JP5172287B2

JP5172287B2 - 集積回路装置

Info

Publication number: JP5172287B2
Application number: JP2007299481A
Authority: JP
Inventors: 憲一松下; 一郎大村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2027-11-19
Also published as: US7864021B2; US20090128279A1; JP2009124086A

Description

本発明は、集積回路装置に関し、特に、内部の配線に流れる電流の大きさを測定することができる集積回路装置に関する。

従来より、集積回路装置内の配線を流れる電流の大きさを測定したいという要求がある。これは、例えば、電源ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）において出力電流値を制御するためである。電流の大きさを測定する一つの方法として、電流経路に抵抗を介在させ、この抵抗の両端部間の電圧を測定する方法がある。しかしながら、この方法では、集積回路装置に入力された電源電圧の一部を、電流を測定するために使ってしまう。このため、近年の出力電圧の低下に伴い、測定が困難になってきている。一例では、従来の電源ＩＣにおいては、出力電圧が５Ｖであり電流測定に用いる電圧が５０ｍＶであった。しかし、近年のパーソナルコンピューター用の電源ＩＣにおいては、出力電圧は１Ｖ程度であり、１Ｖの出力電圧に対して５０ｍＶの電流測定用電圧を確保することは困難である。一方、電流測定用の電圧を出力電圧に合わせて例えば１０ｍＶ程度まで低減すると、精度のよい測定ができなくなってしまう。

そこで、電流経路に介在することなく、電流の大きさを測定する手段が求められている。このような手段として、ロゴスキーコイルがある（例えば、特許文献１参照。）。ロゴスキーコイルとは、環状体の周囲に配線を巻回させた環状のコイルであり、コイルの内部には戻り線が設けられている。そして、環状体の内部に、測定対象となる被測定配線を挿通させれば、コイルに誘導電流が発生し、環状体に対する被測定配線の位置及び外部の磁界に拘わらず、被測定配線を流れる電流の大きさを測定することができる。

このようなロゴスキーコイルを使用して、被測定配線に流れる電流の大きさを常時測定するためには、ロゴスキーコイルを被測定配線と同じ基板上に集積させることが好ましい。しかしながら、ロゴスキーコイルは、被測定配線の周囲を一周するようにコイルを巻かなければならないため、集積化が難しいという問題がある。すなわち、集積回路装置内において、被測定配線の周囲にロゴスキーコイルを形成しようとすると、被測定配線と戻り線を含めて最低７層の配線層が必要となる。

特開２００６−１８９３１９号公報

本発明の目的は、内部の配線を流れる電流の大きさを測定することができる集積回路装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、第１配線層、第１絶縁層、第２配線層、第２絶縁層及び第３配線層がこの順に積層された集積回路装置であって、前記第３配線層内に形成され、前記第１配線層の表面に対して平行な第１方向に延びる主配線と、前記第１配線層内に形成された配線、前記第２配線層内に形成された配線、及び前記第１絶縁層内に形成されたビアによって形成され、中心軸が前記第１配線層の表面に対して平行で且つ前記第１方向に対して交差する方向に延びるコイルと、を備えたことを特徴とする集積回路装置が提供される。

本発明の他の一態様によれば、第１配線層、第１絶縁層、第２配線層、第２絶縁層及び第３配線層がこの順に積層された集積回路装置であって、前記第３配線層内に形成され、前記第１配線層の表面に対して平行な第１方向に延びる第１部分と、前記第１方向に対して逆方向に延びる第２部分と、を有する主配線と、前記第１配線層内に形成された配線、前記第２配線層内に形成された配線、及び前記第１絶縁層内に形成されたビアによって形成され、前記第１部分の直下域に配置され、中心軸が前記第１配線層の表面に対して平行で且つ前記第１方向に対して直交する第２方向に延びる第１のコイルと、前記第１配線層内に形成された配線、前記第２配線層内に形成された配線、及び前記第１絶縁層内に形成されたビアによって形成され、前記第２部分の直下域に配置され、中心軸が前記第２方向に延びる第２のコイルと、前記第１配線層内及び前記第２配線層内のうち一方に形成され、前記第１のコイルにおける前記第２部分側の端部を前記第２のコイルにおける前記第１部分の反対側の端部に接続する第１配線と、前記第１配線層内及び前記第２配線層内のうち他方に形成され、一端が前記第２のコイルにおける前記第１部分側の端部に接続され、他端が前記第１部分から見て前記第２部分の反対側まで引き出された第２配線と、を備え、前記第１のコイルの形状及び巻回方向は、前記第２のコイルの形状及び巻回方向とそれぞれ等しく、前記第１配線層の表面に対して直交する方向から見て、前記第１配線は前記第２配線と交差しており、前記第１部分、前記第１配線及び前記第２配線によって囲まれた領域の面積は、前記第２部分、前記第１配線及び前記第２配線によって囲まれた領域の面積と等しいことを特徴とする集積回路装置が提供される。

本発明によれば、内部の配線を流れる電流の大きさを測定することができる集積回路装置を実現することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図であり、
図２は、図１に示すＡ−Ａ’線による断面図であり、
図３は、本実施形態のコイルを例示する斜視図である。

図１乃至図３に示すように、本実施形態に係る集積回路装置１においては、基板１１が設けられている。基板１１は例えば半導体基板であり、例えば単結晶のシリコンにより形成されている。基板１１上には、絶縁層１２、配線層１３（第１配線層）、絶縁層１４（第１絶縁層）、配線層１５（第２配線層）、絶縁層１６（第２絶縁層）及び配線層１７（第３配線層）が、この順に積層されている。各配線層においては、金属又は合金からなる配線が形成されており、この配線が絶縁材料によって埋め込まれている。また、各絶縁層は絶縁材料により形成されており、その上下の配線層に形成された配線同士を接続するビアが埋設されている。これらの構成は、半導体プロセスによって作製されたものである。

以下、各層の構成について詳細に説明する。本明細書においては、説明の便宜上、基板１１及び各層の表面に対して平行な方向のうち、相互に直交する２つの方向をＸ方向（第１方向）及びＹ方向（第２方向）という。また、基板１１及び各層の表面に対して直交する方向、すなわち、各層の積層方向を、Ｚ方向という。

配線層１７においては、Ｘ方向に延びる主配線２１が形成されている。また、配線層１５においては、Ｘ方向に延びる短冊状の配線２２が複数本形成されている。配線２２はＹ方向に沿って周期的に配列されている。更に、配線層１３においては、Ｘ方向とＹ方向の間の方向に延びる短冊状の配線２３が複数本形成されている。複数本の配線２３は相互に平行であり、且つＹ方向に沿って周期的に配列されている。各配線２３は、一の配線２２の一方の端部の直下域から、この一の配線２２の隣の配線２２の他方の端部の直下域まで延びている。更にまた、絶縁層１４においては、各配線２２の端部をこの端部の直下域に配置された配線２３の端部に接続するビア２４が形成されている。これにより、複数本の配線２２、複数本の配線２３及び複数個のビア２４により、１本のコイル２５が形成されている。

コイル２５は、絶縁層１４内に位置しＹ方向に延びる中心軸Ｃの周囲を右ネジの方向に巻回している。また、コイル２５は、主配線２１に対しては絶縁層１６によって離隔され、絶縁されている。そして、コイル２５の＋Ｙ方向側の端部は、配線層１５内に形成された配線２６が接続されている。配線２６はコイル２５から見て＋Ｘ方向側の領域を迂回して、−Ｙ方向側まで引き出されている。なお、図示の便宜上、図１及び図３においては、各配線層及び絶縁層を形成する絶縁材料は図示を省略されている。

次に、本実施形態の動作について説明する。
主配線２１に電流が流れると、アンペールの法則により、主配線２１の周囲に磁界が発生する。この磁界の方向は、所謂「右ネジの法則」に従って主配線２１の周りを回るような方向となる。例えば、主配線２１に＋Ｘ方向の電流が流れると、コイル２５の位置では、略−Ｙ方向の磁界が発生する。すなわち、コイル２５の中心軸Ｃに沿ってコイル２５を貫くような方向に磁界が発生する。これにより、コイル２５の内部の磁界が変化して、コイル２５には誘導電流が発生する。そして、この誘導電流を測定することにより、主配線２１に流れた電流の大きさを測定することができる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、コイル２５は主配線２１とは接していないため、主配線２１に印加された電圧を消費することなく、電流を測定することができる。この結果、例えば、低出力電圧のスイッチング電源用ＩＣの出力電流を、高精度で測定することができる。

また、前述の如く、従来の電流測定方法においては、被測定配線の周囲を囲むように、環状のロゴスキーコイルを配置している。これは、ロゴスキーコイル内のどの位置に被測定配線が配置されても、安定した測定値を得るためである。また、外部の磁界の影響を排除するためである。これに対して、本実施形態においては、被測定配線である主配線２１とコイル２５とは同一の基板１１上に一体的に集積されており、両者の相対的な位置関係は固定されている。このため、両者の相対的な位置関係の変動に起因する誘導電流の変動はない。また、主配線２１とコイル２５とは絶縁層１６によって隔てられているのみであり、両者は極めて近くに配置されているため、大きな誘導電流を得ることができ、外部のノイズの影響は相対的に小さくなる。この結果、主配線２１の片側のみにコイル２５を設けても、主配線２１を流れる電流の大きさを精度よく測定することができる。これにより、コイル２５は２層の配線層により形成することができ、主配線２１と合わせても、３層の配線層によって集積させることができる。すなわち、主配線２１及びコイル２５は積層数が３層以上の集積回路装置であれば形成することができ、例えば、電気回路基板上又は半導体集積回路基板上に集積することができる。
このように、本実施形態に係る集積回路装置１は、簡単な構成で内部の配線を流れる電流の大きさを精度よく測定することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、本実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図であり、
図５（ａ）は、図４に示すコイル３２を例示する平面図であり、（ｂ）はその側面図であり、
図６（ａ）は、図４に示すコイル３３を例示する平面図であり、（ｂ）はその側面図であり、
図７は、図４に示すＢ−Ｂ’線による断面図である。

本実施形態に係る集積回路装置２の積層構造は、前述の第１の実施形態と同様である。すなわち、図７に示すように、基板１１上に、絶縁層１２、配線層１３、絶縁層１４、配線層１５、絶縁層１６及び配線層１７が、この順に積層されている。この積層構造は、半導体プロセスによって形成されている。

図４に示すように、配線層１７には、コ字形状の主配線３１が形成されている。すなわち、配線３１においては、＋Ｘ方向に延びる部分３１ａと、部分３１ａの＋Ｘ方向側の端部から＋Ｙ方向に延びる部分３１ｂと、部分３１ｂにおける＋Ｙ方向側の端部から−Ｘ方向に延びる部分３１ｃとが設けられている。部分３１ａと部分３１ｃとは相互に離隔している。また、主配線３１の両端部には、端子Ｔ１及びＴ２が接続されている。端子Ｔ１は部分３１ａに接続されており、端子Ｔ２は部分３１ｃに接続されている。

また、集積回路装置２には、２つのコイル３２及び３３が設けられている。コイル３２は主配線３１の部分３１ａの直下域に配置されており、コイル３３は部分３１ｃの直下域に配置されている。Ｘ方向におけるコイル３２の位置とコイル３３の位置とは、例えばコイル１つ分程度ずれている。

図５（ａ）及び（ｂ）、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、コイル３２及び３３の構成は、前述の第１の実施形態におけるコイル２５と同様である。すなわち、コイル３２及び３３はいずれも、配線２２、配線２３及びビア２４により構成されており、Ｙ方向に延びる中心軸の周囲を右ネジの方向に巻回している。

更に、図４に示すように、配線層１５には配線３４が形成されている。上方、すなわち、＋Ｚ方向から見て、配線３４の形状は略Ｌ字形である。すなわち、配線３４は、コイル３２における＋Ｙ方向側の端部から＋Ｙ方向に直線的に引き出され、コイル３３の＋Ｘ方向側の領域を通過した後−Ｘ方向に屈曲し、コイル３３における＋Ｙ方向側の端部に到達している。これにより、配線３４は、コイル３２における部分３１ｃ側の端部を、コイル３３における＋Ｙ方向側、すなわち、部分３１ａの反対側の端部に接続している。なお、配線３４はコイル３３よりも＋Ｙ方向側の領域で引き回されていてもよいが、部分３１ｃにおける＋Ｙ方向側の端縁よりは−Ｙ方向側の領域に収まっている。

更にまた、配線層１３には配線３５が形成されている。上方から見て、配線３５の形状はＳ字形である。すなわち、配線３５は、コイル３３における−Ｙ方向側の端部から−Ｙ方向に引き出され、部分３１ａと部分３１ｃとの間で直角に屈曲して＋Ｘ方向に進み、部分３１ｂに到達する手前で再び直角に屈曲して−Ｙ方向に進み、コイル３２の＋Ｘ方向側の領域を通過して、部分３１ａよりも−Ｙ方向側に配置された端子Ｔ３に到達している。これにより、配線３５の一端は、コイル３３における−Ｙ方向側、すなわち、部分３１ａ側の端部に接続され、他端は部分３１ａから見て部分３１ｃの反対側（−Ｙ方向側）まで引き出されている。

更にまた、配線層１５には配線３６が形成されている。配線３６は、コイル３２の−Ｙ方向側の端部から−Ｙ方向に引き出され、それより−Ｙ方向側に設けられた端子Ｔ４に到達している。これにより、配線３６はコイル３２の−Ｙ方向側の端部を端子Ｔ４に接続している。

図４に示すように、上方から見て、配線３４と配線３５とは、主配線３１の部分３１ａと部分３１ｃとの間の領域で交差しており、ねじり配線になっている。そして、上方から見て、主配線３１の部分３１ａ、配線３４及び配線３５によって囲まれた領域Ｒ１の面積は、主配線３１の部分３１ｃ、配線３４及び配線３５によって囲まれた領域Ｒ２の面積と等しい。

次に、本実施形態の動作について説明する。
図８は、本実施形態の動作を例示する平面図であり、
図９は、図４に示すＣ−Ｃ’線による断面図であり、
図１０は、図４に示すＤ−Ｄ’線による断面図である。
なお、図８乃至図１０においては、図を見易くするために、配線、ビア、端子以外の部材は図示が省略されている。

図８に示すように、端子Ｔ１から端子Ｔ２に向かって、主配線３１を電流Ｉが流れ始めると、アンペールの法則により、主配線３１の周囲に磁界Ｈが発生し、コイル３２及び３３を貫く。このとき、磁界Ｈの方向は右ネジの法則に従うため、図９に示すように、コイル３２を貫く磁界Ｈの方向は−Ｙ方向、すなわち、図９において紙面の手前から奥に向かう方向となる。一方、図１０に示すように、コイル３３を貫く磁界Ｈの方向は、＋Ｙ方向、すなわち、図１０において紙面の奥から手前に向かう方向となる。

これにより、図９及び図１０に示すように、コイル３２及び３３に起電力が生じ、この起電力は電流Ｉの微分に比例する。よって起電力から電流Ｉの微分を積分することができ、配線３１に流れる電流Ｉの大きさを測定することができる。

また、図８に示すように、端子Ｔ１から端子Ｔ２に向かって、主配線３１を電流Ｉが流れると、領域Ｒ１及びＲ２をそれぞれ−Ｚ方向に磁界Ｈが貫くが、領域Ｒ１を貫く磁界Ｈにより配線３４及び３５に発生する誘導電流の方向と、領域Ｒ２を貫く磁界Ｈにより配線３４及び３５に発生する誘導電流の方向とは、相互に逆である。また、領域Ｒ１の面積と領域Ｒ２の面積とは相互に等しいため、発生する起電力の大きさも相互に等しい。この結果、領域Ｒ１を貫く磁界Ｈにより発生する起電力と、領域Ｒ２を貫く磁界Ｈにより発生する起電力とは、相殺される。

更に、集積回路装置２の外部の磁界が変化した場合においても、領域Ｒ１を貫く磁界Ｈにより発生する起電力と、領域Ｒ２を貫く磁界Ｈにより発生する起電力とは、大きさが等しく方向が逆である。このため、これらの外部磁界の影響も相殺される。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、上述の如く、部分３１ａ及び３１ｃの直下域に、一対のコイル３２及び３３をそれぞれ配置することにより、外部磁界の影響を遮断することができる。また、前述の第１の実施形態と同様に、主配線３１とコイル３２及び３３とが同一の基板１１上に集積されており、両者間の相対的な位置関係は固定されており、両者間の相対的な位置関係の変動に起因して誘導電流の大きさが変動することがない。これらにより、主配線３１の下方側のみにコイル３２及び３３を設けても、主配線３１の周囲に全周にわたってロゴスキーコイルを設けた場合と同様な効果を得ることができる。この結果、主配線３１を流れる電流の大きさを精度よく測定することができる。

また、上述の如く、本実施形態においては、主配線３１をコ字形状に形成し、この主配線３１における電流の方向が相互に逆になる一対の部分、すなわち、領域Ｒ１と領域Ｒ２に一対のコイルを設けているため、外部磁界を相殺するために、通常のロゴスキーコイルのように戻り線を設ける必要がない。これらの結果により、コイル３２及び３３を２層の配線層により形成することができ、主配線３１と合わせても、３層の配線層によって本実施形態の構成を実現することができる。この結果、本実施形態は、積層数が３層以上の集積回路装置であれば適用することができ、簡単な構成で内部の配線を流れる電流の大きさを精度よく測定することができる。

更に、本実施形態においても、前述の第１の実施形態と同様に、主配線３１とコイル３２及び３３とは絶縁層１６によって隔てられているのみであり、両者は極めて近くに配置されているため、大きな誘導電流を得ることができる。また、主配線３１に流れる電流を非接触で測定することができるため、主配線３１に印加された電圧を消費することがなく、低電圧で駆動する集積回路装置にも適用することができる。このように、本実施形態に係る集積回路装置２は、簡単な構成で内部の配線を流れる電流の大きさを精度よく測定することができる。

なお、前述の第１及び第２の実施形態においては、基板上にコイルが設けられており、その上に主配線が設けられている例を示したが、本発明はこれに限定されず、基板上に主配線が設けられており、その上にコイルが設けられていてもよく、主配線の側方にコイルが設けられていてもよい。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図１１は、本実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図である。
図１１に示すように、本実施形態に係る集積回路装置３は、半導体ＩＣチップである。集積回路装置３においては、前述の第２の実施形態に係る集積回路装置２（図４参照）の構成に加えて、基板１１上に積分回路４１が設けられている。積分回路４１は、主配線３２及び誘導電流経路と共に、多層配線ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）プロセスによって基板１１上に形成されたものである。積分回路４１は配線３５及び３６に接続されており、前述のコイル３２及び３３の起電力から求めた主配線３１を流れる電流Ｉの微分値を積分する。この積分結果が、主配線３１を流れる電流Ｉの大きさに相当する。

本実施形態によれば、コイル３２及び３３の起電力が積分回路４１に入力され、積分回路４１がこの起電力から求めた主配線３１を流れる電流Ｉの微分値を積分することにより、電流Ｉの大きさを測定することができる。また、多層配線ＣＭＯＳプロセスにより、主配線３１と、コイル３２及び３３を含む誘導電流経路と、積分回路４１とをモノリシックに形成することができる。これにより、１つの半導体ＩＣチップにより、電流を出力すると共に、この電流の大きさを測定することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２の実施形態と同様である。

なお、本実施形態においては、基板１１上に積分回路４１の動作を補正する補正回路が設けられていてもよい。この補正回路においては、例えば、抵抗値を調整するヒューズが設けられている。ヒューズは例えばポリシリコンからなる膜であり、集積回路装置３を作製した後に、この膜をレーザー光で部分的に焼き切ることにより、抵抗値を調整することができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図１２は、本実施形態に係る集積回路装置を例示する分解斜視図であり、
図１３は、図１２に示す半導体ＩＣチップを例示する平面図である。
図１２に示すように、本実施形態に係る集積回路装置４においては、回路基板５１及び半導体ＩＣチップ５２が設けられている。半導体ＩＣチップ５２は、例えばフリップチップ接続により、回路基板５１に実装されている。

回路基板５１は、例えばＦＲ４（Flame Retardant Type 4）である。回路基板５１の表面には、回路基板５１の主回路を構成する主配線３１が形成されている。一方、図１３に示すように、半導体ＩＣチップ５２の構成は、前述の第３の実施形態に係る集積回路装置３（図１１参照）の構成から、主配線３１が除かれた構成である。すなわち、半導体ＩＣチップ５２には基板１１が設けられており、この基板１１における回路基板５１に対向する面には、コイル３２及び３３を含む誘電電流経路と、積分回路４１とが設けられている。回路基板５１と半導体ＩＣチップ５２とはフリップチップ接続されているため、コイル３２及び３３は主配線３１の片側であって、主配線３１に対して固定された位置に配置されている。回路基板５１の表面に対して垂直な方向から見て、回路基板５１に形成された主配線３１と、半導体ＩＣチップ５２に形成されたコイル３２及び３３との位置関係は、前述の第２の実施形態と同様である。

次に、本実施形態の動作について説明する。
回路基板５１の主配線３１に電流が流れると、この電流によって発生した磁界が半導体ＩＣチップ５２のコイル３２及び３３を貫き、起電力を発生させる。そしてこの起電力（電流Ｉの微分に比例）を積分回路４１が積分する。これにより、主配線３１に流れた電流の大きさを、回路基板５１の主回路にセンス部品を挿入することなく測定することができる。このとき、コイル３２及び３３の位置は、主配線３１に対して固定されているため、コイル３２及び３３が主配線３１の片側のみに配置されていても、主配線３１を流れる電流を精度よく測定することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第３の実施形態と同様である。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図１４は、本実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図である。
図１４に示すように、本実施形態に係る集積回路装置５においては、前述の第３の実施形態に係る集積回路装置３（図１１参照）の構成から、主配線３１の部分３１ｂが除かれており、主配線３１の部分３１ａと部分３１ｃとの間に、半導体スイッチＳＷが接続されている。半導体スイッチＳＷは、基板１１上には集積されておらず、独立した素子を構成している。集積回路装置５は、スイッチング電源として機能する。このように、本実施形態によれば、半導体スイッチＳＷを流れる電流の大きさを測定することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第３の実施形態と同様である。

次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
図１５は、本実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図である。
図１５に示すように、本実施形態は、前述の第５の実施形態（図１４参照）において、半導体スイッチＳＷ（図１４参照）をハイサイドＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）とした例である。

本実施形態においては、ＤＣ-ＤＣコンバータマルチチップモジュール（ＭＣＭ）６１が設けられている。このＭＣＭ６１においては、ＦＲ４等の基板６２に、ハイサイドＭＯＳＦＥＴチップ６３と、ローサイドＭＯＳＦＥＴチップ６４と、半導体ＩＣチップ６５とが実装されている。ハイサイドＭＯＳＦＥＴチップ６３及びローサイドＭＯＳＦＥＴチップ６４は、電源電位Ｖｉｎと接地電位ＧＮＤとの間に、この順に直列に接続されており、両者の接続点Ｖｘは、インダクタＲを介して出力端子Ｖｏｕｔに接続されている。

また、半導体ＩＣチップ６５には、コイル３２及び３３を含む誘導電流経路と、積分回路４１の他に、ハイサイドＭＯＳＦＥＴチップ６３及びローサイドＭＯＳＦＥＴチップ６４を制御するドライバー回路６６が形成されている。そして、コイル３２及び３３はそれぞれ、ハイサイドＭＯＳＦＥＴチップ６３のソース配線及びドレイン配線の近傍に配置されている。ソース配線に流れる電流の方向とドレイン配線に流れる電流の方向とは、相互に逆方向であり、コイル３２の中心軸及びコイル３３の中心軸が延びる方向に対して直交している。

更に、ＭＣＭ６１には、積分回路４１の出力信号が入力され、この出力信号に基づいてドライバー回路６６を制御する制御ＩＣ６７が設けられている。これにより、制御ＩＣ６７は、積分回路４１がコイル３２及び３３において発生する誘導電流を積分した結果に基づいて、ハイサイドＭＯＳＦＥＴチップ６３の動作を制御する。すなわち、ＭＣＭ６１の出力電流の測定値に基づいて、この出力電流を制御する。

本実施形態においては、ハイサイドＭＯＳＦＥＴチップ６３を流れる電流をモニターすることにより、ＭＣＭ６１の出力電流、すなわち、接続点Ｖｘから出力端子Ｖｏｕｔに流れる電流の大きさを、ハイサイドＭＯＳＦＥＴチップ６３にセンス部品を挿入することなく測定することができる。そして、測定された電流の大きさに基づいて、制御ＩＣ６７がドライバー回路６６を介してハイサイドＭＯＳＦＥＴチップ６３を制御し、ＭＣＭ６１の出力電流の大きさを調整することができる。これにより、ＭＣＭ６１の出力電流をフィードバック制御することができる。

また、半導体ＩＣチップ６５に形成されたコイル３２及び３３の位置は、測定対象となるハイサイドＭＯＳＦＥＴチップ６３のソース配線及びドレイン配線に対して固定されているため、ハイサイドＭＯＳＦＥＴチップ６３に流れる電流の大きさを精度よく測定することができる。

更に、本実施形態によれば、電源電位Ｖｉｎと接地電位ＧＮＤとの間にハイサイドＭＯＳＦＥＴチップ６３及びローサイドＭＯＳＦＥＴチップ６４を直列に接続することにより、小電流でも電流の立ち上がりが早いスイッチング電源を構成することができる。これにより、コイル３２及び３３において十分に大きな起電力を得ることができ、出力電流を精度よく測定することができる。このようなスイッチング電源は、例えば、パーソナルコンピューター向けの出力電圧が１Ｖ程度の低電圧スイッチング電源として使用することができる。

次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
図１６は、本実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図である。
図１６に示すように、本実施形態においては、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ７３、ローサイドＭＯＳＦＥＴ７４、積分回路４１及びドライバー回路６６が１つのチップ７２上に集積されている。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第６の実施形態と同様である。

次に、本発明の第８の実施形態について説明する。
図１７は、本実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図である。
図１７に示すように、本実施形態においては、前述の第７の実施形態におけるチップ７２に、制御回路７７も集積されている。また、ドライバー回路が、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ７３を制御するドライバー回路６６ａと、ローサイドＭＯＳＦＥＴ７４を制御するドライバー回路６６ｂとに分割されている。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第７の実施形態と同様である。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

本発明の第１の実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図である。図１に示すＡ−Ａ’線による断面図である。第１の実施形態のコイルを例示する斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図である。（ａ）は、図４に示すコイル３２を例示する平面図であり、（ｂ）はその側面図である。（ａ）は、図４に示すコイル３３を例示する平面図であり、（ｂ）はその側面図である。図４に示すＢ−Ｂ’線による断面図である。第２の実施形態の動作を例示する平面図である。図４に示すＣ−Ｃ’線による断面図である。図４に示すＤ−Ｄ’線による断面図である。本発明の第３の実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図である。本発明の第４の実施形態に係る集積回路装置を例示する分解斜視図である。図１２に示す半導体ＩＣチップを例示する平面図である。本発明の第５の実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図である。本発明の第６の実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図である。本発明の第７の実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図である。本発明の第８の実施形態に係る集積回路装置を例示する平面図である。

符号の説明

１、２、３、４、５集積回路装置、１１基板、１２、１４、１６絶縁層、１３、１５、１７配線層、２１、３１主配線、２２、２３、２６、３４、３５、３６配線、２４ビア、２５、３２、３３コイル、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ部分、４１積分回路、５１回路基板、５２半導体ＩＣチップ、ＳＷ半導体スイッチ、６１ＤＣ-ＤＣコンバータマルチチップモジュール（ＭＣＭ）、６２基板、６３ハイサイドＭＯＳＦＥＴチップ、６４ローサイドＭＯＳＦＥＴチップ、６５半導体ＩＣチップ、６６、６６ａ、６６ｂドライバー回路、６７制御ＩＣ、７２チップ、７３ハイサイドＭＯＳＦＥＴ、７４ローサイドＭＯＳＦＥＴ、７７制御回路、Ｃ中心軸、ＧＮＤ接地電位、Ｈ磁界、Ｉ電流、Ｉ_Ｈ誘導電流、Ｒインダクタ、Ｒ１、Ｒ２領域、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４端子、Ｖｉｎ電源電位、Ｖｏｕｔ出力端子、Ｖｘ接続点

Claims

第１配線層、第１絶縁層、第２配線層、第２絶縁層及び第３配線層がこの順に積層された集積回路装置であって、
前記第３配線層内に形成され、前記第１配線層の表面に対して平行な第１方向に延びる主配線と、
前記第１配線層内に形成された配線、前記第２配線層内に形成された配線、及び前記第１絶縁層内に形成されたビアによって形成され、中心軸が前記第１配線層の表面に対して平行で且つ前記第１方向に対して交差する方向に延びるコイルと、
を備えたことを特徴とする集積回路装置。
第１配線層、第１絶縁層、第２配線層、第２絶縁層及び第３配線層がこの順に積層された集積回路装置であって、
前記第３配線層内に形成され、前記第１配線層の表面に対して平行な第１方向に延びる第１部分と、前記第１方向に対して逆方向に延びる第２部分と、を有する主配線と、
前記第１配線層内に形成された配線、前記第２配線層内に形成された配線、及び前記第１絶縁層内に形成されたビアによって形成され、前記第１部分の直下域に配置され、中心軸が前記第１配線層の表面に対して平行で且つ前記第１方向に対して直交する第２方向に延びる第１のコイルと、
前記第１配線層内に形成された配線、前記第２配線層内に形成された配線、及び前記第１絶縁層内に形成されたビアによって形成され、前記第２部分の直下域に配置され、中心軸が前記第２方向に延びる第２のコイルと、
前記第１配線層内及び前記第２配線層内のうち一方に形成され、前記第１のコイルにおける前記第２部分側の端部を前記第２のコイルにおける前記第１部分の反対側の端部に接続する第１配線と、
前記第１配線層内及び前記第２配線層内のうち他方に形成され、一端が前記第２のコイルにおける前記第１部分側の端部に接続され、他端が前記第１部分から見て前記第２部分の反対側まで引き出された第２配線と、
を備え、
前記第１のコイルの形状及び巻回方向は、前記第２のコイルの形状及び巻回方向とそれぞれ等しく、
前記第１配線層の表面に対して直交する方向から見て、前記第１配線は前記第２配線と交差しており、前記第１部分、前記第１配線及び前記第２配線によって囲まれた領域の面積は、前記第２部分、前記第１配線及び前記第２配線によって囲まれた領域の面積と等しいことを特徴とする集積回路装置。
前記第１配線層、前記第１絶縁層、前記第２配線層、前記第２絶縁層及び前記第３配線層が積層された基板と、
前記基板上に設けられ、前記主配線を流れる電流に起因して前記コイルに発生する誘導電流を積分する積分回路と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の集積回路装置。
電源配線から供給された電力を出力端子に対して出力するか否かを切替えるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を制御する制御回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記積分回路が前記誘導電流を積分した結果に基づいて前記スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項３記載の集積回路装置。