JP6295863B2 - 電子部品、電子装置及び電子装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は第1の実施の形態に係る電子部品の一例を示す図である。図1(A)及び図1(B)には、第1の実施の形態に係る電子部品の要部構成例を模式的に図示している。
基板10には、例えば、シリコン(Si)等の半導体基板を用いることができる。このほか基板10には、シリコンゲルマニウム(SiGe)、シリコンカーバイド(SiC)、ガリウムナイトライド(GaN)等の化合物半導体基板を用いることもできる。
貫通孔11a、貫通孔12a及び貫通孔13aにはそれぞれ、基板10の主面10aと主面10bの間を導通させる電極11b、電極12b及び電極13bが設けられている。電極11b、電極12b及び電極13bには、各種導体材料を用いることができ、例えば、銅(Cu)或いはCuを主体とする材料を用いることができる。尚、Siの基板10に設けられるこれらの電極11b、電極12b及び電極13bは、TSV(Through Silicon Via)とも称される。
次に、第2の実施の形態について説明する。ここでは、積層された複数の半導体チップを含む電子装置を例にして説明する。
図2(A)に示す電子装置40Aは、プリント基板等の回路基板50、及び回路基板50に搭載された複数の半導体チップ、ここでは一例として半導体チップ60とその上に積層された半導体チップ70の2つの半導体チップを有している。下側の半導体チップ60は、半田等のバンプ81を通じて、回路基板50と電気的に接続される。下側の半導体チップ60には、バンプ81の配設面側と上側の半導体チップ70の配設面側とを導通させる導体部がTSV技術等を用いて設けられている。上側の半導体チップ70は、そのような下側の半導体チップ60の導体部、及び半田等のバンプ82を通じて、下側の半導体チップ60と電気的に接続されている。
図3及び図4は第2の実施の形態に係る半導体チップの第1例を示す図である。図3及び図4には、第1例に係る下側の半導体チップ60及び上側の半導体チップ70の要部構成を模式的に図示している。
Si基板110は、その主面間を貫通する貫通孔、ここでは一例として3つの貫通孔111a、貫通孔112a及び貫通孔113aを有している。貫通孔111a、貫通孔112a及び貫通孔113aにはそれぞれ、Si基板10の主面間を導通させるTSV111b、TSV112b及びTSV113bが、Cu等を用いて設けられている。TSV111b、TSV112b及びTSV113bの側面はそれぞれ、絶縁膜(誘電体膜)114で覆われている。ここでは、TSV111b、TSV112b及びTSV113bの直径が互いに異なり、それらの側面を覆う絶縁膜114の膜厚が互いに異なる場合を例示している。
図7に示すように、1つの半導体チップ60内の或る領域115AのTSV111b、TSV112b及びTSV113bと、別の領域115BのTSV111b、TSV112b及びTSV113bとを、切り替え部120で電気的に接続する。
このように1つの半導体チップ60(又は70)内でも、切り替え部120によって所望のTSV接続となるように制御することができる。これにより、半導体チップ60(又は70)、電子装置40Aや電子装置40Bの電源インピーダンス、反共振周波数等を所望の値や範囲に制御し、良好な電源品質を得ることができる。更に、半導体チップ60(又は70)等の再設計、再製造を不要とすることができるほか、製造ばらつきに起因した電源インピーダンス、反共振周波数等のばらつきを吸収することができる。
図8は第2の実施の形態に係る切り替え部の一例の説明図である。
次に、第3の実施の形態について説明する。
図9及び図10は第3の実施の形態に係る基板形成方法の一例の説明図である。図9(A)〜図9(C)及び図10(A)〜図10(C)にはそれぞれ、基板形成工程の要部断面を模式的に図示している。
上記のようなスイッチの切り替え部を用いた電極(TSV)接続を切り替え、それにより電源特性を制御する方法の例を、第4の実施の形態として説明する。
図13は第4の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。
図13に示す電子装置400は、プリント基板(PCB)410、インターポーザ420、半導体チップ430及び半導体チップ440を有している。
図14に示すモデル400aは、電子装置400のVRMに対応するVRM部460a、PCB410に対応するPCB部410a、及びインターポーザ420に対応するインターポーザ部420aを含む。モデル400aは更に、接続の切り替えが可能なTSV434,444が含まれるTSV部430a、及び電源が供給される負荷446に対応する負荷部440aを含む。図14中、Rは抵抗、Lはインダクタンス、Cは静電容量を示す。
電源インピーダンス解析装置500は、電源特性制御処理部510及びスイッチ制御信号生成部520を有している。電源特性制御処理部510は、モデル400a(又は電子装置400)の電源インピーダンス等に基づき、所望の電源特性が得られるTSV(434,444)接続の組み合わせを求める処理を行う。スイッチ制御信号生成部520は、電源特性制御処理部510によって求められたTSV接続の組み合わせを示すスイッチ制御信号を生成する。
式(1)において、Vccは電源電圧、Imaxは最大消費電流を示す。
また、電流供給に必要なTSV数は、最大消費電流/TSV1個の許容電流から、求めることができる。
fr=1/[2π√{(Lp+Lt)×(Cp×Ct)/(Cp+Ct)}]・・・(2)
式(2)において、LpはVGプレーンのインダクタンス、CpはVGプレーンの静電容量、LtはTSVのインダクタンス、CtはTSVの静電容量を示す。
実機の電子装置400では、実稼働条件で動作させた場合、モデル400aで得られた電源特性とは異なる電源特性となることが起こり得る。また、電子装置400やそれに含まれる半導体チップ430,440等の電子部品に製造ばらつきがある場合も同様に、実機ではモデル400aで得られた電源特性とは異なる電源特性となることが起こり得る。或いは、電子装置400のPCB410に更に別の電子部品が搭載される(電源線が共有される)場合にも、同様のことが起こり得る。上記のように実機の電子装置400について、その電源インピーダンス等に基づき必要に応じてTSV接続を切り替えることで、実稼働条件での電源品質の良好な電子装置400、製造ばらつきを吸収した電子装置400を実現することが可能になる。また、電子装置400の用途によって、後からTSV接続を切り替え、その用途に合った電源特性に制御し、良好な電源品質を得ることが可能になる。
図19は電源インピーダンス解析装置に用いるコンピュータのハードウェアの構成例を示す図である。
コンピュータ600は、例えば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムを実行することにより、電源インピーダンス解析装置500の処理機能を実現する。コンピュータ600に実行させる処理内容を記述したプログラムは、様々な記録媒体に記録しておくことができる。例えば、コンピュータ600に実行させるプログラムをHDD603に格納しておくことができる。プロセッサ601は、HDD603内のプログラムの少なくとも一部をRAM602にロードし、プログラムを実行する。また、コンピュータ600に実行させるプログラムを、光ディスク614、メモリ装置615、メモリカード617等の可搬型記録媒体に記録しておくこともできる。可搬型記録媒体に格納されたプログラムは、例えば、プロセッサ601からの制御により、HDD603にインストールされた後、実行可能となる。また、プロセッサ601が、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み出して実行することもできる。
(付記1) 基板と、
前記基板を貫通する第1直径の第1電極と、
前記基板を貫通する第2直径の第2電極と、
前記第1電極と第1電源線との接続、又は、前記第2電極と前記第1電源線との接続を切り替える切り替え部と、
前記基板を貫通し、前記第1電源線と異電位の第2電源線に接続される第3電極と
を含み、
前記第1直径と前記第2直径、及び、前記第1電極と前記第3電極間の静電容量と前記第2電極と前記第3電極間の静電容量のうち、少なくとも一方が異なることを特徴とする電子部品。
前記第2電極の側面を覆い、前記第1膜厚とは異なる第2膜厚の第2誘電体膜と
を含むことを特徴とする付記1に記載の電子部品。
前記第2電極は、前記第3電極から前記第1距離とは異なる第2距離だけ離れて位置することを特徴とする付記1又は2に記載の電子部品。
前記基板を貫通する第4直径の第4電極を更に含み、
前記第3直径と前記第4直径、前記第1電極と前記第3電極間の静電容量と前記第1電極と前記第4電極間の静電容量、及び、前記第2電極と前記第3電極間の静電容量と前記第2電極と前記第4電極間の静電容量のうち、少なくともいずれかが異なり、
前記切り替え部は、前記第3電極と前記第2電源線との接続、又は、前記第4電極と前記第2電源線との接続を切り替えることを特徴とする付記1乃至3のいずれかに記載の電子部品。
前記第1基板に設けられた第1電源線と、
前記第1電源線と異電位の第2電源線と
を含む第1電子部品と、
第2基板と、
前記第2基板を貫通する第1直径の第1電極と、
前記第2基板を貫通する第2直径の第2電極と、
前記第1電極と前記第1電源線との接続、又は、前記第2電極と前記第1電源線との接続を切り替える切り替え部と、
前記第2基板を貫通し、前記第2電源線に接続される第3電極と
を含み、
前記第1直径と前記第2直径、及び、前記第1電極と前記第3電極間の静電容量と前記第2電極と前記第3電極間の静電容量のうち、少なくとも一方が異なる第2電子部品と
を備えることを特徴とする電子装置。
前記第2電子部品は、前記第2基板を貫通する第4直径の第4電極を更に含み、
前記第3直径と前記第4直径、前記第1電極と前記第3電極間の静電容量と前記第1電極と前記第4電極間の静電容量、及び、前記第2電極と前記第3電極間の静電容量と前記第2電極と前記第4電極間の静電容量のうち、少なくともいずれかが異なり、
前記切り替え部は、前記第3電極と前記第2電源線との接続、又は、前記第4電極と前記第2電源線との接続を切り替えることを特徴とする付記7に記載の電子装置。
前記切り替え部は、前記第1電極と前記第2電極の少なくとも一方を、前記第5電極と接続することを特徴とする付記7又は8に記載の電子装置。
前記第1基板に設けられた第1電源線と、
前記第1電源線と異電位の第2電源線と
を含む第1電子部品を準備する工程と、
第2基板と、
前記第2基板を貫通する第1直径の第1電極と、
前記第2基板を貫通する第2直径の第2電極と、
前記第1電極と前記第1電源線との接続、又は、前記第2電極と前記第1電源線との接続を切り替える切り替え部と、
前記第2基板を貫通し、前記第2電源線に接続される第3電極と
を含み、
前記第1直径と前記第2直径、及び、前記第1電極と前記第3電極間の静電容量と前記第2電極と前記第3電極間の静電容量のうち、少なくとも一方が異なる第2電子部品を準備する工程と、
前記切り替え部によって前記第1電極を前記第1電源線と接続した時の電源インピーダンスを取得する工程と、
前記電源インピーダンスに基づき、前記切り替え部によって、前記第1電極と前記第1電源線との接続を維持するか、又は、前記第2電極を前記第1電源線と接続する工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
前記電源インピーダンス及び前記反共振周波数に基づき、前記切り替え部によって、前記第1電極と前記第1電源線の接続を維持するか、又は、前記第1電極を前記第1電源線から切断し前記第2電極を前記第1電源線と接続することを特徴とする付記10に記載の電子装置の製造方法。
前記基板を貫通する第1直径の第1電極と、
前記基板を貫通する第2直径の第2電極と、
前記第1電極と第1電源線との接続、又は、前記第2電極と前記第1電源線との接続を切り替える切り替え部と、
前記基板を貫通し、前記第1電源線と異電位の第2電源線に接続される第3電極と
を含み、
前記第1直径と前記第2直径、及び、前記第1電極と前記第3電極間の静電容量と前記第2電極と前記第3電極間の静電容量のうち、少なくとも一方が異なる電子装置の電源特性制御方法であって、
前記切り替え部によって前記第1電極を前記第1電源線と接続した時の電源インピーダンスを取得する工程と、
前記電源インピーダンスに基づき、前記切り替え部によって、前記第1電極と前記第1電源線との接続を維持するか、又は、前記第2電極を前記第1電源線と接続する工程と
を含むことを特徴とする電源特性制御方法。
前記電源インピーダンス及び前記反共振周波数に基づき、前記切り替え部によって、前記第1電極と前記第1電源線の接続を維持するか、又は、前記第1電極を前記第1電源線から切断し前記第2電極を前記第1電源線と接続することを特徴とする付記12に記載の電源特性制御方法。
前記基板を貫通する第1直径の第1電極と、
前記基板を貫通する第2直径の第2電極と、
前記第1電極と第1電源線との接続、又は、前記第2電極と前記第1電源線との接続を切り替える切り替え部と、
前記基板を貫通し、前記第1電源線と異電位の第2電源線に接続される第3電極と
を含み、
前記第1直径と前記第2直径、及び、前記第1電極と前記第3電極間の静電容量と前記第2電極と前記第3電極間の静電容量のうち、少なくとも一方が異なる電子装置の電源特性制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記切り替え部によって前記第1電極を前記第1電源線と接続した時の電源インピーダンスを取得し、
前記電源インピーダンスに基づき、前記切り替え部によって、前記第1電極と前記第1電源線との接続を維持するか、又は、前記第2電極を前記第1電源線と接続するかを判定する
処理を実行させることを特徴とする電源特性制御プログラム。
前記第1電極を前記第1電源線と接続した時の反共振周波数を取得し、
前記電源インピーダンス及び前記反共振周波数に基づき、前記切り替え部によって、前記第1電極と前記第1電源線の接続を維持するか、又は、前記第2電極を前記第1電源線と接続するかを判定する
処理を実行させることを特徴とする付記12に記載の電源特性制御プログラム。
10,210 基板
10a,10b 主面
11a,12a,13a,111a,112a,113a,211a,212a 貫通孔
11b,12b,13b,211b,212b 電極
14,114,214 絶縁膜
20,120,470 切り替え部
21,22,121,122,124 スイッチ
31,131 GNDライン
32,132 電源供給ライン
40A,40B,400 電子装置
50 回路基板
60,70,430,440 半導体チップ
81,82,83,451,452,453 バンプ
90,420 インターポーザ
110 Si基板
111b,112b,113b,434,444 TSV
115A,115B 領域
125,471 スイッチ制御部
300,310 レジスト
400a モデル
410 PCB
410a PCB部
411 GNDプレーン
412 電源プレーン
413,423,433,443 信号線
414 スルーホール
420a インターポーザ部
421,431,441 GND配線
422,432,442 電源供給配線
430a TSV部
440a 負荷部
445 デカップリングコンデンサ
446 負荷
447 SERDES回路
450 チップ部品
460a VRM部
500 電源インピーダンス解析装置
510 電源特性制御処理部
520 スイッチ制御信号生成部
600 コンピュータ
601 プロセッサ
602 RAM
603 HDD
604 グラフィック処理装置
605 入力インタフェース
606 光学ドライブ装置
607 機器接続インタフェース
608 ネットワークインタフェース
609 バス
610 ネットワーク
611 モニタ
612 キーボード
613 マウス
614 光ディスク
615 メモリ装置
616 メモリリーダライタ
617 メモリカード
Claims (7)
- 基板と、
前記基板を貫通する第1直径の第1電極と、
前記基板を貫通する第2直径の第2電極と、
前記第1電極と第1電源線との接続、又は、前記第2電極と前記第1電源線との接続を切り替える切り替え部と、
前記基板を貫通し、前記第1電源線と異電位の第2電源線に接続される第3電極と
を含み、
前記第1直径と前記第2直径、及び、前記第1電極と前記第3電極間の静電容量と前記第2電極と前記第3電極間の静電容量のうち、少なくとも一方が異なることを特徴とする電子部品。 - 前記第1電極の側面を覆う第1膜厚の第1誘電体膜と、
前記第2電極の側面を覆い、前記第1膜厚とは異なる第2膜厚の第2誘電体膜と
を含むことを特徴とする請求項1に記載の電子部品。 - 前記第1電極は、前記第3電極から第1距離だけ離れて位置し、
前記第2電極は、前記第3電極から前記第1距離とは異なる第2距離だけ離れて位置することを特徴とする請求項1又は2に記載の電子部品。 - 前記第3電極は、第3直径であり、
前記基板を貫通する第4直径の第4電極を更に含み、
前記第3直径と前記第4直径、前記第1電極と前記第3電極間の静電容量と前記第1電極と前記第4電極間の静電容量、及び、前記第2電極と前記第3電極間の静電容量と前記第2電極と前記第4電極間の静電容量のうち、少なくともいずれかが異なり、
前記切り替え部は、前記第3電極と前記第2電源線との接続、又は、前記第4電極と前記第2電源線との接続を切り替えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電子部品。 - 第1基板と、
前記第1基板に設けられた第1電源線と、
前記第1電源線と異電位の第2電源線と
を含む第1電子部品と、
第2基板と、
前記第2基板を貫通する第1直径の第1電極と、
前記第2基板を貫通する第2直径の第2電極と、
前記第1電極と前記第1電源線との接続、又は、前記第2電極と前記第1電源線との接続を切り替える切り替え部と、
前記第2基板を貫通し、前記第2電源線に接続される第3電極と
を含み、
前記第1直径と前記第2直径、及び、前記第1電極と前記第3電極間の静電容量と前記第2電極と前記第3電極間の静電容量のうち、少なくとも一方が異なる第2電子部品と
を備えることを特徴とする電子装置。 - 前記第1電源線は、前記第1基板を貫通する第4電極を含み、
前記切り替え部は、前記第1電極と前記第2電極の少なくとも一方を、前記第4電極と接続することを特徴とする請求項5に記載の電子装置。 - 第1基板と、
前記第1基板に設けられた第1電源線と、
前記第1電源線と異電位の第2電源線と
を含む第1電子部品を準備する工程と、
第2基板と、
前記第2基板を貫通する第1直径の第1電極と、
前記第2基板を貫通する第2直径の第2電極と、
前記第1電極と前記第1電源線との接続、又は、前記第2電極と前記第1電源線との接続を切り替える切り替え部と、
前記第2基板を貫通し、前記第2電源線に接続される第3電極と
を含み、
前記第1直径と前記第2直径、及び、前記第1電極と前記第3電極間の静電容量と前記第2電極と前記第3電極間の静電容量のうち、少なくとも一方が異なる第2電子部品を準備する工程と、
前記切り替え部によって前記第1電極を前記第1電源線と接続した時の電源インピーダンスを取得する工程と、
前記電源インピーダンスに基づき、前記切り替え部によって、前記第1電極と前記第1電源線との接続を維持するか、又は、前記第2電極を前記第1電源線と接続する工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
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