JP2017045915A - 半導体装置 - Google Patents

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Japan
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wiring
terminal
power supply
semiconductor chip
circuit
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和之 坂田
Kazuyuki Sakata
和之 坂田
隆文 別井
Takafumi Betsui
隆文 別井
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Original Assignee
Renesas Electronics Corp
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Abstract

【課題】半導体装置の信頼性を向上させる。【解決手段】半導体装置は、半導体チップ20の電源電位供給部と電気的に接続される端子Tvdt、電源電位供給部と端子Tvdtとを接続する配線VDt、半導体チップ20の基準電位供給部と電気的に接続される端子Tvst、および基準電位供給部と端子Tvstとを接続する配線VStを備える配線基板10を有する。端子Tvdtおよび端子Tvstのそれぞれは、半導体チップ20よりも配線基板10の周縁部側に配置され、配線VStは、配線VDtに沿って延びている。【選択図】図6

Description

本発明は、半導体装置に関し、例えば、配線基板に半導体チップが搭載された半導体装置に適用して有効な技術に関する。
特開2009−70965号公報(特許文献1)や、特開2010−129716号公報(特許文献2)には、マイコンチップ(またはロジック回路が形成された半導体チップ)が搭載されたパッケージ上にメモリチップが搭載されたパッケージを搭載した半導体装置が記載されている。
特許文献1には、下段側のパッケージの配線基板の下面の外側に、マイコンチップとメモリチップとの導通状態を確認するテスト用のパッドを配置する構造が記載されている。
また、特許文献2には、下段側のパッケージの配線基板の下面の外側に、下段側の半導体チップと上段側のパッケージとの接続を確認するバンプ、および下段側の半導体チップを介さずに、上段側のパッケージとの接続を確認するバンプが配置された構造が記載されている。
特開2009−70965号公報 特開2010−129716号公報
半導体装置の高性能化に伴って、半導体装置の消費電力は大きくなる傾向がある。高性能の半導体装置を安定的に動作させるためには、半導体装置が備える半導体チップに形成された回路での電力消費や、上記回路でのインピーダンス特性を管理する技術が必要になる。また、上記した電力消費、あるいはインピーダンス特性を高精度で管理するためには、上記回路における電力消費の挙動やインピーダンス特性を高精度で測定する技術が必要になる。
その他の課題と新規な特徴は、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。
一実施の形態による半導体装置は、第1回路、上記第1回路に電源電位を供給する電源電位供給部、および上記第1回路に基準電位を供給する基準電位供給部を備える、半導体チップを有する。また、半導体装置は、上記半導体チップの上記電源電位供給部と電気的に接続される電源電位用端子、上記電源電位供給部と上記電源電位用端子とを接続する第1配線、上記半導体チップの上記基準電位供給部と電気的に接続される基準電位用端子、および上記基準電位供給部と上記基準電位用端子とを接続する第2配線を備える配線基板を有する。上記電源電位用端子および上記基準電位用端子のそれぞれは、上記半導体チップよりも上記配線基板の周縁部側に配置され、上記第2配線は、上記第1配線に沿って延びるものである。
上記一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
一実施の形態の半導体装置の上面図である。 図1に示す半導体装置の下面図である。 図1のA−A線に沿った断面図である。 図1および図3に示す半導体チップの表面(複数の電極が配置された面)の平面図である。 図1〜図3に示す半導体装置が備える回路の構成例を示すブロック図である。 図1に示すB部において、図3に示す複数の配線層のうちの、最上層の配線層の要部を示す要部拡大平面図である。 図1〜図3に示す半導体装置を実装基板に実装した状態で、半導体チップが備えるコア回路への電力供給経路と、コア回路の電力測定経路の関係を模式的に示す説明図である。 図6のA部の拡大平面図である。 図6のB部の拡大平面図である。 図1〜図9を用いて説明した半導体装置の製造工程の概要を示す説明図である。 図10に示す配線基板準備工程で準備する配線基板のチップ搭載面側を示す平面図である。 図3に示すパッド21とボンディングフィンガ14とを電気的に接続する部分の拡大断面図である。 図12に示す半導体チップと配線基板の間に樹脂を配置して半導体チップの電極と配線基板の端子の接続部分を封止した状態を示す拡大断面図である。 図6に示す測定回路の配線レイアウトに対する変形例を示す拡大断面図である。 図7に対する変形例である半導体装置のコア回路への電力供給経路と、コア回路の電力測定経路の関係を模式的に示す説明図である。 図7に対する他の変形例である半導体装置のコア回路への電力供給経路と、コア回路の電力測定経路の関係を模式的に示す説明図である。 図1に対する変形例である半導体装置の上面図である。 図17のA−A線に沿った要部断面図である。 図1に対する他の変形例である半導体装置の上面図である。 図19のA−A線に沿った要部断面図である。 図7に示す電力測定経路とは別の電力測定経路を示す説明図である。
(本願における記載形式・基本的用語・用法の説明)
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、A以外の要素を含むものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe(シリコン・ゲルマニウム)合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。また、金めっき、Cu層、ニッケル・めっき等といっても、そうでない旨、特に明示した場合を除き、純粋なものだけでなく、それぞれ金、Cu、ニッケル等を主要な成分とする部材を含むものとする。
さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。
<半導体装置の概要>
まず、図1〜図3を用いて本実施の形態の半導体装置の概要構成について説明する。図1は本実施の形態の半導体装置の上面図、図2は、図1に示す半導体装置の下面図である。また、図3は、図1のA−A線に沿った断面図である。また、図4は、図1および図3に示す半導体チップの表面(複数の電極が配置された面)の平面図である。
本実施の形態の半導体装置PKG1は、配線基板(パッケージ基板)10、配線基板10上に搭載された半導体チップ20(図1、図3参照)、半導体チップ20と配線基板10とを電気的に接続する複数のバンプ電極(導電性部材)30(図3参照)、および半導体チップ20と配線基板10との複数の接続部分(バンプ電極30)を封止するアンダフィル樹脂(封止部、樹脂体、封止樹脂)UFを有している。
半導体装置PKG1が備える配線基板10は、半導体装置PKG1と図示しない実装基板との間で、電気信号や電位を伝送する伝送経路を備える基板である。図3に示すように、配線基板10は、半導体チップ20が搭載されるチップ搭載面側に設けられた上面10t、および上面10tの反対側に位置する下面10bを有している。
なお、詳細は後述するが、図3に示すように、配線基板10は複数の配線層を有し、最上層(最も半導体チップ20に近い側)の配線層WL1は、絶縁膜13tに覆われ、最下層(最も半導体チップ20から遠い側)の配線層WL8は、絶縁膜13bに覆われている。本願では、図3に示す配線層WL1の上面を配線基板10の上面10tとして定義する。また、図3に示す配線層WL8の下面を配線基板10の下面10bとして定義する。
また、本願において「チップ搭載面」と言う時は、配線基板10のうち、最も半導体チップ20に近い側の面(例えば、図3に示す絶縁膜13tの上面)を指す。しかし、図3に示すように、チップ搭載面において、絶縁膜13tには複数の開口部が設けられ、開口部において、上面10tの一部が露出している場合もある。このため、本願では、上面10tをチップ搭載面として説明する場合もある。
同様に、本願において「実装面」と言う時は、配線基板10のうち、チップ搭載面の反対側の面(例えば、図3に示す絶縁膜13bの下面)を指す。しかし、実装面において、絶縁膜13bには複数の開口部が設けられ、開口部において、下面10bの一部が露出している場合もある(図3に示す例では下面10bは露出していない)。このため、本願では、下面10bを実装面として説明する場合もある。
また、図2に示すように、半導体装置PKG1は、配線基板10の下面10bに配置された複数の半田ボール(外部端子、電極、外部電極)11を有している。複数の半田ボール11は、行列状(アレイ状、マトリクス状)に配置されている。
詳しくは、図3に示すように、複数の半田ボール11のそれぞれは、配線基板10の下面10bに形成された複数のランド(外部端子)12のそれぞれに接続されている。また、配線基板10の下面10bは、絶縁膜(ソルダレジスト膜)13bに覆われている。絶縁膜13bには、複数の開口部が形成され、複数の開口部のそれぞれにおいて、ランド12の少なくとも一部が絶縁膜13bから露出している。そして、ランド12のうち、絶縁膜13bから露出する部分に、半田ボール11が接続されている。
半導体装置PKG1のように、実装面側に、複数の外部端子(半田ボール11、ランド12)が行列状に配置された半導体装置を、エリアアレイ型の半導体装置と呼ぶ。エリアアレイ型の半導体装置PKG1は、配線基板10の実装面(下面10b)側を、外部端子の配置スペースとして有効活用することができるので、外部端子数が増大しても半導体装置PKG1の実装面積の増大を抑制することが出来る点で好ましい。つまり、高機能化、高集積化に伴って、外部端子数が増大する半導体装置PKG1を省スペースで実装することができる。
なお、図3に対する変形例として、ランド12自身を外部接続端子として機能させる場合もある。この場合、ランド12に半田ボール11は接続されず、複数のランド12のそれぞれは、配線基板10の下面10bにおいて、絶縁膜13tから露出する。また、図3に対する別の変形例として、ボール形状の半田ボール11に代えて、薄い半田膜を形成し、この半田膜を外部接続端子として機能させる場合もある。
また、図3に示すように、配線基板10は、上面10tに形成された複数のボンディングフィンガ(端子、チップ接続用端子、ボンディングリード)14を有している。複数のボンディングフィンガ14のそれぞれは、半導体装置PKG1の内部インタフェース端子であって、半導体チップ20が備える回路(詳細は後述する)と電気的に接続されている。図3に示す例では、複数のボンディングフィンガ14のそれぞれは、半導体チップ20と厚さ方向に重なる位置に配置され、複数のバンプ電極30を介して半導体チップ20の複数のパッド(電極、電極パッド)21のそれぞれと電気的に接続されている。
また、配線基板10の上面10tは、絶縁膜(ソルダレジスト膜)13tに覆われている。また、絶縁膜13tには、開口部が形成され、開口部において、ボンディングフィンガ14の少なくとも一部が絶縁膜13tから露出している。そして、ボンディングフィンガ14のうち、絶縁膜13tから露出する部分に、バンプ電極30の一方の端部が接続されている。
また、図3に示すように、配線基板10は、上面10t側の複数のボンディングフィンガ14と下面10b側の複数のランド12とを電気的に接続する複数(図3に示す例では8層)の配線層WL1、WL2、WL3、WL4、WL5、WL6、WL7、WL8を有する。複数の配線層のそれぞれは、配線16などの導体パターンを有し、隣り合う導体パターンは、絶縁層15により覆われている。ただし、配線基板10が備える配線層の数は、図3に示す例に限定されず、例えば、8層よりも少なくても良いし、8層よりも多くても良い。
図3に示す例では、配線基板10は、コア層(コア材、コア絶縁層、絶縁層)15cを基材として、コア層15cの上面15tおよび下面15bにそれぞれ複数の配線層が積層された構造になっている。コア層15cは、配線基板10の基材となる絶縁層であって、例えば、ガラス繊維などの繊維材にエポキシ樹脂などの樹脂材を含浸させた絶縁材料から成る。また、コア層15cの上面および下面のそれぞれに積層される絶縁層15は、例えば熱硬化性樹脂などの有機絶縁材料から成る。また、コア層15cの上面15tおよび下面15bに積層される複数の配線層および絶縁層15は、例えばビルドアップ工法により形成される。ただし、図3に対する変形例として、コア層15cを有していない、所謂、コアレス基板を用いても良い。
また、配線基板10は、各配線層の間に設けられ、厚さ方向に隣り合う配線層同士を電気的に接続するビア配線16Vを有する。また、図3に示すコア層15cは他の絶縁層よりも厚さが厚いので、ビア配線16Vを形成することが難しい。そこで、コア層15cには、コア層15cの上面15tおよび下面15bのうち、一方から他方までを貫通している複数のスルーホール配線16Tを有している。複数の配線層WL1、WL2、WL3、WL4、WL5、WL6、WL7、WL8のうち、厚さ方向に隣り合う配線層は、ビア配線16Vまたはスルーホール配線16Tを介して電気的に接続されている。つまり、配線基板10の複数のボンディングフィンガ14と複数のランド12とは、複数の配線層WL1、WL2、WL3、WL4、WL5、WL6、WL7、WL8、複数のビア配線16V、および複数のスルーホール配線16Tを介してそれぞれ電気的に接続されている。ビア配線16Vやスルーホール配線16Tのように、厚さ方向に隣り合う配線層同士を電気的に接続する導電性部材は、層間導電路と呼ばれる。
なお、配線基板10が有する複数の配線層のうち、最上層の配線層(最も上面10t側の配線層WL1)に設けられた配線16は、ボンディングフィンガ14と一体に形成されている。言い換えれば、ボンディングフィンガ14は配線16の一部と考えることができる。また、ボンディングフィンガ14と配線16を区別して考える場合には、配線基板10の上面10tにおいて、絶縁膜13tから露出する部分をボンディングフィンガ14、絶縁膜13tに覆われる部分を配線16として定義することができる。また、配線基板10が有する複数の配線層のうち、最下層の配線層(最も下面10b側の配線層)に設けられた配線16は、ランド12と一体に形成されている。言い換えれば、ランド12は配線16の一部と考えることができる。また、ランド12と配線16を区別して考える場合には、配線基板10の下面10bにおいて、絶縁膜13bから露出する部分をランド12、絶縁膜13bに覆われる部分を配線16として定義することができる。一方、配線基板10が有する複数の配線層のうち、最下層の配線層(最も下面10b側の配線層WL8)に設けられた配線16は、ランド12と一体に形成されている。言い換えれば、ランド12は配線16の一部と考えることができる。また、ランド12と配線16を区別して考える場合には、配線基板10の下面10bにおいて、絶縁膜13bから露出する部分をランド12、絶縁膜13bに覆われる部分を配線16として定義することができる。
また、図1および図3に示すように、配線基板10の上面10t上には、半導体チップ20が搭載されている。半導体チップ20は、表面(主面、上面)20t(図3参照)、表面20tとは反対側の裏面(主面、下面)20b、および、表面20tと裏面20bとの間に位置する側面20s(図3参照)を有する。また、半導体チップ20は、図4に示すように平面視において四角形の外形形状を成す。
詳しくは、半導体チップ20の表面20t(および図3に示す裏面20b)は、辺20s1、辺20s1と交差する辺20s2、辺20s1と交差し、かつ辺20s2の反対側に位置する辺20s3、および辺20s1の反対側に位置し、かつ、辺20s2および辺20s3と交差する辺20s4を備えている。また、半導体チップ20の表面20t(および図3に示す裏面20b)は、辺20s1と辺20s2との交点である角部20c1、辺20s1と辺20s3との交点である角部20c2、辺20s2と辺20s4との交点である角部20c3、および辺20s3と辺20s4との交点である角部20c4を備えている。
また、図4に示すように、半導体チップ20は、表面20t側に配置された複数のパッド(電極、チップ電極、電極パッド)21を備えている。複数のパッド21は、半導体チップの外部端子であって、半導体チップ20の表面20tを覆う絶縁膜から露出している。
また、図4に示す例では、複数のパッド21は、半導体チップ20の表面20tの各辺に沿って並ぶ(表面20tの周縁部側に配置される)複数の周縁電極(ペリフェラル電極)21Pと、複数の周縁電極よりも内側に配置される複数の中央電極(コア電極)21Cと、を含んでいる。図4に示す例では、複数の周縁電極21Pは、半導体チップ20の辺20s1、辺20s2、辺20s3、および辺20s4のそれぞれに沿って、複数列(図4では2列)で並べられている。また、詳細は後述するが、本実施の形態では、周縁電極21Pは、主に信号伝送用の電極、あるいは入出力回路を駆動するための電源電位や基準電位を供給する電極として利用される。一方、中央電極21Cは後述する演算処理回路などのコア回路を駆動する電源電位や基準電位を供給する電極として利用される。
また、図示は省略するが、半導体チップ20の半導体素子形成面には、それぞれダイオードやトランジスタなどの複数の半導体素子(回路素子)が形成され、半導体素子上に形成された図示しない配線(配線層)を介して、複数のパッド21とそれぞれ電気的に接続されている。このように半導体チップ20は、主面に形成された複数の半導体素子とこれら複数の半導体素子を電気的に接続する配線により集積回路を構成している。
なお、半導体チップ20の半導体素子形成面を持つ基材(半導体基板)は、例えば、シリコン(Si)から成る。また、複数のパッド21のそれぞれは金属からなり、本実施の形態では、例えばアルミニウム(Al)からなる。
また、図3に示す例では、半導体チップ20は、表面20tを配線基板10の上面10tと対向させた状態で、配線基板10の上面10t上に搭載されている。このような実装方式は、フェイスダウン実装方式と呼ばれる。
また、図3に示すように、半導体チップ20は複数のバンプ電極30を介してそれぞれ配線基板10と電気的に接続されている。詳しくは、バンプ電極30の一方の端部は、半導体チップ20の表面20tにおいて露出するパッド21に接続されている。また、バンプ電極30の他方の端部は、配線基板10のボンディングフィンガ14に接続されている。バンプ電極30は、例えば、パッド21に一方の端部が接合された金(Au)、あるいは銅(Cu)などから成る突起電極の先端に半田材などの接合材を接続したものを用いることができる。あるいは、ボール状に形成された半田材をバンプ電極30として用いても良い。このように、バンプ電極30を介して半導体チップ20の複数のパッド21とボンディングフィンガ14とを電気的に接続する方法は、フリップチップ接続方式と呼ばれる。
また、図3に示すように半導体チップ20と配線基板10の間には、アンダフィル樹脂(絶縁性樹脂)UFが配置される。アンダフィル樹脂UFは、半導体チップ20の表面20tと配線基板10の上面10tの間の空間を塞ぐように配置される。また、アンダフィル樹脂UFは、絶縁性(非導電性)の材料(例えば樹脂材料)から成り、半導体チップ20と配線基板10の電気的接続部分(複数のバンプ電極30の接合部)を封止するように配置される。このように、複数のバンプ電極30の周囲をアンダフィル樹脂UFで覆うことで、半導体チップ20と配線基板10の電気的接続部分に生じる応力を緩和させることができる。また、半導体チップ20の複数のパッド21と複数のバンプ電極30との接合部に生じる応力についても緩和させることができる。また、半導体チップ20の半導体素子(回路素子)が形成された面を保護することができる。
<回路構成例>
次に、図1〜図3に示す半導体装置の回路構成例について説明する。図5は、図1〜図3に示す半導体装置が備える回路の構成例を示すブロック図である。
なお、図5に示される信号伝送用の配線経路と、電源電位を供給する配線経路、基準電位を供給する配線経路を識別するため、図5では、これらを互いに異なる線種で示している。信号伝送用の配線経路(信号線SIG)は、一点鎖線で示されている。電源電位を供給する配線経路(電源線VD1、VD2)は実線で示されている。また、基準電位を供給する配線経路(基準電位線VS1、VS2)は、点線で示されている。また、半導体チップ20が備えている各種回路は、二点鎖線で示している。
また、図5に示す接続部分Psg、Pvd1、Pvs1、Pvd2、Pvs2、Pvdt、および接続部分Pvstのそれぞれは、図3に示すパッド21、バンプ電極30、およびボンディングフィンガ14の接続部分の全体を表す。また、図5に示す接続部分Lsg、Lvd1、Lvs1、Lvd2、および接続部分Lvs2のそれぞれは、図3に示すランド12および半田ボール11の接続部分の全体を表す。
図5に示す半導体装置PKG1は、半導体チップ20と外部機器40との間で信号を伝送することによって動作するシステムを備えている。例えば、外部機器40は、半導体チップ20との間で通信するデータを記憶する主記憶回路(記憶回路、メモリ回路)を備えるメモリパッケージである。外部機器40は、半導体チップ20との間で信号伝送を行って、主記憶回路へのデータの書き込み、あるいは、主記憶回路からのデータの読み出しを行う。
また、半導体チップ20が備える演算処理回路CPU1、CPU2は、例えば、外部機器40の主記憶回路の動作(書き込み動作や読み出し動作)を制御する制御回路として機能する。また例えば、演算処理回路CPU1、CPU2は、外部機器40から入力されたデータ信号に対して数値計算などの演算処理を行う、情報処理回路として機能する。演算処理回路CPU1、CPU2のように、機器制御や情報処理などを行う回路は、信号の入出力を行う入出力回路(例えばインタフェース回路IF1)と比較して、回路構造が複雑で消費電力が大きい。このため、半導体チップ20の性能に対して演算処理回路CPU1、CPU2が与える影響は、入出力回路が与える影響より相対的に大きい。このため、演算処理回路CPU1、CPU2のような主要な回路は、コア回路と呼ばれる。
また、半導体チップ20には、外部機器40との間で信号の入出力を行うインタフェース回路(入出力回路、外部入出力回路)IF1が形成されている。インタフェース回路IF1には、半導体チップ20と外部機器40との間で信号を伝送する信号線SIGが接続される。また、インタフェース回路IF1は、演算処理回路CPU1、CPU2と接続されている。インタフェース回路IF1は、外部機器40から入力されたデータ信号を演算処理回路CPU1、CPU2に出力する機能(出力機能、中継機能)を有する。また、インタフェース回路IF1は、演算処理回路CPU1、CPU2から出力された制御信号や処理済のデータ信号を外部機器40に出力する機能(出力機能、中継機能)を有する。
また、半導体チップ20は、演算処理回路CPU1、CPU2を駆動するための電力が供給される電源回路PWR1を備えている。図5に示す例では、電源回路PWR1には、電源電位を供給する電源線(電源電位配線経路)VD1と、基準電位を供給する基準電位線(基準電位配線経路)VS1と、が接続されている。また、演算処理回路CPU1、CPU2を駆動するための電位は、半導体装置PKG1の外部に設けられた電源(レギュレータ)50から電源回路PWR1を経由して、演算処理回路CPU1、CPU2に供給される。
このように、電源回路PWR1は、外部から供給された駆動電圧を中継する回路である。例えば、電圧回路PWR1が電圧レベルの変換機能を備えている場合、電源50から供給された電力を、電源回路PWR1で変圧して演算処理回路CPU1、CPU2に供給することができる。また、例えば、電源回路PWR1が、予め設定された規定値を超える電流が流れた時に、電流の流れを遮断する機能(保護機能)を備えている場合、演算処理回路CPU1、CPU2に過電流が流れることを防止できる。
また、半導体チップ20は、インタフェース回路IF1を駆動するための電力が供給される電源回路PWR2を備えている。図5に示す例では、電源回路PWR2には、電源電位を供給する電源線VD2と、基準電位を供給する基準電位線VS2とが接続されている。また、インタフェース回路IF1を駆動するための電位は、半導体装置PKG1の外部に設けられた電源(レギュレータ)50から電源回路PWR2を経由して、インタフェース回路IF1に供給される。
なお、図5に示す例では、演算処理回路CPU1、CPU2を駆動する電力が供給される電源回路PWR1と、インタフェース回路IF1を駆動する電力が供給される電源回路PWR2と、を互いに分離して設けている。ただし、インタフェース回路IF1に電力を供給する回路の構成には種々の変形例がある。例えば、図5に示す電源線VD2および基準電位線VS2を設けず、電源回路PWR1で変圧した電力を、電源回路PWR2、あるいはインタフェース回路IF1に供給しても良い。この場合、配線基板10に設けられた電力供給経路の構造を単純化できる。
また、図5に示す基準電位線VS1および基準電位線VS2に供給される電位は、例えば接地電位である。しかし、駆動電圧は、互いに異なる第1の電位と第2の電位との差により規定されるため、基準電位線VS1および基準電位線VS2に供給される電位は、接地電位以外の電位であっても良い。
また、図5に示す複数の配線経路のうち、信号線SIGは、配線経路距離を短くすることが好ましい。信号伝送経路の経路距離を短くすることで、信号伝送の信頼性を向上させることができる。また、図4に示す複数のパッド21のうち、最外周のパッド21を利用すれば、図5に示す信号線SIGの配線経路距離を短くし易い。最外周のパッド21に接続される配線は、他の配線との接触を回避し易いので、他の配線との接触を避けるための迂回距離(引き回し距離)を低減できる。
そこで、図4に示す複数のパッド21のうち、表面20tの周縁部に沿って設けられた複数の周縁電極21Pには、図5に示す信号線SIGの一部を構成する接続部分Psgが接続される。
また、上記したように、演算処理回路CPU1、CPU2と、外部機器40との信号伝送は、インタフェース回路IF1を介して行う。このため、インタフェース回路IF1は、図4に示す表面20tのうち、中央電極21Cより周縁電極21Pの近くに形成されている方が信号伝送距離を短くできる点で好ましい。また、インタフェース回路IF1が周縁電極21Pの近くに形成されている場合、インタフェース回路IF1を駆動する電力を供給する電源線VD2および基準電位線VS2も周縁電極21Pに接続することが好ましい。電力の供給経路は、電力が消費される回路の近くに設けた方が、電力ロスが小さいからである。
そこで、図4に示す複数のパッド21のうち、表面20tの周縁部に沿って設けられた複数の周縁電極21Pには、図5に示す電源線VD2の一部を構成する接続部分Pvd2、および基準電位線VS2の一部を構成する接続部分Pvs2が接続される。
このため、図4に示す中央電極21Cに近くには、図5に示す演算処理回路CPU1、CPU2、および演算処理回路CPU1、CPU2を駆動する電力が供給される電源回路PWR1が設けられている。また、図4に示す複数のパッド21のうち、複数の周縁電極21Pの内側に設けられた複数の中央電極21Cには、図5に示す電源線VD1の一部を構成する接続部分Pvd1、および基準電位線VS1の一部を構成する接続部分Pvs1が接続される。
なお、図5では、半導体チップ20が備えている回路の例として、演算処理回路CPU1、CPU2、インタフェース回路IF1、電源回路PWR1、および電源回路PWR2を示している。しかし、半導体チップ20が備えている回路の種類や数は、図5に示す例の他、種々の変形例がある。例えば、半導体チップ20が一次的にデータを記憶するキャッシュメモリなど、外部機器40の主記憶回路よりも記憶容量が小さい補助記憶回路(記憶回路)を備えていても良い。
また、本実施の形態に対する変形例として、図5に示す外部機器40を配線基板10に搭載して、半導体装置PKG1のパッケージ内で半導体チップ20と接続しても良い。本実施の形態では、半導体チップ20が備えるコア回路(演算処理回路CPU1、CPU2)に対する電力の供給方法を中心に説明するために、外部機器40が半導体装置PKG1の外部に接続された実施態様を取り上げて説明している。
また、図5に示す例では、半導体チップ20は、互いに独立して動作する複数の演算処理回路を有している。すなわち、半導体チップ20は、演算処理回路CPU1と、演算処理回路CPU2とを有している。
上記した「独立して動作する」とは、複数の演算処理回路のそれぞれが、互いに異なる処理動作、あるいは、互いに関連する処理動作を並行して実施することが可能な状態のことを言う。例えば、図5に示す例では、演算処理回路CPU1で第1の処理動作を行い、演算処理回路CPU2では第1の処理動作とは異なる、あるいは第1の処理動作と関連する処理動作を行い、半導体チップ20全体としての処理速度の向上を図る場合がある。この場合、演算処理回路CPU1と演算処理回路CPU2とは、互いに独立して動作している状態である。また、要求される処理の負荷が低い場合、演算処理回路CPU1は処理動作を行い、演算処理回路CPU2は、処理動作を停止して消費電力の低減を図っても良い。この場合も演算処理回路CPU1と演算処理回路CPU2とは、互いに独立して動作している状態である。
図5および図7に示す例では、この場合も演算処理回路CPU1と演算処理回路CPU2とが独立して動作するための方法として、演算処理回路CPU1は、スイッチSW1を介して電源回路PWR1の電源電位供給部Nvdに接続されている。また、演算処理回路CPU2は、スイッチSW2を介して電源回路PWR1の電源電位供給部Nvdに接続されている。なお、演算処理回路CPU1、CPU2は、スイッチSW1、SW2を介して、電源回路PWR1の電源電位供給部Nvdではなく、電源回路PWR1の基準電位供給部Nvsに、それぞれ接続されていてもよい。
また、図5に示す電源電位供給部Nvdは、演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2に供給される電源電位を受けるノードである。電源50から電源電位を供給する電源線VD1は、ノードである電源電位供給部Nvdに電源電位を供給する。また、演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2のそれぞれは、ノードである電源電位供給部Nvdから電源電位が供給される。また、後述するように、演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2の消費電力の変動を測定するための端子である端子Tvdtは、ノードである電源電位供給部Nvdに接続されている。
同様に、基準電位供給部Nvsは、演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2に供給される基準電位を受けるノードである。電源50から基準電位を供給する基準電位線VS1は、ノードである基準電位供給部Nvsに基準電位を供給する。また、演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2のそれぞれは、ノードである基準電位供給部Nvsから基準電位が供給される。また、後述するように、演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2の消費電力の変動を測定するための端子である端子Tvstは、ノードである基準電位供給部Nvsに接続されている。
<電力供給経路の詳細>
次に、図5に示す演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2に電力を供給する経路の詳細、および電力の測定方法の詳細について説明する。図6は、図1に示すB部において、図3に示す複数の配線層のうちの、最上層の配線層の要部を示す要部拡大平面図である。また、図7は、図1〜図3に示す半導体装置を実装基板に実装した状態で、半導体チップが備えるコア回路への電力供給経路と、コア回路の電力測定経路の関係を模式的に示す説明図である。また、図21は、図7に示す電力測定経路とは別の電力測定経路を示す説明図である。
上記したように、演算処理回路CPU1や演算処理回路CPU2などのコア回路は、インタフェース回路IF1のような入出力回路と比較して消費電力が大きい。このため、処理の負荷変動に応じて、消費される電力量が大きく変化する。特に、図5に示すように、複数のコア回路(演算処理回路CPU1、CPU2)が独立して動作する半導体装置PKG1の場合、コア回路の稼働状況に応じて電力の需要が大きく変動する。このため、例えば、複数のコア回路が同時に高い負荷で稼働した場合、瞬間的な電圧降下が発生し、一部または複数のコア回路の動作が不安定になることが考えられる。
ただし、電力の需要変動は、半導体装置PKG1の使用状況(用途や使用環境などの条件)によって変化する。したがって、コア回路への電力供給を最適化して、コア回路の動作を安定化させるためには、半導体装置PKG1が実際に使用されている環境下で、コア回路の電力需要の変化(言い換えれば、コア回路の消費電力の変化)を測定する技術が必要である。
しかし、半導体装置PKG1が実際に使用されている環境下で、コア回路の消費電力の変化を高精度で把握することは難しい。例えば、半導体装置PKG1が実際に使用されている環境下で、コア回路の電力需要の変化を測定する方法として、図21に示すように、半導体装置PKGhが搭載される実装基板MB上に電圧測定用の端子Tmbを設け、端子Tmbと検査装置DETとを電気的に接続して電圧を測定する方法が考えられる。
ところが、図21に示す例の場合、以下の理由により、コア回路での電力需要の変動を正確に把握することは難しい。まず、図21に示す例の場合、測定対象である演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2から、電圧測定用の端子Tmbまでの測定回路の経路距離が長い。このため、測定回路中に様々なノイズ源が介在しやすくなる。このため、演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2における電力需要の変化の測定精度が低下する。
また、図21に示す例の場合、コア回路である演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2と、電源50との間に、コンデンサ(コンデンサ部品、バイパスコンデンサ)51が介在している。コンデンサ51は、一方の電極が電源線VD1に接続され、他方の端部が基準電位線VS1に接続されている。言い換えれば、コンデンサ51は、電源50とコア回路(演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2)との間に、並列接続で挿入されている。
このように、電源50とコア回路との間に、コンデンサ51が設けられている場合、コア回路において消費電力が急激に増加した時に、コンデンサ51がバッテリとして機能する。すなわち、急激な需要増加により不足した電流を、コンデンサ51から供給することで、コア回路における電圧降下を抑制できる。
また、電源50とコア回路との間に、コンデンサ51が設けられている場合、電源50とコンデンサ51の間で生じるノイズ成分がコア回路に伝達されることを抑制する、ノイズフィルタとして機能する。例えば電源50とコンデンサ51の間に設けられた電源線VD1で電位の変動(ノイズ)が生じた場合、そのノイズは、コンデンサ51において除去され、コア回路には伝達されない。これにより、コア回路に安定的に電力を供給することができる。このように、コンデンサ51は、コア回路の動作を安定化させるために設けられる電子部品である。
しかし、図21に示す例の場合、測定対象である演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2と、電圧測定用の端子Tmbまでの間に、コンデンサ(コンデンサ部品、バイパスコンデンサ)51が介在している。言い換えれば、コンデンサ51は、検査装置DETとコア回路(演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2)との間に、並列接続で挿入されている。
図21に示すように、コア回路の消費電力を測定するために設けられた測定経路中に、コンデンサ51が介在すると、検査装置DETで検出されるデータがコンデンサ51により補正されてしまう。例えば、コア回路において、急激に消費電力が増加して、電流が瞬間的に不足した場合でも、検査装置DETでは、コンデンサ51によって補正されたデータ(例えば電圧データ)が測定される。この結果、コア回路における電力需要の変化を把握することは困難である。
本願発明者は、上記課題を踏まえ、コア回路における電力消費の挙動を高精度で測定する技術について検討した。まず、コア回路における電力消費の挙動の測定精度を向上させるためには、測定対象である回路から、測定用の端子までの測定回路の経路距離を短くすることが好ましい。しかし、半導体チップ20(図21参照)に測定用の端子を設けた場合、半導体装置が実際に使用されている環境下で、半導体チップ20に設けられた測定用の端子に、検査装置DET(図21参照)を接続することが難しい。
そこで、本実施の形態では、図6および図7に示すように、コア回路(演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2)に電力を供給する電源回路PWR1(図7参照)における電力(例えば電圧)を測定する測定用の端子Tvdtおよび端子Tvstは、配線基板10に設けられている。
詳しくは、図6に示すように、配線基板10は、上面10tに配置され、半導体チップ20の電源電位供給部Nvd(図5参照)と電気的に接続される端子14dt、端子14dtと電気的に接続される端子Tvdt、および端子14dtと端子Tvdtとを電気的に接続する配線VDtを備えている。また、配線基板10は、上面10tに配置され、半導体チップ20の基準電位供給部Nvs(図5参照)と電気的に接続される端子14st、端子14stと電気的に接続される端子Tvst、および端子14stと端子Tvstとを電気的に接続する配線VStを備えている。
また、端子Tvdtは端子14dtよりも配線基板10の周縁部側に配置されている。また、端子Tvstは、端子14stよりも配線基板10の周縁部側に配置されている。すなわち、配線VDtは、配線基板10の周縁部側に配置された端子Tvdtと半導体チップ20と重なる領域に配置された端子14dtとを電気的に接続するための引出配線である。また、配線VStは、配線基板10の周縁部側に配置された端子Tvstと半導体チップ20と重なる領域に配置された端子14stとを電気的に接続するための引出配線である。
このように、平面視において、電力測定用の端子Tvdtおよび端子Tvstのそれぞれが配線基板10の上面10tにおいて半導体チップ20より周縁部側に配置されている場合、コア回路の電力を測定する際に、検査装置DET(図7参照)のテスト端子(例えば針状の端子)を接触させ易い。このため、半導体装置PKG1が実装基板MB(図7参照)に実装された状態でコア回路の消費電力の変化を測定することが可能である。また、本実施の形態のように、電力測定用の端子Tvdtおよび端子Tvstのそれぞれが配線基板10に設けられている場合、図21に示す例と比較して測定回路の経路距離を短くできる。
また、コア回路における電力消費の挙動の測定精度を向上させるためには、測定対象である回路から、測定用の端子までの測定回路の経路中のノイズの影響を低減することが好ましい。本実施の形態では、上記したように、測定回路の経路距離を短くできるので、測定回路中にノイズ源が影響を与える機会は少なくなっている。
また、本実施の形態では、図6に示すように、配線VStは配線VDtに沿って延びる。ここで、「配線VStが配線VDtに沿って延びる」とは、配線VDtと配線VStとが並んで延びる(あるいは並走するとも言う)状態を言う。このように、配線VStが配線VDtに沿って延びている場合、配線VDtおよび配線VStのうちのいずれか一方がノイズの影響を受けることを防止できる。
端子Tvdtおよび端子Tvstの電位差を測定する場合、配線VDtおよび配線VStのうちのいずれか一方がノイズの影響を受けていて、他方がノイズの影響を受けていない場合、ノイズの影響は、測定結果に反映される。しかし、配線VDtおよび配線VStの両方が、同じようにノイズの影響を受けている時には、ノイズの影響は相殺される。
本実施の形態によれば、配線VDtと配線VStとが並んで延びているので、測定回路の近傍にノイズ源があった場合でも、配線VDtおよび配線VStの両方が、同じようにノイズの影響を受ける。このため、ノイズの影響が測定結果に反映され難くなるので、コア回路における電力消費の挙動の測定精度を向上させることができる。
また、図6に示す例では、配線VDtと配線VStとは、端子14dtまたは端子14stに接続される部分から端子Tvdtまたは端子Tvstに接続される部分までの全区間において、互いに隣り合って並走している。このため、配線VDtと配線VStの間には、他の導体パターンは形成されていない。配線のレイアウト上の制約によっては、配線VDtと配線VStの間の領域の一部分に他の導体パターンが配置されていても良い。しかし、配線VDtと配線VStとが受けるノイズの影響を相殺させる観点からは、図6に示す例のように、配線VDtと配線VStの間に、他の導体パターンが形成されていないことが好ましい。
また、図6に示す例では、配線VDtと配線VStとは、端子14dtまたは端子14stに接続される部分から端子Tvdtまたは端子Tvstに接続される部分までの全区間において、一定の離間距離SP1で並走している。配線VDtと配線VStとが受けるノイズの影響を相殺させるには、配線VDtと配線VStとの離間距離SP1は狭いことが好ましい。
なお、配線レイアウトの制約等によっては、端子14dtまたは端子14stに接続される部分から端子Tvdtまたは端子Tvstに接続される部分までの区間のうちの一部分において、離間距離SP1が変化していても良い場合もある。なお、上記した「離間距離SP1が一定」とは、配線VDtと配線VStとが受けるノイズの影響を相殺させる観点から許容される範囲内で離間距離SP1がほぼ同じ値であることを意味する。
したがって、例えば、加工精度上の問題に起因して、離間距離が若干異なっている場合は、上記した「離間距離SP1が一定」に含まれる。また、例えば、配線と端子とを接続する部分では、端子のレイアウトと配線の延在方向の関係によっては、接続部分の周辺で配線を迂回させる場合がある。しかし、この場合、迂回した部分は、上記した端子14dtまたは端子14stに接続される部分、若しくは、端子Tvdtまたは端子Tvstに接続される部分に含まれ、上記した全区間の中には含まれない。また、例えば、図6では、配線VDtおよび配線VStは、配線層WL1のみに形成されているが、変形例としては、配線VDtおよび配線VStの一部分が配線層WL1以外の配線層に形成されている場合もある。この場合、図3に示すビア配線16Vのような層間導電路に接続する部分では、配線の一部を迂回させる場合がある。しかし、この場合にも、迂回した部分は、上記した全区間の中には含まれない。
<好ましい態様>
次に、本実施の形態の詳細な構成に関し、好ましい態様について説明する。
まず、測定回路へのノイズ影響を低減する観点からは、図7に示すように、測定回路を構成する端子Tvdt、端子Tvst、配線VDt、および配線VStのそれぞれは、電力供給用の回路を構成する端子や配線と共有しないことが好ましい。言い換えれば、端子14dtおよび端子14stは、電力供給用の回路とは分離された、測定回路専用の端子になっていることが好ましい。
詳しくは、図7に示すように、配線基板10の上面10tに形成された複数のボンディングフィンガ14は、半導体チップ20の電源電位供給部Nvdに電源電位を供給する電源電位端子14d1を含んでいる。また、複数のボンディングフィンガ14は、半導体チップ20の基準電位供給部Nvsに基準電位を供給する基準電位端子14s1を含んでいる。
また、配線基板10の下面10bに形成された複数のランド12は、電源線(電源電位配線経路)VD1を介して電源電位端子14d1と電気的に接続される電源電位端子12d1を含んでいる。また、複数のランド12は、基準電位線(基準電位配線経路)VS1を介して基準電位端子14s1と電気的に接続される基準電位端子12s1を含んでいる。
そして、配線VDtは電源線VD1と電気的に分離されている。また、配線VStは基準電位線VS1と電気的に分離されている。言い換えれば、配線VDtおよび配線VStのそれぞれは、電源線VD1および基準電位線VS1のそれぞれと電気的に分離されている。さらに言い換えれば、端子14dtおよび端子14stは、電源線VD1および基準電位線VS1とは分離された、測定回路専用の端子になっている。このように、配線VDtおよび配線VStのそれぞれを電源線VD1および基準電位線VS1のそれぞれから分離することにより、測定回路が電源線VD1などに起因するノイズの影響を受けることを抑制できる。
なお、配線VDtは、半導体チップ20内のノードである電源電位供給部Nvdを介して電源線VD1と電気的に接続されている。また、配線VStは、半導体チップ20内のノードである基準電位供給部Nvsを介して基準電位線VS1と電気的に接続されている。このため、図7に示す構成を厳密に表現すれば、配線VDtは、半導体チップ20の電源電位供給部Nvdを介して電源線VD1と電気的に接続される経路を除き、電源線VD1と電気的に分離されている。また、配線VStは、半導体チップ20の基準電位供給部Nvsを介して基準電位線VS1と電気的に接続される経路を除き、基準電位線VS1と電気的に分離されている。
ただし、本実施の形態の測定回路は、コア回路である演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2における消費電力の変動を測定するものである。したがって、コア回路に対して電力を供給する半導体チップ20内のノードの部分(電源回路PWR1)における電力の変動(例えば電圧変動)は、コア回路における消費電力の変動と等価と見做すことができる。したがって、電源回路PWR1において、測定回路と、電力供給用の回路(電源線VD1および基準電位線VS1)とが電気的に接続されていても、コア回路の消費電力の変化を高精度で測定することは可能である。すなわち、図7に示す構成は、コア回路での消費電力の変動を測定する観点からは、「配線VDtが電源線VD1と電気的に分離され、配線VStが基準電位線VS1と電気的に分離されている」と見做すことができる。
また、図7に示すように、測定回路と、電力供給回路とが電気的に分離されているという構成は、以下のように表現することもできる。すなわち、端子Tvdtおよび端子Tvstのそれぞれは複数のランド12と電気的に分離されている。なお、上記と同様に、図7に示す構成を厳密に表現すれば、端子Tvdtは、半導体チップ20の電源電位供給部Nvdを介して電源電位端子12d1と電気的に接続される経路を除き、複数のランド12と電気的に分離されている。また、端子Tvstは、半導体チップ20の基準電位供給部Nvsを介して基準電位端子12s1と電気的に接続される経路を除き、複数のランド12と電気的に分離されている。ただし、上記した通り、図7に示す構成は、コア回路での消費電力の変動を測定する観点からは、「端子Tvdtおよび端子Tvstのそれぞれは複数のランド12と電気的に分離されている」と見做すことができる。
また、演算処理回路CPU1や演算処理回路CPU2などのコア回路の動作を安定化させる観点からは、電力供給回路である電源線VD1および基準電位線VS1の距離を短くすることが好ましい。また、図7に示すように、実装基板MBに、電力供給経路と電気的に接続されるコンデンサ51が搭載されている場合、コンデンサ51からコア回路までの経路距離を短くすることが好ましい。
そこで、図7に示すように、複数のランド12のうち、電源電位端子12d1および基準電位端子12s1のそれぞれは、半導体チップ20と重なる位置に配置されていることが好ましい。なお、図7は、模式図であるため、半導体チップ20とランド12との位置関係が判り難いが、例えば図3に示すように、複数のランド12のうち、半導体チップ20と重なる位置に設けられたランド12が、電源電位端子12d1および基準電位端子12s1として利用されていることが好ましい。図3に示す例では、電源電位端子12d1および基準電位端子12s1は、複数の中央電極21Cと重なる位置に設けられている。
このように、電源電位端子12d1および基準電位端子12s1が半導体チップ20と重なる位置に配置されている場合、電源線VD1(図7参照)および基準電位線VS1(図7参照)の経路距離を短くすることができる。これにより、演算処理回路CPU1や演算処理回路CPU2などのコア回路の動作を安定化させることができる。
また、図7に示すように、電源線VD1や基準電位線VS1が主に半導体チップ20と重なる領域内に配置されていれば、測定回路を構成する配線VDtおよび配線VStと電力供給回路とを電気的に分離し易くなる。
また、上記したように、図6に示す端子Tvdtおよび端子Tvstのそれぞれは、コア回路(図5に示す演算処理CPU1および演算処理CPU2)における電力消費の挙動を測定するための端子である。また、端子Tvdtに接続される配線VDtおよび端子Tvstに接続される配線VStのそれぞれも、コア回路における電力消費の挙動を測定するための引出配線である。
このため、端子Tvdtおよび端子Tvstや、配線VDtおよび配線VStのそれぞれが、電力を測定していない時に電源回路PWR1(図5参照)を介して他の回路に与える影響は小さい程良い。そして、端子Tvdtおよび端子Tvstや、配線VDtおよび配線VStのそれぞれが、電力を測定していない時に他の回路に与える影響を低減するためには、非測定時において、配線VDtおよび配線VStに電流が流れ難い構造になっていることが好ましい。
例えば図7に示すように、端子Tvdtおよび端子Tvstは、検査装置DETを接続するまでは、回路を構成していないことが好ましい。言い換えれば、端子Tvdtには、配線VDt以外の導体パターンが接続されていないことが好ましい。言い換えると、配線基板10に設けられ、また、半導体チップ20内のノードである電源電位供給部Nvdに繋がり、さらに、端子14dt、配線VDtおよび端子Tvdtを有する信号伝送経路は、端子Tvdtで終端している。また、端子Tvstには配線VSt以外の導体パターンが接続されていないことが好ましい。言い換えると、配線基板10に設けられ、また、半導体チップ20内のノードである基準電位供給部Nvdに繋がり、さらに、端子14st、配線VStおよび端子Tvstを有する信号伝送経路は、端子Tvstで終端している。
端子Tvdt、Tvstに配線VDt、VSt以外の導体パターンが接続されていなければ、配線VDtや配線VStには電流が流れにくい。したがって、端子Tvdtおよび端子Tvstや、配線VDtおよび配線VStのそれぞれが、電力を測定していない時に他の回路に与える影響を低減できる。
また、コア回路における消費電力の変化を測定する場合、測定回路に流れる電流は、図5に示す電源線VD1に流れる電流と比較して小さくて良い。そこで、配線VDtの配線幅および配線VStの配線幅はそれぞれ狭くすることが好ましい。図8は、図6のA部の拡大平面図である。また、図9は、図6のB部の拡大平面図である。
例えば、図8に示すように、本実施の形態では、配線VDtの配線幅WDdtおよび配線VStの配線幅WDstのそれぞれは、積層された配線層の間を電気的に接続するビア配線16Vのうち、少なくとも、基準電位線VS1の一部を構成する基準電位用のビア配線16Vの幅WD16vより狭い。なお、本実施の形態では、基準電位線VS1の一部を構成する基準電位用のビア配線16V、電源線VD1の一部を構成する電源電位用のビア配線16V、および信号伝送経路である信号線SIG(図9参照)の一部を構成するビア配線16V(図9参照)の幅は、それぞれ同じ幅になっている。したがって、配線VDtの配線幅WDdtおよび配線VStの配線幅WDstのそれぞれは、積層された配線層の間を電気的に接続する複数のビア配線16Vのそれぞれの幅WD16vより狭い。
また、図8に示す例では、配線VDtの配線幅WDdtおよび配線VStの配線幅WDstのそれぞれは、電源線VD1の配線部分(ボンディングフィンガ14とビア配線16V上のビアランドを接続する延在部分である配線16)および基準電位線VS1の配線部分のそれぞれの幅よりも狭い。
また、図9に示すように、配線VDtの配線幅WDdtおよび配線VStの配線幅WDstのそれぞれは、信号線SIG一部を構成する配線(信号配線)16sigの配線幅WDsig以下である。なお、図9に示す例では、配線VDtの配線幅WDdt、配線VStの配線幅WDstおよび配線16sigの配線幅WDsigはそれぞれ等しい。これは、信号線SIGの配置密度を向上させて、単位面積あたりの信号伝送経路の数を増やす観点から、配線幅WDsigが十分に狭くなっており、配線VDtの配線幅WDdtおよび配線VStの配線幅WDstのそれぞれを十分に狭くした結果、これらの値が等しくなっている。仮に、配線VDtの配線幅WDdtおよび配線VStの配線幅WDstのそれぞれが配線16sigの配線幅WDsigより狭くできるのであれば、配線VDtの配線幅WDdtおよび配線VStの配線幅WDstのそれぞれが配線16sigの配線幅WDsigより狭い方が好ましい。
また、上記したように、本実施の形態では、配線VDtの配線幅WDdtは、配線VStの配線幅WDstと等しい。この場合、配線VDtおよび配線VStが外部のノイズ源から影響を受けた時に、ノイズが配線経路中に侵入する程度を同程度にすることができる。この結果、配線VDtおよび配線VStの両方が、同じようにノイズの影響を受けるので、ノイズの影響が相殺される。なお、上記した「配線幅が等しい」とは、設計上の配線幅が等しいことを示すもので、例えば、加工精度の影響やレイアウトの影響などによって生じる程度の誤差を有する場合、上記した「配線幅が等しい」の範囲に含まれる。
また、上記したように本実施の形態の半導体チップ20は、図3に示すように、表面20tと配線基板10の上面10tとが対向した状態で(フェイスダウン実装方式で)搭載されている。このため、半導体チップ20の複数のパッド21のそれぞれと配線基板10の複数のボンディングフィンガ14のそれぞれとは、互いに対向している。言い換えれば、図6に示すように、複数のボンディングフィンガ14、端子14dt、および端子14stのそれぞれは、平面視において、半導体チップ20と重なる位置に配置されている。
このように、半導体チップ20をフェイスダウン実装方式で配線基板10に搭載する場合、図6に示す端子14dtや端子14stに検査装置DET(図7参照)の端子を接続させるためには、半導体チップ20と配線基板10との接続部分を剥離させる必要がある。一方、図6に示すように、半導体チップ20と重ならない位置に端子Tvdtおよび端子Tvstが配置されていれば、図7に示すように半導体チップ20が配線基板10と接続された状態で、測定回路に検査装置DETを接続できる。
また、本実施の形態では、図6に示す端子14dtおよび端子14stのそれぞれは、図4に示す半導体チップ20の複数のパッド21のうち、複数の中央電極21Cのうちの一部と接続されている。この場合、図6に示すように、引出配線である配線VDtおよび配線VStのそれぞれが、ボンディングフィンガ14に接続される他の配線16のレイアウトを阻害しないように配置されていることが好ましい。
そこで、本実施の形態では、平面視において、配線VDtおよび配線VStのそれぞれが、半導体チップ20の角部の近傍を通過するように配置されている。詳しくは、図4に示すように半導体チップ20の複数の周縁電極21Pは、辺20s1に沿って並ぶ複数のパッド21のうち、最も角部20c1に近いパッド(電極)21e1と、辺20s2に沿って並ぶ複数のパッド21のうち、最も角部20c1に近いパッド(電極)21e2と、を含んでいる。また、図6に示すように、平面視において、配線VDtおよび配線VStのそれぞれの一部分は、半導体チップ20のパッド21e1とパッド21e2との間の領域と重なっている。
言い換えれば、図6に示すように、平面視において、配線基板10の複数のボンディングフィンガ14は、半導体チップ20の辺20s1に沿って並ぶ複数のボンディングフィンガ14のうち、半導体チップ20の角部20c1に最も近いボンディングフィンガ14e1を含んでいる。また、平面視において、配線基板10の複数のボンディングフィンガ14は、半導体チップ20の辺20s2に沿って並ぶ複数のボンディングフィンガ14のうち、半導体チップ20の角部20c1に最も近いボンディングフィンガ14e2を含んでいる。また、平面視において、配線VDtおよび配線VStのそれぞれの一部分は、ボンディングフィンガ14e1とボンディングフィンガ14e2との間の領域と重なっている。
図16に接続される複数の配線16のそれぞれは、半導体チップ20の辺20s1や辺20s2に対して交差する方向に延在している。このため、図16に示すように、配線VDtおよび配線VStのそれぞれが、半導体チップ20の角部20c1の近傍を通過するように配置されていれば、複数の配線16のレイアウトが、配線VDtおよび配線VStにより阻害され難い。
また、図6に示す例では、端子Tvdtおよび端子Tvstは、配線基板10の上面10t側に設けられている。この場合、端子Tvdtおよび端子Tvstが配線基板10の下面10bに設けられている場合と比較して、さらに測定回路の経路距離を短くすることができる。
また、図6に示す例では、配線VDtおよび配線VStのそれぞれは、互いに同じ配線層(図6に示す例では、配線層WL1)に形成されている。配線経路のノイズ成分を低減するためには、配線経路中に含まれるインピーダンス不連続点を低減させることが好ましい。配線経路中にインピーダンス不連続点が存在すると、信号の一部が反射により減衰するからである。このインピーダンス不連続点は、配線経路の中で、配線構造が変化する部分に発生し易くなる。例えば、複数の配線層を電気的に接続するビア配線16V(図3参照)では、配線16と比較して、インピーダンス不連続点に成り易い。また、図3に示すスルーホール配線16Tは、ビア配線16Vよりもさらに段差が大きいインピーダンス不連続点に成り易い。
このため、配線VDtおよび配線VStのそれぞれが、互いに同じ配線層に形成されている場合、電源電位の測定経路中および基準電位の測定経路中に含まれるビア配線16Vの数およびスルーホール配線の数を同じにすることができる。この場合、電源電位の測定経路と基準電位の測定経路のノイズ源を同様にできるので、インピーダンス不連続点によるノイズ影響を相殺することができる。
また、図6に示すように配線VDtおよび配線VStを最上層の配線層(端子Tvdt、Tvstおよび端子14dt、14stが形成されている配線層)WL1に形成し、他の配線層には形成しない場合、図3に示すビア配線16Vやスルーホール配線16Tが測定回路中に介在しないので、インピーダンス不連続点によるノイズ影響自体を低減できる。
また、図1に示すように、前記配線基板の上面10tは、絶縁膜13tにより覆われている。また、端子Tvdtおよび端子Tvstは、絶縁膜13tに形成された開口部において絶縁膜13tから露出している。なお絶縁膜13tは、所謂ソルダレジト膜と呼ばれる有機絶縁膜なので、上記した電力の変動を測定する観点からは、端子Tvdtおよび端子Tvstは、絶縁膜13tに覆われていても良い。
しかし、端子Tvdtおよび端子Tvstを絶縁膜13tから露出させることで、端子Tvdtおよび端子Tvstは、半導体装置PKG1の向きを識別するためのインデックスマークとして機能する。なお、インデックスマークは、平面視において、四角形を成す半導体装置PKG1の四つの角のうち、一つの角に他の三つの角とは異なるマークが形成されていれば良い。したがって、端子Tvdtおよび端子Tvstのうち、少なくともいずれか一方が絶縁膜13tから露出していれば良い。
またインデックスマークとして、端子Tvdtまたは端子Tvstを利用する場合、端子Tvdtまたは端子Tvstの露出面積は、配線基板10の上面10tにおいて、絶縁膜13tから露出する導体パターンの露出面積のうちで、最も大きいことが好ましい。これによりインデックスマークとしての視認性を向上させることができる。
<半導体装置の製造方法>
次に、図1〜図9を用いて説明した半導体装置PKG1の製造工程について説明する。以下の説明では、製造工程の流れを示すフロー図と、図1〜図8を必要に応じて参照しながら説明する。図10は、図1〜図9を用いて説明した半導体装置の製造工程の概要を示す説明図である。なお、本実施の形態では、説明を単純化するために、図3に示す配線基板10に半導体チップ20を搭載する実施態様について説明する。しかし、変形例としては、配線基板10に相当する複数の製品形成領域を備える、所謂多数個取り基板を準備して、複数の半導体装置を一括して組立てた後、製品形成領域毎に個片化する方法もある。この場合、組立工程を効率化することができる。
<配線基板準備>
まず、配線基板準備工程では、図3に示す配線基板10を準備する。図11は、図10に示す配線基板準備工程で準備する配線基板のチップ搭載面側を示す平面図である。本工程で準備する配線基板10には、上面10t側にチップ搭載領域DBR(図3に示す半導体チップ20が搭載される予定領域)が設けられ、チップ搭載領域DBRの内側には、開口部13opにおいて絶縁膜13tから露出する複数のボンディングフィンガ14が形成されている。
また、図3に示すように、配線基板10の上面10tとは反対側の下面(裏面、実装面)10b(図3参照)には、複数のランド(端子、外部端子)12が形成されている。本工程で準備する配線基板10には、複数のランド12には、図3に示す半田ボール11は接続されず、複数のランド12のそれぞれが開口部において、絶縁膜(ソルダレジスト膜)13bから露出している。
また、本工程で準備する配線基板10は、端子Tvdtおよび端子Tvstが形成されている。端子Tvdtおよび端子Tvstの詳細は、既に説明した通りなので、重複する説明は省略する。
<チップ搭載>
次に、チップ搭載工程では、図3に示すように配線基板10のチップ搭載領域DBR(図11参照)に半導体チップ20を搭載する。図12は、図3に示すパッド21とボンディングフィンガ14とを電気的に接続する部分の拡大断面図である。
チップ搭載工程では、図3に示すように配線基板10の上面10t上に半導体チップ20を搭載する。本工程では、半導体チップ20の表面20tと配線基板10の上面10t(詳しくは、絶縁膜13tの上面)とがそれぞれ対向するように、半導体チップ20を搭載する。
また、本工程では、図12に示すように、半導体チップ20の複数のパッド21と配線基板10の複数のボンディングフィンガ14とは、複数のバンプ電極(導電性部材)30を介してそれぞれ電気的に接続される。
図12に示す例では、バンプ電極30は、例えば、パッド21に一方の端部が接合された銅(Cu)から成る導体柱(導電性部材、突起電極)31の他方の端部に、半田材32が接続されて構成されている。ただし、バンプ電極30には種々の変形例があり、例えば、導体柱の形状は図12に示す例には限定されない。また、例えば、導体柱31を設けず、半田材32をパッド21およびボンディングフィンガ14の双方に接続させても良い。また、バンプ電極30を構成する金属材料も、銅(Cu)の他、例えば金(Au)などを用いても良い。
<接続部封止>
次に、接続部封止工程では、複数のバンプ電極30の周囲を、例えば樹脂などの絶縁材料で封止する。図13は、図12に示す半導体チップと配線基板の間に樹脂を配置して半導体チップの電極と配線基板の端子の接続部分を封止した状態を示す拡大断面図である。
図13に示す例では、半導体チップ20と配線基板10の間にアンダフィル樹脂UFを供給して、複数のバンプ電極30の周囲を覆う(図10に示す封止樹脂充填工程)。その後、接続部封止工程において、アンダフィル樹脂UFを硬化させることにより、複数のバンプ電極30が封止される。複数のバンプ電極30の周囲を覆うようにアンダフィル樹脂UFを配置した後に硬化させることで、バンプ電極30による接続部分を保護することができる。
なお、上記では、チップ搭載工程の後で、封止用の樹脂を充填する方法について説明したが、接続部分の封止方法には種々の変形例がある。例えば、図10に示すチップ搭載工程の前に、フィルム状に成形された樹脂膜(封止膜)を図11に示すチップ搭載領域DBR上に配置して(図10に示す封止膜配置工程)、その後でチップ搭載工程を行っても良い。また例えば、図10に示すチップ搭載工程の前に、ペースト状の樹脂膜(封止膜)を図11に示すチップ搭載領域DBR上に塗布して(図10に示す封止膜配置工程)、その後でチップ搭載工程を行っても良い。
<ボールマウント>
次に、ボールマウント工程では、図3に示すように、配線基板10の下面10bに形成された複数のランド12に、外部端子になる複数の半田ボール11を接合する。
本工程では、配線基板10の下面10bが上方を向くようにした後、配線基板10の下面10bにおいて露出する複数のランド12のそれぞれの上に半田ボール11を配置する。その後、複数の半田ボール11を加熱することで複数の半田ボール11とランド12を接合する。本工程により、複数の半田ボール11は、配線基板10を介して半導体チップ20と電気的に接続される。
ただし、本実施の形態で説明する技術は、アレイ状に半田ボール11を接合した、所謂BGA(Ball Grid Array)型の半導体装置に限って適用させるものではない。例えば、本実施の形態に対する変形例としては、半田ボール11を形成せず、ランド12を露出させた状態、あるいはランド12に半田ボール11よりも薄く半田ペーストを塗布した状態で出荷する、所謂LGA(Land Grid Array)型の半導体装置に適用することができる。LGA型の半導体装置の場合には、ボールマウント工程は省略することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上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。
<変形例1>
例えば、上記実施の形態では、半導体チップ20が複数のコア回路(演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2)を有する場合の実施態様について説明した。しかし、コア回路の数は、上記実施の形態で説明した態様の他、種々の変形例がある。例えば、コア回路の数が三つ以上になれば、電力消費の変動はさらに大きくなる。また例えば、コア回路の数が一つの場合であっても、コア回路の動作が不安定になる可能性はある。この時、半導体装置に上記実施の形態で説明した技術を適用されていれば、半導体装置が実際に使用されている環境下で、コア回路の電力需要の変化を測定することが可能になる。
また、演算処理回路CPU1と電源回路PWR1との間にスイッチSW1が介在し、演算処理回路CPU2と電源回路PWR1との間にスイッチSW2が介在する例を用いて、複数のコア回路が独立して動作する実施態様について説明した。しかし、複数の演算処理回路CPU1、CPU2のそれぞれが、互いに異なる処理動作、あるいは、互いに関連する処理動作を並行して実施可能な状態にする方法には種々の変形例がある。
例えば、演算処理回路CPU1と電源回路PWR1との間にスイッチSW1が介在していない場合でも、演算処理回路CPU2と電源回路PWR1との間にスイッチSW2が介在していれば、演算処理回路CPU2のオン−オフ動作は可能である。この場合、半導体装置PKG1の稼働時には、演算処理回路CPU1は常にオン状態であり、演算処理回路CPU1の負荷状況に応じて、演算処理回路CPU2のオン−オフを制御することができる。
<変形例2>
上記実施の形態では、図6に示すように、測定回路を構成する配線VDtおよび配線VStが接続される端子14dtおよび14stのそれぞれは、図4に示す複数のパッド21のうちの中央電極21Cに接続される例について説明した。
しかし、変形例として、測定回路を構成する配線VDtおよび配線VStが接続される端子14dtおよび14stのそれぞれが、図4に示す複数のパッド21のうちの周縁電極21Pに接続されていても良い。
例えば、コア回路の位置が中央電極21Cより周縁電極21Pに近い位置に形成されている場合、コア回路に電力を供給する回路も、周縁電極21Pを経由させる方が電力供給経路の経路距離を短くできる。また、この場合、図7に示す端子14dtおよび14stのそれぞれが、図4に示す複数のパッド21のうちの周縁電極21Pに接続されている方が測定回路の経路距離を短くできる。
上記変形例のように、端子14dtおよび14stのそれぞれが、図4に示す複数のパッド21のうちの周縁電極21Pに接続されている場合、図7に示す配線VDtおよび配線VStは、図6に示すボンディングフィンガ14e1とボンディングフィンガ14e2との間の領域を通過させなくても良い。
<変形例3>
また、図6に示す例では、配線VDtおよび配線VStのそれぞれが同じ配線層WL1で引き回される実施態様について説明した。しかし、配線VStが配線VDtに沿って延びるように配置する配線レイアウト(言い換えれば、配線VDtと配線VStとが並走する配線レイアウト)には種々の変形例がある。図14は、図6に示す測定回路の配線レイアウトに対する変形例を示す拡大断面図である。
例えば、図14に示す半導体装置PKG2は、図7に示す測定回路を構成する配線VDtと配線VStとが互いに異なる配線層に形成されている点で、図6に示す半導体装置PKG1と相違する。
詳しくは、半導体装置PKG2の場合、配線VDtは、配線基板10が備える複数の配線層のうちの、配線層WL2に形成されている。また、配線VStは、配線層WL2と隣り合うように積層された配線層WL1に形成されている。また、配線VDtは配線VStと重なっている。
本変形例の場合でも、配線VStは配線VDtに沿って延びている。言い換えれば、配線VDtと配線VStとが並走している。
本変形例のような配線レイアウトは、各配線層WL1、WL2のそれぞれに、一本分ずつの配線配置スペースを確保すれば良い。このため、例えば、配線密度が高い配線基板において、配線VDtおよび配線VStの二本分の配線を配置するスペースを確保することが困難な場合に有効である。
ただし、図14に示すように配線VDtを含む電源電位の測定経路は、配線VStを含む基準電位の測定経路と比較して、ビア配線16Vの数が2個分多い。したがって、配線VDtと配線VStとのインピーダンス不連続点の数を同じにする観点からは、図6に示すように、配線VDtおよび配線VStを同じ配線層に形成することが好ましい。
なお、本変形例に対する更なる変形例として、配線VDtおよび配線VStを配線層WL1や配線層WL2以外の配線層に形成しても良い。ただし、測定回路に含まれるビア配線16Vの数を減らす観点から、出来る限り半導体チップ20に配線層に配線VDtおよび配線VStを形成することが好ましい。
また、上記実施の形態で説明したように、電源電位の測定経路に対するノイズ影響と、基準電位の測定経路に対するノイズの影響を相殺する観点からは、配線VDtと配線VStとの間に他の導体パターンが設けられていないことが好ましい。したがって、配線VDtと配線VStとを異なる配線層に形成する場合には、図14に示すように、互いに隣り合うように積層された配線層に形成することが好ましい。
<変形例4>
また、図5および図7では、コア回路での消費電力の変化を測定する測定経路と、コア回路に電力を供給する電力供給経路を分離した実施態様について説明した。この場合、測定回路には、電力供給回路とは電気的に分離された専用の端子14dt、14stおよびパッド21が必要になる。上記実施の形態で説明したように、測定回路と電力供給回路とを分離した方が、測定回路における測定精度を向上させることができる点で好ましい。
ただし、半導体チップ20のパッド21の数の制約、あるいは、配線基板10のボンディングフィンガ14の数の制約から、電力供給回路とは電気的に分離された専用の端子14dt、14stおよびパッド21を確保することが困難な場合も考えられる。
その場合には、図15に示す変形例のように、電力供給用のボンディングフィンガ14と測定回路用の端子14dt、14stとを兼用させても良い。図15は、図7に対する変形例である半導体装置のコア回路への電力供給経路と、コア回路の電力測定経路の関係を模式的に示す説明図である。
図15に示す半導体装置PKG3は、以下の点で図7に示す半導体装置PKG1と相違する。すなわち、配線VDtに接続される端子14dtは、配線基板10内において、コア回路(演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2)に電源電位を供給する電源線VD1と電気的に接続されている。また、配線VStに接続される端子14stは、配線基板10内において、コア回路に基準電位を供給する基準電位線VS1と電気的に接続されている。
詳しくは、配線VDtに接続される端子14dtは電源電位端子14d1と兼用化されている。また、上記兼用化された端子14dt(電源電位端子14d1)に接続された電源電位用の配線経路は、配線基板10に設けられた分岐点BPvdにおいて、電源電位端子12d1に接続される電源線VD1と、端子Tvdtに接続される配線VDtとに分岐されている。同様に、配線VStに接続される端子14stは基準電位端子14s1と兼用化されている。また、上記兼用化された端子14st(基準電位端子14s1)に接続された基準電位用の配線経路は、配線基板10に設けられた分岐点BPvsにおいて、基準電位端子12s1に接続される基準電位線VS1と、端子Tvstに接続される配線VStとに分岐されている。
本変形例のように、電力供給用の配線経路と電力測定用の配線経路とを配線基板10の内部で分岐させる場合、半導体チップ20のパッド21(図4参照)の数、および配線基板10のボンディングフィンガ14の数を節約できる。
ただし、測定回路と電力供給回路とを配線基板10内で接続した場合、電力供給回路におけるノイズが、測定回路に侵入する懸念がある。
そこで、測定回路と電力供給回路とを配線基板10内で接続する場合には、以下の構成が好ましい。
すなわち、図15に示すように、半導体装置PKG3の配線VDtは、半導体チップ20と重ならない領域では、電源線VD1と電気的に分離されている。言い換えれば、半導体装置PKG3の配線VDtと電源線VD1とを接続する分岐点BPvdは、半導体チップ20と重なる位置に配置されており、分岐点BPvdと端子Tvdtとの間に設けられた配線VDtには、電源線VD1が接続されていない。
また、半導体装置PKG3の配線VStは、半導体チップ20と重ならない領域では、基準電位線VS1と電気的に分離されている。言い換えれば、半導体装置PKG3の配線VStと基準電位線VS1とを接続する分岐点BPvsは、半導体チップ20と重なる位置に配置されており、分岐点BPvsと端子Tvstとの間に設けられた配線VStには、基準電位線VS1が接続されていない。
上記の構成の場合、分岐点BPvdや分岐点BPvsが、半導体チップ20と重ならない位置、言い換えれば、端子Tvdtや端子Tvstの近傍に配置されている場合と比較して、測定回路へのノイズ影響を低減できる。
<変形例5>
また、図6や図7に示す例では、測定回路の一部を構成する端子Tvdtおよび端子Tvstが配線基板10の上面10tに形成された例について説明した。しかし、図7に示す検査装置DETのテスト端子を接触させることができれば、端子Tvdtおよび端子Tvstが配線基板10の下面10bに形成されていても良い。
本変形例は、上面10tの配線密度が高く、端子Tvdtおよび端子Tvstの配置スペースを確保することが困難な場合に有効である。図示は省略するが、例えば配線基板10の上面10t上に複数の半導体チップが搭載され、複数の半導体チップ同士が配線基板10を介して電気的に接続されている場合、上面10t側の配線密度が高くなるが、下面10b側の配線密度はそれ程上昇しない。
ただし、上記したように、端子Tvdtおよび端子Tvstを下面10b側に設けた場合、測定回路中に図3に示す複数のビア配線16Vおよびスルーホール配線16Tが介在するように構成される。したがって、測定回路中のインピーダンス不連続点を削減し、測定精度を向上させる観点からは、図6や図7に示すように、配線基板10の上面10tに端子Tvdtおよび端子Tvstを配置することが好ましい。
<変形例6>
また、図7に示す例では、実装基板MBにコンデンサ51が搭載され、配線基板10にはコンデンサ51が搭載されていない実施態様について説明した。しかし、図16に示す半導体装置PKG4のように、半導体装置PKG4の内部(詳しくは配線基板10上)にコンデンサ51を搭載しても良い。図16は、図7に対する他の変形例である半導体装置のコア回路への電力供給経路と、コア回路の電力測定経路の関係を模式的に示す説明図である。
図16に示すように、半導体装置PKG4が有する配線基板10は、上面10tに配置され、電源電位端子14d1に接続される端子(コンデンサ接続用電源端子)17vdと、上面10tに配置され、基準電位端子14s1に接続される端子(コンデンサ接続用基準電位端子)17vsと、を備えている。
また、配線基板10の上面10t上には、端子17vdと電気的に接続される電極52vd、および端子17vsと電気的に接続される電極52vsを備えるコンデンサ51が搭載されている。
つまり、コンデンサ51は、一方の電極が電源線VD1に接続され、他方の端部が基準電位線VS1に接続されている。言い換えれば、コンデンサ51は、電源50とコア回路(演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2)との間に、並列接続で挿入されている。
上記したように、電源50とコア回路との間に、コンデンサ51が設けられている場合、コア回路において消費電力が急激に増加した時に、コンデンサ51がバッテリとして機能する。すなわち、急激な需要増加により不足した電流を、コンデンサ51から供給することで、コア回路における電圧降下を抑制できる。
また、電源50とコア回路との間に、コンデンサ51が設けられている場合、電源50とコンデンサ51の間で生じるノイズ成分がコア回路に伝達されることを抑制する、ノイズフィルタとして機能する。
ただし、図21を用いて説明した例のように、測定対象である演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2と、測定回路との間に、コンデンサ51が介在している場合、検査装置DETで検出されるデータがコンデンサ51により補正されてしまう。
そこで、本変形例の場合、コア回路と測定回路との間に、コンデンサ51が介在しないようにすることが好ましい。
すなわち、図16に示す半導体装置PKG4が備える測定回路を構成する配線VDtは、端子17vd(および端子17vs)と電気的に分離されている。また、図16に示す半導体装置PKG4が備える測定回路を構成する配線VStは、端子17vs(および端子17vd)と電気的に分離されている。これにより、コンデンサ51を配線基板10に搭載しても、コア回路における消費電力の変動を高精度で測定することができる。
なお、図16に示すように、配線VDtは、半導体チップ20内のノードである電源電位供給部Nvdを介して電源線VD1と電気的に接続されている。また、配線VStは、半導体チップ20内のノードである基準電位供給部Nvsを介して基準電位線VS1と電気的に接続されている。このため、図16に示す構成を厳密に表現すれば、配線VDtは、半導体チップ20の電源電位供給部Nvdおよび電源線VD1端子17vdと電気的に接続される経路を除き、端子17vdと電気的に分離されている。また、配線VStは、半導体チップ20の基準電位供給部Nvsおよび基準電位線VS1を介して端子17vsと電気的に接続される経路を除き、端子17vsと電気的に分離されている。
ただし、本実施の形態の測定回路は、コア回路である演算処理回路CPU1および演算処理回路CPU2における消費電力の変動を測定するものである。したがって、コア回路に対して電力を供給する半導体チップ20内のノードの部分(電源回路PWR1)における電力の変動(例えば電圧変動)は、コア回路における消費電力の変動と等価と見做すことができる。したがって、電源回路PWR1において、測定回路と、電力供給用の回路(端子17vdおよび端子17vs)とが電気的に接続されていても、コア回路の消費電力の変化を高精度で測定することは可能である。すなわち、図16に示す構成は、コア回路での消費電力の変動を測定する観点からは、「配線VDtが端子17vdと電気的に分離され、配線VStが端子17vsと電気的に分離されている」と見做すことができる。
<変形例7>
上記実施の形態では、図7に示すように、端子Tvdtおよび端子Tvstに検査装置DETを接続して、例えば電圧を測定し、コア回路の消費電力の変動を把握する実施態様について説明した。しかし上記した技術を用いて測定する測定対象には、種々の変形例がある。
例えば、半導体装置の性能を示す指標として、半導体チップの電源入力インピーダンス(周波数軸)や、半導体装置が実装された実装基板を含む電子装置の、半導体チップの電源から見込んだ入力インピーダンス等を評価する場合がある。
この場合、上記実施の形態で説明した演算処理回路(またはコア回路)の部分を通信回路(または入出力回路)に置き換えて適用しても良い。
<変形例8>
また、図1および図3では、半導体チップ20の裏面20bが他の部材に覆われていない実施態様について説明した。しかし、図17および図18に示す半導体装置PKG5のように、半導体チップ20の裏面20bが他の部材で覆われていても良い。図17は図1に対する変形例である半導体装置の上面図である。また、図18は図17のA−A線に沿った要部断面図である。なお、図17では、半導体チップ20と部材53との平面的な位置関係を示すため、半導体チップ20の裏面20bの輪郭を点線で示している。また、図18は断面図であるが、見易さのため、ハッチングは省略している。また、図17および図18では、図1に示すアンダフィル樹脂UFは図示を省略している。
図17および図18に示す半導体装置PKG5は、半導体チップ20の裏面の全体を覆うように、部材53が貼り付けられている点で図1および図3に示す半導体装置PKG1と相違する。
図17および図18に示す部材53は、半導体チップ20に蓄積された熱を外部に放出する放熱部材(放熱フィン)であって、接着層54を介して半導体チップ20の裏面20bに貼り付けられている。半導体チップ20の放熱効率は、放熱フィンの面積が大きい程高いので、図17に示す例では、部材53は、半導体チップ20の裏面20bの全体を覆い、かつ平面視において、部材53の面積は半導体チップ20の裏面20bの面積よりも大きい。
このように、半導体チップ20の裏面20bが大面積の部材53で覆われている場合、部材53と端子Tvdt、Tvstとの位置関係によっては、検査装置DET(図18参照)が難しくなる。
そこで、本実施の形態では、図17に示すように、平面視において、端子Tvdtおよび端子Tvstのそれぞれは、部材53と重ならない位置に配置されている。これにより、図18に示すように検査装置DETを端子Tvdtおよび端子Tvstに容易に接続することができる。
<変形例9>
また、上記実施の形態および複数の変形例では、半導体装置の例として、所謂フェイスダウン実装方式で配線基板10上に搭載された半導体パッケージについて説明した。しかし、図19および図20に示す半導体装置PKG6のように、半導体チップ20と配線基板10とが、ワイヤ(導電性部材)33を介して電気的に接続されていても良い。図19は図1に対する他の変形例である半導体装置の上面図である。また、図20は図19のA−A線に沿った要部断面図である。なお、図19に示す半導体チップ20および複数のワイヤ33のそれぞれは、封止体(樹脂体)55により封止されている。しかし、図19では、半導体チップ20、ボンディングフィンガ(ボンディングリード)14およびワイヤ33の平面的な位置関係を示すため、これらを実線で示している。また、図20は断面図であるが、見易さのため、ハッチングは省略している。
図19および図20に示す半導体装置PKG6は、半導体チップ20の裏面20bと配線基板10の上面10tとが対向した状態で半導体チップ20が配線基板10に搭載されている点で、図1に示す半導体装置PKG1と相違する。また、半導体装置PKG6の半導体チップ20が備える複数のパッド21と配線基板10の複数のボンディングフィンガ14とは、複数のワイヤ33を介してそれぞれ電気的に接続されている点で、図1に示す半導体装置PKG1と相違する。
半導体装置PKG6のように、ワイヤ33を介して半導体チップ20と配線基板10とを電気的に接続する場合、複数のボンディングフィンガ14、端子14dt、および端子14stのそれぞれは、半導体チップ20と重ならない位置に配置される。しかし、複数のワイヤ33を保護する観点から、ワイヤ33の接続部分を含む複数のボンディングフィンガ14のそれぞれは封止体55により覆われる。
このため本変形では、図19に示すように、平面視において、端子Tvdtおよび端子Tvstのそれぞれは、封止体55と重ならない位置に配置されている。これにより、図19に示すように検査装置DETを端子Tvdtおよび端子Tvstに容易に接続することができる。
<変形例10>
また、例えば、上記の通り種々の変形例について説明したが、上記で説明した各変形例同士を組み合わせて適用することができる。
その他、上記実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
〔付記1〕
第1主面、前記第1主面に配置された複数の電極、前記複数の電極のうちの一部と電気的に接続される第1演算処理回路、前記複数の電極のうちの他の一部と電気的に接続される第2演算処理回路、前記第1演算処理回路および前記第2演算処理回路に電源電位を供給する電源電位供給部、前記第1演算処理回路および前記第2演算処理回路に基準電位を供給する基準電位供給部、を備える、半導体チップと、
前記半導体チップが搭載される第1面、前記第1面に配置された複数の第1端子、前記第1面とは反対側の第2面、前記第2面に配置された複数の第2端子、前記複数の第1端子と前記複数の第2端子とのそれぞれを電気的に接続する複数の配線、前記第1面に配置され、前記半導体チップの前記電源電位供給部と電気的に接続される第3端子、前記第3端子と電気的に接続される第4端子、前記第3端子と前記第4端子とを電気的に接続する第1配線、前記第1面に配置され、前記半導体チップの前記基準電位供給部と電気的に接続される第5端子、前記第5端子と電気的に接続される第6端子、および前記第5端子と前記第6端子とを電気的に接続する第2配線、を備える配線基板と、
前記複数の第1端子、前記第3端子、および前記第5端子のそれぞれと、前記複数の電極とを接続する複数の導電性部材と、
を有し、
前記第2演算処理回路は、第2スイッチを介して前記電源電位供給部および前記基準電位供給部のうちの一方または両方に接続され、
前記第4端子は、前記第3端子よりも前記配線基板の周縁部側に配置され、
前記第6端子は、前記第5端子よりも前記配線基板の周縁部側に配置され、
前記第2配線は、前記第1配線に沿って延びる、半導体装置。
10 配線基板(パッケージ基板)
10b 下面(裏面、実装面)
10t 上面
11 半田ボール(外部端子、電極、外部電極)
12 ランド(外部端子)
12d1 電源電位端子
12s1 基準電位端子
13b、13t 絶縁膜
13op 開口部
14、14e1、14e2 ボンディングフィンガ(端子、チップ接続用端子、ボンディングリード)
14d1 電源電位端子
14dt、14st 端子
14s1 基準電位端子
15 絶縁層
15b 下面
15c コア層(コア材、コア絶縁層、絶縁層)
15t 上面
16 配線
16sig 配線(信号配線)
16T スルーホール配線
16V ビア配線
17vd 端子(コンデンサ接続用電源端子)
17vs 端子(コンデンサ接続用基準電位端子)
20 半導体チップ
20b 裏面(主面、下面)
20c1、20c2、20c3、20c4 角部
20s 側面
20s1、20s2、20s3、20s4 辺
20t 表面(主面、上面)
21、21e1、21e2 パッド(電極、チップ電極、電極パッド)
21C 中央電極(コア電極)
21P 周縁電極(ペリフェラル電極)
30 バンプ電極(導電性部材)
31 導体柱(導電性部材、突起電極)
32 半田材
33 ワイヤ(導電性部材)
40 外部機器
50 電源(レギュレータ)
51 コンデンサ(コンデンサ部品、バイパスコンデンサ)
52vd、52vs 電極
53 部材
54 接着層
55 封止体(樹脂体)
BPvd、BPvs 分岐点
CPU1、CPU2 演算処理回路
DBR チップ搭載領域
DET 検査装置
IF1 インタフェース回路(入出力回路、外部入出力回路)
Lsg、Lvd1、Lvs1、Lvd2、Lvs2 接続部分
MB 実装基板
Nvd 電源電位供給部
Nvs 基準電位供給部
PKG1、PKG2、PKG3、PKG4、PKG5、PKG6、PKGh 半導体装置
Psg、Pvd1、Pvs1、Pvd2、Pvs2、Pvdt 接続部分
PWR1、PWR2 電源回路
SIG 信号線
SP1 離間距離
SW1、SW2 スイッチ
Tmb、Tvdt、Tvst 端子
UF アンダフィル樹脂(封止部、樹脂体、封止樹脂)
VD1、VD2 電源線(電源電位配線経路)
VDt、VSt 配線
VS1、VS2 基準電位線(基準電位配線経路)
VSt 配線
WD16v 幅
WDdt、WDsig、WDst 配線幅
WL1、WL2、WL3、WL4、WL5、WL6、WL7、WL8 配線層

Claims (18)

  1. 第1主面、前記第1主面に配置された複数の電極、前記複数の電極のうちの一部と電気的に接続される第1回路、前記第1回路に電源電位を供給する電源電位供給部、および前記第1回路に基準電位を供給する基準電位供給部を備える、半導体チップと、
    前記半導体チップが搭載される第1面、前記第1面に配置された複数の第1端子、前記第1面とは反対側の第2面、前記第2面側に配置された複数の第2端子、前記複数の第1端子と前記複数の第2端子とのそれぞれを電気的に接続する複数の配線、前記第1面に配置され、前記半導体チップの前記電源電位供給部と電気的に接続される第3端子、前記第3端子と電気的に接続される第4端子、前記第3端子と前記第4端子とを電気的に接続する第1配線、前記第1面に配置され、前記半導体チップの前記基準電位供給部と電気的に接続される第5端子、前記第5端子と電気的に接続される第6端子、および前記第5端子と前記第6端子とを電気的に接続する第2配線、を備える配線基板と、
    前記複数の第1端子、前記第3端子、および前記第5端子のそれぞれと、前記複数の電極とを接続する複数の導電性部材と、
    を有し、
    前記第4端子は、前記第3端子よりも前記配線基板の周縁部側に配置され、
    前記第6端子は、前記第5端子よりも前記配線基板の周縁部側に配置され、
    前記第2配線は、前記第1配線に沿って延びる、半導体装置。
  2. 請求項1において、
    前記配線基板の前記複数の第1端子は、
    前記半導体チップの前記電源電位供給部に前記電源電位を供給する第1電源電位端子と、
    前記半導体チップの前記基準電位供給部に前記基準電位を供給する第1基準電位端子と、
    を含み、
    前記配線基板の前記複数の第2端子は、
    第1電源電位配線経路を介して前記第1電源電位端子と電気的に接続される第2電源電位端子と、
    第1基準電位配線経路を介して前記第1基準電位端子と電気的に接続される第2基準電位端子と、
    を含み、
    前記第1配線の配線幅および前記第2配線の配線幅は、前記第1基準電位配線経路の一部を構成する基準電位用ビア配線の幅より狭い、半導体装置。
  3. 請求項1において、
    前記配線基板の前記複数の第1端子は、
    前記半導体チップの前記電源電位供給部に前記電源電位を供給する第1電源電位端子と、
    前記半導体チップの前記基準電位供給部に前記基準電位を供給する第1基準電位端子と、
    を含み、
    前記配線基板の前記複数の第2端子は、
    第1電源電位配線経路を介して前記第1電源電位端子と電気的に接続される第2電源電位端子と、
    第1基準電位配線経路を介して前記第1基準電位端子と電気的に接続される第2基準電位端子と、
    を含み、
    前記第1配線は、前記第1電源電位配線経路と電気的に分離され、
    前記第2配線は、前記第1基準電位配線経路と電気的に分離されている、半導体装置。
  4. 請求項2において、
    前記複数の第1端子、前記第3端子、および前記第5端子のそれぞれは、前記半導体チップと重なる位置に配置され、
    前記第4端子および前記第5端子のそれぞれは、前記半導体チップと重ならない位置に設けられている、半導体装置。
  5. 請求項4において、
    前記半導体チップの前記第1主面は、第1辺、前記第1辺と交差する第2辺、および前記第1辺と前記第2辺の交点である第1角部を備え、
    前記半導体チップの前記複数の電極は、前記第1主面の周縁部に沿って並ぶ複数の周縁電極、および前記複数の周縁電極よりも内側に設けられる複数の中央電極を含み、
    前記複数の周縁電極は、
    前記第1主面の前記第1辺に沿って並ぶ電極のうち、最も前記第1角部に近い第1電極と、
    前記第1主面の前記第2辺に沿って並ぶ電極のうち、最も前記第1角部に近い第2電極と、
    を含み、
    前記第3端子および前記第5端子のそれぞれは、前記複数の中央電極のうちの一部と接続され、
    平面視において、前記第1配線および前記第2配線のそれぞれの一部分は、前記半導体チップの前記第1電極と前記第2電極との間の領域と重なっている、半導体装置。
  6. 請求項4において、
    前記第2電源電位端子および前記第2基準電位端子のそれぞれは、前記半導体チップと重なる位置に配置されている、半導体装置。
  7. 請求項4において、
    前記第1配線は、前記半導体チップと重ならない領域では、前記第1電源電位配線経路と電気的に分離され、
    前記第2配線は、前記半導体チップと重ならない領域では、前記第1基準電位配線経路と電気的に分離されている、半導体装置。
  8. 請求項4において、
    前記半導体チップは、前記第1主面の反対側に位置する第2主面を備え、
    前記第2主面には、前記第2主面の全体を覆うように第1部材が貼り付けられ、
    平面視において、前記第4端子および前記第6端子のそれぞれは、前記第1部材と重ならない位置に配置されている、半導体装置。
  9. 請求項2において、
    前記第4端子および前記第6端子のそれぞれは、前記配線基板の前記第1面に配置され、かつ、前記複数の第2端子と電気的に分離されている、半導体装置。
  10. 請求項2において、
    前記配線基板は、
    前記配線基板の前記第1面に配置され、前記第1電源電位端子に接続される第7端子と、
    前記配線基板の前記第1面に配置され、前記第1基準電位端子に接続される第8端子と、
    を備え、
    前記配線基板の前記第1面上には、前記第7端子と電気的に接続される第3電極、および前記第8端子と電気的に接続される第4電極を備える第1コンデンサ部品が搭載され、
    前記第1配線は、前記第7端子と電気的に分離され、
    前記第2配線は、前記第8端子と電気的に分離されている、半導体装置。
  11. 請求項1において、
    前記半導体チップは、前記第1回路とは独立して動作する第2回路を備え、
    前記第1回路および前記第2回路のそれぞれは、前記電源電位供給部から前記電源電位が供給され、かつ、前記基準電位供給部から前記基準電位が供給される演算処理回路である、半導体装置。
  12. 請求項1において、
    前記配線基板の前記複数の配線は、電気信号が伝送される第1信号配線を含み、
    前記第1配線の配線幅および前記第2配線の配線幅は、前記第1信号配線の配線幅以下である、半導体装置。
  13. 請求項1において、
    前記第4端子および前記第6端子のそれぞれは、前記配線基板の前記第1面に配置されている、半導体装置。
  14. 請求項13において、
    前記第1配線および前記第2配線のそれぞれは、互いに同じ配線層に形成されている、半導体装置。
  15. 請求項13において、
    前記第1配線は、前記配線基板が備える複数の配線層のうちの第1配線層に形成され、
    前記第2配線は、前記第1配線層と隣り合うように積層された第2配線層に形成されている、半導体装置。
  16. 請求項1において
    前記配線基板の前記第1面は、第1絶縁膜により覆われ、
    前記第4端子または前記第5端子は、前記第1絶縁膜に形成された第1開口部において前記第1絶縁膜から露出し、
    前記第4端子または前記第5端子の露出面積は、前記配線基板の前記第1面において、前記第1絶縁膜から露出する導体パターンの露出面積のうちで、最も大きい、半導体装置。
  17. 請求項1において、
    前記第1配線の配線幅は、前記第2配線の配線幅と等しい、半導体装置。
  18. 請求項1において、
    前記半導体チップは、前記第1回路とは別の第2回路を備え、
    前記第1回路および前記第2回路のそれぞれは、前記電源電位供給部から前記電源電位が供給され、かつ、前記基準電位供給部から前記基準電位が供給される演算処理回路であって、
    前記第2回路は、スイッチを介して前記電源電位供給部および前記基準電位供給部のうちの一方または両方に接続されている、半導体装置。
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