WO2011148802A1 - 制御回路 - Google Patents

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英治 松崎
太 諸橋
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    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203—Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector

Definitions

  • the present invention relates to a control circuit including a BGA type semiconductor package provided with a plurality of various input ports.
  • a semiconductor package may be mounted on a circuit board. For example, it is disclosed in Patent Document 1.
  • the metal heat dissipation board makes the X-ray transmission state worse and the solder There was a problem that it was difficult to recognize the connection state of the ball.
  • the moisture-resistant coating agent cannot be applied, and a short circuit between the electrodes due to moisture or the like occurs during product use. There is a possibility that a short circuit between the electrodes may occur due to the movement of the surplus solder with vibration. In this case, there is a possibility that a problem that the function as the control circuit cannot be continued due to the input port of the semiconductor package becoming an intermediate potential, which has been a problem.
  • an object of the present invention is to provide a control circuit that can operate even when a short circuit between electrodes occurs, paying attention to the above-described problems.
  • a control circuit is a control circuit including a BGA type semiconductor package provided with various input ports having different connection priorities in an operating environment.
  • the semiconductor package includes a first input port and a first input port.
  • the display device is provided with display means connected to the semiconductor package, and the semiconductor package is configured to drive and control the display means based on input information from the input port.
  • the semiconductor package performs a determination process for determining whether or not the first input port and the second input port are short-circuited. It is characterized by notifying an abnormal state.
  • the second input port of the semiconductor package performs input related to arithmetic processing or display control processing
  • the first input port performs input not related to at least display control processing via a resistance element.
  • the input impedance is set by connecting the first input port to a power source or a ground.
  • the present invention relates to a control circuit including a BGA type semiconductor package provided with a plurality of various input ports, and can operate even when a short circuit between electrodes occurs.
  • the perspective view which shows the semiconductor package in embodiment of this invention The side view of a semiconductor package same as the above.
  • FIGS. 1 to 3 show a BGA type semiconductor package 1.
  • the semiconductor package 1 includes a housing 2 and solder balls 3 and is mounted on a circuit board 4.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a semiconductor package 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view of the semiconductor package 1 shown in FIG. 1 and 2
  • the semiconductor package 1 is formed with solder balls 3 forming external electrode terminals on the mounting surface of the housing 2, and is formed of BGA or CSP.
  • Each solder ball 3 is formed at a pitch of 1 mm or less.
  • 100 or more solder balls 3 are formed on the mounting surface.
  • the number of solder balls 3 is reduced for easy understanding.
  • FIG. 3 is a side view showing a state in which the semiconductor package 1 shown in FIGS. 1 and 2 is mounted on the circuit board 4.
  • each solder ball 3 arranged at a predetermined position in a wiring pattern (not shown) formed on the circuit board 4 is connected to the circuit board 4 by being heated and melted.
  • the semiconductor package 1 can be electrically connected by being electrically connected to the solder balls 3 serving as electrodes.
  • the BGA type package saves space rather than being electrically connected to the outside by a lead or the like.
  • the semiconductor package 1 includes ports connected to the solder balls 3 and is configured to input and output electrical signals.
  • the semiconductor package 1 is connected to the solder balls 3 serving as power supply electrode terminals, and does not cause a serious problem even in the ground state.
  • the second input port 32 is a port having a higher priority than the first input port 31 in the operating environment in which normal display cannot be performed on a display unit described later when the second input port 32 is not in the ground state.
  • an input port for performing normal arithmetic processing and display output for example, a hard mode selection port for selecting the operating frequency of the semiconductor package, and an input port for hard resetting the semiconductor package 1
  • a port for inputting information with a high processing priority can be applied.
  • the first input port 31 having a lower priority in the operating environment than these at least an unrelated port such as the above-described free port is applied. it can.
  • the semiconductor package 1 is connected to each port through a wiring, and is configured to be able to connect to a power supply electrode and a ground electrode, and to input / output an electrical signal, as shown in FIG.
  • the first input port 31 having a lower connection priority than the second input port 32 is connected to the power supply circuit 6 through the resistance element 51, and has an input impedance higher than that of the second input port 32. Connected to be.
  • the first input port 31 is supplied with electric power from the power supply circuit 6.
  • the power supply circuit 6 is connected to an in-vehicle battery and supplies a power supply voltage to electronic components (loads) such as a semiconductor package and display means 7.
  • the voltage of the battery usually 12 to 14 V
  • a power supply voltage for example, 3.3 V
  • the display of the controlled display means 7 can be continued by the arithmetic processing by the semiconductor package 1, but the semiconductor package 1 is short-circuited using the first input port 31 as an inspection port. It can also be configured to be able to determine the occurrence of. In this case, if the result of the determination process is a short-circuited state, as shown in FIG. 5, the display means 7 can output a display indicating that the state is abnormal to notify the user. It becomes possible.
  • the semiconductor package 1 inputs vehicle information (input information) via the input port, and generates a drive signal for controlling the display means 7 based on the vehicle information.
  • the display means 7 is provided with a vehicle speed display unit 71, a remaining energy display unit 72 for driving the vehicle such as fuel and electric power, a mark 73 for displaying an abnormal state, and a character display unit 74 indicating the notification contents.
  • the display screen can be switched by a separate operation input.
  • Such a control circuit is a control circuit including a BGA type semiconductor package 1 provided with various input ports having different connection priorities in the operating environment.
  • the semiconductor package 1 includes a first input port 31 and A second input port 32 that is adjacent to the first input port 31 and has a different input polarity and higher connection priority than the first input port 31 is provided.
  • the input impedance of the first input port 31 is increased with respect to the impedance.
  • the semiconductor package 1 further includes display means 7 connected to the semiconductor package 1.
  • the semiconductor package 1 controls the display means 7 based on input information from the input port.
  • the semiconductor package has a first input port.
  • the second input port 32 of the semiconductor package 1 performs input related to arithmetic processing or display control processing
  • the first input port 31 performs input not related to at least display control processing, via the resistance element 5.
  • connection reliability with a circuit board can be improved even in a display device mounted on a vehicle having a severe use environment such as vibration and humidity. Can do.
  • different resistance elements 51 and 52 are provided in the first and second input ports 31 and 32 to set the impedance difference, and the first input port 31 has priority in display function. It can also be configured to be connected with a higher impedance than the second input port having a higher rank. In this case, the resistance element 52 connected to the second input port 32 has a smaller resistance value than the resistance element 51 connected to the first input port 31.
  • the present invention can be applied to the first and second input ports when the input polarities are different.
  • the polarity to which the first and second input ports are connected is opposite to that of the above-described embodiment. In other words, if a large input impedance is set for the connection priority lower, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.
  • the abnormal state of the display device is notified by voice also using a speaker for other purposes.
  • the present invention relates to a control device including a BGA type semiconductor package, and can be applied as, for example, a display device mounted on a moving body including an automobile, a motorcycle, an agricultural machine, or a construction machine.

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Abstract

　電極間の短絡が発生した場合であっても動作可能な制御回路を提供する。　動作環境において接続優先順位の異なる各種入力ポートを設けてなるＢＧＡ型の半導体パッケージ１を備えた制御回路であって、半導体パッケージ１は、第１の入力ポート３１と、この第１の入力ポート３１と隣り合い、且つ入力極性が異なり、且つ第１の入力ポート３１よりも接続優先順位が高い第２の入力ポート３２とを設けてなり、第２の入力ポート３２の入力インピーダンスに対して第１の入力ポート３１の入力インピーダンスを大きくしている。　

Description

制御回路
　本発明は、複数の各種入力ポートを設けてなるＢＧＡ型の半導体パッケージを備えた制御回路に関する。
　近年、半導体装置の小型・高機能化に伴い、半導体パッケージの小型化および外部接続端子数の多ピン化が進んでいる。このため、リードフレームタイプのパッケージと比較して基板面に対して実装する高さが低く、セラミックに比較して安価な合成樹脂材料で製造できるといった長所があり、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）型の半導体パッケージを回路基板に実装する場合がある。例えば、特許文献１に開示されている。
　また、ＢＧＡタイプのパッケージの実装検査は接合部がパッケージと基板に挟まれた部分で、目視による検査が困難であるためＸ線検査装置が多用されている（例えば特許文献２）。
特開平９－１５３５６５号公報 特開平１０－１７０４４５号公報
　しかしながら、Ｘ線検査装置を用いた検査においてはＸ線画像の画像認識によりはんだバンプのショート部の検出を行うため、パッケージのピン数が増加するにつれて画像認識の領域が増加する。また、パッケージの高機能化に伴いパッケージのはんだボールを有する反対の面に金属製の放熱板や他の電子部品を有するパッケージにおいては、金属性の放熱基板によりＸ線の透過状態が悪くなりはんだボールの接続状態の認識が難しいという課題があった。
　また、ＢＧＡ型の半導体パッケージは、接合部がパッケージと基板に挟まれた部分であるため、耐湿コーティング剤を塗布できず、製品使用時おいて、水分などによる電極間の短絡が発生した場合や、余剰半田が振動にともなって移動することにより電極間の短絡が発生する虞がある。この場合、半導体パッケージの入力ポートが中間電位になるなどして、制御回路としての機能を持続できないといった不具合が生じてしまう可能性があり課題となっていた。
　そこで本発明の目的は、上述した課題に着目し、電極間の短絡が発生した場合であっても動作可能な制御回路を提供することにある。
　本発明の制御回路は、動作環境において接続優先順位の異なる各種入力ポートを設けてなるＢＧＡ型の半導体パッケージを備えた制御回路であって、前記半導体パッケージは、第１の入力ポートと、この第１の入力ポートと隣り合い、且つ入力極性が異なり、且つ前記第１の入力ポートよりも接続優先順位が高い第２の入力ポートとを設けてなり、前記第２の入力ポートの入力インピーダンスに対して前記第１の入力ポートの入力インピーダンスを大きくすることを特徴とする。
　また、前記半導体パッケージに接続される表示手段を備え、前記半導体パッケージは、前記入力ポートからの入力情報に基づいて前記表示手段を駆動制御してなることを特徴とする。
　また、前記半導体パッケージは、前記第１の入力ポートと前記第２の入力ポートとが短絡しているか否かを判定する判定処理を行い、前記短絡状態の場合には、前記表示手段を用いて異常状態を報知してなることを特徴とする。
　また、前記半導体パッケージの前記第２の入力ポートは、演算処理、または表示制御処理に関する入力を行い、前記第１の入力ポートは、少なくとも表示制御処理に関係ない入力を行い、抵抗素子を介して前記第１の入力ポートと電源接続または接地接続することによって入力インピーダンスを設定してなることを特徴とする。
　本発明は、複数の各種入力ポートを設けてなるＢＧＡ型の半導体パッケージを備えた制御回路に関し、電極間の短絡が発生した場合であっても動作可能となる。
本発明の実施の形態における半導体パッケージを示す斜視図。 同上半導体パッケージの側面図。 同上半導体パッケージの実装状態を示す側面図。 同上実施の形態における電気的な構成を示す図。 同上実施の形態における表示手段の表示例を示す図。 同上実施の形態の別例を示す図。
　以下、本発明が車載用の表示装置に適用された実施の形態について添付図面を用いて説明する。
　図１から図３は、ＢＧＡ型の半導体パッケージ１を示すものである。半導体パッケージ１は、筐体２、半田ボール３を備え、回路基板４に実装される。
　図１は、本発明の実施の形態における半導体パッケージ１の例を示した斜視図であり、図２は、図１で示した半導体パッケージ１の側面図である。図１及び図２において、半導体パッケージ１は、筐体２における実装面上にそれぞれの外部電極端子をなす各半田ボール３がそれぞれ形成されており、ＢＧＡ又はＣＳＰ等で形成されている。該各半田ボール３は、１ｍｍ以下のピッチでそれぞれ形成されており、例えば１５ｍｍ角の実装面を有する筐体２において、該実装面上には１００個以上の半田ボール３が形成されている。なお、本実施の形態においては、分かりやすいように半田ボール３の数を少なく示している。
　図３は、図１及び図２で示した半導体パッケージ１を回路基板４上に実装した状態を示す側面図である。図３において、回路基板４上に形成された配線パターン（図示せず）における所定の位置に配置された各半田ボール３は、加熱されて熱溶融することによって回路基板４上にそれぞれ接続される。電極となる半田ボール３に電気的に接続することで、半導体パッケージ１に電気的に導通できる。例えば、リードなどによって外部と電気的に接続するよりも、ＢＧＡ型パッケージの方が省スペースである。
　半導体パッケージ１は、図４に示すように、各半田ボール３に接続された各ポートを備え電気信号を入出力するように構成されている。この場合、半導体パッケージ１は、電源電極端子となる半田ボール３と接続されるとともに、接地状態であっても深刻な不具合を生じない、例えば、実際に使用しない第１の入力ポート（所謂、空きポート）３１と、この第１の入力ポート３１と隣り合い、接地接続することによってハードモードを設定する機能切り換え用の第２の入力ポート３２とを設けている。
　なお、第２の入力ポート３２は、接地状態でなくなると、後述する表示手段に正常な表示が行えなくなってしまうような、動作環境において第１の入力ポート３１よりも優先順位の高いポートである。第２の入力ポート３２として、正常な演算処理や表示出力を行うための入力ポート、例えば、半導体パッケージの動作周波数を選択するハードモード選択用ポートや、半導体パッケージ１をハードリセットするための入力ポートや、処理優先度の高い情報入力を行うポートなどを適用でき、これらよりも動作環境において優先順位が低い第１の入力ポート３１として、上述した空きポートなど、少なくとも表示とは無関係なポートを適用できる。
　半導体パッケージ１は、各ポートと配線を介して接続されなり、図４に示すように、電源電極や接地電極との接続、電気信号などを入出力できるように構成されている。また、第２の入力ポート３２よりも接続優先順位の低い第１の入力ポート３１は、抵抗素子５１を介して電源回路６と接続されており、第２の入力ポート３２よりも入力インピーダンスが高くなるように接続されている。
　これらの構成によって、複数の半田ボール３間、またはその近辺の配線間で短絡が生じた場合、特に、第１，第２の入力ポート３１，３２の短絡が生じた場合には、抵抗素子５による入力インピーダンスの違いによって第２の入力ポート３２の接地状態が維持されるため、半導体パッケージ１としての優先順位の高い機能を保持することができる。
　なお、第１の入力ポート３１は、電源回路６からの電力が供給されている。電源回路６は、車載バッテリに接続され半導体パッケージや表示手段７などの電子部品（負荷）に電源電圧を供給するものである。この場合、サージカットなどの回路を経てバッテリの電圧（通常１２～１４Ｖ）を、半導体パッケージ１などの電子部品が作動するための電源電圧（例えば、３．３Ｖ）に降圧して供給している。
　また、図４に示すように、半導体パッケージ１による演算処理によって、制御される表示手段７の表示を継続できるだけでなく、第１の入力ポート３１を検査用ポートとして用いて、半導体パッケージ１が短絡の発生を判定できるように構成することもできる。この場合、前記判定の処理の結果、短絡状態であった場合には、図５に示すように、異常状態である旨の表示を表示手段７に出力させることによって、利用者に報知することが可能となる。
　この場合、半導体パッケージ１が入力ポートを介して車両情報（入力情報）を入力し、この車両情報に基づいて表示手段７を制御するための駆動信号を生成している。表示手段７は、車両速度表示部７１、燃料や電力など車両駆動のためのエネルギーの残量表示部７２、異常状態を表示するためのマーク７３と、報知内容を示す文字表示部７４とを設けており、別途操作入力によって、表示画面を切り換えて表示することもできる。
　斯かる制御回路は、動作環境において接続優先順位の異なる各種入力ポートを設けてなるＢＧＡ型の半導体パッケージ１を備えた制御回路であって、半導体パッケージ１は、第１の入力ポート３１と、この第１の入力ポート３１と隣り合い、且つ入力極性が異なり、且つ第１の入力ポート３１よりも接続優先順位が高い第２の入力ポート３２とを設けてなり、第２の入力ポート３２の入力インピーダンスに対して第１の入力ポート３１の入力インピーダンスを大きくしている。
　従って、第１，第２の入力ポート間において短絡した場合であっても、優先順位の高い動作を維持できる構成となる。
　また、半導体パッケージ１に接続される表示手段７を備え、半導体パッケージ１は、前記入力ポートからの入力情報に基づいて表示手段７を駆動制御してなり、前記半導体パッケージは、第１の入力ポート３１と第２の入力ポート３２とが短絡しているか否かを判定する判定処理を行い、前記短絡状態の場合には、表示手段７を用いて異常状態を報知してなることによって、利用者は、異常状態を認識することができる。
　また、半導体パッケージ１の第２の入力ポート３２は、演算処理、または表示制御処理に関する入力を行い、第１の入力ポート３１は、少なくとも表示制御処理に関係ない入力を行い、抵抗素子５を介して第１の入力ポート３１と電源接続または接地接続することによって入力インピーダンスを設定してなることによって、簡単な構成にて短絡による不具合を抑制できる。
　また、上述した構成にてＢＧＡ型の半導体パッケージを用いることにより、振動や湿度などの過酷な使用環境である車両に搭載される表示装置であっても、回路基板との接続信頼性を高めることができる。
　なお、本発明を上述した実施の形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに設計の変更が可能なことは勿論である。
　例えば、図６に示すように、第１，第２の入力ポート３１，３２に異なる抵抗素子５１，５２を設けてインピーダンスの差を設定し、第１の入力ポート３１は、表示機能的に優先順位の高い第２の入力ポートよりも高いインピーダンスにて接続されるように構成することもできる。なお、この場合、第１の入力ポート３１に接続される抵抗素子５１よりも第２の入力ポート３２に接続された抵抗素子５２の方が小さな抵抗値のものを適用する。
　また、第１、第２の入力ポートは、入力極性が異なる場合に、本件発明を適用でき、例えば、第１，第２の入力ポートの接続する極性が上述した実施の形態と逆であってもよく、接続優先順位が低い方に大きな入力インピーダンスが設定されれば上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　また、異常状態について表示手段７を用いて報知するものを例に挙げて説明したが、他用途のスピーカを兼用して音声にて表示機器の異常状態を報知することも考えられる。
　本発明は、ＢＧＡ型の半導体パッケージを備えた制御機器に関し、例えば、自動車やオートバイ、あるいは農業機械や建設機械を備えた移動体に搭載される表示装置として適用できる。
１　　半導体パッケージ
２　　筐体
３　　半田ボール
３１　第１の入力ポート
３２　第２の入力ポート
４　　回路基板
５　　抵抗素子
６　　電源回路
７　　表示手段
　

Claims (4)

  1. 　動作環境において接続優先順位の異なる各種入力ポートを設けてなるＢＧＡ型の半導体パッケージを備えた制御回路であって、
    　前記半導体パッケージは、第１の入力ポートと、この第１の入力ポートと隣り合い、且つ入力極性が異なり、且つ前記第１の入力ポートよりも接続優先順位が高い第２の入力ポートとを設けてなり、前記第２の入力ポートの入力インピーダンスに対して前記第１の入力ポートの入力インピーダンスを大きくすることを特徴とする制御回路。
  2. 　前記半導体パッケージに接続される表示手段を備え、
    前記半導体パッケージは、前記入力ポートからの入力情報に基づいて前記表示手段を駆動制御してなることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
  3. 　前記半導体パッケージは、前記第１の入力ポートと前記第２の入力ポートとが短絡しているか否かを判定する判定処理を行い、前記短絡状態の場合には、前記表示手段を用いて異常状態を報知してなることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
  4. 　前記半導体パッケージの前記第２の入力ポートは、演算処理、または表示制御処理に関する入力を行い、前記第１の入力ポートは、少なくとも表示制御処理に関係ない入力を行い、抵抗素子を介して前記第１の入力ポートと電源接続または接地接続することによって入力インピーダンスを設定してなることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
    　
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