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JP3737864B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description

【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したがって、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、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、チップに変調回路を設け、基板に復調回路を設け、チップ上に形成された半導体素子の出力端子から出力された信号を所定の変調方式で変調して電波送信し、その電波を基板で受信し復調回路で復調した信号を、基板内の外部接続端子に供給する。これにより、チップと基板とを物理的に接続しなくても、チップから基板に信号を送信できる。
【0008】
請求項2の発明は、複数の出力端子からの信号を多重化した後に変調して電波送信するため、各端子ごとに変復調回路を設ける必要がなくなり、素子構造を単純化することができる。
【0009】
請求項3の発明は、基板に変調回路を設け、チップに復調回路を設け、基板内の外部接続端子から出力された信号を所定の変調方式で変調して電波送信し、その電波をチップで受信し復調回路で復調した信号を、チップ内の半導体素子に供給する。これにより、チップと基板とを物理的に接続しなくても、基板からチップに信号を送信できる。
【0010】
請求項4の発明は、複数の外部接続端子からの信号を多重化した後に変調して電波送信するため、各端子ごとに変復調回路を設ける必要がなくなり、素子構造を単純化することができる。
【0011】
請求項5の発明は、チップと基板にアンテナを一体に形成するため、別個にアンテナを取り付ける必要がなく、コストダウンおよび小型化が可能となる。
【0012】
請求項6の発明は、チップに取り付けられたピンを、基板に設けられたピン受けに嵌合させるような構造の場合には、ピンとピン受けをアンテナとして利用するため、別個にアンテナを設ける必要がなくなる。また、ピンとピン受けは直接嵌合されるため、電波ノイズによる影響を受けない。
【0013】
請求項7の発明は、チップに取り付けられる放熱部材をアンテナとして利用するため、放熱部材を有効利用できる。
【0014】
請求項8の発明は、電源供給端子や接地端子など、電波送信に向かない端子については、物理的に接続して信号伝送を行う。
【0015】
請求項9の発明は、データ入出力端子など、双方向に信号が流れる端子は、各端子ごとに変調回路と復調回路が必要なため構造が複雑になることから、物理的に接続して信号伝送を行う。
【0016】
請求項10の発明は、データ入出力端子など、双方向に信号が流れる端子は、各端子ごとに変調回路と復調回路の双方を設ける。これにより、どの方向に信号が流れても、電波による信号伝送が可能となる。
【0017】
請求項11の発明は、プリント配線板上にベアチップを実装する際に、プリント配線板とベアチップとの間で電波による信号伝送を行う。これにより、プリント配線板とベアチップとを物理的に接続する必要がなくなる。
【0018】
【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。
【0019】
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とで構成される。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。
【0020】
図1に示す半導体装置は、チップ1とパッケージ部材2間の信号伝送を電波で行うことを特徴としており、そのためのデジタル変復調回路10、20がチップ1とパッケージ部材2の双方に形成されている。
【0021】
また、チップ1のベース基板であるp−Si基板3上には、トランジスタやダイオードなどの多数の半導体素子4が形成されており、これら半導体素子4の入出力端子はチップ1内のデジタル変復調回路10に接続されている。デジタル変復調回路10の詳細構成については後述する。
【0022】
チップ1の裏面側、すなわち素子形成面の反対側には、アンテナとして機能するCu層5が形成されている。デジタル変復調回路10で変調された信号はCu層5を介して電波送信される。なお、Cu層5の下層側には、保護用のSIO2 層6が形成されている。
【0023】
一方、パッケージ部材2の上面には、チップ1のSIO2 層6と密着配置されるCu層7が形成されている。このCu層7はアンテナとして機能し、Cu層7の下層側にはデジタル変復調回路20と外部接続端子(例えば、パッドやリードなど)8が形成されている。
【0024】
図2は、チップ1内のデジタル変復調回路10と、パッケージ部材2内のデジタル変復調回路20のブロック構成図である。デジタル変復調回路10、20は、いずれも変調回路と復調回路とで構成され、図2(a)はチップ1内に形成される変調回路のブロック構成を示し、図2(b)はパッケージ部材2内に形成される復調回路の構成を示している。なお、チップ1内部には図2(b)と同様の復調回路が設けられ、パッケージ部材2内部には図2(a)と同様の変調回路が設けられるが、図2では省略している。
【0025】
以下、図2(a)、(b)を用いて、チップ1側からパッケージ部材2側への信号伝送について説明する。チップ1上の各半導体素子4が有する出力端子は、複数本ずつ組にして図2(a)に示す信号多重部11と接続され、信号多重部11は、各出力端子からの信号を複数ビット単位で多重化する処理を行う。例えば、図3に示すように、4つの出力端子からの出力される各ビットデータが多重化される。なお、図3では多重化された各ビットデータの後にエラー訂正符号を付加した例を示しているが、信号多重部11からはエラー訂正符号を含まない多重化データを出力するようにしてもよい。
【0026】
また、同じ種類の信号ごと、あるいは周波数がほぼ等しい信号ごとに多重化するのが望ましく、例えば、データ入出力端子はデータ入出力端子でまとめて多重化し、アドレス端子はアドレス端子でまとめて多重化するのが望ましい。
【0027】
信号多重部11から出力された多重化データは、図2に示すようにQPSK変調部13に入力される。QPSK変調部13は、入力されたビット列をデジタル変調する。図4は、QPSK変調部13の概略構成を示す図である。同図に示すように、信号多重部11から出力されたビット列は、直並列変換器31により2ビットの並列データfI (t)、fQ (t)に変換される。一方のビットデータfI (t)は、乗算器32でcos(ωt)を掛けてI信号に変換され、他方のビットデータfQ (t)は、乗算器33でsin(ωt)を掛けてQ信号に変換される。I信号とQ信号は加算器34で加算されてQPSK変調信号Sm (t)が出力される。
【0028】
図4に示すように、QPSK変調部13は、2ビットのデータを搬送波の4種類の位相に割り当てる処理を行っており、変調結果であるQPSK変調信号は、(1)式で表される。
【0029】
m (t)=Acos(ωt+θ) ・・・(1)
(1)式で、θはπ/4、3π/4、5π/4、7π/4のいずれかの値を取り、Aは定数である。
【0030】
(1)式で示す4種類のQPSK変調信号は、それぞれ位相が90度ずつ異なっているため、搬送波の周波数を高くしても互いに干渉することがなく、ギガHz帯での安定した通信が行える。
【0031】
QPSK変調部13から出力された変調信号は図1(a)に示すCu層5に送られ、Cu層5はQPSK変調信号に応じた位相の電波をパッケージ部材2に向けて送信する。
【0032】
ところで、QPSK変調部13の搬送波の周波数f(f=ω/2π)が低い場合には、Cu層5の長さをかなり長くする必要がある。例えば、搬送波の波長をλ(m) 、電波の周波数をf(Hz)、電波の速度をv(m/s) とすると、(2)式の関係が成り立つ。
【0033】
λ=v/f ・・・(2)
電波の速度は、v≒3×108 (m/s) であるため、f=1 (GHz)とすると、λ=30(cm)になる。通常、アンテナはλ/2の長さが必要なため、Cu層5の長さとして15(cm)が必要となり、チップ1内に形成するのは事実上不可能となる。したがって、搬送波の周波数は数十GHz以上にするのが望ましい。
【0034】
チップ1内のCu層5から送信された電波は、パッケージ部材2内部のCu層7で受信されて電気信号に変換される。Cu層7には、図2(b)に示すQPSK復調部21が接続されており、QPSK変調信号をもとの2ビットデータに変換する。QPSK復調部21の出力は信号分離部23に入力され、多重化する前のデータに分離される。分離された各ビットデータは、パッケージ部材2に設けられた外部接続端子8に入力され、これら外部接続端子8は、例えば半導体装置が実装されるプリント配線板上のパターンに接続される。
【0035】
なお、図2では、チップ1側からパッケージ部材2側に信号を伝送する例を説明したが、パッケージ部材2側からチップ1側に信号を伝送することも可能である。
【0036】
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間の信号伝送を電波で行うため、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。したがって、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。
【0037】
また、複数の信号を多重化して伝送するため、各信号端子ごとに変復調回路を設ける必要がなく、半導体装置の構造を単純にできるとともに、外径寸法も小さくできる。さらに、半導体素子4と一体に形成したCu層5をアンテナとして利用するため、別にアンテナを取り付ける必要がなく、部品コストの上昇を防げる。また、チップ1内のCu層5とパッケージ部材2内のCu層7をSiO2 層を挟んで密着配置したため、電波の混信を確実に防止できる。
【0038】
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、外部からの信号が入力されるレシーバが形成された領域101と、外部に信号を出力するドライバが形成された領域102と、外部と双方向に信号をやり取りする双方向バッファが形成された領域103とが設けられている。また、チップ1の下側には、レシーバ形成領域101に対応して復調回路が、ドライバ形成領域102に対応して変調回路が、双方向バッファ形成領域103に対応して変復調回路が形成されている。また、チップ1の上面には、多数のパッドが形成された領域104が設けられ、これらパッドはボンディングワイヤなどを介して物理的にパッケージ部材2と接続される。この領域104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。
【0039】
なお、変調と復調が可能なデジタル変復調回路をチップ1とパッケージ部材2に設けると、半導体装置の構造が複雑になるため、チップ1とパッケージ部材2のいずれか一方には変調回路のみを設け、他方には復調回路のみを設けてもよい。例えば、図6(a)は、レシーバが形成される領域105の下側に復調回路を形成し、ドライバに対しては領域106にパッドを形成してボンディングワイヤ等により物理的にパッケージ部材2と接続する例を示す。この場合には、電波による信号送信は行わないため、図2(a)に示したようなデジタル変調回路は不要であり、半導体素子4の各出力端子を上述した領域106のパッドに直接接続すればよい。これに対して図6(b)は、ドライバの形成領域である領域107に変調回路を形成し、レシーバに対しては領域108にパッドを形成する例を示す。この場合には、電波による信号受信は行わないため、図2(b)に示すようなデジタル復調回路は不要であり、半導体素子4の各入力端子を上述した領域107のパッドに直接接続すればよい。このように、変調回路と復調回路のいずれか一方をチップ1とパッケージ部材2に設けるようにすれば、半導体装置の構造を簡易化できる。
【0040】
図1(a)では、p−Si基板3の下面、すなわち半導体素子4の形成面の反対側の面から電波を送信する例を説明したが、半導体素子4の形成面側にアンテナとして作用するCu層を形成し、素子形成面をパッケージ部材2と対向配置させて両者を接合してもよい。
【0041】
また、図2では、レシーバやドライバ等をそれぞれ別領域に形成する例を示したが、チップ1上のレイアウトは任意に変更可能であり、例えば、チップ1の外周に沿ってレシーバやドライバを形成してもよい。また、所定の周波数以上の信号が流れる端子のみ電波で信号伝送したり、逆に所定の周波数未満の信号が流れる端子のみ電波で信号電送してもよい。
【0042】
また、図1では、チップ1とパッケージ部材2間の信号電送を電波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、あるいはパッケージ部材2を設けずに実装する場合にはチップ1とプリント配線板間の信号電送を電波で行ってもよい。この場合は、チップ1あるいはパッケージ部材2に形成された変調回路に対応してプリント配線板に復調回路を形成し、チップ1あるいはパッケージ部材2に形成された復調回路に対応してプリント配線板に変調回路を形成すればよい。
【0043】
図2に示した半導体装置は、多重化された信号をQPSK変調する例を説明したが、変調方式はQPSK変調に限定されず、BPSK変調や多値変調など種々の変調方式を適用できる。また、多重化せずに各信号ごとに別個に変復調してもよい。
【0044】
図1では、Cu層5、7をアンテナとして利用する例を説明したが、チップ1に取り付けたピンをパッケージ部材2のピン受けに嵌合させる場合には、ピンとピン受けをアンテナとして利用してもよい。また、チップ1に放熱部材を取り付ける場合は、この放熱部材の一部にアンテナを形成するようにしてもよい。
【0045】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、チップと基板間での信号伝送を電波で行うため、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径寸法を小さくすることができる。
【0046】
また、複数の信号を多重化して変調するため、各信号端子ごとに変復調回路を設けなくて済み、半導体装置の構造を単純にでき、外径寸法も小さくできる。
【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】チップ内およびパッケージ部材内のデジタル変復調回路のブロック構成図である。
【図3】4つの出力端子からの信号を多重化する例を示す図である。
【図4】QPSK変調部の概略構成を示す図である。
【図5】本実施形態のチップの外観を示す斜視図である。
【図6】(a)は変調回路を持たずに復調回路を有する半導体装置を示す図、(b)は復調回路を持たずに変調回路を有する半導体装置を示す図である。
【符号の説明】
1 チップ
2 パッケージ部材
3 p−Si基板
4 半導体素子
5、7 Cu層
6 SiO2
8 外部接続端子
10、20 デジタル変復調回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device configured by connecting a chip formed on a semiconductor wafer and a substrate, and covers a chip covered with a package member, a printed wiring board on which a chip is mounted, and the like.
[0002]
[Prior art]
A normal LSI mounted on a printed wiring board or the like has a structure in which a bare chip cut out from a semiconductor wafer is covered with a package member, and the pad of the bare chip and the pad of the package member are connected by a bonding wire.
[0003]
These recent LSIs tend to be highly integrated with the spread of portable devices. Increasing the integration density of LSI can reduce the number of components mounted on the printed wiring board, thereby improving the reliability and maintainability of the product and reducing the time required for design and development.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, as the integration density of LSIs increases, the number of bare chip pads constituting the LSIs increases, and in some cases, hundreds of pads may be required. The conventional bare chip has pads in one or more rows near the outer periphery of the chip, and there is a limit to increasing the number of pads. Further, when the number of pads increases, not only the number of bonding wires increases, but also the wiring on the chip becomes complicated and is easily affected by noise. In particular, recent LSIs often operate at a high clock frequency, and signal leakage (crosstalk) is likely to occur between adjacent signals.
[0005]
On the other hand, LSI package members are provided with external connection terminals (for example, leads) corresponding to the respective pads. Since these external connection terminals have a larger area than the pads, when the number of pads increases, Accordingly, the area of the package member must be increased. Further, as the number of pads increases, the wiring inside the package member becomes more complicated, and troubles such as noise and disconnection are likely to occur.
[0006]
The present invention has been created in view of the above points, and its purpose is to increase the area between the chip and the substrate without increasing the area of the chip and the substrate and preventing the generation of noise. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of increasing the number of output signals.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the invention of claim 1 is provided with a modulation circuit on a chip, a demodulation circuit on a substrate, and a signal modulated from an output terminal of a semiconductor element formed on the chip. The signal modulated by the system is transmitted, and the signal received by the substrate and demodulated by the demodulation circuit is supplied to the external connection terminal in the substrate. Thus, signals can be transmitted from the chip to the substrate without physically connecting the chip and the substrate.
[0008]
According to the second aspect of the invention, since signals from a plurality of output terminals are multiplexed and then modulated and transmitted by radio waves, it is not necessary to provide a modulation / demodulation circuit for each terminal, and the element structure can be simplified.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, a modulation circuit is provided on a substrate, a demodulation circuit is provided on a chip, a signal output from an external connection terminal in the substrate is modulated by a predetermined modulation method, and radio waves are transmitted. The signal received and demodulated by the demodulation circuit is supplied to the semiconductor element in the chip. Accordingly, a signal can be transmitted from the substrate to the chip without physically connecting the chip and the substrate.
[0010]
According to the fourth aspect of the invention, since signals from a plurality of external connection terminals are multiplexed and then modulated and transmitted by radio waves, it is not necessary to provide a modulation / demodulation circuit for each terminal, and the element structure can be simplified.
[0011]
In the invention of claim 5, since the antenna is integrally formed on the chip and the substrate, it is not necessary to attach the antenna separately, and the cost can be reduced and the size can be reduced.
[0012]
According to the sixth aspect of the present invention, in the case of a structure in which the pin attached to the chip is fitted to the pin receiver provided on the substrate, the pin and the pin receiver are used as an antenna. Disappears. Further, since the pin and the pin holder are directly fitted, they are not affected by radio noise.
[0013]
According to the seventh aspect of the invention, since the heat dissipation member attached to the chip is used as an antenna, the heat dissipation member can be used effectively.
[0014]
The invention according to claim 8 performs signal transmission by physically connecting terminals that are not suitable for radio wave transmission such as a power supply terminal and a ground terminal.
[0015]
According to the ninth aspect of the present invention, since a terminal for transmitting a signal bidirectionally such as a data input / output terminal requires a modulation circuit and a demodulation circuit for each terminal, the structure becomes complicated. Perform transmission.
[0016]
In a tenth aspect of the present invention, a terminal through which a signal flows bidirectionally, such as a data input / output terminal, is provided with both a modulation circuit and a demodulation circuit for each terminal. As a result, signal transmission by radio waves is possible regardless of which direction the signal flows.
[0017]
In the eleventh aspect of the invention, when a bare chip is mounted on a printed wiring board, signal transmission by radio waves is performed between the printed wiring board and the bare chip. This eliminates the need to physically connect the printed wiring board and the bare chip.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a semiconductor device to which the present invention is applied will be specifically described with reference to the drawings.
[0019]
The semiconductor device according to the present embodiment includes a chip 1 cut out from a semiconductor wafer and a package member 2 that protects the chip 1. 1A is a diagram showing a partial cross-sectional structure of the chip 1, and FIG. 1B is a diagram showing a partial cross-sectional structure of the package member 2 on which the chip 1 is placed.
[0020]
The semiconductor device shown in FIG. 1 is characterized in that signal transmission between the chip 1 and the package member 2 is performed by radio waves, and digital modulation / demodulation circuits 10 and 20 therefor are formed on both the chip 1 and the package member 2. .
[0021]
A large number of semiconductor elements 4 such as transistors and diodes are formed on a p-Si substrate 3 which is a base substrate of the chip 1. The input / output terminals of these semiconductor elements 4 are digital modulation / demodulation circuits in the chip 1. 10 is connected. The detailed configuration of the digital modulation / demodulation circuit 10 will be described later.
[0022]
A Cu layer 5 that functions as an antenna is formed on the back side of the chip 1, that is, on the side opposite to the element formation surface. The signal modulated by the digital modulation / demodulation circuit 10 is transmitted by radio waves through the Cu layer 5. A protective SIO 2 layer 6 is formed on the lower layer side of the Cu layer 5.
[0023]
On the other hand, a Cu layer 7 is formed on the upper surface of the package member 2 so as to be in close contact with the SIO 2 layer 6 of the chip 1. The Cu layer 7 functions as an antenna, and a digital modulation / demodulation circuit 20 and external connection terminals (for example, pads and leads) 8 are formed on the lower layer side of the Cu layer 7.
[0024]
FIG. 2 is a block configuration diagram of the digital modulation / demodulation circuit 10 in the chip 1 and the digital modulation / demodulation circuit 20 in the package member 2. Each of the digital modulation / demodulation circuits 10 and 20 includes a modulation circuit and a demodulation circuit. FIG. 2A shows a block configuration of the modulation circuit formed in the chip 1, and FIG. 2 shows a configuration of a demodulation circuit formed inside. Note that a demodulator circuit similar to that shown in FIG. 2B is provided inside the chip 1, and a modulation circuit similar to that shown in FIG. 2A is provided inside the package member 2, but is omitted in FIG.
[0025]
Hereinafter, signal transmission from the chip 1 side to the package member 2 side will be described with reference to FIGS. The output terminals of each semiconductor element 4 on the chip 1 are connected to the signal multiplexing unit 11 shown in FIG. 2A in groups of a plurality, and the signal multiplexing unit 11 converts a signal from each output terminal into a plurality of bits. Performs multiplexing in units. For example, as shown in FIG. 3, each bit data output from four output terminals is multiplexed. Although FIG. 3 shows an example in which an error correction code is added after each multiplexed bit data, the signal multiplexing unit 11 may output multiplexed data not including the error correction code. .
[0026]
Also, it is desirable to multiplex for each signal of the same type or for signals with substantially the same frequency. For example, the data input / output terminals are multiplexed together at the data input / output terminals, and the address terminals are multiplexed together at the address terminals. It is desirable to do.
[0027]
The multiplexed data output from the signal multiplexer 11 is input to the QPSK modulator 13 as shown in FIG. The QPSK modulator 13 digitally modulates the input bit string. FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of the QPSK modulation unit 13. As shown in the figure, the bit string output from the signal multiplexing unit 11 is converted into 2-bit parallel data f I (t) and f Q (t) by the serial / parallel converter 31. One bit data f I (t) is multiplied by cos (ωt) by the multiplier 32 to be converted to an I signal, and the other bit data f Q (t) is multiplied by sin (ωt) by the multiplier 33. Converted to Q signal. The I signal and the Q signal are added by the adder 34 to output a QPSK modulation signal S m (t).
[0028]
As shown in FIG. 4, the QPSK modulation unit 13 performs a process of assigning 2-bit data to four types of phases of a carrier wave, and a QPSK modulation signal that is a modulation result is expressed by Equation (1).
[0029]
S m (t) = Acos (ωt + θ) (1)
In the formula (1), θ takes any value of π / 4, 3π / 4, 5π / 4, 7π / 4, and A is a constant.
[0030]
Since the four types of QPSK modulation signals expressed by the equation (1) are different in phase by 90 degrees, they do not interfere with each other even when the carrier frequency is increased, and stable communication in the gigahertz band can be performed. .
[0031]
The modulation signal output from the QPSK modulation unit 13 is sent to the Cu layer 5 shown in FIG. 1A, and the Cu layer 5 transmits a radio wave having a phase corresponding to the QPSK modulation signal toward the package member 2.
[0032]
By the way, when the frequency f (f = ω / 2π) of the carrier wave of the QPSK modulator 13 is low, the length of the Cu layer 5 needs to be considerably increased. For example, assuming that the wavelength of the carrier wave is λ (m), the frequency of the radio wave is f (Hz), and the speed of the radio wave is v (m / s), the relationship of equation (2) is established.
[0033]
λ = v / f (2)
Since the speed of the radio wave is v≈3 × 10 8 (m / s), when f = 1 (GHz), λ = 30 (cm). In general, since the antenna needs to have a length of λ / 2, the length of the Cu layer 5 needs to be 15 (cm), and it is practically impossible to form it in the chip 1. Therefore, it is desirable that the frequency of the carrier wave be several tens of GHz or more.
[0034]
The radio wave transmitted from the Cu layer 5 in the chip 1 is received by the Cu layer 7 in the package member 2 and converted into an electric signal. A QPSK demodulator 21 shown in FIG. 2B is connected to the Cu layer 7 and converts the QPSK modulated signal into the original 2-bit data. The output of the QPSK demodulator 21 is input to a signal separator 23 and separated into data before multiplexing. Each separated bit data is input to external connection terminals 8 provided on the package member 2, and these external connection terminals 8 are connected to a pattern on a printed wiring board on which a semiconductor device is mounted, for example.
[0035]
2 illustrates an example in which a signal is transmitted from the chip 1 side to the package member 2 side, it is also possible to transmit a signal from the package member 2 side to the chip 1 side.
[0036]
As described above, since the semiconductor device of the present embodiment performs signal transmission between the chip 1 and the package member 2 by radio waves, the chip 1 and the package member 2 are physically connected between the chip 1 and the package member 2 via bonding wires or the like as in the past. There is no need to connect, and there is no need to form a wiring region. Therefore, even an LSI bare chip having a large number of signal terminals can be stored in the small package member 2 without difficulty.
[0037]
In addition, since a plurality of signals are multiplexed and transmitted, it is not necessary to provide a modulation / demodulation circuit for each signal terminal, and the structure of the semiconductor device can be simplified and the outer diameter can be reduced. Furthermore, since the Cu layer 5 formed integrally with the semiconductor element 4 is used as an antenna, it is not necessary to attach an antenna separately, and the cost of components can be prevented from increasing. Further, since the Cu layer 5 in the chip 1 and the Cu layer 7 in the package member 2 are disposed in close contact with the SiO 2 layer sandwiched therebetween, radio wave interference can be reliably prevented.
[0038]
FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of the chip 1 of the present embodiment. The chip 1 includes an area 101 in which a receiver to which an external signal is input is formed, an area 102 in which a driver that outputs an external signal is formed, and a bidirectional buffer that bidirectionally exchanges signals with the outside. A formed region 103 is provided. A demodulator circuit is formed below the chip 1 corresponding to the receiver formation region 101, a modulation circuit corresponding to the driver formation region 102, and a modulation / demodulation circuit corresponding to the bidirectional buffer formation region 103. Yes. In addition, a region 104 in which a large number of pads are formed is provided on the upper surface of the chip 1, and these pads are physically connected to the package member 2 via bonding wires or the like. As the terminals formed in this region 104, for example, a power supply terminal and a ground terminal through which a large amount of current flows, a clock terminal to which a high-frequency clock signal is input, and the like can be considered.
[0039]
If a digital modulation / demodulation circuit capable of modulation and demodulation is provided in the chip 1 and the package member 2, the structure of the semiconductor device becomes complicated. Therefore, either the chip 1 or the package member 2 is provided with only the modulation circuit, Only the demodulation circuit may be provided on the other side. For example, in FIG. 6A, a demodulating circuit is formed below the region 105 where the receiver is formed, and a pad is formed in the region 106 for the driver and physically connected to the package member 2 by a bonding wire or the like. An example of connection is shown. In this case, since signal transmission by radio waves is not performed, the digital modulation circuit as shown in FIG. 2A is unnecessary, and each output terminal of the semiconductor element 4 is directly connected to the pad of the region 106 described above. That's fine. On the other hand, FIG. 6B shows an example in which a modulation circuit is formed in the area 107 where the driver is formed, and a pad is formed in the area 108 for the receiver. In this case, since signal reception by radio waves is not performed, a digital demodulation circuit as shown in FIG. 2B is unnecessary, and if each input terminal of the semiconductor element 4 is directly connected to the pad of the region 107 described above. Good. Thus, if one of the modulation circuit and the demodulation circuit is provided in the chip 1 and the package member 2, the structure of the semiconductor device can be simplified.
[0040]
In FIG. 1A, an example in which radio waves are transmitted from the lower surface of the p-Si substrate 3, that is, the surface opposite to the surface on which the semiconductor element 4 is formed has been described, but acts as an antenna on the surface on which the semiconductor element 4 is formed. A Cu layer may be formed, and the element formation surface may be disposed opposite to the package member 2 to join them together.
[0041]
FIG. 2 shows an example in which receivers, drivers, and the like are formed in different regions, but the layout on the chip 1 can be arbitrarily changed. For example, the receivers and drivers are formed along the outer periphery of the chip 1. May be. In addition, only a terminal through which a signal having a predetermined frequency or higher flows may be transmitted by radio waves, or conversely, only a terminal through which a signal having a frequency lower than a predetermined frequency may be transmitted by radio waves.
[0042]
Further, FIG. 1 illustrates an example in which signal transmission between the chip 1 and the package member 2 is performed by radio waves. However, in the case of mounting between the package member 2 and the printed wiring board or without providing the package member 2, the chip 1 is used. The signal transmission between the printed wiring board and the printed wiring board may be performed by radio waves. In this case, a demodulating circuit is formed on the printed wiring board corresponding to the modulation circuit formed on the chip 1 or the package member 2, and the printed wiring board corresponding to the demodulating circuit formed on the chip 1 or the package member 2 is formed. A modulation circuit may be formed.
[0043]
In the semiconductor device illustrated in FIG. 2, the example in which the multiplexed signal is QPSK modulated has been described. However, the modulation scheme is not limited to QPSK modulation, and various modulation schemes such as BPSK modulation and multilevel modulation can be applied. Further, modulation / demodulation may be performed separately for each signal without multiplexing.
[0044]
In FIG. 1, the example in which the Cu layers 5 and 7 are used as antennas has been described. However, when the pins attached to the chip 1 are fitted to the pin holders of the package member 2, the pins and the pin holders are used as antennas. Also good. When a heat radiating member is attached to the chip 1, an antenna may be formed on a part of the heat radiating member.
[0045]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, since signal transmission between the chip and the substrate is performed by radio waves, it is not necessary to physically connect the chip and the substrate using a bonding wire or the like, and the wiring region Need not be formed. For this reason, the outer diameter dimension of the board | substrate which mounts a chip | tip can be made small.
[0046]
Further, since a plurality of signals are multiplexed and modulated, it is not necessary to provide a modulation / demodulation circuit for each signal terminal, the structure of the semiconductor device can be simplified, and the outer diameter can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a diagram showing a sectional structure of a chip, and FIG. 1B is a diagram showing a sectional structure of a package member.
FIG. 2 is a block configuration diagram of a digital modulation / demodulation circuit in a chip and in a package member.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of multiplexing signals from four output terminals.
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a QPSK modulation unit.
FIG. 5 is a perspective view showing an appearance of a chip according to the present embodiment.
6A is a diagram showing a semiconductor device having a demodulation circuit without a modulation circuit, and FIG. 6B is a diagram showing a semiconductor device having a modulation circuit without a demodulation circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chip 2 Package member 3 p-Si substrate 4 Semiconductor element 5, 7 Cu layer 6 SiO 2 layer 8 External connection terminal 10, 20 Digital modulation / demodulation circuit

Claims (12)

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複数の出力端子から出力された信号を多重化する多重化回路と、前記多重化回路によって多重化された信号を所定の変調方式で変調する変調回路を備え、
前記基板は、前記所定の変調方式で変調された信号を復調する復調回路と、この復調回路で復調された信号を前記基板の外部に出力する外部接続端子と、前記復調回路で復調された信号を多重化する前の信号に分離して前記外部接続端子に供給する信号分離回路とを備え、
前記所定の変調方式で変調された信号に応じた電波を前記チップと前記基板との間で送受信することを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having a substrate on which a chip cut from a semiconductor wafer is mounted,
The chip multiplexes signals output from a plurality of output terminals of a semiconductor element formed on the chip, and modulates a signal multiplexed by the multiplexing circuit with a predetermined modulation method. and a modulation circuit,
The substrate includes a demodulation circuit that demodulates a signal modulated by the predetermined modulation method, an external connection terminal that outputs a signal demodulated by the demodulation circuit to the outside of the substrate, and a signal demodulated by the demodulation circuit A signal separation circuit that separates the signal before multiplexing and supplies the signal to the external connection terminal ,
A semiconductor device, wherein a radio wave corresponding to a signal modulated by the predetermined modulation method is transmitted and received between the chip and the substrate.
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、
前記基板は、前記基板の外部からの信号を取り込む複数の外部接続端子と、複数の前記外部接続端子に入力された信号を多重化する多重化回路と、前記多重化回路によって多重化された信号を所定の変調方式で変調する変調回路とを備え、
前記チップは、前記所定の変調方式で変調された信号を復調する復調回路と、前記復調回路で復調された信号を多重化する前の信号に分離して前記チップの各入力端子に供給する信号分離回路と、前記信号分離回路で分離された信号に基づいて所定の回路動作を行う半導体素子とを備えることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having a substrate on which a chip cut from a semiconductor wafer is mounted,
The board includes a plurality of external connection terminals that capture signals from outside the board, a multiplexing circuit that multiplexes signals input to the plurality of external connection terminals, and a signal that is multiplexed by the multiplexing circuit A modulation circuit that modulates the signal with a predetermined modulation method,
The chip has a demodulating circuit that demodulates a signal modulated by the predetermined modulation method, and a signal that is supplied to each input terminal of the chip after being separated into a signal before multiplexing the signal demodulated by the demodulating circuit A semiconductor device comprising: a separation circuit; and a semiconductor element that performs a predetermined circuit operation based on a signal separated by the signal separation circuit .
請求項1または2において、
前記チップおよび前記基板には、前記変調回路および前記復調回路に対応してアンテナが形成され、
前記変調回路の搬送波の周波数に応じて前記アンテナの形状および面積を定めることを特徴とする半導体装置。
In claim 1 or 2,
The chip and the substrate are formed with antennas corresponding to the modulation circuit and the demodulation circuit,
A semiconductor device, wherein a shape and an area of the antenna are determined in accordance with a frequency of a carrier wave of the modulation circuit .
請求項1〜3のいずれかにおいて、
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電極については、電波による送受信を行わずに、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。
In any one of Claims 1-3,
Of the input / output terminals formed on the chip, at least some of the electrodes including the power supply terminal and the ground terminal do not perform transmission / reception by radio waves, and the external connection is formed correspondingly on the substrate. A semiconductor device which is connected to a terminal through a conductive material .
請求項1〜4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。
In any one of Claims 1-4,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is a printed wiring board, and the chip is mounted on the printed wiring board in a bare state .
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出力端子から出力された信号を所定の変調方式で変調する変調回路を備え、
前記基板は、前記所定の変調方式で変調された信号を復調する復調回路と、この復調回路で復調された信号を前記基板の外部に出力する外部接続端子とを備え、
前記所定の変調方式で変調された信号に応じた電波を前記チップと前記基板との間で送受信し、
前記チップ上に形成された入出力端子のうち、双方向に信号が流れる入出力端子については、電波による送受信を行わずに、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。
In a semiconductor device having a substrate on which a chip cut from a semiconductor wafer is mounted,
The chip includes a modulation circuit that modulates a signal output from an output terminal of a semiconductor element formed on the chip by a predetermined modulation method,
The substrate includes a demodulation circuit that demodulates a signal modulated by the predetermined modulation method, and an external connection terminal that outputs the signal demodulated by the demodulation circuit to the outside of the substrate,
Transmitting and receiving radio waves according to the signal modulated by the predetermined modulation method between the chip and the substrate,
Of the input / output terminals formed on the chip, the input / output terminals through which signals flow bidirectionally do not perform transmission / reception by radio waves, and are electrically connected to the external connection terminals formed corresponding to the substrate. A semiconductor device which is connected through a conductive material .
請求項6において、
前記チップは、複数の前記出力端子から出力された信号を多重化して前記変調回路に供給する多重化回路を備え、
前記基板は、前記復調回路で復調された信号を多重化する前の信号に分離して前記外部接続端子に供給する信号分離回路を備えることを特徴とする半導体装置。
In claim 6,
The chip includes a multiplexing circuit that multiplexes signals output from the plurality of output terminals and supplies the multiplexed signals to the modulation circuit,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate includes a signal separation circuit that separates a signal demodulated by the demodulation circuit into a signal before multiplexing and supplies the signal to the external connection terminal .
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、
前記基板は、前記基板の外部からの信号を取り込む外部接続端子と、この外部接続端子に取り込まれた信号を所定の変調方式で変調する変調回路とを備え、
前記チップは、前記所定の変調方式で変調された信号を復調する復調回路と、この復調回路で復調された信号に基づいて所定の回路動作を行う半導体素子とを備え、
前記チップ上に形成された入出力端子のうち、双方向に信号が流れる入出力端子については、電波による送受信を行わずに、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。
In semiconductors devices having a substrate cut chip is mounted from the semiconductor wafer,
The substrate includes an external connection terminal that captures a signal from the outside of the substrate, and a modulation circuit that modulates the signal captured by the external connection terminal by a predetermined modulation method,
The chip includes a demodulation circuit that demodulates a signal modulated by the predetermined modulation method, and a semiconductor element that performs a predetermined circuit operation based on the signal demodulated by the demodulation circuit,
Of the input / output terminals formed on the chip, the input / output terminals through which signals flow bidirectionally do not perform transmission / reception by radio waves, and are electrically connected to the external connection terminals formed corresponding to the substrate. A semiconductor device which is connected through a conductive material .
請求項8において、
前記基板は、複数の前記外部接続端子に入力された信号を多重化して前記変調回路に供給する多重化回路を備え、
前記チップは、前記復調回路で復調された信号を多重化する前の信号に分離して前記半導体素子の各入力端子に供給する信号分離回路を備えることを特徴とする半導体装置。
In claim 8,
The substrate includes a multiplexing circuit that multiplexes signals input to the plurality of external connection terminals and supplies the multiplexed signals to the modulation circuit,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the chip includes a signal separation circuit that separates a signal demodulated by the demodulation circuit into a signal before multiplexing and supplies the signal to each input terminal of the semiconductor element .
請求項6〜9のいずれかにおいて、
前記チップおよび前記基板には、前記変調回路および前記復調回路に対応してアンテナが形成され、
前記変調回路の搬送波の周波数に応じて前記アンテナの形状および面積を定めることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 6-9,
The chip and the substrate are formed with antennas corresponding to the modulation circuit and the demodulation circuit,
A semiconductor device, wherein a shape and an area of the antenna are determined in accordance with a frequency of a carrier wave of the modulation circuit .
請求項6〜10のいずれかにおいて、
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電極については、電波による送受信を行わずに、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。
In any one of Claims 6-10,
Of the input / output terminals formed on the chip, at least some of the electrodes including the power supply terminal and the ground terminal do not perform transmission / reception by radio waves, and the external connection is formed correspondingly on the substrate. A semiconductor device which is connected to a terminal through a conductive material .
請求項6〜11のいずれかにおいて、In any one of Claims 6-11,
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。  The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is a printed wiring board, and the chip is mounted on the printed wiring board in a bare state.
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