JPH0114713B2 - - Google Patents
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- JPH0114713B2 JPH0114713B2 JP5356883A JP5356883A JPH0114713B2 JP H0114713 B2 JPH0114713 B2 JP H0114713B2 JP 5356883 A JP5356883 A JP 5356883A JP 5356883 A JP5356883 A JP 5356883A JP H0114713 B2 JPH0114713 B2 JP H0114713B2
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- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体集積回路に関する。[Detailed description of the invention] [Technical field of invention] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit.
従来の半導体集積回路中に用いられている素子
は、トランジスタと抵抗およびコンデンサのみで
あり、コイルつまりインダクタンス素子が使われ
ることは、ほとんどない。これは、集積回路のよ
うな微細でかつ2次元的な回路構成では、コイル
を形成しにくく、たとえ、作つたとしても、小さ
なインダクタンス値しか得られず、実用的でない
ためである。しかし、コイルを回路素子として使
用することの利点は、コイルはコンデンサと同
様、電力を消費することがなく、コンデンサと組
み合せて、フイルタを形成することが可能である
こと、あるいは、2つのコイルを相互に結合させ
てトランスを形成し、任意の振幅波形を作り得る
こと、などにあり、その応用範囲はきわめて広い
と言える。
The elements used in conventional semiconductor integrated circuits are only transistors, resistors, and capacitors, and coils or inductance elements are rarely used. This is because it is difficult to form a coil in a fine, two-dimensional circuit configuration such as an integrated circuit, and even if it were formed, only a small inductance value would be obtained, making it impractical. However, the advantage of using a coil as a circuit element is that the coil, like a capacitor, does not consume power and can be combined with a capacitor to form a filter, or two coils can be combined to form a filter. They can be coupled together to form a transformer to create any amplitude waveform, and their range of applications is extremely wide.
また、外部信号に同期して動作する集積回路、
たとえばダイナミツクRAMでは、外部信号
(RAS、CAS信号)に同期して内部回路が動作す
るため、電源電流は外部信号が入力された時に急
激に大電流が流れることになる。現在、量産段階
にある64kbitのダイナミツクRAMでは、動作時
平均消費電流が40mA程度であるが、ピーク電流
値としては100mA以上の電流が瞬間的に流れて
いる。このようなピーク電流は、集積回路に電源
を供給する電源回路の容量を大きくしなければな
らないこと、また、プリント基板の他の回路にノ
イズを生じさせやすくなること、また、急激な大
電流が金属中を流れる場合には、エレクトロマイ
グレーシヨンの効果により、金属原子が電子によ
り圧力を受け、集積回路内の微細な金属配線の構
造的に弱い部分が断線してしまうこと、等の問題
の原因となる。さらに、大電流が配線中を流れる
と、配線の電気抵抗による電圧降下により、利用
できる電源電圧が減少してしまうことにもなる。
そこで、このようなピーク電流を減少させること
が望まれるわけであるが、現在までのところ集積
回路の各部で消費される電流値を少なくするか、
あるいは、タイミングをずらして平均的に電流が
消費されるようにする以外に具体的な方法は提案
されていない。今後、64kbitダイナミツクRAM
から256kbit、1Mbitへとさらに大容量化してい
つた場合に、ピーク電流値がさらに大きくなるこ
とが予想され、これを減少させる方法が、今後、
高集積、大容量化の傾向にある集積回路で重要な
問題といえる。 Also, integrated circuits that operate in synchronization with external signals,
For example, in dynamic RAM, the internal circuitry operates in synchronization with external signals (RAS, CAS signals), so a large power supply current suddenly flows when an external signal is input. 64 kbit dynamic RAM, which is currently in mass production, has an average current consumption of about 40 mA during operation, but a peak current of more than 100 mA flows instantaneously. Such peak currents require increasing the capacity of the power supply circuit that supplies power to the integrated circuit, and also cause noise to be easily generated in other circuits on the printed circuit board. When flowing through metal, the electromigration effect causes metal atoms to be pressurized by electrons, causing problems such as disconnection of structurally weak parts of minute metal wiring in integrated circuits. becomes. Furthermore, when a large current flows through the wiring, the available power supply voltage is reduced due to a voltage drop due to the electrical resistance of the wiring.
Therefore, it is desirable to reduce such peak current, but so far, it has been possible to reduce the current consumed in each part of the integrated circuit, or
Alternatively, no specific method has been proposed other than shifting the timing so that the current is consumed evenly. In the future, 64kbit dynamic RAM
As the capacity increases from 256 kbit to 1 Mbit, it is expected that the peak current value will become even larger, and methods to reduce this will be developed in the future.
This can be said to be an important issue in integrated circuits, which are trending toward higher integration and larger capacity.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもの
で、集積回路チツプ上にインダクタンス素子を効
率的に形成し、これを電源線に直列に挿入してキ
ヤパシタと共に電源電流の平滑化を行ない、ピー
ク電流の発生を防ぐことを可能とした半導体集積
回路を提供することを目的としている。
The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to efficiently form an inductance element on an integrated circuit chip, insert it in series with a power supply line, and smooth the power supply current together with a capacitor. The object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit that can prevent the generation of current.
本発明は、集積回路チツプ上の外周に、ボンデ
イングパツドを取り囲むように導体膜配線を施し
て、チツプ上外周部のスペースを利用して大きな
インダクタンス素子を形成することを第1の要旨
とする。この場合、インダクタンスの大きさを十
分大きくするためには、同一導体膜でらせん状に
配線して巻数を増加させるか、あるいは多層導体
配線により、3次元的に巻線をつみ重ねていく。
また、本発明は、集積回路のパツケージの少くと
も一部に高透磁率材料を用いて、上記のチツプ上
のインダクタンス素子と閉磁気回路を形成するこ
とにより一層大きなインダクタンス値を得ること
を第2の要旨とする。更に本発明は、上記したイ
ンダクタンス素子と共にチツプ上に形成したキヤ
パシタを組合せて電源電流平滑用の低域通過フイ
ルタを構成することを第3の要旨とする。
The first gist of the present invention is to form a large inductance element by forming a conductor film wiring on the outer periphery of an integrated circuit chip so as to surround a bonding pad, and utilizing the space on the outer periphery of the chip. . In this case, in order to increase the inductance sufficiently, the number of turns is increased by spirally wiring the same conductor film, or the windings are stacked three-dimensionally using multilayer conductor wiring.
The present invention also provides a second method for obtaining a larger inductance value by using a high magnetic permeability material in at least a part of the integrated circuit package to form a closed magnetic circuit with the inductance element on the chip. The summary is as follows. Furthermore, the third gist of the present invention is to configure a low-pass filter for smoothing power supply current by combining a capacitor formed on a chip with the above-described inductance element.
本発明によれば、集積回路のチツプ上に効率的
に大きなインダクタンスを形成することができ
る。そしてこれを同じくチツプ上に形成したキヤ
パシタと組み合せて、低域通過フイルタを作るこ
とができ、これを集積回路の電源線に入ることに
より電源からのピーク電流の流入を防止すること
が可能になり、数多くの集積回路からなるプリン
ト基板に供給する電源回路の能力を必要以上に大
きくする必要がない。つまり、ピーク電流を供給
できるだけ大きな電源回路が必要となるところ
を、ピーク電流を減少させることにより、より電
流供給能力の小さな電源回路で十分になる。この
ことにより、電源回路をも含めた、集積回路シス
テム全体のコストを低減させることができる。ま
た、集積回路に流れるピーク電流は、電源線、ア
ース線、あるいは信号線に電圧降下によるノイ
ズ、電磁誘導によるノイズを生じさせ、機器の誤
動作の原因となるが、本発明により、ピーク電流
の発生を減少させれば、ノイズ発生を減少させる
ことができ、機器全体の誤動作を減少させること
ができる。また集積回路内部においても、電源線
にピーク電流が流れることによるエレクトロマイ
グレーシヨン効果により、金属配線が切断される
ということもなくなる。
According to the present invention, a large inductance can be efficiently formed on an integrated circuit chip. By combining this with a capacitor also formed on the chip, it is possible to create a low-pass filter, and by connecting this to the power supply line of the integrated circuit, it is possible to prevent the inflow of peak current from the power supply. Therefore, there is no need to unnecessarily increase the capacity of the power supply circuit that supplies the printed circuit board consisting of a large number of integrated circuits. In other words, where a power supply circuit large enough to supply the peak current is required, by reducing the peak current, a power supply circuit with a smaller current supply capacity is sufficient. This makes it possible to reduce the cost of the entire integrated circuit system, including the power supply circuit. In addition, the peak current flowing through an integrated circuit causes noise due to voltage drop and electromagnetic induction in the power supply line, ground line, or signal line, causing equipment malfunction. By reducing this, noise generation can be reduced, and malfunctions of the entire device can be reduced. Furthermore, even within the integrated circuit, metal wiring is no longer cut due to the electromigration effect caused by peak current flowing through the power supply line.
本発明の一実施例を以下に説明する。第1図は
一実施例の集積回路チツプ平面図である。即ち、
1が集積回路チツプであつて複数の素子および配
線からなる内部回路2が形成され、外周部にボン
デイングパツドA1〜A4,B1〜B4が配設されてい
る。このようなチツプ上の電源端子となるパツド
A1とA2の間に、パツドA2以外のパツドを内側に
囲むように、一層の導体膜をらせん状にパターニ
ングしたインダクタンス素子3を形成している。
このようにすることにより各パツドから内部回路
への配線を妨げることなくインダクタンス素子を
形成でき、かつその大きさを十分なものとするこ
とができる。
An embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a plan view of an integrated circuit chip of one embodiment. That is,
Reference numeral 1 designates an integrated circuit chip, on which an internal circuit 2 consisting of a plurality of elements and wiring is formed, and bonding pads A 1 -A 4 and B 1 -B 4 are arranged on the outer periphery. The pad that serves as the power supply terminal on such a chip
An inductance element 3 is formed between A 1 and A 2 by patterning a single layer of conductive film in a spiral shape so as to surround the pads other than pad A 2 inside.
By doing so, the inductance element can be formed without interfering with the wiring from each pad to the internal circuit, and its size can be made sufficient.
第2図a,bは別の実施例のチツプ平面図と模
式的断面図である。この実施例ではインダクタン
ス素子3′は、一層の導体配線ではなく多層の導
体配線を用いる。即ち第2図bに示すように、各
層の導体配線31′,32′,33′によりそれぞれ1巻
のコイルを形成し、層間絶縁膜を介して各コイル
を直列接続して多数巻のインダクタンス素子3′
を完成する。 FIGS. 2a and 2b are a plan view and a schematic sectional view of a chip of another embodiment. In this embodiment, the inductance element 3' uses multilayer conductor wiring instead of a single layer of conductor wiring. That is, as shown in Fig. 2b, each layer of conductor wiring 3 1 ′, 3 2 ′, and 3 3 ′ forms one coil each, and each coil is connected in series through an interlayer insulating film to form a large number of turns. inductance element 3'
complete.
このようなインダクタンス素子を形成した集積
回路チツプを金属製の台座に電気的接触を得るよ
うに固定する場合、インダクタンス素子の発生す
る磁界が、この台座に渦電流を発生し、電力損失
を起さないようにすることが必要である。そのた
めには第3図に示すように、チツプ台座4にはス
リツト5を入れておくことが好ましい。 When an integrated circuit chip on which such an inductance element is formed is fixed to a metal pedestal for electrical contact, the magnetic field generated by the inductance element generates eddy currents in the pedestal, causing power loss. It is necessary to ensure that there are no For this purpose, it is preferable to provide a slit 5 in the chip pedestal 4 as shown in FIG.
集積回路チツプの大きさを5mm×10mmとし、イ
ンダクタンス素子用の配線材料をAlとし、その
抵抗を無視してインダクタンスを計算してみる。
第4図に示すような、2辺の長さがそれぞれa,
bで、半径rの導線からなる長方形回路の自己イ
ンダクタンスは
L=μ0/π〔−a log(a+√2+2)−b lo
g(b+√2+2)+(a+b)log2ab/f
+2√2+2−7/4(a+b)〕
で表わされる。a=5mm、b=10mm、r=2μm
とすると、L=45nHとなる。したがつて第1図
の1巻きのコイルは約45nHであることがわかる。
らせん状に10回巻きとし、この時の巻き幅がチツ
プの大きさに比べて十分小さいとすると、チツプ
のインダクタンスは巻数の2乗に比例するので、
このときのインダクタンスは約4.5μHとなる。 Assuming the size of the integrated circuit chip to be 5 mm x 10 mm, and using Al as the wiring material for the inductance element, let's calculate the inductance by ignoring its resistance.
As shown in Figure 4, the lengths of the two sides are a,
b, the self-inductance of a rectangular circuit consisting of conductors of radius r is L=μ 0 /π [−a log (a+√ 2 + 2 ) − b lo
g(b+ √2 + 2 )+(a+b)log2ab/f+ 2√2 + 2-7 /4(a+b)]. a=5mm, b=10mm, r=2μm
Then, L=45nH. Therefore, it can be seen that the one-turn coil in FIG. 1 has a power of about 45 nH.
Assuming that the wire is wound spirally 10 times and the winding width is sufficiently small compared to the size of the chip, the inductance of the chip is proportional to the square of the number of turns, so
The inductance at this time is approximately 4.5μH.
コイルのインダクタンスを更に増加させるに
は、第5図に示すように、集積回路チツプのパツ
ケージを工夫することで達成させる。このパツケ
ージは、フエライトなどの高透磁率の材料を用い
E字型ポツトコア状に形成した上部パツケージコ
ア61と下部パツケージコア62によりチツプ1を
上下からはさみこむことにより、磁気回路を構成
している。これは通常の集積回路のパツケージで
あるDIPをコアとして磁気回路を構成する一例で
ある。第5図aは一部切開した斜視図、同図b,
cはそれぞれaのY面、X面の断面図を示してい
る。第5図cの斜線領域71,72は上下のパツケ
ージコア61,62が接触する面を示している。こ
のように、チツプ外に高透磁率(μ0〜1000)の材
料で磁気回路を構成すればチツプ厚み分だけギヤ
ツプが生じ磁気抵抗が入ることを考慮しても、約
100倍程度のインダクタンスの増加を可能にする
ことができる。したがつて、上述の10回巻のコイ
ルの場合450μHとなる。 Further increases in the inductance of the coil can be achieved by modifying the packaging of the integrated circuit chip, as shown in FIG. This package constructs a magnetic circuit by sandwiching the chip 1 from above and below between an upper package core 61 and a lower package core 62 , which are made of a material with high magnetic permeability such as ferrite and formed into an E-shaped pot core shape. . This is an example of configuring a magnetic circuit using a DIP, which is a normal integrated circuit package, as the core. Figure 5a is a partially cutaway perspective view, Figure 5b,
c shows a cross-sectional view of the Y plane and the X plane of a, respectively. The hatched areas 7 1 and 7 2 in FIG. 5c indicate the surfaces where the upper and lower package cores 6 1 and 6 2 come into contact. In this way, if a magnetic circuit is constructed of a material with high magnetic permeability (μ 0 to 1000) outside the chip, a gap will occur due to the thickness of the chip, and even considering that magnetic resistance will be introduced, it will be approximately
It is possible to increase the inductance by about 100 times. Therefore, in the case of the above-mentioned 10-turn coil, it is 450 μH.
64k bitダイナミツクRAMの場合、電源電流の
ピーク波形はピーク値100mAで電流パルス幅は
20nsec程度である。したがつて、ピーク電流が流
れる時の回路等価的なインピーダンスは、電源電
圧を5Vとすると、R=5V/100mA=50Ωとな
る。この50Ωに十分電流を供給できる平滑用コン
デンサとしては、この抵抗とのCRの時定数が
20nSより十分大きいものを選べばよい。CR≫
20nSで、R=50Ωとすると、C≫400PFとなる。 In the case of 64k bit dynamic RAM, the peak waveform of the power supply current has a peak value of 100mA and the current pulse width is
It is about 20nsec. Therefore, when the power supply voltage is 5V, the circuit equivalent impedance when the peak current flows is R=5V/100mA=50Ω. As a smoothing capacitor that can supply sufficient current to this 50Ω, the CR time constant with this resistance is
Just choose one that is sufficiently larger than 20nS. CR≫
If R=50Ω at 20nS, then C≫400PF.
このような平滑用コンデンサを上述のインダク
タンス素子と共にチツプ上に形成した実施例を説
明する。平滑用コンデンサは、200Åのゲート酸
化膜を介した電極と基板間のMOSキヤパシタを
使用し、かつインダクタンス素子形成領域下の
50μm幅の面積を使用する。このときキヤパシタ
ンスは
C=ε×A/d=8.854×10-14×100×10-4
×3/200×10-8=2500×10-12(F)=2500(PE)
となつて、十分な大きさとなる。そしてこの
MOSキヤパシタとインダクタンス素子とで第6
図に示すように低域通過フイルタを形成すれば、
そのカツトオフ周波数は
したがつて、この実施例によれば20μsec以下の
急激なピーク電流を効果的に防止することが可能
である。 An embodiment in which such a smoothing capacitor is formed on a chip together with the above-mentioned inductance element will be described. The smoothing capacitor uses a MOS capacitor between the electrode and the substrate via a 200 Å gate oxide film, and a MOS capacitor under the inductance element formation area.
An area of 50 μm width is used. At this time, the capacitance is C=ε×A/d=8.854×10 -14 ×100×10 -4
×3/200×10 -8 = 2500×10 -12 (F) = 2500 (PE), which is a sufficient size. and this
6th with MOS capacitor and inductance element
If we form a low-pass filter as shown in the figure,
Its cutoff frequency is Therefore, according to this embodiment, it is possible to effectively prevent a sudden peak current of 20 μsec or less.
第1図は本発明の一実施例の集積回路チツプ平
面図、第2図a,bは別の実施例の集積回路チツ
プ平面図と模式的断面図、第3図はチツプ台座を
示す図、第4図は上記実施例のインダクタンス値
を求めるための等価長方形回路を示す図、第5図
a〜cはパツケージにより磁気回路を構成した本
発明の実施例の集積回路を示す図、第6図は電源
線に低域通過フイルタを挿入した本発明の実施例
の要部等価回路図である。
1……集積回路チツプ、2……内部回路、3,
3′……インダクタンス、A1〜A4,B1〜B4……
ボンデイングパツド、61,62……パツケージコ
ア。
1 is a plan view of an integrated circuit chip according to one embodiment of the present invention, FIGS. 2a and 2b are a plan view and a schematic sectional view of an integrated circuit chip according to another embodiment, and FIG. 3 is a diagram showing a chip pedestal. FIG. 4 is a diagram showing an equivalent rectangular circuit for determining the inductance value of the above embodiment, FIGS. 1 is an equivalent circuit diagram of a main part of an embodiment of the present invention in which a low-pass filter is inserted into a power supply line. 1... integrated circuit chip, 2... internal circuit, 3,
3'...Inductance, A1 to A4 , B1 to B4 ...
Bonding pad, 6 1 , 6 2 ...Package core.
Claims (1)
上に、その外周に設けられる複数のボンデイング
パツドを取り囲むように配設した導体膜配線によ
りインダクタンス素子を構成したことを特徴とす
る半導体集積回路。 2 インダクタンス素子は、半導体チツプ上に配
設した一層の導体膜をらせん状にパターニングし
たものである特許請求の範囲第1項記載の半導体
集積回路。 3 インダクタンス素子は、半導体チツプ上に複
数層にわたつて積層配設した導体膜配線を直列接
続して複数巻きとしたものである特許請求の範囲
第1項記載の半導体集積回路。 4 複数の素子を集積形成してなる半導体チツプ
上に、その外周に設けられる複数のボンデイング
パツドを取り囲むように配設した導体膜配線によ
りインダクタンス素子を構成し、かつ前記半導体
チツプを収容するパツケージの少くとも一部を高
透磁率材料により構成して、前記インダクタンス
素子とパツケージにより磁気回路を形成したこと
を特徴とする半導体集積回路。 5 複数の素子を集積形成してなる半導体チツプ
上に、その外周に設けられる複数のボンデイング
パツドを取り囲むように配設した導体膜配線によ
りインダクタンス素子を構成すると共に、これと
前記半導体チツプ上に形成したキヤパシタを組合
せて電源電流平滑用の低域通過フイルタを構成し
たことを特徴とする半導体集積回路。[Scope of Claims] 1. An inductance element is constructed by conductor film wiring arranged on a semiconductor chip formed by integrating a plurality of elements so as to surround a plurality of bonding pads provided on the outer periphery of the semiconductor chip. Semiconductor integrated circuit. 2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the inductance element is formed by patterning a single layer of conductive film disposed on a semiconductor chip in a spiral shape. 3. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the inductance element has a plurality of windings formed by connecting in series conductor film wires laminated in a plurality of layers on a semiconductor chip. 4. A package that constitutes an inductance element by conductive film wiring arranged so as to surround a plurality of bonding pads provided on the outer periphery of a semiconductor chip formed by integrating a plurality of elements, and that houses the semiconductor chip. 1. A semiconductor integrated circuit, wherein at least a part of the semiconductor integrated circuit is made of a high magnetic permeability material, and a magnetic circuit is formed by the inductance element and the package. 5. An inductance element is constituted by a conductor film wiring arranged so as to surround a plurality of bonding pads provided on the outer periphery of a semiconductor chip formed by integrating a plurality of elements, and an inductance element is formed by a conductor film wiring arranged so as to surround a plurality of bonding pads provided on the outer periphery of the semiconductor chip, and an inductance element is formed between this and the semiconductor chip. A semiconductor integrated circuit characterized in that the formed capacitors are combined to form a low-pass filter for power supply current smoothing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP5356883A JPS59181046A (en) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | Semiconductor integrated circuit |
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JP5356883A Granted JPS59181046A (en) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | Semiconductor integrated circuit |
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