JP2008305429A - Non-volatile storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ICカードに実装されている半導体集集積回路チップの静電破壊(ESD(Electrostatic Discharge)破壊とも称する)を抑制する技術に関し、例えばマルチメディアカードなどのメモリカードに適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a technique for suppressing electrostatic breakdown (also referred to as ESD (Electrostatic Discharge) breakdown) of a semiconductor integrated circuit chip mounted on an IC card, and is effective when applied to a memory card such as a multimedia card. Regarding technology.
マルチメディアのデータ格納用として小型軽量化を実現した種々のメモリカードが提供されている。例えば、メモリとメモリコントローラをカード基板に搭載し、少ない数の信号でホスト装置とインタフェース可能にすることを特徴とするマルチメディアカードが提供されている。 Various memory cards that have been reduced in size and weight for multimedia data storage have been provided. For example, there is provided a multimedia card characterized in that a memory and a memory controller are mounted on a card substrate and can be interfaced with a host device with a small number of signals.
この種のメモリカードは、小型軽量化を優先させるが故に、ホスト装置に接続される接続端子をカード基板から露出させ、特別な端子保護カバーなどの機構は設けられていない。したがって、ホスト装置からメモリカードを離脱させたとき、露出端子に触れたりすると、その露出端子に接続する半導体集積回路チップが破壊される虞がある。通常、半導体集積回路チップには、入力回路の静電破壊を防止するための入力保護回路が一緒に集積されている。入力保護回路は、例えば、入力端子の入力信号振幅電圧に対して逆接続状態になるダイオードなどの素子を電源端子との間に配置して構成される。しかしながら、そのようなメモリカードは、単体で持ち運ばれたり、ホスト装置から頻繁に着脱される場合も予想され、静電破壊防止を強化することの有用性が本発明者によって見出された。 Since this type of memory card prioritizes reduction in size and weight, a connection terminal connected to the host device is exposed from the card substrate, and a special terminal protective cover or other mechanism is not provided. Therefore, when the memory card is removed from the host device, if the exposed terminal is touched, the semiconductor integrated circuit chip connected to the exposed terminal may be destroyed. Normally, an input protection circuit for preventing electrostatic breakdown of the input circuit is integrated together in the semiconductor integrated circuit chip. The input protection circuit is configured, for example, by disposing an element such as a diode that is reversely connected to the input signal amplitude voltage of the input terminal between the power supply terminal. However, such a memory card is expected to be carried alone or frequently detached from the host device, and the present inventors have found the usefulness of enhancing prevention of electrostatic breakdown.
ここで、上記メモリカードとは技術分野が異なるが、静電破壊に対する入力保護を強化する技術として、特開平10−209379号公報に記載の技術がある。これは、半導体基板上の電極層に対して静電気が放電し得る間隔(放電ギャップ)を隔てて金属配線層を形成することにより、電極層に静電気が進入したとき、その静電気を金属配線層に向かって放電させ、電極層に進入した静電気が半導体素子内部に進入するのを防止しようとするものである。また、特開平7−271937号公報には半導体集積回路チップの外に静電破壊防止のための外付けMOSFETのゲート・ソース電極間保護ダイオードを採用した回路が示されている。 Here, although the technical field is different from that of the memory card, there is a technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-209379 as a technique for enhancing input protection against electrostatic breakdown. This is because when a metal wiring layer is formed with an interval (discharge gap) at which static electricity can be discharged from the electrode layer on the semiconductor substrate, when static electricity enters the electrode layer, the static electricity is transferred to the metal wiring layer. It is intended to prevent static electricity that has been discharged toward the electrode layer from entering the inside of the semiconductor element. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-271937 discloses a circuit that employs a gate-source electrode protection diode of an external MOSFET for preventing electrostatic breakdown in addition to a semiconductor integrated circuit chip.
また、各種回路の過電圧保護の観点より、半導体セラミックスを用いたバリスタが提供されている。 Also, varistors using semiconductor ceramics are provided from the viewpoint of overvoltage protection of various circuits.
本発明者は接続端子を露出したメモリカードなどのICカードに関する静電破壊防止を強化する観点より、以下の検討を行った。 The present inventor conducted the following investigation from the viewpoint of enhancing prevention of electrostatic breakdown related to an IC card such as a memory card with exposed connection terminals.
第1に、静電破壊防止の強化に役立つエネルギー耐量を得るのに素子サイズの大きなツェナーダイオード等を半導体集積回路チップに集積すると、回路素子が微細化された中で面積効率が悪くなり、著しくコストを上昇させることが明らかになった。 First, when a Zener diode or the like having a large element size is integrated on a semiconductor integrated circuit chip to obtain an energy resistance that is useful for strengthening prevention of electrostatic breakdown, the area efficiency deteriorates as the circuit element is miniaturized. It became clear that it would increase the cost.
第2に、半導体集積回路チップに過電圧保護用の素子を外付けして静電破壊防止強化策を講ずる場合、半導体集積回路チップに内蔵された過電圧保護回路の特性や能力との関係を考慮しなければ静電破壊防止の実効が上がらず、また、外付け回路素子が大き過ぎたり多過ぎたりしてICカードのサイズや厚さを大きくする虞のあることが明らかにされた。上記従来技術にはそのような観点は示されていない。本明細書において過電圧とは、静電的に発生するサージ電圧若しくは過渡電圧を意味する。 Secondly, when taking measures to prevent electrostatic breakdown by externally attaching an overvoltage protection element to a semiconductor integrated circuit chip, consider the relationship with the characteristics and capabilities of the overvoltage protection circuit built into the semiconductor integrated circuit chip. Otherwise, it has been clarified that prevention of electrostatic breakdown is not effective, and there is a possibility that the size and thickness of the IC card may be increased due to excessive or excessive external circuit elements. Such a viewpoint is not shown in the above prior art. In the present specification, the overvoltage means a surge voltage or a transient voltage generated electrostatically.
第3に、外付け回路素子による静電破壊防止強化策を講じても、取扱者の無知などによる予期せぬ扱いを受けた場合でも破壊から絶対に免れるという保証はないから、更に万全を期することが必要である。 Third, even if countermeasures to prevent electrostatic breakdown with external circuit elements are taken, there is no guarantee that they will be absolutely immune from destruction even if they are treated unexpectedly by the ignorance of the operator. It is necessary to.
第4に、半導体集積回路チップの入力回路が静電破壊しても、メモリのデータだけは無事な場合も想定でき、そのような時は、メモリカードのデータリカバリを可能にすることが、データの救済という点で優れ、メモリカードの記憶媒体としての安全性も増すことができる。 Fourth, even if the input circuit of the semiconductor integrated circuit chip is electrostatically destroyed, it can be assumed that only the data in the memory is safe. In such a case, data recovery of the memory card is possible. This is excellent in terms of relief, and the safety of the memory card as a storage medium can be increased.
第5に、外付け回路素子による静電破壊防止強化策を講ずれば、少なくとも、その分だけカード基板上の空き領域が減り、そのような場合にも、信号線の不所望なリークによる誤動作の原因になる配線パターンの密集やボンディングワイヤの密集を避けることができる工夫も必要になる。これは、メモリカードの記憶容量を増大させるときにも必要な考慮である。 Fifth, if measures for strengthening the prevention of electrostatic breakdown with external circuit elements are taken, at least the amount of free space on the card substrate is reduced, and even in such a case, malfunction due to undesired leakage of signal lines It is also necessary to devise a technique that can avoid dense wiring patterns and dense bonding wires. This is also a necessary consideration when increasing the storage capacity of the memory card.
本発明の目的は、半導体集積回路チップのコストを上昇させることなくそれに対する静電破壊防止を強化することができるICカードを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an IC card capable of enhancing prevention of electrostatic breakdown without increasing the cost of a semiconductor integrated circuit chip.
本発明の他の目的は、カードのサイズや厚さを大きく変化させることなく、半導体集積回路チップに過電圧保護素子を外付けして静電破壊防止を強化することができるICカードを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an IC card capable of strengthening prevention of electrostatic breakdown by externally attaching an overvoltage protection element to a semiconductor integrated circuit chip without greatly changing the size and thickness of the card. It is in.
本発明のその他の目的は、取扱者の無知などによる予期せぬ扱いに起因した静電破壊の予防も期待できるICカードを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an IC card that can be expected to prevent electrostatic breakdown due to unexpected handling due to ignorance of the operator.
本発明のその他の目的は、半導体集積回路チップの入力回路が静電破壊しても、メモリのデータが無事な場合には、メモリカードのデータを容易にリカバリすることが可能なICカードを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an IC card capable of easily recovering data in a memory card when the data in the memory is safe even if the input circuit of the semiconductor integrated circuit chip is electrostatically damaged. There is to do.
本発明のその他の目的は、外付け回路素子による静電破壊防止強化策によってカード基板上の空き領域が減っても、信号線の不所望なリークによる誤動作の原因になる配線パターンの密集やボンディングワイヤの密集を避けることができるICカードを提供することにある。 Another object of the present invention is that even if the empty area on the card substrate is reduced by the countermeasure for preventing electrostatic breakdown by an external circuit element, the wiring pattern is densely bonded or bonded, which may cause malfunction due to undesired leakage of the signal line. An object of the present invention is to provide an IC card capable of avoiding crowding of wires.
本発明の更にその他の目的は、比較的小さなサイズに比較的大きな記憶容量を持つICカードを提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide an IC card having a relatively large storage capacity in a relatively small size.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及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下記の通りである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
〔1〕半導体集積回路チップに集積された第1の過電圧保護素子との関係を考慮して静電破壊防止を強化することができる第2の過電圧保護素子を半導体集積回路チップに外付けする。すなわち、カード基板に半導体集積回路チップを有し、複数個の接続端子を露出させたICカードであって、前記接続端子は前記半導体集積回路チップの所定の外部端子に接続され、前記半導体集積回路チップには前記外部端子に接続する第1の過電圧保護素子が集積され、前記カード基板には前記接続端子に接続する第2の過電圧保護素子が実装されている。 [1] Considering the relationship with the first overvoltage protection element integrated in the semiconductor integrated circuit chip, a second overvoltage protection element capable of enhancing prevention of electrostatic breakdown is externally attached to the semiconductor integrated circuit chip. That is, an IC card having a semiconductor integrated circuit chip on a card substrate and exposing a plurality of connection terminals, wherein the connection terminals are connected to predetermined external terminals of the semiconductor integrated circuit chip. A first overvoltage protection element connected to the external terminal is integrated on the chip, and a second overvoltage protection element connected to the connection terminal is mounted on the card substrate.
このとき、第1の観点によると、前記第2の過電圧保護素子は、前記第1の過電圧保護素子を上まわる電流許容能力を有する可変抵抗素子である。 At this time, according to the first aspect, the second overvoltage protection element is a variable resistance element having a current permissible capacity exceeding the first overvoltage protection element.
第2の観点によると、前記第2の過電圧保護素子に定格電圧よりも大きな電圧を印加することによって規定のパルス電流を流すのに必要な印加電圧は、前記第1の過電圧保護素子にとって前記規定のパルス電流よりも少ない電流しか流すことのできない電圧である。 According to the second aspect, an applied voltage required to flow a prescribed pulse current by applying a voltage larger than a rated voltage to the second overvoltage protection element is the regulation voltage for the first overvoltage protection element. It is a voltage that allows only a smaller amount of current to flow through.
第3の観点によると、前記第2の過電圧保護素子は、前記第1の過電圧保護素子よりも大きな破壊電圧を有する可変抵抗素子である。 According to a third aspect, the second overvoltage protection element is a variable resistance element having a breakdown voltage larger than that of the first overvoltage protection element.
第4の観点によると、前記第2の過電圧保護素子は、前記第1の過電圧保護素子よりも大きな容量を有する素子である。 According to a fourth aspect, the second overvoltage protection element is an element having a larger capacity than the first overvoltage protection element.
これにより高速サージパルスを低抵抗でバイパスすることができる。 As a result, the high-speed surge pulse can be bypassed with a low resistance.
第5の観点によると、前記第2の過電圧保護素子の降伏電圧は前記第1の過電圧保護素子の破壊電圧よりも小さい。 According to a fifth aspect, the breakdown voltage of the second overvoltage protection element is smaller than the breakdown voltage of the first overvoltage protection element.
第6の観点によると、前記第2の過電圧保護素子の降伏電圧は前記第1の過電圧保護素子によって保護される回路の破壊電圧よりも小さい。 According to a sixth aspect, the breakdown voltage of the second overvoltage protection element is smaller than the breakdown voltage of the circuit protected by the first overvoltage protection element.
上記何れの観点においても、第2の過電圧保護素子には、半導体集積回路チップに内蔵された第1の過電圧保護素子の特性や能力との関係が考慮されているから、それによる静電破壊防止効果を実効あるものとすることができる。 In any of the above viewpoints, the second overvoltage protection element takes into consideration the relationship with the characteristics and capabilities of the first overvoltage protection element incorporated in the semiconductor integrated circuit chip. The effect can be effective.
前記第2の過電圧保護素子は、一端を前記カード基板の電源用接続端子に接続し、他端を信号用接続端子に接続してよい。この信号用接続端子は半導体集積回路チップの対応外部端子に接続されている。このとき、前記信号用接続端子から対応する第2の過電圧保護素子に至るまでの信号伝播距離は、前記信号用接続端子から半導体集積回路チップの対応外部端子に至るまでの信号伝播距離よりも短い。これにより、過電圧によって第2の過電圧保護素子が機能する前に半導体集積回路チップが過電圧による破壊的な影響を直接受けることを阻止できる。 The second overvoltage protection element may have one end connected to the power supply connection terminal of the card substrate and the other end connected to the signal connection terminal. This signal connection terminal is connected to a corresponding external terminal of the semiconductor integrated circuit chip. At this time, the signal propagation distance from the signal connection terminal to the corresponding second overvoltage protection element is shorter than the signal propagation distance from the signal connection terminal to the corresponding external terminal of the semiconductor integrated circuit chip. . Thereby, it is possible to prevent the semiconductor integrated circuit chip from being directly affected by the destructive effect of the overvoltage before the second overvoltage protection element functions due to the overvoltage.
前記第2の過電圧保護素子には、半導体セラミックスを主体とした面実装型のバリスタ、チップダイオードアレイ、チップコンデンサ又はチップトランジスタを採用してよい。これは、第2の過電圧保護素子の実装面積若しくは占有面積を小さくすることを可能にする。面実装により製造コストを低減できる。 The second overvoltage protection element may be a surface mount type varistor mainly composed of semiconductor ceramics, a chip diode array, a chip capacitor, or a chip transistor. This makes it possible to reduce the mounting area or occupied area of the second overvoltage protection element. Manufacturing costs can be reduced by surface mounting.
ICカードとしてマルチメディアカードのようなメモリカードを想定したとき、前記半導体チップはコントローラチップであり、このコントローラチップに接続される単数又は複数個のメモリチップ(例えば不揮発性メモリチップ)が更に前記カード基板に搭載される。前記コントローラチップは外部からの指示に従って前記メモリチップに対するリード・ライト動作を制御するメモリコントロール機能を有する。 When a memory card such as a multimedia card is assumed as an IC card, the semiconductor chip is a controller chip, and one or more memory chips (for example, a nonvolatile memory chip) connected to the controller chip are further included in the card. Mounted on the board. The controller chip has a memory control function for controlling a read / write operation with respect to the memory chip in accordance with an instruction from the outside.
データセキュリティー若しくは著作権保護などを考慮する場合には、前記コントローラチップには、前記メモリチップに書込むデータに対して暗号化を行い、前記メモリチップから読み出したデータに対して復号を行う機密保護機能を採用してよい。 When considering data security or copyright protection, the controller chip encrypts the data to be written to the memory chip and decrypts the data read from the memory chip. A function may be adopted.
ICカードの製造過程においても静電破壊の防止を考慮するなら、前記接続端子に接続する第2の過電圧保護素子を前記カード基板に先に実装し、その後で、前記接続端子に前記半導体集積回路チップの所定の外部端子を接続するとよい。これにより、前記半導体集積回路チップを接続する工程で第2の過電圧保護素子による保護を受けられる。 In consideration of prevention of electrostatic breakdown even in the manufacturing process of an IC card, a second overvoltage protection element connected to the connection terminal is first mounted on the card substrate, and then the semiconductor integrated circuit is connected to the connection terminal. A predetermined external terminal of the chip may be connected. Thus, the second overvoltage protection element can be protected in the step of connecting the semiconductor integrated circuit chips.
〔2〕カード基板に半導体集積回路チップを有し、複数個の接続端子が露出され、前記接続端子には前記半導体集積回路チップの所定の外部端子が接続され、前記半導体集積回路チップには前記外部端子に接続する第1の過電圧保護素子が集積され、前記カード基板には前記接続端子に接続する第2の過電圧保護素子が実装されたICカードに関し、前記第2の過電圧保護素子はカード基板に形成されている導電パターンに面実装で接続してよい。第2の過電圧保護素子の実装コストを低減できる。 [2] A semiconductor integrated circuit chip is provided on the card substrate, a plurality of connection terminals are exposed, predetermined external terminals of the semiconductor integrated circuit chip are connected to the connection terminals, and the semiconductor integrated circuit chip is connected to the semiconductor integrated circuit chip. A first overvoltage protection element connected to an external terminal is integrated, and the card board is mounted with a second overvoltage protection element connected to the connection terminal. The second overvoltage protection element is a card board. The conductive pattern may be connected to the conductive pattern by surface mounting. The mounting cost of the second overvoltage protection element can be reduced.
ICカードとしてマルチメディアカードのようなメモリカードを想定したとき、前記半導体チップはコントローラチップであり、このコントローラチップに接続される単数又は複数個のメモリチップが更に前記カード基板に搭載されることになる。このとき、前記接続端子とコントローラチップの外部端子との接続にボンディングワイヤを用い、前記コントローラチップとメモリチップとの接続にボンディングワイヤを用いてよい。これにより、前記ボンディングワイヤによる接続と同機能の多数の配線パターンをカード基板に密集させて形成しなくてもよい。コントローラチップやメモリチップの上方空間を配線に利用できる。したがって、カード基板のコスト低減に寄与することができる。 When a memory card such as a multimedia card is assumed as an IC card, the semiconductor chip is a controller chip, and one or more memory chips connected to the controller chip are further mounted on the card substrate. Become. At this time, a bonding wire may be used for connection between the connection terminal and the external terminal of the controller chip, and a bonding wire may be used for connection between the controller chip and the memory chip. Thereby, a large number of wiring patterns having the same function as the connection by the bonding wires need not be formed densely on the card substrate. The space above the controller chip and memory chip can be used for wiring. Therefore, it can contribute to the cost reduction of the card substrate.
複数個のメモリチップをボンディングワイヤでコントローラチップに並列的に接続するとき、ボンディングワイヤの引き回し長さを短くするという観点より、前記メモリチップを夫々の外部端子が露出するように位置をずらして複数個重ねられた状態で前記カード基板に実装するとよい。これにより、夫々のメモリチップを重ねずに配置する場合に比べて、コントローラチップとの距離が短くなり、ボンディングワイヤの引き回し長さが短くなる。したがって、ボンディングワイヤの不所望な接触や断線の虞を低減することができる。特にこの時、前記カード基板の前記一面の表面積は前記メモリチップ及びコントローラチップの延べ面積よりも大きくされているという条件を保つとよい。これは、カード基板の一面だけに配線層を形成するという制約条件にも充分対処できるだけの余裕スペースをカード基板に確保することができるようにするための考慮である。単にカード基板の面積を小さくするためにメモリチップを重ねて実装することとは考え方が異なる。 When a plurality of memory chips are connected in parallel to the controller chip with bonding wires, the memory chip is shifted in position so that each external terminal is exposed from the viewpoint of shortening the length of the bonding wire. It is good to mount in the said card | curd board | substrate in the state piled up. Thereby, compared with the case where each memory chip is not stacked, the distance from the controller chip is shortened, and the length of the bonding wire is shortened. Therefore, the possibility of undesired contact and disconnection of the bonding wire can be reduced. In particular, at this time, it is preferable to maintain a condition that the surface area of the one surface of the card substrate is larger than the total area of the memory chip and the controller chip. This is a consideration for ensuring that the card board has a sufficient space enough to cope with the constraint that the wiring layer is formed only on one surface of the card board. The idea is different from simply stacking memory chips in order to reduce the area of the card substrate.
〔3〕複数個のメモリチップと前記メモリチップを制御するコントローラチップとをカード基板の一面に実装して成るICカードに関し、前記メモリチップは夫々の外部端子を露出するように位置をずらして複数個重ねられた状態で前記カード基板に実装するとき、前記コントローラチップから相互に同一信号を受けるメモリチップの外部端子を、ボンディングワイヤで順次直列接続する。所謂ステッチ縫いのようなボンディング手法を採用する。コントローラチップから各外部端子に別々にボンディングワイヤで接続する場合に比べてボンディングワイヤを全体として短くでき、この点においても、ボンディングワイヤの密集による不所望な接触や断線の虞を低減することができる。 [3] With respect to an IC card in which a plurality of memory chips and a controller chip for controlling the memory chips are mounted on one surface of the card substrate, the memory chips are shifted in position so as to expose respective external terminals. When mounted on the card substrate in a stacked state, the external terminals of the memory chips that receive the same signal from the controller chip are sequentially connected in series with bonding wires. A bonding technique such as so-called stitch sewing is employed. The bonding wire can be shortened as a whole as compared with the case where the controller chip is connected to each external terminal separately by bonding wires, and also in this respect, the possibility of undesired contact and disconnection due to the dense bonding wires can be reduced. .
また、複数個のメモリチップと前記メモリチップを制御するコントローラチップとをカード基板の一面に実装して成るICカードに関し、前記メモリチップを夫々の外部端子を露出するように位置をずらして複数個重ねられた状態で前記カード基板に実装するとき、前記メモリチップのチップ選択信号入力用の外部端子を不揮発性メモリチップの外部端子配列の端に位置させて、夫々別々にボンディングワイヤで前記コントローラチップに接続する。複数個のメモリチップが別々にチップ選択されるべき構成では、チップ選択信号入力用の外部端子はコントローラチップのチップ選択信号出力用外部端子に別々に接続されていなければならず、前記ステッチボンディングのような手法を採用できないが、チップ選択用外部端子はメモリチップの端に配置されているから、その他のボンディングワイヤに邪魔されずに必要な接続を採ることが容易になる。 The present invention also relates to an IC card in which a plurality of memory chips and a controller chip for controlling the memory chip are mounted on one surface of a card substrate, and the memory chips are shifted in position so as to expose respective external terminals. When mounted on the card substrate in a stacked state, the external chip for inputting the chip selection signal of the memory chip is positioned at the end of the external terminal array of the nonvolatile memory chip, and the controller chip is separately bonded with a bonding wire. Connect to. In a configuration in which a plurality of memory chips are to be selected separately, the external terminals for chip selection signal input must be connected separately to the external terminals for chip selection signal output of the controller chip. Although such a technique cannot be adopted, the external terminal for chip selection is arranged at the end of the memory chip, so that it becomes easy to make a necessary connection without being obstructed by other bonding wires.
〔4〕カード基板に実装されるメモリチップ及びコントローラチップ等の配列に関しては、列状の配列を採用してよい。即ち、メモリチップはコントローラチップに接続され、カード基板に形成された接続端子は前記コントローラチップの所定の外部端子に接続され、前記コントローラチップには前記外部端子に接続する第1の過電圧保護素子が集積され、前記カード基板には前記接続端子に接続する第2の過電圧保護素子が実装されている。そして、前記接続端子から離れる距離を、前記第2の過電圧保護素子、コントローラチップ、複数個のメモリチップの順に大きくして、それらを前記カード基板の一辺から対向辺に向けて列状に配置する。この列状配置により、最終的に過電圧を逃がすための第2の過電圧保護素子が過電圧印加端である接続端子に最も近く、データを格納したメモリチップが最も遠くなり、半導体チップの静電破壊防止という観点、そして、データ保護という観点において、高い信頼性を得ることができる。 [4] Regarding the arrangement of memory chips, controller chips and the like mounted on the card substrate, a row arrangement may be adopted. That is, the memory chip is connected to the controller chip, the connection terminal formed on the card substrate is connected to a predetermined external terminal of the controller chip, and the controller chip has a first overvoltage protection element connected to the external terminal. A second overvoltage protection element that is integrated and connected to the connection terminal is mounted on the card substrate. Then, the distance away from the connection terminal is increased in the order of the second overvoltage protection element, the controller chip, and the plurality of memory chips, and these are arranged in a row from one side of the card substrate to the opposite side. . With this arrangement, the second overvoltage protection element for finally releasing the overvoltage is closest to the connection terminal which is the overvoltage application terminal, the memory chip storing the data is the farthest, and the electrostatic breakdown of the semiconductor chip is prevented. And high reliability in terms of data protection.
この場合にも前述と同様に、前記メモリチップを夫々の外部端子が露出するように位置をずらして重ねられた状態で前記カード基板に実装してよい。 Also in this case, as described above, the memory chip may be mounted on the card substrate in a state where the memory chips are stacked while being shifted in position so that the external terminals are exposed.
カード基板に実装されるメモリチップ及びコントローラチップ等の配列は列状配列に限定されない。前記カード基板の隣接2辺の内の一方の辺に沿って前記複数個の接続端子が配列されているとき、前記隣接2辺の他方の辺に長手方向を沿わせてメモリコントローラを配置し、前記複数個のメモリチップを前記接続端子の配列方向とは略直角な向きに並列させる。カード基板から露出される接続端子は前記コントローラチップの所定の外部端子に接続され、前記コントローラチップには前記外部端子に接続する第1の過電圧保護素子が集積され、前記メモリチップは前記コントローラチップに接続される。接続端子とコントローラチップとをカード基板の隣接2辺に寄せて配置するレイアウト構成によれば、メモリチップの実装密度若しくは実装個数を増やすことが容易になる。前記メモリチップは、夫々の外部端子を露出するように位置をずらした状態で複数枚重ねられた第1グループと、同様に複数枚重ねられた第2グループとに分けられた状態で並列すれば、ICカードの高さも抑えることが容易になる。前記カード基板には前記接続端子に接続する第2の過電圧保護素子を前記接続端子の配列方向に沿って実装してよい。 The arrangement of memory chips, controller chips and the like mounted on the card substrate is not limited to a row arrangement. When the plurality of connection terminals are arranged along one of the two adjacent sides of the card substrate, a memory controller is arranged along the longitudinal direction of the other side of the two adjacent sides, The plurality of memory chips are arranged in parallel in a direction substantially perpendicular to the arrangement direction of the connection terminals. A connection terminal exposed from the card substrate is connected to a predetermined external terminal of the controller chip, a first overvoltage protection element connected to the external terminal is integrated in the controller chip, and the memory chip is integrated in the controller chip. Connected. According to the layout configuration in which the connection terminals and the controller chip are arranged close to the two adjacent sides of the card substrate, it is easy to increase the mounting density or the mounting number of the memory chips. The memory chips may be arranged in parallel in a state where the memory chips are divided into a first group in which a plurality of sheets are stacked in a state shifted to expose each external terminal, and a second group in which a plurality of sheets are similarly stacked. It becomes easy to suppress the height of the IC card. A second overvoltage protection element connected to the connection terminal may be mounted on the card board along the arrangement direction of the connection terminals.
〔5〕カード基板の両面に導電パターンを形成してICカードを構成する場合に、導電パターンの接続には一般にカード基板を貫通するスルーホールを利用することができる。このとき、前記スルーホールは、前記半導体集積回路チップと共にカード基板の他面を覆うモールド領域から外に配置するとよい。圧力をかけてモールドを行うとき、モールド樹脂がスルーホールを介してカード基板の裏側に漏れる虞を排除することができる。 [5] When an IC card is formed by forming a conductive pattern on both sides of a card substrate, generally a through hole penetrating the card substrate can be used for connection of the conductive pattern. At this time, the through hole may be disposed outside a mold region that covers the other surface of the card substrate together with the semiconductor integrated circuit chip. When molding is performed by applying pressure, it is possible to eliminate the possibility that the mold resin leaks to the back side of the card substrate through the through hole.
ICカードから露出される接続端子にスルーホールを形成する場合、当該スルーホールを前記接続端子の摺動面に対して偏倚した位置に形成するとよい。これにより、ICカードを装着スロットから着脱しても、スロットの端子はスルーホールに摺接せず、機械的な力を作用することはないから、接続端子のパターンにスルーホールからクラックが入ったりして損傷する虞を未然に防止することができる。 When forming a through hole in the connection terminal exposed from the IC card, the through hole may be formed at a position biased with respect to the sliding surface of the connection terminal. As a result, even if the IC card is removed from the mounting slot, the slot terminals do not slide into the through holes, and no mechanical force is applied, so the connection terminal pattern may crack from the through holes. This can prevent the possibility of damage.
カード基板の一面に複数個の接続端子が露出され、前記カード基板の他面に半導体集積回路チップが実装され、前記接続端子に前記半導体集積回路チップの所定の外部端子が接続され、前記半導体集積回路チップには前記外部端子に接続する第1の過電圧保護素子が集積され、前記カード基板の他面には前記接続端子に接続する第2の過電圧保護素子が実装されたICカードに関し、前記半導体集積回路チップ及び第2の過電圧保護素子と共にカード基板の他面を金属キャップで覆うとよい。また、この金属キャップは板金の絞り、鍛造法、ダイキャスト法で形成することができる。これにより、樹脂キャプに比べて、EMI(Electro Magnetic Interference:電磁波妨害)対策になり、機械的な締め付けによる封止や高温のキャプ封止も可能になる。樹脂キャップにおいても、フェライト等の電磁波吸収材料を混合することもできる。ESD対策としてはカーボン等の導電粒子を混合できる。 A plurality of connection terminals are exposed on one surface of the card substrate, a semiconductor integrated circuit chip is mounted on the other surface of the card substrate, a predetermined external terminal of the semiconductor integrated circuit chip is connected to the connection terminal, and the semiconductor integrated circuit The circuit chip is integrated with a first overvoltage protection element connected to the external terminal, and the second overvoltage protection element connected to the connection terminal is mounted on the other surface of the card substrate. The other surface of the card substrate together with the integrated circuit chip and the second overvoltage protection element may be covered with a metal cap. The metal cap can be formed by sheet metal drawing, forging, or die casting. Thereby, compared with a resin cap, it becomes a measure against EMI (Electro Magnetic Interference), and sealing by mechanical tightening and high temperature cap sealing are also possible. Also in the resin cap, an electromagnetic wave absorbing material such as ferrite can be mixed. As ESD countermeasures, conductive particles such as carbon can be mixed.
カード基板近傍で生ずる静電気放電による影響を緩和するためにカード基板に導電性シールドパターンを採用してよい。即ち、カード基板の一面に複数個の接続端子が露出され、前記カード基板の他面に半導体集積回路チップが実装されたICカードであって、前記接続端子は前記半導体集積回路チップの所定の外部端子に接続され、前記半導体集積回路チップには前記外部端子に接続する第1の過電圧保護素子が集積され、前記カード基板の他面には前記接続端子に接続する第2の過電圧保護素子が実装され、前記カード基板の一面には前記接続端子を除く領域に導電性シールドパターンを形成し、前記導電性シールドパターンをグランド電源供給用の前記接続端子に接続し、又はどの接続端子とも非接触にする。前記導電性シールドパターンは静電気を分散させる。 In order to mitigate the influence of electrostatic discharge generated in the vicinity of the card substrate, a conductive shield pattern may be adopted for the card substrate. That is, an IC card in which a plurality of connection terminals are exposed on one surface of a card substrate and a semiconductor integrated circuit chip is mounted on the other surface of the card substrate, the connection terminals being a predetermined external portion of the semiconductor integrated circuit chip. A first overvoltage protection element connected to the external terminal is integrated on the semiconductor integrated circuit chip, and a second overvoltage protection element connected to the connection terminal is mounted on the other surface of the card substrate. A conductive shield pattern is formed on one surface of the card substrate in a region excluding the connection terminal, and the conductive shield pattern is connected to the connection terminal for supplying ground power, or is not in contact with any connection terminal. To do. The conductive shield pattern disperses static electricity.
〔6〕ICカード取扱者の無知等による予期せぬ扱いを受けたときの静電破壊の予防という観点から、複数個の接続端子を露出させて半導体集積回路チップを実装してあるICカードの表面に、当該ICカードを指で持つ位置を明示するための表示(例えば着脱時に指で持つ位置に印刷した指の形の表示)を設けておく。また、ICカードの表面に前記接続端子に触れないように促す注意書きを設ける。さらに、ICカードを包装した包装材に、ICカードの前記接続端子に触れないように促す注意書きを設けておく。 [6] From the viewpoint of prevention of electrostatic breakdown when the IC card handler receives unexpected handling due to ignorance, etc., an IC card having a semiconductor integrated circuit chip mounted with a plurality of connection terminals exposed. A display for clearly indicating the position of the IC card to be held with a finger (for example, a display of a finger shape printed at a position to be held by the finger at the time of attachment / detachment) is provided on the surface. In addition, a cautionary note is provided on the surface of the IC card to prevent touching the connection terminal. Further, a cautionary note is provided on the packaging material that wraps the IC card so as not to touch the connection terminal of the IC card.
〔7〕記憶データのリカバリという観点に着目したICカードは、複数個の接続端子を露出させ、カード基板に複数個のメモリチップと前記メモリチップを制御するコントローラチップとを実装し、前記接続端子は前記コントローラチップの第1群の外部端子に接続され、前記メモリチップは前記コントローラチップの第2群の外部端子に接続され、前記第2群の外部端子に接続するデータ評価用端子を前記カード基板に形成しておく。 [7] An IC card focused on the recovery of stored data has a plurality of connection terminals exposed, a plurality of memory chips and a controller chip for controlling the memory chips mounted on a card substrate, and the connection terminals Is connected to an external terminal of the first group of the controller chip, the memory chip is connected to an external terminal of the second group of the controller chip, and a data evaluation terminal connected to the external terminal of the second group is connected to the card It is formed on the substrate.
上記によれば、コントローラチップが静電破壊等によってメモリコントロール動作不可能にされたとき、外部から前記データ評価用端子を介し前記メモリチップを直接アクセス制御することができる。これにより、コントローラチップが破壊されても、メモリチップにデータが残っていれば、これを容易に回復することができる。 According to the above, when the memory control operation is disabled due to electrostatic breakdown or the like, the memory chip can be directly controlled from the outside via the data evaluation terminal. Thus, even if the controller chip is destroyed, if data remains in the memory chip, it can be easily recovered.
前記コントローラチップの第2群の外部端子に含まれる出力端子を高出力インピーダンス状態に制御する制御端子を前記カード基板に更に設けてよい。破壊されたコントローラチップが不所望な信号出力状態にされた場合にこれを容易に解消することができる。 A control terminal for controlling output terminals included in the second group of external terminals of the controller chip to a high output impedance state may be further provided on the card substrate. When the destroyed controller chip is brought into an undesired signal output state, this can be easily solved.
前記コントローラチップは、前記メモリチップに書込むデータに対して暗号化を行い、前記メモリチップから読み出したデータに対して復号を行う機密保護機能を有する場合がある。この場合には、データの回復は、ICカードのメーカ若しくはその許可を得た者等が、メモリチップから読み出したデータを復号して、データの回復を図ることになる。 The controller chip may have a security function that encrypts data written to the memory chip and decrypts data read from the memory chip. In this case, the data is recovered by decrypting the data read from the memory chip by the IC card maker or a person who has obtained the permission.
〔8〕前記データ評価用端子を備えたICカードに対するデータリカバリの最もシンプルな手法は、前記コントローラチップによるメモリチップの制御を不可能な状態にする第1処理と、前記データ評価用端子からメモリチップを制御してデータを読み出す第2処理と、を含む。コントローラチップが前記機密保護機能を有する場合を想定したときのデータリカバリ方法は、前記コントローラチップの前記第2群の外部端子に含まれる出力端子を高出力インピーダンス状態に制御する第1処理と、前記データ評価用端子からメモリを制御してデータを読み出す第2処理と、前記第2処理で読み出したデータを復号する第3処理と、前記第3処理で復号したデータを別のICカードに書き込む第4処理と、を含む。 [8] The simplest method of data recovery for the IC card having the data evaluation terminal includes a first process for making the memory chip uncontrollable by the controller chip, and a memory from the data evaluation terminal to the memory. And a second process of reading data by controlling the chip. A data recovery method when assuming that the controller chip has the security function includes a first process for controlling an output terminal included in the second group of external terminals of the controller chip to a high output impedance state, A second process for reading data by controlling the memory from the data evaluation terminal; a third process for decoding the data read in the second process; and a second process for writing the data decoded in the third process to another IC card. 4 processes.
これにより、半導体集積回路チップの入力回路が静電破壊しても、メモリのデータが無事な場合には、メモリカードのデータを容易にリカバリすることができる。 As a result, even if the input circuit of the semiconductor integrated circuit chip is electrostatically destroyed, if the data in the memory is safe, the data in the memory card can be easily recovered.
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下記の通りである。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、半導体集積回路チップのコストを上昇させることなくそれに対する静電破壊防止を強化することができるICカードを提供することができる。 That is, it is possible to provide an IC card that can enhance the prevention of electrostatic breakdown without increasing the cost of the semiconductor integrated circuit chip.
ICカードのカードサイズや厚さを大きく変化させることなく、半導体集積回路チップに過電圧保護素子を外付けして静電破壊防止を強化することができる。 Without greatly changing the card size and thickness of the IC card, an overvoltage protection element can be externally attached to the semiconductor integrated circuit chip to enhance prevention of electrostatic breakdown.
取扱者の無知などによる予期せぬ扱いに起因したICカードの静電破壊の予防も期待できる。 It can also be expected to prevent electrostatic breakdown of the IC card due to unexpected handling due to the ignorance of the handler.
半導体集積回路チップの入力回路が静電破壊しても、メモリのデータが無事な場合には、メモリカードのデータを容易にリカバリすることが可能なICカードを提供することができる。 Even if the input circuit of the semiconductor integrated circuit chip is electrostatically destroyed, if the data in the memory is safe, an IC card that can easily recover the data in the memory card can be provided.
バリスタ等の外付け回路素子による静電破壊防止強化策によってICカードのカード基板上の空き領域が減っても、信号線の不所望なリークによる誤動作の原因になる配線パターンの密集やボンディングワイヤの密集を避けることができる。 Even if the vacant area on the IC card card board is reduced by measures to prevent electrostatic breakdown with external circuit elements such as varistors, dense wiring patterns and bonding wires that cause malfunction due to undesired leakage of signal lines Avoid crowding.
比較的小さなサイズに比較的大きな記憶容量を持つICカードの実現が可能に成る。 An IC card having a relatively small size and a relatively large storage capacity can be realized.
《バリスタによる静電破壊防止機能の強化》
先ず、バリスタなどの外付け回路素子によって半導体集積回路に対する静電破壊防止機能を強化するための原理的な構成について説明する。
<Strengthening the function of preventing electrostatic breakdown with varistors>
First, a principle configuration for enhancing the electrostatic breakdown preventing function for a semiconductor integrated circuit by an external circuit element such as a varistor will be described.
図1には本発明に係るICカードの一例が一つの接続端子に関して示されている。同図に示されるICカードは、カード基板1に半導体集積回路チップ2を有し、代表的に示された接続端子3を露出させている。接続端子3はICカードが着脱されるホスト装置に当該ICカードを電気的に接続するためのインタフェース端子である。
FIG. 1 shows an example of an IC card according to the present invention with respect to one connection terminal. The IC card shown in the figure has a semiconductor integrated
前記接続端子3は前記半導体集積回路チップ2の所定の外部端子4に接続されている。外部端子4は例えば入力端子であり、信号線5を介して例えば入力回路初段のCMOSインバータに接続されている。CMOSインバータは回路のグランド端子Vssと電源端子Vccとの間に直列配置されたpチャネル型の電界効果トランジスタ(単位MOSトランジスタとも記す)Q1及びnチャネル型のMOSトランジスタQ2によって構成される。前記半導体集積回路チップ2には前記外部端子4に接続する第1の過電圧保護素子としてダイオード7,8、サイリスタ9及びクランプMOSトランジスタQ5が集積され、前記カード基板1には前記接続端子3に接続する第2の過電圧保護素子としてバリスタ11が実装されている。前記ダイオード7,8、サイリスタ9及びクランプMOSトランジスタQ5は入力保護回路6を構成する。
The
尚、MOSトランジスタのソード及びドレインは動作電圧の向きに応じて相対的に決る概念であるが、本明細書では便宜上、動作電源Vss,Vccによる通常動作状態で決まる名称を端子の名称として用いる。 Note that the sword and drain of the MOS transistor are relatively determined according to the direction of the operating voltage, but in this specification, for the sake of convenience, the name determined in the normal operating state by the operating power supplies Vss and Vcc is used as the terminal name.
前記ダイオード7のアノードは入力信号線4に、カソードは電源端子Vccに接続され、他方のダイオード8のカソードは入力信号線4に、アノードはグランド端子Vssに接続されている。サイリスタ9はpnpトランジスタQ3とnpnトランジスタQ4とによって等価的に構成され、アノードが入力信号線4に、カソードがグランド端子Vssに接続される。MOSトランジスタQ5はゲート・ソースがグランド端子Vssに、ドレインが入力信号線4に接続された、所謂ダイオード接続形態のクランプMOSトランジスタである。
The anode of the
12,13は入力保護抵抗である。Q6,Q7はゲート・ソースが接続された所謂ダイオード接続形式のpチャネル型クランプMOSトランジスタ、nチャネル型クランプMOSトランジスタである。前記クランプMOSトランジスタQ6,Q7は、前記入力保護回路6から過電圧が漏れてきた場合に対処しようとする補助的な機能を有する回路素子であり、単独では第1の過電圧保護素子となり得ないが、他の回路素子と協働で過電圧保護素子となり得るものである。
接続端子3には正常状態においてグランド電圧Vssから電源電圧Vccの間の電圧振幅を有する信号が入力される。このとき、前記ダイオード7,8、サイリスタ9、クランプMOSトランジスタQ5,Q6,Q7は全て逆接続状態になっている。
A signal having a voltage amplitude between the ground voltage Vss and the power supply voltage Vcc is input to the
静電放電などによって接続端子3に正極性の過電圧が印加されると、ダイオード7が順方向接続状態になり、また、サイリスタ9のアノードが順方向素子電圧を超えてオン状態にされ、これによって過電圧は電源電圧Vcc、グランド電圧Vssに流れ込んで、後段への伝達が阻止若しくは緩和される。クランプMOSトランジスタQ6はその正極性の過電圧が僅かに漏れてきてもオン動作して電源電圧Vccに逃がそうとする。
When a positive overvoltage is applied to the
一方、静電放電等で接続端子3に負極性の過電圧が印加されると、今度は、ダイオード8が順方向接続状態になり、また、クランプMOSトランジスタQ5がオン状態にされ、これによって過電圧はグランド電圧Vssに流れ込んで、後段への伝達が阻止若しくは緩和される。クランプMOSトランジスタQ7はその負極性の過電圧が僅かに漏れてきてもオン動作してグランド電圧Vssに逃がそうとする。
On the other hand, when a negative overvoltage is applied to the
前記バリスタ11は入力保護回路6の上記過電圧素子動作が限界に達する前に過電圧素子動作に入ることができるように設定された回路素子であり、静電破壊防止機能若しくは過電圧保護機能を強化しようとするものである。前記バリスタ11は、ツェナーダイオードなどをバック・ツー・バックで接続した回路と等価若しくは置き換え可能である。
The
ここでは、バリスタ11には半導体セラミックを用いた積層チップバリスタを採用する。このバリスタ11は、図2の軸断面図に例示されるように、面実装可能な小さなチップ状を呈し、両端に導電性の側面電極20,21を有し、一方の側面電極20には他方の側面電極21に向けて一対の層間電極22,23が設けられ、他方の側面電極21には前記一対の層間電極22,23の間に位置させた別の層間電極24が前記一方の側面電極20に向けて設けられ、側面電極20,21及び層間電極22,23,24の間は半導体セラミックス25で満たされている。
Here, a multilayer chip varistor using a semiconductor ceramic is adopted as the
図3には前記バリスタ11の特性が示されている。バリスタ11は可変抵抗素子であり、図3の電流−電圧(I−V)特性を有し、通常の正常使用状態では、50μAのような漏れ電流以下で動作し、実使用、即ち、接続端子3からの信号入力に影響を与えない。この状態は、デバイスとして種々提供されているバリスタのデータシートなどに記述されている固有の定格電圧(使用電圧とも称される)Vwm以下で使用することによって得られる。半導体集積回路チップに異常な高電圧が入り始めると、比較的低い電圧では半導体集積回路チップ内部の入力保護回路が働き始めるが、過電圧に対して、入力保護回路のダイオードなどの過電圧保護素子の電流許容能力が足りなくなって、電流が飽和する。これによってバリスタ11の動作電流が流れ始める。そうすると、過電圧が降伏電圧(Vb)近辺に達すると、電圧は電流によらず殆ど一定になるような低抵抗になり、それ以上の過渡大電圧に対しては、クランプ電圧(Vc)を理論上の限界とし、高いエネルギー許容値で半導体集積回路チップの静電破壊を防止する。
FIG. 3 shows the characteristics of the
例えば、エネルギー耐性レベルが0.2J(ジュール)のバリスタ11を外付けしたICカードに、内蔵半導体集積回路チップの静電破壊耐性である数百ボルト〜2キロボルトをはるかに超える10キロボルト(10kV)を1000Aで10ナノ秒(10nS)印加した場合を想定する。このときのエネルギー量は10kV×1000A×10nS=0.1Jであり、このエネルギー量はバリスタ11の前記エネルギー耐性レベル以下であるから、静電破壊は防止される。
For example, an IC card to which an
図3においてクランプ電圧Vcは規定パルス電流、例えば1Aを8.20秒流すときの端子電圧(側面電極間の電圧)として、降伏電圧Vbは例えば1mAの電流を流すときの端子電圧として、規定することができる。定性的に説明すると、降伏電圧Vbはその範囲で直流を印加してもI−V特性の可逆性を容易に維持できる電圧として定義できる。クランプ電圧Vcはそれを何回か超えると破壊に至る可能性が極めて高く或いは破壊に至るような電圧として定義できる。 In FIG. 3, the clamp voltage Vc is defined as a terminal voltage (voltage between side electrodes) when a specified pulse current, for example, 1A is allowed to flow for 8.20 seconds, and the breakdown voltage Vb is specified as a terminal voltage when a current of 1 mA is applied, for example. be able to. To explain qualitatively, the breakdown voltage Vb can be defined as a voltage that can easily maintain the reversibility of the IV characteristics even when a direct current is applied within that range. The clamp voltage Vc can be defined as a voltage that has a very high possibility of being destroyed or exceeding destruction several times.
上記バリスタ11の特性は、入力保護回路6の過電圧保護素子の特性を考慮すると、次のように規定することができる。
The characteristics of the
第1に、バリスタ11は、入力保護回路6のダイオード7,8、サイリスタ9、クランプMOSトランジスタQ5、更にはクランプMOSトランジスタQ6,Q7を上まわる電流許容能力を有する可変抵抗素子として規定することができる。
First, the
第2に、前記バリスタ11に定格電圧よりも大きな電圧を印加することによって規定のパルス電流を流すのに必要な印加電圧、例えば降伏電圧Vb又はその近傍の電圧は、前記入力保護回路6のダイオード7,8、サイリスタ9、クランプMOSトランジスタQ5、更にはクランプMOSトランジスタQ6,Q7にとって、仮に破壊しないなら、前記規定のパルス電流よりも少ない電流しか流すことのできない電圧である。
Second, the voltage applied to the
第3に、前記バリスタ11は、前記入力保護回路6のダイオード7,8、サイリスタ9、クランプMOSトランジスタQ5、更にはクランプMOSトランジスタQ6,Q7よりも大きな破壊電圧を有する可変抵抗素子である。
Third, the
第4に、前記バリスタ11は、前記入力保護回路6のダイオード7,8、サイリスタ9、クランプMOSトランジスタQ5、更にはクランプMOSトランジスタQ6,Q7よりも大きな浮遊容量を有する可変抵抗素子である。図2の構造より理解されるように、電源端子に用いる場合は、半導体セラミックスは誘電体ではないが比較的大きな容量性分を持つことは明らかである。このような浮遊容量成分は過渡電圧の変化を緩和するように作用するから、大きい方が静電破壊防止に役立つ。信号端子に用いる場合は高速な信号に応答できるよう、許容範囲内での低容量化が必要である。
Fourth, the
第5に、前記バリスタ11の降伏電圧は前記入力保護回路6のダイオード7,8、サイリスタ9、クランプMOSトランジスタQ5、更にはクランプMOSトランジスタQ6,Q7の破壊電圧よりも小さい。バリスタ11は入力保護回路6が破壊する前に降伏して過電圧を逃がすことができる。
Fifth, the breakdown voltage of the
第6に、前記バリスタ11の降伏電圧は前記入力保護回路6のダイオード7,8、サイリスタ9、クランプMOSトランジスタQ5、更にはクランプMOSトランジスタQ6,Q7によって保護される回路、例えばMOSトランジスタQ1,Q2から成るCMOSインバータ回路の破壊電圧よりも小さい。
Sixth, the breakdown voltage of the
上記説明したように、バリスタ11には、半導体集積回路チップ2に内蔵された入力保が回路6を構成するダイオード7,8などの過電圧保護素子の特性や能力との関係が考慮されているから、バリスタ11による静電破壊防止効果を実効あるものとすることができる。
As described above, the
前記接続端子3からバリスタ11に至るまでの信号伝播距離は、前記接続端子3から半導体集積回路チップ2の対応外部端子4に至るまでの信号伝播距離よりも短くされている。これにより、過電圧によってバリスタ11が機能する前に半導体集積回路チップ2が過電圧による破壊的な影響を直接受けることを阻止できる。
The signal propagation distance from the
前記バリスタ11には、半導体セラミックスを主体とした面実装型のバリスタを採用しているから、バリスタ11の実装面積若しくは占有面積を小さくすることが可能になる。この面実装によりICカードの製造コストを低減できる。
Since the
《マルチメディアカードへの適用》
次に、前記バリスタ11を用いたICカードをマルチメディアカードに適用した具体例を説明する。
<Application to multimedia card>
Next, a specific example in which an IC card using the
図4にはマルチメディアカードの接続端子に対するバリスタの接続態様が例示されている。マルチメディアカードは、その標準化団体による仕様によれば、24mm×32mm×1.4mmのカード寸法を有する。カード基板1には、接続端子として、チップセレクト信号CSを入力する接続端子3a、コマンドCMDを入力する接続端子3b、クロック信号CLKを入力する接続端子3c、データDATを入出力する接続端子3d、電源電圧Vccが供給される接続端子3e、及びグランド電圧Vssが供給される2個の接続端子3f,3gを有する。それら接続端子3a〜3gは、図の30で示される領域に実装されている図示を省略するコントローラチップや不揮発性メモリチップに接続されている。尚、図4における接続端子3a〜3gの配置は実際のマルチメディアカードとは相違させて図示してある。
FIG. 4 illustrates the connection mode of the varistor to the connection terminal of the multimedia card. The multimedia card has a card size of 24 mm × 32 mm × 1.4 mm according to the specifications by its standardization organization. On the
前記カード基板1には前記接続端子3a〜3eと接続端子3e,3gとの間に夫々バリスタ11a〜11eが実装されている。図4においてバリスタは対応端子に1個づつ設けられているが、複数個直列に接続して用いてもよい。
特に電源電圧Vccを受ける接続端子3eに配置されたバリスタ11eはバイパスコンデンサとしての機能させるものであるから、バイパスコンデンサに置き換えても、或いは図4のように更にバイパスコンデンサ31を並列させてもよい。
In particular, since the
図5には回路素子実装状態を主にして前記マルチメディアカードの構成を平面的に例示してある。図6はその縦断面図である。カード基板1はガラスエポキシ樹脂などで構成され、そのカード基板1の裏面には前記接続端子3a〜3gが導電パターンで形成されている。カード基板1の表面には、配線パターンや導電パターンを介して前記バリスタ11a〜11e、コントローラチップ33、不揮発性メモリチップ34a,34bが実装されている。図において、36はスルーホール40を介して対応する接続端子3a〜3gに接続された導電パターン、35はバリスタ11a〜11eの一端をグランド電圧Vssに接続するための配線パターンである。バリスタ11a〜11eは配線パターン35と接続端子3a〜3eとに差し渡して面実装さている。
FIG. 5 is a plan view illustrating the configuration of the multimedia card mainly in the circuit element mounting state. FIG. 6 is a longitudinal sectional view thereof. The
図において38,39はボンディングパターン、37は対応するボンディングパターン38と導電パターン36とを接続する配線パターンである。前記導電パターン38とコントローラチップ33の対応する外部端子50とはボンディングワイヤ41で接続され、コントローラチップ33の外部端子51と対応するボンディングパターン39とはボンディングワイヤ42で接続される。ボンディングパターン39と一方の不揮発性メモリチップ34aの対応外部端子52aとの接続はボンディングワイヤ43aで接続され、ボンディングパターン39と他方の不揮発性メモリチップ34bの対応外部端子52bとの接続はボンディングワイヤ43bで接続される。半導体集積回路チップは所謂ベアチップであり、それらの前記外部端子50,51,52a,52bは、アルミニウム、アルミニウム合金や銅等のボンディングパッドである。
In the figure, 38 and 39 are bonding patterns, and 37 is a wiring pattern for connecting the
前記不揮発性メモリチップ34a,34bは例えば電気的に書き換え可能なフラッシュメモリチップである。フラッシュメモリチップは、例えばコントロールゲート、フローティングゲート、ソース及びドレインを持つ不揮発性メモリセルトランジスタをマトリクス配置したメモリセルアレイを有し、外部から供給されるコマンドとアドレスにしたがって、データ読み出し、消去、書込み、ベリファイなどの動作を行うようになっている。このフラッシュメモリチップで成る不揮発性メモリチップ34a,34bは、外部端子52a,52bとして、チップ選択を指示するチップイネーブル信号(チップ選択信号とも称する)/CEの入力端子、書込み動作を指示するライトイネーブル信号/WEの入力端子、入出力端子I/O0〜I/O7、入出力端子I/O0〜I/O7をコマン・データの入出力又はアドレスの入力の何れに用いるかを指示するコマン・データイネーブル信号/CDEの入力端子、出力動作を指示するアウトプットイネーブル信号/OEの入力端子、データラッチタイミングを指示するクロック信号/SCの入力端子、書込み動作中かを外部に指示するレディー・ビジー信号R/Bの出力端子、リセット信号/RESの入力端子を有する。
The
前記コントローラチップ33は外部からの指示に従って前記不揮発性メモリチップ34a,34bに対するリード・ライト動作を制御し、更に、データセキュリティー若しくは著作権保護などを考慮して、前記不揮発性メモリチップ34a,34bに書込むデータに対して暗号化を行い、前記不揮発性メモリチップ34a,34bから読み出したデータに対して復号を行う機密保護機能を備えている。
The
コントローラチップ33の外部端子50は、接続端子3a〜3gの入出力機能に対応され、マルチメディアカードの選択動作を指示するセレクト信号CSの入力端子、マルチメディアカードの動作を指示するコマンドCMDをシリアル入力する入力端子、外部端子50の信号入出力動作の同期信号と見なされるクロック信号CLKの入力端子、シリアルでデータDATを入出力する端子、及び電源電圧Vccとグランド電圧Vssの入力端子とされる。コントローラチップ33には、前記外部端子50の内、入力端子に対応して図1で説明した入力保護回路6及びクランプMOSトランジスタQ6,Q7も集積されている。
The
コントローラチップ33におけるメモリアクセスのための外部端子51として、不揮発性メモリチップ34aに対するチップ選択信号/CE0の出力端子、不揮発性メモリチップ34bに対するチップ選択信号/CE1の出力端子を有し、更に前記不揮発性メモリチップ34a,34bの外部端子に対応され且つそれとは入出力方向が逆にされた外部端子を有する。
As
《ボンディングワイヤ接続》
上述のように、前記接続端子3a〜3gとコントローラチップ33の外部端子50との接続にボンディングワイヤ41を用い、前記コントローラチップ33と不揮発性メモリチップ34a,34bとの接続にボンディングワイヤ43a,43bを用いることにより、前記ボンディングワイヤによる接続と同機能の多数の配線パターンをカード基板1に密集させて形成しなくてもよい。コントローラチップ33や不揮発性メモリチップ34a,34bの上方空間を配線に利用できる。要するに、ボンディングワイヤの空中配線により、基板配線を簡略化することが可能になる。したがって、カード基板1のコスト低減に寄与することができる。
《Bonding wire connection》
As described above, the
《重ねずらし実装》
図5の構成では2個の不揮発性メモリチップ34a,34bをボンディングワイヤでコントローラチップ33に並列的に接続している。このとき、前記不揮発性メモリチップ34a,34bを夫々の外部端子52a,52bが露出するように位置をずらして重ねた状態で前記カード基板1に実装してある。これにより、夫々の不揮発性メモリチップ34a、34bを重ねずに配置する場合に比べて、コントローラチップ33との距離が短くなり、ボンディングワイヤ43a,43bの引き回し長さが短くなる。したがって、ボンディングワイヤの不所望な接触や断線の虞を低減することができる。複数個の不揮発性メモリチップを積層するときのずらし量は、上層チップのボンディング用外部端子の下には一つ下層のチップが存在できる範囲で決めればよい。ボンディング用外部端子の下に下層のチップが存在していないと、ボンディング時の機械的な力によるチップ損傷の虞があるからである。
《Overlay implementation》
In the configuration of FIG. 5, two
特にこの時、前記カード基板1の前記一面の表面積は前記不揮発性メモリチップ34a,34b及びコントローラチップ33の延べ面積よりも大きくされているという条件を満足している。これは、カード基板の一面だけに配線層を形成するという制約条件にも充分対処できるだけの余裕スペースをカード基板1に確保することができるようにするための考慮である。単にカード基板1の面積を小さくするために不揮発性メモリチップを重ねて実装するのとは考え方が異なっている。
In particular, at this time, the condition that the surface area of the one surface of the
《列状レイアウト》
図5の例ではカード基板1に実装される不揮発性メモリチップ34a,34b及びコントローラチップ33等の配列に関しては、列状の配列を採用している。即ち、バリスタ11a〜11e、コントローラチップ33、複数個のメモリチップ34a,34bの順に、前記マルチメディアカードの接続端子3a〜3gから離れる距離を大きくして、それらを前記カード基板1の一辺から対向辺に向けて列状に配置してある。この列状配置により、最終的に過電圧を逃がすための第2のバリスタ11a〜11eが過電圧印加端である接続端子3a〜3gに最も近く、データを格納した不揮発性メモリチップ34a,34bが最も遠くなり、高速パルスのサージ吸収に効果があるため、前記バリスタ11a〜11eによるコントローラチップ33の静電破壊防止の強化という点、そして、不揮発性メモリチップ34a,34bの記憶データ保護という点において、高い信頼性を得ることができる。
<Linear layout>
In the example of FIG. 5, a row-like arrangement is adopted for the arrangement of the
《接続端子に対するスルーホールの偏倚》
図5に示されるようにスルーホール40は接続端子3a〜3gに対して偏倚した位置に設けられている。即ち、図7の(A)に詳細が例示されるように、ICカードから露出される接続端子3aにスルーホール40を形成する場合、当該スルーホール40を前記接続端子3aの摺動面に対して偏倚した位置に形成する。偏倚させる位置は図7の(B)であってもよい。これにより、ICカードを装着スロットから着脱しても、スロットの端子40Aはスルーホール40に摺接せず、スルーホール40には機械的な力が作用されることはないから、接続端子3aのパターンにスルーホール40からクラックが入ったりスルーホール孔周辺が摩耗等して損傷する虞を未然に防止することができる。
《Through hole deviation with respect to connection terminal》
As shown in FIG. 5, the through
《モールド領域外にスルーホール形成》
図6において、前記コントローラチップ33及び不揮発性メモリチップ34a,34bは全体として熱硬化性樹脂55でモールドされている。バリスタ素子はモールド内に持ち込むことも、モールド外に設けることも可能である。このとき、熱硬化性樹脂55によるモールド領域にはスルーホール40を含まないようになっている。したがって、圧力をかけてモールドを行うとき、モールド樹脂55がスルーホール40を介してカード基板1の裏側に漏れて、モールド不良を生ずるような虞を排除することができる。
《Through hole formation outside the mold area》
In FIG. 6, the
《金属キャップ》
図6において、モールド外にバリスタを設けた場合のバリスタ11a〜11e、コントローラチップ33及び不揮発性メモリチップ34a,34bが実装されているカード基板1の表面は金属キャップ56で覆われている。これにより、樹脂キャプに比べて、EMI(Electro Magnetic Interference:電磁波妨害)対策になり、機械的な締め付けによる封止や高温のキャプ封止も可能になる。
《Metal cap》
In FIG. 6, the surface of the
図25には前記金属キャップ56の構造が数種類示されている。(A)は1個ずつ分離して鍛造で製造された場合を示し、ラベル貼付け用の僅かな段差部も形成されている。(B)は鍛造後に打ち抜きで1個ずつ分離して製造した場合を示す。(C)は板金絞り込みで製造した場合を示す。(D)は(C)の板金絞り込みにて製造された金属キャップを裏から見た斜視図である。コーナー部は絞り込み加工時にしわがよるので、予め切欠きが形成されている。
FIG. 25 shows several types of structures of the
《ステッチボンディング》
図8には不揮発性メモリチップの接続にステッチボンディングを適用したマルチメディアカードが部分的に示される。図9はステッチボンディング部分の縦断面図である。図5と同様に、前記不揮発性メモリチップ34a,34bが夫々の外部端子52a,52bを露出するように位置をずらして複数個重ねられた状態で前記カード基板1に実装されており、このとき、前記コントローラチップ33から相互に同一信号を受ける不揮発性メモリチップの外部端子52a,52bを、ボンディングワイヤ57で順次直列接続してある。所謂ステッチ縫いのようなボンディング手法、即ちステッチボンディングが採用されている。図5のように、コントローラチップ33から各外部端子52a,52bに別々にボンディングワイヤ43a,43bで接続する場合に比べて、ボンディングワイヤを全体として短くすることができ、かつ、ボンディングパターン領域でのボンディングワイヤ数を低減でき、この点においても、ボンディングワイヤの密集による不所望な接触や断線の虞を低減することができる。尚、不揮発性メモリチップ34a,34bに対するチップ選択は別々に行わなければならないから、チップ選択信号/CE0,/CE1を伝達するためのボンディングワイヤ43a,43bにはステッチボンディングを採用できず、図5と同じボンディング形式のままにされている。
《Stitch bonding》
FIG. 8 partially shows a multimedia card in which stitch bonding is applied to the connection of the nonvolatile memory chip. FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a stitch bonding portion. Similar to FIG. 5, the
ステッチボンディングを行う場合、使用するワイヤボンダのボンディング形式によって、ボンディングパッド52aに対するボンディング方法が異なる。図10の(A)はネールヘッドボンディングを利用する場合であり、この時、ワイヤボンダの構造上、ボンディングワイヤ終端は三日月状に引き千切られるから、次のボンディング基点は終点とは別の位置に設定されなければならない。したがって、必然的に複数本に分断されたボンディングワイヤ57,57によってステッチボンディングが完了される。これに対して、図10の(B)はウェッジボンディングを利用する場合であり、これをサポートするワイヤボンダを用いるとボンディングワイヤを途中で切らずに次々に別の位置でボンディングを行うことができる。したがって、この方式によれば1本のボンディングワイヤ57でステッチボンディングを行うことができる。
When performing stitch bonding, the bonding method for the
図11には不揮発性メモリチップの4枚スタック構造のマルチメディアカードの構成を平面的に例示してある。図12はその縦断面図である。4枚スタックの場合も不揮発性メモリチップ34a〜34dを外部端子52a〜52dを露出するように位置をずらして重ねられた状態で前記カード基板1に実装されている。このとき、前記コントローラチップ33から相互に同一信号を受ける不揮発性メモリチップ34a〜34dの外部端子52a〜52dは、前記ステッチボンディングと同様に、ボンディングワイヤ60で順次直列接続してある。尚、不揮発性メモリチップ34a〜34dに対するチップ選択は別々に行わなければならないから、チップ選択信号/CE0〜/CE3を伝達するためのボンディングワイヤ43a〜43dにはステッチボンディングを採用せず、図5と同じボンディング形式のままにされている。ただし、チップ選択信号をIDコマンド化すればステッチボンディング化することも可能である。
FIG. 11 is a plan view showing the configuration of a multi-media card having a four-stack structure of nonvolatile memory chips. FIG. 12 is a longitudinal sectional view thereof. Even in the case of four stacks, the
《シールドパターン》
図11の構成では、カード基板1の近傍で生ずる静電気放電による影響を一層緩和するためにカード基板1に図12で示す導電性シールドパターン61を採用してある。即ち、カード基板1における接続端子3a〜3gの露出面に、幅広の導電性シールドパターン61が形成されている。この導電性シールドパターン61は、特に制限されないが、グランド電源Vss供給用の前記接続端子3f、3gに接続され、或いは比較的表面積が大きいからそのままフローティングにしてもよい。この導電性シールドパターン61は静電気を分散させることができる。
《Shield pattern》
In the configuration of FIG. 11, the
《チップ端にCS入力端子》
図11に示されるように、複数個の不揮発性メモリチップ34a〜34dをずらしてスタックした構造において、前記不揮発性メモリチップ34a〜34dの外部端子52a〜52dのうちチップ選択信号/CE0〜/CE3の入力端子を不揮発性メモリチップ34a〜34dの夫々の外部端子配列の端に位置させて、夫々別々にボンディングワイヤ43a〜43dで前記コントローラチップ33の外部端子51に接続している。図8のスタック構造も全く同じである。図8及び図11に示されるように、複数個の不揮発性メモリチップが別々にチップ選択されるべき構成では、不揮発性メモリチップの外部端子のうちチップ選択信号入力用の外部端子はコントローラチップ33のチップ選択信号出力用外部端子51に別々に接続されなければならず、この部分に前記ステッチボンディングのような手法を採用することができなくても、前述のようにチップ選択信号入力用の外部端子は不揮発性メモリチップの端に配置されているから、その他のボンディングワイヤに邪魔されずに必要な接続を採ることが容易である。不揮発性メモリチップのスタック数が多いほど、その効果は顕著になる。尚、図5のように、不揮発性メモリチップのスタック数が2枚のとき、精度の高いワイヤボンダを利用すれば1個のボンディングパターンから並列して2本のボンディングワイヤを引き出すことが容易である場合に、ステッチボンディングを採用していないときにも、チップ端にチップ選択信号入力用外部端子を配置する構成を採用しても何ら不都合はない。
《CS input terminal at chip end》
As shown in FIG. 11, in a structure in which a plurality of
《スタックした不揮発性メモリチップの複数グループ化実装》
図13にはマルチメディアカードの更に別の例を示す。図14はその部分的な縦断面図である。図13に示されるマルチメディアカードは、不揮発性メモリチップを2枚づつスタックしたものをカード基板1に2組実装し、一面だけに前記接続端子と共に配線パターン及びボンディングパターンを形成した単相配線のカード基板1を利用するように構成したものである。この構造は、基板に半導体ベアチップを実装する所謂COB(Chip On Board)構造が適用されている。
<Multiple grouped implementation of stacked nonvolatile memory chips>
FIG. 13 shows still another example of the multimedia card. FIG. 14 is a partial longitudinal sectional view thereof. The multimedia card shown in FIG. 13 is a single-phase wiring in which two sets of non-volatile memory chips are stacked on the
図13において、接続端子3a〜3g、配線パターン35,37、ボンディングパターン38、ボンディングパターン39A,39C及び配線パターン39Bはカード基板1の搭載側に全て形成されている。前記接続端子3a〜3gと配線パターン35はカード基板1に形成した開口から表面に露出して、バリスタ11a〜11eを接続可能になっている。同様に、前記ボンディングパターン38,39A,39Cも、カード基板1に形成した開口から表面に露出して、コントローラチップ33の外部端子50,51、不揮発性メモリチップ34a〜34dの外部端子52a〜52dにボンディング可能にされている。図13では、ボンディングパターン39Aと不揮発性メモリチップ34a,34bの外部端子52a,52bとのボンディング、そして、ボンディングパターン39Cと不揮発性メモリチップ34c,34dの外部端子52c,52dとのボンディングにステッチボンディングを採用していないが、チップ選択信号を除いて図8と同様のステッチボンディングを採用してもよい。
In FIG. 13, the
図13のように不揮発性メモリチップを2枚づつスタックしたものをカード基板1に2組実装すると、図11のような4枚スタック構造に比べて厚さ寸法を小さくできる。したがって、不揮発性メモリチップを4枚づつスタックしたものをカード基板1に2組実装すれば、図11のような4枚スタック構造と同じ厚さで2倍の記憶容量を得ることができる。
When two sets of two non-volatile memory chips stacked as shown in FIG. 13 are mounted on the
更に、複数個の接続端子3a〜3gがカード基板1の一辺に沿って配列されているとき、その隣の辺に長手方向を沿わせてカードコントローラ33を配置し、前記接続端子3a〜3gの配列方向とは略直角な向きに前記不揮発性メモリチップを並列させれば、カード基板1の板面に対して効率的に不揮発性メモリチップの実装が可能になる。
Further, when a plurality of
前記分割スタック構造、そして、カード基板1の2辺に寄せて接続端子3a〜3gとコントローラチップ33とを配置する構造の夫々により、規定サイズのカード基板に不揮発性メモリチップを実装する密度を上げ、若しくは実装個数を増やすことが容易になる。
Each of the divided stack structure and the structure in which the
図15には前記分割スタック構造とカード基板の隣接2辺に寄せて接続端子とコントローラチップとを配置する構造とを適用した別のマルチメディアカードの例が示される。同図の例は、カード基板1の両面に前記接続端子と共に配線パターン及びボンディングパターンを形成した点と、スタックした不揮発性メモリチップの向きが揃えられている点で図13と相違される。
FIG. 15 shows an example of another multimedia card to which the divided stack structure and a structure in which connection terminals and a controller chip are arranged close to two adjacent sides of the card substrate are applied. The example shown in the figure is different from FIG. 13 in that a wiring pattern and a bonding pattern are formed on both sides of the
図15において、接続端子3a〜3g、配線パターン39Bはカード基板の裏面に形成され、配線パターン35,37、ボンディングパターン38、ボンディングパターン39A,39Cはカード基板1の表面に形成されている。前記配線パターン39Bとボンディングパターン39A,39Cとの接続にはスルーホール40Aが用いられている。図15も図13と同様にステッチボンディングを採用していないが、チップ選択信号を除いて図8と同様のステッチボンディングを採用してもよい。
In FIG. 15, the
図15のマルチメディアカードも図13と同様に、前記分割スタック構造、そして、カード基板1の2辺に寄せて接続端子3a〜3gとコントローラチップ33とを配置する構造の夫々により、規定サイズのカード基板に不揮発性メモリチップを実装する密度を上げ、若しくは実装個数を増やすことが容易である。
Similarly to FIG. 13, the multimedia card of FIG. 15 has a predetermined size because of the divided stack structure and the structure in which the
このときモールド内部のスルーホールは孔部を導電ペースト、ソルダーレジスト等で埋め込み、モールド樹脂のもれを対策する構造を採用してもよい。 At this time, the through hole in the mold may be structured such that the hole is filled with a conductive paste, solder resist, or the like to prevent mold resin leakage.
《メモリチップ、コントローラチップのスタック構造》
図16及び図17にはメモリチップの上にコントローラチップを載せて両者をスタックした例が示される。図16ではコントローラチップ33の外部端子51は不揮発性メモリチップ34の外部端子52とはボンディングワイヤ70で直接チップ間ボンディングで接続されているが、不揮発性メモリチップ34への動作電源Vss,Vccの給電抵抗を小さくするため、カード基板1の裏面に電源配線パターン71A,72Aを形成し、スルーホール71D,72Dで接続されたボンディングパターン71B,72Bと不揮発性メモリチップ34とをボンディングワイヤ71C,72Cで接続している。ただし不揮発性メモリチップ34への給電抵抗が充分低い場合は端子51と端子52でVcc、Vssを給電してもよい。バリスタ11a〜11eの実装構造などは前述と同様であり、図15と同一機能を有する回路要素には同一参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
《Stack structure of memory chip and controller chip》
16 and 17 show an example in which a controller chip is placed on a memory chip and both are stacked. In FIG. 16, the
図17はLOC(Lead On Chip)を利用してメモリチップとコントローラチップをスタックする構造が例示される。73a〜73gで示されるものは、LOC用のリードフレームのリードの一部を夫々示している。電源Vcc,Vss用のリード73e,73fは、例えば夫々鉤型に延在されてパスバー74A,74Bを形成している。不揮発性メモリチップ34はそのパスバー74A,74Bに固定され、コントローラチップ33は不揮発性メモリチップ34に固定されている。コントローラチップ33の外部端子50はボンディングワイヤ4でリード73a〜73gに接続されている。また、コントローラチップ33の外部端子51は不揮発性メモリチップ34の外部端子52とボンディングワイヤ70により直接チップ間ボンディングで接続されているが、不揮発性メモリチップ34への動作電源Vss,Vccの給電は、給電抵抗を小さくするために、前記パスバー74A,74Bと不揮発性メモリチップ34とをボンディングワイヤ75,75で接続している。バリスタ11a〜11eは、対応するリードの間にAgペースト等の導電ペーストにより面実装されている。
FIG. 17 illustrates a structure in which a memory chip and a controller chip are stacked using LOC (Lead On Chip).
図18にはCOB構造を適用したICカードの別の例を示す。図19はそのICカードの縦断面図、図20は図18のICカードのカード基板底面に形成されている導電パターンの説明図である。カード基板84の底面には導電パターン80a〜80gが形成され、夫々に対応して、カード基板84には開口81a〜81gが形成されている。前記導電パターン80a〜80fはICカードから露出される接続端子を構成する。半導体集積回路チップ83は前記開口81gを介して導電パターン80fに接続され、基板電位としてグランド電圧Vssが供給される。半導体集積回路チップ83の外部端子を構成するボンディングパッド85a〜85fは開口81a〜81fを介して接続電極80a〜80fにボンディングワイヤ86で接続される。そして、前述と同様に半導体集積回路チップ83に対する静電破壊の防止を強化するために半導体セラミックを主体とするバリスタ82a〜82eが開口81a〜81gを介して接続電極80a〜80と導電パターン80gとの間にAgペースト等の導電性ペーストで面実装されている。
FIG. 18 shows another example of an IC card to which the COB structure is applied. FIG. 19 is a longitudinal sectional view of the IC card, and FIG. 20 is an explanatory view of a conductive pattern formed on the bottom surface of the card substrate of the IC card of FIG.
《注意書き》
図21には静電破壊防止用の注意書きを有するICカード等が例示されている。複数個の接続端子を露出させ半導体集積回路チップを実装した前記マルチメディアカードなどのICカードの表面には、図21の(A)に示されるように、前記接続端子3a〜3gに触れないように促す注意書き90、例えば「接続端子に触るな」の注意書きが設けられている。また、本領域に製造管理コードを記入してもよい。また、図21の(B)に例示されるように、ICカードを指で持つ位置を明示するための表示、例えば着脱時に指で持つ位置に印刷した指の形の注意表示91を設けておく。さらに、図21(B)に例示されるように、ICカードを包装したラミネートフィルム、紙箱、プラスティックケースなどの包装材92に、ICカードの前記接続端子3a〜3gに触れないように促す注意書き93を設けてもよい。
《Notes》
FIG. 21 illustrates an IC card or the like having a warning for preventing electrostatic breakdown. As shown in FIG. 21A, the surface of an IC card such as the multimedia card on which a plurality of connection terminals are exposed and a semiconductor integrated circuit chip is mounted should not touch the
上記注意書き90,93や表示91は、ICカード取扱者の無知等による予期せぬ扱によってICカードが静電破壊するのを予防するのに役立つ。
The
《ICカードの組み立て方法》
図22には図4及び図5などに示されるICカードの組み立て方法が示される。先ず、PCB基板又はテープ基板などのカード基板の所定導電パターンにバリスタを実装する(S1)。実装には半田ペースト又は銀ペーストなどを利用する。その後ペーストの硬化(ベーク)を行い(S2)、必要個数の半導体集積回路チップをカード基板上の導電パターンにダイ接着(ダイボンディング)する(S3)。そして、プラズマクリーニングでカード基板の表面をクリーニングする(S4)。その後、ダイボンディングした半導体集積回路チップのボンディングパッドと導電パターンとを金のボンディングワイヤを用いて熱超音波でボンディングする(S5)。そして、半導体集積回路チップとボンディングワイヤに対してレジンポッティング封止を行い(S6)、レジンベークによってレジンを硬化させ(S7)、最後に、その上から金属キャップをカード基板に接着固定し、或いは、プラスティックインサートモールドで固定する。
《IC card assembly method》
FIG. 22 shows a method of assembling the IC card shown in FIGS. First, a varistor is mounted on a predetermined conductive pattern of a card substrate such as a PCB substrate or a tape substrate (S1). Solder paste or silver paste is used for mounting. Thereafter, the paste is cured (baked) (S2), and a required number of semiconductor integrated circuit chips are die-bonded (die-bonded) to the conductive pattern on the card substrate (S3). Then, the surface of the card substrate is cleaned by plasma cleaning (S4). Thereafter, the bonding pad of the die-bonded semiconductor integrated circuit chip and the conductive pattern are bonded by thermal ultrasonic waves using a gold bonding wire (S5). Then, resin potting sealing is performed on the semiconductor integrated circuit chip and the bonding wire (S6), and the resin is cured by resin baking (S7). Finally, a metal cap is bonded and fixed to the card substrate from above, or Secure with plastic insert mold.
上記のように、バリスタをカード基板に先に実装し、その後で、前記半導体集積回路チップのダイボンディングやワイヤボンディングを行うから、ICカードの組み立て時にバリスタによる保護を受けられ、ICカードの歩留まりを向上させることができる。ただし、温度条件等の製造上の都合によりバリスタを後に実装してもよい。 As described above, since the varistor is first mounted on the card substrate and then die bonding or wire bonding of the semiconductor integrated circuit chip is performed, it can be protected by the varistor when the IC card is assembled, and the yield of the IC card can be increased. Can be improved. However, the varistor may be mounted later for the convenience of manufacturing such as temperature conditions.
《データリカバリ端子》
図23にはデータリカバリの観点に着目したICカードが例示される。基本的な構成は図5と同じであり、相違点は、複数個のデータリカバリ端子を有することである。図23ではデータリカバリ端子の接続状態を強調するためにコントローラチップ33と不揮発性メモリチップ34a,34bとの接続状態については図示を簡略化している。図23において図5と同一機能を有する回路要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
<Data recovery terminal>
FIG. 23 illustrates an IC card that focuses on the viewpoint of data recovery. The basic configuration is the same as that in FIG. 5, and the difference is that it has a plurality of data recovery terminals. In FIG. 23, in order to emphasize the connection state of the data recovery terminal, the connection state between the
コントローラチップ33は、図5には図示を省略しているが外部端子51の一つとして内部でプルアップしたテスト信号/TESTの入力端子(単にテスト端子/TESTとも記す)を有する。このテスト端子/TESTは、ローレベルが入力されているとき、不揮発性メモリチップ34a,34bとのインタフェース端子、特に出力端子及び入出力端子を高出力インピーダンス状態、又は入出力動作不可能な状態に制御する。
Although not shown in FIG. 5, the
カード基板1には前記コントローラチップ33のメモリインタフェース側の全ての外部端子51に配線91で一対一対応に接続されたデータリカバリ端子92が形成されている。また、前記コントローラチップ33のカードインタフェース側の外部端子50のうちグランド電源Vss用の外部端子に配線95で接続されたデータリカバリ用グランド端子96と、同様に、前記コントローラチップ33のカードインタフェース側の外部端子50のうち電源Vcc用の外部端子に配線93で接続されたデータリカバリ用電源端子94が設けられている。図23において、90で示されるものは静電破壊防止のためにカード基板1に追加されたガードリングである。このガードリング90はカード基板1を周回し、回路のグランド電源端子に接続されている。
The
データ評価用端子92,94,96が前記カード基板1に形成されているから、コントローラチップ33が静電破壊等によってメモリコントロール動作不可能にされたとき、外部から前記データ評価用端子92,94,96を介し前記不揮発性メモリチップ34a,34bを直接アクセス制御することができる。これにより、コントローラチップ33が破壊されても、不揮発性メモリチップ34a,34bにデータが残っていれば、これを容易に回復することができる。
Since the
前記コントローラチップ33は、前記不揮発性メモリに書込むデータに対して暗号化を行い、前記不揮発性メモリから読み出したデータに対して復号を行う機密保護機能を有する場合、データの回復は、ICカードのメーカ若しくはその許可を得た者等が、不揮発性メモリチップから読み出したデータを復号して、データの回復を図ることになる。
When the
《データリカバリ方法》
図24には前記データ評価用端子を備えたICカードに対するデータリカバリの処理手順が例示されている。
<Data recovery method>
FIG. 24 illustrates a data recovery processing procedure for an IC card having the data evaluation terminal.
前記入力保護回路やバリスタによって静電破壊を免れなかった等によりコントローラが動作不良になったマルチメディアカード(MMC)等をデータリカバリの対象にする(S10)。その他、物理的に接続端子が破壊したMMCデータリカバリ対象にすることは可能である。先ず、対象MMCからキャップ56を外し(S11)、データ評価用端子92,94,96にテスタなどのプローブを当てる(S12)。そしてテスト信号/TESTの入力端子をローレベルに固定して、コントローラチップ33のメモリインタフェース用端子を高インピーダンス状態(入出力動作不可能な状態)に制御する(S13)。これによって、MMC内蔵の不揮発性メモリチップはコントローラチップの制御から解放され、データ評価用端子92,94,96から直接アクセス可能にされ、この状態で、不揮発性メモリチップからデータを読み出す(S14)。ここでは、前記コントローラチップ33は、前記不揮発性メモリチップに書込むデータに対して暗号化を行い、前記不揮発性メモリから読み出したデータに対して復号を行う機密保護機能を有するから、コントローラチップ33を経由せずに読み出されたデータに対しては暗号解読が行われる。このようにした暗号解読されたデータは新しいMMCに通常通り接続端子3a〜3gを介して書込まれる(S15)。これによってデータリカバリされた新しいMMCがユーザに提供される(S16)。このとき、コントローラチップの暗号仕様は、カードの製造トレースコード又は不揮発メモリに書き込んだ製造コードにより確定することができる。
A multimedia card (MMC) or the like in which the controller has malfunctioned due to failure to avoid electrostatic breakdown by the input protection circuit or the varistor is set as a data recovery target (S10). In addition, it is possible to make an MMC data recovery target whose connection terminal is physically destroyed. First, the
これにより、コントローラチップ33の入力回路が静電破壊しても、不揮発性メモリチップ34a,34bのデータが無事な場合には、メモリカードのデータを容易にリカバリすることが可能になる。
As a result, even if the input circuit of the
《フラッシュメモリチップ》
ここで、前記フラッシュメモリチップについて説明しておく。図26にはフラッシュメモリチップの一例が示される。同図において、103で示されるものはメモリアレイであり、メモリマット、データラッチ回路及びセンスラッチ回路を有する。メモリマット103は電気的に消去及び書き込み可能な不揮発性のメモリセルトランジスタを多数有する。メモリセルトランジスタは、例えば図27に例示されるように、半導体基板若しくはメモリウェルSUBに形成されたソースS及びドレインDと、チャンネル領域にトンネル酸化膜を介して形成されたフローティングゲートFG、そしてフローティングゲートに層間絶縁膜を介して重ねられたコントロールゲートCGを有して構成される。コントロールゲートCGはワード線106に、ドレインDはビット線105に、ソースSは図示を省略するソース線に接続される。
<Flash memory chip>
Here, the flash memory chip will be described. FIG. 26 shows an example of a flash memory chip. In the figure,
外部入出力端子I/O0〜I/O7は、アドレス入力端子、データ入力端子、データ出力端子、コマンド入力端子に兼用される。外部入出力端子I/O0〜I/O7から入力されたXアドレス信号はマルチプレクサ107を介してXアドレスバッファ108に供給される。Xアドレスデコーダ109はXアドレスバッファ108から出力される内部相補アドレス信号をデコードしてワード線を駆動する。
The external input / output terminals I / O0 to I / O7 are also used as address input terminals, data input terminals, data output terminals, and command input terminals. The X address signal input from the external input / output terminals I /
前記ビット線105の一端側には、図示を省略するセンスラッチ回路が設けられ、他端には同じく図示を省略するデータラッチ回路が設けられている。ビット線105はYアドレスデコーダ111から出力される選択信号に基づいてYゲートアレイ回路113で選択される。外部入出力端子I/O0〜I/O7から入力されたYアドレス信号はYアドレスカウンタ112にプリセットされ、プリセット値を起点に順次インクリメントされたアドレス信号が前記Yアドレスデコーダ111に与えられる。
A sense latch circuit (not shown) is provided at one end of the
Yゲートアレイ回路113で選択されたビット線は、データ出力動作時には出力バッファ115の入力端子に導通され、データ入力動作時にはデータ制御回路116を介して入力バッファ117の出力端子に導通される。出力バッファ115、入力バッファ117と前記入出力端子I/O0〜I/O7との接続は前記マルチプレクサ107で制御される。入出力端子I/O0〜I/O7から供給されるコマンドはマルチプレクサ107及び入力バッファ117を介してモード制御回路118に与えられる。前記データ制御回路116は、入出力端子I/O0〜I/O7から供給されるデータの他に、モード制御回路118の制御に従った論理値のデータをメモリアレイ103に供給可能にする。
The bit line selected by the Y
制御信号バッファ回路119には、アクセス制御信号として前記チップイネーブル信号/CE、アウトプットイネーブル信号/OE、ライトイネーブル信号/WE、データラッチタイミングを指示する信号/SC、リセット信号/RES及びコマンド・データイネーブル信号/CDEが供給される。モード制御回路118は、それら信号の状態に応じて外部との信号インタフェース機能などを制御し、また、コマンドコードに従って内部動作を制御する。入出力端子I/O0〜I/O7に対するコマンド又はデータ入力の場合、前記信号/CDEがアサートされ、コマンドであれば更に信号/WEがアサート、データであれば信号/WEがネゲートされる。アドレス入力であれば、前記信号/CDEがネゲートされ、信号/WEがアサートされる。これにより、モード制御回路118は、外部入出力端子I/O0〜I/O7からマルチプレクス入力されるコマンド、データ及びアドレスを区別できる。モード制御回路118は、消去や書込み動作中にレディー・ビジー信号R/Bをアサートしてその状態を外部に知らせることができる。
In the control
内部電源回路120は、書込み、消去、ベリファイ、読み出しなどのための各種動作電源121を生成して、前記Xアドレスデコーダ109やメモリセルアレイ103に供給する。
The internal
前記モード制御回路118は、コマンドに従ってフラッシュメモリを全体的に制御する。フラッシュメモリの動作は、基本的にコマンドによって決定される。フラッシュメモリに割り当てられているコマンドは、読み出し、消去、書込み、等のコマンドとされる。
The
フラッシュメモリはその内部状態を示すためにステータスレジスタ122を有し、その内容は、信号/OEをアサートすることによって入出力端子I/O0〜I/O7から読み出すことができる。
The flash memory has a
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれ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種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.
例えば、本発明はマルチメディアカード以外のメモリカード、例えばコンパクトフラッシュメモリ等にも適用することができる。また、メモリチップをずらしてスタックする構造、ICカードの接続端子に対してスルーホールを偏倚させる構造、モールド領域外にスルーホールを形成する構造、スタックされた半導体集積回路チップに対するステッチボンディング、チップの端のCS入力端子を配置する構造、スタックした不揮発性メモリを複数グループに分けて実装するICカード、注意書き、そしてデータリカバリ端子を有するICカードは、必ずしもバリスタを有する構成に適用することに限定されない。本発明のICカードに実装されるメモリは不揮発性メモリに限定されるものではなく、揮発性メモリ(SRAM、DRAM等)であってもよい。また、不揮発性メモリと揮発性メモリとの双方が搭載されるICカードであってもよい。 For example, the present invention can be applied to a memory card other than a multimedia card, such as a compact flash memory. In addition, a structure in which memory chips are shifted and stacked, a structure in which a through hole is biased with respect to a connection terminal of an IC card, a structure in which a through hole is formed outside a mold area, stitch bonding to a stacked semiconductor integrated circuit chip, The structure in which the CS input terminal at the end is arranged, the IC card in which the stacked nonvolatile memory is divided into a plurality of groups, the precautionary note, and the IC card having the data recovery terminal are not necessarily applied to a configuration having a varistor. Not. The memory mounted on the IC card of the present invention is not limited to a non-volatile memory, and may be a volatile memory (SRAM, DRAM, etc.). Further, an IC card on which both a nonvolatile memory and a volatile memory are mounted may be used.
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるメモリカードに適用した場合について説明したが、本発明はそれに限定されず、通帳、クレジットカード、IDカード等のICカードの用途にも適用することができる。 In the above description, the case where the invention made mainly by the present inventor is applied to the memory card which is the field of use that has been the background has been described. However, the present invention is not limited to this, and a passbook, a credit card, an ID card, etc. It can also be applied to the use of an IC card.
1 カード基板
2 半導体集積回路チップ
3 接続端子
3a〜3g 接続端子
4 外部端子
6 入力保護回路
7、8 ダイオード
9 サイリスタ
Q5,Q6,Q7 クランプMOSトランジスタ
Vss グランド端子
Vcc 電源端子
11 バリスタ
11a〜11e バリスタ
33 コントローラチップ
34a,34b,34c,34d 不揮発性メモリチップ
38、39 ボンディングパターン
39A ボンディングパターン
39B 配線パターン
39C ボンディングパターン
40 スルーホール
41,42 ボンディングワイヤ
43a,43b,43c,43d ボンディングワイヤ
50,51,52a,52b 外部端子(ビンディングパッド)
55 熱硬化性樹脂
56 金属キャップ
57 ボンディングワイヤ
60 ボンディングワイヤ
61 導電性シールドパターン
90 注意書き
91 注意表示
92 包装材
92,94,96 データリカバリ端子
DESCRIPTION OF
55
Claims (5)
前記第1面に対向するカード基板の第2面に複数の端子電極を有し、
前記複数の端子電極は、第1電位電源の供給に用いられる端子と、第2電位電源の供給に用いられる端子と、データ入出力に用いられる端子と、クロック入力に用いられる端子と、コマンド入力に用いられる端子とを含み、
前記第1の半導体集積回路チップは前記複数の端子電極のそれぞれに接続され、前記コマンド入力に用いられる端子から入力されるコマンドに応じて前記第2の半導体集積回路チップへのアクセス制御を行い、
前記第2の半導体集積回路チップは複数の不揮発性メモリチップであり、
前記複数の不揮発性メモリチップの夫々は1対の辺を有し、その一方の辺に沿って複数の外部端子が配列されており、
前記複数の外部端子は、前記第1電位電源の供給に用いられる端子と前記第2電位電源の供給に用いられる端子とに接続される端子と、前記第1の半導体集積回路チップと接続される端子とを含み、前記データ入出力に用いられる端子と前記クロック入力に用いられる端子と前記コマンド入力に用いられる端子とには接続されず、
前記第1の半導体集積回路チップは、前記複数の不揮発性メモリチップのうち、アクセス制御するチップに選択信号を出力するための複数のチップ選択信号出力端子を有し、
前記複数の不揮発性メモリチップは、前記複数の外部端子の配列の端に配置された前記選択信号を入力するためのチップ選択信号入力端子を有し、前記外部端子が配列された前記一方の辺及びこれに交差する辺の夫々の一方向に相互に位置をずらして積層されることによって、前記複数の外部端子がワイヤボンディング用に夫々露出された不揮発性記憶装置。 A first surface of the card substrate having a first semiconductor integrated circuit chip and a second semiconductor integrated circuit chip;
A plurality of terminal electrodes on the second surface of the card substrate facing the first surface;
The plurality of terminal electrodes include a terminal used for supplying a first potential power supply, a terminal used for supplying a second potential power supply, a terminal used for data input / output, a terminal used for clock input, and a command input Including terminals used for
The first semiconductor integrated circuit chip is connected to each of the plurality of terminal electrodes, and performs access control to the second semiconductor integrated circuit chip according to a command input from a terminal used for the command input,
The second semiconductor integrated circuit chip is a plurality of nonvolatile memory chips;
Each of the plurality of nonvolatile memory chips has a pair of sides, and a plurality of external terminals are arranged along one side thereof,
The plurality of external terminals are connected to a terminal used for supplying the first potential power supply and a terminal used for supplying the second potential power supply, and to the first semiconductor integrated circuit chip. And a terminal used for the data input / output, a terminal used for the clock input, and a terminal used for the command input,
The first semiconductor integrated circuit chip has a plurality of chip selection signal output terminals for outputting a selection signal to a chip for access control among the plurality of nonvolatile memory chips,
The plurality of nonvolatile memory chips have a chip selection signal input terminal for inputting the selection signal arranged at an end of the arrangement of the plurality of external terminals, and the one side on which the external terminals are arranged And a non-volatile memory device in which the plurality of external terminals are respectively exposed for wire bonding by being stacked with their positions being shifted from each other in one direction of each of the sides intersecting the same.
前記第1の半導体集積回路チップは、ボンディングワイヤにより前記導電パターンに接続されることで、前記複数の端子電極と接続されており、
前記スルーホールは、前記第1の半導体集積回路チップおよび第2の半導体集積回路チップと共にカード基板の第1面を覆うモールド領域より外に配置されて成る請求項1もしくは2に記載の不揮発性記憶装置。 The plurality of terminal electrodes are connected to the conductive pattern of the first surface through through holes,
The first semiconductor integrated circuit chip is connected to the plurality of terminal electrodes by being connected to the conductive pattern by a bonding wire,
3. The nonvolatile memory according to claim 1, wherein the through hole is disposed outside a mold region that covers the first surface of the card substrate together with the first semiconductor integrated circuit chip and the second semiconductor integrated circuit chip. apparatus.
前記カード基板の第1面に設けられ、前記第1の半導体集積回路チップと接続された導
電パターンと、
前記カード基板の第1面に搭載され、前記第1の半導体集積回路チップと接続された第
2の半導体集積回路チップと、
前記第1面と対向する第2面に前記導電パターンとスルーホールを介して接続された複数の端子電極とを有し、
前記第1の半導体集積回路チップは、前記導電パターンと前記第2の半導体集積回路チップとで挟まれるように配置された不揮発性記憶装置。 A first semiconductor integrated circuit chip mounted on the first surface of the card substrate;
A conductive pattern provided on the first surface of the card substrate and connected to the first semiconductor integrated circuit chip;
A second semiconductor integrated circuit chip mounted on the first surface of the card substrate and connected to the first semiconductor integrated circuit chip;
A plurality of terminal electrodes connected to the second surface facing the first surface via the conductive pattern and through holes;
The non-volatile memory device, wherein the first semiconductor integrated circuit chip is disposed so as to be sandwiched between the conductive pattern and the second semiconductor integrated circuit chip.
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