらに、この磁界強度分布を四角形コイルに適用すると、図2(d)に示すように四角形の辺中央部は磁界が強いが対角部は磁界が弱くなる。図2(e)は、実際に電磁界シミュレータで計算した磁界強度分布を近似的に等高線として示した図である。   Furthermore, when this magnetic field strength distribution is applied to a rectangular coil, as shown in FIG. 2 (d), the magnetic field is strong in the central part of the side of the square, but the magnetic field is weak in the diagonal part. FIG. 2 (e) is a diagram showing the magnetic field strength distribution actually calculated by the electromagnetic field simulator as contour lines approximately.

この結果を近似すると、四角形コイルを流れる信号に起因する磁界強度の等高線は、図2(f)で示す破線の形状になる。即ち、コイルの中心からXY方向にMだけ離れた点と、XY方向に対して45°斜めの方向にM/21/2だけ離れた点に達する磁界は同じである。逆にこの境界線上に到達した別のコイルが発生した同じ強度の磁界は、コイルの中央に到達すると同じ強度のクロストークになる。 Approximating this result, the contour line of the magnetic field intensity resulting from the signal flowing through the rectangular coil becomes the shape of the broken line shown in FIG. That is, the magnetic field reaching the point separated from the center of the coil by M in the XY direction and the point separated by M / 21/2 in a direction inclined by 45 ° with respect to the XY direction is the same. Conversely, a magnetic field of the same strength generated by another coil that has reached this boundary line has the same strength of crosstalk when it reaches the center of the coil.

図3(a)は、従来のコイル配置図であり、境界線を挟んで隣の正方形コイルと接するように正方形コイルをXY方向に行列配置した構成になっている。このとき、コイルの中心の間隔Pをコイルの一辺Dのおよそ2倍以上にすると、他のコイルからのノイズの影響が十分に小さくビット誤りの無い信頼性の高い通信ができることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。   FIG. 3A is a conventional coil arrangement diagram, in which square coils are arranged in a matrix in the XY directions so as to be in contact with adjacent square coils across a boundary line. At this time, it is known that if the distance P between the centers of the coils is about twice or more the one side D of the coil, the influence of noise from other coils is sufficiently small and highly reliable communication without bit errors can be performed. (For example, refer nonpatent literature 1).

図3(b)は、本発明の実施の形態のコイル配置図であり、正方形コイルの対角方向の磁界強度は辺方向に比べて1/21/2(≒0.7)倍小さい特徴を生かして配列したものである。このとき、XY方向のコイル配列ピッチP′は、図3(a)のPと等しくなることが幾何学的に分かる。即ち、図3(a)と同じ領域を使って、図3(b)では2倍の数のコイルを配列することができる。 FIG. 3B is a coil arrangement diagram according to the embodiment of the present invention, and the magnetic field strength in the diagonal direction of the square coil is 1/2 1/2 (≈0.7) times smaller than that in the side direction. It is arranged using At this time, it is geometrically understood that the coil arrangement pitch P ′ in the XY directions is equal to P in FIG. In other words, using the same region as in FIG. 3A, twice as many coils can be arranged in FIG. 3B.

このような、図3(b)の周囲の4つのコイルの中心点を結んで得られる正方形をXY方向に繰り返し並べることで得られるのが、上記の図1である。したがって、本発明の実施の形態においては、従来のコイル配置に比べて、コイルの実装密度を2倍程度高くすることができる。なお、厳密に2倍である必要はなく、ピッチP′をピッチPより大きくして1.5倍程度の密度にしても良く、クロストークをより確実に防止することができる。   FIG. 1 is obtained by repeatedly arranging squares obtained by connecting the center points of the four coils around FIG. 3B in the XY directions. Therefore, in the embodiment of the present invention, the mounting density of the coil can be increased about twice as compared with the conventional coil arrangement. Note that it is not necessary to strictly double the pitch P ′, and the pitch P ′ may be larger than the pitch P so as to have a density of about 1.5 times, so that crosstalk can be prevented more reliably.

なお、コイル配置は正方格子状に限られるものではなく、長方形格子状の配列にしても良い。これは、同じ層準に設けたコイルからの磁界の影響が、他の層準に設けたコイルからの磁界の影響より大きいので、受信コイルと送信コイルの一対のコイルで送受信コイルを形成した場合、近接する送受信コイルに対する間隔をより狭くすることができるためである。   Note that the coil arrangement is not limited to a square lattice, but may be a rectangular lattice. This is because the effect of the magnetic field from the coil provided in the same layer level is greater than the effect of the magnetic field from the coil provided in the other layer level, so that the transmission / reception coil is formed of a pair of the receiving coil and the transmitting coil. This is because the distance between adjacent transmitting and receiving coils can be further narrowed.

次に、図4及び図5を参照して、本発明の実施の形態のコイル配置を有する半導体集積回路装置における信号伝送方法を説明する。図4は、リピート伝送を行う送受信器の説明図であり、図4(a)は送受信器のブロック図であり、図4(b)は送受信器の回路図である。また、図4(c)はコイルを二重にしてそれぞれ送受信可能にした図である。送信コイル(T)11には送信器13が接続され、受信コイル(R)12には受信器14が接続され、制御回路15により制御される。 Next, a signal transmission method in the semiconductor integrated circuit device having the coil arrangement according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is an explanatory diagram of a transceiver that performs repeat transmission, FIG. 4A is a block diagram of the transceiver, and FIG. 4B is a circuit diagram of the transceiver. FIG. 4C is a diagram in which the coils are doubled to enable transmission / reception. A transmitter 13 is connected to the transmission coil (T x ) 11, a receiver 14 is connected to the reception coil (R x ) 12, and is controlled by the control circuit 15.

図5はリピート伝送を1回行う場合の積層断面図である。図5(a)は、隣接するチップ間でリピート伝送を1回行う場合の積層断面図であり、図5(b)は5枚のチップが積層されて2チップ毎にデータ転送を行う場合の積層断面図である。この場合、コイル対の誘導結合でデータ通信を行い、ワイヤ配線もしくはシリコン貫通電極(TSV)で電源を供給する。   FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a case where repeat transmission is performed once. FIG. 5A is a cross-sectional view in the case where repeat transmission is performed once between adjacent chips, and FIG. 5B is a case in which five chips are stacked and data transfer is performed every two chips. FIG. In this case, data communication is performed by inductive coupling of a coil pair, and power is supplied by wire wiring or a through silicon via (TSV).

図5(a)に示すように、3枚のチップが積層されチップ毎にデータ転送を行う場合は、リピート回数が1回ですむ。したがって、従来のような遮蔽層を必要としない。また、図5(b)に示すように、5枚のチップが積層された2チップ毎にデータ転送を行う場合もリピート回数が1回ですむ。   As shown in FIG. 5A, when three chips are stacked and data is transferred for each chip, the number of repeats is one. Therefore, a conventional shielding layer is not required. Further, as shown in FIG. 5B, when data transfer is performed every two chips in which five chips are stacked, the number of repeats is one.

このように、本発明の実施の形態においては、コイルをXY方向に対して45°斜めの方向の格子上に配置しているので、従来のXY方向に格子上に配置した場合に比べて、2倍程度の実装密度を実現することができる。また、3層チップ積層或いは、5層チップ積層で1層飛ばしの場合には、遮蔽層を設けることなく1回リピート伝送が可能であり、チップを積層する際に、180°回転させる必要がなくなる。なお、この実施の形態においては、積層半導体集積回路装置として説明しているが、積層半導体集積回路装置に限られるものではなく、電子回路基板等の他の集積回路装置にも適用されるものである。   As described above, in the embodiment of the present invention, the coil is arranged on the grid in the direction inclined by 45 ° with respect to the XY direction. Therefore, compared with the case where the coil is arranged on the grid in the conventional XY direction, A mounting density of about twice can be realized. In addition, in the case of skipping one layer in a three-layer chip stack or a five-layer chip stack, repeat transmission is possible without providing a shielding layer, and there is no need to rotate 180 ° when stacking chips. . In this embodiment, the stacked semiconductor integrated circuit device is described. However, the present invention is not limited to the stacked semiconductor integrated circuit device, but can be applied to other integrated circuit devices such as an electronic circuit board. is there.

次に、図6乃至図9を参照して、本発明の実施例1の半導体集積回路装置を説明する。図6は、本発明の実施例1の半導体集積回路装置の説明図であり、図6(a)は積層断面図であり、図6(b)は、コイル配置図である。ここでは、隣接する2つのコイルが対となり、一つが受信コイルRで他の一つが送信コイルTとなり、このコイル対の誘導結合でデータ通信を行い、ワイヤ配線もしくはシリコン貫通電極で電源を供給する。 Next, a semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams of the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6A is a stacked sectional view, and FIG. 6B is a coil layout diagram. Here, two adjacent coils is a pair, one other one of the receiving coils R x is transmitting coil T x becomes performs data communication with the inductive coupling of the coil pair, the power supply wire line or through silicon via Supply.

図6(b)に示すように、互いに異なった層準に形成したX方向の配線(実線)とY方向の配線(破線)を交互に接続して形成した3次元正方形コイルをXY方向に対して45°斜めの方向の格子上に配置している。   As shown in FIG. 6 (b), a three-dimensional square coil formed by alternately connecting wirings in the X direction (solid lines) and wirings in the Y direction (broken lines) formed in different layers is formed in the XY direction. Are arranged on a grid inclined at an angle of 45 °.

斜め方向の格子間隔Pは、コイルの一辺Dの2/21/2(≒1.41)倍以上である。この例ではコイルは正方形として示しているが、コイルの一辺Dは、通信距離の2倍程度に設定するのが一般的である。例えば、積層するチップの厚さが100μmの場合は、コイルの一辺は200μmとする。 The lattice spacing P in the oblique direction is 2/2 1/2 (≈1.41) times or more of one side D of the coil. In this example, the coil is shown as a square, but one side D of the coil is generally set to about twice the communication distance. For example, when the thickness of the stacked chip is 100 μm, one side of the coil is 200 μm.

図7は、各チップにおける送信コイルと受信コイルの配置図であり、チップ2では、チップ1の送信コイルTに対応する位置に受信コイルRを配置し、その受信コイルRと対をなす位置のコイルを送信コイルTとする。また、チップ3では、チップ2の送信コイルTに対応する位置に受信コイルRを配置する。なお、チップ1から信号を送信する場合には、チップ1における受信コイルの位置のコイルは休眠コイルとし、チップ3における送信コイルの位置のコイルを休眠コイルとする。   FIG. 7 is an arrangement diagram of the transmission coil and the reception coil in each chip. In the chip 2, the reception coil R is arranged at a position corresponding to the transmission coil T of the chip 1, and the position where the reception coil R is paired is shown. The coil is referred to as a transmission coil T. In the chip 3, the receiving coil R is arranged at a position corresponding to the transmitting coil T of the chip 2. When transmitting a signal from the chip 1, the coil at the position of the receiving coil in the chip 1 is a dormant coil, and the coil at the position of the transmitting coil in the chip 3 is a dormant coil.

図8は、本発明の実施例1の半導体集積回路装置の部分的等価回路図であり、図8(a)はメモリ書き込み動作を示し、図8(b)はメモリ読み出し動作を示している。図に示すように、制御回路で使用するコイルを選択して、所定の送信及び受信を行う。なお、送信コイルに対して信号伝送方向と反対側に位置する受信コイルは信号伝送時には休眠コイルとなるので、クロストークが発生することがない。   8A and 8B are partial equivalent circuit diagrams of the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 8A shows a memory write operation, and FIG. 8B shows a memory read operation. As shown in the figure, a coil used in the control circuit is selected to perform predetermined transmission and reception. In addition, since the receiving coil located on the opposite side to the signal transmission direction with respect to the transmitting coil becomes a sleep coil during signal transmission, crosstalk does not occur.

図9は、送受信装置の回路構成図であり、図9(a)は受信回路図であり、図9(b)は送信回路図であり、図9(c)は制御回路図である。   9 is a circuit configuration diagram of the transmission / reception device, FIG. 9A is a reception circuit diagram, FIG. 9B is a transmission circuit diagram, and FIG. 9C is a control circuit diagram.

このように、本発明の実施例1においては、コイルをXY方向に対して45°斜めの方向の格子上に配置しているので、従来のXY方向に格子上に配置した場合に比べて、2倍程度の実装密度を実現することができる。また、遮蔽層を設けることなく1回リピート伝送が可能であり、チップを積層する際に、180°回転させる必要がなくなる。   As described above, in the first embodiment of the present invention, the coil is disposed on the lattice in the direction inclined by 45 ° with respect to the XY direction. Therefore, compared with the case where the coil is disposed on the lattice in the conventional XY direction, A mounting density of about twice can be realized. Further, it is possible to perform one-time repeat transmission without providing a shielding layer, and there is no need to rotate 180 ° when stacking chips.

次に、図10を参照して、本発明の実施例2の半導体集積回路装置を説明するが、積層構造及び信号伝送方法は、上記の実施例1と同様であるので、コイル配置のみを説明する。図10は本発明の実施例2の半導体集積回路装置の説明図であり、図10(a)はコイル配置図であり、図10(b)はコイルの構成図である。   Next, a semiconductor integrated circuit device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10. Since the stacked structure and the signal transmission method are the same as those in the first embodiment, only the coil arrangement will be described. To do. FIG. 10 is an explanatory diagram of a semiconductor integrated circuit device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 10 (a) is a coil layout diagram, and FIG. 10 (b) is a configuration diagram of a coil.

図10(b)に示すように、コイルは平面スパイラル状コイルで構成する。また、図10(a)に示すように、従来と同様に、XY方向に格子上に配置しているが、コイルを45°傾けた状態で配置している。但し、格子間隔P′は、コイルの一辺Dの21/2 (≒1.41)倍以上としているので、従来のコイル配置に比べてコイルの実装密度が2倍程度高くなっている。 As shown in FIG. 10B, the coil is formed of a planar spiral coil. Further, as shown in FIG. 10A, as in the prior art, the coils are arranged in the XY directions on the grid, but the coils are arranged in a state inclined by 45 °. However, since the lattice interval P ′ is 2 1/2 (≈1.41) times or more of one side D of the coil, the mounting density of the coil is about twice as high as that of the conventional coil arrangement.

このように、本発明の実施例2においては、コイルをXY方向に対して45°傾けて配置することによって、従来に比べて、2倍程度の実装密度を実現することができる。また、遮蔽層を設けることなく1回リピート伝送が可能であり、チップを積層する際に、180°回転させる必要がなくなる。なお、コイルは、実施例1と同様に3次元正方コイルでも良い。   As described above, in the second embodiment of the present invention, by arranging the coil by being inclined by 45 ° with respect to the XY direction, it is possible to realize a mounting density that is about twice that of the conventional case. Further, it is possible to perform one-time repeat transmission without providing a shielding layer, and there is no need to rotate 180 ° when stacking chips. The coil may be a three-dimensional square coil as in the first embodiment.

次に、図11乃至図13を参照して、本発明の実施例3の半導体集積回路装置を説明する。図11は、本発明の実施例3の半導体集積回路装置の説明図であり、積層数を5層とした以外は、上記の実施例1と同様である。図11(a)は積層断面図であり、図11(b)はコイル配置図である。ここでも、隣接する2つのコイルが対となり、一つが受信コイルRで他の一つが送信コイルTとなり、このコイル対の誘導結合でデータ通信を行い、ワイヤ配線もしくはシリコン貫通電極で電源を供給する。 Next, a semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is an explanatory diagram of the semiconductor integrated circuit device according to the third embodiment of the present invention, which is the same as the first embodiment except that the number of stacked layers is five. FIG. 11A is a cross-sectional view of a laminated structure, and FIG. 11B is a coil arrangement diagram. Again, the two adjacent coils is a pair, one other one of the receiving coils R x is transmitting coil T x becomes performs data communication with the inductive coupling of the coil pair, the power supply wire line or through silicon via Supply.

図12及び図13は、本発明の実施例3の半導体集積回路装置の部分的等価回路図であり、図12は最上層のチップ4にデータの書き込み動作を示しており、また、図13はチップ3からのデータの読み出し動作を示している。図に示すように、制御回路で使用するコイルを選択して、所定の送信及び受信を行う。なお、送信コイルに対して信号伝送方向と反対側に位置する受信コイルは信号伝送時には休眠コイルとなるので、クロストークが発生することがない。   12 and 13 are partial equivalent circuit diagrams of the semiconductor integrated circuit device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 12 shows the data write operation to the uppermost chip 4 and FIG. The data read operation from the chip 3 is shown. As shown in the figure, a coil used in the control circuit is selected to perform predetermined transmission and reception. In addition, since the receiving coil located on the opposite side to the signal transmission direction with respect to the transmitting coil becomes a dormant coil at the time of signal transmission, crosstalk does not occur.

このように、本発明の実施例3においても、コイルをXY方向に対して45°斜めの方向の格子上に配置しているので、従来のXY方向に格子上に配置した場合に比べて、2倍程度の実装密度を実現することができる。また、遮蔽層を設けることなく1回リピート伝送が可能であり、チップを積層する際に、180°回転させる必要がなくなる。なお、この実施例3においても、実施例2のように、XY方向に対して45°傾けた形状のコイルをXY方向に格子上に配置しても良い。   Thus, also in Example 3 of the present invention, since the coils are arranged on the grid in the direction inclined by 45 ° with respect to the XY direction, compared with the case where the coils are arranged on the grid in the conventional XY direction, A mounting density of about twice can be realized. Further, it is possible to perform one-time repeat transmission without providing a shielding layer, and there is no need to rotate 180 ° when stacking chips. Also in the third embodiment, as in the second embodiment, coils having a shape inclined by 45 ° with respect to the XY direction may be arranged on the lattice in the XY direction.

次に、図14乃至図17を参照して、本発明の実施例4の半導体集積回路装置を説明する。図14は、本発明の実施例4の半導体集積回路装置の説明図であり、図14(a)は積層断面図であり、図14(b)は、コイル配置図である。ここでも、隣接する2つのコイルが対となり、一つが受信コイルRで他の一つが送信コイルTとなり、このコイル対の誘導結合でデータ通信を行い、ワイヤ配線もしくはシリコン貫通電極で電源を供給する。 Next, a semiconductor integrated circuit device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14A and 14B are explanatory diagrams of a semiconductor integrated circuit device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 14A is a cross-sectional view of stacked layers, and FIG. 14B is a diagram of coil arrangement. Again, the two adjacent coils is a pair, one other one of the receiving coils R x is transmitting coil T x becomes performs data communication with the inductive coupling of the coil pair, the power supply wire line or through silicon via Supply.

この実施例4においては、図14(b)に示すように、コイルのX方向のピッチP″は実施例1のコイルのX方向のピッチP′よりも小さく、コイルのY方向のピッチP″は、実施例1のコイルのY方向のピッチP′よりも大きい。この時、(P′−P″)を(P″−P′)より大きくすることで、実施例1に比べてコイルの実装密度を高くすることができる。 In the fourth embodiment, as shown in FIG. 14B, the pitch P X ″ in the X direction of the coil is smaller than the pitch P X ′ in the X direction of the coil of the first embodiment. P Y ″ is larger than the pitch P Y ′ in the Y direction of the coil of the first embodiment. At this time, by making (P X ′ −P X ″) larger than (P Y ″ −P Y ′), the mounting density of the coil can be increased as compared with the first embodiment.

実施例1に比べてコイルのX方向のピッチP″を小さくするとチップ1やチップ3の隣接コイルからのクロストークは増大し、実施例1に比べてコイルのY方向のピッチP″を大きくするとチップ2内の隣接コイルからのクロストークは減少する。この場合、同一チップ内の隣接送信コイルからのクロストークの方が支配的であり、上または下チップの隣接送信コイルからのクロストークはそれと比較して小さいので、それらを調整した結果、実施例1と比べてクロストークの増減はない。したがって、本発明の実施例4においては、クロストークを一定にしたままでコイルの実装密度をさらに高めることができる。 When the pitch P X ″ in the X direction of the coil is made smaller than in the first embodiment, the crosstalk from the adjacent coils of the chip 1 and the chip 3 is increased, and the pitch P Y ″ in the Y direction of the coil is increased as compared with the first embodiment. If it is increased, crosstalk from adjacent coils in the chip 2 is reduced. In this case, crosstalk from adjacent transmission coils in the same chip is more dominant, and crosstalk from adjacent transmission coils in the upper or lower chip is smaller than that. Compared to 1, there is no increase or decrease in crosstalk. Therefore, in the fourth embodiment of the present invention, it is possible to further increase the coil mounting density while keeping the crosstalk constant.

図15は、本発明の実施例4による送信コイルTと受信コイルRの対関係の説明図であり、図15(a)に示したコイル対して、隣接するコイルのうち、隣接上下に位置するコイルを対に用いた場合の4つの例を図15(b)乃至図15(e)に示している。ここでは、隣接するコイル対における送信コイルTと受信コイルRの上下関係が互いに逆になった配置を示している。   FIG. 15 is an explanatory diagram of a pair relationship between the transmission coil T and the reception coil R according to the fourth embodiment of the present invention, and is positioned adjacent to the upper and lower sides of the adjacent coils with respect to the coil illustrated in FIG. Four examples in which coils are used in pairs are shown in FIGS. 15 (b) to 15 (e). Here, an arrangement is shown in which the vertical relationship between the transmitting coil T and the receiving coil R in the adjacent coil pairs is reversed.

図16も、本発明の実施例4による送信コイルTと受信コイルRの対関係の説明図であり、図16(a)に示したコイル対して、隣接するコイルのうち、隣接上下に位置するコイルを対に用いた場合の4つの例を図16(b)乃至図16(e)に示している。ここでは、隣接するコイル対における送信コイルTと受信コイルRの上下関係が同じになった配置を示している。   FIG. 16 is also an explanatory diagram of a pair relationship between the transmission coil T and the reception coil R according to the fourth embodiment of the present invention, and is positioned adjacent to the upper and lower sides of the adjacent coils with respect to the coil shown in FIG. Four examples in which coils are used in pairs are shown in FIGS. 16 (b) to 16 (e). Here, an arrangement is shown in which the vertical relationship between the transmitting coil T and the receiving coil R in the adjacent coil pair is the same.

図17は、本発明の実施例4における各チップ間のコイルの役割分担の説明図であり、ここでは、図14(a)に示した信号伝送状態の例を示している。また、チップ対の組み合わせは図15(b)の組み合わせの場合を示している。なお、各チップにおける各コイルの動作は、上記の図8と全く同様である。   FIG. 17 is an explanatory diagram of the role sharing of the coils between the chips in the fourth embodiment of the present invention. Here, an example of the signal transmission state shown in FIG. 14A is shown. Further, the combination of chip pairs is the case of the combination of FIG. The operation of each coil in each chip is exactly the same as in FIG.

次に、図18及び図19を参照して、本発明の実施例5の半導体集積回路装置を説明するが、基本的構成は上記の実施例4と同様であり、コイルの全体配置を縦長から横長に変更したものである。即ち、半導体集積回路装置においてはチップ内の空きスペースが種類ごとに異なるので、チップの横長方向に空きスペースがある場合に対応するものである。   Next, a semiconductor integrated circuit device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 18 and 19. The basic configuration is the same as that of the fourth embodiment described above, and the overall arrangement of the coils is vertically long. It has been changed to landscape. That is, in the semiconductor integrated circuit device, the vacant space in the chip varies depending on the type, and this corresponds to the case where there is an vacant space in the horizontal direction of the chip.

図18は、本発明の実施例5による送信コイルTと受信コイルRの対関係の説明図であり、図18(a)に示したコイル対して、隣接するコイルのうち、隣接左右に位置するコイルを対に用いた場合の4つの例を図18(b)乃至図18(e)に示している。ここでは、隣接するコイル対における送信コイルTと受信コイルRの左右関係が互いに逆になった配置を示している。   FIG. 18 is an explanatory diagram of a pair relationship between the transmission coil T and the reception coil R according to the fifth embodiment of the present invention, and is located adjacent to the left and right of the adjacent coils with respect to the coil illustrated in FIG. Four examples in which coils are used in pairs are shown in FIGS. 18B to 18E. Here, an arrangement is shown in which the left-right relationship between the transmission coil T and the reception coil R in the adjacent coil pairs is reversed.

図19も、本発明の実施例5による送信コイルTと受信コイルRの対関係の説明図であり、図19(a)に示したコイル対して、隣接するコイルのうち、隣接上下に位置するコイルを対に用いた場合の4つの例を図19(b)乃至図19(e)に示している。ここでは、隣接するコイル対における送信コイルTと受信コイルRの左右関係が同じになった配置を示している。   FIG. 19 is also an explanatory diagram of a pair relationship between the transmission coil T and the reception coil R according to the fifth embodiment of the present invention, and is positioned adjacent to the upper and lower sides of the adjacent coils with respect to the coil illustrated in FIG. Four examples when coils are used in pairs are shown in FIGS. 19B to 19E. Here, an arrangement is shown in which the left-right relationship between the transmitting coil T and the receiving coil R in the adjacent coil pair is the same.

次に、図20を参照して、本発明の実施例6の半導体集積回路装置を説明するが、基本的構成は上記の実施例4と同様であり、コイル対をなす送信コイルTと受信コイルRの対関係が異なるだけである。   Next, a semiconductor integrated circuit device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 20. The basic configuration is the same as that of the fourth embodiment, and a transmission coil T and a reception coil that form a coil pair. The only difference is the R pair.

図20は、本発明の実施例6による送信コイルTと受信コイルRの対関係の説明図であり、図20(a)に示したコイル対して、隣接するコイルのうち、縦方向の対角線上に位置するコイルを対に用いた場合の4つの例を図20(b)乃至図20(e)に示している。ここでは、隣接するコイル対における送信コイルTと受信コイルRの上下関係が互いに逆になる。   FIG. 20 is an explanatory diagram of a pair relationship between the transmission coil T and the reception coil R according to the sixth embodiment of the present invention. Of the coils shown in FIG. FIG. 20B to FIG. 20E show four examples in the case where the coil located at is used as a pair. Here, the vertical relationship between the transmission coil T and the reception coil R in adjacent coil pairs is reversed.

この実施例6においては、隣接するコイルのうち、対角線上に位置するコイルを一対に用いているので、コイル間の距離、即ち、接続配線長が実施例3或いは実施例4の場合より短くなるので、リピート遅延が短く、より高速なデータ転送が可能になる。なお、コイル配置は実施例3或いは実施例4と同じであるので、クロストークも同じである。   In the sixth embodiment, among the adjacent coils, a pair of coils located on a diagonal line is used, so that the distance between the coils, that is, the connection wiring length is shorter than in the case of the third or fourth embodiment. Therefore, the repeat delay is short, and higher-speed data transfer becomes possible. Since the coil arrangement is the same as in the third or fourth embodiment, the crosstalk is also the same.

次に、図21を参照して、本発明の実施例7の半導体集積回路装置を説明するが、基本的構成は上記の実施例7と同様であり、コイルの全体配置を縦長から横長に変更したものである。   Next, a semiconductor integrated circuit device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 21. The basic configuration is the same as that of the seventh embodiment, and the overall arrangement of the coil is changed from a vertically long shape to a horizontally long shape. It is a thing.

図21は、本発明の実施例7による送信コイルTと受信コイルRの対関係の説明図であり、図21(a)に示したコイルに対して、隣接するコイルのうち、横方向対角線上に位置するコイルを対に用いた場合の4つの例を図21(b)乃至図21(e)に示している。ここでは、隣接するコイル対における送信コイルTと受信コイルRの左右関係が互いに逆になる。   FIG. 21 is an explanatory diagram of a pair relationship between the transmission coil T and the reception coil R according to the seventh embodiment of the present invention. Of the coils adjacent to the coil illustrated in FIG. FIG. 21B to FIG. 21E show four examples in the case where the coils located at are used in pairs. Here, the left-right relationship between the transmission coil T and the reception coil R in adjacent coil pairs is opposite to each other.

次に、図22を参照して、本発明の実施例8の半導体集積回路装置を説明するが、基本的構成は上記の実施例3と同様であり、チップ積層構造を1コイルピッチ分順次ずらして積層したものであり、電源はワイヤボンディングで給電している。   Next, a semiconductor integrated circuit device according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 22. The basic configuration is the same as that of the third embodiment, and the chip stack structure is sequentially shifted by one coil pitch. The power is supplied by wire bonding.

図22は、本発明の実施例8の半導体集積回路装置の説明図であり、図22(a)は積層断面図であり、図22(b)は各チップにおけるコイル対における役割分担の説明図である。図に示すように、送信コイルに対して信号伝送方向と反対側の位置にコイルが存在しないので、任意の積層数で積層構造を構成して2回以上のリピート伝送ができる。   FIG. 22 is an explanatory diagram of a semiconductor integrated circuit device according to an eighth embodiment of the present invention, FIG. 22 (a) is a cross-sectional view of a stacked layer, and FIG. 22 (b) is an explanatory diagram of role sharing in a coil pair in each chip. It is. As shown in the figure, since there is no coil at a position opposite to the signal transmission direction with respect to the transmission coil, a laminated structure can be formed with an arbitrary number of layers, and repeat transmission can be performed twice or more.

次に、図23を参照して、本発明の実施例9の半導体集積回路装置を説明するが、基本的構成は上記の実施例3と同様であり、チップ積層構造を1/2コイルピッチ分順次ずらして積層したものであり、電源はワイヤボンディングで給電している。   Next, the semiconductor integrated circuit device according to the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 23. The basic configuration is the same as that of the third embodiment, and the chip stacking structure is divided by 1/2 coil pitch. The power is supplied by wire bonding.

図23は、本発明の実施例9の半導体集積回路装置の説明図であり、図23(a)は積層断面図であり、図23(b)は各チップにおけるコイル対における役割分担の説明図であり、この場合も、送信コイルに対して信号伝送方向と反対側の位置にコイルが存在しないので、任意の積層数で積層構造を構成して2回以上のリピート伝送ができる。   FIG. 23 is an explanatory diagram of a semiconductor integrated circuit device according to a ninth embodiment of the present invention, FIG. 23 (a) is a cross-sectional view of a stacked layer, and FIG. 23 (b) is an explanatory diagram of role sharing in a coil pair in each chip. Also in this case, since the coil does not exist at the position opposite to the signal transmission direction with respect to the transmission coil, the laminated structure can be configured with an arbitrary number of laminations, and repeat transmission can be performed twice or more.

次に、図24及び図25を参照して、本発明の実施例10の半導体集積回路装置を説明するが、コイル配置自体は上記の実施例3と同様であるが、ここでは、3つのコイルでコイル群を構成するものである。図24は積層断面図であり、各チップにおけるコイルの役割分担を送信と受信と休眠に分けて1つのコイル群を構成する。   Next, a semiconductor integrated circuit device according to a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 24 and 25. The coil arrangement itself is the same as in the third embodiment, but here three coils are used. This constitutes a coil group. FIG. 24 is a laminated cross-sectional view, and the role sharing of the coils in each chip is divided into transmission, reception, and sleep and constitutes one coil group.

この場合、上下に隣接するチップにおいて、送信コイルに対して信号伝送方向と反対側の位置のコイルが休眠コイルになるように役割分担させているので、クロストークは起こらず、したがって、2回以上のリピート伝送が可能になる。   In this case, since the coils on the opposite side of the signal transmission direction with respect to the transmitting coil are divided in roles so as to become a sleep coil in the chips adjacent vertically, crosstalk does not occur, and therefore, two or more times. Repeat transmission becomes possible.

図25は各チップにおけるコイル群の接続状態の説明図であり、ここでは、隣接する3つのチップにおけるコイル群の接続状態を示しており、図に示すように、縦方向に隣接する3つのコイルでコイル群を構成する。   FIG. 25 is an explanatory diagram of the connection state of the coil groups in each chip. Here, the connection state of the coil groups in the three adjacent chips is shown, and as shown in the figure, the three coils adjacent in the vertical direction are shown. The coil group is configured by.

この実施例10においては、3つのコイルでコイル群を構成し、送信コイルに対して信号伝送方向と反対側の位置のコイルが休眠コイルになるようにしているので、遮蔽層を設けることなく2回以上のリピート伝送が可能になる。   In the tenth embodiment, the coil group is constituted by three coils, and the coil at the position opposite to the signal transmission direction with respect to the transmission coil is a dormant coil. Repeat transmission more than once becomes possible.

次に、図26を参照して、本発明の実施例11の半導体集積回路装置を説明するが、基本的構造自体は上記の実施例10と同様であるが、ここでは、3つのコイルで構成するコイル群の接続状態を変えたものである。   Next, the semiconductor integrated circuit device according to the eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 26. The basic structure itself is the same as that of the tenth embodiment, but here, it is composed of three coils. The connection state of the coil group to be changed is changed.

図26は各チップにおけるコイル群の接続状態の説明図であり、ここでは、隣接する3つのチップにおけるコイル群の接続状態を示しており、図に示すように、最少の三角形を構成する隣接する3つのコイルでコイル群を構成する。   FIG. 26 is an explanatory diagram of the connection state of the coil groups in each chip. Here, the connection state of the coil groups in the three adjacent chips is shown, and as shown in the figure, adjacent ones constituting the smallest triangle are shown. A coil group is composed of three coils.

この実施例11においては、隣接する3つのチップのうちの2つのチップにおける送信コイルと受信コイルとの接続配線長が、実施例10の場合に比べて短くなるので、リピート遅延が短く、より高速なデータ転送が可能になる。   In the eleventh embodiment, the connection wiring length between the transmitting coil and the receiving coil in two of the three adjacent chips is shorter than that in the tenth embodiment, so that the repeat delay is short and the speed is higher. Data transfer is possible.

次に、図27を参照して、本発明の実施例12の半導体集積回路装置を説明する。図27は、本発明の実施例12の半導体集積回路装置の積層断面図であり、基本的構造自体は上記の実施例11と同様であるが、ここでは、1コイルピッチ分順次ずらして積層するとともに、途中にスペーサを挟んで、積層方向を反転させたものである。なお、各コイルの役割分担は、上記の図25或いは図26に比べて一層おきに設定する。即ち、あるチップにおける各コイルの役割分担が図25(a)に示すものであれば、次のチップにおける各コイルの役割分担は図25(c)に示すものにする。   Next, with reference to FIG. 27, a semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 12 of the present invention will be described. FIG. 27 is a cross-sectional view of the stacked semiconductor integrated circuit device according to the twelfth embodiment of the present invention. The basic structure itself is the same as that of the eleventh embodiment. In addition, the stacking direction is reversed with a spacer in the middle. It should be noted that the role sharing of each coil is set every other layer as compared with FIG. 25 or FIG. That is, if the role assignment of each coil in a certain chip is as shown in FIG. 25A, the role assignment of each coil in the next chip is as shown in FIG.

1 コイル
2 配線
3 配線
4 ビア導体
11 送信コイル
12 受信コイル
13 送信器
14 受信器
15 制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coil 2 Wiring 3 Wiring 4 Via conductor 11 Transmission coil 12 Reception coil 13 Transmitter 14 Receiver 15 Control circuit

Claims (6)

基板上の配線により形成された誘導結合によって信号を送信する四角形のコイルとそれに接続される送信回路で構成される送信チャネルを複数備える第1基板と、
前記第1基板に積層される基板上の配線により形成され且つ前記第1基板に設けられたコイルと対応する位置に形成される四角形のコイルとそれに接続される受信回路で構成される受信チャネルを複数有する第2基板と
を少なくとも有し、
前記各四角形のコイルは、最隣接したコイル同士が前記コイルの中心が前記四角形のコイルの対角線方向に前記コイルの一辺の2/21/2倍乃至3/21/2 の間隔で設けられた格子上に配置され、且つ、前記配線の直交する方向に沿って前記コイルが行列配列されていることを特徴とする積層集積回路装置。
A first substrate comprising a plurality of transmission channels each composed of a rectangular coil for transmitting a signal by inductive coupling formed by wiring on the substrate and a transmission circuit connected thereto;
A reception channel comprising a rectangular coil formed by wiring on a substrate stacked on the first substrate and formed at a position corresponding to the coil provided on the first substrate, and a receiving circuit connected thereto. A plurality of second substrates, and
Coil of each square, provided at the top adjacent 2/2 1/2 to 3/2 1/2 of the spacing between coils is the center of the coil side of the coil in the diagonal direction of the coils of the quadrangle are arranged on a grid, and, laminated integrated circuit device, characterized in that the coil along a direction orthogonal to the wiring is matrix array.
誘導結合によって信号を送信する送信器を有する第n基板(但し、1≦n≦Nの整数)と、
前記送信器から送信される信号を誘導結合によって受信し中継して誘導結合によって送信する複数の中継器を有する第n+x基板(但し、1≦x≦N−n−1の 整数)と、
前記中継器から中継される信号を誘導結合によって受信する複数の受信器を有する第n+y基板(但し、x<y≦ N−nの整数)と
を積層して備え、
前記送信器、前記受信器及び前記中継器は、基板上の配線により形成された四角形のコイルに接続されて、積層位置が対応するコイル対の誘導結合によって無線通信し、
前記各四角形のコイルは、最隣接したコイル同士が前記コイルの中心が前記四角形のコイルの対角線方向に前記コイルの一辺の2/21/2倍乃至3/21/2 の間隔で設けられた格子上に配置され、且つ、前記配線の直交する方向に沿って前記コイルが行列配列され、
前記中継器は、前記行列配置されたコイルの中の隣接したコイル対の一方を受信コイルに用いて受信し他方を送信コイルに用いて送信することを特徴とする積層集積回路装置。
An nth substrate having a transmitter for transmitting a signal by inductive coupling (where 1 ≦ n ≦ N),
An n + xth substrate (wherein an integer of 1 ≦ x ≦ N−n−1) having a plurality of repeaters that receive, relay, and transmit signals transmitted from the transmitter by inductive coupling;
A stack of an n + y substrate (provided that x <y ≦ N−n) having a plurality of receivers for receiving signals relayed from the repeater by inductive coupling;
The transmitter, the receiver, and the repeater are connected to a rectangular coil formed by wiring on a substrate, and wirelessly communicate by inductive coupling of a coil pair corresponding to the stacking position;
Coil of each square, provided at the top adjacent 2/2 1/2 to 3/2 1/2 of the spacing between coils is the center of the coil side of the coil in the diagonal direction of the coils of the quadrangle Arranged in a grid , and the coils are arranged in a matrix along the orthogonal direction of the wiring,
The repeater is configured to receive one of adjacent coil pairs among the coils arranged in a matrix using a receiving coil and transmit the other using a transmitting coil.
前記各基板の格子のチップ辺方向の一方に沿った間隔がコイルの一辺よりも短いことを特徴とする請求項2に記載の積層集積回路装置。   3. The stacked integrated circuit device according to claim 2, wherein an interval along one side of a chip side of the lattice of each substrate is shorter than one side of the coil. 前記隣接したコイル同士は、チップ辺方向に沿って上下あるいは左右に並ぶことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の積層集積回路装置。 The outermost adjacent coils each other, the laminated integrated circuit device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that arranged vertically or horizontally along the tip side direction. 前記隣接したコイル同士は、チップ辺方向の斜め方向に沿って並ぶことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の積層集積回路装置。 The outermost adjacent coils each other, the laminated integrated circuit device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that arranged along the diagonal direction of the chip-side direction. 前記四角形のコイルは前記基板上の互いに異なる層準で且つ互いに直交する配線を交互に接続して形成された3次元コイルであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の積層集積回路装置。   6. The rectangular coil according to claim 1, wherein the rectangular coil is a three-dimensional coil formed by alternately connecting wirings orthogonal to each other in different layer levels on the substrate. 2. A laminated integrated circuit device according to 1.
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