(57)【要約】  半導体装置及び接触センサ装置を提供する。この半導体装置は、接触信号を感知して感知信号を生成する感知信号発生器が集積化されたダイと、ダイに取り付けられて接触信号を生成する伝導性のダイ付着パッドと、ダイとダイ付着パッドとをパッケージングするパッケージとを備え、ダイ付着パッドは、パッケージへの接触物体の接触の有無により接触信号を生成することを特徴とする。この接触センサ装置は、ディジチェーン構造で接続された複数個の半導体装置を備えることを特徴とする。したがって、本発明の半導体装置は、ダイ製造時に、既に接触パッドの大きさと位置がわかっていて感度調整作業が簡単であり、また接触センサ内に接触パッドが含まれているのでシステム構成が簡便かつ費用の節約になる。また、本発明の接触センサ装置は、追加の感度調整が不要で、少数の電気的な信号接続だけで複数個の接触センサシステムを安価に構成することができる。
2009540453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触信号を感知して感知信号を生成する感知信号発生器が集積化されたダイと、
前記ダイに取り付けられて前記接触信号を生成する伝導性のダイ付着パッドと、
前記ダイと前記ダイ付着パッドとをパッケージングするパッケージと、
を具備し、
前記ダイ付着パッドは、前記パッケージへの接触物体の接触の有無により前記接触信号を生成することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体装置は、
前記ダイの複数個の入出力端子を外部と接続し、前記感知信号を外部に伝達する複数個のリードフレームと、
前記ダイ付着パッドから生成される前記接触信号を前記ダイに伝達し、前記複数個の入出力端子を前記複数個のリードフレームに電気的に接続する複数個のボンディングワイヤと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記感知信号発生器は、
クロック信号を基準信号として生成する基準信号発生部と、
前記基準信号を印加されて、接触物体の接触の有無に関係なく、常に第１時間遅延させて第１信号を生成する第１信号発生部と、
前記基準信号を印加されて、前記ダイ付着パッドに接触物体の接触が感知されなければ前記基準信号を遅延させず、接触物体の接触が感知されれば前記基準信号を前記第１時間よりもさらに長く遅延させて第２信号を生成する第２信号発生部と、
前記第１信号に同期して前記第２信号をサンプリング及びラッチして感知信号を生成した後、前記リードフレームを介して外部に出力する感知信号発生部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記パッケージが、チップオンボードパッケージである場合、前記ダイ付着パッドは、接触物体との距離を最小化するように外部電極に置き換えられることを特徴とする請求項１に記載の接触センサ装置。
【請求項５】
最上部に形成された金属膜を備え、接触信号を感知して感知信号を生成する感知信号発生器が集積化されたダイと、
前記ダイに取り付けられて前記ダイを固定するダイ付着パッドと、
前記ダイと前記ダイ付着パッドとをパッケージングするパッケージと、
を備え、
前記金属膜は、前記パッケージへの接触物体の接触の有無により前記接触信号を生成することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記半導体装置は、
前記ダイの複数個の入出力端子を外部に接続し、前記感知信号を外部に伝達する複数個のリードフレームと、
前記複数個の入出力端子を前記複数個のリードフレームに電気的に接続する複数個のボンディングワイヤと、
をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属膜は、前記複数個の金属膜中の半導体製造工程上、最上位に生成される金属膜であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記感知信号発生器は、
クロック信号を基準信号として生成する基準信号発生部と、
前記基準信号を印加されて、接触物体の接触の有無に関係なく、常に第１時間遅延させて第１信号を生成する第１信号発生部と、
前記基準信号を印加されて、前記第１金属膜に接触物体の接触が感知されなければ前記基準信号を遅延させず、接触物体の接触が感知されれば前記基準信号を前記第１時間よりもさらに長く遅延させて第２信号を生成する第２信号発生部と、
前記第１信号に同期して前記第２信号をサンプリング及びラッチして感知信号を生成した後、前記リードフレームを介して外部に出力する感知信号発生部と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項９】
上部の互いに異なる層に形成された第１及び第２金属膜と前記第１及び第２金属膜間に形成された絶縁膜とを備え、接触信号を感知して感知信号を生成する感知信号発生器が集積化されたダイと、
前記ダイに取り付けられて前記ダイを固定するダイ付着パッドと、
前記ダイと前記ダイ付着パッドとをパッケージングするパッケージと、
を備え、
前記第１金属膜は、前記パッケージへの接触物体の接触の有無により前記接触信号を生成することを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体装置は、
前記ダイの複数個の入出力端子を外部に接続して前記感知信号を外部に伝達する複数個のリードフレームと、
前記複数個の入出力端子を前記複数個のリードフレームに電気的に接続する複数個のボンディングワイヤと、
をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１金属膜は、前記複数個の金属膜中の半導体製造工程上、最上位に生成される金属膜であり、
前記第２金属膜は、前記複数個の金属膜中の半導体製造工程上、前記第１金属膜の下層に生成させる金属膜であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記感知信号発生器は、
クロック信号を基準信号として生成する基準信号発生部と、
前記基準信号を印加されて、接触物体の接触の有無に関係なく、常に第１時間遅延させて第１信号を生成する第１信号発生部と、
前記基準信号を印加されて、前記第１金属膜に接触物体の接触が感知されなければ前記基準信号を遅延させず、接触物体の接触が感知されれば前記基準信号を前記第１時間よりもさらに長く遅延させて第２信号を生成する第２信号発生部と、
前記第１信号に同期して前記第２信号をサンプリング及びラッチして感知信号を生成した後、前記リードフレームを介して外部に出力する感知信号発生部と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記感知信号発生器は、前記第１金属膜を介して接触信号を生成し、前記第２金属膜に前記第１金属膜と同電位の信号を印加して前記接触信号の電気的な状態変化をさらに大きくして前記接触信号を正確に感知して感知信号を生成することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記感知信号発生部は、前記第１信号に同期して前記第２信号をサンプリングする場合に、前記第２金属膜による前記第２信号のさらに長い遅延によってさらに安定的な時間マージンを有しデータがラッチできるようにすることで、正確な感知信号を生成することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１５】
直列通信方式により接続した複数個の半導体装置を備え、
前記複数個の半導体装置のそれぞれは、
接触信号を感知して感知信号を生成する感知信号発生器が集積化されたダイと、
前記ダイに取り付けられて前記接触信号を生成する伝導性のダイ付着パッドと、
前記ダイと前記ダイ付着パッドとをパッケージングするパッケージと、
を備え、
前記ダイ付着パッドは、前記パッケージへの接触物体の接触の有無により前記接触信号を生成することを特徴とする接触センサ装置。
【請求項１６】
前記複数個の半導体装置のそれぞれは、前記感知信号を生成した前段の半導体装置の識別番号を受信して保存した後、該半導体装置の前記パッケージへの接触物体の接触で自身の識別番号を生成して、両者を合わせて出力することで、次段の半導体装置に伝達する仲裁器を含むことを特徴とする請求項１５に記載の接触センサ装置。
【請求項１７】
前記複数個の半導体装置のそれぞれは、
複数個のリードフレームを備え、ワイヤにより、それぞれの第１リードフレームに、隣接した半導体装置の第２リードフレームをそれぞれ接続し、
前記複数個の隣接した半導体装置中の一部に接触物体が感知されても、前記感知信号が隣接した半導体装置に伝達されて、最終端の半導体装置を介して前記接触物体の感知が検出されることを特徴とする請求項１５に記載の接触センサ装置。
【請求項１８】
前記複数個のリードフレームは、
前記第１リードフレームには、前記感知信号を生成した半導体装置の識別番号が出力され、
第３リードフレームには、電源電圧が印加され、
第４リードフレームには、接地電圧が印加されることを特徴とする請求項１７に記載の接触センサ装置。
【請求項１９】
前記直列通信方式は、ディジチェーン通信方式であることを特徴とする請求項１５に記載の接触センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、１つのチャネルを有する接触センサシステムにおける接触パッドを半導体装置のパッケージ内に構成する半導体装置と、複数個のチャネルを有する接触センサシステムにおける各半導体装置の接触情報を連続的に伝達されるようにするディジチェーン通信方式の接触センサ装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパッドは、データ入力装置の１つとして、平面上にマトリックス状の感知点が配置されているので、ユーザがどこを押してどの方向に接触点を移動させたかを感知することができ、マウスの代用として広く用いられている。タッチパッドは、電気的スィッチを平面上に配列したもの、キャパシタセンサまたはトランジスタ型センサを平面上に配列したものなど、多様な種類がある。
そのうち、ノートパソコンなどでカーソルの動きをコントロールするのに多く用いられるものはキャパシタセンサを利用するタッチパッドである。このパッドの表面は絶縁膜で形成されていて、その絶縁膜の下部に横線と縦線が所定間隔に配列されている。この横線と縦線との間には電気的等価回路として、キャパシタが設けられ、横線は第１電極をなし、縦線は第２電極をなしている。
感知表面に、指のような一種の導体が接触されると、その横線と縦線との間に現われる静電容量が、接触されない部分のその他の線間の静電容量とは異なる値を示すので、横線に電圧信号を印加し、縦線でキャパシタの静電容量の変化を読み出し、どの部分の感知面が接触されているかを感知できる。
【０００３】
図１は、従来技術による電気的接触センサシステムの接続関係を示す回路図であり、複数個の接触パッド１０−１ないし１０−Ｎ、半導体装置２０、及びホストコンピュータ３０を備える。半導体装置２０は、複数個の入出力端子と複数個の感知信号発生器２０−１ないし２０−Ｎを備える。半導体装置２０は、外部的に複数個の入出力端子に、電源電圧、接地電圧、及び複数個の接触パッド１０−１ないし１０−Ｎがそれぞれ接続されており、また、内部的に複数個の感知信号発生器２０−１ないし２０−Ｎのそれぞれの入力端に複数個の入出力端子を介して複数個の接触パッド１０−１ないし１０−Ｎがそれぞれ接続され、かつ出力端に複数個の入出力端子を介してホストコンピュータが接続されている。
複数個の接触パッド１０−１ないし１０−Ｎは、伝導性の抵抗体である人の指のような接触物体が接触されると、電気的な状態変化を接触信号として生成する。
【０００４】
半導体装置２０は、複数個の入出力端子のそれぞれに、電源電圧、接地電圧、及び複数個の接触パッド１０−１ないし１０−Ｎが接続されて複数個のチャネルを形成しながら、複数個の接触パッド１０−１ないし１０−Ｎから生成される接触情報と、これを必要とするシステムとを適切に制御する。
このとき、隣接する複数個のチャネル間に、寄生キャパシタが必ず発生しているが、これにより隣接チャネル間に干渉信号が生成されたり、各チャネル間の接触感度に差があったりする。このような特性が多様な接触センサシステムを構成する度に、接触パッド及び半導体装置の大きさと、電気的特性とが異なって、従来には、システムごとに各チャネル間の感度調整及び特性を一致させるために追加のチューニング作業が必ず伴うという問題点があった。
【０００５】
図２は、図１における接触パッド及び電気的接触センサ制御部のブロック図であり、基準信号発生部１０、第１信号発生部２１、第２信号発生部２２、及び感知信号発生部３０を備える。
以下、各ブロックの機能を説明する。
基準信号発生部１０は、クロック信号を基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇとして生成して第１信号発生部２１と第２信号発生部２２とにそれぞれ印加する。
第１信号発生部２１は、接触物体の接触の有無とは関係なく、基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを常に第１時間遅延させて第１信号ｓｉｇ１を生成する。
第２信号発生部２２は、接触物体が接触される接触パッド１０−Ｎを備え、接触パッド１０−Ｎに接触物体が接触されなければ基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを遅延させず、接触パッド１０−Ｎに接触物体が接触されれば基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを第１時間以上遅延させて第２信号ｓｉｇ２を生成する。
すなわち、第２信号発生部２２は、接触物体が、非接触時には第１信号ｓｉｇ１の位相よりも進んだ位相を有する第２信号ｓｉｇ２を生成し、接触時には第１信号ｓｉｇ１の位相よりも遅れた位相を有する第２信号ｓｉｇ２を生成する。
【０００６】
ここで、接触物体は、所定の静電容量を有するすべての物体が適用されることになり、代表的な例としては、多量の電荷を蓄積する人体がある。
感知信号発生部３０は、第１信号ｓｉｇ１に同期されて、第２信号ｓｉｇ２をサンプリング及びラッチして感知信号ｃｏｎ＿ｓｉｇを生成する。
このとき、接触センサと複数個の接触パッドとの間の距離が離れており、かつ接触センサと各接触パッドとの間に複数個のチャネルが形成されている場合には、各チャネル間の感度を一致させることが極めて困難であるという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、１つのチャネルを有する接触センサシステムにおいて、接触パッドを半導体装置のパッケージ内に構成することによって、多重チャネルの接触センサシステム構成時に各チャネル間の接触感度を調節する作業が簡素化できる半導体装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、複数個のチャネルを有する接触センサシステムにおいて、各接触センサの接触情報が連続的に伝達できるディジチェーン通信方式の接触センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための本発明における半導体装置の第１実施形態は、接触信号を感知して感知信号を生成する感知信号発生器が集積化されたダイと、ダイに取り付けられて接触信号を生成する伝導性のダイ付着パッドと、ダイとダイ付着パッドとをパッケージングするパッケージとを備え、ダイ付着パッドは、パッケージへの接触物体の接触の有無により接触信号を生成することを特徴とする。
【０００９】
前記目的を達成するための本発明における半導体装置の第２実施形態は、最上部に形成された金属膜を備え、接触信号を感知して感知信号を生成する感知信号発生器が集積化されたダイと、ダイに取り付けられてダイを固定するダイ付着パッドと、ダイとダイ付着パッドとをパッケージングするパッケージとを備え、金属膜は、パッケージへの接触物体の接触の有無により接触信号を生成することを特徴とする。
【００１０】
前記目的を達成するための本発明の半導体装置の第３実施形態は、上部の互いに異なる層に形成された第１及び第２金属膜と第１及び第２金属膜間に形成された絶縁膜を備え、接触信号を感知して感知信号を生成する感知信号発生器が集積化されたダイと、ダイに取り付けられてダイを固定するダイ付着パッドと、ダイとダイ付着パッドとをパッケージングするパッケージとを備え、第１金属膜は、パッケージへの接触物体の接触の有無により接触信号を生成することを特徴とする。
【００１１】
前記他の目的を達成するための本発明の接触センサ装置は、ディジチェーン構造で接続された複数個の半導体装置を備え、複数個の半導体装置のそれぞれは、接触信号を感知して感知信号を生成する感知信号発生器が集積化されたダイと、ダイに取り付けられて接触信号を生成する伝導性のダイ付着パッドと、ダイとダイ付着パッドとをパッケージングするパッケージとを備え、ダイ付着パッドは、パッケージへの接触物体の接触の有無により接触信号を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体装置は、ダイ製造時に、既に接触パッドの大きさと位置が確認でき、感度調整の作業が簡単であり、接触センサ内に接触パッドが含まれているので、システム構成が簡便で、かつ費用が節約できる。
本発明の接触センサ装置は、追加の感度調整が必要でないため、少数の電気的信号の接続だけで複数個の接触センサシステムを安価に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照して本発明の半導体装置及びディジチェーン通信方式の接触センサ装置を説明する。
図３は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図であり、接触センサ１００、第１及び第２リードフレーム３１０，３２０、ボンディングワイヤ２２０、及び半導体パッケージ４００を備え、接触センサ１００は、接触パッドとしてのダイアタッチ(Die attach)パッド１３０、エポキシ１２０、及びダイ１１０で構成される。ここで、ダイアタッチパッド１３０は、第１または第２リードフレーム３１０または３２０と接続させて外部に追加で接触パッドを取り付けることができる。
従来の電気的接触センサとの相違点は、従来は接触パッドが半導体装置の外部に構成されているのに対して、本発明の第１実施形態では、従来はダイ１１０の固定用途として用いたダイ付着パッド１３０を接触パッドとして活用して、半導体装置の内部でダイ１１０の上部にエポキシ１２０を媒介体として取り付けるという点である。
【００１４】
図３を参照して本発明の第１実施形態に係る半導体装置の各構成要素の機能を次に説明する。
ダイ付着パッド１３０は、ダイ１１０を固定しながらダイ１１０から発生する熱を放出させ、接触物体が接触すると、これを感知して電気的な状態変化を接触信号として生成する。
ダイ１１０は、ダイ付着パッド１３０から生成される接触情報を印加されて感知信号発生器の動作により接触情報を必要とするシステムを適切に制御する。
エポキシ１２０は、絶縁性樹脂であり、ダイ１１０をダイ付着パッド１３０に接着して固定させる役割をする。
ボンディングワイヤ２２０は、ダイ１１０内の感知信号発生器の入出力端子を外部システムと接続する第１及び第２リードフレーム３１０，３２０と電気的に接続し、ダイ付着パッド１３０から生成される電気的な状態変化をダイ１１０に伝達する。
半導体パッケージ４００は、ダイ１１０の円滑な機能遂行のために、外部の多様な環境によりダイ付着パッド１３０、ダイ１１０、エポキシ１２０、第１及び第２リードフレーム３１０，３２０、及びボンディングワイヤ２２０を外界から保護するように、セラミックスのような絶縁体で包装されている。
【００１５】
図４は、図３の半導体装置内の接触センサ１００の構成図であり、ダイ付着パッド１３０、感知信号発生器１４０、及び仲裁器１５０を備え、感知信号発生器１４０は、基準信号発生部１１１、第１信号発生部１１３、第２信号発生部１１２、及び感知信号発生部１１４を備える。
ダイ付着パッド１３０は、感知信号発生器１４０の上部に接続されて接触信号を伝達し、第１信号発生部１１３は、基準信号発生部１１１と感知信号発生部１１４との間に位置する第１抵抗Ｒ１１と、第１抵抗Ｒ１１と感知信号発生部１１４との間に位置しながら接地電圧ＶＳＳと接続されているキャパシタＣＡＰ１とを含み、第２信号発生部１１２は、基準信号発生部１１１と感知信号発生部１１４との間に位置する第２抵抗Ｒ１２と、第２抵抗Ｒ１２と感知信号発生部１１４との間に位置して静電容量を有する接触物体が接触されるようにするダイ１１０上部に位置するダイ付着パッド１３０とを含む。
【００１６】
このとき、第１及び第２抵抗Ｒ１１，Ｒ１２は、基準信号発生部１１１とキャパシタＣＡＰ１との間の遅延成分と、基準信号発生部１１１と接触パッド１３０との間の遅延成分とを同一にさせる抵抗であり、非接触時に第１信号発生部１１３と第２信号発生部１１２との遅延成分差を極めて微弱にさせ、第１抵抗Ｒ１１と第２抵抗Ｒ１２との値が類似する場合、キャパシタＣＡＰ１は接触物体の静電容量よりも小さい静電容量を有するようにする。すなわち、人体が平均的に有する静電容量ＣＡＰ２よりも小さい静電容量を有するようにする。
一方、感知信号発生部１１４は、第１信号に同期して接触信号を獲得及びラッチすることができるＤフリップフロップ(D−flip flop)、ＪＫフリップフロップ、ラッチ回路などとすることができるが、以下では、理解の便宜のために、第１信号ｓｉｇ１の下降エッジに同期して動作するＤフリップフロップに限定して説明する。
仲裁器１５０は、入力端子を介して以前段階での接触情報を印加されて臨時的に保存した後、半導体装置の感知信号発生器１４０からハイレベルの感知信号が生成されたら接触情報とともに出力端子を介して出力する。
【００１７】
以下では、図３及び図４を参照して本発明の第１実施形態に係る半導体装置の動作を説明する。
ダイ１１０内の基準信号発生部１１１は、クロック信号を基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇとして生成され、第１信号発生部１１３は、基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを印加されて接触物体の接触の有無とは関係なく、常に第１時間遅延させて第１信号ｓｉｇ１を生成し、第２信号発生部１１２は、接触物体の接触を感知するダイ付着パッド１３０を備え、基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを印加されてダイアタッチパッド１３０に接触物体の接触が感知されなければ基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを遅延させず、接触物体の接触が感知されれば基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを第１時間以上遅延させて第２信号ｓｉｇ２を生成する。
感知信号発生部１１４は、第１信号ｓｉｇ１に同期して第２信号ｓｉｇ２をサンプリング及びラッチして感知信号ｃｏｎ＿ｓｉｇを生成した後、仲裁器１５０に出力する。仲裁器１５０は、入力端子を介して以前段階での接触情報を印加されて臨時的に保存した後に感知信号ｃｏｎ＿ｓｉｇを印加して内部のアルゴリズムにより感知信号ｃｏｎ＿ｓｉｇがローレベルの場合には以前段階での接触情報を単に伝達するだけとし、ハイレベルの場合には該半導体装置の接触情報を生成して以前段階での接触情報とともに出力端子を介して出力する。
【００１８】
図５は、図４の接触センサにおいて、接触物体が接触した場合の信号波形図であり、図６は接触物体の接触時の接触センサの動作回路図である。
図４ないし図６に示すように、接触物体の非接触時には、第１信号発生部１１３の遅延成分は第１抵抗Ｒ１１と第１キャパシタＣＡＰ１になり、第２信号発生部１１２の遅延成分は第２抵抗Ｒ１２となる。
ここで、第１信号発生部１１３は、第１抵抗Ｒ１１と第１キャパシタＣＡＰ１のＲＣ値により基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを第１時間Ｔ１ほど遅延させた第１信号ｓｉｇ１を出力し、第２信号発生部１１２は接触物体が接触しない場合には図４のように基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇと同一位相を有した後、接触物体が接触した場合には図６のように遅延成分が接触物体の静電容量ＣＡＰ２ほどさらに増加されて第１時間Ｔ１よりもさらに遅延した第２時間Ｔ２ほど遅延させて出力する。
そうしたら、感知信号発生部１１４のＤフリップフロップは、第１信号ｓｉｇ１の下降エッジに同期して第２信号ｓｉｇ２のハイレベルを獲得し、ハイレベルを有する感知信号ｃｏｎ＿ｓｉｇを出力して仲裁器１５０に接触物体の接触したことを知らせ、仲裁器１５０は、以前段階の半導体装置での接触情報を保存した後、該半導体装置の接触情報を生成して両者を合わせて出力することによって累積した接触情報を次の段階の半導体装置に伝達する。
【００１９】
次に、図７は本発明の第２実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図であり、ダイ５００、エポキシ１２０、ダイ付着パッド１３０、第１及び第２リードフレーム３１０，３２０、ボンディングワイヤ２２０、及び半導体パッケージ４００を備え、ダイ５００は、最上位金属膜５２０と電気的接触センサ５１０とで構成される。
本発明の第１実施形態との相違点は、本発明の第１実施形態のダイの接触パッドは、ダイの上部にエポキシを媒介体として取り付けられているが、本発明の第２実施形態では、接触パッドがダイ製造工程上、最上位金属膜５２０として半導体装置内のダイ５００内部に含まれているという点が異なる。
【００２０】
図７を参照して本発明の第２実施形態に係る半導体装置の各構成要素の機能を次に説明する。
ダイ５００、エポキシ１２０、第１及び第２リードフレーム３１０，３２０、及び半導体パッケージ４００は、上述した本発明の第１実施形態と同一であるので、ここでは説明を省略する。ただし、最上位金属膜５２０は、一般的に半導体装置の電気的接続を目的に用いられるが、本発明では接触パッドとして接触物体が接触された際に電気的な状態変化を接触信号として生成する役割をし、ダイ付着パッド１３０は、ダイ５００を固定しながらダイ５００から発生する熱を放出させる普遍的な機能のみを有し、ダイ付着パッド１３０のように、接触物体が接触時にそれを感知して電気的な状態変化を接触信号として生成しない。
ボンディングワイヤ２２０は、ダイ５００の入出力端子と接続された最上位金属膜５２０を外部システムと接続するリードフレーム３１０，３２０に電気的に接続し、ダイ付着パッド１３０とは電気的に接続しない点として差異がある。
【００２１】
図８は、図７の半導体装置内のダイ５００の構成図であり、最上位金属膜５２０と電気的接触センサ５１０とで構成され、電気的接触センサ５１０は、感知信号発生器５４０と仲裁器５５０とを備え、感知信号発生器５４０は、基準信号発生部５１１、第１及び第２信号発生部５１２，５１３、及び感知信号発生部５１４を備える。
第１信号発生部５１３、感知信号発生部５１４、及び仲裁器５５０の構成及び接続関係は、図４の本発明の第１実施形態に係る接触センサの構成図と同様であるので、ここではその説明を省略する。ただし、第２信号発生部１１２において基準信号発生部５１１と感知信号発生部５１４との間に位置する第２抵抗Ｒ１２は同一であるが、接触パッドが第２抵抗Ｒ１２と感知信号発生部５１４との接点に接続しながらダイ付着パッドとしてダイ５００の外部に位置する代りに、最上位金属膜５２０としてダイ５００内部に位置する点で差異がある。
【００２２】
以下では、図７及び図８を参照して本発明の第２実施形態に係る半導体装置の動作を説明する。基準信号発生部５１１及び感知信号発生部５１４の動作は本発明の第１実施形態の半導体装置と同様であるが、相違点は、第１信号発生部５１３がダイ内に接触物体が接触する最上位金属膜５２０を備え、最上位金属膜５２０に接触物体が接触されなければ基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを遅延させず、接触物体が接触されれば基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを第１時間以上遅延された、第２時間ほどさらに遅延させて第１信号ｓｉｇ１を生成するという点である。
したがって、感知信号発生部５１４は、本発明の第１実施形態と同様に、第１信号ｓｉｇ１に同期して第２信号ｓｉｇ２をサンプリング及びラッチして感知信号ｃｏｎ＿ｓｉｇを生成した後、仲裁器５５０に出力し、仲裁器５５０は、以前段階の半導体装置での接触情報を保存した後、該半導体装置の接触情報を生成して両者を合わせて出力することによって、累積した接触情報を次の段階の半導体装置に伝達する。
【００２３】
次に、図９は本発明の第３実施形態に係る接触センサの構造を示す断面図であり、ダイ６００、エポキシ１２０、ダイ付着パッド１３０、第１及び第２リードフレーム３１０，３２０、ボンディングワイヤ２２０、及び半導体パッケージ４００を備え、ダイ６００は、最上位金属膜６２０、絶縁膜６２５、第２番目の上位金属膜６３０、及び電気的接触センサ６１０で構成される。
本発明の第２実施形態である図７においての構成要素との相違点は、ダイ６００内に、本発明の第２実施形態の接触パッドである最上位金属膜と電気的接触センサとの間に絶縁膜６２５とキャパシフレクタとしての第２番目の上位金属膜６３０とがさらに取り付けられている点である。
【００２４】
図９を参照して本発明の第３実施形態に係る半導体装置の各構成要素の機能を次に説明する。
最上位金属膜６２０、エポキシ１２０、第１及び第２リードフレーム３１０，３２０、半導体パッケージ４００、及びボンディングワイヤ２２０は、上述した本発明の第２実施形態と同一であるので説明を省略する。ただし、第２番目の上位金属膜６３０は、キャパシフレクタで構成されるのに、最上位金属膜６２０と同電位の信号を印加して最上位金属膜６２０との間に絶縁膜６２５から生ずる寄生キャパシタンスの影響を減少させることによって、最上位金属膜６２０に接触物体が接触する際に、さらに大きなキャパシタンスの変化が得られて接触感度を増加させることができる。
ここで、キャパシフレクタ(Capaciflector)とはセンサの一種であって、センシング基板と接地基板の２つの電極間にリフレクタ(Reflector)板を入れて電場が外から回って他方の電極に行くように形成したものである。この電場がキャパシフレクタセンサの近くに来る物体を感知するが、通常のキャパシタと同一原理で、その電場内に他の誘電定数値を有する物体が挿入されたら、キャパシタの容量が変わる原理を利用したものである。
このとき、センシング基板と接地基板との間に、寄生キャパシタがやむを得ず発生してセンシング基板の感知度(Sensitivity)を減少させるので、リフレクタ板を常にセンシング基板と同一の電位と同一の位相に駆動させて寄生キャパシタの影響を減少させることによって、センシング基板の感知度を増加させる原理である。
【００２５】
図１０は、図９の半導体装置内の接触センサ６００の構成図であり、最上位金属膜６２０、第２番目の上位金属膜６３０、及び電気的接触センサ６１０を備え、電気的接触センサ６１０は、感知信号発生器６４０と仲裁器６５０とを備え、感知信号発生器６４０は、基準信号発生部６１１、第１及び第２信号発生部６１２，６１３、及び感知信号発生部６１４を備える。
【００２６】
以下では、図９及び図１０を参照して本発明の第３実施形態に係る半導体装置の動作を説明する。基準信号発生部６１１及び感知信号発生部６１４の動作は、本発明の第２実施形態の半導体装置と同一であるが、相違点として第１信号発生部６１３は、接触物体が接触する最上位金属膜６２０と第２番目の上位金属膜６３０との上下接合を備え、最上位金属膜６２０に接触物体が接触しなければ基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを遅延させず、接触物体が接触すれば本発明の第１実施形態での接触センサの信号波形図である図６で、基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを本発明の第２実施形態での第２時間Ｔ２よりもさらに長く遅延させた、すなわち第３時間Ｔ３ほど遅延させて第２信号ｓｉｇ２を生成するということである。
これは、キャパシフレクタで構成された第２番目の上位金属膜に、最上位金属膜６２０と同電位の信号を印加して最上位金属膜６２０に接触物体が接触する際に、寄生キャパシタンスの影響が減少してさらに大きなキャパシタンスの変化を得ることで第２信号ｓｉｇ２の遅延時間をさらに増加させる効果がある。
【００２７】
また、第１信号発生部６１３は、接触物体の接触の有無とは関係なく、常に基準信号ｒｅｆ＿ｓｉｇを第１時間遅延させて第１信号ｓｉｇ１を生成する点では本発明の第２実施形態と同じであるので感知信号発生部６１４が第１信号ｓｉｇ１に同期されて第２信号ｓｉｇ２をサンプリングするのにおいて、さらに安定した時間マージンを有しながらデータをラッチすることができ最終的に正確な感知信号ｃｏｎ＿ｓｉｇを生成しており、この信号は第２リードフレームを介して外部の接触情報を要するシステムに出力されて窮極的には半導体装置の感度を増加させることになる。
したがって、本発明の接触パッドを用いて構成した接触センサシステムは、ダイを製造する際、既に接触パッドの大きさと位置が確認されて感度調整作業が簡単にできるように製造可能なので、接触センサシステムの構成を単純化されることができ、またダイ内に接触パッドが含まれていて別途接触パッドを製造または構成する必要がないので接触センサシステムを構成する費用が節約できる。
【００２８】
次に、図１１は、本発明の他の目的に伴って接触パッドが内蔵された複数個の半導体装置を接続する際に用いられる通信方式を説明するためのブロック図であり、複数個のリードフレームを備えた複数個の半導体装置７００−１ないし７００−Ｎ、ホストコンピュータ８００、及びこれらをディジチェーン通信方式で接続したワイヤ７５０で構成されており、複数個の半導体装置のそれぞれは、図３ないし図９に示す本発明の第１ないし第３実施形態に係る半導体装置に該当し、ダイ内部に感知信号発生器と仲裁器とを備える。よって、ここでは、ダイ内部の感知信号発生器及び仲裁器の構成要素、及び各構成要素の機能の説明は省略する。
【００２９】
ホストコンピュータ８００は、ディジチェーン通信方式で接続した複数個の隣接した半導体装置の固有識別番号を最終端の半導体装置の仲裁器を介して記憶したのち、複数個の半導体装置のうち一部に接触物体が感知された際に、接触した半導体装置の固有識別番号を累積的に受け取って接触物体の接触したことを認識し、接触情報を必要とするシステムを適切に制御する。
ワイヤ７５０は、複数個の半導体装置７００−１ないし７００−Ｎを直列に接続しながら半導体装置７００−１ないし７００−Ｎのそれぞれの第１リードフレーム１−１ないしＮ−１に電源電圧ＶＤＤを、第２リードフレーム１−２ないしＮ−２に接地電圧ＶＳＳを接続し、第３リードフレーム１−３ないしＮ−３に隣接した半導体装置７００−２ないし７００−Ｎの第４リードフレーム２−４ないしＮ−４をそれぞれに接続して最終半導体装置７００−Ｎの第３リードフレームＮ−３をホストコンピュータ８００に接続する。
【００３０】
図１２は、図１１で複数個の半導体装置それぞれの内部構成を説明するためのブロック図であり、感知信号発生器７１０、仲裁器７２０、及び複数個のリードフレームＮ−１ないしＮ−４を備え、仲裁器は、入力端レジスタ７２１、出力端レジスタ７２２、制御部７２３、及びディジチェーンレジスタ７２４を備える。
感知信号発生器７１０は、図４ないし図１０の電気的接触センサの感知信号発生器１１０，５１０，６１０の構成要素、接続関係、及び各構成要素の機能と同様であって、ここでは説明を省略する。
入力端レジスタ７２１は、リードフレームを介して隣接した半導体装置から前段階の接触された半導体装置の固有番号を印加されて一時的に保存した後、出力する必要がある場合に制御部７２３の制御に従って保存した前記データを出力する。
出力端レジスタ７２２は、該半導体装置の感知信号発生器７１０から生成された感知信号を印加されて一時的に保存した後、制御部７２３の制御に従って感知信号を出力する必要がある場合に感知信号に該半導体装置の固有番号とともに出力される。
制御部７２３は、該半導体装置の感知信号発生部１１４から感知信号が生成されると、これを感知し内部のアルゴリズムにより該半導体装置の固有番号を出力して出力端レジスタ７２２に保存し、入力端レジスタ７２１及び出力端レジスタ７２２を制御して保存したデータをそれぞれ出力する。
ディジチェーンレジスタ７２４は、制御部７２３の制御に従って入力端レジスタ７２１から隣接の接触された半導体装置の固有番号を受け取り、出力端レジスタ７２２から該半導体装置の固有番号を受け取って、両者を合わせて該半導体装置外部に出力する。
【００３１】
図１１及び図１２を参照して本発明の他の目的による通信方式の動作を次に説明する。
まず、ディジチェーン通信方式とは、一般に入出力装置が直列方式で中央処理装置に接続されていることを言うが、本発明においては、複数個の隣接した半導体装置７００−１ないし７００−Ｎのリードフレームがそれぞれワイヤ７５０で接続され最終的にホストコンピュータ８００に接続される。よって、複数個の隣接した半導体装置７００−１ないし７００−Ｎのうち一部に接触物体が感知されても接触情報が累積的に伝達してホストコンピュータ８００では接触物体の感知事実を認知できる。
例えば、人の指が第１半導体装置７００−１には接触されてないが、第２及び第３半導体装置７００−２，７００−３に接触した場合には、複数個の隣接した半導体装置７００−１ないし７００−Ｎの内部では次のような動作が行われる。
【００３２】
まず、第１半導体装置７００−１に接触してないので、第２半導体装置７００−２内の入力端レジスタとディジチェーンレジスタには保存されたデータが存在しない状態である。
第２半導体装置７００−２内の感知信号発生器７１０は、ハイレベルの感知信号を出力し、仲裁器７２０の制御部７２３でこれを受け取って内部アルゴリズムにより第２半導体装置７００−２の固有識別番号を生成する。出力端レジスタ７２２は、この識別番号を受け取って制御部７２３の制御により出力が必要な時点で、ディジチェーンレジスタ７２４に出力する。
ディジチェーンレジスタ７２４は、第２半導体装置７００−２の直前段階の第１半導体装置７００−１により印加された接触情報を保存してないので、第２半導体装置７００−２の第１接触情報、すなわち第２半導体装置の固有識別番号のみを第３リードフレーム２−３を介して出力する。
第３半導体装置７００−３は、第４リードフレーム３−４を介して第２半導体装置７００−２により第１接触情報を印加されて入力端レジスタに保存した後に制御部の制御によりディジチェーンレジスタに出力して臨時的に保存する。
第３半導体装置７００−３は、前記第２半導体装置７００−２と同様に、接触を感知して第２接触情報、すなわち第３半導体装置の固有識別番号を生成し、制御部の制御によりディジチェーンレジスタに出力する。このとき、ディジチェーンレジスタは既に保存していた第１接触情報と第２接触情報とを一緒に累積して第３リードフレーム３−３を介して第１及び第２接触情報を出力する。
一方、第４半導体装置７００−４が人の指を直接感知してないと仮定した場合、ディジチェーン通信方式により第３半導体装置７００−３から第４リードフレーム４−４を介して第１及び第２接触情報を印加され、仲裁器内部のディジチェーンレジスタに保存した後、第４半導体装置７００−４内の感知信号発生器からローレベルの感知信号が生成されれば制御部は該第４半導体装置７００−４の接触がないことを判断し、以前段階の接触情報である第１及び第２接触情報を、第３リードフレーム４−３を介して単に第５半導体装置７００−５に伝達する。
【００３３】
このような経路によって第１及び第２接触情報が最終端の第Ｎ半導体装置７００−Ｎを経由してホストコンピュータ８００まで伝達されることで、窮極的にホストコンピュータ８００は人の指が第２及び第３半導体装置に接触したことを感知し、接触情報を必要とするシステムを適切に制御する。
ここで、半導体ごとに固有識別番号を多様な方法で形成することができるが、最も簡単な例は、最初の電源を印加した際にホストコンピュータ８００が識別番号を割り当てる方法である。他の例としては、最終半導体は他の半導体より信号を受けられないので、最終であることを識別し、各半導体間の通信によって接続された最終の半導体から順に番号を決める方法がある。
【００３４】
接触パッド間の距離が遠い場合に複数チャネルの半導体装置を１つで構成すると、各チャネル間の感度を一致させることは極めて困難であるが、本発明による接触パッドが内蔵された半導体装置とディジチェーン通信方式を利用することによって、追加の感度調整が必要なく、少しの電気的信号の接続だけで複数個の接触センサシステムを低費用で構成することができる。
上述では、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、添付の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲で、本発明を多様に修正及び変更させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術による電気的接触センサシステムの接続関係を示す回路図である。
【図２】図１の電気的接触センサシステム内の電気的接触センサ制御部のブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図４】図３の半導体装置内の接触センサの構成図である。
【図５】図３の接触センサにおいて、接触物体が接触した場合の信号波形図である。
【図６】図３の接触センサにおける接触物体が接触した場合の動作回路図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図８】図７の半導体装置内の接触センサの構成図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１０】図９の半導体装置内の接触センサの構成図である。
【図１１】本発明の他の目的に伴って接触パッドを内蔵した複数個の半導体装置を接続する場合に用いる通信方式を説明するためのブロック図である。
【図１２】図１１における複数個の半導体装置それぞれの内部構成を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００：接触センサ
１１０：ダイ
１１１：基準信号発生部
１１２：第２信号発生部
１１３：第１信号発生部
１１４：感知信号発生部
１２０：エポキシ
１３０：ダイ付着パッド
１４０：感知信号発生器
１５０：仲裁器
２２０：ボンディングワイヤ
３１０：第１リードフレーム
３２０：第２リードフレーム
４００：半導体パッケージ
【図１】
2009540453.tif 000003
【図２】
2009540453.tif 000004
【図３】
2009540453.tif 000005
【図４】
2009540453.tif 000006
【図５】
2009540453.tif 000007
【図６】
2009540453.tif 000008
【図７】
2009540453.tif 000009
【図８】
2009540453.tif 000010
【図９】
2009540453.tif 000011
【図１０】
2009540453.tif 000012
【図１１】
2009540453.tif 000013
【図１２】
2009540453.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月12日(2008.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図１０は、図９の半導体装置内の接触センサ６００の構成図であり、最上位金属膜６２０、第２番目の上位金属膜６３０、及び電気的接触センサ６１０を備え、電気的接触センサ６１０は、感知信号発生器６４０と仲裁器６５０とを備え、感知信号発生器６４０は、基準信号発生部６１１、第１及び第２信号発生部６１２，６１３、及び感知信号発生部６１４を備える。
第１信号発生部６１３及び感知信号発生部６１４の構成及び接続関係は、図８の本発明の第２実施形態に係る接触センサの構成図と同様であるので、ここでは説明を省略する。ただし、第２信号発生部６１２において基準信号発生部６１１と感知信号発生部６１４との間に位置する第２抵抗Ｒ１２は同一であるが、最上位金属膜６２０としての接触パッドと第２抵抗Ｒ１２と感知信号発生部６１４の接点を接続するのにおいて両者間にキャパシフレクタとしての第２番目の上位金属膜６３０がさらに接続されるという相違点がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
次に、図１１は、本発明の他の目的に伴って接触パッドが内蔵された複数個の半導体装置を接続する際に用いられる通信方式を説明するためのブロック図であり、複数個のリードフレームを備えた複数個の半導体装置７００−１ないし７００−Ｎ、ホストコンピュータ８００、及びこれらをディジチェーン通信方式で接続したワイヤ７５０で構成されており、複数個の半導体装置のそれぞれは、図３ないし図９に示す本発明の第１ないし第３実施形態に係る半導体装置に該当し、ダイ内部に感知信号発生器と仲裁器とを備える。よって、ここでは、ダイ内部の感知信号発生器及び仲裁器の構成要素、及び各構成要素の機能の説明は省略する。
それぞれの第１リードフレーム１−１ないしＮ−１に電源電圧ＶＤＤが印加され、第２リードフレーム１−２ないしＮ−２に接地電圧ＶＳＳが接続されている複数個の半導体装置７００−１ないし７００−Ｎをワイヤ７５０が直列に接続しながら複数個の半導体装置７００−１ないし７００−Ｎのそれぞれの第３リードフレーム１−３ないしＮ−３に隣接した半導体装置７００−１ないし７００−Ｎである第４リードフレーム２−４ないしＮ−４をそれぞれ接続する。
このように、複数個の半導体装置７００−１ないし７００−Ｎがディジチェーン通信方式で接続されて最終半導体装置７００−Ｎの第３リードフレームＮ−３はホストコンピュータ８００に接続される。また、最初端の半導体装置の第４リードフレーム１−４には、接地電圧が印加されてホストコンピュータ８００から一番遠い位置にあるという情報を伝達する。
図１１を参照して本発明の他の目的に伴って接触パッドが内蔵された複数個の半導体装置を接続する際に用いられる通信方式を説明するための各構成要素の機能を次に説明する。
複数個の半導体装置７００−１ないし７００−Ｎは、それぞれ内蔵された接触パッドを介して接触物体が接触された際に電気的な状態変化を接触信号として生成し、ダイを介して接触パッドから生成される接触情報を、リードフレームを媒介体として隣接した半導体装置に伝達する。このとき、ダイ内部の仲裁器は前段階の半導体装置の固有識別番号と該半導体装置の固有識別番号とを加えて次の段階の半導体装置に伝達する。
【国際調査報告】
2009540453.tif 000015
2009540453.tif 000016