JP6930427B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本技術は、半導体装置に関する。詳しくは、電磁シールドを設けた半導体装置に関する。 The present technology relates to semiconductor devices. More specifically, the present invention relates to a semiconductor device provided with an electromagnetic shield.
従来より、半導体装置においては、静電誘導や電磁誘導による電磁ノイズを低減するために、保護対象の回路の周囲に導電体または磁性体が電磁シールドとして配置されることが多い。例えば、インダクタの周囲に、線状の導体を電磁シールドとして配線して、そのインダクタに生じる電磁ノイズを低減する半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, in a semiconductor device, in order to reduce electromagnetic noise due to electrostatic induction or electromagnetic induction, a conductor or a magnetic material is often arranged as an electromagnetic shield around a circuit to be protected. For example, a semiconductor device has been proposed in which a linear conductor is wired around an inductor as an electromagnetic shield to reduce electromagnetic noise generated in the inductor (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上述の半導体装置では、積層した複数の半導体チップに回路を分散して配置した場合には、インダクタに生じる電磁ノイズを十分に低減することができないおそれがある。これは、配線を電磁シールドとして用いた場合、基板に平行な方向からの磁界による電磁ノイズを低減することができるが、基板に垂直な方向からの磁界による電磁ノイズを低減することができないためである。一方、インダクタの上面や下面を板状の電磁シールドで覆った場合には、基板に垂直な方向の磁界を遮断して電磁ノイズを十分に低減することができるものの、その電磁シールドで発生した渦電流により、インダクタのインダクタンスが低下するおそれがある。これは、渦電流によって、インダクタが生成した磁界の方向と逆方向の磁界が生成され、その磁界によりインダクタに逆起電力が生じてしまうためである。インダクタンスが低下すると、インダクタのQ値が劣化してしまい、信号品質の低下を招いてしまう。また、例えば、LC共振回路でインダクタを用いている場合、発振周波数の変化を引き起こしてしまう。このため、インダクタンスの低下量は少ないことが望ましい。このように、上述の線状や板状の電磁シールドでは、インダクタンスの低下を抑制しつつ電磁ノイズを低減することが困難である。 However, in the above-mentioned semiconductor device, when the circuits are distributed and arranged on a plurality of stacked semiconductor chips, the electromagnetic noise generated in the inductor may not be sufficiently reduced. This is because when the wiring is used as an electromagnetic shield, the electromagnetic noise due to the magnetic field from the direction parallel to the substrate can be reduced, but the electromagnetic noise due to the magnetic field from the direction perpendicular to the substrate cannot be reduced. be. On the other hand, when the upper surface and the lower surface of the inductor are covered with a plate-shaped electromagnetic shield, the magnetic field in the direction perpendicular to the substrate can be blocked to sufficiently reduce the electromagnetic noise, but the eddy current generated by the electromagnetic shield can be sufficiently reduced. The current may reduce the inductance of the inductor. This is because the eddy current generates a magnetic field in the direction opposite to the direction of the magnetic field generated by the inductor, and the magnetic field causes a counter electromotive force in the inductor. When the inductance is lowered, the Q value of the inductor is deteriorated, which causes the signal quality to be deteriorated. Further, for example, when an inductor is used in an LC resonance circuit, it causes a change in the oscillation frequency. Therefore, it is desirable that the amount of decrease in inductance is small. As described above, it is difficult to reduce electromagnetic noise while suppressing a decrease in inductance with the above-mentioned linear or plate-shaped electromagnetic shield.
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、電磁シールドを設けた半導体装置において、インダクタンスの低下を抑制しつつ電磁ノイズを低減することを目的とする。 This technology was created in view of such a situation, and aims to reduce electromagnetic noise while suppressing a decrease in inductance in a semiconductor device provided with an electromagnetic shield.
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第1の側面は、インダクタが配置された基板と、上記基板の基板平面に垂直な所定方向を上方向として上記インダクタの上方に配置され、上記基板平面に対して平行な方向に沿ってスリットが形成された電磁シールドである上層スリット付きシールドとを具備する半導体装置である。これにより、上層スリット付きシールドが電磁ノイズを低減するという作用をもたらす。 The present technology has been made to solve the above-mentioned problems, and the first side surface thereof is the substrate on which the inductor is arranged and the inductor in a predetermined direction perpendicular to the substrate plane of the substrate as an upward direction. It is a semiconductor device provided above the above-mentioned shield with an upper layer slit, which is an electromagnetic shield in which slits are formed along a direction parallel to the substrate plane. As a result, the shield with the upper slit has the effect of reducing electromagnetic noise.
また、この第1の側面において、回路が配置された回路配置基板をさらに備え、上記回路配置基板は、上記基板に積層されてもよい。これにより、回路配置基板が積層された半導体装置において電磁ノイズが低減するという作用をもたらす。 Further, on the first side surface, a circuit arrangement board on which a circuit is arranged may be further provided, and the circuit arrangement board may be laminated on the substrate. This has the effect of reducing electromagnetic noise in the semiconductor device on which the circuit board is laminated.
また、この第1の側面において、上記インダクタは、上記基板平面に垂直な第1の中心軸を中心として所定の始点から所定の接続点まで時計回りに巻かれた第1の配線と、上記基板平面に垂直な軸であって上記第1の中心軸とは異なる第2の中心軸を中心として上記所定の接続点から所定の終点まで反時計回りに巻かれた第2の配線とを備えてもよい。これにより、第1および第2の配線のそれぞれで逆方向の磁界が生じるという作用をもたらす。 Further, on the first side surface, the inductor is a first wiring wound clockwise from a predetermined start point to a predetermined connection point about a first central axis perpendicular to the substrate plane, and the substrate. It is provided with a second wiring wound counterclockwise from the predetermined connection point to the predetermined end point about a second central axis that is perpendicular to the plane and is different from the first central axis. May be good. This has the effect of generating a magnetic field in the opposite direction in each of the first and second wirings.
また、この第1の側面において、上記スリットは、上記第1の中心軸と上記第2の中心軸とを結ぶ直線に平行な方向に沿って形成されてもよい。これにより、挿入シールドにおける渦電流の発生が抑制されるという作用をもたらす。 Further, on the first side surface, the slit may be formed along a direction parallel to a straight line connecting the first central axis and the second central axis. This has the effect of suppressing the generation of eddy currents in the insertion shield.
また、この第1の側面において、上記インダクタは、上記基板平面に垂直な所定の中心軸を中心として所定の始点から所定の接続点まで複数回に亘って旋回する渦巻き状の経路に沿って巻かれた第1の配線と、上記所定の中心軸を中心として上記所定の接続点から所定の終点まで複数回に亘って旋回する渦巻き状の経路に沿って巻かれた第2の配線とを備え、上記第1の配線は、上記所定の始点から上記所定の接続点に対して旋回するたびに旋回半径が小さくなり、上記第2の配線は、上記所定の接続点から上記所定の終点に対して旋回するたびに旋回半径が大きくなってもよい。これにより、差動信号を出力するインダクタに生じる電磁ノイズを低減するという作用をもたらす。 Further, in the first aspect, the inductor is wound along a spiral path that swirls a plurality of times from a predetermined start point to a predetermined connection point about a predetermined central axis perpendicular to the substrate plane. The first wiring is provided and the second wiring is wound along a spiral path that swirls a plurality of times from the predetermined connection point to the predetermined end point around the predetermined central axis. The first wiring has a smaller turning radius each time it turns from the predetermined start point to the predetermined connection point, and the second wiring is from the predetermined connection point to the predetermined end point. The turning radius may increase each time the vehicle is turned. This has the effect of reducing the electromagnetic noise generated in the inductor that outputs the differential signal.
また、この第1の側面において、上記インダクタは、渦巻き状の経路に沿って巻かれた配線を備えてもよい。これにより、渦巻き状のインダクタに生じる電磁ノイズを低減するという作用をもたらす。 Also, on this first aspect, the inductor may include wiring wound along a spiral path. This has the effect of reducing the electromagnetic noise generated in the spiral inductor.
また、この第1の側面において、上記インダクタの外周を囲む電磁シールドである外周シールドをさらに具備してもよい。これにより、インダクタの外周の回路で生じた磁界による電磁ノイズを低減するという作用をもたらす。 Further, on the first side surface, an outer peripheral shield which is an electromagnetic shield surrounding the outer periphery of the inductor may be further provided. This has the effect of reducing electromagnetic noise due to the magnetic field generated in the circuit around the inductor.
また、この第1の側面において、上記インダクタの下方に配置された電磁シールドである下層シールドをさらに具備してもよい。これにより、インダクタの下方の回路で生じた磁界による電磁ノイズを低減するという作用をもたらす。 Further, on the first side surface, a lower layer shield which is an electromagnetic shield arranged below the inductor may be further provided. This has the effect of reducing electromagnetic noise due to the magnetic field generated in the circuit below the inductor.
また、この第1の側面において、上記インダクタの下方に配置され、上記基板平面に対して平行な方向に沿ってスリットが形成された下層スリット付きシールドをさらに具備してもよい。これにより、インダクタの下方の回路で生じた磁界による電磁ノイズを低減するという作用をもたらす。 Further, on the first side surface, a shield with a lower layer slit, which is arranged below the inductor and has slits formed in a direction parallel to the substrate plane, may be further provided. This has the effect of reducing electromagnetic noise due to the magnetic field generated in the circuit below the inductor.
また、この第1の側面において、上記上層スリット付きシールドには固定電位が印加されてもよい。これにより、静電誘導による電磁ノイズを低減するという作用をもたらす。 Further, on the first side surface, a fixed potential may be applied to the shield with the upper layer slit. This has the effect of reducing electromagnetic noise due to electrostatic induction.
また、この第1の側面において、上記インダクタに接続された容量をさらに具備し、、上記インダクタおよび上記容量は共振してもよい。これにより、共振回路において電磁ノイズを低減するという作用をもたらす。 Further, in the first aspect thereof, a capacitance connected to the inductor may be further provided, and the inductor and the capacitance may resonate. This has the effect of reducing electromagnetic noise in the resonant circuit.
また、この第1の側面において、入力信号と帰還信号との位相を比較して位相差を示す検出信号を出力する位相比較器と、上記検出信号の示す上記位相差に応じた電圧の電圧信号を生成するチャージポンプと、上記インダクタおよび上記容量を含む共振回路により生成された発振信号を分周して上記帰還信号として上記位相差検出器に帰還させる分周器と
をさらに具備し、上記容量は、上記電圧信号に応じて容量値が変化する可変容量であってもよい。これにより、入力信号の周期が逓倍されるという作用をもたらす。Further, in the first aspect, a phase comparator that compares the phases of the input signal and the feedback signal and outputs a detection signal indicating the phase difference, and a voltage signal having a voltage corresponding to the phase difference indicated by the detection signal. A charge pump for generating the May be a variable capacitance whose capacitance value changes according to the voltage signal. This has the effect of multiplying the period of the input signal.
また、この第1の側面において、上記入力信号は、クロック信号であってもよい。これにより、クロック信号が逓倍されるという作用をもたらす。 Further, in the first aspect, the input signal may be a clock signal. This has the effect of multiplying the clock signal.
本技術によれば、電磁シールドを設けた半導体装置において、インダクタンスの低下を抑制しつつ電磁ノイズを低減することができるという優れた効果を奏し得る。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。 According to the present technology, in a semiconductor device provided with an electromagnetic shield, it is possible to achieve an excellent effect that electromagnetic noise can be reduced while suppressing a decrease in inductance. The effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present disclosure.
以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態と称する)について説明する。説明は以下の順序により行う。
1.第1の実施の形態(インダクタと回路との間にスリット付きのシールドを挿入した例)
2.第2の実施の形態(差動信号を生成するインダクタと回路との間にスリット付きのシールドを挿入した例)
3.第3の実施の形態(渦巻き状のインダクタと回路との間にスリット付きのシールドを挿入した例)
4.第4の実施の形態(インダクタと回路との間にスリット付きのシールドを挿入し、下層シールドおよび外周シールドを設けた例)Hereinafter, embodiments for carrying out the present technology (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The explanation will be given in the following order.
1. 1. First Embodiment (Example in which a shield with a slit is inserted between the inductor and the circuit)
2. Second embodiment (an example in which a shield with a slit is inserted between an inductor that generates a differential signal and a circuit)
3. 3. Third Embodiment (Example in which a shield with a slit is inserted between the spiral inductor and the circuit)
4. Fourth embodiment (an example in which a shield with a slit is inserted between the inductor and the circuit, and a lower layer shield and an outer peripheral shield are provided).
<1.第1の実施の形態>
[半導体装置の構成例]
図1は、本技術の実施の形態における半導体装置100の一構成例を示すブロック図である。この半導体装置100として、例えば、撮像素子やLSI(Large Scale Integration)などを搭載した装置が想定される。半導体装置100には、上側チップ110および下側チップ150などの、積層された複数の半導体チップが設けられる。この上側チップ110には、論理回路111が配置される。また、下側チップ150には、論理回路151および位相同期回路200が配置される。<1. First Embodiment>
[Semiconductor device configuration example]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a
なお、2枚の半導体チップを積層しているが、積層する半導体チップの枚数は2枚に限定されず、3枚以上であってもよい。 Although two semiconductor chips are laminated, the number of semiconductor chips to be laminated is not limited to two, and may be three or more.
論理回路111は、所定の処理を実行するものである。この論理回路111は、下側の論理回路151との間で信号線119を介してデータを送受信する。論理回路111としては、例えば、画素回路や、その画素回路を駆動する垂直駆動回路が想定される。
The
論理回路151は、位相同期回路200からのクロック信号CLKoutに同期して、所定の処理を実行するものである。論理回路151としては、例えば、AD(Analog to Digital)変換器や、そのAD変換器を駆動する水平駆動回路が想定される。The
位相同期回路200には、外部の水晶発振器などにより生成された所定の周期のクロック信号CLKinが入力される。位相同期回路200は、そのクロック信号CLKinを所定の逓倍比で逓倍してクロック信号CLKoutとして論理回路151に信号線209を介して出力する。 A clock signal CLK in having a predetermined period generated by an external crystal oscillator or the like is input to the phase-locked
[位相同期回路の構成例]
図2は、第1の実施の形態における位相同期回路200の一構成例を示すブロック図である。この位相同期回路200は、位相比較器210、チャージポンプ220、分周器230および電圧制御発振器240を備える。[Phase-locked loop configuration example]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the phase-locked
位相比較器210は、水晶発振器152からのクロック信号CLKinと、分周器230からのクロック信号CLKfbとの位相を比較するものである。この位相比較器210は、比較結果に基づいて、それらの信号の位相差を示す検出信号UPおよびDNを生成してチャージポンプ220に供給する。例えば、検出信号UPおよびDNのパルス幅の差が、クロック信号CLKinとクロック信号CLKfbとの位相差を示す。The
チャージポンプ220は、検出信号UPおよびDNの示す位相差に応じた電圧の制御信号Vcを生成するものである。このチャージポンプ220は、制御信号Vcを電圧制御発振器240に供給する。
The
電圧制御発振器240は、制御信号Vcの電圧に応じた周波数のクロック信号CLKoutを生成し、分周器230および論理回路151に供給するものである。このクロック信号CLKoutは、例えば、シングルエンド信号である。 The voltage controlled oscillator 240 generates a clock signal CLK out having a frequency corresponding to the voltage of the control signal Vc, and supplies the clock signal CLK out to the
分周器230は、電圧制御発振器240からのクロック信号CLKoutを所定の分周比で分周するものである。この分周器230は、分周した信号をクロック信号CLKfbとして位相比較器210に帰還させる。このように電圧制御発振器240からのクロック信号CLKoutを分周した信号を帰還させることにより、位相同期回路200は、クロック信号CLKinを逓倍した信号を生成することができる。The
[電圧制御発振器の構成例]
図3は、第1の実施の形態における電圧制御発振器240および電磁シールドの一構成例を示す回路図である。この電圧制御発振器240は、増幅回路241、インダクタ250および可変容量242を備える。可変容量242およびインダクタ250は、増幅回路241に並列に接続される。また、下側チップ150から上側チップ110に向かう方向を上方向として、インダクタ250の上方に上層シールド260が積層される。[Configuration example of voltage controlled oscillator]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the voltage controlled
可変容量242は、チャージポンプ220からの制御信号Vcの電圧に応じて電気容量が変化するキャパシタである。例えば、バリキャップダイオードが、可変容量242として用いられる。なお、可変容量242は、特許請求の範囲に記載の容量の一例である。
The
インダクタ250は、可変容量242と共振してクロック信号を生成するものである。また、このインダクタ250は、上方向または下方向への磁界を生成する。
The
増幅回路241は、可変容量242およびインダクタ250からなるLC共振回路により生成された信号を増幅し、クロック信号CLKoutとして分周器230および論理回路151に供給するものである。The
上層シールド260は、上側チップ110および下側チップ150のそれぞれの基板平面に対して平行な方向に沿ってスリットが形成された電磁シールドである。また、上層シールド260には、所定の固定電位(例えば、グランド電位)が印加される。この上層シールド260により、上側の論理回路111で発生した磁界による電磁ノイズが遮蔽され、その電磁ノイズから下側のインダクタ250が保護される。
The
なお、上層シールド260の電位を固定電位としているが、浮動電位としてもよい。この場合には、上層シールド260は、電磁誘導による電磁ノイズのみを遮蔽する磁界シールドとして機能する。静電誘導による電磁ノイズも遮蔽する必要がある場合には、上層シールド260に固定電位が印加される。
Although the potential of the
また、上層シールド260を電圧制御発振器240内のインダクタ250の上方に配置しているが、電圧制御発振器240以外の回路(バッファ回路やクロック分配回路など)に設けられたインダクタの上方に配置してもよい。
Further, although the
図4は、第1の実施の形態における半導体装置の斜視図の一例である。同図におけるaは、上側チップ110および下側チップ150の斜視図の一例である。同図におけるbは、上層シールド260を拡大した斜視図の一例であり、同図におけるcは、インダクタ250を拡大した斜視図の一例である。
FIG. 4 is an example of a perspective view of the semiconductor device according to the first embodiment. In the figure, a is an example of a perspective view of the
図4におけるaに例示するように、下側チップ150にインダクタ250が配置され、その上方に、上層シールド260が積層される。言い換えれば、上層シールド260は、インダクタ250と上側チップ110との間に挿入される。そして、上層シールド260の上方の上側チップ110に論理回路111が配置される。この論理回路111において、インダクタ250の上方には、インダクタ250と同じ形状のインダクタが設けられないものとする。
As illustrated in a in FIG. 4, an
なお、上側チップ110は、特許請求の範囲に記載の回路配置基板の一例であり、下側チップ150は、特許請求の範囲に記載のインダクタ配置基板の一例である。また、上層シールド260は、特許請求の範囲に記載の上層スリット付きシールドの一例である。
The
また、上層シールド260をインダクタ250と上側チップ110との間に挿入しているが、インダクタ250と、それ以外の回路との間に上層シールド260が配置されるのであれば、この構成に限定されない。例えば、上層シールド260を上側チップ110に設け、その上方に論理回路111を積層してもよい。
Further, although the
また、図4におけるbに例示するように、上層シールド260には、上側チップ110および下側チップ150の基板平面に対して平行な方向に沿って、所定数のスリットが形成される。
Further, as illustrated in b in FIG. 4, a predetermined number of slits are formed in the
また、図4におけるcに例示するように、インダクタ250は、接続された配線251および配線252から構成される。これらの配線251および配線252は、基板平面に垂直な中心軸を中心として円形に巻かれている。また、これらの配線251および252は、複数層に積層されている。なお、これらの配線を複数層とせずに単層としてもよい。
Further, as illustrated in c in FIG. 4, the
そして、配線251および配線252のそれぞれの中心は同一でなく、一定の距離を空けて配置されている。これらの中心を結ぶ直線に平行な方向を以下、X方向とする。また、基板平面に対して平行で、X方向に垂直な方向を以下、Y方向とする。基板平面に垂直な方向を以下、Z方向とする。上述の上層シールド260のスリットは、X方向に沿って形成される。
The centers of the
[インダクタの構成例]
図5は、第1の実施の形態におけるインダクタ250の平面図の一例である。このインダクタ250は、接続された配線251および配線252から構成される。ここで、配線251の両端のうち配線252と接続されていない方の一端を始点501とし、他端を接続点502とする。また、配線252の両端のうち配線251と接続されていない方の一端を終点503とする。[Inductor configuration example]
FIG. 5 is an example of a plan view of the
配線251は、Z方向に平行な中心軸を中心として始点501から接続点502まで時計回りに巻かれている。一方、配線252は、Z方向に平行な中心軸を中心として接続点502から終点503まで反時計回りに巻かれている。配線251および252のそれぞれの巻き数は例えば、2回である。なお、巻き数は2回に限定されない。
The
そして、配線251および配線252のそれぞれの中心は同一でなく、これらの中心は、X方向に平行な直線上に配置されている。このような8の字型のインダクタ250において、始点501および終点503の一方から他方へ電流を流すと、配線251と、配線252とで互いに逆方向の磁界が生じる。例えば、配線251で上方向の磁界が生じるときには、配線252で下方向の磁界が生じる。
The centers of the
[上層シールドの構成例]
図6は、第1の実施の形態における上層シールド260の平面図の一例である。この上層シールド260には、X方向に沿って所定数のスリットが形成されている。また、上層シールド260には、所定の固定電位(グランド電位など)が印加される。[Configuration example of upper shield]
FIG. 6 is an example of a plan view of the
図7は、第1の実施の形態におけるインダクタ250に流れる電流の方向の一例を示す図である。始点501から終点503の方向に電流を流すと、配線251において、時計回りに電流が流れ、配線252において反時計回りに電流が流れる。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the direction of the current flowing through the
図8は、第1の実施の形態における上層シールド260内の誘導電流の方向の一例を示す図である。同図において、太い点線は、配線251に流れる電流を示し、細い点線は、配線251で生じた磁界により上層シールド260に誘導される渦電流を示す。また、太い実線は、配線252に流れる電流の経路を示し、細い実線は、配線252で生じた磁界により上層シールド260に誘導される渦電流を示す。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the direction of the induced current in the
配線251では時計回りに電流が流れて、その電流により下方向の磁界が生じる。この磁界により、電磁誘導の法則に従って、上層シールド260に反時計回りの渦電流(点線)が流れる。一方、配線252では、反時計回りに電流が流れて、その電流により上方向の磁界が生じる。この磁界により、電磁誘導の法則に従って、上層シールド260に時計回りの渦電流(実線)が流れる。
A current flows clockwise in the
前述したように上層シールド260においてスリットは、X方向に沿って形成されている。また、インダクタ250において配線251および252はX方向に沿って並んでいる。したがって、配線251側を左側、配線252側を右側として、上層シールド260の右側で誘導された渦電流がスリットに沿って左側に流れ、左側で誘導された渦電流はスリットに沿って右側に流れこむ。これらの渦電流は、互いに向きが逆であるため、打ち消しあう。このため、上層シールド260全体では渦電流がほとんど生じず、その渦電流により生成された磁界によってインダクタ250に逆起電力が生じるおそれが無くなる。したがって、その逆起電力によるインダクタ250のインダクタンスの低下を抑制することができる。また、インダクタンスの低下を抑制することにより、インダクタ250のQ値の低下を抑制することができる。ここで、Q値は、例えば、次の式により表される。
Q=2πfL/R
上式において、Lは、インダクタ250のインダクタンスを示し、単位は例えば、ヘンリー(H)である。fは、インダクタ250が可変容量242などと共振する際の発振周波数を示し、単位は例えば、ヘルツ(Hz)である。Rは、インダクタンス250の内部抵抗を示し、単位は例えば、オーム(Ω)である。As described above, in the
Q = 2πfL / R
In the above equation, L represents the inductance of the
また、インダクタ250の上方の論理回路111で生じた磁界によっても上層シールド260に渦電流が生じるが、前述したように、インダクタ250の上方には、インダクタ250と同じ形状の素子は設けられていない。このため、論理回路111からの磁界により生じた渦電流は打ち消されることが無く、その渦電流により生じた逆方向の磁界により、論理回路111からの磁界が打ち消される。これにより、上方からの電磁ノイズが遮蔽される。したがって、インダクタ250のインダクタンスの低下を抑制しつつ、インダクタ250以外の回路で生じた磁界による電磁ノイズを低減して、その電磁ノイズからインダクタ250を保護することができる。
Further, an eddy current is also generated in the
ここで、X方向で無く、Y方向に沿ってスリットが形成された比較例の上層シールド260を仮定する。この比較例では、スリットに沿ってY方向に渦電流が流れる。しかし、配線251および252はX方向に配置されているため、上層シールド260の右側で誘導された渦電流が左側に流れず、左側で誘導された渦電流が右側に流れることもなくなる。したがって、中央付近を除いて、渦電流が打ち消されず、その渦電流により生じた磁界により、インダクタ250のインダクタンスが低下するおそれがある。
Here, it is assumed that the
また、方向に関わらず、スリット自体を上層シールド260に設けない場合には、スリットにより渦電流の方向が制限されることが無いため、渦電流の電流値の合計が、スリットを設けた場合よりも大きくなる。このため、スリットを設けた場合と比較して、インダクタンスの低下量が大きくなってしまう。
Further, regardless of the direction, when the slit itself is not provided on the
図9は、第1の実施の形態における絶縁レベルの測定方法を説明するための図である。上層シールド260の上方に、インダクタ250と異なる形状(渦巻き形状など)のインダクタ302を配置し、そのインダクタ302に、交流電源301を接続する。交流電源301からの交流信号の周波数がfであるときの交流電源301の供給電流は、iin(f)として測定される。周波数fの単位は、例えば、ヘルツ(Hz)である。また、インダクタンス250の両端は接地される。インダクタ302が生成した磁界により、インダクタ250に誘導される正相信号の電流は、ip(f)として測定され、逆相信号の電流は、in(f)として測定される。これらの電流の単位は、例えば、アンペア(A)である。そして、これらの測定値に基づいて次の式により、絶縁レベルLVISOが算出される。
この絶縁レベルLVISOは、インダクタ250の上方の回路(インダクタ302など)で生じた電磁ノイズを遮蔽する効果の高さを示す。絶縁レベルLVISOの値が小さいほど、電磁ノイズの遮蔽効果が高いことを意味する。絶縁レベルLVISOの単位は、デシベル(dB)である。This insulation level LV ISO shows a high effect of shielding electromagnetic noise generated in a circuit (
図10は、第1の実施の形態における周波数毎の絶縁レベルを示すグラフである。同図において縦軸は、絶縁レベルLVISO(dB)を示し、横軸は交流信号の周波数f(Hz)を示す。また、同図において点線の曲線は、上層シールド260を設けない場合の絶縁レベルLVISOの特性を示し、実線の曲線は、上層シールド260を設けた場合の絶縁レベルLVISOの特性を示す。FIG. 10 is a graph showing the insulation level for each frequency in the first embodiment. In the figure, the vertical axis represents the insulation level LV ISO (dB), and the horizontal axis represents the frequency f (Hz) of the AC signal. Further, in the figure, the dotted line curve shows the characteristics of the insulation level LV ISO when the
図10に例示するように、上層シールド260を設けることにより、上層シールド260を設けない場合よりも絶縁レベルLVISOを小さくすることができる。すなわち、インダクタ250以外の回路からの電磁ノイズの遮蔽効果を向上させることができる。As illustrated in FIG. 10, by providing the
図11は、第1の実施の形態における周波数毎のインダクタンスを示すグラフである。同図における縦軸は、インダクタ250のインダクタンスL(H)を示し、横軸は交流信号の周波数f(Hz)を示す。また、同図において点線の曲線は、上層シールド260を設けない場合のインダクタンスLの特性を示し、実線の曲線は、上層シールド260を設けた場合のインダクタンスLの特性を示す。
FIG. 11 is a graph showing the inductance for each frequency in the first embodiment. In the figure, the vertical axis represents the inductance L (H) of the
図11に例示するように、上層シールド260を設けても上層シールド260を設けない場合と比較してインダクタンスLの値はほとんど低下(劣化)しない。
As illustrated in FIG. 11, even if the
図12は、第1の実施の形態における周波数毎のQ値を示すグラフである。同図における縦軸は、インダクタ250のQ値を示し、横軸は交流信号の周波数f(Hz)を示す。また、同図において点線の曲線は、上層シールド260を設けない場合のQ値の特性を示し、実線の曲線は、上層シールド260を設けた場合のQ値の特性を示す。
FIG. 12 is a graph showing the Q value for each frequency in the first embodiment. In the figure, the vertical axis represents the Q value of the
図12に例示するように、上層シールド260を設けても上層シールド260を設けない場合と比較してQ値はほとんど低下(劣化)しない。
As illustrated in FIG. 12, even if the
図10乃至12に例示したように、上層シールド260を設けることにより、インダクタンスLおよびQ値の劣化を抑制しつつ、電磁ノイズを低減することができる。
As illustrated in FIGS. 10 to 12, by providing the
このように、本技術の第1の実施の形態によれば、スリットを形成した上層シールド260をインダクタ250と論理回路111との間に挿入したため、論理回路111で生じた磁界による電磁ノイズを低減することができる。また、上層シールド260のスリットにより、渦電流が低減するため、インダクタ250のインダクタンスの低下を抑制することができる。
As described above, according to the first embodiment of the present technology, since the
<2.第2の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、8の字型のインダクタ250の上方に上層シールド260を配置して、インダクタ250を電磁ノイズから保護していたが、8の字型以外の形状のインダクタを保護対象とすることもできる。例えば、クロック信号を差動信号とする場合には、中心が同一の渦巻き状の2つの配線を接続した、特殊な形状のインダクタが用いられる。この第2の実施の形態の半導体装置100は、中心が同一の渦巻き状の2つの配線からなるインダクタ265を保護対象とする点において第1の実施の形態と異なる。<2. Second Embodiment>
In the first embodiment described above, the
図13は、第2の実施の形態におけるインダクタ265の平面図の一例である。このインダクタ265の上方に上層シールド260が配置される。第2の実施の形態では、上層シールド260のスリットの方向は基板平面に対して平行な方向であればよく、X方向に限定されない。
FIG. 13 is an example of a plan view of the
インダクタ265は、接続された配線266および配線267から構成される。ここで、配線266の両端のうち配線267と接続されていない方の一端を始点511とし、他端を接続点512とする。また、配線267の両端のうち配線266と接続されていない方の一端を終点513とする。
The
配線266は、Z軸方向に平行な中心軸を中心として、始点511から接続点512まで複数回に亘って時計回りに旋回する渦巻き状の経路に沿って巻かれている。一方、配線267は、配線266と同一の中心軸を中心として、接続点512から終点513まで複数回に亘って時計回りに旋回する渦巻き状の経路に沿って巻かれている。また、配線266は、始点511から接続点512に対して旋回するたびに旋回半径が小さくなり、配線267は、接続点512から終点513に対して旋回するたびに旋回半径が大きくなる。始点511には正相信号が入出力され、終点513には逆相信号が入出力される。このように、配線266と配線267とは対照的な形状を有するため、正相信号と逆相信号とのそれぞれのデューティ比を同程度にすることできる。
The
上述の形状のインダクタ265を上層シールド260で保護する場合、第1の実施の形態の8の字型のインダクタ250と異なり、配線266および配線267で流れる電流の方向が同一であるため、上層シールド260で発生する渦電流が打ち消されない。このため、インダクタンスの低下を抑制する効果はスリットのない板状の電磁シールドよりは高いものの、第1の実施の形態と比較して低くなる。しかし、その代わりに、その渦電流によりインダクタ265で生じた磁界を打ち消すことができるため、上方の論理回路111に生じる電磁ノイズを低減することができる。すなわち、上層シールド260は、インダクタ265に加えて、論理回路111も電磁ノイズから保護することができる。
When the
このように、本技術の第2の実施の形態によれば、中心が同一の渦巻き状の2つの配線からなるインダクタ265と論理回路111との間に上層シールド260を挿入したため、インダクタ265に加えて論理回路111も電磁ノイズから保護することができる。また、渦巻き状の2つの配線からなるインダクタ265を用いることにより、差動信号を出力する際に、その差動信号内の正相信号および逆相信号のそれぞれのデューティ比を同程度に揃えることができる。
As described above, according to the second embodiment of the present technology, since the
<3.第3の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、8の字型のインダクタ250の上方に上層シールド260を配置して、インダクタ250を電磁ノイズから保護していたが、8の字型以外の形状のインダクタを保護対象とすることもできる。例えば、クロック信号をシングルエンド信号とする場合には、8の字型の代わりに渦巻き状のインダクタを用いることもできる。この第3の実施の形態の半導体装置100は、渦巻き状のインダクタ270を保護対象とする点において第1の実施の形態と異なる。<3. Third Embodiment>
In the first embodiment described above, the
図14は、第3の実施の形態におけるインダクタ270の平面図の一例である。このインダクタ270の上方に上層シールド260が配置される。第3の実施の形態では、上層シールド260のスリットの方向は基板平面に対して平行な方向であればよく、X方向に限定されない。
FIG. 14 is an example of a plan view of the
インダクタ270は、Z方向に平行な中心軸を中心として、始点521から終点522へ渦巻き状に巻かれた配線から構成される。
The
上述の形状のインダクタ270を上層シールド260で保護する場合、インダクタンスの低下を抑制する効果はスリットのない板状の電磁シールドよりは高いものの、第1の実施の形態と比較して低くなる。しかし、その代わりに、上方の論理回路111に生じる電磁ノイズを上層シールド260が遮蔽することができる。
When the
このように、本技術の第3の実施の形態によれば、渦巻き状のインダクタ270と論理回路111との間に上層シールド260を挿入したため、インダクタ270に加えて論理回路111も電磁ノイズから保護することができる。また、8の字形状と比較して単純な渦巻き状のインダクタ270により、シングルエンド信号を出力することができる。
As described above, according to the third embodiment of the present technology, since the
<4.第4の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、インダクタ250の上方にのみ電磁シールド(上層シールド260)を配置していたが、インダクタ250の下方や同一基板(下側チップ150)上の回路で生じた磁界により電磁ノイズが発生することもある。このような電磁ノイズを上層シールド260のみでは低減することが困難である。この第4の実施の形態の半導体装置100は、インダクタ250の下方や同一基板上の回路による電磁ノイズを低減する点において第1の実施の形態と異なる。<4. Fourth Embodiment>
In the first embodiment described above, the electromagnetic shield (upper layer shield 260) is arranged only above the
図15は、第4の実施の形態における電圧制御発振器240および電磁シールドの一構成例を示す回路図である。この第4の実施の形態では、電磁シールドとして、上層シールド260に加えて、外周シールド280および下層シールド290がさらに設けられる。
FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration example of the voltage controlled
外周シールド280は、下側チップ150において、インダクタ250の外周を囲む電磁シールドである。例えば、インダクタ250を囲む導電性の配線が外周シールド280として用いられる。この外周シールド280の電位は例えば、浮動電位である。なお、外周シールド280の電位を固定電位としてもよい。
The outer
下層シールド290は、インダクタ250の下方に配置された電磁シールドである。この下層シールド290は、例えば、下側チップ150とインダクタ250との間に挿入される。また、下層シールド290には、固定電位(グランド電位など)が印加される。なお、下層シールド290の電位を浮動電位としてもよい。
The
図16は、第4の実施の形態におけるインダクタ250および電磁シールドの斜視図の一例である。同図におけるaは、上層シールド260の斜視図の一例であり、同図におけるbは、インダクタ250の斜視図の一例である。また、同図におけるcは、外周シールド280の斜視図の一例である。この外周シールド280は、インダクタ250の高さに合わせて積層されている。同図におけるdは、下層シールド290の斜視図の一例である。下層シールド290として、例えば、一定のパターン(Xに類似した形状など)を有するPGS(patterned ground shield)などが用いられる。なお、PGSの代わりに、上層シールド260と同じ形状のシールドを下層シールド290として配置してもよい。
FIG. 16 is an example of a perspective view of the
なお、外周シールド280および下層シールド290の両方を配置しているが、これらの一方のみを配置してもよい。
Although both the outer
図17は、第4の実施の形態におけるインダクタ250および電磁シールドの断面図の一例である。同図に例示するように、インダクタ250の側面は、外周シールド280で覆われ、上面は上層シールド260で覆われ、下面は下層シールド290で覆われる。このため、インダクタ250の上方、下方および下側チップ150上の回路で生じた磁界による電磁ノイズから、インダクタ250を保護することができる。また、インダクタ250で生じた磁界による電磁ノイズから、インダクタ250の下方の回路と下側チップ150上の回路とを保護することができる。
FIG. 17 is an example of a cross-sectional view of the
このように、本技術の第4の実施の形態によれば、インダクタ250の外周および下方に外周シールド280および下層シールド290をさらに配置したため、インダクタ250と同一基板上および下方の回路からの磁界による電磁ノイズを低減することができる。
As described above, according to the fourth embodiment of the present technology, since the outer
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。 It should be noted that the above-described embodiment shows an example for embodying the present technology, and the matters in the embodiment and the matters specifying the invention in the claims have a corresponding relationship with each other. Similarly, the matters specifying the invention within the scope of claims and the matters in the embodiment of the present technology having the same name have a corresponding relationship with each other. However, the present technology is not limited to the embodiment, and can be embodied by applying various modifications to the embodiment without departing from the gist thereof.
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。 It should be noted that the effects described in the present specification are merely examples and are not limited, and other effects may be obtained.
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)インダクタが配置された基板と、
前記基板の基板平面に垂直な所定方向を上方向として前記インダクタの上方に配置され、前記基板平面に対して平行な方向に沿ってスリットが形成された電磁シールドである上層スリット付きシールドと
を具備する半導体装置。
(2)回路が配置された回路配置基板をさらに備え、
前記回路配置基板は、前記基板に積層される
前記(1)記載の半導体装置。
(3)前記インダクタは、
前記基板平面に垂直な第1の中心軸を中心として所定の始点から所定の接続点まで時計回りに巻かれた第1の配線と、
前記基板平面に垂直な軸であって前記第1の中心軸とは異なる第2の中心軸を中心として前記所定の接続点から所定の終点まで反時計回りに巻かれた第2の配線と
を備える
前記(1)記載の半導体装置。
(4)前記スリットは、前記第1の中心軸と前記第2の中心軸とを結ぶ直線に平行な方向に沿って形成される
前記(3)記載の半導体装置。
(5)前記インダクタは、
前記基板平面に垂直な所定の中心軸を中心として所定の始点から所定の接続点まで複数回に亘って旋回する渦巻き状の経路に沿って巻かれた第1の配線と、
前記所定の中心軸を中心として前記所定の接続点から所定の終点まで複数回に亘って旋回する渦巻き状の経路に沿って巻かれた第2の配線と
を備え、
前記第1の配線は、前記所定の始点から前記所定の接続点に対して旋回するたびに旋回半径が小さくなり、
前記第2の配線は、前記所定の接続点から前記所定の終点に対して旋回するたびに旋回半径が大きくなる
請求項1記載の半導体装置。前記(1)記載の半導体装置。
(6)前記インダクタは、渦巻き状の経路に沿って巻かれた配線を備える
前記(1)記載の半導体装置。
(7)前記インダクタの外周を囲む電磁シールドである外周シールドをさらに具備する
前記(1)から(6)のいずれかに記載の半導体装置。
(8)前記インダクタの下方に配置された電磁シールドである下層シールドをさらに具備する前記(1)から(7)のいずれかに記載の半導体装置。
(9)前記インダクタの下方に配置され、前記基板平面に対して平行な方向に沿ってスリットが形成された下層スリット付きシールドをさらに具備する前記(1)から(8)のいずれかに記載の半導体装置。
(10)前記上層スリット付きシールドには固定電位が印加される
前記(1)から(9)のいずれかに記載の半導体装置。
(11)前記インダクタに接続された容量をさらに具備し、
前記インダクタおよび前記容量は共振する
前記(1)から(10)のいずれかに記載の半導体装置。
(12)入力信号と帰還信号との位相を比較して位相差を示す検出信号を出力する位相比較器と、
前記検出信号の示す前記位相差に応じた電圧の電圧信号を生成するチャージポンプと、
前記インダクタおよび前記容量を含む共振回路により生成された発振信号を分周して前記帰還信号として前記位相差検出器に帰還させる分周器と
をさらに具備し、
前記容量は、前記電圧信号に応じて容量値が変化する可変容量である
前記(11)記載の半導体装置。
(13)前記入力信号は、クロック信号である
前記(12)記載の半導体装置。The present technology can have the following configurations.
(1) The substrate on which the inductor is placed and
A shield with an upper layer slit, which is an electromagnetic shield arranged above the inductor in a predetermined direction perpendicular to the substrate plane of the substrate and having slits formed along a direction parallel to the substrate plane, is provided. Semiconductor device.
(2) Further provided with a circuit arrangement board on which circuits are arranged,
The semiconductor device according to (1) above, wherein the circuit arrangement board is laminated on the board.
(3) The inductor is
The first wiring wound clockwise from a predetermined start point to a predetermined connection point about the first central axis perpendicular to the substrate plane, and
A second wiring wound counterclockwise from the predetermined connection point to a predetermined end point about a second central axis that is perpendicular to the substrate plane and is different from the first central axis. The semiconductor device according to (1) above.
(4) The semiconductor device according to (3) above, wherein the slit is formed along a direction parallel to a straight line connecting the first central axis and the second central axis.
(5) The inductor is
A first wiring wound along a spiral path that swirls a plurality of times from a predetermined start point to a predetermined connection point about a predetermined central axis perpendicular to the substrate plane.
It is provided with a second wiring wound along a spiral path that swirls a plurality of times from the predetermined connection point to the predetermined end point about the predetermined central axis.
Each time the first wiring turns from the predetermined start point to the predetermined connection point, the turning radius becomes smaller.
The semiconductor device according to
(6) The semiconductor device according to (1) above, wherein the inductor includes wiring wound along a spiral path.
(7) The semiconductor device according to any one of (1) to (6) above, further comprising an outer peripheral shield which is an electromagnetic shield surrounding the outer periphery of the inductor.
(8) The semiconductor device according to any one of (1) to (7) above, further comprising a lower layer shield which is an electromagnetic shield arranged below the inductor.
(9) The method according to any one of (1) to (8) above, further comprising a shield with a lower layer slit, which is arranged below the inductor and has slits formed along a direction parallel to the substrate plane. Semiconductor device.
(10) The semiconductor device according to any one of (1) to (9) above, wherein a fixed potential is applied to the shield with an upper layer slit.
(11) Further provided with a capacitance connected to the inductor,
The semiconductor device according to any one of (1) to (10), wherein the inductor and the capacitance resonate.
(12) A phase comparator that compares the phases of the input signal and the feedback signal and outputs a detection signal indicating a phase difference.
A charge pump that generates a voltage signal of a voltage corresponding to the phase difference indicated by the detection signal, and a charge pump.
A frequency divider that divides the oscillation signal generated by the inductor and the resonance circuit including the capacitance and feeds it back to the phase difference detector as the feedback signal is further provided.
The semiconductor device according to (11), wherein the capacitance is a variable capacitance whose capacitance value changes according to the voltage signal.
(13) The semiconductor device according to (12) above, wherein the input signal is a clock signal.
100 半導体装置
110 上側チップ
111、151 論理回路
150 下側チップ
200 位相同期回路
210 位相比較器
220 チャージポンプ
230 分周器
240 電圧制御発振器
241 増幅回路
242 可変容量
250、265、270、302 インダクタ
260 上層シールド
280 外周シールド
290 下層シールド
301 交流電源100
Claims (9)
前記基板の基板平面に垂直な所定方向を上方向として前記インダクタの上方に配置され、前記基板平面に対して平行な特定の方向に沿って複数のスリットが形成された電磁シールドである上層スリット付きシールドと
を具備し、
前記複数のスリットのそれぞれの長さは、前記特定の方向の前記上層スリット付きシールドの長さよりも短く、
前記インダクタは、
前記基板平面に垂直な第1の中心軸を中心として所定の始点から所定の接続点まで時計回りに巻かれた第1の配線と、
前記基板平面に垂直な軸であって前記第1の中心軸とは異なる第2の中心軸を中心として前記所定の接続点から所定の終点まで反時計回りに巻かれた第2の配線と
を備え、
前記特定の方向は、前記第1の中心軸と前記第2の中心軸とを結ぶ線分に平行な方向であり、
前記複数のスリットの全てが、前記特定の方向に沿って形成され、
前記複数のスリットのそれぞれの長さは、前記線分より長い
半導体装置。 The board on which the inductor is placed and
With an upper layer slit, which is an electromagnetic shield arranged above the inductor with a predetermined direction perpendicular to the substrate plane of the substrate as the upward direction, and having a plurality of slits formed along a specific direction parallel to the substrate plane. Equipped with a shield,
The length of each of the plurality of slits is shorter than the length of the shield with upper slits in the specific direction.
The inductor is
The first wiring wound clockwise from a predetermined start point to a predetermined connection point about the first central axis perpendicular to the substrate plane, and
A second wiring wound counterclockwise from the predetermined connection point to a predetermined end point about a second central axis that is perpendicular to the substrate plane and is different from the first central axis. Prepare,
The specific direction is a direction parallel to the line segment connecting the first central axis and the second central axis.
All of the plurality of slits are formed along the specific direction.
A semiconductor device in which the length of each of the plurality of slits is longer than the line segment.
前記回路配置基板は、前記基板に積層される
請求項1記載の半導体装置。 Further equipped with a circuit arrangement board on which circuits are arranged,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the circuit board is laminated on the board.
請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, further comprising an outer peripheral shield which is an electromagnetic shield surrounding the outer periphery of the inductor.
請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein a fixed potential is applied to the shield with an upper slit.
前記インダクタおよび前記容量は共振する
請求項1記載の半導体装置。 Further comprising a capacitance connected to the inductor
The semiconductor device according to claim 1, wherein the inductor and the capacitance resonate.
前記検出信号の示す前記位相差に応じた電圧の電圧信号を生成するチャージポンプと、
前記インダクタおよび前記容量を含む共振回路により生成された発振信号を分周して前記帰還信号として前記位相比較器に帰還させる分周器と
をさらに具備し、
前記容量は、前記電圧信号に応じて容量値が変化する可変容量である
請求項7記載の半導体装置。 A phase comparator that compares the phases of the input signal and the feedback signal and outputs a detection signal that indicates the phase difference.
A charge pump that generates a voltage signal of a voltage corresponding to the phase difference indicated by the detection signal, and a charge pump.
A frequency divider that divides the oscillation signal generated by the inductor and the resonance circuit including the capacitance and feeds it back to the phase comparator as the feedback signal is further provided.
The semiconductor device according to claim 7, wherein the capacitance is a variable capacitance whose capacitance value changes according to the voltage signal.
請求項8記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 8, wherein the input signal is a clock signal.
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