JPH10200007A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH10200007A
JPH10200007A JP1005897A JP1005897A JPH10200007A JP H10200007 A JPH10200007 A JP H10200007A JP 1005897 A JP1005897 A JP 1005897A JP 1005897 A JP1005897 A JP 1005897A JP H10200007 A JPH10200007 A JP H10200007A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップや基板の面積を大きくすることなく、
チップと基板との間で入出力される信号数を増やす。 【解決手段】 チップ1上に形成された半導体素子の入
出力端子のそれぞれに対応して、チップ1内にインダク
タ導体層6が形成される。これらインダクタ導体層6と
略同間隔で略同サイズのインダクタ導体層13がパッケ
ージ部材2内に形成される。チップ1とパッケージ部材
2は、それぞれのインダクタ導体層6、13を向き合わ
せて密着配置される。インダクタ導体層6、13は、渦
巻き状のインダクタ導体とその周囲を覆う磁性体膜で形
成され、チップ1とパッケージ部材2の一方のインダク
タ導体から発生した磁束は磁性体膜22を介して他方の
インダクタ導体を通過し、両インダクタ導体は磁気結合
する。したがって、チップ1とパッケージ部材2間で電
磁誘導による信号伝送が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ上に
形成されたチップと基板とを接続して構成される半導体
装置に関し、チップをパッケージ部材で覆ったものや、
チップが実装されたプリント配線板などを対象とする。
【0002】
【従来の技術】プリント配線板などに実装される通常の
LSIは、半導体ウエハから切り出したベアチップをパ
ッケージ部材で覆った構造をしており、ベアチップのパ
ッドとパッケージ部材のパッドとはボンディングワイヤ
により接続されている。
【0003】これら最近のLSIは、携帯機器の普及に
伴って、高集積化される傾向にある。LSIの集積密度
を上げると、プリント配線板上に実装される部品数を削
減できるため、製品の信頼性および保守性が向上し、設
計開発に要する時間も削減できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、LSIの集
積密度を上げるに従って、LSIを構成するベアチップ
のパッド数が増え、場合によっては、何百ものパッドが
必要になることがある。従来のベアチップは、チップの
外周近傍に1列あるいは複数列にパッドを形成してお
り、パッドの数を増やすのにも限界がある。また、パッ
ドの数が増えると、ボンディングワイヤの数が増えるだ
けでなく、チップ上の配線も複雑になり、ノイズによる
影響を受けやすくなる。特に、最近のLSIは高いクロ
ック周波数で動作することが多く、隣接信号間で信号の
漏れ(クロストーク)が発生しやすい。
【0005】一方、LSIのパッケージ部材には、ベア
チップの各パッドに対応して外部接続端子(例えばリー
ドなど)が設けられているが、これら外部接続端子はパ
ッドよりも面積が大きいため、パッドの数が多くなる
と、それに応じてパッケージ部材の面積を大きくせざる
を得ない。また、パッド数が増えるに従ってパッケージ
部材内部の配線が複雑になり、ノイズや断線等の障害が
起きやすくなる。
【0006】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、その目的は、チップや基板の面積を大き
くすることなく、かつノイズの発生を防止しつつ、チッ
プと基板との間で入出力される信号数を増やすことがで
きる半導体装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項1の発明は、チップ上の半導体素子の入
出力端子に対応づけて、チップ内に第1のインダクタ導
体を形成する。また、第1のインダクタ導体に対応づけ
て、基板内に第2のインダクタ導体を形成する。チップ
を基板に実装すると第1および第2のインダクタ導体が
磁気結合し、この磁気結合を利用して、チップ側から基
板側に、あるいは基板側からチップ側に、各種信号を伝
送することができる。したがって、チップと基板とをボ
ンディングワイヤ等により物理的に接続する必要がなく
なる。
【0008】請求項2の発明は、チップとパッケージ部
材内に渦巻き状のインダクタ導体を形成するため、小さ
い面積でインダクタンスの大きいインダクタ導体を形成
することができる。また、渦巻きのターン数を変えるだ
けで、最適なインダクタンスを設定できる。
【0009】請求項3の発明は、電磁誘導による信号伝
送に適さない信号については、ボンディングワイヤ等に
より物理的に接続するため、従来と同様の電気的特性を
持った半導体装置が得られる。
【0010】請求項4の発明は、チップをベアの状態で
プリント配線板に実装する場合に、チップとプリント配
線板の双方にインダクタ導体を形成して、電磁誘導によ
って信号伝送を行う。これにより、プリント配線板とチ
ップとを物理的に接続する必要がなくなる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した半導体装
置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【0012】本実施形態の半導体装置は、半導体ウエハ
から切り出されたチップ1と、チップ1を保護するパッ
ケージ部材2とで構成され、チップ1とパッケージ部材
2間の信号伝送を電磁誘導を利用して行うことを特徴と
する。チップ1としては、各種のプロセッサやメモリ等
の集積回路を考えることができる。
【0013】図1(a)はチップ1の部分的な断面構造
を示す図、図1(b)はチップ1を載せるパッケージ部
材2の部分的な断面構造を示す図である。チップ1上に
は、トランジスタやダイオードなどの半導体素子が複数
形成されており、図1(a)はそのうちの一部であるM
OSトランジスタの構造を示している。
【0014】図1(a)に示すように、ソース領域層3
とドレイン領域層4の上面側には絶縁層5が形成され、
下面側には後述するインダクタ導体層6がそれぞれ形成
されている。これらインダクタ導体層6はそれぞれソー
ス電極、ドレイン電極として作用する。また、ゲート電
極7は、その上面に形成された金属層8を介してゲート
領域層9と接続され、ゲート領域層9の下面側にはイン
ダクタ導体層6が形成されている。また、ソース領域層
3、ドレイン領域層4およびゲート領域層9の間には、
素子分離用の絶縁分離層10が形成され、ゲート電極7
の直下には絶縁層11を挟んでp−Si層12が形成さ
れている。このp−Si層12の表面付近にチャネルが
形成される。
【0015】一方、パッケージ部材2の上面には、チッ
プ1のインダクタ導体層6と略同間隔で略同サイズのイ
ンダクタ導体層13が形成されている。これらインダク
タ導体層13は、それぞれp+ −Si層14、p−Si
層15およびn+ −Si層16を介して、パッケージ部
材2の下面に形成された外部接続端子17に接続されて
いる。これら外部接続端子17は、プリント配線板等の
パッドとバンプ等を介して接続される。また、パッケー
ジ部材2内には、各信号を分離するための絶縁分離層1
8が形成されている。
【0016】チップ1とパッケージ部材2は、それぞれ
のインダクタ導体層6、13を向き合わせて密接配置さ
れる。図2は、インダクタ導体層6、13の断面構造を
拡大表示した図である。同図に示すように、インダクタ
導体層6、13は、インダクタ導体21と、その周囲を
覆う絶縁性の磁性体膜22と、インダクタ導体21の各
周回部分の間に形成された絶縁膜23とで構成される。
【0017】図3は、インダクタ導体21の平面構造を
示す図である。同図に示すように、インダクタ導体21
は、所定ターン数(例えば2.5ターン)の渦巻き形状
に形成されており、その両端には電極24、25が接続
されている。
【0018】インダクタ導体21の表面を覆う磁性体膜
22としては、ガンマ・フェライトやバリウム・フェラ
イトなどの各種磁性体膜が用いられる。これら磁性体膜
の材質や形成方法については各種のものが考えられ、例
えばFeO等を真空蒸着して磁性体膜を形成する方法
や、分子線エピタキシー法(MBE法)、化学気相成長
法(CVD法)、スパッタ法などがある。一方、絶縁膜
23は、インダクタ導体21の各周回部分間に生じる漏
れ磁束を最小限に抑えるべく、非磁性体材料によって形
成される。
【0019】チップ1内に形成された磁性体膜22とパ
ッケージ部材2内に形成された磁性体膜22は密着配置
されるため、一方のインダクタ導体から発生した磁束
は、他方のインダクタ導体を通過するようになる。した
がって、インダクタ導体6、13は、図4に示すよう
に、1次側コイル31と2次側コイル32が磁気結合さ
れた回路と等価になり、1次側入力電圧Vinと2次側出
力電圧Vout との間には(1)式の関係が成り立つ。な
お、n1 は1次側コイルのターン数、n2 は2次側コイ
ルのターン数を示す。
【0020】 Vout =(n1 /n2 )×Vin ・・・(1) (1)式に示すように、2次側コイル32の両端電圧
は、1次側コイル31の両端電圧に応じて変化する。し
たがって、チップ1とパッケージ部材2のいずれか一方
のインダクタ導体を1次側コイルとして利用し、他方の
インダクタ導体を2次側コイルとして利用すれば、1次
側コイルに印加された電圧を電磁誘導によって2次側コ
イルに伝達することができる。
【0021】このように、本実施形態の半導体装置は、
チップ1とパッケージ部材2にそれぞれインダクタ導体
層6、13を形成し、これらインダクタ導体層6、13
を磁性体膜22を挟んで対向配置したため、一方のイン
ダクタ導体から発生した磁束を他方のインダクタ導体に
導くことができ、チップ1側からパッケージ部材2側
に、あるいはパッケージ部材2側からチップ1側に、電
磁誘導によって信号を伝送することができる。
【0022】したがって、従来のように、チップ1とパ
ッケージ部材2間をボンディングワイヤなどを介して物
理的に接続する必要がなく、配線領域を形成する必要も
なくなる。このため、信号端子数の多いLSIベアチッ
プであっても、小サイズのパッケージ部材2に無理なく
収納できる。また、インダクタ導体層6、13間を磁性
体膜22で覆っているため、外部に漏れる磁束を低減す
ることができ、信号の漏れ(クロストーク)によるノイ
ズの発生を防止することができる。
【0023】図5は本実施形態のチップ1の外観を示す
斜視図である。チップ1には、インダクタ導体層6、1
3を介して電磁誘導によってパッケージ部材2と信号伝
送を行う領域101と、ボンディングワイヤやバンプを
介してパッケージ部材2と物理的に接続される領域10
2とが形成されている。この領域102内に形成される
端子としては、例えば、電流が多く流れる電源端子や接
地端子、あるいは高い周波数のクロック信号が入力され
るクロック端子などが考えられる。なお、チップ1上の
インダクタ導体6、13の配置は、図5に示すものに限
定されない。
【0024】図1(a)では、チップ1の下面、すなわ
ち半導体素子4の形成面の反対側の面にインダクタ導体
層6を形成する例を説明したが、半導体素子4の形成面
側にインダクタ導体層6を形成し、素子形成面をパッケ
ージ部材2と対向配置させてもよい。
【0025】また、図1では、チップ1とパッケージ部
材2間の信号電送を電磁誘導で行う例を説明したが、パ
ッケージ部材2とプリント配線板間の信号伝送を電磁誘
導で行ってもよい。あるいは、チップ1をベアの状態で
プリント配線板等に実装する場合には、プリント配線板
等にインダクタ導体を設けて、チップ1とプリント配線
板等との信号伝送を電磁誘導で行ってもよい。
【0026】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、チップと基板にそれぞれ第1および第2のインダ
クタ導体を形成して、第1および第2のインダクタ導体
を磁気結合させるため、チップと基板間で電磁誘導によ
って信号を伝送することができる。したがって、チップ
と基板間をボンディングワイヤなどを用いて物理的に接
続する必要がなく、配線領域も形成する必要がなくな
る。このため、チップを実装する基板の外形寸法を小さ
くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)はチップの断面構造を示す図、(b)は
パッケージ部材の断面構造を示す図である。
【図2】インダクタ導体層の断面構造を拡大表示した図
である。
【図3】インダクタ導体の平面構造を示す図である。
【図4】チップとパッケージ部材間の電磁誘導による信
号伝送を説明する図である。
【図5】本実施形態のチップの外観を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 チップ 2 パッケージ部材 3 ソース領域層 4 ドレイン領域層 6、13 インダクタ導体層 7 ゲート電極 9 ゲート領域層 17 外部接続端子 21 インダクタ導体 22 磁性体膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウエハから切り出されたチップが
    実装された基板を有する半導体装置において、 前記チップは、前記チップ上に形成された半導体素子の
    入出力端子の少なくとも一部に対応して形成された第1
    のインダクタ導体を備え、 前記基板は、前記第1のインダクタ導体のそれぞれに対
    応して形成された第2のインダクタ導体と、これら第2
    のインダクタ導体のそれぞれに対応して形成された外部
    接続端子とを備え、 前記第1および第2のインダクタ導体を磁気結合させ
    て、前記チップと前記基板との間で電磁誘導によって信
    号伝送を行うことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記第1および第2のインダクタ導体は渦巻き形状に形
    成されており、前記第1および第2のインダクタ導体の
    周囲を磁性体膜で覆ったことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、 前記チップ上に形成された入出力端子のうち、少なくと
    も電源供給端子および接地端子を含む一部の端子につい
    ては、電磁誘導による信号伝送を行わずに、前記基板上
    に対応して形成された前記外部接続端子と導電性材料を
    介して接続することを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、 前記基板はプリント配線板であり、前記チップは前記プ
    リント配線板上にベアの状態で実装されることを特徴と
    する半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8791544B2 (en) 2009-06-30 2014-07-29 Nec Corporation Semiconductor device, mounted substrate to be used in semiconductor device, and manufacturing method of mounted substrate

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