WO2007029435A1 - 伝送方法、インターフェース回路、半導体装置、半導体パッケージ、半導体モジュールおよびメモリモジュール - Google Patents

Abstract

　信号伝送を電磁誘導により行うインターフェース回路であって、送信コイルと、前記送信コイルに信号を提供して前記送信コイルから三角波又は略三角波の磁界信号を出力させる送信回路と、を含む。

Description

明 細 書

伝送方法、インターフ ース回路、半導体装置、半導体パッケージ、半導 体モジュールおよびメモリモジュール 技術分野

[0001] 本発明は、伝送方法、インターフェース回路、半導体装置、半導体パッケージ、プリ ント基板、半導体モジュール、メモリモジュールおよび携帯機器に関し、特には、耐ノ ィズ性に優れた信号伝送を可能にする伝送方法及びインターフェース回路、並びに 、そのインターフェース回路を備えた半導体装置等に関する。

背景技術

[0002] 近年、半導体装置に組み込まれる回路の高集積化に伴い、複数の半導体チップを 積層した半導体装置力 Sいくつか開示されている。

[0003] 例えば、非特許文献 1には、貫通ビアとバンプとが形成された半導体チップが、そ れらが積層するように積層され、積層された半導体チップ間で信号伝送と電力供給 を行う半導体装置が開示されている。

[0004] これに対し、特許文献 1、 2及び非特許文献 2には、貫通ビアおよびバンプ等の接 触手段を用いず、積層された半導体チップ間の信号伝送を各半導体チップに形成さ れたコイル間で行う非接触のインターフェース回路を用いた半導体装置が開示され ている。

[0005] これらの半導体装置では、一方の半導体チップに形成されたコイルが磁界信号を 発生し、もう一方の半導体チップに形成されたコイルがその磁界信号を受信すること で、チップ間の信号伝送が非接触で行われる。以下それぞれについて詳しく説明す る。

[0006] 図 1は、特許文献 1に記載された半導体装置の模式的な断面図である。この半導 体装置には、半導体チップ 100および 101の表面に電磁誘導コイル 102または 103 が形成されている。半導体チップ 100および 101は、コイル 102および 103によって 電磁結合されている。なお、各コイル 102および 103には、コイル 102とコイル 103の 間の結合係数を高めるための強磁性体膜 104または 105が設けられている。 [0007] 特許文献 1には、コイルを CVD (Chemical Vapor Deposition :化学気相成長法）、 PVD (Physical Vapor Deposition :物理気相成長法）、又はスパッタ等の高精度な 成膜技術を用いて形成できるため、この半導体装置は、高集積ィ匕および多ピン化に 容易に適応できることが記載されて 、る。

[0008] また、特許文献 1には、はんだを用いないため、アルファ一線による回路誤動作の 影響を排除できることが記載されて 、る。

[0009] さらには、特許文献 1には、半導体チップを組み立てた後に特性試験を行い、特性 を確認した後に、熱処理等を用いることなぐ回路チップを分解し、再び組み立てるこ とが容易であり、歩留まり向上が期待できることが記載されている。

[0010] 図 2は、特許文献 2に記載された半導体装置の模式的な断面図である。この半導 体装置では、送信装置 Sとそれにつながる送信コイル SPSとが配置された半導体チ ップ Lnと、受信装置 Eとそれにつながる受信コイル SPEとが配置された半導体チップ Ln+xと力積層されている。この半導体装置は、送信コイル SPSと受信コイル SPEと の間で信号伝送を行う。

[0011] 特許文献 2には、この半導体装置は、各半導体チップ間の相互調整及び表面平坦 度に極端に高い必要条件を課すことなぐ一のチップの内部から、そのチップの垂直 方向に隣接するチップの内部に、直接かつ確実に信号を伝達できることが記載され ている。

[0012] 図 3は、非特許文献 2に記載された半導体装置の模式的な斜視図である。この半 導体装置では、複数の半導体チップ 300、 301、 302および 303が積層されている。 また、半導体チップに形成されたコイル 304、 305および 307力 上下方向において 同じ位置に重ねて配置されている。さら〖こ、送信回路 Txと受信回路 Rxが、そのコィ ルの近くに配置されている。この半導体装置では、このような構成によって、上下の半 導体チップ間で信号伝送が行われる。

[0013] 非特許文献 2には、低消費電力および広帯域のインターフェースが実現できること が記載されている。

特干文献 1： John Baliga, Chips uo Vertical , IEEE Spectrum, March, pp.35 -39(2004). 特許文献 1 :特開平 7— 221260号公報

特許文献 2：特開平 8 - 236696号公報

非特干文献 2： NonyuKi iura, et al., Analysis and Design of Transceiver Cir cuit and Inductor Layout for Inductive Inter-chip Wireless Superconnect", I EEE 2004 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp.246 -249(2004).

非特許文献 3 :A.X.Widmer and P.A.Franaszek, "A DC-Balanced, Partitioned- B lock, 8B/10B Transmission Code", IBM J.Res.Develop., Vol.27, No.5, pp.44 0-451, Sep.(1983).

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0014] し力しながら、上記各文献に記載の先行技術では、受信コイルで受ける磁界信号 の波形が、半導体装置内外力 受信コイルに混入するノイズの波形と非常によく似た 形であるため、信号とノイズとを分離することが難 、と 、う問題がある。

[0015] 図 4は、特許文献 2に記載されている送信装置 Sと受信装置 E (図 2を参照）の入出 力での波形を示した波形図である。

[0016] 図 4中の符号 U201、 IL、 U203および U204は、図 2に示した各入出力端子と対 応する。符号 U201は送信装置 Sの入力電圧波形である。、符号 ILは送信コイル SP Sを流れる電流波形である。符号 U203は受信コイル SPEに誘起される電圧波形で ある。符号 U204は受信装置 Eから出力される電圧波形である。

[0017] 送信装置 Sには、符号 U201のようにデジタルのクロック信号およびデータ信号等、 矩形波の信号が入力される。一方、送信コイル SPSを流れる電流波形 ILおよび受信 コイル SPEで誘起される電圧波形 U203は、パルス幅の狭い、急峻なピークをもつ波 形となる。

[0018] 送信コイル SPSを流れる電流波形 ILは、送信装置 Sに入力される矩形波の立ち上 力 Sり時と立ち下り時にのみ電流が流れるような、急峻でパルス幅の狭い波形になる。 これは、送信装置 Sの回路構成力 理解される。

[0019] 図 5は、特許文献 2に記載された送信装置 Sを示した回路図である。インバーター 2 05の先で、インバーター 206および 207と送信コイル SPsがループを構成して!/、る。 インバーター 205の出力電圧と、インバーター 207の出力電圧とは同相である力 ィ ンバーター 206と 207の遅延時間分のずれが生ずる。このずれの間に送信コイル SP Sに電流が流れるため、符号 ILのような電流波形が生じる。

[0020] 一方、受信コイル SPEには、ファラデーの電磁誘導の法則により受信磁界の微分 波形が電圧として誘起される。このため、図 4に示すように、 ILの微分波形（一 dILZ dt)が誘起される。この結果、受信装置 Eには、パルス幅の狭い急峻なピークをもつ 電圧波形 U203が入力される。

[0021] 同様に、非特許文献 2に記載された半導体装置においても、パルス幅の狭い急峻 なピークをもつ電圧波形が受信回路に入力される。

[0022] 図 6は、非特許文献 2に記載されている送 Z受信回路と、その各入出力点での電 流波形又は電圧波形を示す波形図である。特許文献 2と同様に、送信信号 Txdata3 08は、デジタル信号による矩形波であるが、送信コイルを流れる電流 ITは、矩形波 の立ち上がり時と立ち下がり時にのみ電流が流れる波形となる。

[0023] 図 7は、この送信回路 Txを示した回路図である。送信信号 Txdata308が送信回路 Txに入力した際、その信号と、 Delay Bufferを介してコイルに入力した信号との間に 、時間的なずれが生じる。このずれの間に送信コイルに電流 ITが流れる。同文献中 には明記されて ヽな ヽが、受信電圧 VRが送信コイルを流れる電流 ITの微分波形で あることは、図 6の VRの波形力も容易に推測できる。

[0024] 通常、半導体装置の内外には色々なノイズ発生源がある。

[0025] 例えば、半導体チップ内には多くの論理回路が存在し、その回路間の信号伝送は 、受信回路の入力にあるキャパシタの充放電によって行われる。この際に流れる電流 は、図 4の ILまたは図 6の ITと非常によく似た波形であることが広く知られている。こう した波形の電流が受信コイルにノイズとして混入すれば、そのノイズに起因した電圧 の波形は、図 4の U203および図 6の VRと同様の波形になることは明らかである。

[0026] また、トランジスタの ONZOFFの際に流れる電源電流も、図 4の ILまたは図 6の IT のような波形になることが知られて 、る。

[0027] さらに、受信コイルが半導体装置外から到達する磁界を受信する可能性も高い。例 えば、静電気放電に伴うノイズまたは電源回路のスイッチングによるノイズが受信コィ ルに混入する恐れがある。

[0028] これらのノイズが受信コイルに混入した場合、図 8に示す通り、ノイズに起因した電 圧波形と、受信コイルに誘起された正規の受信信号に基づく電圧波形とが非常に似 通っているため、ノイズと受信信号とを切り分けることは原理的に非常に難しい。

[0029] ノイズをキャンセルするために差動伝送を用いる方法が知られている。特許文献 2 には、この方法を利用した実施例が記載されて ヽる。

[0030] 図 9は、その原理を説明するための説明図である。この方法では、差動回路が、一 つの受信コイルに誘起される電圧 (-dIL/dtという。）と、その電圧と位相が 180° 反転 した電圧 (- dIL/dtバーという。）と、を受信し、 -dIL/dt 力 - dIL/dtバーを差し引くこ とで、図 9にあるような同相ノイズがキャンセルされる。

[0031] -dIL/dtと- dIL/dtバーとの間に遅延がなければ、同相ノイズはキャンセルされる。し 力しながら、上述の通り、原理的に受信信号のパルス幅が狭いため、半導体内の素 子のばらつきおよびコイル形状のばらつき等により僅かな遅延が生ずるだけで、同相 ノイズのキャンセルばかりか、受信信号の正確な取り込みができなくなる。

[0032] 図 10は、僅かな遅延により信号受信に失敗した例を説明するための説明図である 。図 10の例では、— dIL/dtバーが- dIL/dtに比べて遅延を生じており、本来同一タイ ミングで足し合わされるべき信号がずれてしまい、もともと 4つのピークをもつべき信号 力 S8つのピークをもつ信号に変わって!/、る。

[0033] 本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ノィ ズが混入した場合であっても、そのノイズに影響されることなく信号伝送を行うことが できる耐ノイズ性に優れた伝送方法及びインターフェース回路を提供することにある

[0034] また、本発明の他の目的は、そのインターフェース回路を備えた半導体装置、プリ ント基板、半導体パッケージ、半導体モジュール及びメモリモジュールを提供すること にある。

[0035] また、本発明の更に他の目的は、その半導体装置又はプリント基板を備えた携帯 機器を提供することにある。 課題を解決するための手段

[0036] 上記課題を解決するために、本発明の伝送方法は、電磁誘導により非接触で信号 伝送を行う伝送方法において、送信コイルから出力される磁界信号力 三角波又は 略三角波であることを特徴とする。

[0037] 送信コイルから出力された磁界信号を受信する受信コイルでは、ファラデーの電磁 誘導の法則により、受信磁界を微分した電圧が誘起される。

[0038] 従来、送信コイルは、矩形波のデジタル信号を磁界信号として送信して!/、た。この ため、上記の微分処理によってパルス幅の狭い急峻なインパルス状の波形力 受信 コイルで誘起されて 、た。その波形が半導体チップ内外力も混入するノイズの波形に 非常によく似ていることから、ノイズと受信信号とを切り分けることが難しかった。

[0039] しかし、本発明によれば、送信コイルから出力される磁界信号が、三角波又は略三 角波であるので、受信コイルで誘起される電圧波形を、パルス幅の広い波形カゝらなる 受信信号にすることができる。

[0040] その結果、受信信号は、幅の狭い電圧波形を示すノイズ信号と明確に区別されるこ とができる。よって、ノイズが混入した場合であっても、そのノイズに影響されることの ない耐ノイズ性に優れた非接触の伝送方法を提供することができる。

[0041] 特に、受信信号のパルス幅が相対的に広くなるので、本発明の伝送方法は、高速 信号伝送や差動伝送に適して ヽる。

[0042] 本発明の伝送方法において、前記三角波又は前記略三角波は、連続的に増加又 は減少する波形、あるいは、段階的に増加又は減少する波形であることを特徴とする 。また、本発明の伝送方法においては、以下のように、送信コイルに送り込む信号波 形を種々の方法で工夫することにより、送信コイル力 三角波又は略三角波の磁界 信号を出力することができる。

[0043] すなわち、本発明の伝送方法において、（1)前記磁界信号が、前記送信コイルに 接続された送信回路で積分処理されて整形された電流信号が前記送信コイルに入 力されることによって得られたものであり、さらに、その積分処理が RC積分回路により 行われることが好ましい。

[0044] また、本発明の伝送方法にお!ヽて、 (2)前記磁界信号が、前記送信コイルに接続さ れた送信回路で電流スィッチ切換処理されて整形された電流信号が前記送信コイル に入力されることによって得られたものであり、さらに、その電流スィッチ切換処理が 複数の可変電流源と当該可変電流源それぞれに接続されたスィッチとを有する回路 により行われることが好ま 、。

[0045] この場合において、前記電流信号は、平滑化回路により平滑化させた後、前記送 信コイルに入力されることが好ましい。この平滑化回路は、磁界信号を平滑化させる ので、受信コイルに誘起される電圧波形の歪が緩和される。このため、受信信号の強 度を高く保つことができ、通信品質を高く保つことができると 、う効果が生じる。

[0046] また、本発明の伝送方法は、前記送信コイルが 2つ設けられ、各送信コイルから発 生される磁界信号が互いに位相を 180° 反転されて伝送される形態とすることができ る。

[0047] この発明によれば、送信コイル力 発生される磁界信号が互いに位相を 180° 反 転されて伝送されるので、送信コイル Z受信コイル間の信号授受が差動伝送になり、 外来ノイズをキャンセルすることが可能となる。さらに、受信信号のパルス幅が広くな ることから、遅延による差動伝送の波形再生が容易になる。

[0048] 上記課題を解決するために、本発明のインターフェース回路は、信号伝送を電磁 誘導により行うインターフェース回路において、送信コイルから出力される磁界信号 が三角波又は略三角波となる信号を発生する送信回路を備えていることを特徴とす る。

[0049] 本発明のインターフェース回路において、前記三角波又は前記略三角波は、連続 的に増加又は減少する波形、あるいは、段階的に増加又は減少する波形であること を特徴とする。

[0050] また、本発明のインターフェース回路は、（1)前記送信回路が、積分処理を行う積 分処理回路を備えており、さらに、その積分処理回路が、 RC積分回路であることが 好ましい。また、（2)前記送信回路が、電流スィッチ切換処理を行う電流スィッチ切換 処理回路を備えており、さらに、その電流スィッチ切換処理回路が、複数の可変電流 源と当該可変電流源それぞれに接続されたスィッチとを備えていることが好ましい。 また、この送信回路には、前記電流スィッチ切換処理回路から出力される信号を平 滑ィ匕させるための平滑ィ匕回路が設けられて 、ることが好まし 、。

[0051] また、本発明のインターフェース回路において、前記送信コイルが 2つ設けられ、各 送信コイル力も互いに位相を 180° 反転させた磁界信号が発生するように前記 2つ の送信コイルが配置されている形態とすることができる。

[0052] 上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、送信コイルと、当該送信コィ ルから出力される磁界信号が三角波又は略三角波となる信号を発生する送信回路と を備えて ヽることを特徴とする。

[0053] 本発明の半導体装置において、前記三角波又は前記略三角波は、連続的に増加 又は減少する波形、あるいは、段階的に増加又は減少する波形であることを特徴と する。

[0054] また、本発明の半導体装置は、（1)前記送信回路が、積分処理を行う積分処理回 路を備えており、さらに、その積分処理回路が、 RC積分回路であることが好ましい。 また、（2)前記送信回路が、電流スィッチ切換処理を行う電流スィッチ切換処理回路 を備えており、さらに、その電流スィッチ切換処理回路が、複数の可変電流源と当該 可変電流源それぞれに接続されたスィッチとを備えていることが好ましい。また、この 送信回路には、前記電流スィッチ切換処理回路から出力される信号を平滑化させる ための平滑ィ匕回路が設けられて 、ることが好ま 、。

[0055] また、本発明の半導体装置において、前記送信コイルが 2つ設けられ、各送信コィ ルカ 互いに位相を 180° 反転させた磁界信号が発生するように前記 2つの送信コ ィルが配置されて 、る形態とすることができる。

[0056] また、本発明の半導体装置は、 (A)受信コイルを有する半導体装置が積層されて いてもよいし、（B)受信コイルを有する半導体装置が複数積層されていてもよいし、 ( C)少なくとも前記送信コイルを有する複数の半導体装置と、受信コイルを有する半 導体装置とが積層されて 、てもよ 、。

[0057] また、本発明の半導体装置は、前記送信コイルと前記送信回路とを有する半導体 装置と、前記受信コイルを有する半導体装置と、の間に、他の半導体装置が積層さ れていてもよい。

[0058] 上記課題を解決するために、本発明の半導体パッケージは、上述した本発明の半 導体装置がプリント基板に積層されていることを特徴とする。この半導体パッケージに おいては、前記半導体装置と前記プリント基板とが導電体を介して電気的に接続さ れていてもよぐまた、前記プリント基板が受信コイルを備えていてもよい。

[0059] 上記課題を解決するために、本発明のプリント基板は、送信コイルと、当該送信コィ ルから出力される磁界信号が三角波又は略三角波となる信号を発生する送信回路と を備えて ヽることを特徴とする。

[0060] 本発明のプリント基板において、前記三角波又は前記略三角波は、連続的に増加 又は減少する波形、あるいは、段階的に増加又は減少する波形であることを特徴と する。

[0061] また、本発明のプリント基板は、（1)前記送信回路が、積分処理を行う積分処理回 路を備えており、さらに、その積分処理回路が、 RC積分回路であることが好ましい。 また、（2)前記送信回路が、電流スィッチ切換処理を行う電流スィッチ切換処理回路 を備えており、さらに、その電流スィッチ切換処理回路が、複数の可変電流源と当該 可変電流源それぞれに接続されたスィッチとを備えていることが好ましい。また、この 送信回路には、前記電流スィッチ切換処理回路から出力される信号を平滑化させる ための平滑ィ匕回路が設けられて 、ることが好ま 、。

[0062] また、本発明のプリント基板において、前記送信コイルが 2つ設けられ、各送信コィ ルカ 互いに位相を 180° 反転させた磁界信号が発生するように前記 2つの送信コ ィルが配置されて 、る形態とすることができる。

[0063] 上記課題を解決するために、本発明の半導体パッケージは、上述した本発明のプ リント基板に、受信コイルを有する半導体装置が積層されていることを特徴とする。こ の半導体パッケージにおいては、前記プリント基板と前記半導体装置との間に、他の 半導体装置が積層されていてもよいし、前記プリント基板に、受信コイルを有する複 数の半導体装置が積層されていてもよい。

[0064] 上記課題を解決するために、本発明の半導体モジュールは、上述した本発明の半 導体装置をプリント基板に積層し、当該半導体装置のうち少なくとも 1つが前記磁界 信号とは異なる信号を発生する機能部を有することを特徴とする。この半導体モジュ ールにおいては、前記半導体装置と前記プリント基板とが導電体を介して電気的に 接続されていてもよいし、少なくとも 1つの前記半導体装置の送信コイルが、前記他 の半導体装置の送信コイルと対向しな 、位置に配置されて 、てもよ 、。

[0065] 上記課題を解決するために、本発明のメモリモジュールは、上述した本発明の「送 信コイルを有する半導体装置」又は「受信コイルを有する半導体装置」、あるいは、上 述した本発明の「受信コイルを有する半導体装置」のうち、少なくとも 1つの半導体装 置カ モリであることを特徴とする。

[0066] また、上記課題を解決するために、本発明のメモリモジュールは、受信回路を有す るプリント基板と、当該プリント基板に積層され、送信コイル及び当該送信コイルから 出力される磁界信号が三角波又は略三角波となる信号を発生する送信回路を備え た半導体装置とを有し、当該半導体装置力 Sメモリであることを特徴とする。このメモリ モジュールにおいて、前記三角波又は前記略三角波は、連続的に増加又は減少す る波形、あるいは、段階的に増加又は減少する波形であることを特徴とし、この場合 における半導体装置は複数積層されて 、ることが好ま U、。

[0067] 上記課題を解決するために、本発明の携帯機器は、上述した本発明の半導体装 置、又は、上述した本発明のプリント基板を備えていることを特徴とする。

[0068] 本発明のインターフェース回路が半導体装置に適用されれば、回路チップ上に多 くの送信 Z受信コイルを形成することで、重ね合わせた回路チップ間で大容量の信 号を伝送することができ、特にノイズの影響が無視できな 、ギガへルツ帯の高周波で の信号送信にぉ 、て効果的である。

[0069] また、本発明のインターフェース回路が半導体モジュールに適用されれば、プリント 基板上に形成された隣り合う回路チップ間だけでなぐさらにその上下に重なる回路 チップとの間でも信号を伝送することができ、特に、間に挟まる回路チップからのノィ ズの影響を受け難!、半導体モジュールを実現できる。

[0070] また、本発明のインターフェース回路力メモリモジュールに適用されれば、少なくと も 1つのインターフェイスチップと複数のメモリチップの間で 1対多数の信号伝送が可 能となり、大容量で高速動作の可能なメモリモジュールを実現できる。

[0071] また、本発明のインターフェース回路が携帯機器に適用されれば、携帯機器内のノ ィズの影響が受けづらぐかつ、高速の画像処理や通信制御が可能な携帯電話を実 現できる。

発明の効果

[0072] 本発明の伝送方法及びインターフェース回路によれば、送信コイルから出力される 磁界信号を三角波又は略三角波としたので、受信コイルで誘起される電圧波形をパ ルス幅の広い波形力もなる受信信号にすることができる。その結果、受信信号を、幅 の狭い電圧波形を示すノイズ信号と、明確に区別することができる。

[0073] よって、たとえノイズが混入しても、そのノイズに影響されることのな ヽ耐ノイズ性に 優れた伝送方法及びインターフェース回路を提供することが可能になる。特に、受信 信号のパルス幅が相対的に広くなるので、本発明の伝送方法及びインターフェース 回路は、高速信号伝送や差動伝送に適している。

[0074] また、本発明の伝送方法又はインターフェース回路を備えた、本発明の半導体装 置、半導体パッケージ、プリント基板、半導体モジュール、メモリモジュール及び携帯 機器は、ノイズに影響されることのない耐ノイズ性に優れたものとなり、特に高速で大 容量の処理が必要となる場合に好ま 、。

図面の簡単な説明

[0075] [図 1]図 1は特許文献 1に記載された半導体装置を示す模式的な断面図である。

[図 2]図 2は特許文献 2に記載された半導体装置を示す模式的な断面図である。

[図 3]図 3は非特許文献 2に記載された半導体装置を示す模式的な斜視図である。

[図 4]図 4は特許文献 2に記載されている送信装置と受信装置の入出力での波形を 示す波形図である。

[図 5]図 5は特許文献 2に記載されている送信回路を示す回路図である。

[図 6]図 6は非特許文献 2に記載されている送 Z受信回路とその各入出力点での電 流波形又は電圧波形を示す波形図である。

[図 7]図 7は非特許文献 2に記載されている送信回路を示す回路図である。

[図 8]図 8は従来方式でノイズが混入した場合の波形を示す模式図である。

[図 9]図 9はノイズをキャンセルするための差動伝送方法の原理を説明する図である。

[図 10]図 10は僅かな遅延により信号受信に失敗した例を示す説明図である。

[図 11]図 11は本発明のインターフェース回路を備えた半導体装置の断面図である。 圆 12]図 12は送信コイルと送信回路とからなる送信装置が形成された半導体チップ の平面図である。

圆 13]図 13は送信装置と受信装置とを有するインターフェース回路全体の一例を示 したブロック図である。

[図 14]図 14は本発明のインターフェース回路の一例を示す概略回路図である。

[図 15]図 15は図 14で示した送信回路の入力波形、送信コイルに入力される電流波 形、送信コイルから発生する磁界波形、受信コイルでの誘起電圧、及び受信回路の 出力信号の一例を示す波形図である。

[図 16]図 16は受信コイルが信号とノイズを同時に受信した場合の、受信コイルでの 誘起電圧の波形を示す波形図である。

圆 17]図 17は積分処理回路を有した送信回路の一例を示す回路図である。

[図 18]図 18は伝送するデータがランダムな場合の一例を示すタイミングチャートであ る。

圆 19]図 19は電流スィッチ切換処理回路を備えた送信回路の一例を示す回路図で ある。

[図 20]図 20は図 19に示す送信回路の送信コイルに三角波を与える場合の一例を示 すタイミングチャートである。

圆 21]図 21は電流スィッチ切換処理回路を備えた送信回路の他の一例を示す回路 図である。

[図 22]図 22は図 21に示す送信回路の送信コイルに三角波を与えるためのタイミング チャートである。

[図 23]図 23は図 19に示す送信回路の送信コイルに三角波を与える場合の他の例を 示すタイミングチャートである。

[図 24]図 24は図 23のタイミングチャートで生じた階段状の電流を、図 21に示す送信 回路で平滑ィ匕した場合の一例を示すタイミングチャートである。

[図 25]図 25は三角波の電流波形を強調した場合の一例のタイミングチャートである。

[図 26]図 26はノコギリ波状の電流波形を強調した場合の一例のタイミングチャートあ る。 圆 27]図 27は差動回路を有した送信回路の一例を示す回路図である。

[図 28]図 28は図 27に示した伝送回路の動作の一例を示すタイミングチャートである 圆 29]図 29は他の差動回路を有した送信回路の一例を示す回路図である。

[図 30]図 30は、送信装置が送信回路を 1つ有し、その送信回路内に 2つの送信コィ ルが設けられ、その送信コイル力 互いに位相を 180° 反転させた磁界信号が発生 するように前記 2つの送信コイルが配置された半導体チップの平面図である。

[図 31]図 31は図 30に示す半導体チップの送信コイルを流れる電流とその電流から 発生する磁界の向きを示した平面図である。

[図 32]図 32は図 30乃至図 31に示す送信回路のブロック図である。

[図 33]図 33は図 30乃至図 31に示す送信回路の一例を示す回路図である。

圆 34]図 34は受信回路の一例を示す回路図である。

[図 35]図 35は受信回路の他の一例を示す回路図である。

圆 36]図 36は受信コイルが直列に設けられた受信回路の一例を示す回路図である

[図 37]図 37は本発明において受信コイルに同相ノイズが混入した場合の受信コイル への誘起電圧波形を示す波形図である。

[図 38]図 38はノイズをキャンセルするための差動伝送の説明図である。

[図 39]図 39は、送信装置が送信回路を 1つ有し、その送信回路内に 2つの送信コィ ルが並列に設けられ、その送信コイル力 互いに位相を 180° 反転させた磁界信号 が発生するように前記 2つの送信コイルが配置された半導体チップの平面図である。

[図 40]図 40は図 39に示す半導体チップの送信コイルを流れる電流とその電流から 発生する磁界の向きを示した平面図である。

[図 41]図 41は図 39及び図 40に示す送信回路の一例を示す回路図である。

圆 42]図 42は受信コイルが並列に設けられた受信回路の一例を示す回路図である 圆 43]図 43は送信装置が送信回路を 1つ有し、その送信回路内に 2つの送信コイル が直列に設けられ、その送信コイル 4力 互いに位相を 180° 反転させた磁界信号が 発生するように前記 2つの送信コイルが配置された半導体チップの平面図である。

[図 44]図 44は図 43に示す半導体チップの送信コイルを流れる電流とその電流から 発生する磁界の向きを示した平面図である。

[図 45]図 45は図 43乃至図 44に示す送信回路のブロック図である。

[図 46]図 46は図 43乃至図 44に示す送信回路の一例を示す回路図である。

[図 47]図 47は受信コイルが直列に設けられた受信回路の一例を示す回路図である

[図 48]図 48は本発明のインターフェース回路を備えた半導体装置の他の例を示す 断面図である。

[図 49]図 49は本発明のインターフェース回路を積層チップ間伝送に利用した一例を 示す模式断面図である。

[図 50]図 50は本発明のインターフェース回路を積層チップ間伝送に利用した他の一 例を示す模式断面図である。

[図 51]図 51は本発明のインターフェース回路をプリント基板内に装着した一例を示 す模式断面図である。

符号の説明

1, 2 半導体チップ

3, 3，， 3", 3，，，， 3a' , 3b' 送信回路

4, 4a, 4b, 4a' , 4b' , 4a", 4b" 送信コイル

5, 5a, 5b, 5a' , 5b' , 5a", 5b" 受信コイル

6, 6 ' , 6", 6"， 受信回路

7 積分処理回路

8、 8a〜8e, 8， 可変電流源

9 ラッチ回路

10, 10' 積分処理回路

11 電流スィッチ切換処理回路

21 プリント基板

22 はんだボーノレ s 送信装置

E 受信装置

発明を実施するための最良の形態

[0077] 以下、本発明の伝送方法、インターフェース回路、半導体装置、半導体パッケージ 、プリント基板、半導体モジュール、メモリモジュール及び携帯機器の実施形態につ いて、図面を参照しつつ説明する。以下においては、本発明のインターフェース回路 を中心に、各発明を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明の一例を示 す形態であり、その説明及び図面の形態に限定解釈されるものではない。また、断面 図については、便宜上、断面であることを示すハッチングを省略してある。

[0078] (インターフェース回路）

本発明のインターフェース回路は、信号伝送を電磁誘導により行うインターフェース 回路において、送信コイルから出力する磁界信号が三角波又は略三角波となる信号 を発生する送信回路を備えていることに特徴を有する。

[0079] このインターフェース回路では、以下の各実施形態で説明するように、送信回路か ら送信コイルに送り込む信号波形を種々の方法で工夫することにより、送信コイルか ら出力される磁界信号を三角波又は略三角波とすることができる。なお、そうした磁 界信号は、送信コイルに三角波又は略三角波の電流を入力することにより発生させ ることができる。また、三角波又は略三角波としては、例えば、連続的に増加又は減 少する波形あるいは段階的に増加又は減少する波形が用いられる。

[0080] 図 11は、本発明のインターフェース回路を備えた半導体装置の断面図である。イン ターフェース回路を備える半導体装置では、複数の半導体チップ 1および 2が重ねら れ、その間を送信コイル 4と受信コイル 5とが信号を伝送する。

[0081] 図 11に示す半導体装置では、 2つの半導体チップ 1および 2しか記載されていない 力 その上下にさらに別の半導体チップが重ねられることによって、 3枚以上の半導 体チップが用いられてもよ 、。

[0082] また、半導体チップ 1には、送信装置 S (送信回路 3及び送信コイル 4を含む。以下 同じ。）のみが記載されているが、受信装置 E (受信回路 6及び受信コイル 5を含む。 以下同じ。）が形成されていても構わないし、半導体チップ 2にも送信装置 S (送信回 路 3及び送信コイル 4)が設けられても構わない。また、図 11では、本発明のインター フェース回路に最低限度必要となる送信装置 S、受信装置 E、及びそれらが形成され た半導体チップ 1, 2のみが強調して記載され、また、断面を示すハッチングは便宜 上省略してある。

[0083] 送信回路 3と受信回路 6は、各半導体チップ内のトランジスタを用いて形成され、送 信コイル 4と受信コイル 5は、各半導体チップの配線層に形成されて!ヽる。

[0084] 積層される各半導体チップ 1および 2の間に導電性をもたない接着剤層を介在させ ることによって、各半導体チップ 1および 2が接着させることが好ましい。

[0085] なお、各半導体チップ 1および 2が導電性を有する接着剤層を介して接着されると、 送信コイル 4で発生した磁界がこの接着剤層で遮断され、受信コイル 5まで届力ゝな ヽ ことがある。送信コイル 4の中心軸と受信コイル 5の中心軸とを一致させることによって 、送信コイル 4からの磁界を受信コイル 5が最大限に受信することができる。

[0086] 半導体チップ 1枚当たりの厚さは、通常、 100 m前後である力 50 m程度、さら には 25 m程度の薄い半導体チップが用いられてもよい。半導体装置では、そうし た半導体チップが複数積層されている力 その全体の厚さは、通常 lmm以下である 。また、上記の接着剤層の厚さは、通常 25 m程度である力 5 m程度まで薄くし たものでも構わない。

[0087] 図 12は、送信コイル 4と送信回路 3とからなる送信装置 Sが形成された半導体チッ プ 1の平面図である。この送信装置 Sは、 1つの送信回路 3に対して 1つの送信コイル 4が接続されている。図示しないが、受信コイルと受信回路も別の半導体チップ上又 は同じ半導体チップに同様に配置される。送信コイル 4と送信回路 3との位置関係は 、図 12に示す形態に限定されるものではなぐ適宜変更可能である。なお、後述の実 施形態のように、送信装置 Sが備える送信コイル 4の数と送信回路 3の数が変わって ちょい。

[0088] 図 13は、送信装置 Sと受信装置 Eとを有するインターフェース回路全体のブロック 図の一例を示した図である。本発明のインターフェース回路は、基本的には、図 13 に示すように、少なくとも、送信回路 3と送信コイル 4とを有する送信装置 Sと、受信コ ィル 5と受信回路 6とを有する受信装置 Eとで構成されている。そして、送信コイル 4か ら出力される磁界信号が三角波又は略三角波であることに特徴がある。送信コイル 4 カゝら出力された磁界信号は、受信コイル 5で受信され、受信回路 6で微分処理されて 、矩形波に整形される。

[0089] 本発明のインターフェース回路においては、磁界信号は、（1)送信コイル 4に接続 された送信回路 3での積分処理にて整形された三角波又は略三角波の電流信号を 送信コイルに入力することによって得られてもよいし、（2)送信コイル 4に接続された 送信回路 3での電流スィッチ切換処理にて整形された三角波又は略三角波の電流 信号を送信コイルに入力することによって得られてもよい。

[0090] (積分処理による整形）

先ず、送信コイル 4に接続された送信回路 3での積分処理にて三角波又は略三角 波の電流信号が生成され、その電流信号が送信コイル 4に入力されて、三角波又は 略三角波の磁界信号が発生する例を説明する。

[0091] 図 14は、本発明のインターフェース回路の一例を示す概略回路図である。この実 施形態においては、送信回路 3が積分処理回路 7を含んでおり、積分処理回路 7が、 送信回路 3の入力波形 Vi(t)を三角波又は略三角波の電流 I(t)に整形する。

[0092] 図 15は、送信回路 3の入力波形 Vi(t)、送信コイル 4に入力される電流波形 I(t)、送 信コイル 4から発生する磁界波形 Hl(t)、受信コイル 5での誘起電圧 Ve(t)、及び受信 回路 6の出力信号 Vo(t)の一例を示した図である。

[0093] 積分処理回路 7を有する送信回路 3においては、積分処理回路 7が、送信回路 3に 入力される矩形波のデータ信号 Vi(t) (図 15 (a)参照）を三角波又は略三角波の電流 波形 I(t)に整形し（図 15 (b)参照）、その電流波形 I(t)を送信コイル 4に入力する。

[0094] 送信コイル 4から発生する磁界 Hl(t) (015 (b)参照）は、その電流波形 I(t)と同じ波 形になる。磁界 Hl(t)が受信コイル 5に到達すると、受信コイル 5で誘起電圧 Ve(t)が発 生する。

[0095] 誘起電圧 Ve(t)は、三角波又は略三角波の I(t)若しくは Hl(t)の微分波形となる。 I(t) 若しくは Hl(t)は送信回路 3が矩形波を積分した波形であるため、その微分波形は、 結果的に入力波形と同様の、パルス幅の広い矩形波となる（図 15 (c)参照)。

[0096] 図 16は、受信コイル 5が信号とノイズを同時に受信した場合の、受信コイル 5での誘 起電圧 Ve(t)の波形を示した図である。信号のパルス幅がノイズの幅に比べ十分長け れば、信号とノイズとを分離することは容易になり、その結果、耐ノイズ性に優れたィ ンターフェース回路を実現できる。

[0097] 図 17は、積分処理回路を有した送信回路 3の一部を示す回路図である。この送信 回路 3は、可変電流源を用いず、送信回路 3に入力するデータ信号 Viを、抵抗 Rと容 量 Cによる RC積分回路（ローノ スフィルタ）によって積分処理し、積分処理された信 号を送信コイル 4に入力する。図 17中の符号 10および 10'は、 RC積分回路（ローバ スフィルタ）を有する積分処理回路に付与されて!、る。

[0098] 図 17中の（a) (b)に示すように入力端子 Vi又は Viバーに入力された信号が矩形波 の場合、 RC回路によるローパスフィルタの効果により、 RC回路の出力（すなわち、送 信回路 3の送信コイル 4の両端に接続されている 2つの NMOSカゝら構成される差動 対の入力トランジスタへのゲート入力）は、図 17中の（c) (d)に示すように、三角波に なる。その結果として、送信コイル 4には、矩形波ではなぐ三角波の電流波形を流す ことが可能となる。

[0099] なお、積分処理回路として RC回路を用いる場合においては、送信データは、クロッ ク信号のような 1と 0を繰り返すデータであることが望ましい。その理由は、クロック信 号の場合、 RC回路を通過することで信号が、常に同じ電流値の振幅間で振動する 三角波になるからである。

[0100] し力しながら、図 17に示す本実施例の RC積分回路を用いた三角波の作成方法で は、 RC回路のローパスフィルタ定数と送信データのシンボルレートとを適切に選択す る必要である。

[0101] 例えば、 RC回路のカットオフ周波数と送信データの 1シンボル幅を示すシンボルレ ートとが等しい場合、シンボルレートと等しくなる単一ビットのデータはきれいに三角 波として出力される。し力しながら、 RC回路のカットオフ周波数がシンボルレートより も高周波の場合は、 RC積分回路の出力は、完全な三角波にはならず、若干矩形部 分が残ってしまう可能性がある。このように、若干の矩形部分が残った場合には、送 Z受信コイルを用いてデータが伝送される場合、従来のようなスパイク状の伝送波形 となってしまう可能性がある。 [0102] 従って、図 17に示すような RC回路を用いた積分処理の場合は、 Rの抵抗値および Cの容量値を変えることで RC回路のフィルタ定数を大きくし、その結果、 RC回路の力 ットオフ周波数が伝送する信号のシンボルレート以下になるようにするのが望ましい。

[0103] 次に、送信される信号が、ある規則を持たない 0又は 1のデータ列であり、かつ、 0 又は 1の連続する数が最大いくつになるのかが分力もない場合において、図 17に示 す RC回路を利用した積分回路のように、データ信号の開始時刻に電流が流れ始め 、データ信号の終了時刻に電流が停止するように、送信コイル 4に流れる電流を制御 して三角波の整形を行おうとする例を説明する。

[0104] 図 18は、伝送されるデータが、ある規則を持たない 0又は 1のデータ列である場合 のタイミングチャートを示す。

[0105] 受信装置 Eが矩形波のデータ信号を得ることができるように、送信装置 Sが三角波 の電流を作成する場合、 0や 1が連続するデータ信号列では、送信コイル 4に流す電 流を、 0又は 1のデータ信号が連続している間、増カロさせ続ける力、減少させ続ける 必要がある。カロえて、送信回路 3に入力されるデータ信号 (Vi及び Viバー）は規則的 でないため、 0又は 1のデータ信号が連続する数を予想できず、送信コイル 4に流す 電流の上限を定めることができないという問題がある。本願のように半導体電子回路 で電流を制御する場合には、電流を無限に増加させ続けたり減少させ続けたりするこ とはできな 、ため、三角波の整形を電流制御で行うことはできな 、。

[0106] ただし、送信データがランダムなデータでなぐ 0又は 1の連続する数が予め予想可 能な場合には、データの開始時刻に電流が流れ始め、データの終了時刻に電流が 停止するような制御によって、データを伝送することが可能である。

[0107] 例えば、上記非特許文献 3に示されている 8B10B符号ィ匕回路が用いられれば、本 実施例のようなデータの開始時刻と終了時刻の間、連続して電流を増加又は減少さ せるような電流制御によって、三角波を送信することができる。なお、 8B10B符号ィ匕 回路は、 8ビット分のデータに 2ビット付加して 10ビットで送る符号ィ匕回路であり、 0又 は 1のデータの連続する数を 5つ以下にすることができる。

[0108] 次に、積分処理による整形の他の形態について説明する。積分処理は、チャージ ポンプ、オペアンプ、スィッチドキャパシタ等を用いた積分回路により行われることも できる。こうした種々の積分処理回路によっても三角波又は略三角波の電流信号を 整形することができ、その電流信号を送信コイルに入力して三角波又は略三角波の 磁界信号を発生させることができる。

[0109] (電流スィッチ切換処理による整形）

次に、送信コイルに接続された送信回路が、電流スィッチ切換処理にて、三角波又 は略三角波の電流信号を整形し、その電流信号を送信コイルに入力して三角波又 は略三角波の磁界信号を発生させる例について説明する。

[0110] 図 19は、電流スィッチ切換処理回路を備えた送信回路の一例を示す回路図であり 、図 20は、図 19に示す送信回路の送信コイルに三角波を与える動作を説明するた めのタイミングチャートの一例である。

[0111] この送信回路は、電流スィッチ切換処理回路 11を備え、電流スィッチ切換処理回 路 11は、複数の可変電流源 8a〜8eと、各可変電流源 8a〜8eに接続されたスィッチ a〜eと、で構成されている。送信回路に入力した矩形のデータ信号 Viカゝら三角波又 は略三角波の電流への整形は、スィッチ a〜eの開閉時間を制御することによって行 うことができる。なお、特に断らない限り、以下においては、三角波又は略三角波を「 三角波」と略記する。

[0112] 連続する 0又は 1を含み且つ 0又は 1の連続する数が任意であるデータ信号 Viが送 信回路への入力信号として用いられた場合に、送信コイル 4に三角波を与える方法 を、図 20のタイミングチャートを用いて説明する。なお、この例では各スィッチ a〜eに 接続されて 、る全ての可変電流源 8a〜8eに流れる電流は同一として 、る。

[0113] 先ず、各可変電流源 8a〜8eが有するスィッチ a〜eが、データ信号 Viの切り替わり のタイミングに同期して変化される。例えば、図 20に示すように、スィッチ aは、データ 信号 Viの開始時から終了時までの時間のうち、データ幅の中心力 データ幅の 90% の時間だけ閉じ、スィッチ bは、データ幅の中心力もデータ幅の 70%の時間だけ閉じ 、スィッチ cは、同様にデータ幅の 50%だけ閉じ、スィッチ dは、同様にデータ幅の 30 %だけ閉じ、スィッチ eは、同様にデータ幅の 10%だけ閉じる。

[0114] 個々のスィッチを閉じている間は、閉じているスィッチに直列に配置された可変電 流源 8a〜8eの電流が送信コイル 4に流れるため、閉じているスィッチの数に応じて送 信コイル 4に流れる電流量を制御することができる。

[0115] 例えば図 20に示した例では、送信コイル 4に流れる電流量の絶対値は、データ信 号 Viのデータ幅の中心で最大となり、データ信号 Viの開始時と終了時に最小となる。 すなわち、送信回路に入力するデータ信号 Viが 1の場合には、送信コイル 4に流れる 電流の変化は増加後に減少に転じ、逆にデータ信号 Viが 0の場合には、送信コイル 4に流れる電流の変化は減少後に増加に転じる。そして、データ信号 Viの切り替わり 時には、必ず一定値（図 20中のライン L)にリセットされる。図 19に示すような送信回 路を用いた場合には、データ信号 Viの切り替わり時に、送信コイル 4に流れる電流は 必ずゼロにリセットされ、データ信号 Viが 1の場合には、図 19の送信コイル 4中を矢印 の方向に流れる電流を正としたとき、その電流は正に増加した後にゼロに戻る。逆に データ信号 Viが 0の場合は、送信コイル 4に流れる電流は負に増加した後にゼロ〖こ 戻る。

[0116] こうして整形された三角波の電流が送信コイル 4内を流れると、送信コイルは三角波 の磁界信号を出力する。この三角波の磁界信号は、受信コイルで誘起され、誘起さ れた電圧波形は、送信コイルから出力した三角波の磁界信号 (すなわち、送信コイル 4に流れた三角波の電流と略同じ。 )を微分した波形として現れる。

[0117] 従って、図 20に示すように、送信コイル 4を流れる電流が右上がりに一定の傾きで 増加している場合は、受信コイルにはその微分値としての 1の電圧が誘起され、逆に 送信コイル 4を流れる電流が右下がりに一定の傾きで減少して ヽる場合は、受信コィ ルにはその微分値としての 0の電圧が誘起される。

[0118] すなわち、送信回路へのデータ信号 Vi力 の場合、受信コイルに誘起される電圧は 、そのデータ信号 Viのデータ幅の前半は 1となり、後半は 0となる。逆に、送信回路へ のデータ信号 Viが 0の場合、受信コイルに誘起される電圧は、そのデータ信号 Viの データ幅の前半は 0となり、後半は 1となり、パルス幅の広い矩形波となる。

[0119] 本発明のインターフェース回路は、そのように受信された受信信号に対して、誘起 された電圧変化の前半部分を受信装置のクロック信号で判別することで、送信された データを判定することができる。

[0120] 図 21は、電流スィッチ切換処理回路を備えた送信回路の他の一例を示す回路図 である。具体的には、図 21は、図 19に示す送信回路内の電流スィッチ切換処理回 路 11と、送信回路に信号入力される差動半導体素子と、の間に、電流平滑化回路を 接続した例を示した回路図である。

[0121] 図 22は、図 21に示す送信回路の送信コイルに三角波を与える動作を説明するた めのタイミングチャートである。

[0122] 図 20で示したように、複数のスィッチ a〜eを切り替えて三角波の電流を整形した場 合、スィッチ a〜eの切り替えのタイミングに対応した階段状の不連続部が発生するこ と力ある。三角波の電流が階段状の不連続部を有する場合、受信コイルに誘起され る電圧の波形が歪み、その結果、受信信号の強度が低下し、通信品質が低下してし まつ。

[0123] そこで、図 21に示す送信回路では、電流平滑化回路を、電流スィッチ切換処理回 路 11と、差動半導体素子である送信差動対トランジスタと、の間に挿入することにより 、階段状の不連続部が平滑化される。その結果、受信コイルに誘起される電圧波形 の歪みが緩和され、受信信号の強度を高く保つことができ、通信品質を高く保つこと が可能となる。

[0124] 図 23は、図 19に示す送信回路の送信コイルに三角波を与える動作を説明するた めのタイミングチャートの他の一例である。

[0125] 図 23の例も、上記同様、送信コイル 4に三角波の電流を入力するために、 5つのス イッチ a〜eと可変電流源 8a〜8eを用い、スィッチ a〜eを段階的に制御することによ つて、データ幅の時間の間に送信コイルを流れる電流が右上がりに又は右下がりに 増加し続ける。なお、この例でも、各可変電流源に流れる電流は同一とする。

[0126] 図 23に示すように、スィッチ aは、データ信号 Viの開始時刻からデータ幅の 10%の 時間が経った後に開き、データ信号 Viの終了と共に閉じる。同様に、スィッチ bは、デ ータ幅の 30%の時間が経った後に開き、スィッチ cは、データ幅の 50%の時間が経 つた後に開き、スィッチ dは、データ幅の 70%の時間が経った後に開き、スィッチ eは 、データ幅の 90%の時間が経った後に開き、全てのスィッチ a〜eはデータ信号 Viの 終了と同時に閉じる。

[0127] 複数のスィッチをこのように制御することで、送信コイル 4に略三角波であるノコギリ 波状の電流を流すことができる。このようなノコギリ波状の電流が送信コイル 4に流さ れた場合、受信コイルに誘起される受信信号は、送信回路に入力されるデータ信号 Viとほぼ同じ形状の矩形波となる。但し、 1や 0が連続するデータ信号 Viの場合は、 受信信号にデータ幅ごとのグリッジが現れる可能性があるが、その場合は、受信した 信号データの中心付近で受信クロックを用いて、受信信号の波形が整形されれば、 1又は 0の連続の受信信号でグリッジが発生した場合でも、データ信号 Viを正確に受 信することができる。

[0128] 図 24は、図 23のタイミングチャートで生じた階段状の電流を、図 21に示す送信回 路で平滑ィ匕したときの動作を説明するためのタイミングチャートの一例である。図 23 で示したように、複数のスィッチ a〜eを切り替えて略三角波であるノコギリ波状の電流 を整形した場合、スィッチ a〜eの切り替えのタイミングに対応した階段状の不連続部 力 S発生することがある。

[0129] ノコギリ波状の電流が階段状の不連続部を有する場合、受信コイルに誘起される電 圧の波形が歪み、その結果、受信信号の強度が低下し、通信品質が低下してしまう。 そこで、図 21に示す送信回路では、電流平滑化回路を、電流スィッチ切換処理回路 11と、差動半導体素子である送信差動対トランジスタと、の間に挿入することにより、 階段状の不連続部が平滑化される。その結果、受信コイルに誘起される電圧波形の 歪みが緩和され、受信信号の強度を高く保つことができ、通信品質を高く保つことが 可能となる。

[0130] 以上、図 20、図 22、図 23及び図 24のタイミングチャートを用いて説明したように、 送信コイル 4に流れる電流を三角波またはノコギリ波状 (略三角波に相当する波形） に整形することで、受信コイルに誘起される電圧をデータ幅の広い矩形波にすること ができる。

[0131] 一方、送信回路内には、抵抗素子、送信コイル、差動対トランジスタ、スィッチ素子 、電流源等の能動素子、および、受動素子の寄生容量等の寄生成分 (負荷)が存在 するので、その寄生成分が原因で、図 25及び図 26に示すように、送信コイル 4に流 れる電流がなだらかになって明確な三角波またはノコギリ波状 (略三角波）にならな い場合がある。 [0132] このような場合には、受信コイルに誘起される電圧の波形が歪み、受信信号の強度 が低下し、その結果、通信品質が低下してしまう。

[0133] そこで、送信コイル 4に流す電流波形を、三角波またはノコギリ波が強調されるよう に変化させることが望ましぐそのためには、例えば図 19又は図 21に示したスィッチ a とスィッチ eにつながる可変電流源 8aおよび 8eの電流量を、他のスィッチにつながる 電流源の電流量よりも多くする。

[0134] こうすること〖こより、全ての電流源に流れる電流の総和力 増加から減少又は減少 力も増加に転じるときに、総和の電流量の変化分を強調することができ、具体的には 、図 25に示すように、三角波の電流波形を強調でき、図 26に示すように、ノコギリ波 状の電流波形を強調できる。その結果、送信コイル 4に流れる電流の鈍りを抑え、受 信信号の強度を保ちながら通信品質を維持することができる。

[0135] 以上のように、送信コイルに入力する信号を矩形波ではなぐ三角波又は略三角波 とすることによって、送信コイルから出力される磁界信号が三角波又は略三角波とな り、その結果、受信コイルに誘起される電圧波形、即ち受信回路に入力される受信信 号波形をパルス幅の広 、波形にすることができ、耐ノイズ性に優れた信号伝送が実 現できる。

[0136] (差動伝送）

次に、耐ノイズ性に優れた差動伝送について説明する。本発明においては、 2つの 送信コイルカゝら互いに位相を 180° 反転させた磁界信号を発生させ、受信コイルにて その磁界信号を受信電圧に誘起する差動伝送により、パルス幅の広 、信号中に混 入するノイズをキャンセルすることができる。

[0137] 差動伝送によってノイズをキャンセルできるコイル形態と回路形態にっ 、て説明す る前に、基本的な差動回路について説明する。図 27は、基本的な差動回路を有した 送信回路の一例を示す回路図である。図 27に示す送信回路 3は、シングルエンドの 信号であるデータ信号 Vi(t)を差動信号に変換するシングルエンド 差動変換回路と 、データ信号 Vi(t)に積分処理を行うための可変電流源 8とによって構成されている。

[0138] 図 28は、図 27に示した伝送回路の動作を示すタイミングチャートである。シングル エンド 差動変換回路の 2つの入力端子には、片一方に信号 Viが入力され、もう一 方に参照電圧 Vrei¾入力されている。参照電圧 Vrefは、信号入力 Viのハイレベルと ローレベルの中間値に設定され、シングルエンド 差動変換回路によって差動出力 1701および 1702が出力される。出力回路を構成する可変電流源 8は、入力信号 Vi のシンボルレートに応じて、電流源に流れる電流を最小値力 最大値を経て再度最 小値に戻るような三角波的な電流を発生する。その結果、コイルに流れる電流はタイ ミングチャートに示すような三角波になる。なお、シンボルレートとは、既述のように、 送信データの 1シンボル幅を示すものである。

[0139] 図 29は、他の差動回路を有した送信回路の一例を示す回路図である。図 29に示 す送信回路 3では、 2つの Vi(t)と 2つの Vi(t)バーとを送信コイル 4の上下左右で反転 させて入力する差動回路が 2つ接続されている。

[0140] 送信回路 3では、各差動回路のバイアス Vblと Vb2のペアの値と、 Vb3と Vb4のペア の値とを制御することで、三角波又は略三角波の電流波形を整形することができる。 また、図 19又は図 21に示した可変電流源 8aのスィッチ aを Vblと Vb2のペア、可変電 流源 8bのスィッチ bを Vb3と Vb4のペアと置き換え、さらにこのような差動回路の数を 増やすことで、図 29に示す送信回路 3を、先に示した電流スィッチ切換処理回路と 同様に動作させることができる。

[0141] 基本的な動作は、図 19の送信回路のタイミングチャート（図 20を参照）と同様であ る。図 19のスィッチ aに相当するスィッチの役割を、図 29では Vblおよび Vb2の 2つの トランジスタが果たしている。図 19のスィッチ bの役割を、図 29では Vb3および Vb4が 果たしている。

[0142] 更に、図 29には示していないが、 Vbl〜Vb2と、入力トランジスタ 1801、 1802、 18 03および 1804で構成される回路と、を最小単位とする回路を、送信コイル 4に並列 に接続することで、送信コイル 4に流れる電流を制御するスィッチの数を多くすること ができる。この最小単位を構成する回路は、スィッチ Vblから Vb4を時間的にずれを 持つように段階的に制御することで、送信コイル 4に流れる電流を階段状に制御する ことができる。

[0143] 本発明のインターフェース回路は、上述した差動回路を利用した差動伝送によって ノイズをキャンセルできるコイル形態と回路形態を有している。 [0144] そうした差動伝送を行う送信装置としては、（A)送信装置が図 12に示す形態の送 信回路を 2つ有し、各送信回路それぞれに 1つの送信コイルが設けられ、その送信コ ィルカ 互いに位相を 180° 反転させた磁界信号が発生するように、その 2つの送信 コイルが配置されて 、るものが用いられてもよ！/、。

[0145] また、その送信装置として、 (B)送信装置が送信回路を 1つ有し、その送信回路内 に 2つの送信コイルが並列に設けられ、その送信コイルカゝら互いに位相を 180° 反転 させた磁界信号が発生するように、その 2つの送信コイルが配置されて 、るものが用 いられてもよい。

[0146] また、その送信装置として、 (C)送信装置が送信回路を 1つ有し、その送信回路内 に 2つの送信コイルが直列に設けられ、その送信コイルから互いに位相を 180° 反転 させた磁界信号が発生するように、その 2つの送信コイルが配置されて 、るものが用 いられてもよい。以下、それぞれの態様について説明する。

[0147] 図 30は、送信装置が送信回路 3 'を 1つ有し、送信回路 3 '内に 2つの送信コイル 4a およぶ 4bが設けられ、送信コイル 4aおよび 4bから互いに位相を 180° 反転させた磁 界信号が発生するように、 2つの送信コイル 4aおよび 4bが配置された半導体チップ の平面図である。

[0148] なお、この送信回路に対応する受信回路として、送信回路側の送信コイル 4aおよ び 4bと対応する同じ構成の 2つの受信コイルを備える受信回路が用いられることが好 ましい。ただし、受信コイルの大きさは送信コイルと同じにする必要はない。また、所 望の受信感度を得るために、コイルの大きさが調整されても力まわない。

[0149] 図 31は、図 30に示す半導体チップの送信コイル 4aおよび 4bを流れる電流とその 電流カゝら発生する磁界の向きを示した平面図である。送信回路 3 'は、送信コイル 4a および 4bにそれぞれ逆向きの磁界を発生させるように電流を印加する。同じ構成の ために図示していないが、送信コイルと同様に、受信コイルの受信磁界の向きも逆方 向にしている。これにより、 2つの送信コイルと 2つの受信コイルの間で磁界の差動伝 送が行われ、外部より混入する同相ノイズをキャンセルする耐ノイズ性に優れた半導 体装置が実現できる。

[0150] 図 32は、図 30乃至図 31に示す送信回路のブロック図である。データ信号 Viが送 信回路 3 'に入力され、送信回路 3 'で整形された三角波の電流が 2つの送信コイル 4 aおよび 4bに印加される。 2つの送信コイル 4aおよび 4bから出力される磁界信号は、 互いに 180° 位相が反転した信号となり、受信コイル 5aおよび 5bによって受信される 。受信コイル 5aおよび 5bで誘起された電圧は、パルス幅の広い矩形波に近い波形と なるので、それを差動回路で受信することによって受信電圧 Voを得ることができる。

[0151] 図 33は、図 30乃至図 31に示す送信回路を備えた送信装置の一例を示す回路図 である。図 33に示す送信装置 Sは、例えば図 12に示す送信回路を 2つ有し、各送信 回路 3a'および 3b 'が 1つずつ送信コイル 4aまたは 4bを有する。各送信コイル 4aお よび 4bから互いに位相を 180° 反転させた磁界信号が発生するように、その 2つの送 信コイル 4aおよび 4bが配置されている。それぞれの送信回路 3a'および 3b'が有す る可変電流源 8aまたは 8bは、既述の可変電流源と同じである。

[0152] ここで、受信回路について説明する。図 34は、受信回路の一例を示す回路図であ る。受信回路 6は、大きく分けて、受信コイル 5、差動回路、ラッチ回路 9によって構成 されている。差動回路の 2つの入力端子間には、受信コイル 5と、受信コイル 5の誘起 電圧の中点 (Vb)を決める 2つの抵抗とが並列に接続されて 、る。差動回路の 2つの 出力は、ラッチ回路 9に接続され、ラッチ回路 9からシングルエンドの受信信号 Voが 出力される。

[0153] 図 35は、受信回路の他の一例を示す回路図であり、図 34の場合と同様に、差動回 路の 2つの入力端子間に、受信コイルと受信コイルの誘起電圧の中点 (Vb)を決める 2つの抵抗とが並列に接続されている。受信回路 6では、最終的に受信信号が、 Voと V_oバーの差動信号として出力される。

[0154] 図 36は、受信コイルが直列に設けられた受信回路の一例を示す回路図である。受 信回路 6 'では、受信コイルが直列に設けられていると共に、図 34に示した受信回路 6のうち、ラッチ回路 9を除いた差動回路が 2つ並べられ、その出力が 1つのラッチ回 路 9に入力される。受信回路 6 'がこのような回路構成であることで、図 30〜図 33で説 明した 2つの送信コイルを用いた差動伝送が可能となる。

[0155] 図 37は、本発明において受信コイルに同相ノイズが混入した場合の受信コイルへ の誘起電圧波形である。 Vea(t)と Veb(t)に同相ノイズが混入している力 差動伝送の ため、その差分では同相ノイズがキャンセルされる。

[0156] 図 38は、ノイズをキャンセルするための差動伝送を説明するための説明図である。

従来技術では、図 10に示した通り、受信信号のパルス幅が狭いため、半導体内の素 子のばらつき、またはコイル形状のばらつき等により、僅かな遅延が生ずるだけで同 相ノイズのキャンセルばかりか、受信信号の正確な取り込みができなくなつていた。し かし、図 38に示す通り、本発明のインターフェース回路に上記の差動伝送を適用す ることにより、パルス幅が広くなり、僅かな遅延があっても差動波形を再生できる。即 ち、配線経路または素子のばらつきによって生ずる遅延があっても、正確に差動信 号を再生することができるという新たなメリットがある。

[0157] 図 39は、送信装置が送信回路 3"を 1つ有し、送信回路 3"内に 2つの送信コイル 4a

'および 4b'が並列に設けられ、送信コイル 4a'および 4b '力 互いに位相を 180° 反 転させた磁界信号が発生するように、 2つの送信コイル 4a'および 4b 'が配置された 半導体チップの平面図である。この形態力もなる送信回路 3"は、その構造をより簡単 にすることができる点で好ましい。なお、受信回路についても、同様の形態とすること が好ましい。

[0158] 図 40は、図 39に示す半導体チップの送信コイル 4a'および 4b 'を流れる電流と、そ の電流力 発生する磁界の向きを示した平面図である。送信回路 3"は、送信コイル 4 a'および 4b 'にそれぞれ逆向きの磁界を発生させるように電流を印加する。同じ構成 のために図示していないが、送信コイルと同様に、受信コイルの受信磁界の向きも逆 方向にしている。これ〖こより、 2つの送信コイルと 2つの受信コイルの間で磁界の差動 伝送が行われ、外部より混入する同相ノイズをキャンセルする耐ノイズ性に優れた半 導体装置が実現できる。

[0159] 図 41は、図 39及び図 40に示す送信回路 3"の一例を示す回路図である。この送信 回路 3"は、例えば図 12に示す送信回路に 2つの送信コイル 4a"および 4b"が並列に 挿入されている送信装置である。送信回路 3"が有する可変電流源 8は、既述の可変 電流源と同じである。

[0160] 図 42は、受信コイルが並列に設けられた受信回路の一例を示す回路図である。受 信回路 6"は、大きく分けて、 2つの受信コイル 5a'および 5b '、差動回路、ラッチ回路 9によって構成されている。差動回路の 2つの入力端子間には、 2つの受信コイル 5a ，および 5b'と、受信コイル 5a'および 5b 'の誘起電圧の中点（Vb)を決める 2つの抵 抗とが、それぞれ並列に接続されている。差動回路の 2つの出力は、ラッチ回路 9に 接続され、ラッチ回路 9からシングルエンドの受信信号 Voが出力される。このように 2 つの送 Z受信コイルを一つの送 Z受信回路内に作り込むことで、インターフェース部 の回路規模を小さくすることができる。また、 2つの差動回路を用意する図 33の例に 比べ、差動ペア間のばらつきを抑えることができるという利点もある。

[0161] 図 43は、送信装置が送信回路 3" 'を 1つ有し、送信回路 3" '内に 2つの送信コイル 4a"および 4b"が直列に設けられ、送信コイル 4a"および 4b"力 互いに位相を 180 ° 反転させた磁界信号が発生するように、 2つの送信コイル 4a"および 4b"が配置さ れた半導体チップの平面図である。この形態力もなる送信回路 3" 'には、 2つの送信 コイル 4a"および 4b"が直列に接続されている。この送信装置は、図 39の並列形態と 同様、その構造をより簡単にすることができる点で好ましい。なお、受信回路につい ても、同様の形態とすることが好ましい。

[0162] 図 44は、図 43に示す半導体チップの送信コイル 4a"および 4b"を流れる電流と、そ の電流力 発生する磁界の向きを示した平面図である。送信回路 3" 'は、送信コイル 4a"および 4b"に、それぞれ逆向きの磁界を発生する。同じ構成のために図示してい ないが、送信コイルと同様に、受信コイルの受信磁界の向きも逆方向にしている。こ れにより、 2つの送信コイルと 2つの受信コイルの間で磁界の差動伝送が行われ、外 部より混入する同相ノイズをキャンセルする耐ノイズ性に優れた半導体装置が実現で きる。

[0163] 図 45は、図 43乃至図 44に示す送信回路のブロック図である。データ信号 Viが送 信回路 3" 'に入力され、送信回路 3" 'で整形された三角波の電流が、直列に配置さ れた 2つの送信コイル 4a"および 4b"に印加される。 2つの送信コイル 4a"および 4b" 力も出力される磁界信号は、互いに 180° 位相が反転した信号となり、受信コイル 5a "および 5b"によって受信される。受信コイル 5a"および 5b"で誘起された電圧は、パ ルス幅の広い矩形波に近い波形となるので、それを差動回路で受信することによつ て受信電圧 Voを得ることができる。 [0164] 図 46は、図 43乃至図 44に示す送信回路 3" 'の一例を示す回路図である。この送 信装置は、例えば図 12に示す送信回路に 2つの送信コイル 4a"および 4b"が直列に 挿入されている送信装置である。送信回路 3a' "が有する可変電流源 8は、既述の可 変電流源と同じである。

[0165] 図 47は、受信コイルが直列に設けられた受信回路の一例を示す回路図である。受 信回路 6" 'は、大きく分けて、 2つの受信コイル 5a"および 5b"、差動回路、ラッチ回 路によって構成されている。差動回路の 2つの入力端子間には、直列に配置された 受信コイルと、受信コイルの誘起電圧の中点 (Vb)を決める 2つの抵抗と、が並列に 接続されている。差動回路の 2つの出力は、ラッチ回路に接続され、このラッチ回路 力 シングルエンドの受信信号 Voが出力される。このように 2つの送 Z受信コイルを 一つの送 Z受信回路内に作り込むことで、インターフェース部の回路規模を小さくす ることができる。また、 2つの差動回路を用意する図 32の例に比べ、差動ペア間のば らっきを抑えることができると 、う利点もある。

[0166] 以上説明したように、送信装置が有する 2つの送信コイル力 互いに位相を 180° 反転させた磁界信号が発生するので、送信コイル Z受信コイル間の信号授受が差動 伝送になり、外来ノイズをキャンセルすることが可能となる。さらに、受信信号のパルス 幅が広くなることから、遅延による差動伝送の波形再生が容易になる。また、送信コィ ルを直列又は並列に配置することにより、送信回路が簡素化され、かつ、回路製造に よるばらつきも小さくなるため、ノイズ耐カが向上する。

[0167] (インターフェース回路の使用形態）

次に、本発明のインターフェース回路の使用形態について説明する。

[0168] 図 48は、本発明のインターフェース回路を備えた半導体装置の他の例を示す断面 図である。この半導体装置は、図 11で既述した半導体装置とは異なり、送信コイル 4 と受信コイル 5が対向した形態となっている。このように、送信コイル 4と受信コイル 5 の位置関係は、対向していても、逆に背中合わせになっていても構わない。ただし、 送 Z受信コイル間の距離が近いほどコイル間の信号伝送に使う電力は小さくできる ため、図 48に示す形態の例がより信号伝送に使う電力が小さくなる。

[0169] 図 11と図 48に示した半導体装置では、回路チップを重ね、透しで見た場合の同じ 位置に、一方の回路チップには送信コイル 4、他方の回路チップには受信コイル 5が 配置される。

[0170] 例外として、半導体装置外に故意に信号を送信する場合、もしくは、半導体装置の 外部からの信号を故意に受信する場合に限り、回路チップを重ね、透しで見た場合 の同じ場所に送信コイルだけ、もしくは受信コイルだけを重ねて配置してもよ 、。

[0171] 例えば、本半導体装置内の回路チップの動作を外部力 モニタリングしたい場合、 各回路チップに、本半導体装置外にある受信コイルに向けて信号を送信する送信コ ィルが、回路チップ間の信号伝送に使う送信コイルとは別に設けられる。

[0172] 一方、本半導体装置のテスト動作を外部より制御したい場合、各回路チップに、本 半導体装置外にある送信コイルから送信される信号を受信する受信コイルが、回路 チップ間の信号伝送に使う受信コイルとは別に設けられる。

[0173] このように動作のモニタリングまたはテスト動作のための送信コイルまたは受信コィ ル、および送信装置または受信装置が設けられば、積層された回路チップの表層に あるものだけでなぐ内層にあるものに対しても動作のモニタリングおよびテスト動作 を容易に行える。

[0174] 図 49は、本発明のインターフェース回路を 3枚以上重ねた回路チップ間の信号伝 送に利用した半導体モジュールの一例である。この半導体モジュールは、プリント基 板 21上に半導体回路チップが積層されてなり、上下で接する回路チップ間だけでな ぐさらにその上下に重なる回路チップとの間でも、本発明のインターフェース回路に よって信号伝送を行う。

[0175] ここでは、一番下に位置する回路チップを IF (インターフェース）チップと呼び、その 上に重ねた回路チップとの間で 1対多の信号伝送を行うものとする。例えば、上に重 ねた回路チップをすベてメモリチップとし、 IFチップの送信装置 Sとすべてのメモリチ ップの受信装置 Eとを重なるように配置する。これにより、 IFチップの送信装置 Sから 発生する磁界信号を、すべてのメモリチップが同じタイミングで受信することができる ため、メモリへの高速書き込みが可能となる。

[0176] 一般的には、非接触で多層に積層された回路チップに信号を伝送する場合、 IFチ ップからの磁界信号が一番離れた回路チップへ到達するまでの間に、間に挟まった 回路チップで発生するノイズが多く含まれる可能性があつたが、本発明にお 、ては、 前述した通り、回路チップで発生するノイズと判別しやすい磁界信号を送信コイルか ら送信して 、るため、確実な信号伝送を行うことができる。

[0177] また、図 49に示した半導体モジュールにおいては、プリント基板 21上に、メモリチッ プすべての送信装置 Sと IFチップの一つの受信装置 Eとを重ねて配置することによつ て、多数の送信コイル力も発生する磁界信号を一つの受信コイルで受信することが できる。その結果、数少ない信号伝送の経路を使いながら、高速にメモリから情報を 取り出すことができる。この際、例えば、各メモリチップから IFチップへの信号伝送は 、時間分割することで確実に行うことが可能である。さらに、この実施形態でも、間に 挟まった回路チップで発生するノイズが多く含まれてしまう可能性がある力 前述した 通り、回路チップで発生するノイズと判別しやすい磁界信号を送信コイル力 発生し ているため、確実な信号伝送を行うことができる。

[0178] 図 49の IFチップには、本半導体モジュールを構成するプリント基板 21との間にハ ンダボールまたは金属バンプ等の接続手段 22が形成されて 、る。接続手段 22は、 本半導体モジュールを構成するプリント基板 21がインターフェース回路に対応してい る場合には不用である力 対応していない場合には、このような構造にするとよい。 IF チップに、非接触方式による信号を従来の接触方式による信号に変換する機能が付 カロされる場合には、従来の回路設計技術を使って本半導体モジュールを利用するこ とがでさる。

[0179] 図 50は、 3枚以上重ねた回路チップ間の信号伝送に、本発明のインターフェース 回路を利用した他の半導体モジュールの一例である。送信装置 S又は受信装置 Eが 、各回路チップの同じ位置に配置されるのではなぐ任意の位置に選択的に設けら れた例である。

[0180] 例えば、右端では一番下の回路チップにのみ送信装置 Sが形成され、そこから発 生する磁界信号を上 2つの回路チップの受信装置 Eのみが受信する。また、その左 に位置する部分では、 1番上の回路チップ力 発生する磁界信号を上力 3番目の 回路チップが受信し、また、 2番目の回路チップ力 発生する磁界信号を上力 4番 目の回路チップが受信する。 [0181] このように、選択的に送信装置 Sと受信装置 Eを配置する構成にすることで、回路チ ップ間の信号伝送位置を自由に設計することが可能となる。本発明では、ノイズに影 響されにくい磁界信号を利用するため、信号伝送位置をさらに自由に選択できる。な お、詳細な平面図を図示していないが、送信装置 Sと受信装置 Eが重なった状態とは 、送信コイルと受信コイルとが対向している状態であり、送信コイルの形成領域と受信 コイルの形成領域とが少なくとも一部対向していればよい。また、より好ましくは、送信 コイルと受信コイルの中心軸を一致させることにより送信効率を向上させることができ る。

[0182] 本発明の半導体モジュールは、本発明の半導体装置のほかに、他の信号を発生 する機能部を有したものであってもよい。この半導体モジュールにおいては、機能部 が発生する他の信号が、ノイズとして信号伝送に影響することが考えられるが、本発 明の半導体モジュールでは、三角波又は略三角波の信号を用いているため、ノイズ 力もの影響を抑制することができる。他の信号を発生する機能部としては、半導体装 置に回路として形成されている場合や、プリント基板上に本発明の半導体装置と共に 搭載されている場合がある。また、機能部としては、発振器やクロック動作部品、 DC ZDCコンバータ等を挙げることができる。

[0183] また、本発明のインターフェース回路を備えた半導体モジュールを携帯端末に適 用することにより、高速で大容量の信号処理が行えると同時にノイズに影響され難い という効果が生じる。携帯電話のような携帯端末では、無線通信の高速化に対応す るために、通信用の CPU (中央処理装置)チップと共に大容量のメモリが必要になる 。また、ゲームのようなソフトウェアを高速で処理するために、アプリケーション用の C PUチップと共に大容量のメモリが必要になる。

[0184] 本発明の半導体モジュールを用いることで、前記 IFチップの機能を各 CPUにもた せることによって、高速で大容量の信号伝送を CPUとメモリ間で実現することができ、 高機能な携帯端末が実現できる。

[0185] また、携帯端末には無線機能があるため、その無線機能から発せられる無線信号 力 本発明に係る非接触の信号に混入することが懸念されるが、このような混入ノィ ズに強い信号伝送方法を利用しているため、このような懸念は払拭される。ここでの 半導体モジュールは、通信用 CPU、アプリケーション用 CPU各々を備えたプリント基 板の上にメモリチップが積層されている形態を例示できる。

[0186] 図 51は、本発明のインターフェース回路をプリント基板内に装着した一例を示す模 式断面図である。

[0187] 従来、回路チップをプリント基板に搭載する場合、両者の間にハンダボールや金属 バンプ等の接続手段が使われていた。電子機器の実際の使用環境では、温度変化 が生ずるため、回路チップの熱膨張係数とプリント基板の熱膨張係数の違いにより、 この接続手段にクラックが生じることが常に問題になっていた。

[0188] しかし、本発明では、ハンダボールや金属バンプ等の金属接続手段を用いず、ェ ポキシ榭脂等の広く一般に使われている榭脂系の接着剤を使用できるため、回路チ ップとプリント基板との接続が確実に行え、同時に、信号接続の信頼性も向上する。 なお、前記半導体装置、半導体モジュール、メモリモジュール、携帯端末では、図示 していないが、回路チップ間を固定するために、榭脂系等の金属粒子を含まない接 着剤を使うことが好ましい。金属粒子を含むような導電性の接着剤を使用すると、そ の金属粒子によって磁界強度が熱に変わり、信号伝送に使われる電力が無駄に消 費されるからである。

[0189] なお、本願では、送信回路に入力される信号が矩形波の電圧波形である場合を記 載した。これは、現状の一般的な回路が矩形波の電圧波形によって駆動されている ためである。しかしながら、送信コイルから出力される磁界波形が三角波もしくは略三 角波になるのであれば、送信回路に入力される信号はいかなるものでも力まわない。 例えば、それが矩形波の電流波形であっても力まわな 、。

[0190] また、本願の半導体装置、半導体モジュール、メモリモジュール、携帯端末の実施 例に示した回路チップは、便宜的にすべて同じ大きさで図示したが、これに限定され るものではなぐ送信コイルと受信コイルとが対向するように回路チップが重なってい ればよぐ図示した回路チップの大きさに限定されるものではない。

Claims

請求の範囲

[I] 送信コイルが磁界信号を出力し、前記磁界信号に基づく電磁誘導により非接触で 信号伝送を行う伝送方法であって、

前記送信コイルが、三角波又は略三角波の磁界信号を出力する伝送方法。

[2] 前記三角波又は前記略三角波は、連続的に増加又は減少する波形、あるいは、段 階的に増加又は減少する波形である、請求項 1に記載の伝送方法。

[3] 前記磁界信号は、前記送信コイルに接続された送信回路が積分処理して整形した 電流信号を前記送信コイルに提供することによって得られる、請求項 1又は 2に記載 の伝送方法。

[4] 前記積分処理が、 RC積分回路により行われる、請求項 3に記載の伝送方法。

[5] 前記磁界信号は、前記送信コイルに接続された送信回路が電流スィッチ切換処理 して整形した電流信号を前記送信コイルに提供することによって得られる、請求項 1 又は 2に記載の伝送方法。

[6] 前記電流スィッチ切換処理が、複数の可変電流源と当該可変電流源それぞれに 接続されたスィッチとを有する回路により行われる、請求項 5に記載の伝送方法。

[7] 前記電流信号を、平滑化回路により平滑化させた後に、前記送信コイルに提供す る、請求項 5又は 6に記載の伝送方法。

[8] 前記送信コイルが 2つ設けられ、各送信コイルから発生する磁界信号が互いに位 相を 180° 反転されて伝送される、請求項 1ないし 7のいずれか 1項に記載の伝送方 法。

[9] 信号伝送を電磁誘導により行うインターフェース回路であって、

送信コイルと、

前記送信コイルに信号を提供して前記送信コイルから三角波又は略三角波の磁界 信号を出力させる送信回路と、を含むインターフェース回路。

[10] 前記三角波又は前記略三角波は、連続的に増加又は減少する波形、あるいは、段 階的に増加又は減少する波形である、請求項 9に記載のインターフェース回路。

[II] 前記送信回路が、積分処理を行う積分処理回路を備えている、請求項 9又は 10に 記載のインターフェース回路。

[12] 前記積分処理回路が、 RC積分回路である、請求項 11に記載のインターフェース 回路。

[13] 前記送信回路が、電流スィッチ切換処理を行う電流スィッチ切換処理回路を備え ている、請求項 9又は 10に記載のインターフェース回路。

[14] 前記電流スィッチ切換処理回路が、複数の可変電流源と当該可変電流源それぞ れに接続されたスィッチとを備えている、請求項 13に記載のインターフェース回路。

[15] 前記送信回路には、前記電流スィッチ切換処理回路から出力される信号を平滑ィ匕 させるための平滑ィ匕回路が設けられている、請求項 13又は 14に記載のインターフエ ース回路。

[16] 前記送信コイルが 2つ設けられ、各送信コイル力 互いに位相を 180° 反転させた 磁界信号が発生するように前記 2つの送信コイルが配置されて 、る、請求項 9な 、し

15のいずれか 1項に記載のインターフェース回路。

[17] 送信コイルと、前記送信コイルに信号を提供して前記送信コイルカゝら三角波又は略 三角波の磁界信号を出力させる送信回路と、を含む半導体装置。

[18] 前記三角波又は前記略三角波は、連続的に増加又は減少する波形、あるいは、段 階的に増加又は減少する波形である、請求項 17に記載の半導体装置。

[19] 前記送信回路が、積分処理を行う積分処理回路を備えている、請求項 17又は 18 に記載の半導体装置。

[20] 前記送信回路が、電流スィッチ切換処理を行う電流スィッチ切換処理回路を備え ている、請求項 17又は 18に記載の半導体装置。

[21] 前記送信回路には、前記電流スィッチ切換処理回路から出力される信号を平滑ィ匕 させるための平滑ィ匕回路が設けられている、請求項 20に記載の半導体装置。

[22] 前記送信コイルが 2つ設けられ、各送信コイル力も互いに位相を 180° 反転させた 磁界信号が発生するように前記 2つの送信コイルが配置されて 、る、請求項 17な 、 し 21のいずれか 1項に記載の半導体装置。

[23] 受信コイルを有する半導体装置が積層されている、請求項 17ないし 22のいずれか

1項に記載の半導体装置。

[24] 受信コイルを有する半導体装置が複数積層されている、請求項 17ないし 22のいず れか 1項に記載の半導体装置。

[25] 少なくとも前記送信コイルを有する複数の半導体装置と、受信コイルを有する半導 体装置とが積層されて 、る、請求項 17な 、し 22の 、ずれか 1項に記載の半導体装 置。

[26] 前記送信コイルと前記送信回路とを有する半導体装置と前記受信コイルを有する 半導体装置との間に積層された他の半導体装置をさらに含む、請求項 17ないし 25 の!、ずれか 1項に記載の半導体装置。

[27] 請求項 17ないし 26のいずれか 1項に記載の半導体装置と、前記半導体装置が積 層されているプリント基板と、を含む半導体パッケージ。

[28] 前記半導体装置と前記プリント基板とが、導電体を介して電気的に接続されている

、請求項 27に記載の半導体パッケージ。

[29] 前記プリント基板が受信コイルを備えている、請求項 27又は 28に記載の半導体パ ッケーン。

[30] 送信コイルと、前記送信コイルに信号を提供して前記送信コイルカゝら三角波又は略 三角波の磁界信号を出力させる送信回路と、を含むプリント基板。

[31] 前記三角波又は前記略三角波は、連続的に増加又は減少する波形、あるいは、段 階的に増加又は減少する波形である、請求項 30に記載のプリント基板。

[32] 前記送信回路が、積分処理を行う積分処理回路を備えている、請求項 30又は 31 に記載のプリント基板。

[33] 前記送信回路が、電流スィッチ切換処理を行う電流スィッチ切換処理回路を備え て 、る、請求項 30又は 31に記載のプリント基板。

[34] 前記送信回路には、前記電流スィッチ切換処理回路から出力される信号を平滑ィ匕 させるための平滑ィ匕回路が設けられている、請求項 33に記載のプリント基板。

[35] 前記送信コイルが 2つ設けられ、各送信コイル力も互いに位相を 180° 反転させた 磁界信号が発生するように前記 2つの送信コイルが配置されて 、る、請求項 30な 、 し 34のいずれか 1項に記載のプリント基板。

[36] 請求項 30ないし 35のいずれか 1項に記載のプリント基板と、前記プリント基板に積 層され、かつ、受信コイルを有する半導体装置と、を含む半導体パッケージ。

[37] 前記プリント基板と前記半導体装置との間に積層された他の半導体装置をさらに含 む、請求項 36に記載の半導体パッケージ。

[38] 前記プリント基板に積層された、受信コイルを有する複数の半導体装置をさらに含 む、請求項 36又は 37に記載の半導体パッケージ。

[39] 請求項 17ないし 26のいずれか 1項に記載の半導体装置と、前記半導体装置が積 層されたプリント基板と、を含み、当該半導体装置のうち少なくとも 1つが、前記磁界 信号とは異なる信号を発生する機能部を有する、半導体モジュール。

[40] 前記半導体装置と前記プリント基板とが導電体を介して電気的に接続されている、 請求項 39に記載の半導体モジュール。

[41] 少なくとも 1つの前記半導体装置の送信コイルが、前記他の半導体装置の送信コィ ルと対向しな 、位置に配置されて 、る、請求項 39又は 40に記載の半導体モジ ル。

[42] 請求項 17ないし 26のいずれか 1項に記載の送信コイルを有する半導体装置と、受 信コイルを有する半導体装置、あるいは、請求項 36ないし 38のいずれかに記載の 受信コイルを有する半導体装置と、を含み、前記半導体装置の少なくとも 1つがメモリ である、メモリモジ

[43] 受信回路を有するプリント基板と、当該プリント基板に積層され、送信コイル及び当 該送信コイルに信号を提供して当該送信コイルカゝら三角波又は略三角波の磁界信 号を出力させる送信回路を備えたメモリである半導体装置と、を含むメモリモジ ル。

[44] 前記三角波又は前記略三角波は、連続的に増加又は減少する波形、あるいは、段 階的に増加又は減少する波形である、請求項 43に記載のメモリモジュール。

[45] 前記半導体装置が複数積層されている、請求項 43又は 44に記載のメモリモジ ル。

[46] 請求項 17ないし 26のいずれか 1項に記載の半導体装置、又は、請求項 30ないし 3 5の 、ずれか 1項に記載のプリント基板を備えて 、る携帯機器。