特許 7115723 半導体装置および半導体モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-01

(45)【発行日】2022-08-09

(54)【発明の名称】半導体装置および半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/822 20060101AFI20220802BHJP

   H01L 27/04 20060101ALI20220802BHJP

   H04B 5/02 20060101ALI20220802BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20220802BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20220802BHJP

   H02J 50/80 20160101ALI20220802BHJP

【ＦＩ】

H01L27/04 A

H01L27/04 H

H04B5/02

H02J7/00 301D

H02J50/12

H02J50/80

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2018000133

(22)【出願日】2018-01-04

(65)【公開番号】P2019121673

(43)【公開日】2019-07-22

【審査請求日】2020-10-29

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２９年７月６日にラピスセミコンダクダ株式会社の顧客事業所にて試供品を配布

(73)【特許権者】

【識別番号】308033711

【氏名又は名称】ラピスセミコンダクタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100099025

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 浩志

(72)【発明者】

【氏名】森田 孝司

【審査官】市川 武宜

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－００４３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０９５５８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－２７４９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０９１９３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２８３１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３５０３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１１２９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１３０００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３４４３４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／８２２

Ｈ０１Ｌ ２７／０４

Ｈ０４Ｂ ５／０２

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

Ｈ０２Ｊ ５０／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１つの半導体チップ上に形成された送信信号回路ブロックと、
受信信号回路ブロックと、
信号処理回路ブロックと、
充電制御回路ブロックおよび監視回路ブロックの少なくとも一方と、
前記半導体チップの第１の辺に沿って配置された、外付けのアンテナを接続するための第１の端子と、
前記半導体チップの前記第１の辺と直交する第２の辺に沿って配置された、外付けの共振回路を接続するための第２の端子と、
前記半導体チップの前記第２の辺と直交する第３の辺に沿って配置された、外付けの整流回路を接続するための第３の端子と、
を備える半導体装置。

【請求項2】

前記送信信号回路ブロックが、前記半導体チップの第１の辺に沿って配置され、
前記受信信号回路ブロックが、前記第１の辺と前記半導体チップの第１の角部で交差する前記半導体チップの第２の辺に沿って配置された
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記受信信号回路ブロックの１つの角部が、前記第２の辺の前記第１の角部と反対側の第２の角部に対応する位置に配置された
請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記送信信号回路ブロックの１つの角部が、前記第１の辺の前記第１の角部と反対側の第３の角部に対応する位置に配置された
請求項２または請求項３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記充電制御回路ブロックが、前記第２の辺に沿って配置された
請求項２または請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記充電制御回路ブロックの１つの角部が、前記第２の辺の前記第１の角部と反対側の第２の角部に対応する位置に配置された
請求項５に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記充電制御回路ブロックの入力端子が前記第１の辺に対向する第３の辺に沿って配置され、
前記受信信号回路ブロックの入力端子が前記第２の辺に沿って配置された
請求項３に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記充電制御回路ブロックの入力端子および前記受信信号回路ブロックの入力端子が前記第１の辺に対向する第３の辺に沿って配置された
請求項３に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記充電制御回路ブロックおよび前記監視回路ブロックの少なくとも一方が、前記送信信号回路ブロックと前記受信信号回路ブロックとの間に配置された
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記送信信号回路ブロックはデータ信号、またはデータ信号および電力信号を前記受信信号回路ブロックに送信する回路ブロックである
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記受信信号回路ブロックは、前記送信信号回路ブロックから送信されたデータ信号、またはデータ信号および電力信号を受信する回路ブロックである
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記信号処理回路ブロックは、前記送信信号回路ブロックから送信するデータ信号、または前記受信信号回路ブロックで受信されたデータ信号を処理する回路ブロックである
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記充電制御回路ブロックは、前記受信信号回路ブロックで受信された電力信号を用いて予め定められた電圧を生成する回路ブロックである
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項14】

前記監視回路ブロックは、前記半導体装置の内部の状態を監視する回路ブロックである 請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項15】

前記送信信号回路ブロックの出力端子に接続された第１のアンテナおよび第１の共振回路をさらに備える
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項16】

前記受信信号回路ブロックの入力端子に接続された第２のアンテナ、第２の共振回路、および整流回路をさらに備える
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項17】

請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の半導体装置と、
前記送信信号回路ブロックの出力端子に接続された第１のアンテナおよび第１の共振回路と、を備える
半導体モジュール。

【請求項18】

請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の半導体装置と、
前記受信信号回路ブロックの入力端子に接続された第２のアンテナ、第２の共振回路、および整流回路と、を備える
半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置および半導体モジュール、特に近距離無線通信用途の半導体装置および半導体モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、近距離無線通信方式、特にＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）方式と呼ばれる非接触型近距離無線通信方式が定着化しつつある。ＮＦＣ方式では、無線通信とともに、アンテナを介した送信側から受信側への電力の供給が行われる。また、受信側で受電した電力により、受信側に内蔵されたバッテリ、あるいは受信側に接続された機器を充電することが検討されている。

【0003】

従来、近距離無線通信と無線電力伝送とをともに実行する通信方式に関する文献として、例えば特許文献１に開示された通信システムが知られている。特許文献１に開示された通信システムは、時分割で近距離無線通信と無線電力伝送とを切り替えて送信装置と受信装置との間で信号を送信および受信する通信システムであって、送信装置は、近距離無線通信と無線電力伝送とに対して共通の搬送波を供給し、受信装置へ近距離無線通信で信号を送信し、受信装置へ無線電力伝送により送電し、受信装置は、送信装置から近距離無線通信により信号を受信し、送信装置から無線電力伝送により受電し、無線電力伝送を実行する期間において、受信した信号を減衰させ、減衰された信号を近距離無線通信へ供給する。特許文献１に係る通信方式によれば、近距離無線通信と無線電力伝送とで同一のアンテナを用い、該アンテナを時分割で切り替えて近距離無線通信および無線電力伝送を実行することにより、通信効率および充電効率を向上させることが可能となるとしている。

【0004】

また、ＮＦＣ通信方式に関連した文献として、特許文献２に開示された受電装置が知られている。特許文献２に開示された受電装置は、送電装置から無線により供給された入力信号を受信するアンテナと、アンテナにより受信された入力信号が入力され、入力信号により受電装置が動作するための電力を得る受電部と、アンテナにより受信された入力信号の電力を減衰する減衰手段と、減衰手段により減衰された入力信号が入力され、入力信号から情報を得る通信部と、を有している。特許文献２に係る受電装置によれば、電力を得るためアンテナと通信により情報を得るためのアンテナとを共通にする場合に、通信部への過大な電力の入力を低減することができるとしている。

【0005】

また、受電電力によりバッテリを充電する構成に関連する文献として、例えば特許文献３に開示された通信システムが知られている。特許文献３に開示された通信システムでは、磁界を介して近接通信を行うリーダライタと携帯端末から構成される通信システムにおいて、リーダライタは、携帯端末に充電を指示する充電コマンドを送信し、携帯端末は、受信した充電コマンドに対して、内部のバッテリの充電に必要な充電時間を示す充電時間情報を含むレスポンスをリーダライタに送信し、リーダライタは、受信したレスポンスに含まれる充電時間に応じて、出力抵抗の抵抗値を下げることにより、発生する磁界の強さを強くし、携帯端末は、充電時間に応じて、アンテナの入力抵抗を下げ、磁界から得られる電力をバッテリに供給している。特許文献３に係る通信システムによれば、通信用のアンテナを用いて、非接触で効率良く充電することができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１４－０７９０９１号公報

【文献】特開２０１６－１１１７９２号公報

【文献】特開２００８－１１３５１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、電力伝送も含めた近距離無線通信システムが用いられる分野は、駅構内の改札口におけるリーダライタのような大型機器から、ウエアラブル機器（例えば、時計やイヤホン、補聴器、メガネなど）などの小型の機器まで幅広い。かかる趨勢下、特に小型の機器のおいては、近距離無線通信システムの小型化、低価格化が喫緊の課題となっており、近距離無線通信システムに用いられる半導体装置（半導体集積回路）も例外ではない。

【0008】

一方、集積化を進めると送信装置と受信装置に必要な機能が大部分で共通化することが可能となり、送信回路および受信回路も双方搭載した上で、必要な機能を有効化して、システム上で動作させる方が、システム全体としての小型化、並びに品質審査のためのテスト工程を含む製造コストの削減が可能となる。

【0009】

この点、特許文献３に係る通信システムでも、ＩＣチップに送信側の一部である送信制御部と受信側の一部である受信制御部とを備えさせている。しかしながら、充電制御等の他の制御部分も含めて集積の観点からは未だ改善の余地がある。一方、特許文献１あるいは特許文献２では、送信器と受信器とは各々別体として開示されており、また近距離無線通信システムを半導体チップでどのように実現するかについては触れていない。

【0010】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、近距離無線通信システムの小型化、低価格化を実現可能とする半導体装置および半導体モジュール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】

本発明に係る半導体装置は、１つの半導体チップ上に形成された送信信号回路ブロックと、受信信号回路ブロックと、信号処理回路ブロックと、充電制御回路ブロックおよび監視回路ブロックの少なくとも一方と、を備えるものである。

【0012】

本発明に係る半導体モジュールは、上記の半導体装置と、前記送信信号回路ブロックの出力端子に接続された第１のアンテナおよび第１の共振回路と、を備えるものである。

【0013】

本発明に係る他の態様の半導体モジュールは、上記の半導体装置と、前記受信信号回路ブロックの入力端子に接続された第２のアンテナ、第２の共振回路、および整流回路と、を備えるものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、近距離無線通信システムの小型化、低価格化を実現可能とする半導体装置および半導体モジュールを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施の形態に係る半導体装置の回路構成の一例を示すブロック図である。

【図2】実施の形態に係る半導体装置の、共振回路および整流回路の接続の一例を示すブロック図である。

【図3】実施の形態に係る半導体装置において、（ａ）は送信時に未使用となる回路ブロックを示す半導体装置レイアウト図、（ｂ）は受信時に未使用となる回路ブロックを示す半導体装置レイアウト図である。

【図4】第１の実施の形態に係る回路レイアウトを示す平面図である。

【図5】第２の実施の形態に係る回路レイアウトを示す平面図である。

【図6】第２の実施の形態の、（ａ）は第１の変形例に係る回路レイアウトを示す平面図、（ｂ）は第２の変形例に係る回路レイアウトを示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。以下では、本発明に係る半導体装置を、非接触で電力を供給する機能を備えた近距離無線通信（一例としてＮＦＣ方式）に用いる半導体装置に適用した形態を例示して説明する。本実施の形態に係る半導体装置は、受信側に接続された機器を充電するための充電制御回路を備えている。さらに、本実施の形態に係る半導体装置の一例として、送信機能と受信機能とが混載された半導体装置を例示して説明する。また、無線通信システムとして、非接触型のＩＣカード機能を有する携帯端末および該携帯端末との間でデータの送受信を行うリーダライタを含むシステムを例示して説明する。

【0017】

［第１の実施の形態］
図１を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０について説明する。半導体装置１０は、本実施の形態に係る通信方式の送信機能に付随する回路ブロックと、受信機能に付随する回路ブロックとが混載されている。すなわち、半導体装置１０は、構成の仕方により送信側半導体装置としても、また受信側半導体装置としても用いることが可能である。
図１に示す半導体装置１０Ａは半導体装置１０の送信側の機能を発揮するように構成された半導体装置であり、半導体装置１０Ｂは半導体装置１０の受信側の機能を発揮するように構成された半導体装置である。図１に示すように、半導体装置１０Ａと半導体装置１０Ｂとは、外付け素子（アンテナＡＴＡ、アンテナＡＴＢ）も含めて同様の回路構成となっている。なお、図１の例では、半導体装置１０Ａがリーダライタ側、半導体装置１０Ｂが携帯端末側に搭載される。

【0018】

図１に示すように、半導体装置１０は、送信信号生成回路１２、受信信号復調回路１４、送信信号変調回路１６、信号処理部１８、発振回路２０、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２２、監視回路２４、充電制御回路２６を備えている。送信信号生成回路１２、発振回路２０が本発明に係る「送信信号回路ブロック」に、受信信号復調回路１４、送信信号変調回路１６が本発明に係る「受信信号回路ブロック」に、信号処理部１８、ＡＤＣ２２が本発明に係る「信号処理回路ブロック」に、充電制御回路２６が本発明に係る「充電制御回路ブロック」に、監視回路２４が本発明に係る「監視回路ブロック」に、各々相当する。

【0019】

アンテナＡＴＡ、ＡＴＢは、無線通信または無線電力伝送方式による送電を、送信側と受信側との間で行うための電磁界を形成するコイルであり、アンテナＡＴＡは半導体装置１０Ａの送信信号生成回路１２の出力端子であるＴＸ０端子、ＴＸ１端子、および受信信号復調回路１４の入力端子であるＲＸ０端子、ＲＸ１に接続されている。一方、アンテナＡＴＢは半導体装置１０ＢのＲＸ０端子およびＲＸ１端子に接続されている。すなわち、無線通信に用いるアンテナと無線送電に用いるアンテナとが兼用化されている。アンテナＡＴＡは、通信を行うための通信信号、または通信信号と電力を供給するための電力信号とが重畳された重畳信号を無線により出力する。アンテナＡＴＢは、送信側から送信された通信信号と電力信号とを電磁界を介して受信する。

【0020】

なお、本実施の形態では、用いる無線電力伝送方式（非接触電力伝送方法）に特に制限はないが、一例として磁界共鳴方式を用いている。磁界共鳴方式は、図２に示すアンテナＡＴＡに接続された共振回路２７Ａ、アンテナＡＴＢに接続された共振回路２７Ｂを用い、送電側の共振回路と、受電側の共振回路との間に磁場の共鳴（共振）による結合を発生させて電力を伝送する方式である。なお、本実施の形態に係る無線電力伝送方式はこれに限られるものではなく、電磁誘導方式、電界共鳴方式等他の電力伝送方式を用いてもよい。

【0021】

発振回路２０は半導体装置１０Ａと半導体装置１０Ｂとの間で無線通信と無線電力伝送を行うための搬送波を生成し、送信信号生成回路１２に供給する回路である。発振回路２０は、ＯＳＣ＿ＩＮ端子を介して外部のクロック源ＯＳＣと接続され、クロック源ＯＳＣからのクロック信号に同期した搬送波信号を生成する。発振回路２０は、近距離無線通信と無線電力伝送を行う際に共通で使用される。つまり、近距離無線通信の搬送波周波数と、無線電力伝送の搬送波周波数とは共通の周波数とされている。該搬送波周波数の値に特に制限はないが、本実施の形態では、一例として１３．５６ＭＨｚとしている。すなわち、本実施の形態では、無線通信と無線電力伝送とで周波数および位相が共通する搬送波信号を用いているので、半導体装置１０Ａと半導体装置１０Ｂは、無線通信と無線電力伝送に用いるアンテナを共通にすることができる。

【0022】

送信信号生成回路１２は、通信信号と電力信号とを生成する回路である。送信信号生成回路１２は、信号処理部１８から受け取った信号等に基づいて、ＮＦＣに準拠した通信信号を生成し、生成した通信信号をアンテナＡＴＡを介して半導体装置１０Ｂへ送信する。
すなわち、送信信号生成回路１２は、データ信号を変調し、変調した信号を搬送波と合成して通信信号とし、アンテナＡＴＡを介して送信する。また、半導体装置１０Ａから１０Ｂへの電力が供給される場合には、通信信号は電力信号と重畳され、重畳信号としてアンテナＡＴＡを介して半導体装置１０Ｂ（アンテナＡＴＢ）へ送信される。

【0023】

受信信号復調回路１４は、アンテナＡＴＢを介して受信した半導体装置１０Ａから送られた通信信号を復調し、データ信号を抽出して、信号処理部１８に送る回路である。また、双方向通信のため、半導体装置１０Ｂから送られた通信信号は半導体装置１０Ａの受信信号復調回路１４で復調され、復調されたデータ信号は半導体装置１０Ａの信号処理部１８に送られる。すなわち受信信号復調回路１４は、半導体装置１０Ａでも半導体装置１０Ｂでも動作する。

【0024】

送信信号変調回路１６は、負荷変調において用いられる変調回路である。負荷変調とは、受電側のコイル（アンテナＡＴＢ）のインピーダンスを制御することによって両コイル（アンテナＡＴＡおよびＡＴＢ）の間の共鳴状態を変化させて情報を送信し、その変化を送電側のコイル（アンテナＡＴＡ）が検知することによって情報を受信する方式である。
従って、送信信号変調回路１６は、通常受信側（半導体装置１０Ｂ）でのみ動作する。

【0025】

信号処理部１８は、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）、メモリ等を含んで構成され、無線通信において相手側に送信するデータ信号を生成する処理、また、相手側から受け取ったデータ信号により各種処理を実行する部位である。また、信号処理部１８は、必要に応じ、Ｄ＿ＩＮ端子を介して外部からの信号を受け、またＤ＿ＯＵＴ端子を介して外部に信号を送る場合もある。

【0026】

監視回路２４は、半導体装置１０内の各回路ブロックを監視し、必要に応じ信号処理部１８に監視状態を送る回路である。監視回路は、例えば温度監視を含む。温度に応じた電流量を例えばダイオード等で電流電圧変換し、コンパレータにて基準電圧と比較するアナログ制御によるものや、電圧値をＡＤＣでデジタル化し、マイコンで演算させる、あるいは、温度の時系列のデータを記憶するなど様々な用途が存在する。

【0027】

ＡＤＣ２２は、アナログデジタル変換回路であり、主として半導体装置１０内で生成されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。例えば、上記の温度監視の際の温度を示すアナログ電圧値をデジタル値に変換する。変換された温度を示すデジタル信号は、外部に出力される場合もある。

【0028】

充電制御回路２６は、ＬＤＯ（Ｌｏｗ Ｄｒｏｐ Ｏｕｔ）とも称され、ＬＤＯ＿ＩＮ端子から入力された外部電圧を用いて予め定められた電圧の電源を生成する機能を備えている。ＬＤＯとは、入力電圧が、所望の出力電圧をわずかに超える程度でも動作するリニア電圧レギュレータである。充電制御回路２６で生成された定電圧は、受信側（半導体装置１０Ｂ）の各回路ブロックに供給される。また、充電制御回路２６は、ＬＤＯ＿ＯＵＴ端子を介し、半導体装置１０Ｂが搭載された携帯端末の外部に接続された機器の充電等に用いられる場合もある（非接触充電）。

【0029】

ここで、図２を参照して、充電制御回路２６の接続についてより詳細に説明する。本実施の形態に係る半導体装置１０Ｂでは、上述したように、半導体装置１０Ａから送られた電力信号を、アンテナＡＴＢを介して受電する。つまり、半導体装置１０Ｂは、アンテナＡＴＢに入力された電力信号または重畳信号により磁場による共振を生じ、該共振により交流電力を得る。

【0030】

そのため、半導体装置１０Ｂでは、図２に示すように、ＲＸ０端子とＲＸ１端子との間に接続された外付けの整流回路２８を備えており、整流回路２８によって受電した交流電圧は直流電圧に変換され、ＬＤＯ＿ＩＮ端子を介して充電制御回路２６に入力される。充電制御回路２６は、入力された直流電圧を予め定められた電圧値の定電圧に変換し、変換された定電圧は半導体装置１０Ｂの各部に供給される。また、充電制御回路２６は、生成された定電圧をＬＤＯ＿ＯＵＴ端子から出力し、図示を省略するバッテリを蓄電する場合、あるいは無線通信システムによっては、半導体装置１０Ｂの外部機器に電力を供給する場合もある。

【0031】

なお、一例としてパッケージの内部に配置された半導体装置１０Ａ、半導体装置１０ＡのＴＸ０端子、ＴＸ１端子に接続された外付けのアンテナＡＴＡおよび共振回路２７Ａとを含んで、本実施の形態に係る半導体モジュールが構成される。また、一例としてパッケージの内部に配置された半導体装置１０Ｂと、半導体装置１０ＢのＲＸ０端子、ＲＸ１端子に接続された外付けのアンテナＡＴＢ、共振回路２７Ｂおよび整流回路２８とを含んで、本実施の形態に係る他の態様の半導体モジュールが構成される。

【0032】

なお、本実施の形態では、共振回路２７Ａと、共振回路２７Ｂおよび整流回路２８を外付けとする形態を例示して説明したが、これに限られず、各々半導体装置１０Ａ，半導体装置１０Ｂに内蔵する形態としてもよい。外付けとすれば共振回路２７Ａ、あるいは共振回路２７Ｂの共振特性を微調整する（アンテナのマッチングをとるために共振回路を構成する容量の容量値などを微調整する等）場合に調整しやすく、また共振回路２７Ａ、あるいは共振回路２７Ｂの回路規模が大きい場合に実装しやすいという効果、さらには共振信号による半導体装置１０Ｂへの干渉の低減の効果がある。また、内蔵する場合には集積度がさらに向上するという効果がある。

【0033】

ここで、上述のように、本実施の形態に係る半導体装置１０は、送信側回路ブロックと受信側回路ブロックとが混載されている。従って、送信側機能を発揮する場合（半導体装置１０Ａ）に使用する回路ブロックと、受信側機能を発揮する場合（半導体装置１０Ｂ）に使用する回路ブロックとは異なる。すなわち、半導体装置１０の各回路ブロックは、送信側でのみ使用される回路ブロック、受信側でのみ使用される回路ブロック、送信側、受信側の両者で使用される回路ブロックに分類することができる。

【0034】

図３に示すレイアウト図を参照して、上記分類について説明する。図３中の矢印または棒線は、半導体装置１０内の主な配線を示している。図３（ａ）に示すレイアウト１１Ａは、送信側機能を発揮する半導体装置１０Ａで使用する回路ブロックを示している。すなわち、半導体装置１０Ａでは、図３（ａ）中に白抜きで示した送信信号生成回路１２、発振回路２０、受信信号復調回路１４、信号処理部１８、監視回路２４、ＡＤＣ２２が使用される（図１も参照）。一方、図３（ａ）中に網掛けで示した送信信号変調回路１６、充電制御回路２６は使用されない（図１も参照）。

【0035】

一方、図３（ｂ）に示すレイアウト１１Ｂは、受信側機能を発揮する半導体装置１０Ｂで使用する回路ブロックを示している。すなわち、半導体装置１０Ｂでは、図３（ｂ）中に白抜きで示した受信信号復調回路１４、送信信号変調回路１６、信号処理部１８、充電制御回路２６、監視回路２４、ＡＤＣ２２が使用される（図１も参照）また、図３（ｂ）中に網掛けで示した送信信号生成回路１２、発振回路２０は使用されない（図１も参照）。

【0036】

以上から、半導体装置１０では、送信側でのみ使用される回路ブロックが、送信信号生成回路１２、発振回路２０となっており、受信側でのみ使用される回路ブロックが、送信信号変調回路１６、充電制御回路２６となっており、送信側、受信側の両者で使用される回路ブロックが、受信信号復調回路１４、信号処理部１８、監視回路２４、ＡＤＣ２２となっている。

【0037】

ところで、半導体装置の集積度を上げた場合の、チップ（回路）レイアウト上の問題点について考える。上記のように、主として充電制御回路２６を内蔵させて集積度を上げ、さらに送信側回路ブロックと受信側回路ブロックとを混載させた本実施の形態に係る半導体装置１０では、チップ内における電磁的な干渉、熱的な干渉の問題が発生することも想定される。すなわち、比較的大きな通信信号、あるいは電力信号を処理する送信側と、比較的微弱な通信信号を処理する受信側とを同一のチップ上に形成すると、送信側の信号がノイズとして受信側の回路動作に影響を及ぼす電磁的干渉や、送信側で発生する熱が受信側の回路動作に影響を及ぼすに熱的干渉が発生し、送信側と受信側とを同一の半導体装置に混載することは一般に困難である。また、受信側では微弱信号を判別するための閾値を生成するためにバンドギャップレファレンス回路を設ける場合もある。バンドギャップレファレンスは温度、電源変動を抑制する回路であるが、電磁的な外乱の影響を受けることも想定される。そこで、本実施の形態に係る半導体装置１０では、電磁的干渉、あるいは熱的干渉が極力抑圧されるように、各回路ブロックのチップレイアウト上の配置を決めている。

【0038】

一方、近距離無線通信と無線電力伝送とを時分割で切り替える従来技術と比較した場合、以下のような効果がある。すなわち、近距離無線通信時は、上述したように、受信側動作の場合には送信側の回路ブロック（送信信号生成回路１２、発振回路２０）は動作しないが、送信側動作の場合には、受信側の一部（受信信号復調回路１４）が動作する。一方、無線電力伝送時には、送信側では受信側の回路ブロックは受信信号復調回路１４も含めて動作しない。従って、仮に近距離無線通信時の送信側の影響が無視できるレベルであったとすると、電磁的影響、あるいは熱的影響を考慮する必要はないとも考えられる。しかしながら、特に、送信側と受信側とでより大きな振幅の信号を用いる無線電力伝送と、それより小さな振幅の信号を用いる近距離無線通信との切り替え時のノイズの影響を抑制できるという効果がある。

【0039】

図４を参照して、本実施の形態に係る回路レイアウトについて説明する。図４は、本実施の形態に係る半導体装置１０の回路レイアウト３０を示す図である。なお、発振回路２０、ＡＤＣ２２の配置は、本実施の形態の主旨ではないので、図示を省略しているが、例えば図４に示す監視回路２４の領域の一部に配置される。本実施の形態に係る半導体装置１０において、電磁的干渉および熱的干渉の発生源となる回路ブロック（以下、「干渉回路ブロック」）は、主として送信信号生成回路１２である。また、電磁的干渉および熱的干渉を受けやすい回路ブロック（以下、「被干渉回路ブロック」）は、主として、受信信号復調回路１４および送信信号変調回路１６（以下、両者を合わせて「受信信号回路２９」という場合がある）である。

【0040】

ここで、本実施の形態に係る半導体装置１０は、略矩形の半導体チップとして構成されている。以下の説明の便宜のため、半導体装置１０の半導体チップは、図４に示すように、角部Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、および辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を有するものとする。
上記問題に対応するために、本実施の形態では、干渉回路ブロック（送信信号生成回路１２）を半導体装置１０の半導体チップの辺Ｓ１に沿って配置する。一方、被干渉回路ブロック（受信信号回路２９）を辺Ｓ１と交差する（半導体チップの角部Ｅ１を共有する）辺Ｓ２に配置する。この際の干渉回路ブロック、あるいは被干渉回路ブロックの位置は、角部Ｅ１から極力離間させるのが好ましい。

【0041】

本実施の形態に係る回路レイアウト３０では、さらに監視回路２４、信号処理部１８の配置ついて配慮している。監視回路２４、信号処理部１８は、上述したように、送信側（半導体装置１０Ａ）でも受信側（半導体装置１０Ｂ）でも動作するが、比較的安定した内部ロジック信号であるため、受信信号回路２９と比較して電磁的干渉、熱的干渉の影響をより受けにくいと考えられる。そこで、回路レイアウト３０では、図４に示すように、監視回路２４、信号処理部１８を、干渉回路ブロックと被干渉回路ブロックとを分離する（離間させる）位置に配置している。つまり、本実施の形態に係る半導体装置１０では、監視回路２４、信号処理部１８が配置される領域を、電磁的干渉、熱的干渉のバッファ領域として用いている。

【0042】

すなわち、監視回路２４は、回路ブロックの１つの角部の位置を角部Ｅ１の位置に対応した位置とし、回路ブロックの１辺が辺Ｓ１に沿うように、かつ該１辺と交差する他の１辺が辺Ｓ２に沿うように配置している。また、信号処理部１８は、回路ブロックの１つの角部の位置を角部Ｅ１に対向する角部Ｅ３の位置に対応した位置とし、かつ回路ブロックの１辺が辺Ｓ１と対向する辺Ｓ３に沿うように、該１辺と交差する他の１辺が辺Ｓ２と対向する辺Ｓ４に沿うように配置している。

【0043】

上述したように、監視回路２４は、主として半導体装置１０内の各回路ブロックを監視する機能を有するが、一例として、半導体装置１０では送信信号生成回路１２および受信信号回路２９の温度を監視している。より具体的には、送信信号生成回路１２の内部またはその近傍に図示を省略する第１の温度センサ（例えば、上述したダイオード）を設け、受信信号回路２９の内部またはその近傍に図示を省略する第２の温度センサを設けている。これは、送信側が動作する場合と、受信側が動作する場合とでは半導体装置１０のチップ内の温度分布が異なるためである。また、上述したように、受信側が動作しているときには送信側の回路ブロック（送信信号生成回路１２、発振回路２０）は動作しないが、送信側が動作している場合には、受信側の一部（受信信号復調回路１４）が動作しているので、特に送信側が動作している場合に、２つの温度センサの両方からの検出信号を取得することが好ましい。

【0044】

本実施の形態では、第１の温度センサおよび第２の温度センサからの検出信号（アナログ信号）は、監視回路２４に送られ、各々の検出信号は監視回路２４内の例えば比較回路（コンパレータ）によって予め定められた閾値と比較され、該閾値を越えた場合には、送信信号生成回路１２、あるいは受信信号回路２９に温度異常が発生したことを報知し、必要に応じて半導体装置１０をリセットする。従って、監視回路２４が送信信号生成回路１２と受信信号回路２９との間に配置する本実施の形態では、信号の流れの観点からも好ましい。なお、本実施の形態では温度の検出信号をアナログ信号のまま監視回路２４に送る形態を例示して説明したがこれに限られず、ＡＤＣ２２によってデジタル信号に変換してから監視回路２４に送る形態、あるいはデジタル信号に変換した検出信号を外部回路に送る形態としてもよい。

【0045】

さらに、本実施の形態では、充電制御回路２６の配置についても考慮している。すなわち、充電制御回路２６は、受信信号回路２９の１辺が沿うように配置された辺Ｓ２に沿って配置されている。これは、上述したように、充電制御回路２６は、ＲＸ０端子、ＲＸ１端子に接続された外部回路（整流回路２８）を介してＬＤＯ＿ＩＮ端子から入力された直流信号を用いて定電圧を生成、受信側回路ブロックに供給しているため、受信側回路ブロックに近い位置に配置していることによる。

【0046】

以上のように、本実施の形態に係る半導体装置１０によれば、充電制御回路２６、さらには必要な場合に監視回路２４を搭載して集積度を上げているので、近距離無線通信システムの小型化、低価格化を実現可能とする半導体装置を提供することが可能となる。また、回路レイアウトにおいて干渉回路ブロックが、被干渉回路ブロックに電磁的干渉、熱的干渉を及ぼすことも抑制される。すなわち、本実施の形態に係る半導体装置１０では、干渉回路ブロックである送信信号生成回路１２と被干渉回路ブロックである受信信号復調回路１４および送信信号変調回路１６とを、図４に示す回路レイアウト３０のように配置することにより、干渉回路ブロックと被干渉回路ブロックとの距離が長くなるので、送信側と受信側とが混載された半導体装置において、半導体装置内における電磁的干渉および熱的干渉が抑制される。

【0047】

［第２の実施の形態］
図５を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０の回路レイアウト５０について説明する。図５に示す各回路ブロックは図３と同様なので、同じ回路ブロックには同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

【0048】

図５に示すように、回路レイアウト５０では、送信信号生成回路１２を辺Ｓ１に沿って配置し、受信信号回路２９を辺Ｓ２に沿って配置している。この点は図４に示す回路レイアウト３０と同様であるが、回路レイアウト５０では、送信信号生成回路１２、受信信号回路２９ともより角部Ｅ１に近い位置に配置されている。換言すれば、送信信号生成回路１２は、辺Ｓ１に沿い、角部Ｅ１とＥ４との間に配置され、受信信号回路２９は、辺Ｓ２に沿い、角部Ｅ１と角部Ｅ２との間に配置されている。

【0049】

一方、信号処理部１８は、辺Ｓ４に沿い、角部Ｅ３から角部Ｅ４にかけて配置されている。監視回路２４およびＡＤＣ２２は、上述した理由により、干渉回路ブロックである送信信号生成回路１２と被干渉回路ブロックである受信信号回路２９とを分離する（離間させる）ように配置されている。また、充電制御回路２６は、上述した理由により、１つの角部の位置を角部Ｅ２と対応させ、１辺を辺Ｓ２に沿って、該１辺と交差する他の１辺を辺Ｓ３に沿って配置している。

【0050】

以上のように、干渉回路ブロックである送信信号生成回路１２は、辺Ｓ１に沿っていれば必ずしも１つの角部の位置を角部Ｅ４に対応した位置とする必要はなく、また、被干渉回路ブロックである受信信号回路２９も、辺Ｓ２に沿っていれば必ずしも１つの角部の位置を角部Ｅ２の位置に対応させて配置する必要はない。すなわち、電磁的干渉、熱的干渉の度合いを勘案し、より近づけるような位置に配置してもよい。

【0051】

＜第２の実施の形態の第１の変形例＞
図６（ａ）を参照して、本実施の形態に係る回路レイアウト７０について説明する。回路レイアウト７０は、回路レイアウト５０において、受信信号回路２９、充電制御回路２６、およびＡＤＣ２２の配置を変更した形態である。従って、図６（ａ）に示す各回路ブロックは図３と同様なので、同じ回路ブロックには同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

【0052】

図６（ａ）に示すように、回路レイアウト７０では、充電制御回路２６については１辺が辺Ｓ２に沿い、かつ角部Ｅ１と角部Ｅ２との間に位置するように配置している。また、受信信号回路２９については１辺が辺Ｓ２に沿い、かつ１つの角部の位置が角部Ｅ２に対応した位置となるように配置している。そして、監視回路２４とＡＤＣ２２を、干渉回路ブロックである送信信号生成回路１２と被干渉回路ブロックである受信信号回路２９とを分離させるように（離間させるように）配置している。また、回路レイアウト７０では、ＲＸ０端子、ＲＸ１端子を辺Ｓ３に沿って配置し、同じく辺Ｓ３に沿って配置されたＬＤＯ＿ＩＮ端子に近い位置としている。これは、ＲＸ０端子、ＲＸ１端子に接続された整流回路２８からの出力がＬＤＯ＿ＩＮ端子に入力されることを考慮したものである。

【0053】

換言すれば、回路レイアウト７０は、間に監視回路２４とＡＤＣ２２を配置して、回路レイアウト５０と比較して、受信信号回路２９の位置を送信信号生成回路１２からより離間させた形態である。このように、本実施の形態では、干渉回路ブロックと被干渉ブロックとを互いに交差する半導体装置１０のチップの辺に沿って各々を配置する限り、辺上の位置は電磁的干渉、熱的干渉の程度を勘案し、自由に変えてよい。

【0054】

＜第２の実施の形態の第２の変形例＞
図６（ｂ）を参照して、本実施の形態に係る回路レイアウト９０について説明する。回路レイアウト９０は、図６（ｂ）に示すように、回路レイアウト７０において、ＲＸ０端子、ＲＸ１端子の位置を辺Ｓ３に沿った位置から辺Ｓ２に沿った位置に変更した形態である。従って、図６（ｂ）に示す各回路ブロックは図３と同様なので、同じ回路ブロックには同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

【0055】

本実施の形態に係る回路レイアウト９０は、角部Ｅ２を交点とし互いに異なる半導体装置１０の半導体チップの辺上にＬＤＯ＿ＩＮ端子と、ＲＸ０端子、ＲＸ１端子とを振り分けることによって、例えば、外付け回路（整流回路２８等）の回路規模が比較的大きくなる場合に、該外付け回路を効率よく配置することができる。

【0056】

より具体的には、回路レイアウト９０は、一例として本実施の形態に係る半導体モジュールを構成する場合に有利なレイアウトとなっている。上述したように、一の態様の半導体モジュールは、パッケージの内部に配置された半導体装置１０Ｂと、半導体装置１０ＢのＲＸ０端子、ＲＸ１端子に接続された外付けのアンテナＡＴＢ、共振回路２７Ｂおよび整流回路２８とを含んで構成される。また図２に示すように、整流回路２８の１つの端子はＬＤＯ＿ＩＮ端子に接続されている。この場合、辺Ｓ１に沿って配置されたＴＸ０端子、ＴＸ１端子から、辺Ｓ２に沿って配置されたＲＸ０端子、ＲＸ１端子を経由して、辺Ｓ３に沿って配置されたＬＤＯ＿ＩＮ端子までの間にアンテナＡＴＢ、共振回路２７Ｂ、整流回路２８が、例えばこの順で配置される。そして、これらの端子と各回路素子との間は例えばワイヤーボンディングを経由して相互に接続される。この場合、本回路レイアウト９０によれば、一定の大きさを有するアンテナＡＴＢ、共振回路２７Ｂ、整流回路２８を辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に沿って効率よく配置することができるので、信号の流れに沿う自然な配置とすることができる。

【符号の説明】

【0057】

１０、１０Ａ、１０Ｂ 半導体装置
１１Ａ、１１Ｂ レイアウト
１２ 送信信号生成回路
１４ 受信信号復調回路
１６ 送信信号変調回路
１８ 信号処理部
２０ 発振回路
２２ ＡＤＣ
２４ 監視回路
２６ 充電制御回路
２７Ａ、２７Ｂ 共振回路
２８ 整流回路
２９ 受信信号回路
３０、５０、７０、９０ 回路レイアウト
ＡＴＡ、ＡＴＢ アンテナ
ＯＳＣ クロック源
Ｄ＿ＩＮ 端子
Ｄ＿ＯＵＴ 端子
ＯＳＣ＿ＩＮ 端子
ＴＸ０、ＴＸ１ 端子
ＲＸ０、ＲＸ１ 端子
ＬＤＯ＿ＩＮ 端子
ＬＤＯ＿ＯＵＴ 端子
Ｅ１～Ｅ４ 角部
Ｓ１～Ｓ４ 辺

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】