DE10121896B4 - Halbleiterbauelement mit Ball-Grid-Array-Packung - Google Patents
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Abstract
Halbleiterbauelement
mit Ball-Grid-Array-(BGA-)Packung mit
– einem Halbleiterchip (220) mit mehreren Kontaktstellen (222, 322) einschließlich mehreren Leistungs-Kontaktstellen und mehreren Masse-Kontaktstellen, die entlang eines Mittenbereichs einer Oberfläche desselben angeordnet sind, und
– einem Substrat (210, 310) mit einem Schlitz (212, 312) vorgegebener Größe, der mit Abstand zu den mehreren Kontaktstellen mittig angeordnet ist, wobei das Substrat (210, 310) auf einer Substratseite einen Leistungsversorgungsbereich (262, 362) mit Leistungs-Lotkugelbefestigungen innerhalb eines ersten Flächenbereichs auf einer ersten Seite des Schlitzes und einen Masseversorgungsbereich (264, 364) mit Masse-Lotkugelbefestigungen innerhalb eines zweiten Flächenbereichs auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite des Schlitzes (212, 312) sowie mehrere Signal-Lotkugelbefestigungen aufweist, während der Halbleiterchip auf der anderen Substratseite derart angeordnet ist, dass je eine der Kontaktstellen elektrisch mit einer der Leistungs-Lotkugelbefestigungen, der Masse-Lotkugelbefestigungen oder der Signal-Lotkugelbefestigungen über zugehörige Verbindungsleitungen verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Leistungsversorgungsbereich von einer Leistungsebene gebildet ist, die eine flächige Kontaktschicht...
– einem Halbleiterchip (220) mit mehreren Kontaktstellen (222, 322) einschließlich mehreren Leistungs-Kontaktstellen und mehreren Masse-Kontaktstellen, die entlang eines Mittenbereichs einer Oberfläche desselben angeordnet sind, und
– einem Substrat (210, 310) mit einem Schlitz (212, 312) vorgegebener Größe, der mit Abstand zu den mehreren Kontaktstellen mittig angeordnet ist, wobei das Substrat (210, 310) auf einer Substratseite einen Leistungsversorgungsbereich (262, 362) mit Leistungs-Lotkugelbefestigungen innerhalb eines ersten Flächenbereichs auf einer ersten Seite des Schlitzes und einen Masseversorgungsbereich (264, 364) mit Masse-Lotkugelbefestigungen innerhalb eines zweiten Flächenbereichs auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite des Schlitzes (212, 312) sowie mehrere Signal-Lotkugelbefestigungen aufweist, während der Halbleiterchip auf der anderen Substratseite derart angeordnet ist, dass je eine der Kontaktstellen elektrisch mit einer der Leistungs-Lotkugelbefestigungen, der Masse-Lotkugelbefestigungen oder der Signal-Lotkugelbefestigungen über zugehörige Verbindungsleitungen verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Leistungsversorgungsbereich von einer Leistungsebene gebildet ist, die eine flächige Kontaktschicht...
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit Ball-Grid-Array-Packung(BGA-Packung) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Mit kleiner, leichter und dünner werdenden Elektronikanwendungen müssen, auch die Halbleiterbauelemente, welche die aufbauenden Blöcke der Elektronikanwendungen darstellen, kleiner, leichter und dünner werden. Dementsprechend werden ältere Halbleiterpackungstechnologien, wie beispielsweise "Dual In-Line"-Packungen (DIP), "Small Outline" mit J-Leitungen (SOJ) und "Quad Flat-Packungen (QFP) durch neuere Packungstechnologien verdrängt, wie BGA-Packungen und "Chip Scale"-Packungen (CSP). In diesen verbesserten BGAs bzw. CSPs wird eine Lotkugel anstelle einer herkömmlichen Leitung verwendet, um die Abmessung einer Halbleiterpackung so weit wie möglich zu reduzieren. Unvermindert wird weiterhin in Forschung und Entwicklung investiert, um die Abmessung von Halbleiterpackungen auf die Chipabmessung zu reduzieren.
- Die Verwendung von BGA-Packungen, die eine Lotkugel anstelle einer herkömmlichen Leitung einsetzen, hat sich ausgebreitet, insbesondere auch für Bauelemente wie dynamische Rambus-Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RDRAMs). Die BGA-Packung verbindet eine Kontaktstelle in einem Halbleiterbauelement mit einer Lotkugel über ein vorgegebenes Signalschaltkreismuster, das auf einem Substrat ausgebildet ist. Im Gegensatz zu einem Bonddraht, wie er in einer herkömmlichen SOJ-Packung benutzt wird, ist das Signalschaltkreismuster hinsichtlich eines Kombinierens mehrerer Signalleitungen oder Versorgungsleitungen vorteilhaft.
- Ein CSP-Halbleiterbauelement, das einen herkömmlichen BGA-Packungstyp einsetzt, ist in der Patentschrift
US 5.920 118 A offenbart. Die1A und1B zeigen dieses bekannte Halbleiterbauelement mit BGA-Packung in einer Draufsicht bzw. einer Schnittansicht. Wie daraus ersichtlich, beinhaltet das herkömmliche Halbleiterbauelement mit BGA-Packung ein Einzelschichtsubstrat110 , einen Halbleiterchip120 mit mehreren, entlang einer Mittenachse positionierten Kontaktstellen122 , eine Bondeinheit140 zwischen dem Halbleiterchip120 und dem Substrat110 sowie mehrere Lotkugeln150 zum Verbinden mit einem externen Schaltkreis. Das Substrat110 weist Lotkugelbefestigungen116 auf, auf denen die Lotkugeln150 entlang einer Ebene montiert sind. Die Lotkugelbefestigungen116 sind mit den Kontaktstellen122 des Halbleiterchips120 über einen Schlitz112 durch ein vorgegebenes Signalschaltkreismuster114 und Bonddrähte130 verbunden. - Bei einem solchen herkömmlichen Halbleiterbauelement mit BGA-Packung, dem zwei oder mehr Arten externer Versorgung zugeführt werden, müssen jedoch wenigstens zwei externe Versorgungszuführungen separat mit dem Bauelement verbunden werden, was das Kombinieren zwischen den Leitungen desselben Versorgungstyps begrenzt. Dementsprechend sind, wie in
1A zu erkennen, getrennte Versorgungsleitungen ausgebildet. Da die getrennten Versorgungsleitungen einen schmalen Zwischenraum zwischen sich belassen, erhöht sich die Induktivität einer jeweiligen Versorgungsleitung. - Die mit der herkömmlichen Technologie verknüpften Schwierigkeiten lassen sich unter Bezugnahme auf
2 eingehender erläutern, die ein genaueres Schaltbild zeigt, welches das Muster auf einer Seite des Substrats110 eines herkömmlichen Halbleiterbauelements mit BGA-Packung illustriert. Wie aus2 ersichtlich, sind mehrere Kontaktstellen122 in einer Linie entlang des Mittenbereichs des Einzelschichtsubstrats110 angeordnet, und die Kontaktstellen122 sind elektrisch mit Lotkugelbefestigungen, die in2 als kreisförmige Bereiche wiedergegeben sind, über dicke und dünne Verbindungsleitungen verbunden. Die Lotkugelbefestigungen, die mit VDD bezeichnet sind, sind Leistungs-Lotkugelbefestigungen, und die mit VSS bezeichneten Lotkugelbefestigungen sind Masse-Lotkugelbefestigungen. Die übrigen Lotkugelbefestigungen sind Signal-Lotkugelbefestigungen. - In einem solchen herkömmlichen Halbleiterbauelement mit BGA-Packung sind die Leistungs-Lotkugelbefestigungen, die Masse-Lotkugelbefestigungen und Signal-Lotkugelbefestigungen in Mischstrukturen auf einer Fläche eines Einzelschichtsubstrats auf beiden Seiten eines im Substrat gebildeten Schlitzes angeordnet. Deshalb muss darauf geachtet werden, dass die verschiedenen Verbindungen ausreichend voneinander separiert sind, um ein Überkreuzen der verschiedenen Leitungen in diesen Mischstrukturen zu vermeiden.
- So gibt es in
2 einen mit dem Bezugszeichen170 markierten Bereich, in welchem sowohl eine Leistungsleitung, die mit einer Leistungs-Lotkugelbefestigung VDD verbunden ist, als auch eine Masseleitung, die mit einer Masse-Lotkugelbefestigung VSS verbunden ist, zwischen zwei benachbarten Signal-Lotkugelbefestigungen hindurchgeführt werden. In einem solchen Fall müssen die Verbindungsleitungen schmäler sein, was die Induktivität der Leistungsleitung erhöht und dadurch Zuverlässigkeitsprobleme hervorrufen kann. - In einem mit dem Bezugszeichen
172 markierten Bereich ist eine weitere Schwierigkeit verdeutlicht. Dort ist die Verbindungsleitung zwischen nur einer einzigen Lotkugelbefestigung und einer Kontaktstelle eingeschleift, ohne dass sie mit einer weiteren Lotkugelbefestigung desselben Typs verbunden ist. Ein derartiges Verbindungsschema kann zu erhöhtem Schaltrauschen führen. - Wie oben erläutert, sind bei der herkömmlichen Technologie im Entwurf auf einem Einzelschichtsubstrat eines Halbleiterbauelements mit BGA-Packung verschiedene Typen von Verbindungsleitungen zusammen mit mehreren Lotkugelbefestigungen in einer Weise vorgesehen, die zu erhöhtem Schaltrauschen und verringerter Versorgungszuverlässigkeit führen kann. Beides kann zu einer Fehlfunktion des Halbleiterbauelementes führen.
- Halbleiterbauelemente mit BGA-Packung der eingangs genannten Art sind in der Patentschrift
US 6.049 129 A offenbart. Bei den dort gezeigten Bauelementen sind der Leistungsversorgungsbereich und der Masseversorgungsbereich jeweils von einer Versorgungsbusleitung gebildet, die ent lang einer zugewandten Längsseite eines im Sübstratmittenbereich gebildeten Schlitzes mit etwas Abstand von diesem verläuft und je zwei äußere Leistungs- bzw. Masse-Lotkugelbefestigungen miteinander verbindet. Zwischen den äußeren Leistungs- bzw. Masse-Lotkugelbefestigungen sind in einer Reihe Signal-Lotkugelbefestigungen vorgesehen, mit denen Bondkontaktstellen verbunden sind, die als Befestigungen für Bonddrähte dienen, welche zu Signal-Kontaktstellen des Halbleiterchips führen und dabei die jeweilige Leistungs- bzw. Masse-Versorgungsbusleitung mit vertikalem Abstand kreuzen. - In der Offenlegungsschrift JP 2000-100814 A ist ein Halbleiterbauelement offenbart, bei dem Leistungsversorgungs-, Masseversorgungs- und Signalleitungsverdrahtungen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, wobei sie in Kontaktstellen bzw. Lotkugeln enden. In entsprechenden Ausführungsbeispielen sind die Leistungsversorgungs- und/oder Masseversorgungsleitungen als flächige Bereiche ausgebildet, wobei sich z.B. ein flächiger Masseversorgungsbereich über fast die gesamte Bauelementabmessung erstreckt oder sich ein flächiger Leistungsversorgungsbereich mit strahlenförmiger Struktur über die Bauelementfläche hinweg erstreckt oder flächige Leistungsversorgungs- und Masseversorgungsbereiche zwei miteinander verzahnte Flächenstrukturen bilden.
- Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Halbleiterbauelementes mit BGA-Packung der eingangs genannten Art zugrunde, für das sich eine möglichst geringe Induktivität und möglichst stabile Versorgungszuführung ergibt.
- Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Halbleiterbauelementes mit BGA-Packung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der dadurch gegebene erfindungsgemäße BGA-Packungsaufbau ermöglicht eine beträchtliche Verringerung der in Versorgungsleitungen auftretenden Induktivität, so dass die Versorgungscharakteristik und die Zuverlässigkeit des Halbleiterbauelementes verbessert werden können.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sowie das zu deren besserem Verständnis oben erläuterte, herkömmliche Ausführungsbeispiel sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigen:
-
1A und1B eine Draufsicht bzw. Schnittansicht eines herkömmlichen Halbleiterbauelementes mit BGA-Packung, -
2 ein detaillierteres Schaltbild, welches das Muster auf einer Seite des Substrats des herkömmlichen Halbleiterbauelementes mit BGA-Packung des Typs von1 veranschaulicht, -
3A und3B eine Draufsicht bzw. Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes mit BGA-Packung, -
4 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Signalleitungsebene mit einer ersten und einer zweiten Signalleitungsebene im Halbleiterbauelement mit BGA-Packung gemäß den3A und3B , -
5 ein detaillierteres Schaltbild zur Veranschaulichung des Musters auf einer Seite des Substrates eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes mit BGA-Packung des Typs der3A und3B , -
6 eine schematische Draufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement mit BGA-Packung, -
7 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels mit einer Doppelmuldenstruktur in einem p-Substrat und -
8 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Dreifachmuldenstruktur in einem p-Substrat. - Eine erste erfindungsgemäße Realisierung eines Halbleiterbauelementes mit BGA-Packung ist in
3A in Draufsicht und in3B im Querschnitt gezeigt. Wie daraus ersichtlich, beinhaltet dieses Halbleiterbauelement mit BGA-Packung einen Halbleiterchip220 , ein Substrat210 , eine Bondeinheit130 und mehrere Lotkugeln250 . Dem Halbleiterbauelement mit BGA-Packung werden in diesem Ausführungsbeispiel Versorgungen von zwei oder mehr externen Zuführungen mit unterschiedlichem Potential zugeführt. - Der Halbleiterchip
220 weist eine Mehrzahl von Kontaktstellen222 auf, die entlang seiner Mittenachse in einer Linie angeordnet sind. Der Halbleiterchip220 steht mit externen Schaltkreisen über die Kontaktstellen222 in Verbindung. - Das Substrat
210 dient als Träger des Halbleiterchips220 , d.h. der Halbleiterchip220 ist auf dem Substrat210 montiert. Die Bondeinheit bzw. das Bondmaterial230 ist zwischen dem Substrat210 und dem Halbleiterchip220 vorgesehen, um den Halbleiterchip220 am Substrat210 zu fixieren. Das Substrat210 dient außerdem dazu, den Halbleiterchip220 nach außen über ein vorgegebenes Signalleitungsmuster214 und die Lotkugeln250 zu verbinden. Zu diesem Zweck ist diejenige Oberfläche des Substrats210 , welche nicht mit der Bondeinheit230 in Kontakt steht, mit einer Signalleitungsebene versehen. Der Halbleiterchip220 ist auf die Oberseite des Substrats210 montiert, und die Signalleitungsebene ist an der Unterseite des Substrats210 gebildet. Mehrere Lotkugelbefestigungen216 sowie das Signalleitungsmuster214 sind auf der Signalleitungsebene ausgebildet. Die Kugeln250 sind auf der jeweiligen Lotkugelbefestigung216 angebracht, so dass das Halbleiterbauelement mit externen Schaltkreisen verbunden werden kann. - Das Substrat
210 weist einen mittigen Schlitz212 vorgegebener Abmessung auf und ist derart angeordnet, dass das Signalleitungsmuster214 ü ber den Schlitz212 mit den Kontaktstellen222 des Halbleiterchips220 verbunden ist. Somit steht der Halbleiterchip220 über die Kontaktstellen222 , das Signalleitungsmuster214 und die Lotkugeln (250 ) nach außen in Verbindung. - Wie aus
3A ersichtlich, ist die Signalleitungsebene in zwei oder mehr Signalleitungsebenen unterteilt. Da der sich vertikal erstreckende Schlitz212 im Mittenbereich des Substrats210 vorgesehen ist, ist es bevorzugt, die unterteilte Signalleitungsebene bezüglich des Schlitzes212 zu definieren. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Signalleitungsebenen definiert, und zwar eine erste Signalleitungsebene217 und eine zweite Signalleitungsebene218 . -
4 ist eine Darstellung, welche die Grenze der Signalleitungsebene besser veranschaulicht, die in die erste Signalleitungsebene217 und die zweite Signalleitungsebene218 unterteilt ist. Ein Versorgungstyp, nachfolgend auch als erste Versorgung bezeichnet, wird lediglich über die Signalleitungsebene217 angelegt. Die erste Versorgung wird daher nur über ein auf der ersten Signalleitungsebene217 ausgebildetes Signalleitungsmuster an das Halbleiterbauelement angelegt. Dementsprechend können Leitungen für die erste Versorgung bequem auf der ersten Signalleitungsebene217 kombiniert werden, und die kombinierten Leitungen der ersten Versorgung bilden, wie in3A gezeigt, eine erste Versorgungsebene262 , die elektrisch einen einzelnen Knoten beinhaltet. - Auf die gleiche Weise wird der andere Versorgungstyp, nachfolgend als zweite Versorgung bezeichnet, der externen Versorgungen nur über ein auf der zweiten Signalleitungsebene
218 gebildetes Signalleitungsmuster angelegt. Die zweiten Versorgung wird daher nur über dieses auf der zweiten Signalleitungsebene218 gebildete Signalleitungsmuster an das Halbleiterbauelement angelegt. Dementsprechend können Leitungen für die zweite Versorgung bequem auf der zweiten Signalleitungsebene218 kom biniert werden, und die kombinierten Leitungen der zweiten Versorgung bilden, wie in3A gezeigt, eine zweite Versorgungsebene264 , die elektrisch einen einzigen Knoten beinhaltet. - Dementsprechend wird über die von dem Schlitz
212 geteilten zwei Ebenen262 ,264 Energie mit unterschiedlichen Spannungen für die erste und die zweite Versorgung separat zugeführt. Daher wird der Aufwand reduziert, der zum Separieren der Leitungen der ersten Versorgung von denjenigen der zweiten Versorgung erforderlich ist. Außerdem lassen sich die Leitungen der ersten bzw. der zweiten Versorgung jeweils untereinander kombinieren, so dass die Breite der kombinierten Leitung für die erste und für die zweite Versorgung vergrößert werden kann. Dementsprechend wird die Induktivität deutlich vermindert. Die mit den herkömmlichen Leitungsschemata mit gemischten Versorgungsleitungen verknüpften Schwierigkeiten, wie erhöhte Induktivität und reduzierte Versorgungszuverlässigkeit, können daher vermieden oder jedenfalls abgeschwächt werden. Vorzugsweise ist die erste Versorgung eine Versorgung VDD mit positiver Spannung und die zweite Versorgung eine Masse-Versorgung GND. - Wie aus
3A weiter ersichtlich, ist eine Linie von Lotkugelbefestigungen216 in einem Randkantenbereich sowohl der ersten Signalleitungsebene217 als auch der zweiten Signalleitungsebene218 angeordnet. An der Randkante der ersten Signalleitungsebene217 auf den Lotkugelbefestigungen216 montierte Lotkugeln sind sämtlich mit der ersten Versorgung VDD verbunden. An der Randkante der zweiten Signalleitungsebene218 auf den Lotkugelbefestigungen216 montierte Lotkugeln sind alle mit der zweiten Versorgung GND verbunden. Andere Signale außer den Versorgungs-Signalen werden über die auf den Lotkugelbefestigungen216 montierten Lotkugeln ein- oder ausgegeben. Es versteht sich, dass statt der ersten Versorgung VDD und der zweiten Versorgung GND eine andere Versorgung an den Lotkugeln eingegeben werden kann. -
5 veranschaulicht anhand eines detaillierteren Schaltbildes das Muster auf einer Seite des Substrats eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements mit BGA-Packung. Wie daraus ersichtlich, sind mehrere Kontaktstellen322 in einer Linie entlang des Mittenbereichs eines Einzelschichtsubstrats310 angeordnet. Von den Lotkugelbefestigungen, die als kreisförmige Bereiche wiedergegeben sind, stellen diejenigen, die mit VDD bezeichnet sind, Leistungs-Lotkugelbefestigungen und diejenigen, die mit VSS bezeichnet sind, Masse-Lotkugelbefestigungen dar. Die übrigen Lotkugelbefestigungen sind Signal-Lotkugelbefestigungen. Die Leistungs-Lotkugelbefestigungen sind nur auf einer Leistungsebene362 gebildet, und die Masse-Lotkugelbefestigungen sind nur auf einer Masseebene364 gebildet. Die anderen Signal-Lotkugelbefestigungen können auf jeder dieser beiden Ebenen362 ,364 gebildet sein. Sie können mit einem Versorgungstyp verbunden sein, der von der Leistungsversorgung VDD und der Masseversorgung VSS verschieden ist. - Die Leistungsebene
362 führt die mehreren Leistungs-Lotkugelbefestigungen auf dem Einzelschichtsubstrat310 elektrisch zusammen. Dementsprechend sind Leistungs-Kontaktstellen nicht mit bestimmten Leistungs-Lotkugelbefestigungen verbunden, sondern mit der Leistungsebene362 . Signal-Kontaktstellen sind mit den Signal-Lotkugelbefestigungen über zugehörige Verbindungsleitungen verbunden. Die Grenze, welche die Leistungsebene362 definiert, umschließt Signal-Lotkugelbefestigungen, die auf der Leistungsebene362 angeordnet sind, und deren Verbindungsleitungen. - Die Masseebene
364 fasst die mehreren Massen-Lotkugelbefestigungen auf dem Einzelschichtsubstrat310 elektrisch zusammen. Dementsprechend sind Masse-Kontaktstellen nicht mit bestimmten Masse-Lotkugelbefestigungen verbunden, sondern mit der Masseebene364 . Die Grenze, welche die Masseebene364 definiert, umschließt Signal-Lotkugel befestigungen, die auf der Masseebene364 angeordnet sind, und deren Verbindungsleitungen. - Folglich treten auf dem Substrat dieses erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes keine Fälle auf, in welchen sowohl eine mit einer Leistungs-Lotkugelbefestigung verbundene Leistungsleitung als auch eine mit einer Masse-Lotkugelbefestigung verbundene Masseleitung zwischen zwei benachbarten Signal-Lotkugelbefestigungen hindurchgeführt sind. Es treten auch keine Fälle auf, in denen eine separate Verbindungsleitung nur zwischen eine einzelne Lotkugelbefestigung und eine Kontaktstelle eingeschleift und nicht mit einer weiteren Lotkugelbefestigung desselben Typs verbunden ist. Daher verringert sich die Induktivität der Leistungsleitung, und die Zuverlässigkeit der Versorgungszufuhr ist verbessert.
- In denjenigen Fällen, in denen außer der Leistungsebene
362 oder Masseebene364 eine separate Leistungs- oder Masseleitung zugeführt wird, beispielsweise zur Zuführung einer stabilen Leistung oder Masse zu einem speziellen Schaltkreis, wie einem Verzögerungsregelkreis (DLL) oder einem Phasenregelkreis (PLL), ist eine mit der separaten Leistungs- oder Masseleitung verbundene Leistungs- oder Masse-Lotkugelbefestigung nicht in die Leistungs- bzw. Masseebene362 ,364 eingebunden. Die separate Leistungs- oder Masse-Lotkugelbefestigung und ihre Verbindungslinie werden während eines Durchschleifungsprozesses wie eine Signal-Lotkugelbefestigung und deren Verbindungslinie behandelt. - Wenn der Halbleiterchip eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements mit BGA-Packung eine Dreifachmuldenstruktur oder eine Doppelmuldenstruktur mit einem p-leitenden Substrat aufweist, kann z.B. die erste Versorgung VDD an eine n-leitende Mulde und die zweite Versorgung GND an das p-Substrat oder eine p-leitende Taschenmulde angelegt werden.
- Die
7 und8 zeigen in schematischen Querschnitten Beispiele einer Doppelmuldenstruktur mit einem p-Substrat bzw. einer Dreifachmuldenstruktur mit einem p-Substrat. Bei der in7 gezeigten Doppelmuldenstruktur ist eine n-leitende Mulde durch Implantieren von n-leitenden Störstellen in das p-Substrat gebildet, und im n-Muldengebiet sind ein Drain- und ein Source-Bereich gebildet. Bei der Dreifachmuldenstruktur von8 ist eine n-leitende Mulde mit einer rechteckigen Anschlussflächengestalt gebildet, und in einer vorgegebenen Tiefe ist eine tiefe n-leitende Mulde gebildet, so dass durch die n-Mulde mit der rechteckigen Anschlussflächengestalt und die im unteren Bereich befindliche, tiefe n-Mulde eine p-leitende Taschenmulde gebildet ist. - In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden aus zwei oder mehr externen Versorgungen zwei Versorgungen ausgewählt und durch einen Schlitz getrennt. Diesbezüglich sind im Rahmen der Erfindung verschiedene Modifikationen möglich. Beispielsweise kann eine Signalleitungsebene in mehr als zwei Signalleitungsebenen aufgeteilt sein, und es können Leitungen für wenigstens eine der zwei oder mehr externen Versorgungen jeweils nur auf einer zugehörigen Signalleitungsebene gebildet sein. Die zugehörige Signalleitungsebene stellt somit eine Ebene dar, auf der lediglich Leitungen für die gewählte externe Versorgung und Leitungen für Signale gebildet sind, die nicht zu den externen Versorgungen gehören. Leitungen für die anderen, nicht für die betreffende Signalleitungsebene ausgewählten externen Versorgungen können auf den anderen Signalleitungsebenen gemischt vorliegen, ausgenommen Signalleitungsebenen, die zu ausgewählten externen Versorgungen gehören.
-
6 zeigt in Draufsicht eine weitere Realisierung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes mit BGA-Packung. In diesem Ausführungsbeispiel ist nur eine der externen Versorgungen ausgewählt und separat über lediglich eine Signalleitungsebene angelegt. Die übrigen externen Versorgungen werden zusammen über eine andere Signalleitungsebene angelegt. - Die Struktur des Halbleiterbauelements mit BGA-Packung von
6 entspricht derjenigen des Halbleiterbauelements mit BGA-Packung der3A und3B , so dass insoweit auf dessen obige Erläuterung verwiesen werden kann. Im Beispiel von6 ist nur eine der externen Versorgungen ausgewählt, die als erste Versorgung bezeichnet sei. Wie im Beispiel von3A gezeigt, ist die erste Versorgung über nur eine erste Signalleitungsebene217 angelegt. Leitungen für die anderen externen Versorgungen befinden sich zur Energieversorgung auf einer zweiten Signalleitungsebene218 . Die erste Versorgung kann eine Leistungsversorgung VDD mit einer positiven Spannung oder eine Masseversorgung GND sein. - Die Zuverlässigkeit der Energieversorgung kann dementsprechend dadurch verbessert werden, dass Versorgungsleitungen so geführt werden, dass eine hinsichtlich Induktivität und Zuverlässigkeit am ehesten problematische externe Versorgung ausgewählt und separat von der oder den anderen externen Versorgungen zugeführt wird.
- Wenn die erste Versorgung eine Leistungsversorgung VDD mit einer positiven Spannung ist, kann sie an eine n-Mulde im Halbleiterbauelement mit BGA-Packung angelegt werden, das einen Halbleiterchip mit Dreifachmuldenstruktur mit einem p-Substrat oder mit Doppelmuldenstruktur mit einem p-Substrat beinhaltet. In einem anderen Fall kann sie, wenn die erste Versorgung eine Masseversorgung GND ist, an ein p-Substrat oder eine p-Taschenmulde im Halbleiterbauelement mit BGA-Packung angelegt werden, das einen Halbleiterchip mit Dreifachmuldenstruktur mit p-Substrat oder mit Doppelmuldenstruktur mit p-Substrat beinhaltet.
- Es ist bevorzugt, die Halbleiterbauelemente mit BGA-Packung gemäß den obigen Ausführungsbeispielen in Form einer "Chip Scale"-Packung (CSP) zu bilden, um die Abmessung der Packung zu reduzieren. Eine CSP ist als eine Halbleiterpackung definiert, deren Abmessung nahezu derjenigen ei nes Halbleiterchips entspricht bzw. die Abmessung des Halbleiterchips um höchstens 20% übersteigt.
- Aus der vorstehenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele wird deutlich, dass beim erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement mit BGA-Packung die für Versorgungsleitungen auf einer Packung des Halbleiterbauelementes auftretende Induktivität beträchtlich reduziert werden kann. Außerdem können die Versorgungsleitungen problemlos durchgeschleift werden. Die Erfindung verbessert beträchtlich die Eigenschaften hinsichtlich Leistungsversorgung und die Zuverlässigkeit von Halbleiterbauelementen.
Claims (5)
- Halbleiterbauelement mit Ball-Grid-Array-(BGA-)Packung mit – einem Halbleiterchip (
220 ) mit mehreren Kontaktstellen (222 ,322 ) einschließlich mehreren Leistungs-Kontaktstellen und mehreren Masse-Kontaktstellen, die entlang eines Mittenbereichs einer Oberfläche desselben angeordnet sind, und – einem Substrat (210 ,310 ) mit einem Schlitz (212 ,312 ) vorgegebener Größe, der mit Abstand zu den mehreren Kontaktstellen mittig angeordnet ist, wobei das Substrat (210 ,310 ) auf einer Substratseite einen Leistungsversorgungsbereich (262 ,362 ) mit Leistungs-Lotkugelbefestigungen innerhalb eines ersten Flächenbereichs auf einer ersten Seite des Schlitzes und einen Masseversorgungsbereich (264 ,364 ) mit Masse-Lotkugelbefestigungen innerhalb eines zweiten Flächenbereichs auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite des Schlitzes (212 ,312 ) sowie mehrere Signal-Lotkugelbefestigungen aufweist, während der Halbleiterchip auf der anderen Substratseite derart angeordnet ist, dass je eine der Kontaktstellen elektrisch mit einer der Leistungs-Lotkugelbefestigungen, der Masse-Lotkugelbefestigungen oder der Signal-Lotkugelbefestigungen über zugehörige Verbindungsleitungen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Leistungsversorgungsbereich von einer Leistungsebene gebildet ist, die eine flächige Kontaktschicht (262 ,362 ) beinhaltet, deren Rand Signal-Lotkugelbefestigungen, die sich im Leistungsversorgungsbereich befinden, und einen anschließenden Abschnitt der jeweils zugehörigen Verbindungsleitung unter Belassung eines Durchführschlitzes für die Verbindungsleitung konform umgibt, und/oder der Masseversorgungsbereich von einer Masseebene gebildet ist, die eine flächige Kontaktschicht (264 ,364 ) beinhaltet, deren Rand Signal-Lotkugelbefestigungen, die sich im Masseversorgungsbereich befinden, und einen anschließenden Abschnitt der jeweils zugehörigen Verbindungsleitung unter Belassung eines Durchführschlitzes für die Verbindungsleitung konform umgibt. - Halbleiterbauelement mit BGA-Packung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch eine von der Leistungsebene getrennte Leistungs-Lotkugelbefestigung, die mit einem externen Schaltkreis zu verbinden ist.
- Halbleiterbauelement mit BGA-Packung nach Anspruch 1 oder 2, weiter gekennzeichnet durch eine von der Masseebene getrennte Masse-Lotkugelbefestigung, die mit einem externen Schaltkreis zu verbinden ist.
- Halbleiterbauelement mit BGA-Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass es vom Chip-Scale-Packungstyp ist.
- Halbleiterbauelement mit BGA-Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Einzelschichtsubstrat ist.
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