JPH08274261A - Electrostatic breakdown protective circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、セミカスタム方式の集
積回路チップの入力セル、出力セルあるいは双方向の入
出力セルに対して備えられ、パッケージに設けられるリ
ードフレーム、及び該リードフレームに接続するボンデ
ィングワイヤを経て印加される静電高電圧から内部回路
を保護する静電破壊保護回路に係り、特に、集積回路面
積の増加を抑えながら、静電破壊保護をより効果的に行
い、保護しようとする入力セル、出力セルあるいは双方
向の入出力セルの耐圧を向上することができる静電破壊
保護回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lead frame provided in a package provided for an input cell, an output cell or a bidirectional input / output cell of a semi-custom type integrated circuit chip, and a lead frame connected to the lead frame. It relates to the electrostatic breakdown protection circuit that protects the internal circuit from the electrostatic high voltage applied via the bonding wire. Especially, it should try to protect and protect the electrostatic breakdown more effectively while suppressing the increase of the integrated circuit area. The present invention relates to an electrostatic breakdown protection circuit capable of improving the withstand voltage of an input cell, an output cell, or a bidirectional input / output cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】人体や被服の摩擦等によって発生する静
電気は、非常に高電圧となることがある。このような静
電気による高電圧が、例えば集積回路の入力や出力ある
いは双方向の入出力に印加されると、内部回路が破壊さ
れてしまう恐れがある。特に、MOSFET(metal ox
ide semiconductor field effect transistor )を主体
として構成されたMOS半導体集積回路では、デジタル
集積回路でも、あるいはアナログ集積回路でも、入力イ
ンピーダンスや出力インピーダンスが高くなる傾向があ
り、このため、静電気によって発生した電荷が少なくて
も、高電圧が印加されてしまうことがある。2. Description of the Related Art Static electricity generated by friction of a human body or clothes may be very high voltage. When such a high voltage due to static electricity is applied to the input or output of the integrated circuit or the bidirectional input / output, the internal circuit may be destroyed. In particular, MOSFET (metal ox
In a MOS semiconductor integrated circuit mainly composed of an ide semiconductor field effect transistor), an input impedance and an output impedance tend to be high in both a digital integrated circuit and an analog integrated circuit. At least, a high voltage may be applied.
【0003】このため、集積回路においては、入力や出
力又双方向の入出力へと、外部から印加される静電高電
圧から内部回路を保護(以降、ESD(electrostatic
discharge )保護と称する)するのが一般的である。For this reason, in the integrated circuit, the internal circuit is protected from electrostatic high voltage applied from the outside to the input and output or the bidirectional input / output (hereinafter, ESD (electrostatic).
It is generally called discharge protection).
【0004】例えば、従来から行われているESD保護
は、保護対象となる集積回路の入力や出力や双方向の入
出力へと、保護ダイオードを設けるというものである。
例えば、集積回路入力と電源VDDとの間やグランドG
NDとの間に設けたり、集積回路出力と電源VDDとの
間やグランドGNDとの間に設ける。又、MOS半導体
集積回路では、保護ダイオードとして一般的にMOSダ
イオードが用いられる。該MOSダイオードは、P/N
接合部に生じる拡散抵抗や、電源VDDやグランドGN
Dに対する浮遊容量(静電容量)等を用い、外部から印
加されてしまった高電圧パルスを吸収するというもので
ある。For example, the conventional ESD protection is to provide a protection diode to the input and output of the integrated circuit to be protected and the bidirectional input and output.
For example, between the integrated circuit input and the power supply VDD or the ground G
It is provided between the integrated circuit output and the power supply VDD or the ground GND. Further, in a MOS semiconductor integrated circuit, a MOS diode is generally used as a protection diode. The MOS diode has a P / N
Diffusion resistance generated at the junction, power supply VDD and ground GN
By using a stray capacitance (electrostatic capacitance) or the like for D, a high voltage pulse applied from the outside is absorbed.
【0005】図4は、従来の集積回路チップの入力セル
に対して備えられるESD保護回路の一例の回路図であ
る。FIG. 4 is a circuit diagram of an example of an ESD protection circuit provided for an input cell of a conventional integrated circuit chip.
【0006】この図4において、集積回路チップ外部に
接続されるボンディングパッドPIから信号を入力する
入力バッファBIは、該ボンディングパッドPIと共に
入力セルに作り込まれる。該入力バッファBIを経て、
入力された信号が信号SIとして内部回路へ出力され
る。このような入力バッファBIに対して、当該入力セ
ル内にはESD保護回路G1が備えられている。該ES
D保護回路G1は、2つの保護ダイオードD1及びD2
と保護抵抗R1とにより構成される。このようなESD
保護回路G1にあっては、前記ボンディングパッドPI
へ高電圧パルスが印加されると、前記保護ダイオードD
1やD2がオンとなり、前記保護抵抗R1を経て前記入
力バッファBIに印加される電圧が低減される。In FIG. 4, an input buffer BI for inputting a signal from a bonding pad PI connected to the outside of the integrated circuit chip is built in an input cell together with the bonding pad PI. Via the input buffer BI,
The input signal is output to the internal circuit as the signal SI. For such an input buffer BI, an ESD protection circuit G1 is provided in the input cell. The ES
The D protection circuit G1 includes two protection diodes D1 and D2.
And a protection resistor R1. ESD like this
In the protection circuit G1, the bonding pad PI
When a high voltage pulse is applied to the protection diode D
1 and D2 are turned on, and the voltage applied to the input buffer BI via the protection resistor R1 is reduced.
【0007】図5は、従来からのESD保護回路が設け
られた出力セルの一例の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of an example of an output cell provided with a conventional ESD protection circuit.
【0008】この図5では、ボンディングパッドPOや
出力バッファBOと共に出力セルに作り込まれるESD
保護回路G3が示されている。該ESD保護回路G3
は、保護ダイオードD5及びD6と、保護抵抗R2とに
より構成されている。該ESD保護回路G3について
も、前記ボンディングパッドPOに対して高電圧パルス
が印加されてしまうと、前記保護ダイオードD5及びD
6がオンとなり、前記保護抵抗R2を介して前記出力バ
ッファBOに印加される電圧が低減される。In FIG. 5, the ESD built in the output cell together with the bonding pad PO and the output buffer BO.
The protection circuit G3 is shown. The ESD protection circuit G3
Is composed of protection diodes D5 and D6 and a protection resistor R2. Also in the ESD protection circuit G3, when a high voltage pulse is applied to the bonding pad PO, the protection diodes D5 and D
6 is turned on, and the voltage applied to the output buffer BO via the protection resistor R2 is reduced.
【0009】図6は、従来からのESD保護がなされた
NAND論理ゲートの入力セルの一例の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of an example of an input cell of a NAND logic gate which is conventionally ESD protected.
【0010】この図6にあっては、PチャネルMOSト
ランジスタTP1及びTP2とNチャネルMOSトラン
ジスタTN1及びTN2によって構成されるNAND論
理ゲートと、ボンディングパッドPI2と共に、入力セ
ルへ作り込まれるESD保護回路G4が示される。該E
SD保護回路G4は、保護ダイオードD7及びD8と、
保護抵抗R3とによって構成されている。このようなE
SD保護回路G4についても、ボンディングパッドPI
2へ外部から高電圧パルスが印加されてしまったとして
も、前記保護ダイオードD7やD8がオンとなること
で、前記保護抵抗R3を介して前記NAND論理ゲート
の入力へ印加される電圧が低減される。In FIG. 6, an ESD protection circuit G4 built into an input cell is formed together with a NAND logic gate composed of P channel MOS transistors TP1 and TP2 and N channel MOS transistors TN1 and TN2, and a bonding pad PI2. Is shown. The E
The SD protection circuit G4 includes protection diodes D7 and D8,
It is constituted by a protection resistor R3. E like this
Also for the SD protection circuit G4, the bonding pad PI
Even if a high voltage pulse is externally applied to 2, the protection diodes D7 and D8 are turned on to reduce the voltage applied to the input of the NAND logic gate through the protection resistor R3. It
【0011】なお、該NAND論理ゲートの他方の入力
には、内部回路からの信号SSが入力されている。該N
AND論理ゲートの入力セルは、例えば発振回路の一部
等に用いられる。例えば、前記ボンディングパッドPI
2から入力される信号と、発振信号に係る前記信号SS
との論理積によって、該ボンディングパッドPI2を経
て入力される信号に従って、発振あるいはその停止を切
り換えることができる。The signal SS from the internal circuit is input to the other input of the NAND logic gate. The N
The input cell of the AND logic gate is used, for example, in a part of the oscillation circuit. For example, the bonding pad PI
2 and the signal SS related to the oscillation signal
According to a signal input through the bonding pad PI2, oscillation or its stop can be switched by a logical product of the above and.
【0012】図7は、従来からのESD保護がなされた
NAND論理ゲートの出力セルの一例の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of an example of an output cell of a NAND logic gate which has been conventionally ESD-protected.
【0013】この図7にあっては、PチャネルMOSト
ランジスタTP3及びTP4とNチャネルMOSトラン
ジスタTN3及びTN4によって構成されるNAND論
理ゲートと、ボンディングパッドPO2と共に、出力セ
ルへ作り込まれるESD保護回路G5が示される。該E
SD保護回路G5は、保護ダイオードD9及びD10
と、保護抵抗R6とによって構成されている。このよう
なESD保護回路G5についても、ボンディングパッド
PO2へ外部から高電圧パルスが印加されてしまったと
しても、前記保護ダイオードD9やD10がオンとなる
ことで、前記保護抵抗R6を介して前記NAND論理ゲ
ートの入力へ印加される電圧が低減される。In FIG. 7, an ESD protection circuit G5 built into an output cell is formed together with a NAND logic gate composed of P channel MOS transistors TP3 and TP4 and N channel MOS transistors TN3 and TN4, and a bonding pad PO2. Is shown. The E
The SD protection circuit G5 includes protection diodes D9 and D10.
And a protection resistor R6. Even in such an ESD protection circuit G5, even if a high voltage pulse is externally applied to the bonding pad PO2, the protection diodes D9 and D10 are turned on, and the NAND is connected via the protection resistor R6. The voltage applied to the input of the logic gate is reduced.
【0014】なお、該NAND論理ゲートの2つの入力
には、それぞれ、内部回路からの信号SCK又はSEN
が入力されている。該NAND論理ゲートの出力セル
は、例えば発振回路の一部等に用いられる。例えば、内
部で発生されたクロック信号である前記信号SCKと、
内部で得たイネーブル信号である前記信号SENとの論
理積によって、該信号SENに従って、前記信号SCK
のクロック信号の外部回路への供給あるいはその停止を
切り換えることができる。The two inputs of the NAND logic gate respectively have the signal SCK or SEN from the internal circuit.
Has been entered. The output cell of the NAND logic gate is used, for example, as a part of an oscillation circuit. For example, the signal SCK, which is a clock signal generated internally,
According to the signal SEN, the signal SCK is obtained by a logical product of the signal SEN which is an enable signal obtained internally.
It is possible to switch the supply or stop of the clock signal to the external circuit.
【0015】[0015]
【発明が達成しようとする課題】しかしながら、以上説
明したように集積回路では従来からESD保護がなさ
れ、相応の効果が得られているものの、外部から印加さ
れてしまう高電圧に対する耐圧はより高められることが
好ましい。However, as described above, although the integrated circuit has been conventionally provided with the ESD protection and the corresponding effect is obtained, the withstand voltage against a high voltage applied from the outside is further enhanced. It is preferable.
【0016】特に、従来から、このような耐圧を向上さ
せることが困難なものがあるので、このようなものの耐
圧はより高められる必要がある。例えば、図7に示した
NAND論理ゲートの出力セルでは、例えば前記図4の
単純な前記入力バッファBIの入力セルや、前記図5の
単純な前記出力バッファBOの出力セルに比べ、外部か
ら印加されてしまう高電圧に対する耐圧を向上させるこ
とが困難である。In particular, since it has been conventionally difficult to improve the withstand voltage, it is necessary to further increase the withstand voltage. For example, in the output cell of the NAND logic gate shown in FIG. 7, compared with the input cell of the simple input buffer BI shown in FIG. 4 and the output cell of the simple output buffer BO shown in FIG. It is difficult to improve the breakdown voltage against the high voltage that is generated.
【0017】これは、1つには、NAND論理ゲートの
出力セルは入力バッファBIや出力バッファBO等に比
べより多くの素子を用いているため、各素子の大きさ、
例えばトランジスタサイズが小さくなってしまうためで
ある。例えば、前記NチャネルMOSトランジスタTN
1〜4の接合面積が縮小されてしまうと、これらトラン
ジスタTP1〜4及びTN1〜4に関して生成される寄
生ダイオードの耐圧が低下してしまう。This is because the output cells of the NAND logic gate use more elements than the input buffer BI, the output buffer BO, etc.
This is because the transistor size becomes smaller, for example. For example, the N-channel MOS transistor TN
If the junction area of 1 to 4 is reduced, the breakdown voltage of the parasitic diode generated for these transistors TP1 to TN4 and TN1 to 4 will decrease.
【0018】又、このようなNAND論理ゲートの出力
セルにあって、前記NチャネルMOSトランジスタTN
3は等価的に寄生ダイオードが直接ボンディングパッド
PO2側へ接続されているものの、前記NチャネルMO
SトランジスタTN4の寄生ダイオードは、等価的に前
記NチャネルMOSトランジスタTN3を経由してボン
ディングパッドPO2へ接続される。このため、該Nチ
ャネルMOSトランジスタTN4による寄生ダイオード
の接合面積が減少してしまう。この様に接合面積が減少
してしまうと、外部から印加されてしまう高電圧に対す
る耐圧が低下してしまう。In the output cell of such a NAND logic gate, the N-channel MOS transistor TN is
3 is equivalently connected with the parasitic diode directly to the bonding pad PO2 side, but the N-channel MO
The parasitic diode of the S transistor TN4 is equivalently connected to the bonding pad PO2 via the N channel MOS transistor TN3. Therefore, the junction area of the parasitic diode formed by the N-channel MOS transistor TN4 is reduced. If the junction area is reduced in this way, the breakdown voltage against a high voltage applied from the outside will be reduced.
【0019】なお、外部から印加されてしまう高電圧に
対する耐圧を向上させるため、例えば前記PチャネルM
OSトランジスタTP1や前記NチャネルMOSトラン
ジスタTN1のトランジスタサイズを拡大することも考
えられる。しかしながら、このようにトランジスタサイ
ズを拡大すれば、通常、集積回路レイアウト上、不都合
が生じてしまう恐れがあることは言うまでもない。In order to improve the breakdown voltage against a high voltage applied from the outside, for example, the P channel M is used.
It is also conceivable to increase the transistor sizes of the OS transistor TP1 and the N-channel MOS transistor TN1. However, it goes without saying that, if the transistor size is increased in this way, inconvenience may normally occur in the integrated circuit layout.
【0020】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、集積回路面積の増加を抑えながら、
ESD保護をより効果的に行い、保護しようとする入力
セル、出力セルあるいは双方向の入出力セルの耐圧を向
上することができるESD保護回路(静電破壊保護回
路)を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and suppresses an increase in integrated circuit area,
An object of the present invention is to provide an ESD protection circuit (electrostatic breakdown protection circuit) capable of more effectively performing ESD protection and improving the withstand voltage of an input cell, an output cell or a bidirectional input / output cell to be protected. To do.
【0021】[0021]
【課題を達成するための手段】本発明は、セミカスタム
方式の集積回路チップの入力セル、出力セルあるいは双
方向の入出力セルに対して備えられ、パッケージに設け
られるリードフレーム、及び該リードフレームに接続す
るボンディングワイヤを経て印加される静電高電圧から
内部回路を保護する静電破壊保護回路において、静電破
壊保護対象のセルに隣接する、信号の入出力には用いて
いない未使用セル内の静電破壊保護回路と、前記静電破
壊保護対象セルがボンディングワイヤにて接続される前
記リードフレームに、前記静電破壊保護回路を接続す
る、前記ボンディングワイヤより太い低インピーダンス
ボンディングワイヤとを備えたことにより、前記課題を
達成したものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a lead frame provided for a package, which is provided for an input cell, an output cell or a bidirectional input / output cell of a semi-custom type integrated circuit chip, and the lead frame. An unused cell that is adjacent to the cell subject to electrostatic breakdown protection and is not used for signal input / output in the electrostatic breakdown protection circuit that protects the internal circuit from the electrostatic high voltage applied via the bonding wire connected to An electrostatic breakdown protection circuit inside, and a low-impedance bonding wire thicker than the bonding wire for connecting the electrostatic breakdown protection circuit to the lead frame to which the electrostatic breakdown protection target cell is connected by a bonding wire. The provision has achieved the above-mentioned problems.
【0022】又、前記静電破壊保護回路において、前記
低インピーダンスボンディングワイヤが、前記ボンディ
ングワイヤと同じ太さのものを複数並行して用いたもの
であることにより、前記ボンディングワイヤより等価的
に太くされていることにより、前記課題を達成すると共
に、前記低インピーダンスボンディングワイヤの太さを
他のボンディングワイヤと同じにすることで製造工程の
簡素化を図り、製造コスト低減等を図ると共に、外部か
ら印加されてしまうパルス性で多くの高周波成分を含む
高電圧パルスに対するインピーダンスを低減すること
で、前記未使用セル内の静電破壊保護回路側へ流し込む
高電圧パルスの電流を増加し、結果として静電破壊保護
対象のセルの耐圧を更に向上したものである。ここで、
同一断面積であっても、太めの1本のみのボンディング
ワイヤに比べ、細めの複数本のボンディングワイヤを用
いる場合の方が導体表面積が増大され、高周波に対する
いわゆる表皮効果が低減されるため、インピーダンスが
抑えられる。In the electrostatic breakdown protection circuit, the low-impedance bonding wire is equivalently thicker than the bonding wire because a plurality of low-impedance bonding wires having the same thickness as the bonding wire are used in parallel. In addition to achieving the above problems, the thickness of the low-impedance bonding wire is made the same as other bonding wires to simplify the manufacturing process, reduce the manufacturing cost, and so on. By reducing the impedance to the high voltage pulse containing many high frequency components due to the applied pulse property, the current of the high voltage pulse flowing to the electrostatic breakdown protection circuit side in the unused cell is increased, resulting in The breakdown voltage of the cell to be protected against electric breakdown is further improved. here,
Even if the cross-sectional area is the same, the conductor surface area is increased and the so-called skin effect against high frequencies is reduced when using a plurality of thin bonding wires, as compared to a single thick bonding wire. Can be suppressed.
【0023】[0023]
【作用】本発明にあっては、設計や製造のTAT(turn
around time)が短いために近年多く用いられている、
設計工程あるいは製造工程の少なくとも一部を共通化し
て予め準備したセミカスタム方式の集積回路に着目して
いる。このセミカスタム方式の集積回路には、スタンダ
ードセル方式の集積回路や、ゲートアレイ方式の集積回
路等がある。前記スタンダードセル方式の集積回路は、
登録済みのセルを集積回路に組み込む回路に従って配置
し、相互配線するという設計方法による。一方、前記ゲ
ートアレイ方式の集積回路は、配線工程以前で加工され
る行列状に配置されたセル群を共通化し、集積回路に組
み込まれる回路に従って、これ以降の配線工程を設計し
たり作り込むというものである。In the present invention, the TAT (turn
It has been widely used in recent years due to its short around time,
Attention is paid to a semi-custom type integrated circuit prepared in advance by standardizing at least a part of the design process or the manufacturing process. The semi-custom type integrated circuit includes a standard cell type integrated circuit and a gate array type integrated circuit. The standard cell type integrated circuit is
According to a design method in which registered cells are arranged according to a circuit to be incorporated in an integrated circuit and interconnected. On the other hand, in the gate array type integrated circuit, a group of cells arranged in a matrix that is processed before the wiring process is shared, and the subsequent wiring process is designed or built according to the circuit incorporated in the integrated circuit. It is a thing.
【0024】このようなセミカスタム方式の集積回路に
あっては、発明者の調査によれば、集積回路チップの外
周に配置される入力セルや出力セル、あるいは双方向の
入出力セルにあって、未使用のものが少なくないことが
見受けられる。例えば、ある1シリーズのセミカスタム
方式の集積回路チップでは、1つの集積回路チップ当
り、20〜40%程度、このようなセルが未使用が見ら
れる。According to a research conducted by the inventor, such a semi-custom type integrated circuit has an input cell or an output cell arranged on the outer periphery of the integrated circuit chip, or a bidirectional input / output cell. It can be seen that there are many unused ones. For example, in one series of semi-custom type integrated circuit chips, about 20 to 40% of such cells are unused per integrated circuit chip.
【0025】なお、このような未使用セルの比率はケー
スバイケースでばらつくものである。例えば、一般的な
傾向としては、ダイサイズ(チップサイズ)が大きくな
るにつれて、配置可能な入力セルや出力セル又双方向の
入出力セルの数が増えるため、未使用セルの数も増える
ようである。The ratio of such unused cells varies on a case-by-case basis. For example, as a general trend, as the die size (chip size) increases, the number of input cells, output cells, or bidirectional input / output cells that can be arranged increases, so the number of unused cells also increases. is there.
【0026】本発明にあっては、このような未使用セル
に着目し、当該未使用セル内の静電破壊保護回路を、実
際に使用されている隣接する他のセルのESD保護に活
用している。このように本発明では、従来未使用であっ
たセルを用いてESD保護を行っているため、集積回路
面積の増加を抑えながら、ESD保護をより効果的に行
うことができる。In the present invention, attention is paid to such an unused cell, and the electrostatic breakdown protection circuit in the unused cell is utilized for ESD protection of another adjacent cell that is actually used. ing. As described above, in the present invention, since the ESD protection is performed by using the cell which has not been used conventionally, the ESD protection can be more effectively performed while suppressing the increase of the integrated circuit area.
【0027】又、本発明にあっては、このようにESD
保護対象のセルに隣接する未使用セル内のESD保護回
路を用いて、実際に使用するセルの、外部から印加され
てしまう高電圧に対する耐圧をより効果的に向上する構
成も見出している。Further, according to the present invention, the ESD
The inventors have also found a configuration in which an ESD protection circuit in an unused cell adjacent to a cell to be protected is used to more effectively improve the breakdown voltage of an actually used cell against a high voltage applied from the outside.
【0028】本発明では、ESD保護対象となるセル
と、高電圧が侵入する恐れのある信号の入出力に用いる
リードフレームとの接続に用いるボンディングワイヤの
太さに比べ、該リードフレームと前記未使用セルとを接
続するボンディングワイヤの太さをより太くしている。
従って、該リードフレームから前記ESD保護対象セル
へのインピーダンスに比べ、該リードフレームから前記
未使用セルへのインピーダンスの方がより低くなる。従
って、該リードフレームに外部から印加されてしまう高
電圧による電流は、前記未使用セル側へより多く流れ込
むため、前記ESD保護対象セルの耐圧をより高めるこ
とが可能である。In the present invention, compared with the thickness of the bonding wire used for connecting the cell which is the object of ESD protection and the lead frame used for inputting and outputting the signal which may intrude a high voltage, the lead frame and The thickness of the bonding wire connecting the used cell is made thicker.
Therefore, the impedance from the lead frame to the unused cell is lower than the impedance from the lead frame to the ESD protection target cell. Therefore, a large amount of current due to a high voltage applied to the lead frame from the outside flows into the unused cell side, so that the withstand voltage of the ESD protection target cell can be further increased.
【0029】ここで、ボンディングワイヤのインダクタ
ンスLは、次式で求めることができる。Here, the inductance L of the bonding wire can be obtained by the following equation.
【0030】 L=(μ/(2×π))×ln(4×h/d) …(1)L = (μ / (2 × π)) × ln (4 × h / d) (1)
【0031】ここで、μは透磁率であり、hはボンディ
ングワイヤのグランドや電源等の定電位物体からの距離
であり、dはボンディングワイヤの半径であり、lnは
自然対数関数である。静電気等、外部から印加されてし
まう高電圧は、一般に極短時間のパルス性の電流とな
る。このような急激な電流の立ち上がりの電流は、イン
ピーダンスにあって特にインダクタンス成分が問題とな
り、インダクタンスが小さい程流れ易い。従って、前記
ESD保護対象セル側に比べ、前記未使用セル側のボン
ディングワイヤのインダクタンスを前述のように小さく
することで、前記ESD保護対象セル側に流れ込む電流
を抑え、この耐圧を効果的に向上することができる。Here, μ is the magnetic permeability, h is the distance from the constant potential object such as the ground of the bonding wire or the power source, d is the radius of the bonding wire, and ln is the natural logarithmic function. A high voltage applied from the outside such as static electricity is generally a pulsed current for an extremely short time. Such an abrupt rising current has a problem in the impedance component particularly in the impedance, and the smaller the inductance, the easier the current flows. Therefore, by making the inductance of the bonding wire on the unused cell side smaller than that on the side of the ESD protection target cell, the current flowing into the ESD protection target cell side is suppressed and the breakdown voltage is effectively improved. can do.
【0032】[0032]
【実施例】以下、図を用いて本発明の実施例を詳細に説
明する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0033】図1は、本発明が適用された集積回路の第
1実施例の一部平面図である。FIG. 1 is a partial plan view of a first embodiment of an integrated circuit to which the present invention is applied.
【0034】この図1にあっては、本実施例における特
に本発明の適用部分である、ESD保護対象の出力セル
C4、及び、未使用の出力セルC5、又これらが接続さ
れる集積回路パッケージに設けられたリードフレームL
4、及びその周辺の平面図が示される。なお、入力セル
C1〜C3、C6及びC7のボンディングパッドP1〜
P3、P6及びP7は、それぞれ、該集積回路外部から
信号を入力するために集積回路パッケージに設けたリー
ドフレームL1〜L3、L6及びL7に対して、ボンデ
ィングワイヤW1〜W3、W6及びW7によって接続さ
れている。In FIG. 1, an output cell C4 which is an ESD protection target, an unused output cell C5, and an integrated circuit package to which these are connected, which is a part to which the present invention is particularly applied in this embodiment. Lead frame L provided on
4 and a plan view of the periphery thereof are shown. The bonding pads P1 to C1 of the input cells C1 to C3, C6 and C7
P3, P6 and P7 are respectively connected by bonding wires W1 to W3, W6 and W7 to lead frames L1 to L3, L6 and L7 provided in the integrated circuit package for inputting signals from outside the integrated circuit. Has been done.
【0035】前記出力セルC4については、他のボンデ
ィングワイヤW1〜W3、W6及びW7と同一の太さの
ボンディングワイヤW4にて、前記リードフレームL4
に接続されている。又、未使用の前記出力セルC5の前
記ボンディングパッドP5は、他のボンディングワイヤ
W1〜W4、及びW6〜W7より太くされたボンディン
グワイヤW5によって、前記ボンディングパッドP4も
接続されている前記リードフレームL4に接続される。For the output cell C4, the lead wire L4 is formed by the bonding wire W4 having the same thickness as the other bonding wires W1 to W3, W6 and W7.
It is connected to the. Also, the bonding pad P5 of the unused output cell C5 is connected to the lead frame L4 to which the bonding pad P4 is also connected by the bonding wire W5 thicker than the other bonding wires W1 to W4 and W6 to W7. Connected to.
【0036】図2は、本第1実施例の本発明の適用部分
の等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a portion to which the present invention of the first embodiment is applied.
【0037】この図2では、本発明が適用されている前
記出力セルC4及びC5に関する等価回路図が示され
る。In FIG. 2, an equivalent circuit diagram relating to the output cells C4 and C5 to which the present invention is applied is shown.
【0038】まず、前記ボンディングパッドP4に係る
前記出力セルC4は、前記図7を用いて説明したもので
あり、前記ESD保護回路G5と、前記PチャネルMO
SトランジスタTP3及びTP4又前記NチャネルMO
SトランジスタTN3及びTN4で構成されるNAND
論理ゲートG1とで構成される。又、前記ボンディング
パッドP4は、インピーダンスR4の前記ボンディング
ワイヤW4によって、前記リードフレームL4に接続さ
れている。なお、該出力セルC4は、NAND論理演算
結果をリードフレームL4から出力する。First, the output cell C4 related to the bonding pad P4 has been described with reference to FIG. 7, and the ESD protection circuit G5 and the P channel MO are provided.
S transistors TP3 and TP4 and the N channel MO
NAND composed of S transistors TN3 and TN4
It is composed of a logic gate G1. The bonding pad P4 is connected to the lead frame L4 by the bonding wire W4 having an impedance R4. The output cell C4 outputs the NAND logical operation result from the lead frame L4.
【0039】一方、前記ボンディングパッドP5に係る
前記出力セルC5は、前記図5を用いて前述した出力セ
ルであり、前記ESD保護回路G3及び前記出力バッフ
ァBOを備える。又、該出力セルC5の前記ボンディン
グパッドP5は、インピーダンスR5の前記ボンディン
グワイヤW5によって、前記リードフレームL4に接続
されている。なお、該出力セルC5は、前記出力セルC
4のESD保護のために用いられており、内部回路の信
号の出力には用いられていない未使用セルである。On the other hand, the output cell C5 related to the bonding pad P5 is the output cell described above with reference to FIG. 5, and includes the ESD protection circuit G3 and the output buffer BO. The bonding pad P5 of the output cell C5 is connected to the lead frame L4 by the bonding wire W5 having an impedance R5. The output cell C5 is the output cell C.
4 is an unused cell that is used for the ESD protection of No. 4 and is not used for outputting the signal of the internal circuit.
【0040】ここで、NAND論理ゲートの前記出力セ
ルC4は、出力バッファの前記出力セルC5と同一の大
きさである。しかしながら、該出力セルC4は、外部か
ら印加されてしまう高電圧に対する耐圧が、他の出力バ
ッファを用いた一般的な出力セル、例えば前記出力セル
C5に比べてより低くされてしまっている。このため、
本実施例にあっては、このように耐圧が低い前記出力セ
ルC4に並行して、前記リードフレームL4に前記出力
セルC5がESD保護のために接続されている。Here, the output cell C4 of the NAND logic gate has the same size as the output cell C5 of the output buffer. However, the output cell C4 has a lower withstand voltage against a high voltage applied from the outside than a general output cell using another output buffer, for example, the output cell C5. For this reason,
In this embodiment, the output cell C5 is connected to the lead frame L4 for ESD protection in parallel with the output cell C4 having such a low breakdown voltage.
【0041】又、ここで、ESD保護対象の前記出力セ
ルC4の前記ボンディングワイヤW4の太さは、前記図
1にも図示される如く、前記ボンディングワイヤW1〜
W3、W6、W7等と同じである。これに対して、ES
D保護に用いる前記出力セルC5については、前記図1
にも図示される如く前記ボンディングワイヤW5の太さ
が他に比べより太くされ、従って前記インピーダンスR
5が小さくされ、特に該インピーダンスR5のインダク
タンス成分が小さくされている。このため、前記リード
フレームL4に対して外部から高電圧パルスが印加され
た場合、これによる電流は主としてESD保護用の前記
出力セルC5側へ流れる。結果として、ESD保護対象
の前記出力セルC4の耐圧がより向上される。Further, here, the thickness of the bonding wire W4 of the output cell C4 which is the object of ESD protection is the same as the bonding wires W1 to W1 as shown in FIG.
The same as W3, W6, W7, etc. On the other hand, ES
The output cell C5 used for D protection is shown in FIG.
Also, as shown in the figure, the thickness of the bonding wire W5 is made thicker than the others, so that the impedance R
5 is made small, and in particular, the inductance component of the impedance R5 is made small. Therefore, when a high voltage pulse is applied to the lead frame L4 from the outside, the resulting current mainly flows to the output cell C5 side for ESD protection. As a result, the breakdown voltage of the output cell C4 that is the object of ESD protection is further improved.
【0042】以上説明したとおり、本第1実施例によれ
ば、一般的な出力バッファを用いた出力セルに比べて耐
圧が低い傾向にある、NAND論理ゲートの前記出力セ
ルC4に対して流れ込む、外部から高電圧パルスが印加
されてしまったときに生じる電流を抑えることができ
る。これによって、このような前記出力セルC4の耐圧
を、前記図4に示した出力バッファを用いる出力セルと
同等、あるいはそれ以上に向上させることが可能であ
る。又、このように前記出力セルC4の耐圧を向上させ
る際、用いられる前記出力セルC5はもともと未使用セ
ルであるため、特に集積回路面積の低下や、集積度の低
下等の問題を生じることはない。As described above, according to the first embodiment, the breakdown voltage tends to be lower than that of an output cell using a general output buffer, and the current flows into the output cell C4 of the NAND logic gate. The current generated when a high voltage pulse is applied from the outside can be suppressed. This makes it possible to improve the breakdown voltage of the output cell C4 to the same level as or higher than that of the output cell using the output buffer shown in FIG. Further, when the withstand voltage of the output cell C4 is thus improved, the output cell C5 used is originally an unused cell, so that problems such as a reduction in the integrated circuit area and a reduction in the degree of integration are not caused. Absent.
【0043】図3は、本発明が適用された静電破壊保護
回路の第2実施例の主要部の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a main portion of a second embodiment of the electrostatic breakdown protection circuit to which the present invention is applied.
【0044】この図3に示される本第2実施例にあって
は、前記図1と比較して明らかなとおり、前記第1実施
例の前記ボンディングワイヤW5が、合計2本のボンデ
ィングワイヤW5a及びW5bに置き換えられたもので
ある。これらボンディングワイヤW5a及びW5bは、
それぞれ前記ボンディングワイヤW1〜W4、W6及び
W7等と同一の太さである。又、これらボンディングワ
イヤW5a及びW5bの断面積の合計は、前記ボンディ
ングワイヤW5の断面積と同一となっている。In the second embodiment shown in FIG. 3, as apparent from the comparison with FIG. 1, the bonding wires W5 of the first embodiment are two bonding wires W5a and two bonding wires W5a in total. It is replaced by W5b. These bonding wires W5a and W5b are
The bonding wires W1 to W4, W6, and W7 have the same thickness. The total cross-sectional area of the bonding wires W5a and W5b is the same as the cross-sectional area of the bonding wire W5.
【0045】このような本第2実施例にあっては、前記
ボンディングワイヤW5a及びW5bの合成インダクタ
ンスは、前記ボンディングワイヤW5と同等あるいはこ
れ以下である。特に、外部から急激な電流変化のある高
電圧パルスの印加時等、高周波成分電流がより多く流れ
る場合、いわゆる表皮効果によって電流は導体表面に集
中するため、これらボンディングワイヤW5a及びW5
bの合成インピーダンスは、前記ボンディングワイヤW
5に比べより小さくなる。In the second embodiment as described above, the combined inductance of the bonding wires W5a and W5b is equal to or less than that of the bonding wire W5. In particular, when a large amount of high-frequency component current flows, such as when a high-voltage pulse with a sudden current change is applied from the outside, the current concentrates on the conductor surface due to the so-called skin effect, so these bonding wires W5a and W5
The composite impedance of b is the bonding wire W
It is smaller than 5.
【0046】従って、本第2実施例によれば、前記リー
ドフレームL4に対して外部から印加されてしまう高電
圧による電流を、ESD保護用に用いられる前記出力セ
ルC5側へとより多く流し込むことができ、効果的に前
記出力セルC4を保護することができる。又、本第2実
施例は、前記ボンディングワイヤW5a及びW5bに
は、他のボンディングワイヤW1〜W4等と同一の太さ
のものが用いられているため、ボンディング工程を簡略
化することができる。Therefore, according to the second embodiment, more current due to a high voltage applied from the outside to the lead frame L4 is made to flow into the output cell C5 side used for ESD protection. Therefore, the output cell C4 can be effectively protected. Further, in the second embodiment, since the bonding wires W5a and W5b having the same thickness as the other bonding wires W1 to W4 are used, the bonding process can be simplified.
【0047】なお、前記リードフレームL4へ外部から
印加されてしまった高電圧による電流をESD保護用に
用いる前記出力セルC5側へより多く流し込むという観
点では、該出力セルC5のボンディングワイヤの太さ
は、相対的に前記出力セルC4のものより太ければよ
い。従って、該出力セルC5の接続に用いるボンディン
グワイヤの太さは通常のものとしておき、保護対象とな
る前記出力セルC4側のボンディングワイヤを通常より
細くすることも考えられる。しかしながら、該出力セル
C4のボンディングワイヤは信号線でもあるため、細く
してしまうと、信号の伝達速度が低下してしまう等の性
能低下を生じてしまう。From the viewpoint of flowing more current due to the high voltage externally applied to the lead frame L4 to the output cell C5 side used for ESD protection, the thickness of the bonding wire of the output cell C5 is larger. Is relatively thicker than that of the output cell C4. Therefore, it is conceivable that the bonding wire used for connecting the output cell C5 has a normal thickness and the bonding wire on the output cell C4 side to be protected is thinner than usual. However, since the bonding wire of the output cell C4 is also a signal line, if it is made thin, performance deterioration such as a decrease in signal transmission speed will occur.
【0048】なお、以上説明した第1実施例及び第2実
施例にあっては、1つのESD保護対象となる出力セル
に対して、1つの未使用セルをESD保護用に用いてい
る。しかしながら、本発明はこのようなものに限定され
るものではなく、例えば未使用セルが複数あり、又保護
対象のセルが接続されるリードフレームにボンディング
スペースの余裕がある場合には、1つのESD保護対象
のセルに対して複数の保護用のセルを接続してもよい。
又、前述した第1実施例及び第2実施例はいずれもES
D保護対象セルが出力セルとなっているが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、例えば入力セルや双方向
の入出力セルについても、同様にESD保護対象とする
ことができる。In the first and second embodiments described above, one unused cell is used for ESD protection for one output cell that is the object of ESD protection. However, the present invention is not limited to this, and for example, when there are a plurality of unused cells and there is a bonding space in the lead frame to which the cells to be protected are connected, one ESD is used. A plurality of cells for protection may be connected to the cell to be protected.
In addition, both the first and second embodiments described above are ES
Although the D protection target cell is an output cell, the present invention is not limited to this, and for example, an input cell or a bidirectional input / output cell can be similarly subject to ESD protection.
【0049】なお、前記第1実施例においても、前記第
2実施例においても、前記リードフレームL4に対する
複数のボンディングワイヤのボンディングは、平面的に
異なる位置になされている。しかしながら、技術的に可
能であれば、ダブルボンディングとして、複数のボンデ
ィングワイヤを順次積み重ねるように、積層してボンデ
ィングしてもよい。In both the first embodiment and the second embodiment, the bonding of the plurality of bonding wires to the lead frame L4 is made at different positions in plan view. However, if technically possible, as a double bonding, a plurality of bonding wires may be stacked and bonded so as to be sequentially stacked.
【0050】なお、前記第1実施例及び前記第2実施例
については、前記図2を用いて前述したとおり、前記図
7に示したNAND論理ゲートの出力セルに本発明を適
用したものである。しかしながら、本発明はこれに限定
されるものではない。例えば、前記図4の入力セル、前
記図5の出力セル、更には前記図6のNAND論理ゲー
トの入力セルにも、前記1実施例や前記第2実施例を適
用することも可能である。In the first and second embodiments, the present invention is applied to the output cell of the NAND logic gate shown in FIG. 7, as described above with reference to FIG. . However, the present invention is not limited to this. For example, the first embodiment and the second embodiment can be applied to the input cell of FIG. 4, the output cell of FIG. 5, and the input cell of the NAND logic gate of FIG.
【0051】[0051]
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
集積回路面積の増加を抑えながら、静電破壊保護をより
効果的に行い、保護しようとする入力セル、出力セルあ
るいは双方向の入出力セルの耐圧を向上することができ
るという優れた効果を得ることができる。As described above, according to the present invention,
An excellent effect that electrostatic discharge protection can be more effectively performed while suppressing an increase in integrated circuit area and the withstand voltage of an input cell, an output cell or a bidirectional input / output cell to be protected can be improved. be able to.
【図1】本発明が適用された集積回路の第1実施例の一
部平面図FIG. 1 is a partial plan view of a first embodiment of an integrated circuit to which the present invention is applied.
【図2】前記第1実施例の本発明適用部分の等価回路図FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the portion of the first embodiment to which the present invention is applied.
【図3】本発明が適用された集積回路の第2実施例の一
部平面図FIG. 3 is a partial plan view of a second embodiment of an integrated circuit to which the present invention is applied.
【図4】従来の静電破壊保護回路を備えた入力セルの回
路図FIG. 4 is a circuit diagram of an input cell including a conventional electrostatic breakdown protection circuit.
【図5】従来の静電破壊保護回路を備えた出力セルの回
路図FIG. 5 is a circuit diagram of an output cell equipped with a conventional electrostatic breakdown protection circuit.
【図6】従来の静電破壊保護回路を備えたNAND論理
ゲートの入力セルの回路図FIG. 6 is a circuit diagram of an input cell of a NAND logic gate having a conventional electrostatic breakdown protection circuit.
【図7】従来の静電破壊保護回路を備えたNAND論理
ゲートの出力セルの回路図FIG. 7 is a circuit diagram of an output cell of a NAND logic gate having a conventional electrostatic breakdown protection circuit.
C1〜C7…セル P1〜P7、PI、PI2、PO…ボンディングパッド W1〜W7、W5a、W5b…ボンディングワイヤ L1〜L7…リードフレーム G1、G3〜G5…ESD保護回路 D1、D2、D5〜D10…保護ダイオード R1〜R6…保護抵抗 BI…入力バッファ BO…出力バッファ TP1〜TP4…PチャネルMOSトランジスタ TN1〜TN4…NチャネルMOSトランジスタ S4、SI、SI2、SO、SS、SCK、SEN…信
号 VDD…電源 G…グランドC1-C7 ... Cell P1-P7, PI, PI2, PO ... Bonding pad W1-W7, W5a, W5b ... Bonding wire L1-L7 ... Lead frame G1, G3-G5 ... ESD protection circuit D1, D2, D5-D10 ... Protection diodes R1 to R6 ... Protection resistance BI ... Input buffer BO ... Output buffer TP1 to TP4 ... P channel MOS transistors TN1 to TN4 ... N channel MOS transistors S4, SI, SI2, SO, SS, SCK, SEN ... Signal VDD ... Power supply G ... Grand
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/60 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 23/60
Claims (2)
セル、出力セルあるいは双方向の入出力セルに対して備
えられ、パッケージに設けられるリードフレーム、及び
該リードフレームに接続するボンディングワイヤを経て
印加される静電高電圧から内部回路を保護する静電破壊
保護回路において、 静電破壊保護対象のセルに隣接する、信号の入出力には
用いていない未使用セル内の静電破壊保護回路と、 前記静電破壊保護対象セルがボンディングワイヤにて接
続される前記リードフレームに、前記静電破壊保護回路
を接続する、前記ボンディングワイヤより太い低インピ
ーダンスボンディングワイヤとを備えたことを特徴とす
る静電破壊保護回路。1. A lead frame provided for an input cell, an output cell, or a bidirectional input / output cell of a semi-custom type integrated circuit chip, which is provided in a package, and a bonding wire which is connected to the lead frame. In the electrostatic breakdown protection circuit that protects the internal circuit from the high electrostatic voltage that is generated, the electrostatic breakdown protection circuit in an unused cell that is not used for signal input / output adjacent to the cell subject to electrostatic breakdown protection A static low impedance bonding wire that is thicker than the bonding wire and that connects the electrostatic breakdown protection circuit to the lead frame to which the electrostatic breakdown protection target cell is connected by a bonding wire. Electric breakdown protection circuit.
ボンディングワイヤが、 前記ボンディングワイヤと同じ太さのものを複数並行し
て用いたものであることにより、 前記ボンディングワイヤより等価的に太くされているこ
とを特徴とする静電破壊保護回路。2. The low-impedance bonding wire according to claim 1, which is equivalently thicker than the bonding wire because a plurality of wires having the same thickness as the bonding wire are used in parallel. An electrostatic breakdown protection circuit characterized by the following.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7073345A JPH08274261A (en) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | Electrostatic breakdown protective circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7073345A JPH08274261A (en) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | Electrostatic breakdown protective circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08274261A true JPH08274261A (en) | 1996-10-18 |
Family
ID=13515486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7073345A Pending JPH08274261A (en) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | Electrostatic breakdown protective circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08274261A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7173326B2 (en) | 2003-06-24 | 2007-02-06 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor integrated device |
CN100356564C (en) * | 2004-06-25 | 2007-12-19 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Electrostatic discharge (ESD) protection for integrated circuit packages |
JP2012124810A (en) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Seiko Epson Corp | Integrated circuit device, electronic apparatus, and method of manufacturing integrated circuit device |
US9633969B2 (en) | 2015-09-11 | 2017-04-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device, semiconductor chip, and method of manufacturing semiconductor device |
-
1995
- 1995-03-30 JP JP7073345A patent/JPH08274261A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7173326B2 (en) | 2003-06-24 | 2007-02-06 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor integrated device |
CN100356564C (en) * | 2004-06-25 | 2007-12-19 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Electrostatic discharge (ESD) protection for integrated circuit packages |
JP2012124810A (en) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Seiko Epson Corp | Integrated circuit device, electronic apparatus, and method of manufacturing integrated circuit device |
US9633969B2 (en) | 2015-09-11 | 2017-04-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device, semiconductor chip, and method of manufacturing semiconductor device |
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