JP2008198761A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】不要電磁放射(EMI)を抑制することのできる技術を提供する。
【解決手段】半導体チップ101と、半導体チップ101を駆動するための電源配線と、GND配線と、電源配線の配線経路とGND配線の配線経路とのインピーダンスをインピーダンス整合させるためのインピーダンスバランス素子(第1素子)111、112と、GND配線121と電源配線117とを電気的に接続するバイパスキャパシタ(第1キャパシタ)とを同一パッケージ内に備え、半導体チップ101が駆動する際の電流は、全てインピーダンスバランス素子111、またはインピーダンスバランス素子112を経由して流れるように配線され、インピーダンスバランス素子111、112は、半導体チップ101とバイパスキャパシタ130との間に配置されるように構成する
【選択図】図1A technique capable of suppressing unnecessary electromagnetic radiation (EMI) is provided.
An impedance balance element (first step) for impedance matching between a semiconductor chip, a power supply wiring for driving the semiconductor chip, a GND wiring, and a wiring path of the power supply wiring and a wiring path of the GND wiring. 1 element) 111 and 112, and a bypass capacitor (first capacitor) that electrically connects the GND wiring 121 and the power supply wiring 117 are provided in the same package, and the current when the semiconductor chip 101 is driven is all impedance The impedance balance elements 111 and 112 are configured to be arranged between the semiconductor chip 101 and the bypass capacitor 130 so as to flow through the balance element 111 or the impedance balance element 112. 1
Description
本発明は、半導体装置技術に関し、特に、マイクロコンピュータ(以下マイコンと記す)などの能動回路を搭載する半導体装置を搭載した電子機器からの不要電磁放射(EMI:Electromagnetic Interfernce)を抑制する技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device technology, and more particularly to a technology for suppressing unnecessary electromagnetic radiation (EMI) from an electronic device including a semiconductor device including an active circuit such as a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer).
例えば、特開2001−119110号公報(特許文献1)には、LSIを実装するプリント基板において、電源端子とビアホールを電気的に接続する第一のコンデンサ、第一の電源配線、第二の電源配線及び第二のコンデンサとを具備し、所定の周波数範囲において、電源配線における特性インピーダンスの大きさを、コンデンサにおけるインピーダンスの大きさの三倍以上とし、さらに、電源配線の長さを、20mmにプリント基板の波長短縮率をかけた値以上、かつ、所定の周波数の上限周波数の1/4波長に波長短縮率をかけた値以下とする構成が記載されている。 For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-119110 (Patent Document 1), in a printed circuit board on which an LSI is mounted, a first capacitor that electrically connects a power supply terminal and a via hole, a first power supply wiring, and a second power supply A wiring and a second capacitor, and in a predetermined frequency range, the characteristic impedance of the power supply wiring is set to be at least three times the impedance magnitude of the capacitor, and the length of the power supply wiring is set to 20 mm. A configuration is described in which the value is not less than the value obtained by multiplying the wavelength shortening rate of the printed circuit board and not more than the value obtained by multiplying the quarter wavelength of the upper limit frequency of the predetermined frequency by the wavelength shortening rate.
また例えば、特開2001−267702号公報(特許文献2)には、第1信号層、GND層、電源層、及び、第2信号層から構成され、第1信号層の第1パッド〜第9パッドには、GND層に接地されたコンデンサと、サブ電源層の上層にまで延在して設けられた電源用配線が接続されており、電源用配線にはGND層を貫通し、サブ電源層に接続するビアホールが接続されており、サブ電源層はメイン電源層と同じ層に設けられ、メイン電源層の略楕円状の開口内の所定位置にメイン電源層とは直接接続しないように略楕円状に設けられ、L型フィルタを介してメイン電源層から電源電圧が供給される構成が記載されている。 Further, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-267702 (Patent Document 2) includes a first signal layer, a GND layer, a power supply layer, and a second signal layer, and the first signal layer to the ninth pad of the first signal layer. The pad is connected to a capacitor grounded to the GND layer and a power supply wiring provided extending to the upper layer of the sub power supply layer. The power supply wiring penetrates the GND layer and is connected to the sub power supply layer. The sub power supply layer is provided in the same layer as the main power supply layer, and is substantially elliptical so as not to be directly connected to the main power supply layer at a predetermined position in the substantially elliptical opening of the main power supply layer. A configuration in which a power supply voltage is supplied from a main power supply layer through an L-type filter is described.
また例えば、特開2003−297963号公報(特許文献3)には、ICを実装する層と、外部電源が接続される外部電源用電源パターンを含む層と、ICを実装する層とは反対面でIC電源端子に対するバイパスコンデンサの両端子が接続される電源配線およびグランド配線を含む層とを具備する多層回路基板において、ICの電源端子が何れかの層において接続されるIC電源端子用電源パターンを外部電源用電源パターンに対して空間的に分離して設け、外部電源用電源パターンをバイパスコンデンサ用電源配線に接続してあるとともに、バイパスコンデンサ用電源配線をIC電源端子用電源パターンに接続してある構成が記載されている。 Further, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-297963 (Patent Document 3), an IC mounting layer, a layer including an external power supply power pattern to which an external power supply is connected, and an IC mounting layer are opposite to each other. In the multilayer circuit board comprising a power wiring and a layer including a ground wiring to which both terminals of the bypass capacitor are connected to the IC power terminal, an IC power terminal power pattern in which the IC power terminal is connected in any layer The external power supply power pattern is connected to the bypass capacitor power supply wiring, and the bypass capacitor power supply wiring is connected to the IC power supply terminal power supply pattern. A certain configuration is described.
また例えば、特開2003−223997号公報(特許文献4)には、直流電源と、スイッチング素子とインダクタを含む電力変換部と、電力変換部を制御する制御回路と、高圧放電灯DLと、電力変換部と高圧放電灯DLの間に介在する極性反転部と、高圧放電灯始動装置とを具備し、全点灯時の出力特性として、高圧放電灯が始動過程である低電圧状態では略定電流特性、定格電圧付近では略定電力特性となる点灯装置において、調光点灯時に略定電力特性となる電圧範囲をランプ両端電圧の低い側にずらす、または広くする構成が記載されている。
近年、LSI(Large Scale Integrated Circuit)やメモリなどデジタルデバイスの高速化や高密度実装化に伴い、これらを搭載した電子機器からの不要電磁放射(EMI:Electromagnetic Interfernce)による他の電子機器への障害が問題となっている。 In recent years, as digital devices such as LSIs (Large Scale Integrated Circuits) and memories become faster and more densely mounted, obstacles to other electronic devices due to unnecessary electromagnetic radiation (EMI) from electronic devices equipped with these devices. Is a problem.
このEMIは、他の電子回路に電波受信妨害や誤動作などを引き起こすばかりか、自らの回路にも悪影響をおよぼす。このため、デジタルデバイスのEMIを低減する技術の開発が重要となっている。 This EMI not only causes other radio circuits to interfere with reception of radio waves and malfunctions, but also has an adverse effect on its own circuits. For this reason, it is important to develop a technique for reducing the EMI of a digital device.
本発明者は、EMIを低減する技術について検討を行い、以下の課題を見出した。 The inventor has studied a technique for reducing EMI and found the following problems.
電子機器からのEMIの主因として、LSIなどデジタルデバイス内部回路の高速スイッチング動作で発生する高周波電流が考えられる。この高周波電流が発生すると、LSIが実装されるプリント回路基板(PCB:Printed Circuit Board)の電源−グランド層が励振され共振を起こす場合がある。また、PCBへ伝播した高周波電流が、さらに外部からの電力供給や信号送受信の目的で取り付けられたハーネスへと伝播し、このハーネスがアンテナとして作用することでEMIが発生すると考える。 As a main cause of EMI from electronic equipment, a high-frequency current generated by a high-speed switching operation of an internal circuit of a digital device such as an LSI can be considered. When this high-frequency current is generated, the power-ground layer of a printed circuit board (PCB) on which the LSI is mounted may be excited to cause resonance. Further, it is considered that the high-frequency current propagated to the PCB further propagates to a harness attached for the purpose of external power supply and signal transmission / reception, and this harness acts as an antenna to generate EMI.
特に、自動車に搭載する電子機器で問題となるラジオノイズ周波数帯域(〜200MHz)では、ハーネスの電源および基準電位であるグランド(以下、GNDという)用の配線を同じ位相で流れる高周波電流(コモンモード電流)がEMIの主因となる。このため、ハーネスが取り付けられた電子機器においては、このコモンモード電流の発生をいかに抑えるかが重要となる。 In particular, in a radio noise frequency band (up to 200 MHz), which is a problem in electronic devices mounted on automobiles, a high-frequency current (common mode) that flows in the same phase through a harness power source and a reference potential ground (hereinafter referred to as GND) wiring. Current) is the main cause of EMI. For this reason, in an electronic device to which a harness is attached, it is important how to suppress the generation of the common mode current.
本発明者が検討を行った所、マイコンなどデジタルデバイスが実装された電子機器におけるコモンモード電流の発生要因は、主に以下の2つがあると考える。第1には、LSIからの高速な信号出力配線や発振回路などの電位変動が激しい部分と他の配線との電気的な結合により発生する成分がある(電位変動駆動タイプ)。第2には、PCBの電源配線/GND配線など、高周波電流が多く流れる部分における配線インピーダンスのアンバランスによる不用意な反射などによる成分がある(電流駆動タイプ)。 As a result of studies by the present inventor, it is considered that there are mainly the following two factors that cause a common mode current in an electronic device in which a digital device such as a microcomputer is mounted. First, there is a component that is generated due to electrical coupling between a portion having a large potential fluctuation, such as a high-speed signal output wiring from an LSI or an oscillation circuit, and another wiring (potential fluctuation drive type). Second, there is a component due to inadvertent reflection due to imbalance of wiring impedance in a portion where high-frequency current flows, such as power supply wiring / GND wiring of PCB (current drive type).
前者の電位変動駆動タイプは、電流スペクトルにおいてマイコン動作周波数や信号駆動周波数の偶数倍に強いピークを持つ。一方、後者の電流駆動タイプは、電流スペクトルにおいてマイコン動作周波数の奇数倍に強いピークを持つ。 The former potential fluctuation drive type has a strong peak in the current spectrum at an even multiple of the microcomputer operating frequency and the signal driving frequency. On the other hand, the latter current drive type has a strong peak at an odd multiple of the microcomputer operating frequency in the current spectrum.
電子機器においてEMIを直接励振するコモンモード電流を抑制する方法として、このコモンモード電流を引き起こす要因となる高周波電流がLSIからPCB上の配線へ拡散するのを防止する方法が用いられている。 As a method of suppressing a common mode current that directly excites EMI in an electronic device, a method of preventing a high frequency current that causes the common mode current from diffusing from the LSI to the wiring on the PCB is used.
例えば特許文献1では、マイコン内部で発生した高周波電流の外部への拡散を防止するために、電源配線にパターンによるインダクタを形成し、低周波数通過型フィルタの効果を高めていた。また、特許文献4では、マイコンの出来るだけ近傍に、高周波電流バイパス用のキャパシタを実装している。
For example, in
しかし、特許文献1〜4による方法では、高周波電流の経路となるマイコン内部の電源配線/GND配線に依然としてインピーダンスのアンバランスが存在するため、マイコン内部でEMIの直接要因であるコモンモード電流の発生を抑制できない。
However, in the methods according to
本発明の目的は、不要電磁放射(EMI)を抑制することのできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing unnecessary electromagnetic radiation (EMI).
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、配線基板と、前記配線基板に搭載された半導体チップと、前記半導体チップに第1電源電位を供給する第1電源配線と、第2電源電位を供給する第2電源配線と、前記第1電源配線および前記第2電源配線の配線経路のインピーダンスを調整させるための第1素子と、前記第1電源配線と前記第2電源配線とを電気的に接続する第1キャパシタとを同一パッケージ内に備え、前記半導体チップが駆動する際の電流は、全て前記第1素子を経由して流れるように配線され、前記第1キャパシタは、前記半導体チップからの経路距離が、前記半導体チップから前記第1素子までの経路距離よりも遠い位置に接続されるように構成するものである。 That is, a wiring board, a semiconductor chip mounted on the wiring board, a first power supply wiring that supplies a first power supply potential to the semiconductor chip, a second power supply wiring that supplies a second power supply potential, and the first The first element for adjusting the impedance of the power supply wiring and the wiring path of the second power supply wiring, and the first capacitor that electrically connects the first power supply wiring and the second power supply wiring are included in the same package. The first capacitor is wired so as to flow through the first element, and the first capacitor has a path distance from the semiconductor chip from the first to the first chip. It is configured to be connected to a position farther than the path distance to the element.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、半導体装置のEMIを抑制することができる。 That is, EMI of the semiconductor device can be suppressed.
本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態1では、半導体装置の例として第1配線層および第2配線層を有する2層配線構造の配線基板に半導体チップが搭載され、半導体チップおよび配線基板の半導体チップ搭載面が封止樹脂で封止された半導体装置について説明する。このような半導体装置の例として、例えば、配線基板上にLSI(Large Scale Integrated Circuit)チップを搭載したマイコンパッケージがある。
(Embodiment 1)
In the first embodiment, as an example of a semiconductor device, a semiconductor chip is mounted on a wiring substrate having a two-layer wiring structure having a first wiring layer and a second wiring layer, and the semiconductor chip mounting surface of the semiconductor chip and the wiring substrate is sealed. A semiconductor device sealed with resin will be described. As an example of such a semiconductor device, for example, there is a microcomputer package in which an LSI (Large Scale Integrated Circuit) chip is mounted on a wiring board.
なお、本実施の形態1では説明を容易にするため、配線基板の配線層構造を2層構造として説明するが、配線層の数はこれに限定されない。半導体装置の機能、用途に応じて、2層よりも多い複数層の配線層を有する半導体装置に適用することができる。 In the first embodiment, for ease of explanation, the wiring layer structure of the wiring board is described as a two-layer structure, but the number of wiring layers is not limited to this. The semiconductor device can be applied to a semiconductor device having a plurality of wiring layers more than two layers depending on the function and application of the semiconductor device.
図1は、本実施の形態1の半導体装置のパッケージ内部における配線基板の第1配線層および第2配線層を上部から重ねて見た状態を示す平面図、図2は図1に示す平面図のうち、第1配線層のみを示した平面図、図3は図1に示す平面図のうち、第2配線層のみを示した平面図、図4は図1に示す半導体装置の等価回路図である。
FIG. 1 is a plan view showing a state in which the first wiring layer and the second wiring layer of the wiring board inside the package of the semiconductor device of
図1において、本実施の形態1の半導体装置100は配線基板1を備えている。配線基板は図1に示す第1配線層と、図3に示す第2配線層とからなる2層の配線層を備えており、最上層である第1配線層の表面には半導体チップ101が搭載されている。半導体チップ101は第1配線層の中央に搭載されており、半導体チップ101は封止樹脂(封止体)2により封止されている。
In FIG. 1, the
なお、図1は半導体装置100の配線基板1を封止樹脂2を透過して見た平面状態を示しているので、図1では封止樹脂2の外縁の輪郭のみを点線で示している。
1 shows a plan view of the
また、半導体チップ101の一方の主面に形成された電源用端子は、導電性部材であるワイヤ102を介して第1配線層に形成された電源配線(第1電源配線)105に電気的に接続されている。半導体チップ101には、電源配線105を経由して第1の電源電位(高電位側の電源電位)が供給される。
Further, the power supply terminal formed on one main surface of the
また、半導体チップ101の一方の主面に形成された上記第1の電源電位よりも低い基準電位(第2の電源電位:以下、GNDと示す)用の端子は、導電性部材であるワイヤ103を介して第1配線層に形成されたGND配線(第2電源配線)106に電気的に接続されている。半導体チップ101には、GND配線106を経由して第2の基準電位であるGNDが供給される。
Further, a terminal for a reference potential (second power supply potential: hereinafter referred to as GND) lower than the first power supply potential formed on one main surface of the
また、半導体チップ101の一方の主面に形成された信号用端子は、導電性部材であるワイヤ104を介して第1配線層に形成された信号配線107に電気的に接続されている。
The signal terminal formed on one main surface of the
また、第1配線層の電源配線105は、ビア108を介して第2配線層の電源配線116(図3参照)に電気的に接続されている。また、第1配線層のGND配線106は、ビア109を介して第2配線層のGND配線119(図3参照)に電気的に接続されている。ここで、ビア108およびビア109は、第1配線層を貫通して形成されたビアホールに導体を充填し、層間導電路としたものである。
Further, the
また、図2または図3に示すように、第2配線層の電源配線116はビア117を介して第1配線層に形成された電源配線118に電気的に接続され、第2配線層のGND配線119はビア120を介して第1配線層に形成されたGND配線121に電気的に接続されている。
Further, as shown in FIG. 2 or FIG. 3, the
図2に示す電源配線118は、半導体チップ101を駆動するための電源を供給するための外部端子にビア122および電源配線123(図3参照)を介して電気的に接続されている。このため、半導体チップ101が駆動する際の電源電流は、全て電源配線118を経由して流れることとなる。
The
また、図2に示すGND配線121は、基準電位を供給するための外部端子にビア124およびGND配線125(図3参照)を介して電気的に接続されている。このため、半導体チップ101が駆動する際のGND電流は、全てGND配線121を経由して流れることとなる。
2 is electrically connected to an external terminal for supplying a reference potential via a via 124 and a GND wiring 125 (see FIG. 3). For this reason, all of the GND current when the
また、電源配線118とGND配線121とは互いに沿うように配置されている。また、電源配線118とGND配線121は、半導体チップ101の外側の一つのコーナ部から配線基板1のコーナ部に向かって延在するように配置されている。
The
また、図2に示す電源配線118とGND配線121とはバイパスキャパシタ(第1キャパシタ)130を介して電気的に接続されている。また、図1に示すように電源配線118、GND配線121およびバイパスキャパシタ130は封止体2に内包されるように封止されている。
Further, the
また、図1に示すように、半導体装置100は、発振回路113および内部降圧電源用のキャパシタ114、高速信号出力用のダンピング抵抗115もパッケージ内部に備えている。
As shown in FIG. 1, the
ここで、本実施の形態1の半導体装置100は、パッケージ内部に、インピーダンスバランス素子(第1素子)111、112を備えている。インピーダンスバランス素子111、112は、半導体チップ101とバイパスキャパシタ130との間に配置されている。
Here, the
すなわち、インピーダンスバランス素子111、112は、半導体チップ101からの配線経路距離が、半導体チップ100からバイパスキャパシタ130までの配線経路距離よりも近い位置に接続されている。
That is, the
より詳しくは、半導体チップ101が駆動する際の全ての電源電流が流れる電源配線118にはインピーダンスバランス素子112が、半導体チップ101が駆動する際の全てのGND電流が流れるGND配線121にはインピーダンスバランス素子111が実装されている。
More specifically, the
このインピーダンスバランス素子112およびインピーダンスバランス素子111は半導体装置100の電源用の配線経路であるワイヤ102、電源配線105、ビア108、電源配線116、ビア117、および電源配線118と、GND用の配線経路であるワイヤ103、GND配線106、ビア109、GND配線119、ビア120、およびGND配線121とのインピーダンスを調整させるための素子である。
The
ここで、インピーダンスの調整とは、電源用の配線経路とGNDの配線経路のインピーダンス整合させることをいう。 Here, the adjustment of the impedance means matching the impedance between the power supply wiring path and the GND wiring path.
インピーダンスバランス素子111、112は半導体装置100の電源用の配線経路とGND用の配線経路の全体的なインピーダンス整合をする機能を備えていればよい。
The
このような機能を有する素子として、例えば、図4に示すようなインダクタを用いることができる。本実施の形態1では、電源配線118およびGND配線121の一部を、例えば蛇行させた配線パターンとすることにより、所望のインダクタンスを備えるインダクタ素子を形成している。
As an element having such a function, for example, an inductor as shown in FIG. 4 can be used. In the first embodiment, an inductor element having a desired inductance is formed by making a part of the
配線を所望の形状に加工したインダクタをインピーダンスバランス素子111、112として用いることにより、半導体装置100の製造工程において、インピーダンスバランス素子111、112を第1配線層の配線形成工程と同時に形成することができる。
By using the inductor in which the wiring is processed into a desired shape as the
このため、インピーダンスバランス素子111、112を個別素子として半導体装置100に実装する場合と比較して、製造工程を簡略化することが可能となる。また、半導体装置100の個別部品を少なくできるので製造コストを引き下げることも可能となる。
Therefore, the manufacturing process can be simplified as compared with the case where the
このインピーダンスバランス素子111、112をGND配線121および電源配線118にそれぞれ形成することにより、半導体チップ101を駆動する際に流れる電流は全てインピーダンスバランス素子111またはインピーダンスバランス素子112を流れることになる。
By forming the
このため、複雑な回路を要することなく、半導体装置100の電源用の配線経路と、GND用の配線経路とのインピーダンス整合を容易にとることが可能となる。
Therefore, impedance matching between the power supply wiring path of the
また、インピーダンスバランス素子111、112を半導体チップ101とバイパスキャパシタ130との間に配置することにより、バイパスキャパシタまでの電源用の配線経路とGND用の配線経路のインピーダンス整合を行うことができる。
Further, by arranging the
ここで、前記インピーダンス整合と、半導体装置100で発生するコモンモード電流との関係について図5から図7を用いて説明する。
Here, the relationship between the impedance matching and the common mode current generated in the
図5はプリント回路基板に本実施の形態1の半導体装置100を実装し、電源に接続されたハーネスを取り付けた状態を示す等価回路図である。図5において、本実施の形態1の半導体装置100は、プリント回路基板500に実装されている。また、プリント回路基板500には、電源配線501とGND配線502とを備えるハーネス503が電気的に接続されている。
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing a state where the
半導体装置100の電源配線105、116、118はプリント回路基板500の電源配線504を介してハーネス503の電源配線501に電気的に接続されている。また、半導体装置100のGND配線106、119、121はプリント回路基板500のGND配線505を介してハーネス503のGND配線502に電気的に接続されている。
The
また、図5において、半導体装置100の電源配線105、116、118とレファレンスとなるGND506との寄生容量を寄生容量507と、半導体装置100のGND配線106、119、121とリファレンスとなるGND506との寄生容量を寄生容量508として示している。
Further, in FIG. 5, the parasitic capacitance between the
ここで、半導体装置100に搭載された半導体チップ101が動作すると、ノイズの原因となる貫通電流509が電源配線105、116、118からGND配線106、119、121の方向に流れる。
Here, when the
図5に示す回路図は、図6に示す回路図に近似することができる。図6は、図5に示す回路図をノイズ発生メカニズムに着目して近似した等価回路図である。 The circuit diagram shown in FIG. 5 can be approximated to the circuit diagram shown in FIG. FIG. 6 is an equivalent circuit diagram obtained by approximating the circuit diagram shown in FIG. 5 focusing on the noise generation mechanism.
図6において、図5に示す半導体チップ101はノイズ発生源としての電圧源510と近似することができる。また、図5に示す電源配線105、116、118およびインピーダンスバランス素子112のインダクタンス成分を足し合わせてインダクタ511として示している。また、図5に示すGND配線106、119、121およびインピーダンスバランス素子111のインダクタンス成分を足し合わせてインダクタ512として示している。
In FIG. 6, the
また、図5に示すプリント回路基板500の電源配線504およびハーネス503の電源配線501のインピーダンスを足し合わせて図6に示すインピーダンス513と、プリント回路基板500のGND配線505およびハーネス503のGND配線502のインピーダンスを足し合わせて図6に示すインピーダンス514として示している。
Further, the impedances of the
ここで、図6に示す回路において、ラジオノイズで問題となる周波数帯域(〜200MHz)では、バイパスキャパシタ130のインピーダンスは、半導体装置100内のインダクタ511、512のインピーダンスと比較して十分に小さい。
Here, in the circuit shown in FIG. 6, the impedance of the
このため、図6に示す回路図は、図7に示す回路図に更に近似することができる。図7は図6に示す回路図を更に近似した回路図である。 Therefore, the circuit diagram shown in FIG. 6 can be further approximated to the circuit diagram shown in FIG. FIG. 7 is a circuit diagram further approximating the circuit diagram shown in FIG.
図7において、図5に示すハーネス503が半導体装置100に接続される回路上の点をノード515として示している。また、ハーネスを流れるコモンモード電流に着目すると、ハーネスのコモンモードインピーダンスを図7に示すようなインピーダンス516として表すことができる。
In FIG. 7, a point on the circuit where the
ここで、ハーネスを流れるコモンモード電流Icを抑制するための条件について説明する。 Here, conditions for suppressing the common mode current Ic flowing through the harness will be described.
図7において、インダクタ511、512のインダクタンスをそれぞれLv、Lgとし、寄生容量508、507のキャパシタンスをそれぞれCv、Cgとする。また、インピーダンス516をZc、ノード515とリファレンスとなるGND506(図5参照)との電位差をVc、電圧源510の電圧をVdとすると電位差Vcは式(1)で表すことができる。
In FIG. 7,
ここで、ハーネスを流れるコモンモード電流Icの大きさは電位差Vcに比例するので、Vcを小さくすることによりコモンモード電流Icを抑制することができる。このため、式(1)よりコモンモード電流Icを抑制するためのインダクタンスLv、LgおよびキャパシタンスCv、Cgに対する条件を得ることができる。これを式(2)に示す。 Here, since the magnitude of the common mode current Ic flowing through the harness is proportional to the potential difference Vc, the common mode current Ic can be suppressed by reducing Vc. For this reason, the conditions for the inductances Lv and Lg and the capacitances Cv and Cg for suppressing the common mode current Ic can be obtained from the equation (1). This is shown in equation (2).
インダクタンスLv、LgおよびキャパシタンスCv、Cgが、式(2)に示した関係となるように調整することにより、コモンモード電流Icを抑制することができる。 The common mode current Ic can be suppressed by adjusting the inductances Lv and Lg and the capacitances Cv and Cg to have the relationship shown in the expression (2).
本実施の形態1の半導体装置100はインピーダンスバランス素子111、112(図5)で、インダクタンスLv、LgおよびキャパシタンスCv、Cgが、式(2)の関係を満足するように調整することができる。このため、半導体装置100をハーネスが取り付けられたプリント回路基板に実装し、駆動した場合に発生するコモンモード電流Icの発生を抑制することができる。
The
次に、本実施の形態1の比較例として、図1に示す半導体装置100の構成のうち、インピーダンスバランス素子111、112を搭載してない半導体装置300を準備し、コモンモード電流の発生状況を確認した結果について説明する。
Next, as a comparative example of the first embodiment, a semiconductor device 300 not equipped with the
図8は、本実施の形態1の半導体装置100を実装した電子機器と、本実施の形態1の比較例である半導体装置300を実装した電子機器を稼働させた際に発生するコモンモード電流量を比較した説明図である。
FIG. 8 shows the amount of common mode current generated when an electronic device in which the
図8において丸いプロットを結んだ線は、本実施の形態1の半導体装置100を電子機器に実装し、該電子機器に取り付けたハーネスに流れる各周波数毎のコモンモード電流量を示す。また、四角いプロットを結んだ線は、本実施の形態1の比較例である半導体装置300を電子機器に実装し、該電子機器に取り付けたハーネスに流れる各周波数毎のコモンモード電流量を示す。
In FIG. 8, a line connecting round plots indicates the amount of common mode current for each frequency that flows through the harness attached to the electronic device when the
なお、比較例である半導体装置300は図1に示すインピーダンスバランス素子111、112が実装されていない点を除き、半導体装置100と同様の構成とした。また、図8において、横軸は周波数であり縦軸はコモンモード電流量(ノイズレベル)を示す。
The semiconductor device 300 as a comparative example has the same configuration as the
図8に示すように、本実施の形態1の半導体装置100を実装した電子機器は、半導体装置300を実装した電子機器と比較して、殆ど全ての周波数でEMIの原因となるコモンモード電流量が少なくなっていることがわかる。特に、FMラジオへのノイズ混入で問題となる80MHzにおいては、半導体装置100を実装した電子機器の方が、半導体装置300を実装した電子機器よりも20dBμA程度コモンモード電流量が少なくなっていることがわかる。
As shown in FIG. 8, the electronic device in which the
本実施の形態1の半導体装置100は、半導体装置内部にインピーダンスバランス素子111、112を備え、半導体装置内部の電源用の配線経路とGND用の配線経路のインピーダンスを整合させるので、半導体装置内部のコモンモード電流の発生を抑制することができる。このため、半導体装置100を実装した電子機器で発生する不要電磁放射(EMI)を抑制することが可能となる。
The
また、半導体装置100内部のコモンモード電流の発生を抑制することにより、半導体装置100を実装するプリント回路基板にEMIの発生を抑制するための複雑な回路を配置しなくともEMIを抑制することが可能となる。
Further, by suppressing the generation of the common mode current inside the
次に、本実施の形態1の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described.
(a)まず、図1に示す配線基板1を準備する。この配線基板準備工程では、配線基板1は図1に示すような配線基板1を複数個連結された状態で準備する。
(A) First, the
ここで、この配線基板準備工程の段階で、配線基板1には電源配線105、116、118、123と、GND配線106、119、121、125とが所定の配線パターンで形成され、配線基板1に形成された電源電位供給用の外部端子および基準電位供給用の外部端子にそれぞれ電気的に接続されている。また、信号配線107は、配線基板1に形成された電気信号入出力用の外部端子に電気的に接続されている。
Here, at the stage of this wiring board preparation process,
また、電源配線118にはインピーダンスバランス素子112が、GND配線121にはインピーダンスバランス素子111が、それぞれ形成されている。また、バイパスキャパシタ130、発振回路113、内部降圧電源用のキャパシタ114、高速信号出力用のダンピング抵抗115もそれぞれ配線基板1の主面に形成あるいは実装されている。
Further, an
(b)次に、(a)工程で準備した配線基板1の半導体チップ搭載領域に、半導体チップ101を実装する。この半導体チップ実装工程では、半導体チップ101を配線基板1の半導体チップ搭載領域に接着材を介して実装する。
(B) Next, the
また、半導体チップ101の主面に形成された電源用端子、GND用端子、信号用端子には、ワイヤ102、103、104がワイヤボンディングされ、電源配線105、GND配線106、信号配線107にそれぞれ電気的に接続される。
(c)次に、配線基板1上に形成された、半導体チップ101、ワイヤ102、103、104、電源配線105、118、GND配線106、121、信号配線107、発振回路113、内部降圧電源用のキャパシタ114、高速信号出力用のダンピング抵抗115、インピーダンスバランス素子111、112、およびバイパスキャパシタ130を封止樹脂2により封止する。
(C) Next,
(d)最後に、連結された状態の配線基板1を封止樹脂2ごと個片化し、半導体装置100が得られる。
(D) Finally, the
(実施の形態2)
前記実施の形態1ではインピーダンスバランス素子として、配線を所望の形状に加工することより得られるインダクタを用いる半導体装置について説明した。本実施の形態2では、インピーダンスバランス素子として個別部品素子を用いる半導体装置について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the semiconductor device using the inductor obtained by processing the wiring into a desired shape as the impedance balance element has been described. In the second embodiment, a semiconductor device using individual component elements as impedance balance elements will be described.
次に、図9および図10、図11、図12を用いて、実施の形態2を説明する。図9は、本実施の形態2の半導体装置のパッケージ内部における第1配線層および第2配線層を上部から重ねて見た状態を示す平面図、図10は図9に示す平面図のうち、第1配線層のみを示した平面図、図11は図9に示す平面図のうち、第2配線層のみを示した平面図、図12は図9に示す半導体装置の等価回路図である。
Next,
図9において、本実施の形態2の半導体装置200は、電源配線118は配線経路途中で分断されている。この分断箇所の配線端部には、素子搭載用の導電性部材である一対のインピーダンスバランス素子用パッド(第1端子)212が形成されている。
In FIG. 9, in the
また、GND配線121も配線経路途中で分断されており、この配線端部には素子搭載用の導電性部材である一対のインピーダンスバランス素子用パッド(第2端子)211が形成されている。
The
このインピーダンスバランス素子用パッド211、212に、それぞれ前記実施の形態1で説明したインピーダンスを調整する素子(第1素子)を個別素子として実装することにより、インピーダンスバランス素子用パッド211、212をそれぞれ電気的に接続することができる。
The impedance
本実施の形態2によれば、インピーダンスバランス素子用パッド211、212を形成することにより、半導体チップ101を駆動する際に流れる電流は全てインピーダンスバランス素子用パッド211、212に搭載したインピーダンスを調整するための素子を流れることになる。
According to the second embodiment, by forming the impedance
このインピーダンスバランス素子用パッド211、212に搭載される素子としては、例えば、インダクタの個別素子を用いることができる。
As an element mounted on the impedance
ここで、配線基板1に形成する各配線は、加工精度誤差などの理由によりインピーダンスの値が必ずしも一定にならない場合がある。本実施の形態2の半導体装置200は、半導体装置内部の各配線インピーダンスに応じた個別素子(インピーダンスバランス素子)を適宜選択して搭載することが可能となる。
Here, each wiring formed on the
このため、電源用の配線経路とGND用の配線経路のインピーダンスを整合させることができるので、半導体装置内部に発生するコモンモード電流を抑制でき、信頼性を向上させることが可能となる。 For this reason, since the impedance of the power supply wiring path and the GND wiring path can be matched, the common mode current generated in the semiconductor device can be suppressed, and the reliability can be improved.
また、本実施の形態2の半導体装置200は、ユーザーの実装条件に応じたインピーダンスバランス素子を実装することができる。このため、半導体装置の性能を向上させることが可能となる。
Moreover, the
次に、本実施の形態2である半導体装置200の製造方法について説明する。なお、本実施の形態2では、前記実施の形態1で説明した半導体装置100の製造方法と、(c)、(d)工程は共通するので、説明は省略する。
Next, a method for manufacturing the
(a)まず、図9に示す配線基板1を準備する。この配線基板準備工程では、配線基板1は図9に示すような配線基板1を複数個連結された状態で準備する。
(A) First, the
ここで、この配線基板準備工程の段階で、配線基板1には電源配線105、116、118、123と、GND配線106、119、121、125とが所定の配線パターンで形成され、配線基板1に形成された電源電位供給用の外部端子および基準電位供給用の外部端子にそれぞれ電気的に接続されている。また、信号配線107は、配線基板1に形成された電気信号入出力用の外部端子に電気的に接続されている。
Here, at the stage of this wiring board preparation process,
また、電源配線118およびGND配線121は図9に示すように分断されており、この配線端部には素子搭載用の一対のインピーダンスバランス素子用パッド212、211がそれぞれ形成されている。
Further, the
また、バイパスキャパシタ130、発振回路113、内部降圧電源用のキャパシタ114、高速信号出力用のダンピング抵抗115もそれぞれ配線基板1の主面に形成あるいは実装されている。
A
(b)次に、(a)工程で準備した配線基板1の半導体チップ搭載領域に、半導体チップ101を実装する。この半導体チップ実装工程では、半導体チップ101を配線基板1の半導体チップ搭載領域に接着材を介して実装する。
(B) Next, the
また、半導体チップ101の主面に形成された電源用端子、GND用端子、信号用端子には、ワイヤ102、103、104がワイヤボンディングされ、電源配線105、GND配線106、信号配線107にそれぞれ電気的に接続される。
ここで、本実施の形態2では次工程である(c)封止工程の前に、インピーダンスバランス素子用パッド211、212に、それぞれ電源用の配線経路とGND用の配線経路とのインピーダンス整合をさせるための個別素子であるインピーダンスバランス素子を実装する。
Here, in the second embodiment, before the (c) sealing step, which is the next step, impedance matching between the power supply wiring path and the GND wiring path is performed on the impedance
インピーダンスバランス素子の実装方法としては、例えば、はんだなどの導電性接続部材を介してインピーダンスバランス素子用パッド211、212に実装する方法を例示することができる。
As a mounting method of the impedance balance element, for example, a method of mounting on the impedance
(c)、(d)工程は前記実施の形態1で説明した製造方法と同様に製造することができる。 Steps (c) and (d) can be manufactured in the same manner as the manufacturing method described in the first embodiment.
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記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で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments of the invention. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、マイコンなどの能動回路を搭載する半導体装置を搭載する電子機器に適用することができる。 The present invention can be applied to an electronic device in which a semiconductor device having an active circuit such as a microcomputer is mounted.
1 配線基板
2 封止樹脂(封止体)
100、200、300 半導体装置
101 半導体チップ
102、103、104 ワイヤ
105、116、118、123 電源配線(第1電源配線)
106、119、121、125 GND配線(第2電源配線)
107 信号配線
108、109、117、120、122、124 ビア
111、112 インピーダンスバランス素子(第1素子)
113 発振回路
114 内部降圧電源用のキャパシタ
115 高速信号出力用ダンピング抵抗
130 バイパスキャパシタ(第1キャパシタ)
211 インピーダンスバランス素子用パッド(第2端子)
212 インピーダンスバランス素子用パッド(第1端子)
500 プリント回路基板
501、504 電源配線
502、505 GND配線
503 ハーネス
506 GND
507、508 寄生容量
509 貫通電流
510 電圧源
511、512 インダクタ
513、514、516 インピーダンス
515 ノード
1
100, 200, 300
106, 119, 121, 125 GND wiring (second power supply wiring)
107 Signal wiring 108, 109, 117, 120, 122, 124 Via 111, 112 Impedance balance element (first element)
113
211 Pad for impedance balance element (second terminal)
212 Pad for impedance balance element (first terminal)
500 Printed
507, 508
Claims (3)
前記配線基板上に搭載された半導体チップと、
前記半導体チップを封止する封止体とを備え、
前記配線基板は、
前記半導体チップに第1の電源電位を供給する第1電源配線と、
前記半導体チップに前記第1の電源電位よりも低い第2の電源電位を供給する第2電源配線と、
前記第1電源配線および前記第2電源配線の経路途中に配置され、前記第1電源配線と、前記第2電源配線とのインピーダンスを調整するための第1素子と、
前記第1電源配線および前記第2電源配線とを電気的に接続する第1キャパシタとを前記封止体に内包されるように備え、
前記第1素子は、前記半導体チップが駆動する際の電流が全て前記第1素子を経由して流れるように配置されており、
前記第1キャパシタは、前記半導体チップからの経路距離が、前記半導体チップから前記第1素子までの経路距離よりも遠い位置に接続されていることを特徴とする半導体装置。 A wiring board;
A semiconductor chip mounted on the wiring board;
A sealing body for sealing the semiconductor chip,
The wiring board is
A first power supply wiring for supplying a first power supply potential to the semiconductor chip;
A second power supply wiring for supplying a second power supply potential lower than the first power supply potential to the semiconductor chip;
A first element disposed in the middle of the path of the first power supply wiring and the second power supply wiring, for adjusting the impedance between the first power supply wiring and the second power supply wiring;
A first capacitor that electrically connects the first power supply wiring and the second power supply wiring is included in the sealing body;
The first element is arranged so that all the current when the semiconductor chip is driven flows through the first element,
The semiconductor device, wherein the first capacitor is connected to a position where a path distance from the semiconductor chip is longer than a path distance from the semiconductor chip to the first element.
前記第1素子は、前記第1電源配線および前記第2電源配線の各々の配線を所望の形状に加工することにより形成されたインダクタであることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the first element is an inductor formed by processing each of the first power supply wiring and the second power supply wiring into a desired shape.
前記第1電源配線は、その配線経路途中で分断され、その分断箇所の配線端部には素子搭載用の一対の第1端子が形成されており、
前記第2電源配線は、その配線経路途中で分断され、その分断箇所の配線端部には素子搭載用の一対の第2端子が形成されており、
前記第1素子は、前記第1電源配線の分断箇所に形成された一対の前記第1端子間、および前記第2電源配線の分断箇所に形成された一対の前記第2端子間をそれぞれ電気的に接続するように搭載されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first power supply wiring is divided in the middle of the wiring path, and a pair of first terminals for mounting elements is formed at the wiring end portion of the divided portion,
The second power supply wiring is divided in the middle of the wiring route, and a pair of second terminals for element mounting is formed at the wiring end portion of the divided portion,
The first element is electrically connected between the pair of first terminals formed at the dividing portion of the first power supply wiring and between the pair of second terminals formed at the dividing portion of the second power supply wiring. A semiconductor device is mounted so as to be connected to the semiconductor device.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2007-02-13 JP JP2007031644A patent/JP2008198761A/en active Pending
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