專利名稱：智能卡芯片以及放置輸入/輸出焊盤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能卡(smartcard)芯片，特別涉及智能卡內(nèi)所使用芯片的 輸入/輸出焊盤(pad)的配置，用以改善靜電放電(electrostatic discharge, ESD)功能并減少芯片的布局面積。
背景技術(shù)：
智能卡是一種內(nèi)嵌集成電路(integrated circuit)芯片的塑膠卡片型式的 卡，集成電路芯片可包括非易失性(non-volatile)存儲器存儲元件以及一些 其他特定的安全邏輯電路。智能卡增強系統(tǒng)廣泛使用在保健、銀行業(yè)務、娛 樂以及運輸?shù)确秶Ｖ悄芸òń佑|卡、無接觸(contactless)卡以及混合(hybrid)卡。無 接觸卡使用射頻(radio frequency, RF)來進行卡片與卡片讀取器之間的傳 送。接觸卡以及混合卡包括位于卡片外側(cè)的一組電性接點，用以插入且耦接 于卡片讀取器。智能卡傳統(tǒng)上包括芯片，其中芯片包括微處理器以及可經(jīng)由電性接點進 行存取的存儲器，例如隨機存取存儲器(Random Access Memory, RAM)、 只讀存儲器(Read Only Memory, ROM)以及電可擦可編程只讀存儲器 (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, EEPROM)。接點提供 電源、串行數(shù)據(jù)(serial data)傳送的輸入/輸出、用以讀取智能卡時鐘(dock, CLK)信號的連接、用以復位(reset, RST)智能卡的連接以及智能卡的編 程電壓(programming voltage)的連接。這些接點的尺寸、功能以及位置由 工業(yè)標準ISO 7816-2以及7816-3來規(guī)定(參考圖1A)。上述標準可允許不 同的制造商生產(chǎn)可互相兼容的智能卡以及裝置。圖IB示出智能卡的輸入以及輸出(I/O)焊盤的傳統(tǒng)布局。然而，圖IB 布局中的主要缺點是需要越過芯片(cross-chip)的VDD/GND (或是圖IB 中VCC/GND)總線金屬連接來提供足夠的靜電放電保護網(wǎng)絡。越過芯片的VDD/GND總線金屬連接會增加芯片的尺寸，所以不是令人滿意的解決方案。 嵌入在智能卡內(nèi)的芯片傳統(tǒng)上是由互補金屬氧化物半導體 (complementary metal oxide semiconductor, CMOS)技術(shù)帝隨的，并需要免 于受到靜電放電的損害。當智能卡被到處攜帶、從皮夾內(nèi)放入和取出并插入 至卡片讀取器時，靜電電荷會累積在智能卡上。當足夠的電荷累積在智能卡 的特定尖端時，電荷將被傳導至最低電位的電壓(傳統(tǒng)為接地端)。在累積 電荷的尖端到較低電位的路徑上，當電荷足夠高時會損害芯片。與芯片所能 承受的最大電壓或電流相比，例如金屬氧化物半導體的柵極氧化物可能被僅略高于一般供應電壓(5伏特、3.3伏特或甚至更低)的電壓所破壞，由累 積電荷所感應的電壓和電流可能相當大，例如2000伏特甚至更大的電壓， 或是越過1.5k歐姆的電阻的1.3安培以上甚至更大的電流。傳統(tǒng)上將靜電放電保護電路加入到芯片的結(jié)合焊盤(bond pad)上，其 中結(jié)合焊盤為提供芯片耦接至外部電路、電力供應、接地端以及電信號的連 接。靜電放電保護電路必須能夠允許芯片正常操作，使得靜電放電保護電路 在芯片正常操作期間能有效地與芯片的核心電路隔離。具有四種P型以及N型半導體材料可選擇層的半導體元件或被稱為可控 硅整流器(silicon controlled rectifier, SCR)的PNPN元件可以是靜電放電保 護電路中能防止靜電放電產(chǎn)生損害的最有效的元件之一?？煽毓枵髌鞑僮?在兩種模式阻隔(blocking)模式以及閂鎖(latch up)模式。在阻隔模式 中，可控硅整流器會阻擋電流通過，使得靜電放電保護電路不會對要被保護 的核心電路造成影響。當可控硅整流器內(nèi)有足夠的電流再生時，閂鎖情況被 觸發(fā)。閂鎖出現(xiàn)在互補寄生雙極性晶體管結(jié)構(gòu)中，其傳統(tǒng)上存在于互補金屬 氧化物半導體結(jié)構(gòu)內(nèi)。既然互補寄生雙極性晶體管非常靠近，互補雙極性結(jié) 構(gòu)即能互相電性作用，從而形成動作表現(xiàn)如PNPN二極管的元件結(jié)構(gòu)。靜電 放電事件中，大電流能流經(jīng)可控硅整流器從而越過核心電路。然而，無論使用何種結(jié)構(gòu)作為靜電放電保護電路，智能卡上的傳統(tǒng)芯片 還是必須包括會增加芯片尺寸的越過芯片的VDD/GND總線金屬連接(參考 圖IB)。因此，在智能卡設(shè)計的技術(shù)中，需要能夠?qū)χ悄芸▋?nèi)所使用的芯片的輸 入/輸出焊盤提供有效空間布局的新設(shè)計。 —發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及智能卡芯片，特別涉及智能卡內(nèi)所使用芯片的輸入/輸出焊盤 的配置，用以改善靜電放電功能并減少芯片的布局面積。僅作為示例來說， 本發(fā)明可用于智能卡內(nèi)所使用的芯片上。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可認識到， 本發(fā)明還具有更大范圍的實用性。在一個特定實施例中，本發(fā)明提供一種具有新輸入/輸出焊盤配置的智能 卡芯片。在一個實施例中，智能卡芯片包括核心電路。芯片還包括對應于上 述電性接點的多個輸入/輸出焊盤，其中上述輸入/輸出焊盤劃分成至少一個 第一列以及放置成與上述第一列直接相鄰的第二列，使得上述第一列以及上 述第二列形成叢聚。上述智能卡芯片中，第一列或第二列可具有至少四個輸入/輸出焊盤。 上述智能卡芯片中，叢聚可被核心電路的三個鄰近側(cè)部分地包圍。 上述智能卡芯片中，多個輸入/輸出焊盤可包括電源焊盤、接地焊盤、串 行數(shù)據(jù)傳送焊盤、時鐘信號焊盤、復位焊盤、冗余電源焊盤以及冗余接地焊 盤，并且所述輸入/輸出焊盤放置在所述叢聚內(nèi)，以使得串行數(shù)據(jù)傳送焊盤、 時鐘信號焊盤以及復位焊盤被電源焊盤、冗余電源焊盤、接地焊盤以及冗余 接地焊盤部分地圍住。上述智能卡芯片還可包括VDD/GND保護環(huán)結(jié)構(gòu)，用于防止閂鎖；以 及至少一個或多邊緣單元，具有VDD/GND保護環(huán)結(jié)構(gòu)。在另一個實施例中，公開一種放置輸入/輸出焊盤的方法，適用于包括核 心電路以及與智能卡讀取器傳送數(shù)據(jù)的多個輸入/輸出焊盤的智能卡芯片。上 述方法包括將上述輸入/輸出焊盤劃分成至少一個第一列以及第二列，上述第 一列以及上述第二列具有相同數(shù)量的輸入/輸出焊盤。上述方法還包括將上述 第一列以及上述第二列放置成彼此直接相鄰，以在上述核心電路內(nèi)形成叢聚。上述放置輸入/輸出焊盤的方法中，叢聚可被核心電路的至少三個鄰近側(cè) 部分地包圍。上述放置輸入/輸出焊盤的方法中，第一列可包括至少一個接地焊盤以及 串行數(shù)據(jù)傳送焊盤。上述上述放置輸入/輸出焊盤的方法中，接地焊盤以及電源焊盤可放置成彼此 直接相鄰，以減少電源或接地總線的繞線面積，并通過減少電源或接地總線 的電阻來改善靜電放電的功能。上述放置輸入/輸出焊盤的方法中，叢聚還可包括冗余接地焊盤以及冗余 電源焊盤。上述放置輸入/輸出焊盤的方法中，輸入/輸出焊盤可放置在叢聚內(nèi)，以 使得串行數(shù)據(jù)傳送焊盤、時鐘信號焊盤以及復位焊盤被電源供應焊盤、冗余 電源供應焊盤、接地焊盤以及冗余接地焊盤部分地圍住。上述放置輸入/輸出焊盤的方法中，叢聚還可包括至少一個或多個測試焊 盤，以及來自電壓穩(wěn)壓器的輸入的焊盤，以允許容易地與芯片內(nèi)電壓穩(wěn)壓器 整合。上述放置輸入/輸出焊盤的方法中，叢聚還可包括至少一個或多個邊緣單 元，具有保護環(huán)結(jié)構(gòu)以防止閂鎖。在又一個實施例中，芯片包括靜電放電網(wǎng)絡，其包括電性連接至上述電源焊盤的至少一個VDD總線，以及電性連接至上述接地焊盤的至少一個 GND總線，上述VDD總線與上述GND總線被放置成大體上平行于上述輸 入/輸出焊盤的上述列。上述VDD總線可被放置在上述cluster的各側(cè)且上述 GND總線被放置在上述列之間，其中各上述輸入/輸出焊盤經(jīng)由靜電放電單 元而至少耦接至上述GND總線或VDD總線，因此提供從上述輸入/輸出焊 盤至上述GND總線或VDD總線直至接地端的短路徑。對客戶芯片而言，既然不需要越過芯片的VDD/GND總線連接，所以優(yōu) 于傳統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的新配置的優(yōu)點之一是芯片尺寸至少可減少3%至5%。另一 個優(yōu)點包括本發(fā)明可改善靜電放電功能。既然叢聚可被放置在芯片內(nèi)的任何 地方，因此可容易地與芯片內(nèi)電壓穩(wěn)壓器整合。


圖1A示出根據(jù)ISO標準的智能卡接點的簡單布局圖； 圖1B示出智能卡芯片中輸入/輸出焊盤的傳統(tǒng)配置的簡單布局圖； 圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例所述智能卡芯片中輸入/輸出焊盤的配 置的簡單布局圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例所述智能卡芯片中輸入/輸出焊盤的 配置的放大布局圖；以及圖4示出根據(jù)本發(fā)明又一個實施例所述智能卡芯片中輸入/輸出焊盤的 配置以及靜電放電網(wǎng)絡的簡單布局圖。其中，附圖標記說明如下1-8~電性接點10-11 距離100 圖示102、 200~芯片21-28、 41-48~輸入/輸出焊盤29、 30~列31、 51~核心電路32、 52 存儲器元件33、 34-越過芯片的VDD/GND總線連接 400 布局視圖49、 300~叢聚61-65、 70 焊盤68-冗余接地焊盤69 冗余電源焊盤71、 72 測試焊盤73-叢聚邊緣單元80-靜電放電網(wǎng)絡81、 82 VDD總線83 GND總線86-97~靜電放電保護元件9 智能卡邊緣具體實施方式
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下實施例圖IA示出根據(jù)ISO標準的智能卡接點的簡單布局圖。如圖1A所示，圖示100示出ISO標準中與智能卡邊緣9的電性接點1-8相關(guān)的配置。接點 1與接點5被設(shè)計成耦接至供應電源以及接地端。接點7作為串行數(shù)據(jù)的輸 入/輸出焊盤。接點3作為用以讀出智能卡時鐘信號的連接。接點2作為用以 復位智能卡的連接，而接點6用于智能卡的編程電壓的連接。接點的配置分 別由從智能卡上邊以及左邊的一組距離10與距離11來決定。接點4以及接 點8保留給將來使用。圖lB示出智能卡芯片中輸入/輸出焊盤的傳統(tǒng)配置的簡單布局圖。圖1A 所示出的ISO標準接點1-8的配置會導致如圖IB所示的智能卡芯片的輸入/ 輸出焊盤的傳統(tǒng)配置。傳統(tǒng)上，芯片102具有位于芯片102邊緣、劃分成列(column) 29與列30、并由核心電路31分隔的輸入/輸出焊盤21-28。芯片102還包括存儲器元件32。核心電路31與存儲器元件32均對靜電 放電非常敏感，因此芯片102也必須包括由越過芯片的VDD/GND總線連接 33、 34構(gòu)成的足夠的靜電放電保護電路。上述越過芯片的VDD/GND總線連 接會顯著增加芯片的總面積以及總線電阻。圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的智能卡芯片中輸入/輸出焊盤的配置 的簡單布局圖。參考圖2，其示出智能卡的輸入/輸出焊盤41-48的布局。與 傳統(tǒng)配置相比，列29與列30 (參考圖1B)被放置成彼此直接緊鄰，并組成 叢聚(cluster) 49。通過修改核心電路51的形狀，就能部分地包圍叢聚49(以及輸入/輸出焊盤41-48)。芯片200還包括存儲器元件52。全部的輸入 /輸出焊盤41-48還聚集在叢聚49的相連區(qū)域內(nèi)。圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的智能卡芯片中輸入/輸出焊盤的配 置的放大布局圖。叢聚300包括作為電源(VDD)的焊盤61、用以復位芯片 的焊盤62 (RST)、用以讀取芯片的脈沖信號的焊盤63 (CLK)、作為接地 端的焊盤64，以及與芯片傳送串行數(shù)據(jù)的焊盤65 (IO)。然而，與圖2中 的叢聚49相比，叢聚300額外地包括冗余接地焊盤(Dummy GND) 68、冗 余電源焊盤(Dummy VDD) 69、作為來自電壓穩(wěn)壓器的輸入的焊盤70(VDDC)以及測試焊盤71 (TESTPAD_1)與測試焊盤72 (TESTPAt)—2)。 叢聚邊緣單元73包括VDD/GND保護環(huán)(guard ring)結(jié)構(gòu)以防止閂鎖現(xiàn)象。如圖3所示，分別作為電源以及接地的焊盤61與焊盤64被放置成背對 背。增加冗余接地焊盤68以及冗余電源焊盤69以改善靜電放電保護功能， 使得焊盤62、焊盤63與焊盤65被VDD/GND悍盤(焊盤61、 64)以及冗 余VDD/GND焊盤(焊盤68、 69)所包圍。圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的智能卡芯片中輸入/輸出焊盤的配 置以及靜電放電網(wǎng)絡的簡單布局圖。圖4示出圖3中智能卡芯片內(nèi)輸入/輸出 焊盤的配置以及靜電放電網(wǎng)絡80的布局視圖400。靜電放電網(wǎng)絡80包括作 為主要靜電放電總線的VDD總線81、 82以及GND總線83。靜電放電網(wǎng)絡 80還包括多個靜電放電保護元件86-97 (例如可控硅整流器)，靜電放電保 護元件86-97分別耦接于焊盤61-68以及VDD總線81、 82與GND總線83 之間，用以例如當使用者意外地接觸到智能卡的接觸點時，保護各輸入/輸出 端免于任何意外的靜電放電?？梢粤私獾?，包括焊盤64、 65的第一組結(jié)合焊盤以及包括焊盤61-63的 第二組結(jié)合焊盤被靜電放電金屬總線(GND)包圍在兩側(cè)。耦接于第一組結(jié) 合焊盤以及第二組結(jié)合焊盤之間的靜電放電金屬總線(VDD)經(jīng)由背對背的 VDD/GND與冗余VDD/GND與邊緣單元相鄰。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述設(shè)計 提供變短的全面靜電放電路徑以將電荷傳導至接地端。本領(lǐng)域技術(shù)人員可認 識到，VDD總線以及GND總線越短，則電阻越低且放電速度越快。本發(fā)明排除了對于越過芯片的VDD/GND總線連接的需要，因此大幅地 減少了芯片尺寸(在客戶芯片上大約減少3%至5%)，而仍然提供極佳的靜 電放電功能。由于VDD總線以及GND總線的電阻減少，本發(fā)明還提供較佳 的靜電放電保護功能，且沒有限定芯片內(nèi)叢聚的配置。另外，本發(fā)明能夠容 易地與芯片內(nèi)電壓穩(wěn)壓器(voltage regulator, VR)整合，以提供額外的冗余 接地焊盤以及其他電源焊盤，如圖3所示。上述說明提供許多不同的實施例或是用以實施本發(fā)明不同特征的實施 例。描述構(gòu)成以及步驟的特定實施例可幫助理解本發(fā)明。當然，上述說明只 是實施例，并沒有打算在權(quán)利要求意義上限定本發(fā)明。本發(fā)明雖以優(yōu)選實施例公開如上，然而所公開內(nèi)容并非用以限,本發(fā)明 的范圍，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，函可做一 定的更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種智能卡芯片，包括用于向智能卡讀取器傳送數(shù)據(jù)的多個電性接點，上述智能卡芯片包括核心電路；以及多個輸入/輸出焊盤，對應于所述電性接點，其中所述輸入/輸出焊盤劃分成至少一個第一列以及放置成與所述第一列直接相鄰的第二列，使得所述第一列以及所述第二列形成叢聚。
2. 如權(quán)利要求1所述的智能卡芯片，其中所述第一列或所述第二列具有至少四個輸入/輸出焊盤。
3. 如權(quán)利要求1所述的智能卡芯片，其中所述叢聚被所述核心電路的三 個鄰近側(cè)部分地包圍。
4. 如權(quán)利要求1所述的智能卡芯片，其中所述多個輸入/輸出焊盤包括 電源焊盤、接地焊盤、串行數(shù)據(jù)傳送焊盤、時鐘信號焊盤、復位焊盤、冗余 電源焊盤以及冗余接地焊盤，并且所述輸入/輸出焊盤放置在所述叢聚內(nèi)，以 使得所述串行數(shù)據(jù)傳送焊盤、所述時鐘信號焊盤以及所述復位焊盤被所述電 源焊盤、所述冗余電源焊盤、所述接地焊盤以及所述冗余接地焊盤部分地圍 住。
5. 如權(quán)利要求4所述的智能卡芯片，還包括靜電放電網(wǎng)絡，包括電性 連接至所述電源焊盤的至少一個VDD總線，以及電性連接至所述接地焊盤 的至少一個GND總線，使得所述VDD總線與所述GND總線放置成大體上 平行于所述第一列與所述第二列，其中所述VDD總線放置在所述叢聚的各 側(cè)并且所述GND總線放置在所述第一列與所述第二列之間，其中各所述輸 入/輸出焊盤經(jīng)由靜電放電單元而至少耦接至所述GND總線或耦接至至少一 個VDD總線，以提供變短的靜電放電的放電路徑。
6. 如權(quán)利要求5所述的智能卡芯片，還包括VDD/GND保護環(huán)結(jié)構(gòu)， 用于防止閂鎖；以及至少一個或多個邊緣單元，具有所述VDD/GND保護環(huán) 結(jié)構(gòu)。
7. —種放置輸入/輸出焊盤的方法，適用于包括核心電路以及用于向智 能卡讀取器傳送數(shù)據(jù)的多個輸入/輸出焊盤的智能卡芯片，所述方法包括以下步驟將所述輸入/輸出焊盤劃分成至少一個第一列以及第二列，所述第一列以 及所述第二列具有相同數(shù)量的輸入/輸出焊盤；以及將所述第一列以及所述第二列放置成彼此直接相鄰，以在所述核心電路 內(nèi)形成叢聚。
8. 如權(quán)利要求7所述的放置輸入/輸出焊盤的方法，其中所述叢聚被所述核心電路的至少三個鄰近側(cè)部分地包圍。
9. 如權(quán)利要求7所述的放置輸入/輸出焊盤的方法，其中所述第一列包 括至少一個接地焊盤以及串行數(shù)據(jù)傳送焊盤。
10. 如權(quán)利要求9所述的放置輸入/輸出焊盤的方法，其中所述第二列包 括至少一個電源焊盤、復位焊盤以及時鐘信號焊盤。
11. 如權(quán)利要求10所述的放置輸入/輸出焊盤的方法，其中所述接地焊 盤以及所述電源焊盤被放置成彼此直接相鄰，以減少電源或接地總線的繞線 面積，并通過減少電源或接地總線的電阻來改善靜電放電的功能。
12. 如權(quán)利要求10所述的放置輸入/輸出焊盤的方法，其中所述叢聚還 包括冗余接地焊盤以及冗余電源焊盤。
13. 如權(quán)利要求12所述的放置輸入/輸出焊盤的方法，其中所述輸入/輸 出焊盤放置在所述叢聚內(nèi)，以使得所述串行數(shù)據(jù)傳送焊盤、所述時鐘信號焊 盤以及所述復位焊盤被所述電源供應焊盤、所述冗余電源供應焊盤、所述接 地焊盤以及所述冗余接地焊盤部分地圍住。
14. 如權(quán)利要求7所述的放置輸入/輸出焊盤的方法，其中所述叢聚還包 括至少一個或多個測試焊盤，以及來自電壓穩(wěn)壓器的輸入的焊盤，以允許容 易地與芯片內(nèi)電壓穩(wěn)壓器整合。
15. 如權(quán)利要求7所述的放置輸入/輸出焊盤的方法，其中所述叢聚還包 括至少一個或多個邊緣單元，具有保護環(huán)結(jié)構(gòu)以防止閂鎖。
全文摘要
一種智能卡芯片以及放置輸入/輸出焊盤的方法，該智能卡芯片包括用于向智能卡讀取器傳送數(shù)據(jù)的多個電性接點。在一個實施例中，智能卡芯片包括核心電路以及對應于電性接點的多個輸入/輸出焊盤，其中輸入/輸出焊盤劃分成至少一個第一列以及放置成與第一列直接相鄰的第二列，使得第一列以及第二列形成叢聚。在另一個實施例中，八個輸入/輸出焊盤被劃分成彼此直接相鄰的兩列。叢聚可被核心電路部分地包圍。芯片還可包括靜電放電網(wǎng)絡，包括VDD以及GND總線，以改善靜電放電保護而減少芯片的尺寸。本發(fā)明能夠大幅減少芯片尺寸，而仍然提供極佳的靜電放電功能，并且不限定芯片內(nèi)叢聚的配置；此外，本發(fā)明能夠容易地與芯片內(nèi)電壓穩(wěn)壓器整合。
文檔編號G06K19/077GK101221629SQ200810002239
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月10日
發(fā)明者宋明相 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司