JPH1145979A - 半導体集積回路装置及び電源配線の敷設方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線資源を無駄に圧迫することなく、必要十
分な電源を回路部の全てのセルに供給することが可能な
半導体集積回路装置を提供する。 【解決手段】 所定の回路動作を行う回路部と、前記回
路部上に配設され該回路部へ電源を供給する電源配線
と、前記電源配線に接続された電源パッドとを備えた半
導体集積回路装置において、前記電源配線に接続された
電源パッドとは異なる電源パッドから電源が供給され、
且つ前記電源配線で分割された前記回路部の各領域内部
の電圧降下量が所定値以下に収まるように２分木形状で
前記電源配線に接続された補強電源配線を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源配線構造を改
善したＡＳＩＣ等の半導体集積回路装置、及び電源配線
敷設方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の集積回路の電源配線構造として
は、（１）配線の幅に変化を持たせたもの、（２）主電
源配線を電気的に補強する補強電源配線を設けたもの、
（３）リング状電源配線とその内部に任意形状電源配線
を設けたもの、といった主に３種類が一般的に知られて
いる。

【０００３】図１４は、特開平２−１８８９４３号公報
に開示された上記（１）の電源配線構造の一例を示す図
である。

【０００４】同図において、１００ａ〜１００ｆはＬＳ
Ｉチップの機能ブロックであり、１０１，１０２は第１
層電源配線である。また、１０３は第２層電源配線であ
り、１０４は電源パッドである。

【０００５】この電源配線の敷設方法は、まず、設定さ
れた敷設ルートの電源配線で区切られた機能ブロックの
領域ごとに消費電力を計算し、その消費電力の計算結果
に基づいて電源配線の配線幅を決めている。

【０００６】図１４に示す例では、第１層電源配線１０
１，１０２により供給される各領域への実効平均電流
が、スルーホール１０５を介して第２層電源配線１０３
により電源パッド１０４から供給されるものとして計算
し、その結果、第２層電源配線１０３ａ，１０３ｂの配
線幅を他の２倍としている。

【０００７】図１５は、特開平２−１８７０５０号公報
に開示された上記（２）の電源配線構造の一例を示す図
である。

【０００８】同図において、２０１，２０２は電源配
線、２０３，２０４は補強電源配線、及び２０５は複数
のトランジスタで構成されるベーシックセルである。

【０００９】補強電源配線２０３は、ｍ個のベーシック
セル２０５毎に列方向に配置され、補強電源配線２０４
は、ｎ個のベーシックセル２０５毎に行方向に配置され
ている。そして、この補強電源配線２０３，２０４の配
置方法は、該補強電源配線２０３，２０４で分割された
領域内の電流密度を最適に制御するように、配線幅や配
線間隔を決定している。

【００１０】図１６は、特開平４−１０７８４５号公報
に開示された上記（３）の電源配線構造の一例を示す図
である。

【００１１】同図において、３０１は機能ブロック、３
０２は電流源、３０３はリング状電源配線、及び３０４
は電源パッドである。機能ブロック３０１の内部には、
リング状電源配線３０３に接続された任意形状電源配線
が敷設されている。電源は、電源パッド３０４からリン
グ状電源配線３０３及び機能ブロック３０１内の電源配
線を介して電流源３０２へ供給される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電源配線構造では、次のような問題点があった。

【００１３】回路規模が大きくなるに従って消費電力
（電流）も増大するが、このような状況においては、上
述した（１）の配線幅に変化を持たせた構造や、（３）
のリング状電源配線とその内部に任意形状電源配線を設
けた構造のように、通常の電源配線だけで構成されてい
るものでは、電圧降下による電源電圧の変動が誤動作を
引き起こしたり、要求される性能が満たせない原因とな
っている。

【００１４】また、（２）の主電源配線を電気的に補強
する補強電源配線を設けた構造では、補強電源配線によ
り電圧降下を緩和することができるが、補強電源配線か
ら目的としない他の領域へ電流が流れることを考慮せ
ず、分割した小領域内での消費電力だけを基に配線幅や
配線間隔等を計算しているため、十分な電位が得られな
い可能性がある。さらには、電圧降下が小さく補強電源
配線を必要としない多くの領域に補強電源配線が配置さ
れるので、配線資源に無駄が多い。

【００１５】本発明は、上述の如き従来の問題点を解決
するためになされたもので、その目的は、配線資源を無
駄に圧迫することなく、必要十分な電源を回路部の全て
のセルに供給することが可能な半導体集積回路装置を提
供することである。またその他の目的は、上記目的に必
要な配線形状や配線幅を簡単且つ的確に求めることが可
能な電源配線の敷設方法を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明である半導体集積回路装置の特徴は、所
定の回路動作を行う回路部と、前記回路部上に配設され
該回路部へ電源を供給する電源配線と、前記電源配線に
接続された電源パッドとを備えた半導体集積回路装置に
おいて、前記電源配線に接続された電源パッドとは異な
る電源パッドから電源が供給され、且つ前記電源配線で
分割された前記回路部の各領域内部の電圧降下量が所定
値以下に収まるように２分木形状で前記電源配線に接続
された補強電源配線を設けたことにある。

【００１７】この第１の発明によれば、補強電源配線を
２分木形状としたので、配線資源を無駄に圧迫すること
がなくなり、さらには、電源配線に接続された電源パッ
ドとは異なる電源パッドを補強電源配線用に利用してい
るため、この補強電源配線によって、回路部中の電気的
に補強の必要な領域に対して電源パッドからダイレクト
に電源を供給することができる。

【００１８】第２の発明である半導体集積回路装置の特
徴は、上記第１の発明において、前記電源配線は、格子
状に配置された電源配線であることにある。

【００１９】この第２の発明によれば、格子状に配置さ
れた電源配線を有するＬＳＩにおいて、第１の発明と同
様の作用が簡単かつ的確に実現される。

【００２０】第３の発明である電源配線の敷設方法の特
徴は、回路部へ電源を供給する格子状の電源配線の配線
幅及び配線間隔を前記回路部の構成内容に基づいて決定
する格子状電源配線敷設工程と、前記電源配線で区切ら
れた領域内部の消費電流を計算する消費電流計算工程
と、前記消費電流計算工程の計算結果に基づいて、各格
子の４辺の電源配線である電源格子における電流値と平
均電圧値を求める電流・電圧計算工程と、前記電流・電
圧計算工程によって計算された電源格子の電流値及び平
均電圧値に基づいて、注目する電源格子に必要な補強電
源配線の電流値及び電圧降下値に関する制約を求め、こ
の制約を満足するような２分木形状の補強電源配線を、
前記電源配線に接続された電源パッドとは異なる電源パ
ッドに接続する形で敷設する補強電源配線敷設工程とを
実行することにある。

【００２１】この第３の発明によれば、上記第１の発明
と同様の作用を呈する補強電源配線について、２分木形
状の補強電源配線に流れ込む電流の分流を考慮して、必
要な配線形状や配線幅が簡単且つ正確に求められる。

【００２２】第４の発明である電源配線の敷設方法の特
徴は、上記第３の発明において、前記補強電源配線敷設
工程における前記補強電源配線の電流値及び電圧降下値
に関する制約は、電源格子（ｉ，ｊ）に必要な補強電源
配線の電流値と電圧降下値をそれぞれＩｓｕｐｉｊ，Ｖ
ｓｕｐｉｊ、電源格子（ｉ，ｊ）に流れる電流値をＩｉ
ｊ、電源パッドから電源格子までの最大許容電圧降下値
をＶｍａｘ、及び電源パッドから電源格子（ｉ，ｊ）ま
での電圧降下値をｄＶｉｊとする場合に、

【数３】 で表わす制約式で求めることにある。

【００２３】この第４発明によれば、補強電源配線の電
流値と電圧降下値に関する制約が正確に求められる。

【００２４】第５の発明である電源配線の敷設方法の特
徴は、上記第４の発明において、前記補強電源配線敷設
工程は、前記制約式で求めた制約値である電流値の中で
値の大きい方から定数個までの対応する電源格子を選ぶ
電源格子選択処理と、前記制約式で求めた制約値の分布
と電源パッドの位置を参照しつつ、前記電源格子選択処
理によって選択された電源格子を前記補助電源配線に用
いる電源パッド毎にクラスタ化する電源格子クラスタ化
処理と、クラスタ化された電源格子の中で２個ずつのペ
アを補強電源配線の電流値及び電圧降下値と位置を参照
しつつ作成する電源格子ペア化処理と、作成された電源
格子ペアを結ぶ経路上に前記制約式を満たすような分岐
点を求め、その分岐点に前記制約式と同様の制約値を与
える電源格子分岐点計算処理と、各クラスタ毎に残った
１つの分岐点と補強電源配線用の電源パッドとを前記補
強電源配線の電流値と電圧降下値を満足するような配線
幅で配線し、２分木形状の補強電源配線を敷設する補強
電源パッド接続処理とを実行することにある。

【００２５】この第５の発明によれば、上記第１の発明
と同様の作用を呈する補強電源配線が簡単且つ正確に決
定される。

【００２６】第６の発明である電源配線の敷設方法の特
徴は、上記第５の発明において、前記電源格子分岐点計
算処理で求めた分岐点に与える電流値Ｉと電圧降下値Ｖ
の制約値（Ｉ，Ｖ）は、前記電源格子ペアである２つの
電源格子の制約値をそれぞれ（Ｉ１，Ｖ１），（Ｉ２，
Ｖ２）、及び該電源格子ペアを結ぶ経路の抵抗値をＲ１
２とした場合に、

【数４】 で表わす制約式で求めることにある。

【００２７】この第６の発明によれば、分岐点に与える
制約値が正確に求められる。

【００２８】第７の発明である電源配線の敷設方法の特
徴は、回路部へ電源を供給する格子状の電源配線の配線
幅及び配線間隔を前記回路部の構成内容に基づいて決定
する格子状電源配線敷設工程と、前記電源配線で区切ら
れた領域内部の消費電流を計算する消費電流計算工程
と、前記消費電流計算工程の計算結果に基づいて、各格
子の４辺の電源配線である電源格子における電流値と平
均電圧値を求める電流・電圧計算工程と、前記電流・電
圧計算工程によって計算された電源格子の電流値及び平
均電圧値に基づいて、注目する電源格子に必要な補強電
源配線の抵抗値に関する制約を求め、この制約を満足す
るような２分木形状の補強電源配線を、前記電源配線に
接続された電源パッドとは異なる電源パッドに接続する
形で敷設する補強電源配線敷設工程とを実行することに
ある。

【００２９】この第７の発明によれば、上記第１の発明
と同様の作用を呈する補強電源配線について、必要な配
線形状や配線幅が簡単且つ的確に求められる。

【００３０】第８の発明である電源配線の敷設方法の特
徴は、上記第７の発明において、前記補強電源配線敷設
工程における前記補強電源配線の抵抗値に関する制約
は、電源格子（ｉ，ｊ）に必要な補強電源配線の抵抗値
をＲｓｕｐｉｊ、電源パッドから電源格子（ｉ，ｊ）ま
での実効抵抗値をＲｉｊ、及び電源パッドから電源格子
（ｉ，ｊ）までの最大許容抵抗値をＲｍａｘｉｊとする
場合に、Ｒｓｕｐｉｊ≦Ｒｉｊ・Ｒｍａｘｉｊ／（Ｒｉ
ｊ−Ｒｍａｘｉｊ）で表わす制約式で求めることにあ
る。

【００３１】この第８の発明によれば、補強電源配線の
抵抗値に関する制約が正確に求められる。

【００３２】第９の発明である電源配線の敷設方法の特
徴は、上記第８の発明において、前記補強電源配線敷設
工程は、前記制約式で求めた補強電源配線抵抗値の中で
値の大きい方から定数個までの対応する電源格子を選ぶ
電源格子選択処理と、電源格子の補強電源配線抵抗値の
分布と電源パッドの位置を参照しつつ、前記電源格子選
択処理によって選択された電源格子を前記補助電源配線
に用いる電源パッド毎にクラスタ化する電源格子クラス
タ化処理と、クラスタ化された電源格子の中で２個ずつ
のペアを前記補強電源配線抵抗値と位置を参照しつつ作
成する電源格子ペア化処理と、作成された電源格子ペア
を結ぶ経路上に、該電源格子ペアまでの抵抗値が同じに
なる分岐点もしくは前記制約式を満たすような分岐点を
求め、その分岐点に前記制約式と同様の抵抗値の制約を
与える電源格子分岐点計算処理と、各クラスタ毎に残っ
た１つの分岐点と補強電源配線用の電源パッドとを前記
補強電源配線抵抗値を満足するような配線幅で配線し、
２分木形状の補強電源配線を敷設する補強電源パッド接
続処理とを実行するようにしたものである。

【００３３】この第９の発明によれば、必要な補助電源
配線の配線形状や配線幅をより簡単且つ的確に求めるこ
とが可能となる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる半導体集積
回路装置及び電源配線の敷設方法の実施形態について説
明する。

【００３５】図１は、本発明の実施形態に係る半導体集
積回路装置の電源配線構造を示す図である。

【００３６】この半導体チップ１は、所定の回路動作を
行う回路部を備え、その回路部上には、該回路部へ電源
を供給する格子状の電源配線１０及びグランド配線１５
が敷設されている。

【００３７】同図に示すように、格子状の電源配線１０
が電源パッド２０に接続されると共に、格子状のグラン
ド配線１５がグランドパッド２５に接続されている。さ
らに、この電源配線１０及びグランド配線１５を電気的
に補強するために、補強電源配線３０及び補強グランド
配線３５が敷設されている。

【００３８】補強電源配線３０は、格子状の電源配線１
０に接続された電源パッド２０とは独立した電源パッド
５１に接続され、２分木形状で電源格子（区画された各
格子の４辺の電源配線）４０に接続されている。同様
に、補強グランド配線３５は、格子状のグランド配線１
５に接続された電源パッド２５とは独立した電源パッド
５２に接続され、２分木形状で電源格子４５に接続され
ている。

【００３９】このように、本実施形態の補強電源配線３
０及び補強グランド配線３５は、格子状の電源配線１０
及びグランド配線１５に接続された電源パッド２０，２
５とは独立した電源パッド５１，５２から電源が供給さ
れる。そして、電源配線１０及びグランド配線１５で分
割された前記回路部の各領域内部の電圧降下量が回路動
作に影響を及ぼさない範囲内に収まるように、２分木形
状で電源格子４０，４５に接続されている。

【００４０】なお、同図においては、補強電源配線３０
及びグランド配線１５の幅は均一となっているが、特に
限定するものではない。また、本例は一系統の電源配線
で表わされているが、多系統の電源配線についても同様
である。

【００４１】次に、図２のフローチャートを参照しつつ
第１実施形態における電源配線の敷設方法を説明する。
なお、説明を簡単にするため、グランド配線１５及び補
強グランド配線３５の説明は省略する。

【００４２】図２に示すように、第１実施形態における
電源配線の敷設方法は、格子状電源配線敷設工程（ステ
ップＳ２１）、消費電流計算工程（ステップＳ２２）、
電源線電流・電圧計算工程（ステップＳ２３）、及び補
強電源配線敷設工程（ステップＳ２４）から構成されて
いる。

【００４３】格子状電源配線敷設工程（ステップＳ２
１）では、チップサイズ、動作周波数、電源電圧、及び
トランジスタの配置結果等から、例えば、予め設定して
おいた計算式や経験式などを用いて、格子状の電源配線
１０の配線幅や配線間隔を決定し、格子状の電源配線を
敷設する。

【００４４】消費電流計算工程（ステップＳ２２）で
は、電源電圧、動作周波数、回路負荷、及びシミュレー
ション等により求めたスイッチング確率から、格子状の
電源配線１０で区切られた各領域内部で消費する電流
（電力）を計算する。ＣＭＯＳ回路では、電源電流は動
作周波数と電源電圧と回路負荷と平均スイッチング確率
との積に比例するので、各領域内部の消費電流は容易に
求めることができる。

【００４５】電源線電流・電圧計算工程（ステップＳ２
３）では、ステップＳ２２で求めた消費電流から図３に
示すような格子状電源配線１０の等価回路を作成し、こ
れをシミュレーションにより解析して、各電源格子での
電流・電圧値を求める。

【００４６】補強電源配線敷設工程（ステップＳ２４）
では、次式（１）に基づいて、各電源格子４０に必要な
補強電源配線の抵抗値に関する制約を求め、その制約を
満足するような２分木状の補強電源配線３０を敷設す
る。

【００４７】 Ｒｓｕｐｉｊ≦Ｒｉｊ・Ｒｍａｘｉｊ／（Ｒｉｊ−Ｒｍａｘｉｊ） …（１） 但し、Ｒｓｕｐｉｊは、電源格子（ｉ，ｊ）に必要な補
強電源配線３０の抵抗値、Ｒｉｊは、電源パッド２０か
ら電源格子（ｉ，ｊ）までの実効抵抗値であり、Ｒｍａ
ｘｉｊは、電源パッド２０から電源格子（ｉ，ｊ）まで
の最大許容抵抗値である。

【００４８】上記式（１）の抵抗値Ｒｓｕｐｉｊを持つ
補強電源配線３０を電源パッド２０から電源格子（ｉ，
ｊ）までの電源配線１０に並列に接続すると、電源パッ
ド２０から電源格子（ｉ，ｊ）までの実効抵抗値が最大
許容抵抗値になり、電圧降下を許容範囲内に収めること
ができる。

【００４９】式（１）の各値は、次のようにして求め
る。図４（ａ）に示すように、電源配線の格子点を左下
点から右上に向かって［ｉ，ｊ］とするとき、図４
（ｂ）に示すように、［ｉ，ｊ］と［ｉ＋１，ｊ］を結
ぶ電源格子を（２ｉ，ｊ）とし、［ｉ，ｊ］と［ｉ，ｊ
＋１］を結ぶ電源格子を（２ｉ＋１，ｊ）と記すことに
する。

【００５０】電源パッド２０から電源格子（ｉ，ｊ）ま
での実効抵抗Ｒｉｊは、電源電圧Ｖと電源格子（ｉ，
ｊ）の電圧Ｖｉｊの差（電源線における電圧降下）を、
そこを流れる電流Ｉｉｊで割った値（（Ｖ−Ｖｉｊ）／
Ｉｉｊ）により求められる。また、電源格子（ｉ，ｊ）
までの最大許容抵抗Ｒｍａｘｉｊは、電源の最大許容誤
差Ｖｍａｘをそこを流れる電流Ｉｉｊで割った値（Ｖｍ
ａｘ／Ｉｉｊ）により計算される。

【００５１】次に、上述した補強電源配線敷設工程につ
いて、図５のフローチャートを参照しつつ説明する。

【００５２】第１実施形態の補強電源配線敷設工程は、
電源格子選択処理（ステップＳ３１）と、電源格子クラ
スタ化処理（ステップＳ３２）と、電源格子ペア化処理
（ステップＳ３３）と、電源格子分岐点計算処理（ステ
ップＳ３４）と、補強電源パッド接続処理（ステップＳ
３６）とから構成される。

【００５３】電源格子選択処理（ステップＳ３１）で
は、求めた補強電源抵抗値の中で大きい方から定数個の
電源格子を選ぶ。電源格子クラスタ化処理（ステップＳ
３２）では、選択された電源格子を補助電源配線に使用
する電源パッド５１毎にクラスタ化する。これは、電源
格子の補強電源配線３０の抵抗値Ｒｓｕｐｉｊの分布を
考慮しながら、電源パッド５１に近い順に電源格子をク
ラスタ化する。電源格子ペア化処理（ステップＳ３３）
では、クラスタ化された電源格子の中で２個ずつのペア
を補強電源配線３０の抵抗値と位置を考慮しながら作成
する。

【００５４】電源格子分岐点計算処理（ステップＳ３
４）では、ペアを結ぶ経路とペアの電源格子までの抵抗
値が同じ分岐点、もしくは上記の式（１）を満たすよう
な分岐点を求め、その点に式（１）と同様の抵抗値の制
約を与える。全ての電源格子が接続されるまで、求めた
分岐点を電源格子と考えて同様の処理を繰り返す（ステ
ップＳ３５）。

【００５５】補強電源パッド接続処理（ステップＳ３
６）では、各クラスタ毎に残った１つの分岐点と電源パ
ッド５１とを補強電源配線３０の抵抗値Ｒｓｕｐｉｊを
満足するような配線幅で配線し、２分木形状の補強電源
配線３０を決定する。

【００５６】次に、上記補強電源配線敷設工程につい
て、図６（ａ）〜（ｃ）及び図７（ｄ），（ｅ）を用い
て、より具体的に説明する。

【００５７】電源格子選択処理（ステップＳ３１）で選
択された電源格子をａ〜ｈとする（図６（ａ））。各電
源格子ａ〜ｈの補強電源配線３０の抵抗値Ｒｓｕｐｉｊ
は、電源格子ａ，ｂが７０、電源格子ｃが４０、電源格
子ｄ，ｆが５０、電源格子ｅ，ｇ，ｈが６０である。

【００５８】本例では、説明を簡単にするため補強電源
配線３０に使用する電源パッド５１は１つと仮定するの
で、電源格子クラスタ化処理（ステップＳ３２）により
選択された電源格子は、すべて１つのクラスタのものと
して考える。

【００５９】電源格子ペア化処理（ステップＳ３３）で
は、補強電源配線３０の抵抗値を考慮しながら、近くに
ある電源格子をペアとし、電源格子分岐点計算処理（ス
テップＳ３４）により、ペアとなった２つの電源格子の
分岐点を設け、２つの電源格子の補強電源配線３０の抵
抗値と２つの電源格子を結ぶ配線の抵抗値とからその点
の補強電源配線の抵抗値に対応する値を求める（図６
（ｂ））。

【００６０】以下では、電源格子の長さ当たり（これを
単位長と考える）の通常配線幅の配線抵抗値を５として
考える。例えば、ａ，ｂは補強電源配線の抵抗値が共に
７０なので、ａ，ｂを結ぶ配線の中点の補強電源配線の
抵抗値は６０となる。ｃ，ｄの場合は、同図のような経
路では経路長が３なので、経路ｃ〜ｄの抵抗値は１５と
なる。ｃを分岐点とするとｃの補強電源配線の抵抗値は
３５、電源パッド５１に近い点ｃｄを分岐点とするとそ
の補強電源配線の抵抗値は３７．５となる。補強電源配
線の抵抗値は大きい方が自由度が高いので後者を選ぶ。
また、ｅ，ｆ，ｇ，ｈの分岐点も同様に求めることがで
きる。

【００６１】求めた分岐点を対象にすべての電源格子が
結線されるまで電源格子ペア化処理（ステップＳ３３）
と電源格子分岐点計算処理（ステップＳ３４）を繰り返
す（図６（ｂ），（ｃ），図７（ｄ）、ステップＳ３
５）。

【００６２】図７（ｄ）では、補強電源配線の抵抗値３
７．５，４２．５に対して、２つを結ぶ経路の抵抗値は
１０となり、点ａｂｃｄを分岐点にすると、その補強電
源配線の抵抗値は３２．５になる。この経路の配線幅を
倍にすると、その抵抗値は５となり、点ａｂｃｄの補強
電源配線は３７．５で済むので、後者を選ぶ。

【００６３】最後に、補強電源パッド接続処理（ステッ
プＳ３６）により、点ａｂｃｄと電源パッド５１を２倍
の配線幅で接続する（図７（ｅ））。

【００６４】このように、本実施形態では、２分木形状
で電源配線に接続された補強電源配線を設けたので、配
線資源を無駄に圧迫することなく、必要十分な電源を回
路部の全てのセルに供給することができる。

【００６５】次に、本発明の電源配線の敷設方法に係る
第２実施形態について説明する。

【００６６】上記第１実施形態の補強電源配線の敷設方
法は、電源格子の電圧・電流値と、電源電圧と、パッド
から電源格子までの最大許容抵抗値とにより、パッドか
ら電源格子までの電源配線に並列に補強する補強電源配
線の抵抗値の制約を求め、その制約を満足するように２
分木形状の補強電源配線を決定するものであった。この
ように上記第１実施形態では、ボトムアップに抵抗値の
制約を作って、２分木形状の補強電源配線を求めていく
が、より適正に補強電源配線を決定する観点からは、ま
だ問題解決の余地が残されていた。

【００６７】この点を図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示
す等価回路を用いて説明する。図８（ａ）に示す回路
は、電源ＶＤＤと接地間に並列接続された抵抗Ｒ１，Ｒ
２を有し、この抵抗Ｒ１，Ｒ２にはそれぞれ直列に定電
流源Ｉ１，Ｉ２が接続されている。ここで、抵抗Ｒ１，
Ｒ２は共に２［Ω］であり、定電流源Ｉ１，Ｉ２へ流れ
る電流は共に１［Ａ］とする。

【００６８】この回路において、抵抗Ｒ１，Ｒ２による
各々の電圧降下Ｖ１，Ｖ２を１［Ｖ］に抑えたい場合
は、上記第１実施形態の方法では、図８（ｂ）に示すよ
うに、抵抗Ｒ１，Ｒ２の各々に並列に２［Ω］の抵抗Ｒ
ｓ１，Ｒｓ２を挿入すれば何等不具合は生じない。

【００６９】ところが、図８（ｃ）に示すような形で、
抵抗値の制約を満たすように並列抵抗を２分木状にした
場合（Ｒｓ１＝Ｒｓ２＝Ｒｓ３＝１［Ω］）は、抵抗Ｒ
ｓ１に流れる電流が０．８［Ａ］、抵抗Ｒｓ２，Ｒｓ３
に流れる電流はそれぞれ０．４［Ａ］となり、抵抗Ｒ
１，Ｒ２に流れる電流は共に０．６［Ａ］となる。その
結果、前記電圧降下Ｖ１，Ｖ２は、１．２［Ｖ］とな
り、許容電圧降下値（１［Ｖ］）を越えてしまうことに
なる。これは、２分木形状の補強電源配線に流れ込む電
流の分流を考慮していない点に原因がある。

【００７０】そこで、本第２実施形態では、敷設する２
分木形状の補強電源配線を決定するに際して与える制約
として、補強電源配線の抵抗値を制約とするのではな
く、補強電源配線に流れる電流値と許容される電圧降下
値を制約とする。

【００７１】すなわち、電源格子（ｉ，ｊ）に流れる電
流値をＩｉｊ、電源パッドから電源格子（ｉ，ｊ）まで
の電圧降下値をｄＶｉｊ、及び電源パッドから電源格子
までの最大許容電圧降下値をＶｍａｘとするとき、次式
（２）のように電源格子（ｉ，ｊ）に電流Ｉｓｕｐｉ
ｊ，Ｖｓｕｐｉｊを補強する。

【００７２】

【数５】 ２つの電流、電圧のペアＰ１（Ｉ１，Ｖ１），Ｐ２（Ｉ
２，Ｖ２）からバランス点ＰＢ（Ｉ，Ｖ）を次式（３）
より求める（図９参照）。ここで、ペア間の抵抗をＲ１
２とし、Ｐ１からＰＢまでの抵抗とＰＢからＰ２までの
抵抗比を、ｘ：（１−ｘ）とする。

【００７３】

【数６】

【数７】 このようにしてバランス点をボトムアップに求めること
により、適正な２分木形状の補強電源配線を実現するこ
とができる。先の例では、図１０に示すように、抵抗Ｒ
ｓ１＝０．５［Ω］、及び抵抗Ｒｓ２＝Ｒｓ３＝１
［Ω］となるように補強電源配線を敷設することによ
り、抵抗Ｒ１，Ｒ２による各々の電圧降下Ｖ１，Ｖ２を
許容電圧降下値（１［Ｖ］）に抑えることができる。

【００７４】以下、第２実施形態の電源配線の敷設方法
について詳細に説明する。

【００７５】本実施形態の電源配線の敷設方法も、基本
的な構成は、上記第１実施形態と同様に、上記図２のフ
ローチャートで示した格子状電源配線敷設工程（ステッ
プＳ２１）、消費電流計算工程（ステップＳ２２）、電
源線電流・電圧計算工程（ステップＳ２３）、及び補強
電源配線敷設工程（ステップＳ２４）から構成される。
但し、本実施形態では、補強電源配線敷設工程（ステッ
プＳ２４）の内容が上記第１実施形態と異なる。

【００７６】本第２実施形態の補強電源配線敷設工程
（ステップＳ２４）では、上記式（２）に基づいて、各
電源格子に必要な補強電源配線の電圧降下値と電流値に
関する制約（この２つの値をまとめて制約値と呼ぶ）を
求め、この制約を満足するような２分木状の補助電源配
線を敷設する。

【００７７】上記式（２）の（Ｉｓｕｐｉｊ，Ｖｓｕｐ
ｉｊ）を持つ補強電源線３０を、電源パッド２０から電
源格子（ｉ，ｊ）までの電源配線１０に並列に接続する
と、電源パッド２０から電源格子（ｉ，ｊ）までの電圧
降下値が最大許容値と等しくなり、電圧降下を許容範囲
内に収めることができる（図１１参照）。

【００７８】かかる本第２実施形態の補強電源配線敷設
工程における基本的な構成は、上記図５のフローチャー
トで示した、電源格子選択処理（ステップＳ３１）と、
電源格子クラスタ化処理（ステップＳ３２）と、電源格
子ペア化処理（ステップＳ３３）と、電源格子分岐点計
算処理（ステップＳ３４）と、補強電源パッド接続処理
（ステップＳ３６）とから構成される。

【００７９】電源格子選択処理（ステップＳ３１）で
は、求めた制約値の電流値の中で大きい方から定数個の
電源格子を選ぶ。電源格子クラスタ化処理（ステップＳ
３２）では、選択された電源格子を補助電源配線に使用
する電源パッド５１毎にクラスタ化する。これは、電源
格子の制約値の分布を考慮しながら、電源パッド５１に
近い順に電源格子をクラスタ化する。電源終了ペア化処
理（ステップＳ３３）では、クラスタ化された電源格子
の中で２個ずつのペアをその制約値と位置を考慮しなが
ら作成する。

【００８０】電源格子分岐点計算処理（ステップＳ３
４）では、作成された電源格子ペアを結ぶ経路上に制約
値（つまり上記式（２））を満たすような分岐点を求
め、その点に式（２）と同様の制約値（後述する式
（３））を与える。

【００８１】そして、全ての電源格子が接続されるま
で、求めた分岐点を電源格子と考えて同様の処理を繰り
返す（ステップＳ３５）。

【００８２】補強電源パッド接続処理（ステップＳ３
６）では、各クラスタ毎に残った１つの分岐点と電源パ
ッド５１とを、補強電源配線の制約値を満足するような
配線幅で配線し、２分木形状の補強電源配線３０を決定
する。

【００８３】上述の補強電源配線敷設工程について図１
２（ａ），（ｂ）及び図１３（ｃ），（ｄ）を用いて具
体的に説明する。

【００８４】まず、２つの電源格子Ｐ１，Ｐ２の制約値
（Ｉ１，Ｖ１），（Ｉ２，Ｖ２）と電源格子Ｐ１，Ｐ２
を結ぶ配線の抵抗値Ｒ１２とから、電源格子Ｐ１，Ｐ２
を結ぶ配線上の分岐点ＰＢとその制約値（Ｉ，Ｖ）を求
める方法について説明する。

【００８５】図１１に示したように、電源格子Ｐ１，Ｐ
２を結ぶ配線をｘ：１−ｘに分割する点でＰ１，Ｐ２の
制約値が満たされると仮定すると、次式が得られる。

【００８６】

【数８】 これを解くことにより、前記の式（３）と式（４）が得
られる。

【００８７】この式（３）と式（４）を使うことによ
り、任意の２つの制約値が与えられた時に、それらを結
ぶ配線上にその２つの制約値を満足させる分岐点を設け
ることができ、この処理をボトムアップに繰り返すこと
で、すべての制約を満足させる２分木形状の補強電源配
線を敷設することができる。

【００８８】電源格子選択工程（ステップＳ３１）で選
択された電源格子をａ〜ｄ（図１２（ａ））とする。こ
れら電源格子ａ〜ｄの補強電源配線の制約値は図１２
（ａ）に示される通り、ａ，ｂは共に（２，１８０）、
ｃは（４，１８０）、ｄは（２，１８０）である。な
お、同図に示す例では、説明を簡単にするため補強電源
配線に使用できる電源パッドは１つと仮定するので、電
源格子クラスタ化工程（ステップＳ３２）により選択さ
れた電源格子はすべて１つのクラスタのものとする。

【００８９】電源格子ペア化工程（ステップＳ３３）で
は、制約値を考慮しながら、近くにある電源格子をペア
とし、電源格子分岐点計算工程（ステップＳ３４）によ
り、ペアとなった２つの電源格子の分岐点を設け、２つ
の電源格子の制約値と２つの電源格子を結ぶ配線の抵抗
値とから、その点の制約値を前記式（３）に従って求め
る。以下では電源格子の長さ当たりの通常配線幅の配線
抵抗値を５として考える。

【００９０】例えば、ａ，ｂは補強電源配線の制約値が
共に（２，１８０）、経路ａ−ｂの抵抗値が４＊５＝２
０なので、ａ，ｂを結ぶ配線の中点の制約値は、（２＋
２，（２＊１８０＋２＊１８０−２０＊２＊２）／４）
＝（４，１６０）となる（図１２（ｂ））。ｃ，ｄの場
合では、経路ｃ−ｄの抵抗値は３＊５＝１５となり、式
（３），（４）よりｃから１／３の点が分岐点となり、
その制約値は（６，１６０）である（図１２（ｂ））。

【００９１】そして、求めた分岐点を対象にすべての電
源格子が結線されるまで電源格子ペア化工程（ステップ
Ｓ３３）と電源格子分岐点計算工程（ステップＳ３４）
を繰り返す（図１２（ｂ）、図１３（ｃ），（ｄ））。

【００９２】図１３（ｃ）の段階では、制約値（１０，
１００）に対して、電源パッドと点ａｂｃｄを結ぶ経路
の抵抗値は２０となり、このままでは制約値を満足でき
ない。そこで、配線幅を２倍にすると、その抵抗値は１
０となり、点ａｂｃｄの制約値は満たされることになる
図１３（ｄ）。

【００９３】このように本実施形態では、敷設する２分
木形状の補強電源配線を決定するに際して与える制約と
して、補強電源配線の抵抗値を制約とするのではなく、
補強電源配線に流れる電流値と許容される電圧降下値を
制約としたので、第１実施形態よりも適正に２分木形状
の補強電源配線を決定することができる。

【００９４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
である半導体集積回路装置によれば、電源配線に接続さ
れた電源パッドとは異なる電源パッドから電源が供給さ
れ、且つ電源配線で分割された回路部の各領域内部の電
圧降下量が所定値以下に収まるように２分木形状で電源
配線に接続された補強電源配線を設けたので、配線資源
を無駄に圧迫することなく、必要十分な電源を回路部の
全てのセルに供給することが可能となり、回路動作の誤
動作やパフォーマンスの悪化を未然に防止することがで
きる。

【００９５】第２の発明である半導体集積回路装置によ
れば、上記第１の発明において、前記電源配線は、格子
状に配置された電源配線であるので、格子状に配置され
た電源配線を有するＬＳＩにおいて、第１の発明と同様
の効果を簡単かつ的確に実現することが可能になる。

【００９６】第３の発明である電源配線の敷設方法によ
れば、２分木形状の補強電源配線に流れ込む電流の分流
を考慮して、必要な補強電源配線の配線形状や配線幅を
簡単且つ正確に求めることが可能となる。

【００９７】第４の発明である電源配線の敷設方法によ
れば、上記第３の発明において、補強電源配線の電流値
と電圧降下値に関する制約を正確に求めることができ
る。

【００９８】第５の発明である電源配線の敷設方法によ
れば、上記第４の発明において、上記第１の発明と同様
の効果を奏する補強電源配線を簡単且つ正確に敷設する
ことが可能となる。

【００９９】第６の発明である電源配線の敷設方法によ
れば、上記第４の発明において、分岐点に与える制約値
を正確に求めることができる。

【０１００】第７の発明である電源配線の敷設方法によ
れば、上記第１の発明と同等の効果を奏する補強電源配
線について、必要な配線形状や配線幅を簡単且つ的確に
求めることが可能となる。

【０１０１】第８の発明である電源配線の敷設方法によ
れば、上記第７の発明において、補強電源配線の抵抗値
に関する制約を正確に求めることが可能になる。

【０１０２】第９の発明である電源配線の敷設方法によ
れば、上記第８の発明において、必要な補助電源配線の
配線形状や配線幅をより簡単且つ的確に求めることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施形態に係る半導体集積回路装置の
電源配線構造を示す図である。

【図２】実施形態における電源配線の敷設方法を示すフ
ローチャートである。

【図３】格子状電源配線の等価回路を示す図である。

【図４】電源格子［ｉ，ｊ］と電源格子（ｉ，ｊ）の説
明図である。

【図５】図２に示した補強電源配線敷設工程の手順を示
すフローチャートである。

【図６】図２に示した補強電源配線敷設工程の詳細の説
明図である。

【図７】図６の続きの図である。

【図８】第１実施形態の問題点を説明するための等価回
路図である。

【図９】第２実施形態における分岐点を求めるための説
明図である。

【図１０】第２実施形態の効果を説明するための等価回
路図である。

【図１１】第２実施形態における電源格子に制約値を加
える場合の説明図である。

【図１２】第２実施形態における補強電源配線敷設工程
の詳細の説明図である。

【図１３】図１２の続きの説明図である。

【図１４】従来の電源配線構造の一例を示す図である。

【図１５】従来の電源配線構造の一例を示す図である。

【図１６】従来の電源配線構造の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体チップ １０ 電源配線 １５ グランド配線 ２０，５１ 電源パッド ２５ グランドパッド ３０ 補強電源配線 ３５ 補強グランド配線 ４０，４５ 電源格子

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の回路動作を行う回路部と、前記回
   路部上に配設され該回路部へ電源を供給する電源配線
   と、前記電源配線に接続された電源パッドとを備えた半
   導体集積回路装置において、 前記電源配線に接続された電源パッドとは異なる電源パ
   ッドから電源が供給され、且つ前記電源配線で分割され
   た前記回路部の各領域内部の電圧降下量が所定値以下に
   収まるように２分木形状で前記電源配線に接続された補
   強電源配線を設けたことを特徴とする半導体集積回路装
   置。
2. 【請求項２】 前記電源配線は、格子状に配置された電
   源配線であることを特徴とする請求項１に記載の半導体
   集積回路装置。
3. 【請求項３】 回路部へ電源を供給する格子状の電源配
   線の配線幅及び配線間隔を前記回路部の構成内容に基づ
   いて決定する格子状電源配線敷設工程と、 前記電源配線で区切られた領域内部の消費電流を計算す
   る消費電流計算工程と、 前記消費電流計算工程の計算結果に基づいて、各格子の
   ４辺の電源配線である電源格子における電流値と平均電
   圧値を求める電流・電圧計算工程と、 前記電流・電圧計算工程によって計算された電源格子の
   電流値及び平均電圧値に基づいて、注目する電源格子に
   必要な補強電源配線の電流値及び電圧降下値に関する制
   約を求め、この制約を満足するような２分木形状の補強
   電源配線を、前記電源配線に接続された電源パッドとは
   異なる電源パッドに接続する形で敷設する補強電源配線
   敷設工程とを実行することを特徴とする電源配線の敷設
   方法。
4. 【請求項４】 前記補強電源配線敷設工程における前記
   補強電源配線の電流値及び電圧降下値に関する制約は、 電源格子（ｉ，ｊ）に必要な補強電源配線の電流値と電
   圧降下値をそれぞれＩｓｕｐｉｊ，Ｖｓｕｐｉｊ、電源
   格子（ｉ，ｊ）に流れる電流値をＩｉｊ、電源パッドか
   ら電源格子までの最大許容電圧降下値をＶｍａｘ、及び
   電源パッドから電源格子（ｉ，ｊ）までの電圧降下値を
   ｄＶｉｊとする場合に、 【数１】 で表わす制約式で求めることを特徴とする請求項３に記
   載の電源配線の敷設方法。
5. 【請求項５】 前記補強電源配線敷設工程は、 前記制約式で求めた制約値である電流値及び電圧降下値
   のうちの電流値の中で値の大きい方から定数個までの対
   応する電源格子を選ぶ電源格子選択処理と、 前記制約式で求めた制約値の分布と電源パッドの位置を
   参照しつつ、前記電源格子選択処理によって選択された
   電源格子を前記補助電源配線に用いる電源パッド毎にク
   ラスタ化する電源格子クラスタ化処理と、 クラスタ化された電源格子の中で２個ずつのペアを補強
   電源配線の電流値及び電圧降下値と位置を参照しつつ作
   成する電源格子ペア化処理と、 作成された電源格子ペアを結ぶ経路上に前記制約式を満
   たすような分岐点を求め、その分岐点に前記制約式と同
   様の制約値を与える電源格子分岐点計算処理と、 各クラスタ毎に残った１つの分岐点と補強電源配線用の
   電源パッドとを前記補強電源配線の電流値と電圧降下値
   を満足するような配線幅で配線し、２分木形状の補強電
   源配線を敷設する補強電源パッド接続処理とを実行する
   ことを特徴とする請求項４に記載の電源配線の敷設方
   法。
6. 【請求項６】 前記電源格子分岐点計算処理で求めた分
   岐点に与える電流値Ｉと電圧降下値Ｖの制約値（Ｉ，
   Ｖ）は、 前記電源格子ペアである２つの電源格子の制約値をそれ
   ぞれ（Ｉ１，Ｖ１），（Ｉ２，Ｖ２）、及び該電源格子
   ペアを結ぶ経路の抵抗値をＲ１２とした場合に、 【数２】 で表わす制約式で求めることを特徴とする請求項５に記
   載の電源配線の敷設方法。
7. 【請求項７】 回路部へ電源を供給する格子状の電源配
   線の配線幅及び配線間隔を前記回路部の構成内容に基づ
   いて決定する格子状電源配線敷設工程と、 前記電源配線で区切られた領域内部の消費電流を計算す
   る消費電流計算工程と、 前記消費電流計算工程の計算結果に基づいて、各格子の
   ４辺の電源配線である電源格子における電流値と平均電
   圧値を求める電流・電圧計算工程と、 前記電流・電圧計算工程によって計算された電源格子の
   電流値及び平均電圧値に基づいて、注目する電源格子に
   必要な補強電源配線の抵抗値に関する制約を求め、この
   制約を満足するような２分木形状の補強電源配線を、前
   記電源配線に接続された電源パッドとは異なる電源パッ
   ドに接続する形で敷設する補強電源配線敷設工程とを実
   行することを特徴とする電源配線の敷設方法。
8. 【請求項８】 前記補強電源配線敷設工程における前記
   補強電源配線の抵抗値に関する制約は、 電源格子（ｉ，ｊ）に必要な補強電源配線の抵抗値をＲ
   ｓｕｐｉｊ、電源パッドから電源格子（ｉ，ｊ）までの
   実効抵抗値をＲｉｊ、及び電源パッドから電源格子
   （ｉ，ｊ）までの最大許容抵抗値をＲｍａｘｉｊとする
   場合に、 Ｒｓｕｐｉｊ≦Ｒｉｊ・Ｒｍａｘｉｊ／（Ｒｉｊ−Ｒｍ
   ａｘｉｊ） で表わす制約式で求めることを特徴とする請求項７に記
   載の電源配線の敷設方法。
9. 【請求項９】 前記補強電源配線敷設工程は、 前記制約式で求めた補強電源配線の抵抗値の中で値の大
   きい方から定数個までの対応する電源格子を選ぶ電源格
   子選択処理と、 電源格子における補強電源配線の抵抗値の分布と電源パ
   ッドの位置を参照しつつ、前記電源格子選択処理によっ
   て選択された電源格子を前記補助電源配線に用いる電源
   パッド毎にクラスタ化する電源格子クラスタ化処理と、 クラスタ化された電源格子の中で２個ずつのペアを前記
   補強電源配線の抵抗値と位置を参照しつつ作成する電源
   格子ペア化処理と、 作成された電源格子ペアを結ぶ経路上に、該電源格子ペ
   アまでの抵抗値が同じになる分岐点もしくは前記制約式
   を満たすような分岐点を求め、その分岐点に前記制約式
   と同様の抵抗値の制約を与える電源格子分岐点計算処理
   と、 各クラスタ毎に残った１つの分岐点と補強電源配線用の
   電源パッドとを前記補強電源配線の抵抗値を満足するよ
   うな配線幅で配線し、２分木形状の補強電源配線を敷設
   する補強電源パッド接続処理とを実行することを特徴と
   する請求項８に記載の電源配線の敷設方法。