(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ上に電源パッドと複数の信号パッドとを備え、各信号パッドに対して設けられたバッファ回路が、前記電源パッドに接続され且つ前記チップの辺部に沿って形成された共通の電源配線上に配された各電源供給点から電源供給を受けて動作するように構成された半導体集積回路装置であって、
前記共通の電源配線上に、前記電源パッド、低速動作用の信号端子を介して信号を入出力するために用いられる低周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群、高速動作用の信号端子を介して信号を入出力するために用いられる高周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群が順に配され、前記低周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群と前記高周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群との配線距離が前記電源パッドと前記低周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群との配線距離よりも長くなるように前記各電源供給点が配されていることを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項２】
前記低周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群と前記高周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群との配線距離が、前記低周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点の相互距離および前記高周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点の相互距離よりも長くなるように前記電源パッドおよび前記各電源供給点の相互距離が設定されていることを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路装置。
【請求項３】
前記共通の電源配線上における前記電源パッドおよび前記各電源供給点の相互距離は、前記共通の電源配線に存在する抵抗成分と容量成分との作用による高域遮断特性に基づいて設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体集積回路装置。
【請求項４】
前記共通の電源配線の正負配線間にコンデンサが付加されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の半導体集積回路装置。
【請求項５】
前記チップ上に形成された内部回路に対して電源を供給する電源パッドおよび電源配線が、前記バッファ回路に対して電源を供給する電源パッドおよび電源配線から独立して設けられていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の半導体集積回路装置。
【請求項６】
前記チップ上に形成された内部回路は前記共通の電源配線から電源供給を受けて動作し、
前記内部回路への電源供給点と前記電源パッドとの配線距離および前記内部回路への電源供給点と前記信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点との配線距離がともに長くなるとともに前記内部回路への電源供給点が前記電源配線上に分散するように、前記電源パッド、前記信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点および前記内部回路への電源供給点が配されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の半導体集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号パッドのバッファ回路が共通の電源配線から電源供給を受けて動作するように構成された半導体集積回路装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
半導体集積回路装置（ＩＣ）のパッケージには多数の端子が設けられており、その各端子に対応してチップ上にボンディングパッド（以下、パッドと称す）が形成されている。チップ上において、ロジック回路などからなる内部回路と信号出力用の各パッドとの間には、それぞれ図５に示すような回路形態を持つバッファ回路が設けられている。このバッファ回路１は、内部回路の出力信号を反転してパッド２に対し出力するもので、電源配線３、４間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ５、６から構成されている。
【０００３】
この図５において、例えば内部回路の出力信号がＨからＬに切り替わると、その瞬間電源配線３からＭＯＳトランジスタ５、６を通して貫通電流Ｉａが流れるとともに、電源配線３からＭＯＳトランジスタ５、パッド２を通して当該パッド２に接続された外部回路７に充電電流Ｉｂが流れる。電源配線３にこれら貫通電流Ｉａと充電電流Ｉｂとが流れると、電源配線３の持つ抵抗成分によって電圧降下が発生し電源電圧が変動する。この電圧変動は電源線４においても同様にして発生する。
【０００４】
ＭＯＳトランジスタ５、６のスイッチングに起因して生じる上記電圧変動（ノイズ）は、スイッチング回数つまり内部回路の出力信号の周波数が高いほど大きくなる。このノイズは、電源配線３、４を介して図示しない電源パッドに伝搬され、電源パッドから電源端子を通してＩＣの外部に漏洩する。また、電源配線３、４から電源供給を受けて動作する他のバッファ回路を介して他の信号パッドにも伝搬され、この信号パッドから信号端子を通してＩＣの外部に漏洩する。
【０００５】
こうしたノイズの漏洩を低減可能なＩＣとして、特開平１１−１７７０２５号公報に開示されたものがある。このＩＣは、内部回路のうちで扱う信号周波数が他の内部回路より高い内部回路の内部回路電源端子と各内部回路に電源供給を行うための電源端子パッドとを上記他の内部回路を経由してジグザグ状に接続した電源配線（内部電源配線）を備えている。これにより、貫通電流Ｉａにより発生したノイズは、ジグザグ状の内部電源配線の途中に配置された内部回路における容量成分により基準電位側に逃がされ、また、内部電源配線のインダクタンス成分により抑制される。
【０００６】
しかしながら、内部回路に電源を供給するための内部電源配線をジグザグ状にして配線距離を増やすと、ノイズの低減が図られる一方で内部電源配線における電圧降下が大きくなる。すなわち、内部回路に供給される電源電圧が電源端子パッドに与えられる電源電圧よりも著しく低下して内部回路での電源電圧マージンが減少し、電源電圧変動に対する安定動作範囲が狭まってしまう。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、内部回路の電源電圧マージンの減少を防止しつつ、高周波成分を持つ信号を入出力するパッドのバッファ回路において生じたノイズの外部漏洩を防止する半導体集積回路装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した手段によれば、複数の信号パッドに対してそれぞれ設けられたバッファ回路は、その信号パッドが入出力する信号の周波数成分にかかわらず、前記電源パッドに接続され且つチップの辺部に沿って形成された共通の電源配線から電源供給を受けて動作する。バッファ回路が動作すると、その貫通電流または充放電電流により、電源配線上の電源供給点に電圧変動すなわちノイズが発生する。このノイズは、入出力する信号の周波数成分が高いほど大きくなる。
【０００９】
各信号パッドを通して入出力される信号の周波数成分は、その信号機能に基づいて予め予測可能である。本手段では、共通の電源配線上に、電源パッド、低速動作用の信号端子を介して信号を入出力するために用いられる低周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群、高速動作用の信号端子を介して信号を入出力するために用いられる高周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群が順に配され、低周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群と高周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群との配線距離が電源パッドと低周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群との配線距離よりも長く設定したので、高周波信号パッドのバッファ回路で生じた大きなノイズは、電源配線を通して電源パッドまたは低周波信号パッドに伝搬する間に、電源配線に存在する抵抗成分と容量成分とによる高域遮断作用によって低減され易くなり、電源パッドや低周波信号パッドから漏洩するノイズが低減される。
【００１０】
請求項２に記載した手段によれば、低周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群と高周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点群との配線距離が、低周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点の相互距離および高周波信号パッドに対して設けられたバッファ回路への電源供給点の相互距離よりも長くなるように電源パッドおよび各電源供給点の相互距離が設定されている。
【００１１】
請求項３に記載した手段によれば、電源パッドおよび各電源供給点の相互距離は、共通の電源配線に存在する抵抗成分と容量成分との作用による高域遮断特性に基づいて設定されているので、不必要に長い配線距離が設定されてチップサイズの増大を招いたり、十分なノイズの低減効果が得られないといったことがなくなる。
【００１２】
請求項４に記載した手段によれば、共通の電源配線の正負配線間にコンデンサが付加されているので、貫通電流または充放電電流により生じる急峻な電圧変化を持つノイズの低減効果が大きくなる。その結果、電源パッドおよび各電源供給点の相互距離を比較的小さく設定でき、チップサイズの小型化が図られる。
【００１３】
請求項５に記載した手段によれば、内部回路に対して電源供給する電源パッドおよび電源配線が、信号パッドのバッファ回路に対して電源供給する電源パッドおよび電源配線から独立して設けられているので、内部回路で発生するノイズが信号パッドおよびその電源パッドに伝搬し、これら複数のパッドから分散して漏洩することを防止できる。
【００１４】
請求項６に記載した手段によれば、内部回路は上記共通の電源配線から電源供給を受けて動作する。一般に内部回路は消費電流が大きいため、電源電圧に変動（ノイズ）を与え易い。内部回路への電源供給点と電源パッドとの距離および内部回路への電源供給点と信号パッドのバッファ回路への電源供給点との距離をともに長く設定することにより、内部回路で生じるノイズを電源配線に存在する抵抗成分と容量成分とを利用して低減させ、電源パッドおよび信号パッドから外部に漏洩するノイズ量を低減できる。この場合、内部回路に対する電源供給点を電源配線上に分散して配置しているので、電源配線の抵抗成分による電源電圧の低下を極力抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１および図２を参照しながら説明する。
図１は、ＩＣ（半導体集積回路装置）の端子、パッドおよび電源配線のレイアウトの一部を模式的に示している。この図１に示すＩＣ１１において、パッケージ１２の内部のリードフレームにはチップ１３がマウントされている。チップ１３にはＣＰＵ、メモリ、ロジック回路などの内部回路１４が形成されており、チップ１３の上面周縁部には多数のボンディングパッド（以下、単位にパッドと称す）が配列形成されている。
【００１６】
すなわち、チップ１３の四隅部には電源供給を行うための電源パッド１５が形成され、その電源パッド１５に隣接して複数の低速動作用の信号パッド１６（低周波信号パッドに相当）がほぼ等間隔に一群をなして形成されている。この信号パッド１６は、内部回路１４におけるＩ／Ｏポート信号など比較的低い周波数成分を持つ信号を入出力するために用いられるパッドである。
【００１７】
この一群の信号パッド１６からさらに電源パッド１５とは反対方向に距離を離して複数の高速動作用の信号パッド１７（高周波信号パッドに相当）がほぼ等間隔に一群をなして設けられている。この信号パッド１７は、内部回路１４におけるアドレスバス信号、拡張バス信号、通信データ信号など比較的高い周波数成分を持つ信号を入出力するために用いられるパッドである。
【００１８】
この場合、一群の信号パッド１６と一群の信号パッド１７との間隔が、電源パッド１５と一群の信号パッド１６との間隔、信号パッド１６相互の間隔および信号パッド１７相互の間隔に比べて大きくなるように設定されている。その結果、電源パッド１５と各信号パッド１７との距離および各信号パッド１６と各信号パッド１７との距離がともに長くなっている。
【００１９】
パッケージ１２には、上記電源パッド１５、信号パッド１６、信号パッド１７にそれぞれ対応して電源端子１８、低速動作用の信号端子１９、高速動作用の信号端子２０が設けられており、これら対応するパッドと端子とがボンディングワイヤ２１によって接続されている。本実施形態では電源端子１８と信号端子１９との間、信号端子１９相互間および信号端子２０相互間が等間隔で、信号端子１９と２０との間隔が比較的大きくなるように端子配置されているが、全ての端子を等間隔に配置しても良い。
【００２０】
チップ１３において、信号パッド１６、１７の近傍にはそれぞれバッファ回路２２が形成されている。正側の電源パッド１５、負側の電源パッド（図示せず）からチップ１３の各辺部に沿ってそれぞれ電源配線２３、２４が形成されており、各バッファ回路２２はこの共通の電源配線２３、２４から電源供給を受けるようになっている。電源配線２３上における各バッファ回路２２への電源供給点４３、４４は、各バッファ回路２２の近傍に配されている。
【００２１】
この電源供給点４３、４４は、信号パッド１６、１７と同様の間隔設定となっている。すなわち、信号パッド１６に対して設けられたバッファ回路２２への電源供給点４３が互いに等間隔に配置され、信号パッド１７に対して設けられたバッファ回路２２への電源供給点４４が互いに等間隔に配置されている。また、一群の電源供給点４３と一群の電源供給点４４との配線距離が、電源パッド１５と一群の電源供給点４３との配線距離に比べて長くなるように設定されている。その結果、電源パッド１５と電源供給点４４との配線距離、および電源供給点４３と電源供給点４４との配線距離がともに長くなっている。なお、図示しないが、負側の電源配線２４についても同様にして電源供給点が設けられている。
【００２２】
電源配線２３と２４との間にはコンデンサ２５が形成されている。図１では正側の電源配線２３は実線により模式的に示され、負側の電源配線２４はグランドを示す記号により示されている。なお、正側の電源パッド１５、図示しない負側の電源パッドから内部回路１４に至る正側、負側の電源配線２６、２７は、電源配線２３、２４とは独立して設けられている。
【００２３】
図２は、信号パッド１７に対して設けられたバッファ回路２２の電気的構成を示している。この図２において、バッファ回路２２は、内部回路１４から入力した信号を信号パッド１７に対し出力する出力バッファ回路２８、信号端子２０から信号パッド１７に入力された信号を内部回路１４に対して出力する入力バッファ回路２９、および電源配線２３、２４と信号パッド１７との間に接続されたダイオード３０、３１からなる過電圧保護回路３２から構成されている。
【００２４】
出力バッファ回路２８は、電源配線２３と信号パッド１７との間に介在するＭＯＳトランジスタと、信号パッド１７と電源配線２４との間に介在するＭＯＳトランジスタとから構成されている（図５参照）。入力バッファ回路２９も同様に構成されているが、そのＭＯＳトランジスタのサイズは出力バッファ回路２８を構成するＭＯＳトランジスタのサイズに比べて数十分の一程度である。また、出力バッファ回路２８は、信号パッド１７が入力に用いられる場合において出力バッファ回路２８の出力部をハイインピーダンスとするためのイネーブル機能を備えている。
【００２５】
次に、ＩＣ１１で発生するスイッチングノイズについて説明する。
「発明が解決しようとする課題」において説明したように、出力バッファ回路２８を構成するＭＯＳトランジスタのオンオフ状態が切り替わると、その瞬間電源配線２３から２４に貫通電流Ｉａが流れ、電源配線２３から信号パッド１７または信号パッド１７から電源配線２４に充放電電流Ｉｂが流れる。出力バッファ回路２８のトランジスタ面積は入力バッファ回路２９のトランジスタ面積よりも大きく、またＩＣ１１の外部回路の持つ容量成分は内部回路１４の持つ容量成分よりも大きい。このため、出力バッファ回路２８には、入力バッファ回路２９よりも大きな貫通電流Ｉａと充放電電流Ｉｂとが流れ、電源配線２３上の電源供給点４４において急峻な電圧変動が発生する（電源配線２４についても同様）。
【００２６】
この電圧変動すなわちスイッチングノイズ（以下、単にノイズと称す）は、内部回路１４の出力信号の周波数が高いほど大きくなる。従って、信号パッド１６のバッファ回路２２で発生するノイズよりも信号パッド１７のバッファ回路２２で発生するノイズの方が大きくなる。
【００２７】
信号パッド１７のバッファ回路２２で発生するノイズは、その電源供給点４４から電源配線２３を通して伝搬される（電源配線２４についても同様）。電源配線２３、２４には抵抗成分（図１において抵抗３３により表す）と容量成分とが分布しており、さらに電源配線２３と２４との間にコンデンサ２５が形成されているので、これら抵抗成分とコンデンサ２５（分布する容量成分を含む）は電源配線２３、２４を伝搬するノイズに対し高域遮断フィルタ（ローパスフィルタ）として作用する。
【００２８】
本実施形態では、電源パッド１５、信号パッド１６、１７が順に配置され、電源配線２３上において信号パッド１６のバッファ回路２２に対する電源供給点４３と信号パッド１７のバッファ回路２２に対する電源供給点４４との配線距離が長く設定されているので、信号パッド１６と１７との間の電源配線２３、２４における高域遮断効果が大きくなる。従って、信号パッド１７のバッファ回路２２で発生したノイズは、電源配線２３、２４を伝搬して信号パッド１６のバッファ回路２２に到達するまでに大きく減衰し、信号パッド１６から信号端子１９を通して外部に漏洩するノイズが低減する。
【００２９】
また、電源パッド１５は信号パッド１７に対し一層距離が離れているので、高域遮断効果が一層大きくなり、信号パッド１７のバッファ回路２２で発生したノイズが電源配線２３、２４を伝搬して電源パッド１５から電源端子１８を通して外部に漏洩することを抑制することができる。これにより、例えばＩＣ１１を車載機器に用いた場合において、ＩＣ１１の外部にノイズ低減用の部品を付加することなくラジオノイズを低減することができる。
【００３０】
この場合、一群の電源供給点４３と一群の電源供給点４４との配線距離およびコンデンサ２５の静電容量は、電源配線２３、２４に分布する抵抗成分と容量成分との作用による高域遮断特性に基づいて設定されるので、不必要に長い配線距離が設定されてチップサイズが増大したり十分なノイズ低減効果が得られないといったことを防止できる。
【００３１】
また、バッファ回路２２の消費電流は内部回路１４の消費電流に比べて十分に小さいので、電源パッド１５と電源供給点４４との配線距離を長く設定しても電源配線２３、２４の抵抗成分による電源電圧の低下が小さく、バッファ回路２２における電源電圧マージンの減少が小さい。さらに、内部回路１４に対し電源配線２３、２４から独立した電源配線２６、２７を設け、電源パッド１５から短い距離で直接的に電源供給が行われるので、内部回路１４の消費電流による電源電圧の低下を最小限に抑え、内部回路１４の電源電圧マージンの減少を極力抑えることができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図３を参照しながら説明する。
図３において、ＩＣ３４のチップ３５上には内部回路１４に電源を供給するための電源パッド３６が形成されており、パッケージ１２には電源パッド３６に対応して電源端子３７が設けられている。電源パッド３６と内部回路１４とは電源配線３８により接続され、図示しない負側の電源パッドと内部回路１４とは電源配線３９により接続されている。その他の部分は図１に示すＩＣ１１と同じ構成となっており、図１と同一符号により示している。
【００３３】
内部回路１４は消費電流が大きく、その動作に伴って電源電圧に変動（ノイズ）を与え易い。本実施形態によれば、内部回路１４に対する電源配線３８、３９をバッファ回路２２に対する電源配線２３、２４から分離したので、内部回路１４で生じたノイズが電源端子１８および信号端子１９、２０から分散して漏洩することを防止することができる。従って、電源端子３７および図示しない負側の電源端子に対してのみコンデンサを外付けするなどのノイズ対策を施すことにより、内部回路１４で発生するノイズの外部漏洩を比較的容易に抑制することができる。
【００３４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図４を参照しながら説明する。
図４において、ＩＣ４０内のチップ４１には各辺部に沿って電源配線２３、２４が形成されており、内部回路１４はこの電源配線２３、２４を通して電源供給を受けるようになっている。電源パッド１５と信号パッド１６、１７の配置、および電源供給点４３、４４の配置は図１に示すＩＣ１１と同じである。
【００３５】
電源配線２３における内部回路１４への電源供給点４２は、一群の電源供給点４４から電源パッド１５とは反対方向に設けられている。この場合、電源供給点４２と一群の電源供給点４４との配線距離が、例えば一群の電源供給点４３と一群の電源供給点４４との配線距離と同程度あるいはそれ以上となるように比較的長く設定されている。また、電源供給点４２は、電源配線２３上に分散して（図４では２点に分散して）配置されている。なお、図示しないが、負側の電源配線２４についても同様にして電源供給点が設けられている。
【００３６】
この構成によれば、内部回路１４で生じるノイズは、電源配線２３、２４を通して伝搬され、電源配線２３、２４に分布して存在する抵抗成分と電源配線２３、２４間に形成されたコンデンサ２５（分布して存在する容量成分を含む）とによる高域遮断作用によって減衰する。
【００３７】
本実施形態では、電源供給点４２と電源供給点４４との間隔が比較的大きく設定されているので、電源供給点４２と電源供給点４４との間の電源配線２３、２４における高域遮断効果がより大きくなる。従って、内部回路１４で発生したノイズは、電源配線２３、２４を伝搬して信号パッド１７のバッファ回路２２に到達するまでに大きく減衰し、信号パッド１６のバッファ回路２２および電源パッド１５に到達するまでにさらに大きく減衰する。その結果、内部回路１４で発生したノイズのＩＣ外部への漏洩を抑制することができる。
【００３８】
また、電源供給点４２を電源配線２３上に分散して設けたので、内部回路１４への電流は電源配線２３、２４に分散して流れる。その結果、上記電源配線２３、２４の抵抗成分による電源電圧の低下を小さく抑えることができ、内部回路１４の電源電圧マージンを十分に確保することができる。
【００３９】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
第１、第２の各実施形態において、バッファ回路２２の電源電圧マージンを十分に確保した上で、電源配線２３、２４に抵抗を付加しても良い。これにより、ノイズに対する高域遮断効果を一層高めることができる。同様に、第３の実施形態において、内部回路１４とバッファ回路２２の電源電圧マージンを十分に確保した上で、電源配線２３、２４に抵抗を付加しても良い。
【００４０】
各実施形態において、電源パッド１５をチップ１３、３５、４１の四隅部に設けた。これは、ＩＣ１１、３４、４０を基板に実装した場合に、基板上にコンデンサなどのノイズ低減用の部品を付加し易いためである。しかし、電源パッド１５を必ずしも四隅部に設ける必要はない。また、電源配線２３における電源パッド１５、電源供給点４２、４３、４４の相互距離を上述した各実施形態と同様に設定する限りにおいて、電源パッド１５、信号パッド１６、１７を他の配置としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるＩＣのレイアウトを模式的に示す図
【図２】バッファ回路の電気的構成図
【図３】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図４】本発明の第３の実施形態を示す図１相当図
【図５】解決課題におけるノイズの発生原因を説明するためのバッファ回路の電気的構成図
【符号の説明】
１１、３４、４０はＩＣ（半導体集積回路装置）、１３、３５、４１はチップ、１４は内部回路、１５、３６は電源パッド、１６は信号パッド（低周波信号パッド）、１７は信号パッド（高周波信号パッド）、２２はバッファ回路、２３、２４、３８、３９は電源配線、２５はコンデンサ、４２、４３、４４は電源供給点である。
【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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