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JP4586664B2 - 半導体装置及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置及び電子機器に関する。
近年、EMIノイズの低減などを目的としたインターフェースとしてLVDS(Low Voltage Differential Signaling)などの高速シリアル転送が脚光を浴びている。この高速シリアル転送では、トランスミッタ回路がシリアル化されたデータを差動信号により送信し、レシーバ回路が差動信号を差動増幅することでデータ転送を実現する。
一般的な携帯電話機は、電話番号入力や文字入力のためのボタンが設けられる第1の機器部分と、LCD(Liquid Crystal Display)やカメラデバイスが設けられる第2の機器部分と、第1、第2の機器部分を接続するヒンジなどの接続部分により構成される。従って、第1の機器部分に設けられる第1の回路基板と、第2の機器部分に設けられる第2の回路基板との間のデータ転送を、小振幅の差動信号を用いたシリアル転送により行えば、接続部分を通る配線の本数を減らすことができ、好都合である。
そして携帯電話機等で高速シリアル転送を実現するためには、BBE/APP(BaseBand Engine/Application Processor)や画像処理コントローラに高速シリアル転送用のトランスミッタ回路等を設け、表示ドライバに高速シリアル転送用のレシーバ回路等を設ける必要がある。
ところが、高速シリアル転送用のトランスミッタ回路やレシーバ回路はアナログ回路により構成される。従って製造プロセスが変更されると、アナログ特性が変化してしまい、回路の再設計が必要になってしまう。一方、BBE/APP、画像処理コントローラ、表示ドライバでは、低コスト化を実現するために微細プロセスを積極的に採用して行く必要がある。従って、微細プロセスを採用してBBE/APP、画像処理コントローラ、表示ドライバのチップサイズをシュリンクしようとすると、本来は必要ではないのに、高速シリアル転送用のトランスミッタ回路やレシーバ回路についても再設計が必要になってしまい、開発期間の長期化等を招く。
特開2001−222249号公報
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリアルインターフェース回路の組み込みを容易化できる半導体装置及び電子機器を提供することにある。
本発明は、第1の半導体チップと、外部デバイスとの間でシリアルバスを介してシリアルデータの転送を行うシリアルインターフェース回路を有し、前記第1の半導体チップにスタック配置される第2の半導体チップとを含み、前記第2の半導体チップの短辺である第1の辺に沿って、前記外部デバイスと前記シリアルインターフェース回路とを接続するための電極が配置される第1の電極領域が設けられ、前記第2の半導体チップの長辺である第2の辺に沿って、前記第1の半導体チップが含む内部回路と前記シリアルインターフェース回路とを接続するための電極が配置される第2の電極領域が設けられる、半導体装置に関係する。
本発明によれば、第2の半導体チップが含むシリアルインターフェース回路は、外部デバイスとの間でシリアルデータの転送を行う。そして本発明では、このようなシリアルインターフェース回路を含む第2の半導体チップが、第1の半導体チップにスタック配置される。従って例えば第1の半導体チップの製造プロセス、回路構成等が変更されても、第2の半導体チップの製造プロセス、回路構成等については変更しなくても済むようになる。従って、シリアル転送の伝送品質を維持しながらも、半導体装置へのシリアルインターフェース回路の組み込みを容易化できる。
また本発明では、第2の半導体チップの短辺である第1の辺に沿って、外部デバイスとシリアルインターフェース回路とを接続するための電極が配置される第1の電極領域が設けられる。このようにすれば、シリアル転送の信号のスキューや信号遅延を最小限に抑えることが可能になり、シリアル転送の伝送品質を維持できる。また本発明では、第2の半導体チップの長辺である第2の辺に沿って、第1の半導体チップが含む内部回路とシリアルインターフェース回路とを接続するための電極が配置される第2の電極領域が設けられる。従って、第1の半導体チップの内部回路とのインターフェースに必要な多数の電極を、第2の電極領域に配置できるようになり、半導体装置へのシリアルインターフェース回路の組み込みを容易化できる。
また本発明では、前記第2の半導体チップの前記第1の辺に対向する第3の辺に沿って、前記第1の半導体チップが含む内部回路と前記シリアルインターフェース回路とを接続するための電極が配置される第3の電極領域が設けられてもよい。
このようにすれば、内部回路とのインターフェースに使用できる電極の数を更に増やすことが可能になる。
また本発明では、前記第1の電極領域には、シリアル転送のシリアルデータ用の電極が配置されてもよい。
このようにすれば、例えばデータ転送用のトランスミッタ回路又はレシーバ回路と、シリアルデータ用の電極とをショートパスで接続することが可能になる。
また本発明では、前記第1の電極領域には、シリアル転送のシリアルデータ用の電極と、シリアル転送のクロック用の電極が配置されてもよい。
このようにすれば、例えばデータ転送用のトランスミッタ回路又はレシーバ回路と、シリアルデータ用の電極とをショートパスで接続することが可能になると共に、クロック転送用のトランスミッタ回路又はレシーバ回路と、クロック用の電極とをショートパスで接続することが可能になる。
また本発明では、前記シリアルインターフェース回路は、前記外部デバイスとの間でシリアルバスを介してデータの送信及び受信の少なくとも一方を行う物理層回路と、前記第1の半導体チップが含む内部回路からのパラレルデータをシリアルデータに変換するパラレル/シリアル変換回路、及び前記外部デバイスからのシリアルデータをパラレルデータに変換するシリアル/パラレル変換回路の少なくとも一方を有する第1のロジック回路と、前記第1の半導体チップが含む内部回路との間でパラレルデータの転送を行う内部インターフェース回路を有する第2のロジック回路とを含んでもよい。
このようにすれば、物理層回路により、シリアルバスを介したシリアルデータの送信や受信を行い、第1のロジック回路により、パラレルデータからシリアルデータへの変換や、シリアルデータからパラレルデータへの変換を行うことが可能になる。また第2のロジック回路により、第1の半導体チップが含む内部回路との間でパラレルデータの転送を行うことが可能になる。
また本発明では、前記物理層回路は、前記第2の半導体チップの短辺である第1の辺側に配置され、前記第2のロジック回路は、前記第2の半導体チップの前記第1の辺に対向する第3の辺側に配置されてもよい。
このようにすれば、シリアルインターフェース回路内での信号伝達を効率化できる。
また本発明では、前記シリアルインターフェース回路は、前記第1の半導体チップが含む内部回路との間でパラレルデータの転送を行う内部インターフェース回路を含み、前記内部インターフェース回路は、第1のインターフェースモードでは、前記第1の半導体チップが含む内部回路との間でKビットのパラレルデータの転送を行い、前記第1の半導体チップへの前記第2の半導体チップのスタック配置時に設定される第2のインターフェースモードでは、前記第1の半導体チップが含む内部回路との間でJビット(J<K)のパラレルデータの転送を行ってもよい。
このようにすれば、第1の半導体チップへの第2の半導体チップのスタック配置時に、第2のインターフェースモードに設定することで、第1の半導体チップが含む内部回路との間の信号線の本数を減らすことが可能になる。
また本発明では、Jビットのパラレルデータ用の電極が、前記第2の半導体チップの長辺である第2の辺に沿って配置され、K−Jビットのパラレルデータ用の電極が、前記第2の半導体チップの前記第2の辺に対向する第4の辺に沿って配置されてもよい。
このようにすれば、例えば第1のインターフェースモード時に、第4の辺に沿って配置されたK−Jビットのパラレルデータ用の電極を用いて、パラレルデータの転送を行うことが可能になる。
また本発明では、前記内部インターフェース回路は、前記第1のインターフェースモードでは、パラレルデータのサンプリングクロックの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのいずれか一方で、パラレルデータのサンプリングを行い、前記第2のインターフェースモードでは、前記サンプリングクロックの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの両方で、パラレルデータのサンプリングを行ってもよい。
このようにすれば、第2のインターフェースモードでは、サンプリングクロックの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの両方で、パラレルデータのサンプリングが行われるようになる。従って、少ない本数のパラレルデータの信号線を用いて、多くの情報を転送できる。
また本発明では、前記第1の半導体チップは、スタック配置が禁止されるスタック禁止回路を含み、前記第2の半導体チップは、前記スタック禁止回路の領域以外の領域にスタック配置されてもよい。
このようにすれば、第1の半導体チップの回路の信頼性や回路特性が劣化するのを防止できる。
また本発明では、前記スタック禁止回路は、DRAMであってもよい。
但しスタック禁止回路はDRAMに限定されるものではない。
また本発明では、前記シリアルインターフェース回路は、前記外部デバイスとの間でシリアルバスを介してデータの送信及び受信の少なくとも一方を行う物理層回路を含み、前記物理層回路は、データ転送用のトランスミッタ回路又はレシーバ回路と、クロック転送用のトランスミッタ回路又はレシーバ回路を含み、前記データ転送用のトランスミッタ回路又はレシーバ回路と、前記クロック転送用のトランスミッタ回路又はレシーバ回路は、前記第2の半導体チップの短辺である第1の辺に沿って配置されてもよい。
このようにすれば、信号のスキューや信号遅延を最小限に抑えることが可能になる。
また本発明では、前記物理層回路は、第1〜第Nのチャネルのデータ転送用の第1〜第Nのトランスミッタ回路又はレシーバ回路を含み、データ転送用の前記第1〜第Nのトランスミッタ回路又はレシーバ回路は、前記第2の半導体チップの前記第1の辺に沿って配置されてもよい。
このようにすれば、1又は複数チャンネルのデータ転送を行う場合にも、信号のスキューや信号遅延を最小限に抑えることが可能になる。
また本発明では、前記クロック転送用のトランスミッタ回路又レシーバ回路は、データ転送用の第1のトランスミッタ回路又はレシーバ回路とデータ転送用の第2〜第Nのトランスミッタ回路又はレシーバ回路との間に配置されてもよい。
このようにすれば、1又は複数チャンネルのデータ転送を行う場合にも、データとクロックの信号のスキューや信号遅延を最小限に抑えることが可能になる。
また本発明では、前記第2の半導体チップの第2の辺の長さをLBとし、前記第2の半導体チップの前記第2の辺と平行な、前記第1の半導体チップの第2の辺の長さをLAとし、前記第2の半導体チップの電極に接続される配線についての、前記電極から前記第1の半導体チップの端部までのデザインルール上の平面視での最大長をLMとした場合に、LB≧LA−2×LMであってもよい。
このようにすれば、配線の最大長LMに関するデザインルールを遵守しながら、第2の半導体チップを第1の半導体チップにスタック配置できるようになる。
また本発明は、上記のいずれかに記載の半導体装置と、前記半導体装置によりシリアル転送されるデータに基づき表示動作を行う表示パネルとを含む電子機器に関係する。
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
1.スタック配置
図1(A)に示すように本実施形態では、半導体装置2、4(集積回路装置)が、各々、高速シリアルI/F(インターフェース)回路6、8を含む。そしてこの高速シリアルI/F回路6、8を用いてシリアルバスを介したデータ転送(データの送信及び受信の少なくとも一方)を行う。具体的には例えば差動信号を用いてデータ転送を行う。更に具体的には小振幅の差動信号(LVDS)を用いてデータ転送を行う。なおシリアルバスは1チャネル構成でもよいし、多チャンネル構成でもよい。また差動転送ではなくシングルエンド転送を行うようにしてもよい。
携帯電話機を例にとれば、図1(A)の半導体装置2は、BBE/APPや画像処理コントローラ(表示コントローラ)であり、電話番号入力や文字入力のためのボタンが設けられる携帯電話機の第1の機器部分の第1の回路基板に実装される。また半導体装置6は、表示ドライバ(LCDドライバ)であり、表示パネル(LCD)やカメラデバイスが設けられる携帯電話機の第2の機器部分の第2の回路基板に実装される。
そして従来は、これらの半導体装置2、4の間のデータ転送は、CMOS電圧レベルのパラレル転送により実現していた。このため、第1、第2の機器部分を接続するヒンジなどの接続部分を通る配線の本数が多くなって、設計の自由度を妨げたり、EMIノイズが発生するなどの問題があった。
これに対して図1(A)では、半導体装置2、4の間のデータ転送は、小振幅のシリアル転送により実現される。従って、第1、第2の機器部部分の接続部分を通る配線の本数を減らすことができると共に、EMIノイズの発生を低減できる。
ところで、高速シリアルI/F回路6、8は、小振幅のシリアル転送を行うためのアナログの物理層回路(トランスミッタ回路、レシーバ回路)を含む。そして、このような物理層回路では、製造プロセスが変更されるとアナログ回路の特性が変化してしまい、回路の再設計が必要になってしまう。一方、半導体装置2、4では、低コスト化を実現するために、微細プロセスが積極的に採用される。従って、微細プロセスを採用して半導体装置2、4のチップサイズをシュリンクしようとすると、本来は必要ではないのに、高速シリアルI/F回路6、8についても再設計が必要になってしまい、設計工数の増加や高コスト化を招く。
そこで本実施形態では図1(B)の平面図に示すように、半導体装置(図1(A)の2又は4)に、第1、第2の半導体チップ10、20(第1、第2のチップ)を含ませる。ここで第1の半導体チップ10(メインチップ)は内部回路12(メモリ、ロジック回路、プロセッサ又はドライバ回路等)を含む。また第2の半導体チップ20(サブチップ)は高速シリアルI/F回路30(図1(A)の6又は8)を含む。
具体的には、この高速シリアルI/F回路30(広義にはシリアルインターフェース回路)は、外部デバイス(例えば外部の半導体装置)との間でシリアルバスを介してシリアルデータの転送を行う。そして図1(B)に示すように本実施形態では、このような高速シリアルI/F回路30を含む第2の半導体チップ20を、メインチップである第1の半導体チップ10にスタック配置する。
更に本実施形態では図1(B)に示すように、第2の半導体チップ20の短辺である辺SB1に沿って、外部デバイスと高速シリアルI/F回路30とを接続するためのパッド(広義には電極)が配置される第1のパッド領域81(広義には第1の電極領域)が設けられる。また第2の半導体チップ20の長辺である辺SB2に沿って、第1の半導体チップ10が含む内部回路12と高速シリアルI/F回路30とを接続するためのパッド(電極)が配置される第2のパッド領域82(広義には第2の電極領域)が設けられる。
図2に第1、第2の半導体チップ10、20のスタック構造の概略断面図の例を示す。図2に示すように、第1の半導体チップ10はダイボンディング材510(接着材)により基板500(配線基板)に接着される。また第2の半導体チップ20は、第1の半導体チップ10に重ねて搭載され、ダイボンディング材512(接着材)により第1の半導体チップ10に接着される。
第1の半導体チップ10に形成された電極520(パッド、バンプ等)は、配線522(ボンディングワイヤ等)を介して、基板500の配線パターン502(ランド部)に電気的に接続される。また第2の半導体チップ20に形成された電極530(パッド、バンプ等)は、配線532(ボンディングワイヤ等)を介して、基板500の配線パターン503(ランド部)に電気的に接続される。そして配線パターン502、503は、スルーホール504、505を介して外部端子506、507(ハンダボール等)に電気的に接続される。
図2において基板500は、有機系材料により形成してもよいし、無機系材料により形成してもよい。或いはこれらの複合構造であってもよい。有機系材料から形成された基板500としては、例えばポリイミド樹脂からなるフレキシブル基板が挙げられる。またフレキシブル基板としてTAB技術で使用されるテープを使用してもよい。無機系材料から形成された基板500としては、セラミック基板やガラス基板が挙げられる。有機系及び無機系材料の複合構造としてはガラスエポキシ基板が挙げられる。
第1、第2の半導体チップ10、20は、能動面(回路面)を上にしたフェイスアップにより配置してもよいし、能動面を下にしたフェイスダウンにより配置してもよい。また図2では2段のスタック構造になっているが、3段以上のスタック構造にしてもよい。またダイボンディング材510、512としては種々の材料を使用できる。また電極520、530には、ハンダボール、金ワイヤーボール、金メッキなどによってバンプが設けられていてもよく、電極520、530自体がバンプの形状をなしていてもよい。また配線522、532は、金のボンディングワイヤーで形成された配線であってもよいし、導電性ペースト等で形成された配線であってもよい。また外部端子506、507はボール形状には限定されず、平面のランド形状であってもよい。
また第1の半導体チップ10の電極520と第2の半導体チップ20の電極530とを接続する場合には、電極520と530を、配線522、配線パターン502、503及び配線532を介して電気的に接続してもよいし、電極520と530を、配線(ボンディングワイヤ等)により直接接続してもよい。
以上のように本実施形態では、第1の半導体チップ10に対して、高速シリアルI/F回路30を含む第2の半導体チップ20がスタック配置(縦積み配置)される。これにより半導体装置への高速シリアルI/F回路30の組み込みを容易化できる。
例えば比較例として、高速シリアルI/F回路30を、第1の半導体チップ10の内部回路12として組み込む手法(同一チップ内に組み込む手法)が考えられる。しかしながら、この比較例の手法では、メインチップである第1の半導体チップ10のバージョンアップ等により製造プロセスが変更されると、本来は必要ではないのに、高速シリアルI/F回路30についても再設計が必要になってしまう。
これに対して本実施形態によれば、第1の半導体チップ10の製造プロセス等が変更されても、高速シリアルI/F回路30については製造プロセス等を変更しなくても済むため、設計工数を大幅に低減できる。またアナログ回路特性も変化しないため、伝送品質も維持できる。
また本実施形態では図1(B)に示すように、第2の半導体チップ20の短辺SB1に沿って、外部デバイスとのシリアル転送用のパッドが配置されるパッド領域81が設けられる。このようにすれば、例えば図3(A)のようにデータ転送用のトランスミッタ回路44(又はレシーバ回路)を辺SB1に沿って配置した場合に、シリアル転送のシリアルデータ用のパッドDP、DMとトランスミッタ回路44をショートパスで接続できる。従って、信号のスキューや信号遅延を最小限に抑えることができ、シリアル転送の伝送品質を向上できる。また図3(B)のように、データ転送用のトランスミッタ回路44(又はレシーバ回路)とクロック転送用のトランスミッタ回路46(又はレシーバ回路)を辺SB1に沿って配置した場合に、DP、DMとトランスミッタ回路44をショートパスで接続できると共に、シリアル転送のクロック用のパッドCKP、CKMとトランスミッタ回路46もショートパスで接続できる。従ってデータとクロックの信号のスキューや信号遅延を最小限に抑えることができ、受信側においてシリアルデータのサンプリングエラーが生じるのを防止できる。また図3(A)(B)のようにシリアル転送用のパッドDP、DM、CKP、CKMを辺SB1に沿って配置すれば、差動信号線を構成する第1、第2の信号線(例えばDPとDM、CKPとCKM)を等長にすることが容易になり、伝送品質の劣化を防止できる。
なおパッド領域81(第1の電極領域)には、シリアル転送のシリアルデータ用のパッドDP、DMだけを配置するようにしてもよいし、DP、DMと、シリアル転送のクロック用のパッドCKP、CKMだけを配置するようにしてもよい。或いは、DP、DM、CKP、CKMと、アナログ回路用(物理層回路用)の電源パッドだけを配置するようにしてもよい。このようにすれば、第2の半導体チップ20の短辺SB1の長さを短くすることができ、第2の半導体チップ20を細長形状にできる。従って、第1の半導体チップ10が、スタック配置が禁止されるスタック禁止回路を有する場合に、このスタック禁止回路の領域を避けて、細長形状の第2の半導体チップ20をスタック配置できるようになる。
また本実施形態では図1(B)に示すように、第2の半導体チップ20の長辺SB2に沿って、第1の半導体チップ10の内部回路12とのインターフェース用のパッドが配置されるパッド領域82(第2の電極領域)が設けられる。このように長辺SB2に沿ってパッド領域82を設ければ、第1の半導体チップ10の内部回路12とのインターフェースに必要な多数のパッドを、パッド領域82に配置できるようになる。従って高速シリアルI/F回路30と内部回路12との間のインターフェース信号の接続が容易になり、半導体装置への高速シリアルI/F回路30の組み込みを容易化できる。また高速シリアルI/F回路30と内部回路12をパラレルバスで接続する場合には、パラレルバスとして十分なビット幅を有するバスを使用できるようになる。
なお図3(C)に示すように、第2の半導体チップ20の辺SB1に対向する辺SB3に沿って、第1の半導体チップ10の内部回路12と高速シリアルI/F回路30とを接続するためのパッド(電極)が配置されるパッド領域83(広義には第3の電極領域)を更に設けるようにしてもよい。このようにすれば、内部回路12とのインターフェースに使用するパッドの数を更に増やすことができ、高速シリアルI/F回路30と内部回路12との間のインターフェース信号の接続を更に容易化できる。また高速シリアルI/F回路30と内部回路12をパラレルバスで接続する場合には、パラレルバスのビット幅を更に増やすことが可能になる。
2.高速シリアルI/F回路の構成、配置
図4(A)に高速シリアルI/F回路30の構成例を示す。なお高速シリアルI/F回路30は図4(A)の構成に限定されず、図4(A)の構成要素の一部を省略したり、図4(A)に示されるもの以外の構成要素を含んでいてもよい。例えば高速シリアルI/F回路30は、高速ロジック回路50又はロジック回路60を含まない構成であってもよい。
物理層回路40(アナログ回路、アナログフロントエンド回路、トランシーバ)は、外部デバイス(外部の半導体装置等)との間でシリアルバスを介してデータの送信及び受信の少なくとも一方を行うアナログ回路である。この物理層回路40は例えばトランスミッタ回路42などを含むことができる。なお物理層回路40は、トランスミッタ回路を含む構成であってもよいし、レシーバ回路を含む構成であってもよい。或いはトランスミッタ回路とレシーバ回路の両方を含む構成であってもよい。またトランスミッタ回路やレシーバ回路として、データ転送用のトランスミッタ回路やレシーバ回路を設けてもよいし、データ転送用及びクロック(ストローブ)転送用のトランスミッタ回路やレシーバ回路を設けてもよい。
高速ロジック回路50(広義には第1のロジック回路)は、高速クロックで動作するロジック回路である。具体的にはシリアルバスの転送クロックと同等の周波数のクロックで動作する。この高速ロジック回路50は例えばパラレル/シリアル変換回路52を含むことができる。ここでパラレル/シリアル変換回路52は、第1の半導体チップ10が含む内部回路12からのパラレルデータ(内部回路12との間のパラレルバスを介してロジック回路60が受信したパラレルデータ)をシリアルデータに変換する回路である。そして変換により得られたシリアルデータがシリアルバスを介して外部デバイスに送信される。
なお高速ロジック回路50は、パラレル/シリアル変換回路を含む構成であってもよいし、外部デバイスからのシリアルデータ(シリアルバスを介して物理層回路40が受信したシリアルデータ)をパラレルデータに変換するシリアル/パラレル変換回路を含む構成であってもよい。或いはパラレル/シリアル変換回路とシリアル/パラレル変換回路の両方を含む構成であってもよい。また高速ロジック回路50は、シリアルバスの転送クロックに相当する高速クロックで動作する他のロジック回路(例えばFIFO、エラスティシティバッファ、分周回路等)を含んでもよい。
ロジック回路60(広義には第2のロジック回路)は、高速ロジック回路50の動作クロックよりも低速のクロックで動作するロジック回路である。具体的には、例えばパラレルデータのサンプリングクロックと同等の周波数のクロックで動作する。このロジック回路60は、第1の半導体チップ10が含む内部回路12とのインターフェース処理を行う内部I/F回路62(ホストI/F回路、パラレルI/F回路)を含む。具体的には内部I/F回路62は、第1の半導体チップ10が含む内部回路12との間でパラレルデータの転送(受信、送信)を行う。
図4(A)のような回路構成を採用すれば、外部デバイスとの間では高速なシリアル転送でデータ転送が行われる一方で、第1の半導体チップ10との間では、シリアル転送に比べて低速なパラレル転送でデータ転送が行われるようになる。そしてシリアル転送については、高速シリアルI/F回路30内の回路配置やパッド配置を最適な配置にすることで、伝送品質を維持できる。一方、第1の半導体チップ10との間のパラレル転送はシリアル転送に比べて低速であるため、第1の半導体チップ10の内部回路12の構成や配置が、製品仕様に応じて変更されても、これに容易に対処できる。
特に高速シリアル転送には様々な規格があり、このような様々な規格の高速シリアル転送にも容易に対応できることが望まれる。この点、図4(A)の構成によれば、半導体チップ10との間のインターフェースについては、汎用のパラレルI/Fを採用できる。従って、高速シリアルI/F回路30の物理層回路などを変更するだけで、様々な規格の高速シリアル転送に容易に対応できるという利点がある。また半導体チップ10との間のインターフェースを汎用のパラレルI/Fにすれば、第1の半導体チップ10の内部回路12の構成を変更しなくても、異なる規格の高速シリアル転送に対応できる。従って、様々な規格の高速シリアルI/F回路を容易に組み込むことができる半導体装置を提供できる。更に第1、第2の半導体チップ10、20をスタック配置することで、パッケージサイズの小型化も図れる。
また本実施形態では図4(B)に示すように、物理層回路40は、第2の半導体チップ20の短辺である辺SB1側に配置される。一方、ロジック回路60(第2のロジック回路)は、第2の半導体チップ20の辺SB1に対向する辺SB3側に配置される。そして高速ロジック回路50(第1のロジック回路)は、物理層回路40とロジック回路60の間に配置される。即ち、辺SB1から辺SB3に向かって、物理層回路40、高速ロジック回路50、ロジック回路60の順で回路が配置される。
図4(B)のような回路配置にすれば、物理層回路40と高速ロジック回路50との間や、高速ロジック回路50とロジック回路60との間の信号線をショートパスで接続できるようになる。従って、これらの回路間での信号のスキューや信号遅延を最適化でき、効率が良く品質の高い信号伝達が可能になる。
また図4(B)のような回路配置にすれば、辺SB1の長さを短くできる一方で、辺SB2の長さを長くできるため、第2の半導体チップ20をスリムな細長形状にできる。従って、例えば第1の半導体チップ10が、スタック配置が禁止されるスタック禁止回路(例えばDRAMやアナログ回路)を有する場合に、このスタック禁止回路の領域を避けて、細長形状の第2の半導体チップ20をスタック配置することが可能になる。また第2の半導体チップ20を細長形状にすれば、第2の半導体チップ20からの配線のボンディング長も短くできるため、実装品質を確保できる。またボンディング長が短くなると、伝送品質の劣化も最小限に抑えることが可能になる。
なお、第2の半導体チップ20のスタック位置は図4(B)の位置に限定されない。例えば図4(B)では、内部回路12の一辺と第2の半導体チップ20の一辺(SB2)とがほぼ一致するように第2の半導体チップ20をスタック配置しているが、これらの辺が一致しない位置に第2の半導体チップ20をスタック配置してもよい。また高速シリアルI/F回路30内の回路配置も図4(B)の配置に限定されない。例えば高速ロジック回路50を、物理層回路40とロジック回路60の間に配置しない変形実施も可能である。
3.高速シリアルI/F回路の詳細な構成
図5に、高速シリアルI/F回路30の詳細な構成例を示す。図5において物理層回路40は、データ転送用のトランスミッタ回路TX0、TX1、TX2(広義には第1〜第Nのトランスミッタ回路)を含む。またクロック転送用のトランスミッタ回路TCKを含む。
データ転送用のトランスミッタ回路TX0は、パラレル/シリアル変換回路52からのシリアルデータを受け、D0P及びD0Mの差動信号線を駆動して、データを送信する。同様に、データ転送用のトランスミッタ回路TX1、TX2は、パラレル/シリアル変換回路52からのシリアルデータを受け、各々、D1P及びD1M、D2P及びD2Mの差動信号線を駆動して、データを送信する。またクロック転送用のトランスミッタ回路TCKは、PLL回路72で生成されたクロック(あるいはその分周クロック)に基づいて、CKP及びCKMの差動信号線を駆動して、クロックを送信する。これらのトランスミッタ回路TX0、TX1、TX2、TCKは、例えばシリアルバスの差動信号線を電流駆動又は電圧駆動するアナログ回路(演算増幅器等)により実現できる。
なお図5では物理層回路40がトランスミッタ回路を含む場合について示しているが、物理層回路40がレシーバ回路を含むようにしてもよい。この場合には、データ転送用のレシーバ回路(第1〜第Nのレシーバ回路)は、シリアルバスの差動信号線を介して転送されるデータを受信し、受信したシリアルのデータをシリアル/パラレル変換回路に出力することになる。またクロック転送用のレシーバ回路は、シリアルバスの差動信号線を介して転送されるクロックを受信する。これらのレシーバ回路は、シリアルバスの差動信号線の駆動電流又は駆動電圧を検出するアナログ回路により実現できる。具体的にはレシーバ回路は、例えば差動信号線を構成する第1、第2の信号線(例えばD0P、D0M)の間に設けられた抵抗素子の両端に生じる電圧を増幅することで、データやクロックの受信を行う。
バイアス回路70は、バイアス電流を制御するためのバイアス電圧を生成して、物理層回路40等に出力する。このバイアス回路70は、基準電圧生成回路やカレントミラー回路などにより構成できる。
PLL回路72(広義にはクロック生成回路)は、ピクセルクロックPCLKに基づいて、PCLKに同期したクロックを生成して、高速ロジック回路50等に供給する。
ロジック回路60は、内部I/F回路62を含む。またパリティ生成回路64、データセパレータ66、レジスタ68を含む。
内部I/F回路62は、パラレルデータVD[23:0]、垂直同期信号VS、水平同期信号HS、データイネーブル信号DEなどを含むインターフェース信号を用いて、第1の半導体チップ10の内部回路12との間のインターフェース処理を行う。
パリティ生成回路64はデータに付加するパリティビットを生成する。データセパレータ66は、データの転送チャネル数に応じたデータのセパレート処理を行う。レジスタ68(コンフィグレーションレジスタ)は、転送チャネル数やインターフェースモードの設定などの各種の設定を行うためのレジスタである。
例えばレジスタ68に対して転送チャネル数の設定を行うことで、図6(A)(B)(C)に示すように、転送レートに応じて使用チャネル数を1チャネル、2チャネル、3チャネルから選択できるようになる。
例えば図6(A)の1チャネルモードでは、チャネル1であるD0(D0P、D0M)を用いて8ビットのRデータ、8ビットのGデータ、8ビットのBデータ等がシリアル転送される。この場合に例えば、ピクセルクロックPCLKは4〜15MHzとなり、転送レートのバンド幅は120〜450Mbpsになる。
また図6(B)の2チャネルモードでは、D0を用いて8ビットのRデータ、4ビットのGデータ等が転送され、チャネル2であるD1(D1P、D1M)を用いて4ビットのGデータ、8ビットのBデータ等が転送される。この場合に例えば、PCLKは8〜30MHzとなり、バンド幅は120〜450Mbpsになる。
また図6(C)の3チャネルモードでは、D0を用いて8ビットのRデータ等が転送され、D1を用いて8ビットのGデータ等が転送され、チャネル3であるD2(D2P、D2M)を用いて8ビットのBデータ等が転送される。この場合に例えば、PCLKは20〜65MHzとなり、バンド幅は200〜650Mbpsになる。
なお図6(A)(B)(C)のデータの分離や並べ替えは、図5のデータセパレータ66により実現される。
4.内部I/F回路
本実施形態の内部I/F回路62では、第1の半導体チップ10の内部回路12との間で、第1、第2のインターフェースモードによるパラレル転送を行うことができる。
例えば内部I/F回路62は、第1のインターフェースモードでは図7に示すように、第1の半導体チップ10の内部回路12との間で24ビット(広義にはKビット)のパラレルデータの転送を行う。一方、第2のインターフェースモードでは、図8(A)に示すように、第1の半導体チップ10の内部回路12との間で12ビット(広義にはJビット。J<K)のパラレルデータの転送を行う。より具体的には、内部I/F回路62は、図7の第1のインターフェースモードでは、パラレルデータのサンプリングクロックであるPCLKの立ち上がりエッジ(或いは立ち下がりエッジでもよい)で、内部回路12からのパラレルデータのサンプリングを行う。一方、図8(A)の第2のインターフェースモード(ダブルデータレートモード)では、PCLKの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの両方で、内部回路12からのパラレルデータのサンプリングを行う。
即ち図7の第1のインターフェースモードでは、PCLKの立ち上がりエッジで、8ビットのRデータ、Gデータ、Bデータ、VS、HS、DEからなる1ピクセル分のデータがサンプリングされて内部I/F回路62に取り込まれる。この第1のインターフェースモードは、標準的なパラレルインターフェースモードであり、24ビットのVD[23:0]の全てが使用される。
一方、図8(A)の第2のインターフェースモードでは、PCLKの立ち上がりエッジで、8ビットのRデータ、4ビットのGデータ、VS、HS、DEからなるデータがサンプリングされて内部I/F回路62に取り込まれる。またPCLKの立ち下がりエッジで、4ビットのGデータ、8ビットのBデータ、RSRV0、RSRV1、RSRV2からなるデータがサンプリングされて、内部I/F回路62に取り込まれる。この第2のインターフェースモードは、第1の半導体チップ10(ホストチップ)との間の接続信号線の本数を低減するためのモードである。このモードにより、12ビットのVD[11:0]のみを使用して、24ビットのデータ(表示データ)を転送できるようになる。
即ち図4(B)のように第1の半導体チップ10に第2の半導体チップ20をスタック配置した場合には、ボンディング長のデザインルールによる制約により、第2の半導体チップ20の全ての辺SB1〜SB4のパッド(広義には電極)に対して配線をボンディングすることは難しい。従って、第2の半導体チップ20をスタック配置する場合に、配線のボンディングが可能なパッド数には限界がある。
一方、第2の半導体チップ20の用途としては、第1の半導体チップ10にスタック配置せずに、単独の汎用チップとして使用する用途も考えられる。このように汎用チップとして使用する場合には、第2の半導体チップ20の全ての辺SB1〜SB4のパッドに対して配線をボンディングできる。
そこで本実施形態では、第2の半導体チップ20を単独の汎用チップとして使用する場合には、図7の第1のインターフェースモードに設定し、24ビットのVD[23:0]のパッドの全てを使用してデータ転送を行う。具体的には後述する図11に示すように、例えば第2の半導体チップ20の辺SB2とSB3に対してVD[11:0]のパッドを配置し、辺SB4に対してVD[23:12]のパッドを配置する。そして第1のインターフェースモードでは、これらの辺SB2、SB3、SB4のVD[23:0]の全てのパッドに対して配線をボンディングし、図7に示すように24ビットのVD[23:0]の全てを使用してデータ転送を行う。こうすることで、第2の半導体チップ20を、標準的な24ビットのパラレルインターフェースモードで使用できるようになり、第2の半導体チップ20の汎用性を高めることができる。
一方、第2の半導体チップ20を第1の半導体チップ10にスタック配置して使用する場合には、図8(A)の第2のインターフェースモードに設定し、12ビットのVD[11:0]のパッドだけを使用してデータ転送を行う。具体的には後述する図11において、辺SB2、辺SB3のVD[11:0]のパッドに対してのみ配線をボンディングし、図8(A)に示すように12ビットのVD[11:0]だけを使用してデータ転送を行う。こうすることで、第1の半導体チップ10へのスタック配置時には、辺SB4のVD[23:12]のパッドには配線をボンディングしなくても済むため、ボンディング長に関するデザインルールを遵守できる。従って、第2の半導体チップ20をスタック用チップとして好適に使用できるようになる。
以上のように本実施形態によれば、第1、第2のインターフェースモードを用意することで、第2の半導体チップ20を単独の汎用チップとスタック用チップの両方に使用できるようになり、利便性を向上できる。なお第1、第2のインターフェースモードは、例えば第2の半導体チップ20に設けられたモード設定用のパッド(XDDR等)に印加される電圧レベルにより切り替えることができる。
また図8(A)の第2のインターフェースモードでは、HS、VS、DEの信号にリザーブビットRSRV0、RSRV1、RSRV2が多重化される。即ち内部I/F回路62は、PCLKの立ち上がりエッジ(広義には一方のエッジ)でHS、VS、DEの信号をサンプリングすることで、HS、VS、DEの情報を取り込むことができる一方で、PCLKの立ち下がりエッジ(広義には他方のエッジ)でHS、VS、DEの信号をサンプリングすることで、HS、VS、DE以外の情報であるリザーブビットRSRV0、RSRV1、RSRV2の情報を取り込むことができる。そしてこれらのリザーブビットRSRV0、RSRV1、RSRV2を使用することで、第1の半導体チップ10の内部回路12との間で様々な情報を転送することが可能になる。
例えばリザーブビットRSRV0、RSRV1、RSRV2を使用することで、リセットコマンド、シャットダウンコマンド、動作モード切り替えコマンドなどのコマンドを、受信(RX)側に転送できるようになる。
或いは図8(B)に示すように、表示パネル240の1ラインに対して2個(複数個)の表示ドライバ230、232を使用する場合に、表示ドライバ230、232のいずれを宛先とするデータなのかを、リザーブビットRSRV0、RSRV1、RSRV2により指定できる。例えば画像処理コントローラ200(内部回路12)は、送信(TX)側の高速シリアルI/F回路210(内部I/F回路)に対して、パラレルのデータと、リザーブビットRSRV0、RSRV1、RSRV2により指定されるデータの宛先情報を転送する。そして送信(TX)側の高速シリアルI/F回路210は、情報をシリアルデータ化して受信(RX)側の高速シリアルI/F回路220に転送する。すると、受信側の高速シリアルI/F回路220は、例えばRSRV0=RSRV1=RSRV2=0である場合には、表示ドライバ230に対して送信側からのデータを出力し、RSRV0=RSRV1=RSRV2=1である場合には、表示ドライバ232に対して送信側からのデータを出力する。このようなリザーブビットRSRV0、RSRV1、RSRV2を用いれば、1ピクセルデータ毎に種々の属性を付加できるようになるため、従来にはない様々な用途を実現できる。
図9に、以上のような第1、第2のインターフェースモードを実現できる内部I/F回路62の構成例を示す。図9において、レジスタ90、92、94は、各々、VD[23:12]、VD[11:0]、VS/HS/DEをPCLKの立ち上がりエッジでサンプリングして取り込む。そしてレジスタ100、102、104は、各々、レジスタ90、92、94の出力をPCLKの立ち下がりエッジでサンプリングして取り込む。そして信号MODESELが第1のインターフェースモードに設定されると、セレクタ130は、レジスタ100、102、104の出力を選択して、後段の回路(例えばデータセパレータ66)に出力する。
一方、レジスタ110、112は、各々、VD[11:0]、VS/HS/DEをPCLKの立ち上がりエッジでサンプリングして取り込む。そしてレジスタ120、122は、各々、レジスタ110、112の出力をPCLKの立ち下がりエッジでサンプリングして取り込む。またレジスタ124、126は、各々、VD[11:0]、VS/HS/DEをPCLKの立ち下がりエッジでサンプリングして取り込む。そして信号MODESELが第2のインターフェースモードに設定されると、セレクタ130は、レジスタ120、122、124、126の出力を選択して、後段の回路に出力する。
以上のようにすることで図7、図8(A)の第1、第2のインターフェースモードでのデータ転送が可能になる。
5.詳細な配置例
次に第1、第2の半導体チップ10、20及びそれが含む回路の詳細な配置例を説明する。例えば図10に第1、第2の半導体チップ10、20の詳細な配置例を示す。図10において、第1の半導体チップ10は、内部回路12として、G/A(ゲートアレイ)13や、DRAM14、15などを含む。ここでDRAM14、15は、スタック配置が禁止される回路(以下、スタック禁止回路と呼ぶ)になっている。
そして図10に示すように、第2の半導体チップ20は、平面視において、スタック禁止回路(DRAM14、15)の領域以外の領域(G/A13)にスタック配置される。このような領域に配置すれば、第2の半導体チップ20がスタック配置されることにより第1の半導体チップ10の回路の信頼性や回路特性が劣化してしまう事態を防止できる。
即ち第2の半導体チップ20がスタック配置されると、それにより生じる応力が外圧になって、第1の半導体チップ10の回路の信頼性が劣化するおそれがある。例えばDRAM14、15が特性の微調整のためのヒューズ回路を内蔵し、このヒューズ回路が外圧に対して弱い場合がある。この場合にDRAM14、15上に第2の半導体チップ20をスタック配置すると、回路の信頼性が劣化する。また第2の半導体チップ20が含む高速シリアルI/F回路30は高速に動作するため、この高速動作がノイズ源となって、第1の半導体チップ10が含むメモリやアナログ回路の動作に悪影響を及ぼすおそれがある。例えばDRAM14、15のメモリセルが、高速シリアルI/F回路30からのノイズが原因で誤動作してしまい、保持していたデータが失われてしまう可能性がある。
この点、本実施形態によれば、第2の半導体チップ20は、スタック禁止回路の領域以外の領域にスタック配置されるため、このような事態を防止できる。特に本実施形態では、第2の半導体チップ20は細長形状のチップになっている。従って図10に示すように、DRAM14、15の領域を避けて第2の半導体チップ20を配置することも容易となり、回路の信頼性や特性の劣化を効果的に防止できる。
なおスタック禁止回路の領域はDRAM14、15の領域に限定されない。例えばスタック配置により信頼性や回路特性が劣化するおそれがあるアナログ回路の領域であってもよい。
図11に、第2の半導体チップ20の各回路の詳細な配置例を示す。図11に示すように本実施形態では、物理層回路40は第2の半導体チップ20の辺SB1側に配置され、ロジック回路60は辺SB3側に配置される。そして物理層回路40とロジック回路60の間に高速ロジック回路50が配置される。また第2の半導体チップ20の辺SB1、SB2、SB3、SB4に沿って、各々、パッド領域81、82、83、84(広義には第1、第2、第3、第4の電極領域、I/O領域)が設けられる。なお例えばパッド領域83、84を設けない変形実施も可能である。
また図11に示すように本実施形態では、ロジック回路60と辺SB3との間に、CAP領域74(キャパシタ形成領域)が設けられている。このCAP領域74には、第2の半導体チップ20に供給される電源(デジタル電源)を安定化するためのキャパシタが形成される。このキャパシタは、例えばロジック回路60を構成するG/Aのベーシックセルのゲート容量などを利用して形成できる。
即ち図11では、ボンディング長のデザインルールの制約等により、第2の半導体チップ20は細長形状のチップになっている。そして辺SB1に沿ってパッド領域81が設けられると共に、辺SB3に沿ってパッド領域83が設けられる。従って、パッド領域81のパッドのみならずパッド領域83のパッドに対しても配線をボンディングする必要がある。この結果、後述する図12に示すように、第2の半導体チップ20の辺SB2の長さLBは、このような配線のボンディングが可能な長さに設定される。そして、このように辺SB2の長さLBが長くなると、ロジック回路60と辺SB3(パッド領域83)との間に空き領域が生じる。
この場合にも本実施形態では図11に示すように、ロジック回路60と辺SB3の間にCAP領域74が形成されるため、空き領域を有効活用できる。そして、CAP領域74を設けることで、第2の半導体チップ20に供給される電源を安定化でき、回路動作の安定化、及びEMIノイズの低減化を図れる。
また図11では物理層回路40が、データ転送用のトランスミッタ回路TX0とクロック転送用のトランスミッタ回路TCKを含む。そしてデータ転送用のトランスミッタ回路TX0とクロック転送用のトランスミッタ回路TCKは、第2の半導体チップ20の短辺である辺SB1に沿って配置される。
また本実施形態では図5〜図6(C)で説明したように、データ転送用のトランスミッタ回路として、チャネル1、2、3用のトランスミッタ回路TX0、TX1、TX2(広義には第1〜第Nのトランスミッタ回路)が設けられている。そしてこれらのトランスミッタ回路TX0、TX1、TX2は、第2の半導体チップ20の辺SB1に沿って配置される。
更に図11では、クロック転送用のトランスミッタ回路TCKは、トランスミッタ回路TX0(第1のトランスミッタ回路)と、トランスミッタ回路TX1、TX2(第2〜第Nのトランスミッタ回路)との間に配置される。
図11のように配置すれば、例えば高速シリアル転送用のパッドD0M、D0P、CKM、CKP、D1M、D1P、D2M、D2Pを、辺SB1に沿ったパッド領域81(第1の電極領域)に配置した場合に、これらのパッドからの信号線をショートパスでトランスミッタ回路TX0、TCK、TX1、TX2に接続できる。従って、信号のスキューや信号遅延を最小限に抑えることが可能になる。また差動信号線を構成する第1、第2の信号線(例えばD0MとD0P)の長さを等長にすることが容易になり、伝送品質の劣化を防止できる。また辺SB1の長さを最小限に抑えることが可能になり、第2の半導体チップ20を細長形状にすることが容易になる。
また図6(A)の1チャネルモードでは、トランスミッタ回路TX0によりデータが転送され、トランスミッタ回路TCKによりクロックが転送される。そして図11では、これらのトランスミッタ回路TX0、TCKが隣接して配置される。従って、1チャネルモードにおけるデータとクロックのスキューを最小限に抑えることができ、受信側でのサンプリングエラーの発生を防止できる。
また図6(B)の2チャネルモードでは、トランスミッタ回路TX0、TX1によりデータが転送され、トランスミッタ回路TCKによりクロックが転送される。そして図11では、トランスミッタ回路TX0とTCKが隣接して配置されると共にTX1とTCKも隣接して配置される。従って、2チャネルモードにおいてもデータとクロックのスキューを最小限に抑えることができ、受信側でのサンプリングエラーの発生を防止できる。
また図6(C)の3チャネルモードでは、トランスミッタ回路TX0、TX1、TX2によりデータが転送され、トランスミッタ回路TCKによりクロックが転送される。そして図11では、トランスミッタ回路TX0とTCKが隣接して配置されると共にTX1とTCKも隣接して配置され、TX2もTCKの近くに配置される。従って、3チャネルモードにおいてもデータとクロックのスキューを最小限に抑えることができ、受信側でのサンプリングエラーの発生を防止できる。
また図11では、外部デバイスと高速シリアルI/F回路30とを接続するための高速シリアル転送用のパッドD0M、D0P、CKM、CKP、D1M、D1P、D2M、D2Pは、辺SB1に沿ったパッド領域81に配置される。一方、第1の半導体チップ10含む内部回路12と高速シリアルI/F回路30とを接続するためのインターフェース用のパッドVD[11:0]、PCLK、VS、HS、DE等については、辺SB2に沿ったパッド領域82や辺SB3に沿ったパッド領域83に配置される。従って、ロジック回路60(内部I/F回路62)から、これらのパッドVD[11:0]、PCLK、VS、HS、DEへの信号線もショートパスで接続できるようになり、信号のスキューや信号遅延を最小限に抑えることができる。また、これらのパッドVD[11:0]、PCLK、VS、HS、DEから、基板の配線パターン或いは第1の半導体チップ10のパッド(電極)への配線も、ショートパスでボンディングできるため、実装を容易化できる。
また図11では、辺SB4に沿ったパッド領域84にVD[23:12]のパッドが配置される。また本実施形態では図7の第1のインターフェースモードと図8(A)の第2のインターフェースモードが用意されている。なおこれらの第1、第2のインターフェースモードの設定は、パッド領域84に配置されたXDDRのパッド等に所定の電圧レベルを設定することで実現される。
そして本実施形態では、第2の半導体チップ20が単独の汎用チップとして使用される場合には、第1のインターフェースモードに設定される。そしてパッド領域82、83に配置されるVD[11:0]のパッドのみならず、パッド領域84に配置されるVD[23:12]のパッドにも配線がボンディングされて、図7に示す24ビットのVD[23:0]を用いたデータ転送が行われる。これにより、第2の半導体チップ20を、標準的な24ビットのパラレルインターフェースモードで使用できるようになり、第2の半導体チップ20の汎用性を高めることができる。
一方、第2の半導体チップ20が第1の半導体チップ10にスタック配置される場合には、第2のインターフェースモードに設定される。そしてパッド領域84に配置されるパッドVD[23:12]に対しては配線はボンディングされない一方で、パッド領域82、83に配置されるVD[11:0]のパッドには配線がボンディングされ、図8(A)の12ビットのVD[11:0]を用いたデータ転送が行われる。これにより、第2の半導体チップ20をスタック用のチップとして使用し、最小限の本数の信号線で第1の半導体チップ10の内部回路12との間でデータ転送を行うことが可能になる。
なお図11では、送信(TX)側のトランスミッタ回路TX0、TCK、TX1、TX2の配置手法について示しているが、受信(RX)側のレシーバ回路についても図11と同様の手法で配置できる。例えば受信側のデータ転送用のレシーバ回路をRX0、RX1、RX2とし、受信側のクロック転送用のレシーバ回路をRCKとしたとする。この場合には、これらのレシーバ回路RX0、RCK、RX1、RX2を、図11のトランスミッタ回路TX0、TCK、TX1、TX2と同様に配置すればよい。また図11では、データのチャネルが複数チャネル構成である場合の配置例を示したが、データのチャネルは単数チャネル構成であってもよい。
6.ボンディング長の制約
第1の半導体チップ10に第2の半導体チップ20をスタック配置する場合に、配線のボンディング長には、実装に関するデザインルールの制限がある。また低コスト化のためには第2の半導体チップ20のチップサイズはなるべく小さいことが望ましく、チップサイズが小さいと第2の半導体チップ20に配置できるパッド数にも制限が生じる。従って、これらの制限を満たしながら如何にして第2の半導体チップ20に配線をボンディングするかが課題になる。
このような課題を解決するために本実施形態では以下に述べる手法を採用している。例えば図12において、第2の半導体チップ20の辺SB2の長さをLBとし、辺SB2と平行な第1の半導体チップ10の辺SA2の長さをLAとする。また第2の半導体チップ20のパッド(電極)に接続される配線610、612(例えば基板上の配線パターン600、602に接続される配線)についての、パッドから第1の半導体チップ10の端部(図12のA1、A2)までのデザインルール上の平面視での最大長をLMとする。この場合に図12では、第2の半導体チップ20の長辺である辺SB2の長さLBについて、LB≧LA−2×LMの関係式が成り立つ。即ち第2の半導体チップ20を、LB≧LA−2×LMとなるような細長形状にする。
具体的には、図11の物理層回路40のトランスミッタ回路TX0、TCK、TX1、TX2の配置ピッチや、高速シリアル転送用のパッドD0M〜D2Pの配置ピッチなどに基づいて、第2の半導体チップ20の辺SB1の長さが決定される。また図12のLB≧LA−2×LMの関係式に基づいて、第2の半導体チップ20の辺SB2の長さが決定される。このようにして第2の半導体チップ20のチップ形状が決定され、余った領域に図11のCAP領域74が配置されることになる。
以上のような本実施形態の手法によれば、配線610、620の最大長LMについてのデザインルールを遵守できる。また辺SB1側のパッド領域81のみならず辺SB3側のパッド領域83も設けて、このパッド領域83のパッドに配線をボンディングできるようになる。従って第2の半導体チップ20に配置するパッドの数も増やすことができ、第1の半導体チップ10の内部回路12との間でのパラレル転送や各種情報の転送が容易になる。
7.変形例
第1、第2の半導体チップ10、20やこれが含む回路の配置手法は、以上に説明した手法には限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば図13(A)のように、内部回路12のコーナー部分と第2の半導体チップ20のコーナー部分が一致するように第2の半導体チップ20をスタック配置してもよい。また図13(A)に示すように、辺SB1、SB2にはパッド領域81、82を設ける一方で、辺SB3や辺SB4にはパッド領域を設けないようにしてもよい。
また図13(B)のように、第2の半導体チップ20のみならず第3の半導体チップ21を第1の半導体チップ10に対してスタック配置してもよい。この場合には、第2の半導体チップ20に例えば送信(TX)用の高速シリアルI/F回路を含ませ、第3の半導体チップ21に例えば受信(RX)用の高速シリアルI/F回路を含ませることができる。また第2の半導体チップ20のパッド領域81、82や第3の半導体チップ21のパッド領域85、86は、第2の半導体チップ20のパッドへの配線と第3の半導体チップ21のパッドへの配線とが互いに交差しない位置に配置すればよい。なお第3の半導体チップ21は設けずに、第2の半導体チップ20に送信と受信の両方を行うことができる高速シリアルI/F回路を設けてもよい。
また本実施形態の高速シリアル転送手法は、本実施形態で説明した手法に限定されず、例えば図14(A)(B)、図15に示すような種々の手法を採用できる。
例えば図14(A)(B)はMDDI規格の高速シリアル転送手法の例である。図14(A)において、物理層回路340(トランシーバ)はホストデバイスに内蔵され、物理層回路330は表示ドライバに内蔵される。また336、342、344はトランスミッタ回路であり、332、334、346はレシーバ回路である。また338、348はウェイクアップ検出回路である。ホスト側のトランスミッタ回路342は差動ストローブ信号STB+/−を駆動する。そしてクライアント側のレシーバ回路332は、駆動により抵抗RT1の両端に発生した電圧を増幅し、ストローブ信号STB_Cを後段の回路に出力する。またホスト側のトランスミッタ回路344はデータ信号DATA+/−を駆動する。そしてクライアント側のレシーバ回路334は、駆動により抵抗RT2の両端に発生した電圧を増幅し、データ信号DATA_C_HCを後段の回路に出力する。
図14(B)に示すように送信側は、データ信号DATAとクロック信号CLKの排他的論理和をとることで、ストローブ信号STBを生成し、このSTBを高速シリアルバスを介して受信側に送信する。そして受信側は、受信したデータ信号DATAとストローブ信号STBとの排他的論理和をとることで、クロック信号CLKを再生する。
また図15の高速シリアル転送手法において、DTO+、DTO−は、ホスト側のトランスミッタ回路442がターゲット側のレシーバ回路432に出力する差動データ信号(OUTデータ)である。CLK+、CLK−は、ホスト側のトランスミッタ回路444がターゲット側のレシーバ回路434に出力する差動クロック信号である。ホスト側はCLK+/−のエッジに同期してDTO+/−を出力する。従ってターゲット側は、CLK+/−を用いてDTO+/−をサンプリングして取り込むことができる。更に図15では、ターゲット側はホスト側から供給されたクロックCLK+/−に基づいて動作する。即ちCLK+/−はターゲット側のシステムクロックになる。このためPLL回路449はホスト側に設けられ、ターゲット側には設けられていない。
DTI+、DTI−はターゲット側のトランスミッタ回路436がホスト側のレシーバ回路446に出力する差動データ信号(INデータ)である。STB+、STB−は、ターゲット側のトランスミッタ回路438がホスト側のレシーバ回路448に出力する差動ストローブ信号である。ターゲット側はホスト側から供給されたCLK+/−に基づいてSTB+/−を生成して出力する。そしてターゲット側はSTB+/−のエッジに同期してDTI+/−を出力する。従ってホスト側は、STB+/−を用いてDTI+/−をサンプリングして取り込むことができる。
8.電子機器
図16(A)(B)(C)に、本実施形態の半導体装置(集積回路装置)を含む電子機器の構成例を示す。
例えば図16(A)では、電子機器は、BBE/APP(BaseBand Engine/Application Processor)600と半導体装置610、620と表示パネル630を含む。そして半導体装置610は画像処理コントローラ612と高速シリアルI/F回路614を含む。ここで、画像処理コントローラ612は第1の半導体チップに含まれ、高速シリアルI/F回路614は、第1の半導体チップにスタック配置される第2の半導体チップに含まれる。また半導体装置620は高速シリアルI/F回路622と表示ドライバ624を含む。そして表示ドライバ624は第1の半導体チップに含まれ、高速シリアルI/F回路622は第2の半導体チップに含まれる。
画像処理コントローラ612は、画像処理用のグラフィックエンジンとして機能するものであり、画像(静止画、動画)の圧縮、伸長、サイジングなどの処理を行う。また表示ドライバ624は表示パネル630のデータ線や走査線を駆動する。表示パネル630は、半導体装置610、620によりシリアル転送されるデータに基づき表示動作を行う。なお表示パネル630としては、例えば薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)や薄膜ダイオード(Thin Film Diode:TFD)などのスイッチング素子(2端子型非線形素子)を用いたアクティブマトリクス方式のパネルを採用できる。或いは表示パネル630として、単純マトリクス方式のパネルを採用したり、液晶パネル以外のパネル(例えば有機ELパネル)を採用してもよい。
BBE/APP600と半導体装置610は、電子機器(例えば携帯電話機)の第1の機器部分の第1の回路基板に実装され、半導体装置620と表示パネル630は電子機器の第2の機器部分の第2の回路基板に実装される。また第1、第2の機器部分の間ではシリアルバスを介した高速シリアル転送でデータが転送される。従って、第1、第2の機器部分の接続部分(ヒンジ等)を通る信号線の本数を減らすことができる。
図16(B)では、電子機器は、半導体装置610、620と表示パネル630を含む。そして半導体装置610はBBE/APP600と高速シリアルI/F回路614を含み、BBE/APP600は第1の半導体チップに含まれ、高速シリアルI/F回路614は第2の半導体チップに含まれる。また半導体装置620は高速シリアルI/F回路622と表示ドライバ624を含み、表示ドライバ624は第1の半導体チップに含まれ、高速シリアルI/F回路622は第2の半導体チップに含まれる。図16(B)では図16(A)とは異なり、BBE/APP600のコプロセッサとして機能する画像処理コントローラ612については設けられていない。
図16(C)では、電子機器は、BBE/APP600と半導体装置610、620と表示パネル630とカメラデバイス632を含む。そして半導体装置610は画像処理コントローラ612と送信用の高速シリアルI/F回路614と受信用の高速シリアルI/F回路616を含む。ここで、画像処理コントローラ612は第1の半導体チップに含まれ、高速シリアルI/F回路614、616は、第1の半導体チップにスタック配置される第2、第3の半導体チップに含まれる。なお第3の半導体チップを設けずに、高速シリアルI/F回路614、616を第2の半導体チップに含ませてもよい。また半導体装置620は高速シリアルI/F回路622と表示ドライバ624を含み、表示ドライバ624は第1の半導体チップに含まれ、高速シリアルI/F回路622は第2の半導体チップに含まれる。またカメラデバイス632は、高速シリアルI/F回路616とシリアルバスを介して接続される。図16(C)の構成によれば、表示パネル630に表示される表示データのみならずカメラデバイス632による撮影データについても、シリアルバスを介してシリアル転送できる。
なお本実施形態の電子機器は携帯電話機には限定されず、デジタルカメラ、PDA、電子手帳、電子辞書、プロジェクタ、リアプロジェクションテレビ、或いは携帯型情報端末などであってもよい。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語(シリアルインターフェース回路、第1のロジック回路、第2のロジック回路、電極、電極領域、トランスミッタ回路TX0、TX1、TX2等)と共に記載された用語(高速シリアルI/F回路、高速ロジック回路、ロジック回路、パッド、パッド領域、第1〜第Nのトランスミッタ回路等)は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
また第1、第2の半導体チップ、シリアルインターフェース回路の構成や配置も、本実施形態で説明した構成や配置に限定されない。例えば第2の半導体チップを、図1(B)とは異なる位置に配置したり、シリアルインターフェース回路の各回路や電極領域を、図4(B)、図11とは異なる位置に配置してもよい。またシリアルバスでのシリアル転送手法等も本実施形態で説明した手法に限定されず、例えばクロック転送用のトランスミッタ回路やレシーバ回路を設けない構成としたり、クロック転送用のトランスミッタ回路やレシーバ回路として差動信号を利用しないタイプの回路を用いてもよい。
図1(A)(B)は本実施形態のシリアル転送手法やスタック配置手法の説明図。 第1、第2の半導体チップのスタック構造の概略断面図。 図3(A)(B)(C)はパッドやパッド領域の配置手法の説明図。 図4(A)(B)は高速シリアルI/F回路の構成及び配置例。 高速シリアルI/F回路の詳細な構成例。 図6(A)(B)(C)は各種チャネルモードの説明図。 第1のインターフェースモードの説明図。 図8(A)(B)は第2のインターフェースモードの説明図。 内部I/F回路の構成例。 第1、第2の半導体チップの詳細な配置例。 第2の半導体チップの各回路の詳細な配置例。 ボンディング長の制約についての説明図。 図13(A)(B)は本実施形態の変形例。 図14(A)(B)はシリアル転送手法の一例。 シリアル転送手法の他の例。 図16(A)(B)(C)は電子機器の構成例。
符号の説明
TX0、TX1、TX2 データ転送用のトランスミッタ回路、
TCK クロック転送用のトランスミッタ回路、
2、4 半導体装置、6、8 高速シリアルI/F回路、10 第1の半導体チップ、
12 内部回路、20 第2の半導体チップ、21 第3の半導体チップ、
30 高速シリアルI/F回路、40 物理層回路、42 トランスミッタ回路、
44 データ転送用トランスミッタ回路、46 クロック転送用トランスミッタ回路、
50 高速ロジック回路、52 パラレル/シリアル変換回路、60 ロジック回路、
62 内部I/F回路、64 パリティ生成回路、66 データセパレータ、
68 レジスタ、70 バイアス回路、72 PLL回路、
81、82、83、84 パッド(電極)領域、

Claims (12)

  1. 第1の半導体チップと、
    外部デバイスとの間でシリアルバスを介してシリアルデータの転送を行うシリアルインターフェース回路を有し、前記第1の半導体チップにスタック配置される第2の半導体チップとを含み、
    前記第2の半導体チップの短辺である第1の辺に沿って、前記外部デバイスと前記シリアルインターフェース回路とを接続するための電極が配置される第1の電極領域が設けられ、
    前記第2の半導体チップの長辺である第2の辺に沿って、前記第1の半導体チップが含む内部回路と前記シリアルインターフェース回路とを接続するための電極が配置される第2の電極領域が設けられ
    前記第1の半導体チップは、スタック配置が禁止されるスタック禁止回路を含み、
    前記第2の半導体チップは、前記スタック禁止回路の領域以外の領域にスタック配置されることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1において、
    前記第2の半導体チップの前記第1の辺に対向する第3の辺に沿って、前記第1の半導体チップが含む内部回路と前記シリアルインターフェース回路とを接続するための電極が配置される第3の電極領域が設けられることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1又は2において、
    前記第1の電極領域には、シリアル転送のシリアルデータ用の電極が配置されることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項3において、
    前記第1の電極領域には、シリアル転送のシリアルデータ用の電極と、シリアル転送のクロック用の電極が配置されることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
    前記シリアルインターフェース回路は、
    前記外部デバイスとの間でシリアルバスを介してデータの送信及び受信の少なくとも一方を行う物理層回路と、
    前記第1の半導体チップが含む内部回路からのパラレルデータをシリアルデータに変換するパラレル/シリアル変換回路、及び前記外部デバイスからのシリアルデータをパラレルデータに変換するシリアル/パラレル変換回路の少なくとも一方を有する第1のロジック回路と、
    前記第1の半導体チップが含む内部回路との間でパラレルデータの転送を行う内部インターフェース回路を有する第2のロジック回路とを含むことを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項5において、
    前記物理層回路は、
    前記第2の半導体チップの短辺である第1の辺側に配置され、
    前記第2のロジック回路は、
    前記第2の半導体チップの前記第1の辺に対向する第3の辺側に配置されることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれかにおいて、
    前記シリアルインターフェース回路は、
    前記第1の半導体チップが含む内部回路との間でパラレルデータの転送を行う内部インターフェース回路を含み、
    前記内部インターフェース回路は、
    第1のインターフェースモードでは、Kビットのパラレルデータの転送を行い、
    前記第1の半導体チップへの前記第2の半導体チップのスタック配置時に設定される第2のインターフェースモードでは、前記第1の半導体チップが含む内部回路との間でJビット(J<K)のパラレルデータの転送を行うことを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項7において、
    Jビットのパラレルデータ用の電極が、前記第2の半導体チップの長辺である第2の辺に沿って配置され、
    K−Jビットのパラレルデータ用の電極が、前記第2の半導体チップの前記第2の辺に対向する第4の辺に沿って配置されることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項7又は8において、
    前記内部インターフェース回路は、
    前記第1のインターフェースモードでは、パラレルデータのサンプリングクロックの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのいずれか一方で、パラレルデータのサンプリングを行い、
    前記第2のインターフェースモードでは、前記サンプリングクロックの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの両方で、パラレルデータのサンプリングを行うことを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項1乃至9のいずれかにおいて、
    前記スタック禁止回路は、DRAMであることを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項1乃至10のいずれかにおいて、
    前記第2の半導体チップの第2の辺の長さをLBとし、前記第2の半導体チップの前記第2の辺と平行な、前記第1の半導体チップの第2の辺の長さをLAとし、前記第2の半
    導体チップの電極に接続される配線についての、前記電極から前記第1の半導体チップの端部までのデザインルール上の平面視での最大長をLMとした場合に、LB≧LA−2×LMであることを特徴する半導体装置。
  12. 請求項1乃至11のいずれかに記載の半導体装置と、
    前記半導体装置によりシリアル転送されるデータに基づき表示動作を行う表示パネルと、
    を含むことを特徴とする電子機器。
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