JP2005203634A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体チップの面積を増大させることなく、半導体チップに効率よく電源または信号を供給することのできる半導体装置を提供すること。
【解決手段】 半導体装置は、配線基板１１上に半導体チップ１３が実装された半導体装置であって、周辺部配置電極パッド１５と、中央部配置電極パッド１７と、外部端子１９ａおよび１９ｂと、ボンディングワイヤ２３と、導体２５とを備える。チップの周辺部近傍に設けられた周辺部配置電極パッド１５と、外部端子１９ｂとは、ボンディングワイヤ２３によって電気的に接続される。半導体チップの主面の少なくとも中央部近傍に設けられた中央部配置電極パッド１７と、外部端子１９ａとは、導体２５によって架橋され、電気的に接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置に関し、より特定的には、半導体チップに電源または信号を供給する半導体装置に関する。

半導体チップのパッケージには、例えば、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＰＧＡ（Ｐｉｎ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）がある。ＢＧＡパッケージは、典型的には、半導体チップ表面の周辺部に設けられた信号用電極パッド、電源電圧（ＶＤＤ）用電極パッドおよび基準電圧（ＶＳＳ）用の電極パッドのそれぞれが、ボンディングワイヤで基板内の導電体に接続され、半田ボールで外部と電気的に接続される（特許文献１）。

また、外部端子の形状や半導体を包装する方法は異なるが、ＰＧＡやＱＦＰも、半導体チップ表面の周辺部に設けられた電極パッドが、ボンディングワイヤや導電体によって外部端子と電気的に接続されているという構成はＢＧＡと同様である。

図１１は、従来の半導体装置の斜視図であり、図１２は、図１１に示す半導体装置の断面図である。図１１および図１２に示す半導体装置は、基板１１１と、半導体チップ１１３と、電極パッド１１５と、外部端子１１９と、導電体１２１と、ボンディングワイヤ１２３とを備える。半導体チップ１１３は、基板１１１に実装される。半導体チップ１１３の周辺に設けられた電極パッド１１５は、基板１１１に設けられた導電体１２１とボンディングワイヤ１２３で接続される。外部端子１１９は、導電体１２１に接続される。

電極パッド１１５には、例えば、電源電圧（ＶＤＤ）に対応する電極パッド、基準電圧（ＶＳＳ）に対応する電極パッドおよび信号入力に対応する電極パッドの３種類が存在するが、図面ではこれらの電極パッドを特に区別せずに図示する。電極パッド１１５は、それぞれ必要に応じた個数ずつ半導体チップ１１３の外周に配置される。一般的に、半導体装置において、電極パッド１１５は、半導体チップ１１３の周囲を囲むような形で配置される。ボンディングワイヤ１２３、導電体１２１および外部端子１１９は、各電極パッド１１５に対応するように設けられる。

図１２を参照して、以上のような構成を有する半導体装置の動作について説明する。外部端子１１９に印加された電圧は、基板１１１に設けられた導電体１２１およびボンディングワイヤ１２３を経由し、電極パッド１１５に供給される。これにより、半導体チップ１１３内部の回路へと電圧が印加される。また、半導体チップ１１３に電源を効率的に供給する方法として、半導体チップ１１３上の未使用の空き電極パッドを電源として使用する方法も存在する（特許文献２）。
特開平９−１４８４７６号公報 特開平８−２７９５９４号公報

従来の半導体装置では、半導体素子表面の周辺に配置した電極パッドがボンディングワイヤ等で導電体に接続され、当該導電体を外部端子に接続することで、外部端子から半導体チップ１３に電源が供給される。しかしながら、ボンディングワイヤの配線長に制限があるため、電極パッドを半導体チップ上面の外周に配置しなければならない。この場合、半導体チップの内部、特に中央部分に対して十分な電圧を供給できないため、半導体チップの高速動作に伴って電圧降下が起きるという問題がある。電圧降下は、半導体チップの性能が劣化する原因となる。また、半導体チップの性能劣化を防止するために電源配置を強固にすることができるが、この場合には、配線数が増加するため、チップ面積が増大してしまう。

それゆえに、本発明の目的は、半導体チップの面積を増大させることなく、半導体チップに効率よく電源または信号を供給することのできる半導体装置を提供することである。

本発明に係る半導体装置は、配線基板上に半導体チップが実装された半導体装置であって、配線基板の外部と電気的に接続するための１以上の外部端子と、半導体チップの周辺部近傍に設けられた第１の電極パッドと、外部端子と第１の電極パッドとをボンディングワイヤによって電気的に接続する第１の接続部と、半導体チップの主面の少なくとも中央部近傍に設けられた第２の電極パッドと、外部端子と第２の電極パッドとを架橋して電気的に接続する第２の接続部とを備える。

好ましくは、第２の接続部は、第１の接続部よりも電流が流れる方向に対する垂直方向の断面積が大きくてもよい。

また、第１の電極パッドと第２の電極パッドとは、同一の外部端子を共有していてもよい。

また、第２の接続部は、半導体チップの上方で格子状に配線され、格子状に配線された第２の接続部の少なくとも１以上の格子点と、第２の電極パッドとは導体により接続されるようにしてもよい。

また、第２の接続部は、半導体チップの上方で、格子状に配線された格子部分が層状となるように複数設けられており、複数の第２の接続部は、互いに格子点がずれた状態となるように配置されており、上層に配置された第２の接続部の格子点は、下層に配置された第２の接続部の格子の間を通過する導体により第２の電極パッドと接続されるようにしてもよい。

また、第２の接続部の各格子点には、半導体チップ方向に伸びる均一な長さの第１の導体が設けられ、複数の第１の導体の一部は、第２の電極パッドから半導体チップ主面上方に伸びる第２の導体を介して、当該第２の電極パッドに接続されるようにしてもよい。

また、第２の接続部は複数存在し、半導体チップの上方で、それぞれが櫛の歯状に枝分かれした分枝構造部を有しており、複数の分枝構造部は、対となって櫛の歯状の部分が交互に噛み合うように配置され、導体を介して第２の電極パッドに接続するようにしてもよい。

また、第２の接続部は、表面に凹凸が設けられた形状としてもよい。

また、第２の接続部は複数設けられ、複数の第２の接続部は互いに非接触状態で重なり合う重層部を有し、複数の第２の接続を用いて、半導体チップに対して電力が供給される際に重層部には電荷が蓄積され、コンデンサとして機能するようにしてもよい。

また、本発明に係る半導体装置は、半導体チップの上方に設けられた熱伝導性を有する放熱部と、半導体チップの主面に設けられた放熱用のパッドと、放熱部とパッドとを接続する熱伝導部とを備えるものであってもよい。

本発明に係る半導体装置は、半導体チップの主面の少なくとも中央部近傍に設けられた第２の電極パッドと、外部端子とを第２の接続部によって架橋して電気的に接続する。したがって、半導体チップの内部に直接的に電源を供給または信号を入力することができるため、半導体チップ内部における電圧降下を防止することができる。これにより、電圧降下による半導体チップの性能劣化を防止することができる。また、第２の電極パッドを備えることにより、第１の電極パッドの数や、第１の電極パッドと半導体チップの内部とを接続する配線の数を削減することができる。従って、半導体チップの面積を縮小することができる。

第２の接続部の電流が流れる方向に対する垂直方向の断面積を、第１の接続部よりも大きくすることにより、より効果的に半導体チップ内部における電圧降下を防止することができる。

また、第１の電極パッドと第２の電極パッドとは、同一の外部端子を共有することにより、半導体チップの実装面積を縮小することができる。

また、第２の接続部を、半導体チップの上方で格子状に配線することとすれば、外部端子から電極パッドに到達するまでの電圧の低下を抑制することができる。

また、第２の接続部を、半導体チップの上方で、格子状に配線された格子部分が層状となるように複数設けることとすれば、複数の電源または信号を第２の電極パッドに供給することができる。

また、第２の接続部の各格子点には、半導体チップ方向に伸びる均一な長さの第１の導体が設けられ、複数の第１の導体の一部は、第２の電極パッドから半導体チップ主面上方に伸びる第２の導体を介して、当該第２の電極パッドに接続されることとすれば、同一の形状を有する第２の接続部を用いる場合においても、所望の第２の電極パッドに対してのみ電源または信号を供給することができる。

また、第２の接続部は複数存在し、半導体チップの上方で、それぞれが櫛の歯状に枝分かれした分枝構造部を有しており、複数の分枝構造部が対となって櫛の歯状の部分が交互に噛み合うように配置することとすれば、半導体パッケージの高さを増加させることなく、第２の電極パッドに対して異なる複数種の電源または信号を供給することができる。

また、第２の接続部を、表面に凹凸が設けられた形状とすれば、第２の接続部の表面積は拡大する。したがって、第２の電極パッドに電源または信号を供給すると共に、半導体チップの内部で発生する熱を放出することができる。

また、第２の接続部は複数設けられ、複数の第２の接続部は互いに非接触状態で重なり合う重層部を有し、コンデンサとして機能することとすれば、半導体チップの内部で電圧降下が生じた場合には、コンデンサでもある第２の接続部から電荷が供給される。したがって、半導体チップの内部における電圧降下をより効果的に防止することができる。

また、半導体装置は、半導体チップの上方に設けられた熱伝導性を有する放熱部と、半導体チップの主面に設けられた放熱用のパッドと、放熱部とパッドとを接続する熱伝導部とを備えるものとすれば、半導体チップの内部で発生する熱を放出することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る半導体装置の斜視図である。図１に示すように、半導体装置は、基板１１と、半導体チップ１３と、周辺部配置電極パッド１５と、中央部配置電極パッド１７と、外部端子１９と、導電体２１と、ボンディングワイヤ２３とを備える。
本発明において、半導体装置は、電極パッドが半導体チップ１３の周辺にのみ位置する従来の半導体装置に対し、電極パッドが半導体チップ１３の中央部近傍に設けられる点で異なる。以下、各部の詳細について説明する。

半導体チップ１３は、基板１１上に搭載される。周辺部配置電極パッド１５は、半導体チップ１３の外周部分に設けられ、例えば、電源電圧（ＶＤＤ）や基準電圧（ＶＳＳ）といった電源の供給に対応する。周辺部配置電極パッド１５は、ボンディングワイヤ２３を介して、導電体２１に接続される。なお、周辺部配置電極パッド１５は、電源の供給以外の用途で用いられてもよく、例えば信号の入力に対応するものであってもよい。

ボンディングワイヤ２３は、周辺部配置電極パッド１５と導電体２１とを接続する。導電体２１は、基板１１に設けられ、外部端子１９ｂに接続される。外部端子１９ｂは、基板１１の外部と、半導体チップ１３とを電気的に接続するために基板１１に設けられる。外部端子１９ｂに電圧が印加されると、導電体２１、ボンディングワイヤ２３および周辺部配置電極パッド１５を経由して半導体チップ１３に電源が供給される。

次に、本発明の特徴部分である中央部配置電極パッド１７および導体２５について説明する。中央部配置電極パッド１７は、半導体チップ１３の中央部近傍に設けられ、例えば、電源電圧（ＶＤＤ）や基準電圧（ＶＳＳ）といった電源の供給に対応する。中央部配置電極パッド１７は、導体２５に接続される。

導体２５は、中央部配置電極パッド１７と外部端子１９ａとを架橋するように接続し、半導体チップ１３の内部に直接電源を供給するために用いられる。断面が長方形の柱状の形状を有し、例えば銅などの導電性の金属で形成される。なお、図１に示す導体２５の高さは、半導体チップ１３よりも高い位置にあるが、導体２５の高さは、ボンディングワイヤ２３に接触しない程度の高さであればよい。また、図面において、導体２５の形状は角柱であるが、他の形状であってもよく、例えば断面が円状の円柱であってもよい。また、半導体チップ１３の内部に大きい電力を供給するためには、導体２５の電流が流れる方向に対する垂直方向の断面積は、ボンディングワイヤ２３よりも大きい方が望ましい。

外部端子１９ａは、基板１１の外部と、半導体チップ１３とを電気的に接続するために基板１１に設けられる。外部端子１９ａに電圧が印加されると、導体２５および中央部配置電極パッド１７を経由して、半導体チップ１３に電源が供給される。電源は、外部端子１９ａに供給されると、導体２５および中央部配置電極パッド１７を介して半導体チップ１３に供給される。なお、中央部配置電極パッド１７は、電源の供給以外の用途で用いられてもよく、例えば信号の入力に対応するものであってもよい。

図２は、図１に示す半導体装置の断面図である。以下、図２を参照して、半導体装置の動作について説明する。まず、外部端子１９ｂに電圧が印加される。外部端子１９ｂに印加された電圧は、導電体２１およびボンディングワイヤ２３を経由し、半導体チップ１３上の周辺部配置電極パッド１５に供給される。そして、当該周辺部配置電極パッド１５から半導体チップ１３内部へと電圧が印加される。この動作は従来の半導体装置の構成と同様である。

本発明による構成では、電源用の外部端子１９ａから電源供給のために印加された電圧は、導体２５を経由し、中央部配置電極パッド１７に印加される。これにより、半導体チップ１３内部へと電源が供給される。

以上のように、本実施形態によれば、半導体装置は、従来の構成に加え、半導体チップ１３表面の内部に設けられた中央部配置電源パッド１７と、当該中央部配置電源パッド１７および外部端子１９ａを接続する導体２５とを備える。これにより、半導体チップ１３表面の任意の箇所、特に半導体チップ１３の中央近傍に電源を供給することができる。

また、中央部配置電極パッド１７に対して、電源供給用の外部端子１９ａを新たに設けることにより、導体２５および中央部配置電極パッド１７を介して、半導体チップ１３の内部に直接的に電源を供給することができる。したがって、半導体チップ１３内部の電圧降下を防止することができる。これにより、電圧降下による半導体チップ１３性能劣化を防止することができる。

さらに、本実施形態によれば、チップ面積を縮小することができる。例えば、半導体チップ１３の外周部分に設けられるべき周辺部配置電極パッド１５の数が予め決定されている場合、周辺の電極パッド３の数に対応するように半導体チップ１３の大きさを決定しなければならない場合がある。この場合、周辺部配置電極パッド１５の数に比例して半導体チップ１３の面積は増大する。しかし、本実施形態によれば、半導体チップ１３の中央部近傍に電極パッド９を配置することにより、半導体チップ１３の外周部分に配置する周辺部配置電極パッド１５の数を削減することができる。したがって、半導体チップ１３の面積を縮小することができる。

また、従来の半導体装置では、電極パッドは半導体チップの周辺に配置されるが、トランジスタは、半導体チップ１３の内部に広範囲に渡って設けられる。したがって、電極パッドとトランジスタとを接続するための配線が増加し、半導体チップの面積が増大するという問題がある。この場合においても、半導体チップ１３表面の内部に電極パッドを配置することにより、電極パッドからトランジスタへの距離を短縮し、配線数を減少させることができる。したがって、半導体チップ１３の中央部近傍に設けた電極パッドに電源供給を行うことにより、半導体チップ１３の面積を削減することができる。

また、半導体チップ１３上に限らず、基板１１に設ける外部端子１９の数が増加することによっても、パッケージの基板１１上の配線混雑が引き起こされる。これも、パッケージのサイズを縮小する上での課題である。しかしながら、本実施形態によれば、電源の配線を導体２５によって行うため、配線の自由度を向上させ、パッケージのサイズを縮小することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。当該第２の実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態に係る半導体装置と、導電体２１および外部端子１９の構造において相違点を有する。

具体的には、第１の実施形態では、図２に示すように、半導体チップ１３の周辺部に配置される周辺部配置電極パッド１５と、半導体チップ１３の中央部近傍に配置される中央部配置電極パッド１７とには、導電体２１または導体２５を介して、それぞれの電極パッドに対応する外部端子１９に接続されていた。つまり、第１の実施形態において、外部端子１９および導電体２１は、中央部配置電極パッド１７および周辺部配置電極パッド１５と同じ数だけ設ける必要があった。

図３は、第２の実施形態に係る半導体装置の断面図である。図３に示す半導体装置は、図２のそれと比較すると、外部端子１９ａおよび１９ｂが外部端子１９ｃに置き換わっている点で相違する。つまり、本実施形態に係る半導体装置では、１つの外部端子１９ｃが、周辺部配置電極パッド１５および中央部配置電極パッド１７の２種類の電極パッドの双方に対応する。それ以外は図２と同様であるため、図３において図２に示す構成に相当するものには同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

外部端子１９ｃに接続された導電体２１は、ボンディングワイヤ２３を介して周辺部配置電極パッド１５に接続される。また、当該導電体２１上には導体２５の一端が接続され、当該導体２５の他端は、半導体チップ１３表面の内部に設けられた中央部配置電極パッド１７に接続される。このように、周辺部配置電極パッド１５および中央部配置電極パッド１７は外部端子を共有し、１つの外部端子１９ｃから、周辺部配置電極パッド１５と、中央部配置電極パッド１７へとの双方に電源または信号が供給される。

以上のように、本実施形態によれば、複数の電極パッドに対応する外部端子１９を一体化するため、外部端子１９の数を削減することができる。また、外部端子１９の数を削減することによって、半導体チップ１３の実装面積を縮小することができる。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。当該第３の実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態に係る半導体装置と、導体２５の構造において相違点を有する。第１の実施形態においては、導体２５は、基板の両端に設けられた外部端子１９ａを一本の導体２５で架橋するように接続し、中央部配置電極パッド１７と外部端子１９ａとを、半導体チップ１３の上部で導体２５を分枝させる構造とすることで接続していた。これに対して、第３の実施形態においては、導体２５は、半導体チップ１３の上方で格子状に配置される。

図４は、第３の実施形態に係る半導体装置において、半導体チップ１３表面の内部に配置された中央部配置電極パッド１７と外部端子１９ａとを接続する導体２５を示す図である。図４に示す半導体装置は、図１のそれと比較すると、導体２５の形状が異なる。それ以外は図１と同様であるため、図４において図１に示す構成に相当するものには同一の参照符号を付し、その説明を省略する。また、図４において、基板１１、周辺部配置電極パッド１５、ボンディングワイヤ２３、導電体２１および外部端子１９ｂの図示は省略されている。

図４において、導体２５は、半導体チップ１３の上方で、複数の配線が交差する格子状の形状を有する。同図において、格子状の形状を有する導体（以下、格子層３１）は、半導体チップ１３の表面に対して、格子層３１の面が平行になるように設けられる。また、格子層３１において、配線の交点（格子点）と、中央部配置電極パッド１７とは、導体２５によって接続される。

以上のように、導体２５を半導体チップ１３上部で格子状に配線する格子層３１とし、当該格子層３１の格子点と中央部配置電極パッド１７とを導体２５で接続することによって、外部端子１９から電極パッド９に到達するまでの電圧の低下を抑制し、電源を強化することができる。また、導体２５を格子状に配線するため、半導体チップ１３における電源の配線数を削減することができる。したがって、半導体チップ１３の面積を縮小することができる。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。当該第４の実施形態に係る半導体装置は、第３の実施形態に係る半導体装置と、導体２５の構造において相違点を有する。

具体的には、第３の実施形態では、半導体チップ１３表面の上方に格子層３１を設け、当該格子層３１における導体の交点と、中央部配置電極パッド１７とを導体２５で接続していた。第３の実施形態において、格子層３１は１層であったが、第４の実施形態において、半導体装置は、複数層の格子層３１を有する。

図５は、第４の実施形態に係る半導体装置における、半導体チップ１３および導体の一部を示す図である。図５に示す半導体装置は、図４のそれと比較すると、複数の格子層を備えている点で相違する。それ以外は図４と同様であるため、図５において図４に示す構成に相当するものには同一の参照符号を付し、その説明を省略する。また、図５において、基板１１、格子層に電源を入力するための導体、導電体２１および外部端子１９の図示は省略されている。

図５に示すように、半導体チップ１３の上方には、二層の格子層が設けられる。以下、半導体チップ１３に対して最も近い位置に設けられる格子層を第１の格子層３１＿１と呼び、当該第１の格子層３１＿１の次に、半導体チップ１３に近い位置に設けられる格子層を第２の格子層３１＿２と呼ぶ。

第１の格子層３１＿１および第２の格子層３１＿２は、それぞれ導体２５を介して中央部配置電極パッド１７に接続される。それぞれの格子層と、中央部配置電極パッド１７を接続する導体は、他の格子層または他の格子層を接続する導体２５と接触しないように配置される。例えば、第２の格子層３１＿２と中央部配置電極パッド１７とを接続する導体２５は、第１の格子層３１＿１の交差した導体の隙間（空孔）を通るように設けられる。

このように、複数の格子層を設けることによって、中央部配置電極パッド１７に対して複数種類の電源を供給することができる。以下、電極パッド１７ａが電源電圧（ＶＤＤ）対応の電極パッド（以下、ＶＤＤ対応電極パッド）であり、電極パッド１７ｂが基準電圧（ＶＳＳ）対応の電極パッド（以下、ＶＳＳ対応電極パッド）である場合について説明する。第１の格子層３１＿１は、導体２５を介してＶＤＤ対応電極パッド１７ａに接続され、第２の格子層１８は、導体を介してＶＳＳ対応電極パッド１７ｂに接続されている。

第１の格子層３１＿１に対応する外部端子（図示せず）に電源電圧が印加されると、電源電圧は、第１の格子層３１＿１および導体２５を経由して、ＶＤＤ対応電極パッド１７ａに供給される。また、第２の格子層３１＿２に対応する外部端子（図示せず）に基準電圧が印加されると、基準電圧は、第２の格子層３１＿２および導体２５を経由して、ＶＳＳ対応電極パッド１７ｂに供給される。

以上のように、本実施形態によれば、格子層３１を複数設けることにより、半導体チップ１３表面に、異なる電源に対応する電極パッド１７を設けることができる。なお、本実施形態において、ＶＤＤ対応電極パッドおよびＶＳＳ対応電極パッドを配置し、電源供給を行う場合について説明したが、電極パッドは、例えば信号を入力するなど、電源を供給する以外の用途に用いられてもよい。このように、格子状の配線層を複数重ねることにより、複数の種類の電源供給や信号入力を行うことができる。また、本実施形態において、格子層の数は２つであったが、半導体装置は、３つ以上の格子層を備えていてもよい。

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。当該第５の実施形態に係る半導体装置は、第４の実施形態に係る半導体装置と、導体の構造において相違点を有する。第３の実施形態では、一層の格子層を有し、第４の実施形態では、導体は、半導体チップ１３の上方に、格子層３１を接触しないように複数層重ねた構造を有していた。これに対し、第５の実施形態では、導体は半導体チップ１３の上方で櫛の歯状に枝分かれした形状を有する。

図６は、第５の実施形態に係る半導体装置の一部分を示す図である。図６に示す半導体装置の部分図は、図４のそれと比較すると、導体２５の構造が異なり、また、２つの外部端子１９ａの代わりに外部端子１９ｅおよび外部端子１９ｆとを備える点で相違する。それ以外は図４と同様であるため、図６において図４のそれに相当するものには同一の参照符号を付し、その説明を省略する。なお、図６において、基板１１や周辺部配置電極パッド１５の図示は省略されている。

外部端子１９ｅおよび１９ｆは、それぞれ異なる電源の供給または信号の入力に対応する。本実施形態においては、半導体チップ１３の左側に位置する外部端子１９ｅは、電源電圧（ＶＤＤ）に対応する外部端子（以下、ＶＤＤ対応外部端子１９ｅ）であり、半導体チップ１３をはさんで外部端子１９ｅの反対側に位置する外部端子は、基準電圧（ＶＳＳ）に対応する外部端子（以下、ＶＳＳ対応外部端子１９ｆ）であるものとして説明する。

外部端子１９ｅに接続された導体２５は、半導体チップ１３の表面の上方で、右に向かって櫛の歯状に枝分かれした構造（以下、分枝構造３３＿１）を有する。一方、外部端子１９ｆに接続された導体２５は、半導体チップ１３の表面の上方で、左に向かって櫛の歯状に枝分かれした構造（以下、分枝構造３３＿２）を有する。分枝構造３３＿１および３３＿２は、対となって、枝分かれした導体が互いに接触せずに噛み合うように配置される。

ＶＤＤ対応外部端子１９ｅに接続された分枝構造３３＿１において枝分かれした導体３５と、ＶＳＳ対応外部端子１９ｆに接続された分枝構造３３＿２において枝分かれした導体３７とは、それぞれ中央部配置電極パッド１７と柱状の導体を介して接続される。なお、導体３５に接続される中央部配置電極パッド１７は、電源電圧（ＶＤＤ）に対応する電極パッドであり、導体３７に接続される中央部配置電極パッド１７は、基準電圧（ＶＳＳ）に対応する電極パッドである。

以上のように、本実施形態によれば、異なる電源に対応する外部端子１９ｅおよび１９ｆに接続された導体を、半導体チップ１３の上方で櫛の歯状に分枝させ、分枝した導体が互い違いに配置する構造となる。これにより、半導体パッケージの高さを増加させることなく、中央部配置電極パッド１７に対して異なる二種類の電源を供給することができる。

さらに、半導体装置を製造する場合においても、導体を複数の工程で積み重ねる必要がなく、一括で配置することができる。これにより、パッケージの製造工数を削減し、製造コストを下げることができる。また、本実施形態と、前述した第４の実施形態とを組み合わせることにより、配線を強化し、かつ導体２５で形成される層の数を削減することができる。

（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。第３の実施形態においては、格子層３１を形成する導体の交点と、中央部配置電極パッド１７とを導体２５で接続していた。これに対して、第６の実施形態においては、全ての導体２５は中央部配置電極パッド１７に接続されず、必要な箇所に対応する導体２５のみが中央部配置電極パッド１７と接続される。

図７は、第６の実施形態に係る半導体装置の部分図である。図７に示す半導体装置の部分図は、図４のそれと比較すると、半導体チップ１３上に導体３９を備えている点で相違する。それ以外は図４と同様であるため、図７において図４に示す構成に相当するものには同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

図７において、半導体装置は、第３の実施形態と同様に、半導体チップ１３表面の上方に格子層３１を設け、当該格子層３１と中央部配置電極パッド１７とを導体２５で接続する構成を有している。格子層３１において、配線の交点と半導体チップ１３の中央部配置電極パッド１７とは、導体２５で接続される。

ここで、半導体チップ１３に設ける中央部配置電極パッド１７の数や位置は常に一定とは限らない。半導体チップ１３は、その動作や仕様によって、それぞれ必要とする電極パッドの数や位置が異なる。しかし、中央部配置電極パッド１７の数や位置に合わせて、格子層３１に配置する導体２５を設計することは、製造工数やコストを増加させる原因となる。本実施形態は、格子層３１に設ける導体２５の数および接続位置を常に一定に保ちつつ、半導体チップ１３上の所望の位置に電源を供給することを目的とする。図において、導体２５は、半導体チップ１３上に、縦横に一定の間隔で配置されている。

外部端子１９ａからの電源供給を必要とする電極パッド８上には、接続導電体３９を付加する。接続導電体３９は、典型的にはバンプであって、中央部配置電極パッド１７と導体２５とを接続するために半導体チップ１３上に設けられる。これにより、導体２５を実装した場合、接続導電体３９を付加した中央部配置電極パッド１７のみが導体２５を介して外部端子１９と接続され、電源を供給することができる。

このように、予め接続導電体３９の形状および位置を決定し、当該接続導電体３９に対応するように、半導体チップ１３の表面に中央部配置電極パッド１７を設ける。これにより、任意の中央部配置電極パッド１７への電力供給を可能にする。

以上のように、本実施形態によれば、接続導電体３９を設けることにより、所望の中央部配置電極パッド１７に対してのみ電源を供給することができる。これにより、半導体チップ１３における中央部配置電極パッド１７の数や位置が異なる場合においても、同一の構造を有する導体２５を用いて外部端子１９と中央部配置電極パッド１７とを接続することができる。これにより、半導体装置を製造するためのコストおよび製造工数を削減することができる。

また、本実施形態における導体２５は、半導体チップ１３の上方で、格子状の形状を有するため、半導体チップ１３の表面に設けられる中央部配置電極パッド１７の数が多い場合においても、半導体チップ１３の面積を増大させることなく、電源を供給することができる。

また、本実施形態において、半導体チップ１３の設計時に中央部配置電極パッド１７を配置していたが、電源供給の必要性がない場合には、中央部配置電極パッド１７に接続導電体３９を付加しないことで、電源供給の必要がない電極パッドへの電源供給を止めることができる。

（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態においては、基板１１の両端に設けられた外部端子１９ａは、一本の導体２５で接続されていた。これに対し、第７の実施形態においては、基板１１の両端に設けられた外部端子１９ａは、それぞれ別の導体２５によって接続され、２つの導体２５を接触しないように重なり合う構造とすることで、導体２５は、コンデンサとしての機能を有する。

図８は、第７の実施形態に係る半導体装置の断面図である。図８に示す半導体装置は、図２のそれと比較すると、外部端子１９ｅに接続された導体２５と、外部端子１９ｆに接続された導体２５とが、互いに接触しないように半導体チップ１３の上方で重なり合う構造を有する点で相違する。それ以外は図２と同様であるため、図８において図２に示す構成に相当するものには同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

外部端子１９ｅおよび１９ｆは、それぞれ異なる電源の供給または信号の入力に対応する。本実施形態においては、半導体チップ１３の左側に位置する外部端子１９ｅは、電源電圧（ＶＤＤ）に対応する外部端子（以下、ＶＤＤ対応外部端子１９ｅ）であり、半導体チップ１３をはさんで外部端子１９ｅの反対側に位置する外部端子は、基準電圧（ＶＳＳ）に対応する外部端子（以下、ＶＳＳ対応外部端子１９ｆ）であるものとして説明する。図において、外部端子１９ｅおよび１９ｆは、半導体チップ１３を中心として、それぞれ対称となる位置に設けられる。

基板１１の左側に設けられたＶＤＤ対応外部端子１９ｅには、導体２５＿１が接続される。導体２５＿１は、中央部配置電極パッド１７に接続されると共に、半導体チップ１３の上方で、半導体チップ１３の主面に対して平行に突出した形状を有する。また、基板の右側に設けられたＶＳＳ対応外部端子１９ｆには、導体２５＿２が接続される。導体２５＿２は、中央部配置電極パッド１７に接続されると共に、半導体チップ１３の上方で、半導体チップ１３の主面に対して平行に突出した形状を有する。

導体２５＿１と導体２５＿２とは、半導体チップ１３の上方において、互いに接触しないように異なる高さを有するが、導体２５＿１の導体２５＿２の突出した部分は、平行に重なり合う部分（重層部）が生じる。導体２５＿１および導体２５＿２で形成される重層部は、導体同士が互いに接触しないように設けられているため、空間４３が存在する。

この構成により、ＶＤＤ対応電極パッドと電源用の外部端子１９を接続する導体２５＿１と、ＶＳＳ対応電極パッドとＶＳＳ対応外部端子１９を接続する導体２５＿２とは、コンデンサとしての機能を有する。

以下、半導体装置の動作について説明する。ＶＤＤ対応外部端子１９ｅから導体２５＿１を介して、ＶＤＤ対応電極パッドに電源が供給され、ＶＳＳ対応外部端子１９ｆから導体２５＿２を介して基準電圧が印加されると、コンデンサ４１に電荷が蓄積される。半導体チップ１３内部の動作が活発化し、半導体チップ１３の内部に電圧低下が生じた場合、瞬時にコンデンサ４１から中央部配置電極パッド１７を通じて、半導体チップ１３に電荷が供給され、電圧の低下を防ぐ。

これにより、中央部配置電極パッド１７からの電源供給が不足した場合には、コンデンサ４１から電源を供給するため、中央部配置電極パッド１７のみを配置する場合に比べ、より効果的に半導体チップ１３における電圧低下を防止することができる。

また、静電容量は、コンデンサとして機能する導体２５＿１および導体２５＿２の面積に正比例し、導体２５＿１および導体２５＿２との間隔に反比例する。つまり、静電容量は、コンデンサとして機能する導体２５＿１および導体２５＿２の面積が増大させる、または、導体２５＿１および導体２５＿２の間隔を短縮することによって増大する。したがって、導体２５＿１および導体２５＿２の距離や面積を変化させることにより、コンデンサ４１の静電容量を調整することができる。

また、導体２５＿１と導体２５＿２との間の空間４３に、電解液やセラミック、プラスチックフィルムなどの媒体を満たすことによって、コンデンサとしての静電容量を調整することも可能である。また、図８では、コンデンサ４１において、導体２５＿１が上、導体２５＿２が下という位置関係であったが、これに限られず、導体２５＿１と導体２５＿２とが接触せずに交差している部分であればよい。

また、コンデンサ４１の容量を調整することにより、半導体チップ１３が動作する周波数帯域とは離れた周波数の信号変化、つまりノイズを除去するデカップリング用コンデンサとして用いることもできる。

さらに、本実施形態によれば、導体２５＿１および２５＿２をコンデンサ４１として利用することができるため、従来の半導体装置のように、半導体装置の外部にコンデンサを実装する必要がなくなる。したがって、パッケージを実装するプリント基板１１において、コンデンサが占める面積を削減することができる。また、コンデンサ４１を半導体チップ１３の近傍に配置することができるため、コンデンサをパッケージの外に配置する場合に比べ、電源供給およびノイズ除去に対してもより効果的である。

（第８の実施形態）
以下、本発明の第８の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。第３の実施形態においては、導体は、半導体チップ１３の上方で格子状の形状を有していた。これに対し、第８の実施形態においては、導体の形状は、上部に凹凸のある直方体であり、半導体チップ１３に電源または信号を供給するのと同時に、半導体チップ１３内部で発生する熱を外部に放出するヒートシンクとして機能する。

図９は、第８の実施形態に係る半導体装置の部分図である。図９に示す半導体装置の部分図は、図４のそれと比較すると、半導体チップ１３の上方に放熱体４５を備える点で相違する。それ以外は、図４と同様であるため、図９において図１の構成に相当するものには同一の参照符号を付し、その説明を省略する。なお、図９において、基板１１に設けられる外部端子１９ａと、当該外部端子１９ａと放熱体４５とを接続する導体２５の図示は省略されている。

放熱体４５は、例えば銅などの熱伝導性の良い材質で形成され、典型的には、直方体の形状を有している。また、表面積を増大させ、放熱効果をより高めるために、放熱体４５の上部は、深い凸凹をつけた形状を有している。電源または信号は、外部端子（図示せず）および導体（図示せず）を経由し、放熱体４５、導体２５および中央部配置電極パッド１７を介して半導体チップ１３に供給される。

以上のように、本実施形態によれば、中央部配置電極パッド１７に電源または信号を供給し、かつ、半導体チップ１３内部で発生する熱を放出することができる。

なお、本実施形態において、放熱体４５は、中央部配置電極パッド１７に電源または信号を供給するが、放熱体４５を電源供給のためではなく、ヒートシンクとしての用途のみに用いてもよい。

以下、放熱体４５をヒートシンク用途に用いる場合について説明する。この場合、半導体チップ１３上に配置される中央部配置電極パッド１７は、半導体チップ１３内部の回路と電気的な接続を持たない。以下、放熱の用途のみに用いられる中央部配置電極パッド１７を放熱パッド１７と呼ぶ。また、放熱体４５と、放熱パッド１７と、放熱体４５とを接続する導体２５も、導電性の材質で形成される必要はなく、熱伝導性のよい材質であればよい。以下、放熱の用途のみに用いられる導体２５を放熱用導体２５と呼ぶ。

以下、半導体装置の動作について説明する。半導体チップ１３内部の動作が活発になり、半導体チップ１３内部に熱が発生した際に、半導体チップ１３内部の熱は放熱パッド１７および放熱用導体２５を通り、放熱体４５に伝わる。放熱体４５は、上部に凸凹をつけることによって表面積が増大し、熱を拡散させやすい。したがって、半導体チップ１３内部で発生した熱は、放熱体４５から空気中へと拡散する。その結果、半導体チップ１３内部の熱を発散させ、半導体チップ１３の熱による暴走を防ぐことができる。

図１０Ａは、放熱体４５をヒートシンクとして設ける場合の半導体チップ１３の断面を示す図である。半導体チップ１３は、トランジスタ形成物質６９上に、絶縁性物質６３および金属配線６５からなる複数の配線層が積層されている。従来の半導体チップでは、半導体チップの動作時に熱が発生するため、半導体チップの設けられる金属配線６５は一定の間隔を空けなければならない。ここで、半導体チップ上に放熱体４５を設ける場合、図１０Ａに示すように、半導体チップの内部をくり抜き、くり抜いた部分に放熱材６７を挿入する。放熱材６７は、半導体チップの上部に設けられた放熱体４５と接続されるため、各金属配線６５が発生する熱は、放熱材６７および放熱体４５を介して空気中に放出される。

図１０Ｂは、放熱体４５をヒートシンクとして設ける場合の半導体チップ１３の断面を示す図である。図１０Ａにおいて、放熱材６７は、半導体チップ１３をくり抜いた後に挿入される。しかし、放熱材６７は、図１０Ｂに示すように、金属配線６５を形成する場合と同様に、各配線層を積層する際にパターン形成されてもよい。

以上のように、放熱体４５および放熱材６７を設けることによって、半導体チップ１３内部に発生する熱を半導体チップ１３外部に放出することができる。また、従来の半導体チップにおいては、各配線間で熱が発生するため、配線の間隔を一定に保たなければらなかった。しかし、放熱材６７を設けることによって、速やかに放熱体４５に熱を伝導させることができるため、半導体チップ１３内部に設けられる複数の金属配線の間隔を短縮することができる。これにより、配線を高密度化し、半導体チップ１３の面積を縮小することができる。

さらに、放熱材６７が絶縁性物質である場合には、放熱材６７を金属配線６５に密接させて配置してもよい。これにより、放熱材６７が導電性の場合に比べ、配線をより高密度化することができるため、半導体チップ１３の面積を縮小することができる。

また、半導体チップ１３の温度を下げることによって、リーク電流を低下させることができる。放熱体４５をヒートシンクとして用いることにより、ヒートシンクを別に新たに設ける必要がなくなる。

（第９の実施形態）
以下、本発明の第９の実施形態に係る半導体装置について説明する。当該第９の実施形態は、第１〜８の実施形態と、半導体チップ１３表面の内部に設けられる中央部配置電極パッド１７が、電源供給に対応する電極パッドである代わりに、信号入力に対応する電極パッドである点で相違する。信号の入力に対応する電極パッド（以下、信号対応電極パッド）は、導体を介して信号を入力するための外部端子に接続される。入力される信号は、例えば、クロックやリセット信号であって、半導体チップの１３内部に存在する複数のフリップ・フロップ回路に同時に信号入力を行う必要がある信号が好ましい。

従来の半導体装置において、クロック信号は、外部端子から入力されると、半導体チップの周囲に設けられた周辺部配置電極パッドや、半導体チップ内部に設けられた配線を経由して、半導体チップ内部に存在するフリップ・フロップに供給されている。半導体チップ１３の周辺部付近に位置するフリップ・フロップに信号を供給する場合と、半導体チップ１３の中央部近傍に位置するフリップ・フロップまで信号を供給する場合とでは、外部端子に入力された信号の到達時間が異なる場合がある。半導体チップ内部の各フリップ・フロップに到達するまでの時間にばらつきが発生すると、フリップ・フロップ間の信号到達時間の差によって、回路が動作不良を起こす場合がある。この場合には、回路の動作速度が低下してしまう。

上記の問題を解決する方法の１つとして、各フリップ・フロップへのクロック信号の到達時間を揃えるために、バッファの駆動能力を向上させることが考えられる。しかし、この場合には、バッファの駆動能力を向上させることによって、チップ回路に要する面積が増大してしまうという問題がある。

本実施形態によれば、クロック信号は、外部端子１９から入力されると、導体２５を介して半導体チップの中央部近傍に設けられた中央部配置電極パッド１７に直接的に入力される。これにより、半導体回路内のフリップ・フロップに対するクロック信号の到達時間の差を低減し、半導体装置の動作を高速化することができる。

また、第３の実施形態に係る半導体装置のように、外部端子１９と中央部配置電極パッド１７とを接続する導体２５を格子状に配線した場合には、クロック信号が各フリップ・フロップへ到達するまでの時間差をより効果的に低減することができる。

また、本実施形態に係る半導体装置は、例えば、第４の実施形態や第５の実施形態のような、電源電圧（ＶＤＤ）や基準電圧（ＶＳＳ）等の複数の電源供給、または信号入力に対応する中央部配置電極パッド１７が設けられた半導体装置を含むことはいうまでもない。

本発明に係る半導体装置は、半導体チップの面積を増大させることなく、半導体チップに効率よく電源または信号を供給することのできる半導体装置等として有用である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の斜視図 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の断面を示す図 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の断面を示す図 本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の一部分を示す図 本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の一部分を示す図 本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の一部分を示す図 本発明の第６の実施形態に係る半導体装置の一部分を示す図 本発明の第７の実施形態に係る半導体装置の断面を示す図 本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の一部分を示す図 本発明の第８の実施形態に係る半導体装置に搭載された半導体チップ１３の断面を示す図 本発明の第８の実施形態に係る半導体装置に搭載された半導体チップ１３の断面を示す図 従来の半導体装置の斜視図 従来の半導体装置の断面を示す図

符号の説明

１１、１１１ 基板
１３、１１３ 半導体チップ１３
１５、１１５ 半導体チップ表面の周辺に配置された電極パッド
１７ 半導体チップ表面の内部に配置された電極パッド
１９ 外部端子
２３、１２３ ボンディングワイヤ
２１ 導電体
２５ 導体
３１ 格子層
３９ 接続導電体
４５ 放熱体
６１ 配線層
６３ 絶縁性物質
６５ 金属配線
６７ 放熱材
６９ トランジスタ形成物質

Claims (11)

1. 配線基板上に半導体チップが実装された半導体装置であって、
   配線基板の外部と電気的に接続するための１以上の外部端子と、
   半導体チップの周辺部近傍に設けられた第１の電極パッドと、
   前記外部端子と前記第１の電極パッドとをボンディングワイヤによって電気的に接続する第１の接続部と、
   半導体チップの主面の少なくとも中央部近傍に設けられた第２の電極パッドと、
   前記外部端子と前記第２の電極パッドとを架橋して電気的に接続する第２の接続部とを備える、半導体装置。
2. 前記第２の接続部は、前記第１の接続部よりも電流が流れる方向に対して垂直方向の断面積が大きいことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとは、同一の外部端子を共有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記第２の接続部は、前記半導体チップの上方で格子状に配線され、
   前記格子状に配線された第２の接続部の少なくとも１以上の格子点と、前記第２の電極パッドとは導体により接続されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記第２の接続部は、前記半導体チップの上方で、格子状に配線された格子部分が層状となるように複数設けられており、
   前記複数の第２の接続部は、互いに格子点がずれた状態となるように配置されており、
   上層に配置された前記第２の接続部の格子点は、下層に配置された前記第２の接続部の格子の間を通過する導体により前記第２の電極パッドと接続されることを特徴とする、請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記第２の接続部の各格子点には、前記半導体チップ方向に伸びる均一な長さの第１の導体が設けられ、
   複数の前記第１の導体の一部は、前記第２の電極パッドから前記半導体チップ主面上方に伸びる第２の導体を介して、当該第２の電極パッドに接続されることを特徴とする、請求項４に記載の半導体装置。
7. 前記第２の接続部は複数存在し、前記半導体チップの上方で、それぞれが櫛の歯状に枝分かれした分枝構造部を有しており、
   複数の前記分枝構造部は、対となって櫛の歯状の部分が交互に噛み合うように配置され、導体を介して前記第２の電極パッドに接続されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
8. 前記第２の接続部は、半導体チップの内部で発生する熱を放出することを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
9. 前記第２の接続部は、表面に凹凸が設けられていることを特徴とする、請求項８に記載の半導体装置。
10. 前記第２の接続部は複数設けられ、
    複数の前記第２の接続部は互いに非接触状態で重なり合う重層部を有し、
    複数の前記第２の接続部を用いて、前記半導体チップに対して電力が供給される際に前記重層部には電荷が蓄積され、コンデンサとして機能することを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
11. 配線基板上に半導体チップが実装された半導体装置であって、
    半導体チップの上方に設けられた熱伝導性を有する放熱部と、
    半導体チップの主面に設けられた放熱用のパッドと、
    前記放熱部と前記パッドとを接続する熱伝導部とを備える、半導体装置。
    
    

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