(57)【要約】【課題】電磁ノイズの影響に関与する寄生抵抗成分および配線のインダクタンス成分を明らかにし、明らかにされた寄生抵抗成分および配線のインダクタンス成分に基づいて自動車用センサとして十分な電磁ノイズ対策を行うこと。【解決手段】センサ内部回路５３と電源パッド３４を接続する配線４１の電磁ノイズ対策フィルタ回路の抵抗４２と抵抗４３の合計の抵抗値Ｒｆが、［Ｒｌ／Ｒｆ×１００＜２５］の関係式を満たすように、配線の長さと幅を選択する。【選択図】        図３
2006310658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部回路と、抵抗手段および容量手段よりなる電磁ノイズ対策フィルタ回路と、を内蔵し、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、信号を入力または出力または入出力するための信号用パッドと、を備え、
前記電磁ノイズ対策フィルタ回路の前記抵抗手段の抵抗値Ｒｆ、前記電源パッドから前記内部回路までの配線の寄生抵抗成分Ｒl、［Ｒl／Ｒｆ×１００＜２５］の関係式を満たすように、前記配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
内部回路と、抵抗手段および容量手段よりなる電磁ノイズ対策フィルタ回路と、を内蔵し、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、信号を入力または出力または入出力するための信号用パッドと、を備え、
前記電磁ノイズ対策フィルタ回路の抵抗手段の抵抗値Ｒｆ、前記信号用パッドから前記内部回路までの配線の寄生抵抗成分Ｒl、［Ｒl／Ｒｆ×１００＜２５］の関係式を満たすように、前記配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記内部回路、前記電磁ノイズ対策フィルタ回路、前記電源パッド、前記接地パッドおよび前記信号用パッドが単一の半導体チップに形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記電磁ノイズ対策フィルタ回路として、前記電源パッドと前記接地パッドの間に配線により接続された容量手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記電磁ノイズ対策フィルタ回路として、前記信号用パッドと前記接地パッドの間に配線により接続された容量手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
内部回路と、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、信号を入力または出力または入出力するための信号用パッドと、前記電源パッドと前記接地パッドの間に電磁ノイズ対策フィルタ回路として接続された容量手段と、を備え、
前記電源パッドと前記容量手段を接続する配線の寄生抵抗成分Ｒａとインダクタンス成分Ｌａに起因するインピーダンスＺａ、前記容量手段と前記接地パッドを接続する配線の寄生抵抗成分Ｒｋとインダクタンス成分Ｌｋに起因するインピーダンスＺｋ、および前記容量手段の容量成分に起因するインピーダンスＺｃが、カットするべき電磁ノイズの周波数帯において常に、［Ｚａ＋Ｚｋ＜Ｚｃ］の関係式を満たすように、前記各配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
内部回路と、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、信号を入力または出力または入出力するための信号用パッドと、前記出力パッドと前記接地パッドの間に電磁ノイズ対策フィルタ回路として接続された容量手段と、を備え、
前記出力パッドと前記容量手段を接続する配線の寄生抵抗成分Ｒａとインダクタンス成分Ｌａに起因するインピーダンスＺａ、前記容量手段と前記接地パッドを接続する配線の寄生抵抗成分Ｒｋとインダクタンス成分Ｌｋに起因するインピーダンスＺｋ、および前記容量手段の容量成分に起因するインピーダンスＺｃが、カットするべき電磁ノイズの周波数帯において常に、［Ｚａ＋Ｚｋ＜Ｚｃ］の関係式を満たすように、前記各配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
少なくとも、物理量検出エレメントと、前記物理量検出エレメントから出力された信号を増幅する増幅回路と、を備えた内部回路と、抵抗手段および容量手段よりなる電磁ノイズ対策フィルタ回路と、を内蔵し、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、外部へ信号を出力するための出力パッドと、を備え、
前記電磁ノイズ対策フィルタ回路の前記抵抗手段の抵抗値Ｒｆ、前記電源パッドから前記内部回路までの配線の寄生抵抗成分Ｒｌが、［Ｒｌ／Ｒｆ×１００＜２５］の関係式を満たすように、前記配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする物理量センサ装置。
【請求項９】
少なくとも、物理量検出エレメントと、前記物理量検出エレメントから出力された信号を増幅する増幅回路と、を備えた内部回路と、抵抗手段および容量手段よりなる電磁ノイズ対策フィルタ回路と、を内蔵し、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、外部へ信号を出力するための出力パッドと、を備え、
前記電磁ノイズ対策フィルタ回路の前記抵抗手段の抵抗値Ｒｆ、前記出力パッドから前記内部回路までの配線の寄生抵抗成分Ｒｌが、［Ｒｌ／Ｒｆ×１００＜２５］の関係式を満たすように、前記配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする物理量センサ装置。
【請求項１０】
前記内部回路、前記電磁ノイズ対策フィルタ回路、前記電源パッド、前記接地パッドおよび前記出力パッドが単一の半導体チップに形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の物理量センサ装置。
【請求項１１】
前記電磁ノイズ対策フィルタ回路として、前記電源パッドと前記接地パッドの間に配線により接続された容量手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の物理量センサ装置。
【請求項１２】
前記電磁ノイズ対策フィルタ回路として、前記出力パッドと前記接地パッドの間に配線により接続された容量手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の物理量センサ装置。
【請求項１３】
少なくとも、物理量検出エレメントと、前記物理量検出エレメントから出力された信号を増幅する増幅回路と、を備えた内部回路と、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、外部へ信号を出力するための出力パッドと、前記電源パッドと前記接地パッドの間に電磁ノイズ対策フィルタ回路として接続された容量手段と、を備え、
前記電源パッドと前記容量手段を接続する配線の寄生抵抗成分Ｒａとインダクタンス成分Ｌａに起因するインピーダンスＺａ、前記容量手段と前記接地パッドを接続する配線の寄生抵抗成分Ｒｋとインダクタンス成分Ｌｋに起因するインピーダンスＺｋ、および前記容量手段の容量成分に起因するインピーダンスＺｃが、カットするべき電磁ノイズの周波数帯において常に、［Ｚａ＋Ｚｋ＜Ｚｃ］の関係式を満たすように、前記各配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする物理量センサ装置。
【請求項１４】
物理量検出エレメントと、前記物理量検出エレメントから出力された信号を増幅する増幅回路と、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、外部へ信号を出力するための出力パッドと、前記出力パッドと前記接地パッドの間に電磁ノイズ対策フィルタ回路として接続された容量手段と、を備え、
前記出力パッドと前記容量手段を接続する配線の寄生抵抗成分Ｒａとインダクタンス成分Ｌａに起因するインピーダンスＺａ、前記容量手段と前記接地パッドを接続する配線の寄生抵抗成分Ｒｋとインダクタンス成分Ｌｋに起因するインピーダンスＺｋ、および前記容量手段の容量成分に起因するインピーダンスＺｃが、カットするべき電磁ノイズの周波数帯において常に、［Ｚａ＋Ｚｋ＜Ｚｃ］の関係式を満たすように、前記各配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする物理量センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁ノイズ対策用のフィルタ回路を備えた半導体装置および物理量センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、停車中や走行中の自動車の様々な状態を監視するために、圧力センサや加速度センサや流量センサなどの各種センサ類が用いられている。これらのセンサ類は、環境や快適性を改善するための高度なシステム制御を行うのに不可欠であり、その数が増加する傾向にある。一方、近時、自動車の外部からの電磁波や自動車の内部で発生する電磁ノイズが増大しており、これらのセンサ類には、より優れた電磁ノイズ対策が要求されている。
【０００３】
図９は、自動車エンジンのインテークマニホールドなどに用いられる従来の圧力センサ装置の外観を示す斜視図であり、図１０は、その圧力センサ装置の電源端子を通る縦断面の構成を示す断面図である。これらの図に示すように、圧力センサ装置１は、半導体圧力センサチップ２を静電接合によってガラス台座３に接合した構成の圧力検出エレメント４を樹脂パッケージ５の窓部に接着剤により固定し、半導体圧力センサチップ２の電源パッド、接地パッドおよび出力パッドをそれぞれ樹脂パッケージ５を貫通する電源端子６、接地端子７および出力端子８にアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）製のワイヤ９により電気的に接続し、樹脂パッケージ５の窓部を図示しないゲルで満たした構成となっている。
【０００４】
このようなセンサに影響を及ぼす電磁ノイズとしては、電源からのノイズ、出力系からのノイズまたは輻射ノイズなどがある。これらの電磁ノイズ対策として、従来は、電源端子６、接地端子７および出力端子８の、樹脂パッケージ５の外側の部分に貫通コンデンサ１０を被せたり、チップコンデンサを接続している。それに対して、近時、半導体チップの内部に電磁ノイズ対策用のフィルタ回路を設けたものが公知である。
【０００５】
図１１は、従来の電磁ノイズ対策用のフィルタ回路を内蔵した圧力センサ装置の構成を示す回路図である。図１１に示す圧力センサ装置では、定電流回路１１および増幅回路１２において、電源ラインＶに直接接続されている既存の抵抗１３，１４，１５を利用し、これらにそれぞれコンデンサ１６，１７，１８を接続することにより、フィルタ回路が構成されている。また、オペアンプ１９，２０，２１，２２への電源に対して、電源ラインＶとは別の電源ラインＶ’を設け、これに抵抗２３とコンデンサ２４を接続することにより、フィルタ回路が構成されている。さらに、オペアンプ２２の出力に対して抵抗２５とコンデンサ２６を接続することにより、フィルタ回路が構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、電源パッドまたは出力パッドと回路の間に介在される電磁ノイズ対策用のフィルタ回路において、電源パッドまたは出力パッドとフィルタ回路とを結ぶ配線の長さを、接地パッドとフィルタ回路とを結ぶ配線の長さよりも短くした半導体装置が公知である（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に開示されたローパスフィルタでは、キャパシタが電源パッドまたは出力パッドと接地パッドの間に挿入されている。そして、接続する配線のインダクタンス成分を考慮し、電源パッドまたは出力パッドとキャパシタとを接続する配線の長さが、接地パッドとキャパシタを接続する配線の長さよりも短くなっている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３４２７５９４号公報
【特許文献２】特開平９−４５８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたフィルタ回路では、その構成およびフィルタ定数だけを設計パラメータにしただけでは、電磁ノイズ対策として不十分である。その理由は、電磁ノイズの影響が配線の寄生抵抗によって大きく変わるからである。従って、特にチップ上での寄生抵抗を制御することが重要となる。
【０００９】
また、上記特許文献２に開示されたフィルタ回路では、電源パッドまたは出力パッドとキャパシタを接続する配線、および接地パッドとキャパシタを接続する配線は、キャパシタとともに直列に接続される。そのため、ノイズをグランドに逃がすためには、キャパシタのインピーダンスに影響を与えないように、電源パッドまたは出力パッドとキャパシタを接続する配線に寄生するインピーダンスと、接地パッドとキャパシタを接続する配線に寄生するインピーダンスをともに低減する必要がある。すなわち、配線に寄生する抵抗成分とインダクタンス成分を明らかにする必要があり、これらを制御することが重要となる。
【００１０】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電磁ノイズの影響に関与しているにもかかわらず、これまで明確に定義されていない寄生抵抗成分および配線のインダクタンス成分を明らかにし、電磁ノイズ対策が十分である半導体装置および物理量センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる半導体装置は、内部回路と、抵抗手段および容量手段よりなる電磁ノイズ対策フィルタ回路と、を内蔵し、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、信号を入力または出力または入出力するための信号用パッドと、を備え、前記電磁ノイズ対策フィルタ回路の前記抵抗手段の抵抗値Ｒｆ、前記電源パッドから前記内部回路までの配線の寄生抵抗成分Ｒl、［Ｒl／Ｒｆ×１００＜２５］の関係式を満たすように、前記配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明にかかる半導体装置は、内部回路と、抵抗手段および容量手段よりなる電磁ノイズ対策フィルタ回路と、を内蔵し、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、信号を入力または出力または入出力するための信号用パッドと、を備え、前記電磁ノイズ対策フィルタ回路の抵抗手段の抵抗値Ｒｆ、前記信号用パッドから前記内部回路までの配線の寄生抵抗成分Ｒl、［Ｒl／Ｒｆ×１００＜２５］の関係式を満たすように、前記配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明にかかる半導体装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記内部回路、前記電磁ノイズ対策フィルタ回路、前記電源パッド、前記接地パッドおよび前記信号用パッドが単一の半導体チップに形成されていることを特徴とする。請求項４の発明にかかる半導体装置は、請求項３に記載の発明において、前記電磁ノイズ対策フィルタ回路として、前記電源パッドと前記接地パッドの間に配線により接続された容量手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明にかかる半導体装置は、請求項３に記載の発明において、前記電磁ノイズ対策フィルタ回路として、前記信号用パッドと前記接地パッドの間に配線により接続された容量手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明にかかる半導体装置は、内部回路と、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、信号を入力または出力または入出力するための信号用パッドと、前記電源パッドと前記接地パッドの間に電磁ノイズ対策フィルタ回路として接続された容量手段と、を備え、前記電源パッドと前記容量手段を接続する配線の寄生抵抗成分Ｒａとインダクタンス成分Ｌａに起因するインピーダンスＺａ、前記容量手段と前記接地パッドを接続する配線の寄生抵抗成分Ｒｋとインダクタンス成分Ｌｋに起因するインピーダンスＺｋ、および前記容量手段の容量成分に起因するインピーダンスＺｃが、カットするべき電磁ノイズの周波数帯において常に、［Ｚａ＋Ｚｋ＜Ｚｃ］の関係式を満たすように、前記各配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明にかかる半導体装置は、内部回路と、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、信号を入力または出力または入出力するための信号用パッドと、前記出力パッドと前記接地パッドの間に電磁ノイズ対策フィルタ回路として接続された容量手段と、を備え、前記出力パッドと前記容量手段を接続する配線の寄生抵抗成分Ｒａとインダクタンス成分Ｌａに起因するインピーダンスＺａ、前記容量手段と前記接地パッドを接続する配線の寄生抵抗成分Ｒｋとインダクタンス成分Ｌｋに起因するインピーダンスＺｋ、および前記容量手段の容量成分に起因するインピーダンスＺｃが、カットするべき電磁ノイズの周波数帯において常に、［Ｚａ＋Ｚｋ＜Ｚｃ］の関係式を満たすように、前記各配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明にかかる物理量センサ装置は、少なくとも、物理量検出エレメントと、前記物理量検出エレメントから出力された信号を増幅する増幅回路と、を備えた内部回路と、抵抗手段および容量手段よりなる電磁ノイズ対策フィルタ回路と、を内蔵し、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、外部へ信号を出力するための出力パッドと、を備え、前記電磁ノイズ対策フィルタ回路の前記抵抗手段の抵抗値Ｒｆ、前記電源パッドから前記内部回路までの配線の寄生抵抗成分Ｒｌが、［Ｒｌ／Ｒｆ×１００＜２５］の関係式を満たすように、前記配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明にかかる物理量センサ装置は、少なくとも、物理量検出エレメントと、前記物理量検出エレメントから出力された信号を増幅する増幅回路と、を備えた内部回路と、抵抗手段および容量手段よりなる電磁ノイズ対策フィルタ回路と、を内蔵し、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、外部へ信号を出力するための出力パッドと、を備え、前記電磁ノイズ対策フィルタ回路の前記抵抗手段の抵抗値Ｒｆ、前記出力パッドから前記内部回路までの配線の寄生抵抗成分Ｒｌが、［Ｒｌ／Ｒｆ×１００＜２５］の関係式を満たすように、前記配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０の発明にかかる物理量センサ装置は、請求項８または９に記載の発明において、前記内部回路、前記電磁ノイズ対策フィルタ回路、前記電源パッド、前記接地パッドおよび前記出力パッドが単一の半導体チップに形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１１の発明にかかる物理量センサ装置は、請求項１０に記載の発明において、前記電磁ノイズ対策フィルタ回路として、前記電源パッドと前記接地パッドの間に配線により接続された容量手段を備えることを特徴とする。請求項１２の発明にかかる物理量センサ装置は、請求項１０に記載の発明において、前記電磁ノイズ対策フィルタ回路として、前記出力パッドと前記接地パッドの間に配線により接続された容量手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項１３の発明にかかる物理量センサ装置は、少なくとも、物理量検出エレメントと、前記物理量検出エレメントから出力された信号を増幅する増幅回路と、を備えた内部回路と、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、外部へ信号を出力するための出力パッドと、前記電源パッドと前記接地パッドの間に電磁ノイズ対策フィルタ回路として接続された容量手段と、を備え、前記電源パッドと前記容量手段を接続する配線の寄生抵抗成分Ｒａとインダクタンス成分Ｌａに起因するインピーダンスＺａ、前記容量手段と前記接地パッドを接続する配線の寄生抵抗成分Ｒｋとインダクタンス成分Ｌｋに起因するインピーダンスＺｋ、および前記容量手段の容量成分に起因するインピーダンスＺｃが、カットするべき電磁ノイズの周波数帯において常に、［Ｚａ＋Ｚｋ＜Ｚｃ］の関係式を満たすように、前記各配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１４の発明にかかる物理量センサ装置は、物理量検出エレメントと、前記物理量検出エレメントから出力された信号を増幅する増幅回路と、外部から電源電位が印加される電源パッドと、接地電位が印加される接地パッドと、外部へ信号を出力するための出力パッドと、前記出力パッドと前記接地パッドの間に電磁ノイズ対策フィルタ回路として接続された容量手段と、を備え、前記出力パッドと前記容量手段を接続する配線の寄生抵抗成分Ｒａとインダクタンス成分Ｌａに起因するインピーダンスＺａ、前記容量手段と前記接地パッドを接続する配線の寄生抵抗成分Ｒｋとインダクタンス成分Ｌｋに起因するインピーダンスＺｋ、および前記容量手段の容量成分に起因するインピーダンスＺｃが、カットするべき電磁ノイズの周波数帯において常に、［Ｚａ＋Ｚｋ＜Ｚｃ］の関係式を満たすように、前記各配線の長さと幅が選択されていることを特徴とする。
【００２３】
ここで考慮すべき配線および容量手段のインピーダンスＺは、次の（１）式で与えられる。ただし、ｆ、Ｒ、ＬおよびＣは、それぞれ電磁ノイズの周波数［Ｈｚ］、寄生抵抗［Ω］、インダクタンス［Ｈ］およびキャパシタンスを表す。また、ＸＬおよびＸＣは、それぞれ配線のインピーダンスのうちの誘導リアクトルＸＬおよび容量リアクトルＸＣである。
【００２４】
Ｚ＝√（Ｒ2＋（ＸＬ−ＸＣ）2）  ・・・（１）
ＸＬ＝２πｆＬ  ・・・（２）
ＸＣ＝１／（２πｆＣ）・・・（３）
【００２５】
また、配線のインダクタンスＬは次の（４）式で与えられる。ただし、Ｄ、ｗおよびｔは、それぞれ配線長［ｍ］、配線幅［ｍ］および配線の厚さ［ｍ］である。また、μ0は透磁率であり、４π×１０-7である。
Ｌ＝（Ｄ×μ0／２π）［ｌｎ｛２×Ｄ／（ｗ＋ｔ）｝＋０．５＋０．２２３５×（ｗ＋ｔ）／Ｄ］  ・・・（４）
【００２６】
この（４）式から、配線長および配線幅とインダクタンスの関係を求めてグラフに表すと図１のようになる。図１は、配線の厚さｔを１μｍとしたときの配線長Ｄおよび配線幅ｗとインダクタンスＬの関係を示す特性図である。図１より、配線長を短くするとともに、配線幅を広くすることにより、電源パッドまたは信号用パッドと容量手段を接続する配線の寄生抵抗成分Ｒａとインダクタンス成分Ｌａに起因する配線のインピーダンスＺａと、容量手段と接地パッドを接続する配線の寄生抵抗成分Ｒｋとインダクタンス成分Ｌｋに起因する配線のインピーダンスＺｋを低減させることができることがわかる。従って、カットするべき電磁ノイズの周波数帯において常にＺａ＋Ｚｋ＜Ｚｃとなるようにすることができる。ただし、Ｚｃは、容量手段の容量成分に起因するインピーダンスである。
【００２７】
この発明によれば、電源パッドまたは信号用パッドから内部回路までの配線の寄生抵抗成分Ｒｌとノイズ対策フィルタ回路の抵抗手段の抵抗値Ｒｆについて、［Ｒｌ／Ｒｆ×１００＜２５］の関係式を満たすように、その長さと幅が選択されていることにより、自動車などに用いられるセンサ等に要求される電磁ノイズレベルの対策を実現することができる。また、電源パッドまたは信号用パッドから電磁ノイズ対策フィルタ回路の容量手段までの配線のインピーダンスＺｋと、その容量手段と接地パッドを接続する配線のインピーダンスＺｋと、容量手段のインピーダンスＺｃについて、カットするべき電磁ノイズの周波数帯において常に、［Ｚａ＋Ｚｋ＜Ｚｃ］の関係式を満たすように、その長さと幅が選択されていることにより、自動車などに用いられるセンサ等に要求される電磁ノイズレベルの対策を実現することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明にかかる半導体装置および物理量センサ装置によれば、自動車用デバイスに要求される電磁ノイズ耐性を満たす半導体装置または各種センサ装置を実現することができる。また、ノイズフィルタ回路を１チップに内蔵することにより、フィルタデバイスの外部接続が不要となるので、コストの低減を図ることができるとともに、フィルタデバイスの外部接続部の故障を回避することができるので、安価で信頼性の高い半導体装置または各種センサ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および物理量センサ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。特に限定しないが、以下の実施の形態では、本発明を半導体圧力センサに適用した例について説明する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３０】
実施の形態１．
図２は、本発明の実施の形態１にかかる圧力センサ装置の構成を示す回路図である。図２に示すように、圧力センサ装置３１は、圧力を受けて歪みに変換する４個のピエゾ抵抗素子により構成されたホイートストーンブリッジ３２と、ホイートストーンブリッジ３２から出力された信号を増幅する増幅回路３３を備えている。ホイートストーンブリッジ３２は、物理量検出エレメントに相当する。また、外部から電源電位が印加される電源パッド３４と、外部から接地電位が印加される接地パッド３５と、外部へ信号を出力するための出力パッド３６を備えている。
【００３１】
さらに、ホイートストーンブリッジ３２を駆動するためのセンサ駆動回路３７と、ホイートストーンブリッジ３２の感度調整およびその温度特性の補正をそれぞれ行う感度調整回路および感度温特補正回路３８と、増幅回路３３のオフセット調整およびその温度特性の補正をそれぞれ行うオフセット調整回路およびオフセット温特補正回路３９と、内部電源４０を備えている。そして、電源パッド３４と内部電源４０を接続する配線４１には、例えば２個の抵抗４２，４３が直列に接続されている。
【００３２】
電源パッド３４と第１の抵抗４２との接続ノード、第１の抵抗４２と第２の抵抗４３との接続ノード、および第２の抵抗４３と内部電源４０との接続ノードと接地点の間には、それぞれ第１のキャパシタ４４、第２のキャパシタ４５、第３のキャパシタ４６が接続されている。これら２個の抵抗４２，４３からなる抵抗手段および３個のキャパシタ４４，４５，４６からなる容量手段は、電磁ノイズ対策フィルタ回路を構成している。また、出力パッド３６と増幅回路３３を接続する配線４７にも、出力パッド３６側から順に第３および第４の抵抗４８，４９および第４、第５および第６のキャパシタ５０，５１，５２よりなる同様の電磁ノイズ対策フィルタ回路が接続されている。
【００３３】
上述した構成は、圧力センサ装置３１の半導体圧力センサチップに設けられている。特に図示しないが、圧力センサ装置３１は、この半導体圧力センサチップをガラス台座に接合して圧力検出エレメントとし、これを樹脂パッケージの窓部に固定し、電源パッド３４、接地パッド３５および出力パッド３６をそれぞれ樹脂パッケージを貫通する電源端子、接地端子および出力端子にアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）製のワイヤにより電気的に接続し、樹脂パッケージの窓部をゲルで満たした構成となっている。圧力センサ装置３１の外観および電源端子を通る断面の構成は、図９および図１０に示す構成において貫通コンデンサ１０がない構成と同様である。
【００３４】
一般に、自動車用センサに印加される電磁ノイズの周波数は、数百キロ〜１ギガＨｚである。そのため、センサチップ内にフィルタ回路を形成する際に、電磁ノイズをカットするフィルタ定数に対して、チップ上のパッドとフィルタ回路を結ぶ配線およびフィルタ回路と増幅回路を結ぶ配線の寄生抵抗成分とインダクタンス成分を、無視することができなくなる。
【００３５】
そこで、実施の形態１では、図３に示すように、センサ内部回路５３内の内部電源４０と電源パッド３４を接続する配線４１のうち、電源パッド３４から電磁ノイズ対策フィルタ回路の第１の抵抗４２までの配線の寄生抵抗成分Ｒｌａ、第１の抵抗４２から第２の抵抗４３までの配線の寄生抵抗成分Ｒｌｂ、および第２の抵抗４３から内部電源４０までの配線の寄生抵抗成分Ｒｌｃに着目する。そして、これらの合計であるＲｌ＝［Ｒｌａ＋Ｒｌｂ＋Ｒｌｃ］と第１の抵抗４２の抵抗値Ｒｆａと第２の抵抗４３Ｒｆｂの抵抗値との合計であるＲｆ＝[Ｒｆａ＋Ｒｆｂ]が、［Ｒｌ／Ｒｆ×１００＜２５］の関係式を満たすように、抵抗値Ｒｌａ、ＲｌｂおよびＲｌｃを調整する。
【００３６】
電源側の寄生抵抗成分Ｒｌａを調整するには、電源パッド３４から第１の抵抗４２までの配線部分のうち、電源パッド３４から第１のキャパシタ４４の接続ノードまでの配線部分の長さＤａとその幅、および第１のキャパシタ４４の接続ノードから第１の抵抗４２までの配線部分の長さＤｂとその幅を適宜調整すればよい。
【００３７】
寄生抵抗成分Ｒｌｂを調整するには、第１の抵抗４２と第２の抵抗４３との間の配線部分のうち、第１の抵抗４２から第２のキャパシタ４５の接続ノードまでの配線部分の長さＤｃとその幅、および第２のキャパシタ４５の接続ノードから第２の抵抗４３までの配線部分の長さＤｄとその幅を適宜調整すればよい。内部電源４０（内部回路５３）側の寄生抵抗成分Ｒｌｃを調整するには、第２の抵抗４３から内部電源４０（内部回路５３）までの配線部分のうち、第２の抵抗４３から第３のキャパシタ４６の接続ノードまでの配線部分の長さＤｅとその幅、および第３のキャパシタ４６の接続ノードから内部電源４０（内部回路５３）までの配線部分の長さＤｆとその幅を適宜調整すればよい。
【００３８】
出力パッド３６においても同様に寄生抵抗成分Ｒｌを調整することができる。寄生抵抗成分Ｒｌａを調整するには、出力パッド３６から第３の抵抗４８までの配線部分のうち、出力パッド３６から第４のキャパシタ５０の接続ノードまでの配線部分の長さＤｉとその幅、および第４のキャパシタ５０の接続ノードから第３の抵抗４８までの配線部分の長さＤｊとその幅を適宜調整すればよい。第３の抵抗４８と第４の抵抗４９との間の配線部分のうち、第３の抵抗４８から第５のキャパシタ５１の接続ノードまでの配線部分の長さＤｋとその幅、および第５のキャパシタ５１の接続ノードから第４の抵抗４９までの配線部分の長さＤｌとその幅を適宜調整すればよい。
【００３９】
増幅回路３３（内部回路５３）側の抵抗値Ｒｌｃを調整するには、第４の抵抗４９から増幅回路３３（内部回路５３）までの配線部分のうち、第４の抵抗４９から第６のキャパシタ５２の接続ノードまでの配線部分の長さＤｍとその幅、および第６のキャパシタ５２の接続ノードから増幅回路３３（内部回路５３）までの配線部分の長さＤｎとその幅を適宜調整すればよい。
【００４０】
なお、センサ内部回路５３には、図２に示す構成のうち、ホイートストーンブリッジ３２、増幅回路３３、センサ駆動回路３７、感度調整回路および感度温特補正回路３８、オフセット調整回路およびオフセット温特補正回路３９および内部電源４０が含まれている。一例として、第１の抵抗４２と第２の抵抗４３の値をともに６０Ωとすると、電源側の電磁ノイズ対策フィルタ回路では抵抗値Ｒｆの値は１２０Ω（＝６０Ω＋６０Ω）である。
【００４１】
出力側についても同様であり、第３の抵抗４８と第４の抵抗４９の値をともに６０Ωとすると、出力側の電磁ノイズ対策フィルタ回路では抵抗値Ｒｆの値は１２０Ω（＝６０Ω＋６０Ω）である。その結果、図４に示す通り、放射電磁ノイズ照射時の出力変動（縦軸）と、電磁ノイズ対策フィルタ回路の抵抗値Ｒｆに対する寄生抵抗成分Ｒｌの合計［Ｒｌａ＋Ｒｌｂ＋Ｒｌｃ］の割合（横軸）との関係から、［Ｒｌ／Ｒｆ×１００＜２５］の関係式を満たすことにより、自動車用センサに対する要求仕様を満足するセンサ装置が得られる。
【００４２】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる圧力センサ装置の電磁ノイズ対策フィルタ回路を示す回路図である。実施の形態２では、電源パッド３４と接地点の間に電磁ノイズ対策フィルタ回路として容量手段である第１のキャパシタ５４が接続されている。そして、電源パッド３４と第１のキャパシタ５４を接続する配線（図５のＤａとＤｇの部分）の寄生抵抗成分Ｒａとインダクタンス成分Ｌａに起因するインピーダンスＺａ、第１のキャパシタ５４と接地点を接続する配線（図５のＤｈの部分）の寄生抵抗成分Ｒｋとインダクタンス成分Ｌｋに起因するインピーダンスＺｋ、および第１のキャパシタ５４の容量成分に起因するインピーダンスＺｃが、カットするべき電磁ノイズの周波数帯において常に、［Ｚａ＋Ｚｋ＜Ｚｃ］の関係式を満たすように、各配線の長さと幅を調整する。
【００４３】
また、出力パッド３６と接地点の間に電磁ノイズ対策フィルタ回路として第２のキャパシタ５５が接続されている。そして、電源側の電磁ノイズ対策フィルタ回の場合と同様に、出力パッド３６と第２のキャパシタ５５を接続する配線（図５のＤｉとＤｏの部分）の寄生抵抗成分Ｒａとインダクタンス成分Ｌａに起因するインピーダンスＺａ、第２のキャパシタ５５と接地点を接続する配線（図５のＤｐの部分）の寄生抵抗成分Ｒｋとインダクタンス成分Ｌｋに起因するインピーダンスＺｋ、および第２のキャパシタ５５の容量成分に起因するインピーダンスＺｃが、カットするべき電磁ノイズの周波数帯において常に、［Ｚａ＋Ｚｋ＜Ｚｃ］の関係式を満たすように、各配線の長さと幅を調整する。
【００４４】
配線のインピーダンスのうち、インダクタンス成分による誘導リアクトルＸＬは、前記（２）式に示すように、電磁ノイズの周波数ｆに比例する。一方、容量リアクトルＸＣは、前記（３）式に示すように、電磁ノイズの周波数ｆに反比例する。従って、電磁ノイズの周波数ｆが高くなると、インダクタンス成分による誘導リアクトルＸＬを無視することができなくなり、電源パッド３４または出力パッド３６と接地点とを結ぶ電磁ノイズ対策フィルタ回路のキャパシタ５４または５５の容量成分によるインピーダンスＺｃよりも、この経路の配線に寄生するインダクタンス成分によるインピーダンスＺＬが支配的となる。そのため、フィルタの効果が低下してしまう。
【００４５】
このインダクタンス成分によるインピーダンスＺＬは、電源パッド３４または出力パッド３６と電磁ノイズ対策フィルタ回路のキャパシタ５４または５５を接続する配線（図５のＤａとＤｇまたはＤｉとＤｏの部分）の寄生抵抗成分Ｒａとインダクタンス成分Ｌａに起因するインピーダンスＺａと、キャパシタ５４または５５と接地点を接続する配線（図５のＤｈまたはＤｐの部分）の寄生抵抗成分Ｒｋとインダクタンス成分Ｌｋに起因するインピーダンスＺｋとの和［Ｚａ＋Ｚｋ］で与えられる。
【００４６】
また、インダクタンス成分Ｌａは、電源パッド３４または出力パッド３６からキャパシタ５４または５５までの配線部分の長さ［Ｄａ＋Ｄｇ］または［Ｄｉ＋Ｄｏ］とその幅ｗを用いて前記（４）式で与えられる。同様に、インダクタンス成分Ｌｋは、キャパシタ５４または５５から接地点までの配線部分の長さＤｈまたはＤｐとその幅ｗによって決まる。ただし、前記（４）式においては、［Ｄａ＋Ｄｇ］、Ｄｈ、［Ｄｉ＋Ｄｏ］およびＤｐをＤとする。また、配線の厚さｔは１．０μｍである。電源パッド３４または出力パッド３６から、キャパシタ５４または５５を介して接地点に至る経路のインダクタンスは、［Ｌａ＋Ｌｋ］で与えられる。そして、インピーダンス［Ｚａ＋Ｚｋ］は、このインダクタンス成分［Ｌａ＋Ｌｋ］から導かれる。
【００４７】
図６は、配線のインダクタンス成分［Ｌａ＋Ｌｋ］と電磁ノイズ対策フィルタ回路のキャパシタ５４または５５の容量成分（１００ｐＦとする）によるインピーダンス［Ｚａ＋Ｚｋ］の周波数特性を示す特性図である。図６には、インダクタンス成分［Ｌａ＋Ｌｋ］が大きくなり、キャパシタ５４または５５の容量成分に対して無視できなくなると、周波数１００〜２００ＭＨｚ以上でインピーダンスが大きくなり、接地電位へノイズを逃がすフィルタの効果が低下することが示されている。自動車用のセンサに印加される電磁ノイズの周波数が数百キロ〜１ギガＨｚであるため、図６に示すように周波数１００〜２００ＭＨｚ以上でインピーダンスが大きくなると、数百メガＨｚ付近の電磁ノイズの除去能力が低下し、センサの出力が変動してしまう。
【００４８】
図７は、インダクタンス成分［Ｌａ＋Ｌｋ］と放射電磁ノイズ耐性の関係を示す特性図である。電磁ノイズ対策フィルタ回路のキャパシタ５４または５５の容量は、１００ｐＦである。図７に示すように、配線の長さと幅を調整してインダクタンス［Ｌａ＋Ｌｋ］を小さくし、キャパシタ５４または５５の容量リアクトルＸＣに対して誘導リアクトルＸＬを無視できるようにすることによって、電磁ノイズ耐性を向上させることができる。
【００４９】
なお、図８に示す変形例のように、電源パッド３４または出力パッド３６と接地点の間に接続するキャパシタ５４，５５の他に、電源パッド３４または出力パッド３６とセンサ内部回路５３の間に、抵抗５６〜５９およびキャパシタ６０〜６３からなるＣＲフィルタ回路を接続してもよい。図８に示す例では、センサ内部回路５３と電源パッド３４を接続する配線４１の、第１のキャパシタ５４の接続ノードとセンサ内部回路５３の間に、２個の抵抗５６，５７を直列に接続している。
【００５０】
そして、その２個の抵抗５６，５７の間のノードと接地点の間にキャパシタ６０を接続し、センサ内部回路５３と抵抗５７の間のノードと接地点の間にキャパシタ６１を接続している。また、センサ内部回路５３と出力パッド３６を接続する配線４７の、第２のキャパシタ５５の接続ノードとセンサ内部回路５３の間に、２個の抵抗５８，５９を直列に接続している。そして、その２個の抵抗５８，５９の間のノードと接地点の間にキャパシタ６２を接続し、センサ内部回路５３と抵抗５９の間のノードと接地点の間にキャパシタ６３を接続している。
【００５１】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態中に記載した寸法や電気的特性値などは一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。また、本発明は、圧力センサ装置に限らず、その他の種々のセンサ装置、あるいはセンサ以外の半導体装置にも適用可能である。また、上述の圧力センサ装置においては、信号を出力する出力パッドについて述べたが、信号を入力する入力パッドまたは信号の入出および出力を兼ねた入出力パッドなど信号の入出力にかかわる信号用パッドにおいて同様に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかる半導体装置および物理量センサ装置は、電磁ノイズがある環境で用いられる装置に有用であり、特に、自動車用、計測用または校正用などの各種センサに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】配線長および配線幅とインダクタンスの関係を示す特性図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる圧力センサ装置の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる圧力センサ装置の電磁ノイズ対策フィルタ回路を示す回路図である。
【図４】電磁ノイズ対策フィルタ回路の抵抗成分に対する寄生抵抗成分の割合と電磁ノイズ耐性との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる圧力センサ装置の電磁ノイズ対策フィルタ回路を示す回路図である。
【図６】配線のインダクタンスとキャパシタの容量成分によるインピーダンスの周波数特性を示す特性図である。
【図７】配線のインダクタンス成分と放射電磁ノイズ耐性の関係を示す特性図である。
【図８】本発明の実施の形態２にかかる圧力センサ装置の電磁ノイズ対策フィルタ回路の他の例を示す回路図である。
【図９】従来の自動車用圧力センサ装置の外観を示す斜視図である。
【図１０】従来の自動車用圧力センサ装置の縦断面の構成を示す断面図である。
【図１１】従来の電磁ノイズ対策用のフィルタ回路を内蔵した圧力センサ装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５４】
３１  物理量センサ装置
３２  物理量検出エレメント
３３  増幅回路
３４  電源パッド
３５  接地パッド
３６  出力パッド
４２，４３，４８，４９  電磁ノイズ対策フィルタ回路の抵抗成分
４４〜４６，５０〜５２  電磁ノイズ対策フィルタ回路の容量成分
５４，５５  キャパシタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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